DE19811865A1 - Verfahren zum Steuern des Betriebs von Kraftfahrzeug-Insassenschutzeinrichtungen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Steuern des Betriebs von Kraftfahrzeug-Insassenschutzeinrichtungen, wie Airbageinheiten oder Gurtstraffereinheiten, werden zusätzlich die von Fahrdynamik-Sicherheitssystemen, wie ABS-Systemen oder Stabilitätskontrollsystemen, erfaßten Daten berücksichtigt. Die Aktivierung eines Fahrdynamik-Sicherheitssystem führt beispielsweise dazu, daß die Insassenschutzeinrichtung auf ihrem Bereitschaftszustand, in dem die Eigendiagnose folgt, in den aktiven Zustand versetzt wird, in dem die Auslösealgorithmen aktiviert sind. Weiter kann in Abhängigkeit von vorbestimmten Beziehungen zwischen den Daten des Fahrdynamik-Sicherheitssystems ein Aufprallsignal erzeugt und von der Insassenschutzeinrichtung ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebs von Kraftfahrzeug-Insassenschutzeinrichtungen gemäß dem Ober­ begriff des Hauptanspruchs.

Kraftfahrzeug-Insassenschutzeinrichtungen, wie Airbags, Gurt­ straffer usw., gehören inzwischen zur Standardausrüstung von Kraftfahrzeugen. Die Schutzeinrichtungen werden üblicherweise von einem Steuergerät gesteuert, das sich bei in Betrieb be­ findlichem Fahrzeug in einem Bereitschaftszustand oder in ei­ nem Aktivzustand befindet. Im Bereitschaftszustand werden Ei­ gendiagnosen durchgeführt, in denen zyklisch die Funktion­ stüchtigkeit von Sensoren und/oder von Zündeinrichtungen über­ prüft werden. Bei einem Aufprallereignis geht das Steuergerät aus dem Bereitschaftszustand in den Aktivzustand über, bei dem in einem nicht flüchtigen Speicher des Steuergerätes abgelegte Algorithmen für eine eventuelle Auslösung von Rückhaltesyste­ men der Insassenschutzeinrichtung gestartet werden.

Üblich ist, daß von dem Bereitschaftszustand in den Aktivzu­ stand umgeschaltet wird, wenn ein oder mehrere Beschleuni­ gungssensoren eine über einem Schwellwert liegende Beschleuni­ gung (bzw. Verzögerung) des Fahrzeugs erfassen. Die Zeitdauer, die nach einem solchen Umschalten für die Auslösung des Rück­ haltesystems zur Verfügung steht, ist unter Umständen zu kurz, um eine gezielte Ansteuerung eines Airbags oder Gurtstraffers zu ermöglichen. Moderne Airbags mit mehrstufigen Gasgenerato­ ren ermöglichen ein an den Unfall und die Besetzung der zuge­ ordneten Sitze angepaßtes Aufblasen des oder der Airbags, wo­ durch die Chancen einer möglichst geringen Verletzungsschwere erhöht werden.

Aus der DE 43 35 991 A1 ist eine Auslösevorrichtung für Kraft­ fahrzeug-Insassenschutzsysteme bekannt, bei der in dem Algo­ rithmus zur Auslösung eines Airbags neben von Beschleunigungs­ sensoren gelieferten Signalen auch dynamische Fahrzeugdaten verwendet werden, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, Signale eines ABS-Systems, Lenkwinkelsignale usw. . Dabei soll beispielsweise bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine rasche Auslösung des Airbags oder eines Gurtstrammers erfolgen, bei starken Bremsverzögerungen die aktuelle Fahrzeug- Eigengeschwindigkeitsänderung mitberücksichtigt werden usw. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kraftfahrzeug- Insassenschutzeinrichtungen dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Sicherheit für die Kraftfahrzeuginsassen im Falle ei­ nes Unfalls weiter erhöht wird.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 erzielt.

Erfindungsgemäß werden Fahrdynamik-Sicherheitssysteme, wie sie in Form von ABS (Automatischer Blockierschutz)-Systemen, Fahr­ dynamik-Regelungssystemen usw. zunehmend Verwendung finden, nicht nur zur Verbesserung der Fahrsicherheit eingesetzt son­ dern zusätzlich dazu eingesetzt, die Insassenschutzeinrichtung in ihren Aktivzustand zu versetzen, sobald das Fahrdynamik- Sicherheitssystem aktiv ist. Eine Aktivierung des Fahrdynamik- Sicherheitssystems deutet nämlich auf eine erhöhte Aufprallge­ fahrensituation hin, so daß es zweckmäßig ist, bei Aktivierung des Fahrdynamik-Sicherheitssystem die Insassenschutzeinrich­ tung aus ihrem Bereitschaftszustand, in dem lediglich routine­ mäßig die Eigendiagnose erfolgt, in den Aktivzustand zu ver­ setzen, in dem die Algorithmen zur möglichst gezielten Auslö­ sung beispielsweise von Airbags aktiviert werden.

Die Insassenschutzeinrichtung kann mehrere Bestandteile bzw. Komponenten aufweisen, von denen zumindest einzelne im Aktiv­ zustand der Insassenschutzeinrichtung unmittelbar aktiviert werden. Beispielsweise kann ein Gurtstrammer, sobald ein Fahr­ dynamik-Sicherheitssystem in Tätigkeit tritt, prophylaktisch derart aktiviert werden, daß der Gurt beispielsweise elektro­ motorisch gestrafft wird oder beispielsweise Türverriegelungen prophylaktisch entriegelt werden usw.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird erreicht, daß eine In­ sassenpositionserkennungseinrichtung, die beispielsweise mit verhältnismäßig leistungsstarkem Ultraschall oder Infrarot ar­ beitet, nur dann aktiviert wird, wenn es tatsächlich erforder­ lich ist, die Position des Insassen für optimale Auslösung ei­ nes Airbags zu kennen.

Der Anspruch 4 ist auf eine weitere Lösung der Erfindungsauf­ gabe gerichtet, bei der unmittelbar aus den vom Fahrdynamik- Sicherheitssystem erfaßten fahrdynamischen Daten ein Aufprall­ signal hergeleitet wird.

Die Unteransprüche 5 bis 12 sind auf vorteilhafte Weiterbil­ dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.

Insgesamt werden mit der Erfindung Fahrdynamik- Sicherheitssysteme mit den Insassenschutzeinrichtungen ver­ netzt, so daß alle verfügbaren Sensorsignale für eine optimale Funktion der Insassenschutzeinrichtung genutzt werden. Das aus den Daten des oder der Fahrdynamik-Sicherheitssysteme herge­ leitete Aufprallsignal kann unmittelbar in dem jeweiligen Fahrdynamik-Steuergerät erzeugt werden oder im Steuergerät der Insassenschutzeinrichtung, dem dann die entsprechenden Sensor­ signale zusätzlich zugeführt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnun­ gen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild von Komponenten eines in einem Fahrzeug enthaltenen ABS-Systems und dessen Verbindung mit dem Steuergerät einer Insassenschutzeinrichtung, die eine Insassenpositionserkennungseinrichtung ent­ hält,

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise der Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild von Komponenten eines Fahrdynamik- Regelungssystems und dessen Verbindung mit dem Steuer­ gerät einer Insassenschutzeinrichtung, und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 3.

Gemäß Fig. 1 weist ein Kraftfahrzeug 2 ein ABS-System auf, zu dem ein ABS-Steuergerät 4 gehört, das mit Raddrehzahlsensoren 6 verbunden ist und aufgrund eines in ihm abgelegten Algorith­ mus aus der Auswertung der Raddrehzahlsignale die Blockiernei­ gung eines Rades erkennt und bei vorhandener Blockierneigung über nicht dargestellte, im Bremssystem enthaltene Druckmin­ derventile den Bremsdruck des jeweiligen Rades mindert. Das ABS-System ist in seinem Aufbau und seiner Funktion allgemein bekannt und wird daher nicht im einzelnen erläutert.

Zu einer Insassenschutzeinrichtung, die nicht dargestellte Airbags und Gurtstrammer sowie ggf. weitere Komponenten um­ faßt, gehört ein Steuergerät 8. Die Insassenschutzeinrichtung ist in ihrem Aufbau und ihrer Funktion an sich bekannt und ist daher nicht im einzelnen dargestellt und erläutert.

Die Insassenschutzeinrichtung weist eine Positionserkennungs­ einrichtung 10 auf, die einen oder mehrere beispielsweise im Dachbereich oder in der Lenkradnabe angeordnete Abstandssenso­ ren enthält, die an das Steuergerät 8 angeschlossen sind. Der oder die Abstandssensoren der Positionserkennungseinrichtung arbeiten auf der Basis von Ultraschall oder beispielsweise In­ frarot mit verhältnismäßig hohen Leistungsdichten, um die Po­ sition einer im dargestellten Beispiel auf dem Fahrersitz be­ findlichen Position möglichst rasch und genau zu erkennen. Die rasche und genaue Positionserkennung ist erforderlich, damit unmittelbar vor dem Auslösen des Airbags die Position des Oberkörpers des Fahrers bekannt ist und der Airbag zweckent­ sprechend entfaltet werden kann. Wegen der hohen eingesetzten Sendeleistungen der Abstandssensoren ist es zweckmäßig, die Positionserkennungseinrichtung 10 nur im Bedarfsfall zu akti­ vieren.

Die Steuergeräte 4 und 8 sind über eine Datenleitung 12 mit­ einander verbunden.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung wird anhand der Fig. 2 erläutert:
Über die Datenleitung 12 gibt das ABS-Steuergerät 4 seine Sta­ tusinformation "ABS aktiv", oder "ABS inaktiv" an das Steuerge­ rät 8. Stellt das Steuergerät 8 im Schritt 101 fest, daß das ABS-Steuergerät 4 die Radbremsen regelt, um ein Rutschen zu vermeiden, so wird im Schritt 102 die Positionserkennungsein­ richtung 10 aktiviert. Somit ist im Steuergerät 8 die Informa­ tion über die Position des Fahrers vorhanden und kann im Algo­ rithmus zur Zündung des Fahrerairbags sowie zur Gurtstraffung berücksichtigt werden. Gleichzeitig wird die gesamte Insassen­ schutzeinrichtung aus dem Bereitschaftszustand, in dem sie sich selbst diagnostiziert, in den Aktivzustand versetzt, in dem die Algorithmen zur Berechnung der Zündungen von Zündein­ heiten aktiviert werden. Weiter wird im Schritt 103 im Steuer­ gerät 8 in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrzeuggeschwin­ digkeit v_F und der mittleren, während der Aktivierung des ABS-Systems vorhandenen Fahrzeugverzögerung a_F,mittel eine kritische Fahrzeugverzögerung a_krit berechnet und ständig aktualisiert. Die Berechnung von v_F und a_F,mittel erfolgt vorteilhafterweise im ABS-Steuergerät 4. Die Werte werden über die Datenleitung 12 an das Steuergerät 8 übergeben. Die augenblickliche Fahr­ zeugverzögerung a_F, die im ABS-Steuergerät 4 ermittelt wird, wird ebenfalls über die Datenleitung 12 ständig an das Steuer­ gerät 8 übergeben und im Schritt 104 wird überprüft, ob a_F größer ist als die kritische Fahrzeugverzögerung a_krit. Ist dies der Fall, so deutet dies darauf hin, daß die augenblick­ liche Fahrzeugverzögerung a_F nicht durch Abbremsen des Fahr­ zeugs erzeugt wurde (a_krit ist deutlich größer als a_F,mittel), so daß dies als Aufprallereignis gewertet wird und ein Aufprall­ signal erzeugt wird. Dieses Aufprallsignal kann vom Steuerge­ rät 8 in vielfältiger Weise weiterverarbeitet werden, bei­ spielsweise indem es zusammen mit der augenblicklichen Fahr­ zeugverzögerung a_F in den Algorithmus zum Auslösen der Air­ bageinheiten und Gurtstraffer eingeht, unmittelbar zum Auslö­ sen der genannten Einheiten verwendet wird oder als redundante Information verwendet wird, die Voraussetzung dafür ist, daß die Airbageinheiten und Gurtstraffer durch Auswertung der Si­ gnale der nicht dargestellten Beschleunigungssensoren der In­ sassenschutzeinrichtung ausgelöst werden.

Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgeänderte Anordnung. Die Raddrehzahlsensoren 6 sind bei dieser Ausführungsform an das Steuergerät 14 eines Stabilitätskontrollsystems angeschlossen, das als weitere, mit dem Steuergerät 14 verbundene Sensoren einen Querbeschleunigungssensor 16, einen Gierratensensor 18 und einen Lenkwinkelsensor 20 aufweist. Mit Hilfe des Stabili­ tätskonstrollsystems kann in an sich bekannter Weise das Kraftfahrzeug, das zu schleudern beginnt bzw. instabil wird, durch gezieltes vom Steuergerät 14 her gesteuertes Bremsen einzelner Räder wieder stabilisiert werden, sofern dafür aus­ reichende Kraftschlußreserven zwischen Rad und Untergrund vor­ handen sind. Diese Fahrdynamik-Regelung verwendet außer dem Lenkwinkel d_L und den Raddrehzahlen w_R die Querbeschleunigung a_y und die Gierrate , d. h. die Winkelgeschwindigkeit um die Fahrzeughochachse. In der Fahrdynamik-Regelung werden aus den genannten Größen über mathematische Modelle die insbesondere aus dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelte Soll-Gierrate _soll und der Schwimmwinkel β (Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugschwerpunktes und der Fahrzeuglängsachse) berechnet.

Kennzeichnend für eine beginnende Instabilität des Fahrzeugs sind ein großer Schwimmwinkel β und eine große Abweichung zwi­ schen Soll-Gierrate _soll und gemessener Gierrate .

Die Funktion der beschriebenen Anordnung wird anhand Fig. 4 beschrieben:
Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sendet das Steuergerät 14 über die Datenleitung 12 ständig Daten an das Steuergerät 8 der Insassenschutzeinrichtung mit der Informati­ on, ob die Fahrdynamik-Regelung aktiv ist oder nicht, d. h. ob mittels des Steuergeräts 14 gebremst wird oder nicht. Wird im Schritt 105 vom Steuergerät 8 festgestellt, daß die Fahrdyna­ mik-Regelung aktiv ist, so wird die vom Steuergerät 8 gesteu­ erte Insassenschutzeinrichtung aus dem Bereitschaftszustand in den aktiven Zustand versetzt, in dem die Auslösealgorithmen aktiviert werden. Im Schritt 106 wird aus der gemessenen Fahr­ zeugquerbeschleunigung a_y permanent die mittlere Fahrzeugquer­ beschleunigung a_y,mittel berechnet, die vorhanden ist, während die Fahrdynamik-Regelung bzw. das Stabilitätskontrollsystem aktiv ist, d. h. einzelne Räder anbremst. Diese mittlere Fahr­ zeugquerbeschleunigung stellt ein Maß für den Reibwert zwi­ schen Reifen und Fahrbahn dar. Übersteigt die gemessene augen­ blickliche Querbeschleunigung a_y plötzlich die mittlere Fahr­ zeugquerbeschleunigung a_y,mittel um ein Vielfaches, so kann dar­ aus auf einen Aufprall geschlossen werden und im Schritt 107 wird ein Aufprallsignal erzeugt.

Zusätzlich oder alternativ zu den Schritten 106 und 107 wird im Schritt 108 aus der Fahrzeuggeschwindigkeit v_F, der gemes­ senen Querbeschleunigung a_y, der gemessenen Gierrate und der aus dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit herge­ leiteten Soll-Gierrate _soll eine maximal zulässige Gierraten­ abweichung Δ_max errechnet und die augenblickliche Gierraten­ abweichung Δ ermittelt. Im Schritt 109 wird festgestellt, ob die augenblickliche Gierratenabweichung Δ, d. h. die Diffe­ renz aus gerade gemessener Gierrate und aus dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit hergeleiteter bzw. errechneter Soll-Gierrate _soll größer als die berechnete maximal zulässi­ ge Gierratenänderung Δ_max ist. Ist dies der Fall, so deutet dies auf einen Aufprall hin und es wird ein Aufprallsignal er­ zeugt.

Das Aufprallsignal kann zur Steuerung der Insassenschutzein­ richtung ähnlich verwendet werden wie anhand der Fig. 2 be­ schrieben.

In dem Steuergerät 8 abgelegte Schwellwerte können in Abhän­ gigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit v_F der gemessenen Gierrate sowie der gemessenen Querbeschleunigung a_y verändert wer­ den.

Es versteht sich, daß die beschriebenen Anordnungen in viel­ fältiger Weise abgeändert werden können. Beispielsweise kann in der Anordnung der Fig. 3 zusätzlich die Positionserken­ nungseinrichtung der Fig. 1 enthalten sein. Die Anordnung ge­ mäß Fig. 2 und 3 können gemeinsam in einem Fahrzeug enthalten sein. Bei Aktivierung der Fahrdynamik-Systeme können Blin­ kleuchten in Betrieb gesetzt werden, die Fahrzeugschlösser entsperrt werden usw. . Je nach Ausführungsform der Steuergerä­ te können einzelne Berechnungen in dem Steuergerät 8 erfolgen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Steuern des Betriebs von Kraftfahrzeug- Insassenschutzeinrichtungen, bei dem ein Fahrdynamik- Sicherheitssystem (4, 6; 6, 14, 16, 18, 20) fahrdynamische Da­ ten erfaßt, die zumindest teilweise in einem Algorithmus zur Steuerung der Insassenschutzeinrichtung (8, 10) berücksichtigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Aktivierung des Fahrdynamik-Sicherheitssystems (4, 6; 6, 14, 16, 18, 20) die Insassenschutzeinrichtung (8, 10) in einen Aktivzustand versetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bestandteil (10) der Insassenschutzeinrichtung (8, 10) im Ak­ tivzustand aktiviert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Insassenpositionserkennungseinrichtung (10) bei aktiviertem Fahrdynamik-Sicherheitssystem (4, 6; 6, 14, 16, 18, 20) akti­ viert wird.

4. Verfahren zum Steuern des Betriebs von Kraftfahrzeug- Insassenschutzeinrichtungen, bei dem ein Fahrdynamik- Sicherheitssystem (4, 6; 6, 14, 16, 18, 20) fahrdynamische Da­ ten erfaßt, die zumindest teilweise in einem Algorithmus zur Steuerung der Insassenschutzeinrichtung (8, 20) berücksichtigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den von dem Fahrdynamik-Sicherheitssystem (4, 6; 6, 14, 16, 18, 20) erfaßten Daten ein Wert (103; 106, 108) er­ rechnet wird, der bei Überschreiten eines Schwellwertes als Aufprallsignal der Insassenschutzeinrichtung (8, 10) zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Insassenschutzeinrichtung (8, 10) ausgelöst wird, wenn das Ausgangssignal wenigstens eines Beschleunigungssensors einen Schwellwert übersteigt und das Aufprallsignal vorhanden ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest eine Komponente der Insassenschutzeinrichtung (8, 10) durch das Aufprallsignal ausgelöst wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß da Fahrdynamik-Sicherheitssystem (4, 6; 6, 14, 16, 18, 20) ein ABS-System (4, 6) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus der mittleren Fahrzeugverzögerung a_F,mittel bei akti­ viertem ABS-System (4, 6) eine kritische Fahrzeugverzögerung a_krit ermittelt wird, und ein Aufprallsignal erzeugt wird, wenn die augenblickliche Fahrzeugverzögerung a_F die kritische Fahr­ zeugverzögerung a_krit übersteigt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fahrdynamik-Sicherheitssystem (4, 6; 6, 14, 16, 18, 20) ein Stabilitätskontrollsystem (6, 14, 16, 18, 20) ist, bei dem zumindest die Fahrzeuggeschwindigkeit, der Lenk­ winkel und der Gierwinkel erfaßt werden und die Räder des Fahrzeugs bei Bedarf individuell durch das Stabilitätskon­ trollsystem gebremst werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Auslöseschwellen der Insassenschutzeinrichtung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gierrate und der Querbe­ schleunigung des Fahrzeugs verändert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufprallsignal erzeugt wird, wenn die augenblickliche Querbeschleunigung eine bei aktivem Fahrdynamik-Sicher­ heitssystem ermittelte mittlere Querbeschleunigung um einen vorbestimmten Betrag übersteigt.

12. Verfahren nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufprallsignal erzeugt wird, wenn der Unterschied zwi­ schen der gemessenen Gierrate und der aus Lenkwinkel und Fahrzeuggeschwindigkeit hergeleiteten Soll-Gierrate _soll ei­ nen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.