DE4005598C2 - Schutzverfahren für Fahrzeuginsassen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Schutzverfahren für Fahrzeuginsassen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Schutzverfahren für Fahr­ zeuginsassen nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der gattungsbildenden DE 38 03 426 A1 ein Verfahren zur Wirksamschaltung eines Sicherheitssystems bekannt, bei dem aus dem Signal des Beschleunigungsaufnehmers die während eines Unfalls auftretende Insassen-Vorverlagerung berechnet wird. Wenn die durch die Berechnung abgeleitete Insassen- Vorverlagerung einen vorgebbaren Wert übersteigt, wird bei­ spielsweise ein aufblasbarer Gassack (Airbag) aufgeblasen. Nachteilig ist hierbei, daß als Auslösekriterium eine fik­ tive Insassenposition herangezogen wird, die mit der vom Fahrzeuginsassen tatsächlich eingenommenen Sitzposition nicht zwangsläufig übereinstimmen muß.
Aus DE 38 09 074 A1 ist weiter ein Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge unter Einbeziehung eines aufblasbaren Auf­ prallschutzkissens bekannt, bei dem über an der Gleitschiene des Fahrzeugsitzes angeordnete Drucksensoren die Sitzposi­ tion (Schwerpunktlage) des Fahrers festgestellt und das Auf­ prallschutzkissen nur teilweise aufgeblasen wird, wenn der Fahrzeuginsasse in Fahrtrichtung relativ weit nach vorne verlagert ist.
Weiterhin ist aus DE 38 02 159 A1 eine Schalteinrichtung zur Freigabe bzw. zum Unterbinden einer Aktivierung wenigstens einer, einem verstellbaren Fahrzeugsitz zugeordneten Zusatzeinrichtung eines Fahrzeugs, wie z. B. einem oder mehreren Personen-Rückhalteelementen eines Personen- Rückhaltesystems, welche eine Freigabe einer Aktivierung der Zusatzeinrichtung vom Zustand der Belegung eines Fahrzeugsitzes abhängig macht, derart, daß bei einem nicht besetzten oder nicht belegten Fahrzeugsitz die Aktivierung der Zusatzeinrichtung durch die Schalteinrichtung unterbunden wird, bekannt, bei der der Zustand der Belegung des Fahrzeugsitzes mittels einer die Schalteinrichtung ansteuernden Vergleichseinrichtung, Weggebern zur Erfassung von Positionen des Fahrzeugsitzes relativ zum Fahrzeug und von Positionen von Sitzteilen relativ zueinander und einem eine Entfernung einer Oberfläche von einem, in Richtung eines Oberflächenbereiches oder Oberflächenpunktes eines bestimmten Sitzteiles messenden, an einem fahrzeugfesten, dem bestimmten Sitzteil gegenüberliegend angeordneten, berührungsfrei arbeitenden Entfernungsmeßsensor ermittelt wird, wobei die Vergleichseinrichtung aus Positionsdaten der Weggeber eine Distanz zwischen dem Oberflächenbereich oder Oberflächenpunkt des Fahrzeugsitzes und dem Entfernungsmeßsensor errechnet, die Distanz mit der vom Entfernungsmeßsensor gemessenen Entfernung vergleicht und bei bis auf einen bestimmten Toleranzbereich übereinstimmenden Werten die Schalteinrichtung ansteuert.
Aus US 41 09 881 ist eine Gurtaufwickeleinrichtung mit einer automatischen Gurtauszugssperre bekannt, bei der die Aus­ zugsbewegung des Gurtes und die Fahrzeugbeschleunigung als Kriterien zur Betätigung der Gurtauszugssperre miteinander verknüpft werden. Dabei wird auch vorgeschlagen, die Einbe­ ziehung der Beschleunigung auf elektrischem Wege vorzu­ nehmen.
Aus US 34 95 675 ist weiter eine Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen mit aufblasbarem Gaskissen bekannt, bei der zwei in Serie geschaltete Sensoren für die Aktivierung der Gaskissen vorgesehen sind. Einer dieser Sensoren ist ein im Vorderteil des Fahrzeugs angeordneter Aufprallsensor, wäh­ rend der zweite Sensor ein Beschneunigungsfühler ist.
Schließlich ist aus einem internen Stand der Technik be­ kannt, die aktuelle Sitzposition eines Fahrzeuginsassen meß­ technisch mittels geeigneter Sensoren, z. B. eines Ultra­ schall-Sende-Empfängers oder eines passiven Infrarotsensors zu ermitteln und je nach ermittelter Sitzposition, insbeson­ dere eines Beifahrers, einen für den Beifahrer vorgessehenen aufblasbaren Gassack (Airbag) vollständig oder nur teilweise aufzublasen. Die Sitzposition des Fahrzeuginsassen dient hierbei nicht als Auslösekriterium für das Sicherungsmittel, sondern lediglich zur Festlegung, ob das nach Maßgabe eines erreichten Beschleunigungsgrenzwertes des Fahrzeuges akti­ vierte Sicherungsmittel teilweise oder vollständig aufgebla­ sen wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß das an sich wichtigste Merkmal für den geeigneten Auslösezeitpunkt eines im Fahrzeug vorge­ sehenen Sicherungsmittels, nämlich eine Gefahr bringende Vorverlagerung eines Fahrzeuginsassen, meßtechnisch erfaßt und als Auslösekriterium für die Auslösung des Sicherungs­ mittels verwendet wird. Dadurch wird sichergestellt, daß hohe Wartungskosten verursachende Fehlerauslösungen des Sicherungsmittels vermieden werden, wenn zwar die Ausgangs­ signale des vorhandenen Beschleunigungssensors auf einem Un­ fallvorgang hindeutende hohe Werte annehmen, ein Unfall tat­ sächlich aber nicht vorliegt und eine Insassen-Vorverlage­ rung nicht stattfindet. Andererseits wird die Betriebs­ sicherheit eines Sicherungssystems vergrößert und die Schutzmöglichkeit verbessert, da dann eine optimale Akti­ vierung der Sicherungsmittel ermöglicht wird, wenn die Aus­ gangssignale des Beschnelunigungssensors hohe, auf einen Un­ fall hindeutende Werte annehmen und die Insassen-Vorverla­ gerung ebenfalls auf hohe Beschleunigungswerte hinweist.
Anstelle der Erfassung der Sitzposition des Fahrzeuginsassen kann auch mittelbar aus aufeinanderfolgenden Messungen der jeweiligen Sitzposition des Fahrzeuginsassen eine Relativgeschwindigkeit des Fahrzeuginsassen in Bezug auf die Fahrgastzelle des Fahrzeugs meß­ technisch erfaßt und als Auslösekriterium für die Auslösung des Sicherungsmittels herangezogen werden. Ein besonders zuverlässiges Auslösekriterium kann dadurch gewonnen werden, daß sowohl die Sitz­ position als auch die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeuginsassen ausgewertet werden. Bei Unfallsituationen sind der Kopf und der Oberkörpfer eines Fahrzeuginsassen besonders gefährdet. Besonders zweckmäßig ist es daher, anstelle der Sitzposition des Fahrzeugin­ sassen die Position und/oder Relativgeschwindigkeit der Kopfpartie bzw. des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen festzustellen.
Eine besonders vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt neben einem Beschleunigungs­ sensor, einem Steuergerät zur Auswertung der Signale des Beschleuni­ gungssensors und den Sicherungsmitteln zum Schutz des Fahrzeugin­ sassen mindestens einen Positionssensor zur Feststellung der Sitz­ position des Fahrzeuginsassen. Vorteilhaft wird dabei als Positions­ sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ein­ richtung mindestens je ein Lichtsender und ein Lichtempfänger vor­ gesehen, die mindestens eine quer zur Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuginsassen verlaufende Meßstrecke begrenzen.
Besonders geeignet zur Feststellung der Sitzposition des Fahrzeugin­ sassen ist auch eine Meßstrecke, die einen Ultraschallsensor und einen Ultraschallempfänger umfaßt, wobei der Ultraschallsensor und der Ultraschallempfänger derart in Bezug auf den Fahrzeuginsassen angeordnet sind, daß die am Fahrzeuginsassen reflektierte Ultra­ schallenergie des Ultraschallsenders auf den Ultraschallempfänger gelangt. Eine besonders montagefreundliche Anordnung ergibt sich, wenn der Positionssensor im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet ist. Alternativ kann jedoch der Positionssensor auch in der Nacken­ stütze des Fahrzeugsitzes angeordnet sein.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 mehrere Ausführungsbeispiele von Positionssensoren zur Verwendung in der Einrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Einrichtung nach Fig. 1 umfaßt ein Steuergerät 10 mit mehreren Eingangs- und Ausgangsanschlüssen. Ein erster Eingangsanschluß des Steuergerätes 10 ist mit dem Ausgangsanschluß eines Beschleunigungs­ sensors S1 verbunden, der beispielsweise eine der Beschleunigung a proportionale Spannung u erzeugt oder der erst bei Überschreiten einer festlegbaren Beschleunigungsschwelle ein Spannungssignal am Ausgang abgibt. Ein zweiter Eingangsanschluß des Steuergerätes 10 ist mit dem Ausgangsanschluß eines Positionssensors S2 verbunden, der die Position eines Fahrzeuginsassen meßtechnisch erfaßt, wie im einzelnen später noch erläutert wird. Ein erster Ausgangsanschluß des Steuergerätes 10 ist mit dem Masseanschluß verbunden. Ein zweiter Ausgangsanschluß des Steuergerätes 10 führt einerseits zu je einem ersten Anschluß eines Kondensators C12 und einer Spannungs­ quelle 17, deren jeweils zweiter Anschluß ebenfalls mit dem Masse­ anschluß verbunden ist; andererseits ist der zweite Ausgangsanschluß des Steuergerätes 10 mit einem ersten Pol eines Schaltelementes 11 verbunden, dessen zweiter Pol mit einem ersten Anschluß eines Zünd­ elements 14 verbunden ist. Der zweite Anschluß des Zündelements 14 wiederum liegt an Masse. Das Zündelement 14 steht in Wirkverbin­ dung mit einem Sicherungsmittel 18 für Fahrzeuginsassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen aufblasbaren Gassack (Airbag) und/oder einen Gurtstraffer handeln. Wirkverbindung in diesem Zusammenhang bedeutet, daß durch das Zündelement 14 eine nicht im einzelnen dargestellte Treibladung aktivierbar ist, die die für das Aufblasen des Gassacks benötigten Gasmengen erzeugt. Bei dem Zünd­ element 14 seinerseits handelt es sich vorzugsweise um sogenannte Zündpillen, die durch Stromfluß aufheizbar sind. Dieser Stromfluß durch das Zündelement 14 wird durch Schließen des Schaltelements 11 bewirkt, der seinerseits über einen dritten Ausgangsanschluß des Steuergerätes 10 ansteuerbar ist.
In Fig. 2 sind Einzelheiten mehrerer Ausführungsbeispiele von Positionssensoren S2 dargestellt, die mit dem Steuergerät 10 ver­ bunden sind. Diese Positionssensoren dienen, wie bereits schon erwähnt, zur Feststellung der Position des Fahrzeuginsassen 35 und/oder zur Feststellung der Relativgeschwindigkeit des Fahrzeug­ insassen 35 in Bezug auf die Fahrgastzelle des Fahrzeugs, wenn der Fahrzeuginsasse 35 infolge der auf ihn einwirkenden Kräfte beschleunigt wird. Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Positions­ sensors S2 umfaßt mindestens je einen Lichtsender 30 und einen Lichtempfänger 31, die mindestens eine quer zur Fortbewegungsrich­ tung des Fahrzeuginsassen 35 verlaufende Meßstrecke begrenzen. Durch die Anordnung mindestens einer derartigen Meßstrecke, vorzugsweise jedoch mehrerer Meßstrecken dieser Art, kann vom Positionssensor S2 die jeweilige Position des Fahrzeuginsassen 35 meßtechnisch erfaßt werden. Werden mehrere derartiger optischer Meßstrecken entlang der möglichen Bewegungsbahn des Fahrzeuginsassen 35 angeordnet, dann kann durch eine Lagebestimmung vermittels mehrerer Meßstrecken und durch eine Zeitbestimmung während der Bewegung des Fahrzeuginsas­ sen 35 von einer Meßstrecke zur anderen auf vergleichsweise einfache Art auch eine Bestimmung der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeug­ insassen in Bezug auf die als raumfest angenommene Fahrgastzelle durchgeführt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der Positionssensor S2 mindestens je einen Ultraschallsender 32 und Ultraschallempfänger 33, die derart in Bezug auf den Fahrzeugin­ sassen 35 angeordnet sind, daß die am Fahrzeuginsassen reflektierte Ultraschallenergie des Ultraschallsenders 32 auf den Ultraschall­ empfänger 33 gelangt. Auch dadurch ist eine einfache Bestimmung der Position des Fahrzeuginsassen 35 möglich. Ultraschallsender 32 und Ultraschallempfänger 33 sind in dem in Fig. 2 dargestellten Aus­ führungsbeispiel räumlich getrennt dargestellt. Es ist jedoch eben­ falls möglich, beide Komponenten in einer einzigen Baugruppe 34 zusammenzufassen. Neben den zuvor beschriebenen Sensoren zur Posi­ tionsbestimmung sind weitere Sensoren alternativ einsetzbar, die beispielsweise als aktive bzw. passive Infrarotsensoren ausgebildet sind.
Als weitere Ausführungsbeispiele für den Positionssensor können Mikrowellen-Radar-Sensoren verwendet werden. Mit ihnen ist eine besonders rasche, d. h. nur kurze Auswertezeit benötigende, Erkennung der Präsenz, der Position und/oder der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeug-Insassen relativ zur Fahrgastzelle möglich.
Der Positionssensor S2 wird in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung im Armaturenbrett des Fahrzeugs jeweils vor den Fahrzeuginsassen angeordnet. Diese Anordnung ist besonders montagefreundlich, da nur kurze Verbindungsleitungen zu dem Steuergerät 10 notwendig sind. In einem weiteren Ausführungsbei­ spiel kann der Positionssensor S2 zweckmäßig in der Nackenstütze des jeweiligen Fahrzeugsitzes angeordnet sein. Dadurch läßt sich besonders gut feststellen, ob der jeweilige Fahrzeuginsasse in einer für die jeweilige Schutzfunktion des Sicherungsmittels optimalen Sitzposition, d. h. in engem Kontakt mit der Rückenlehne des Fahr­ zeugsitzes, sitzt.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Funktionsweise der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Einrichtung werden im folgenden auch unter Bezug auf das Diagramm gemäß Fig. 3 erläutert. Gemäß Fig. 3 beginnt das Verfahren mit dem Verfahrensschritt 100. Im Verfahrensschritt 101 wird zunächst mit dem Beschleunigungs­ sensor S1 die Beschleunigung a gemessen, der das Fahrzeug ausgesetzt ist. Im Verfahrensschritt 102 wird geprüft, ob diese Beschleunigung a einen vorgebbaren Beschleunigungsgrenzwert aG überschritten hat oder nicht. Im Verfahrensschritt 104 wird mit dem Positionssensor S2 die Position des Insassen 35 und/oder seine Relativgeschwindigkeit in Bezug auf die Fahrgastzelle meßtechnisch erfaßt. Im Schritt 105 wird überprüft, ob die vom Positionssensor S2 ermittelten Meßwerte auf eine Gefahr für den Insassen 35 hindeuten. Hinweise für eine Gefahrensituation können eine Vorverlagerung des Insassen, insbeson­ dere eine Vorverlagerung seines Kopf- oder Oberkörperbereichs sein oder das Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes der Relativge­ schwindigkeit des Fahrzeuginsassen 35 in Fahrtrichtung des Fahr­ zeugs. Die Position des Insassen 35 wird durch die oben schon beschriebenen Positionssensoren meßtechnisch erfaßt. Seine Relativ­ geschwindigkeit kann auf einfache Weise ebenfalls durch die Positionssensoren dadurch ermittelt werden, daß der Positions­ sensor S2 mehrere Positionswerte des Fahrzeuginsassen 35 erfaßt und daß zusätzlich die Zeit ermittelt wird, die von der Einnahme eines ersten Positionswertes bis zum zeitlich folgenden Positionswert ver­ streicht. Wenn nun festgestellt wird, daß die Position und/oder die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeuginsassen und/oder das Ausgangs­ signal des Beschleunigungssensors S1 auf eine Unfallsituation hin­ deuten, wird vom Steuergerät 10 das Schaltelement 11 angesteuert und der Zündstromkreis geschlossen, mit der Folge, daß das Zündele­ ment 14 durch Stromdurchgang erhitzt und aktiviert wird und damit die Sicherungsmittel 18 auslöst. Dieser Vorgang läuft im Verfahrens­ schritt 109 ab. Mit dem Verfahrensschritt 112 wird der zum Schutz des Fahrzeuginsassen 35 vorgesehene Ablauf abgeschlossen.

Claims (8)

1. Schutzverfahren für Fahrzeuginsassen, bei dem Beschleunigungswerte des Fahrzeugs erfaßt und nach dem Überschreiten eines vorgebbaren Beschleunigungsgrenzwertes die Fahrzeuginsassen schützende Sicherungsmittel (z. B. Airbag und/oder Gurtstraffer) aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sitzposition des Fahrzeuginsassen (35) und/oder die Relativgeschwindigkeit (vR) des Fahrzeuginsassen (35) in Bezug auf die Fahrgastzelle des Fahrzeuges meßtechnisch berührungslos erfaßt werden, und daß die Sicherungsmittel (18) nur dann aktiviert werden, wenn bei Überschreiten des vorgebbaren Beschleunigungsgrenzwertes (aG) die Sitzposition des Fahrzeuginsassen (35) von einer Sollposition abweicht und/oder die Relativgeschwindigkeit (vR) des Fahrzeuginsassen (35) einen vorgebbaren Grenzwert (vG) überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen (35) erfaßt wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem Beschleunigungssensor, einem Steuergerät zur Auswertung der Signale des Beschleunigungssensors und mit Sicherungsmitteln zum Schutz des Fahrzeuginsassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mindestens einen berührungslos arbeitenden Positionssensor (S2) zur Feststellung der Sitzposition der Fahrzeuginsassen (35) umfaßt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor (S2) mindestens je einen Lichtsender (30) und einen Lichtempfänger (31) umfaßt, die mindestens eine quer zur Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuginsassen (35) verlaufende Meßstrecke begrenzen.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor (S2) mindestens je einen Ultraschallsender (32) und einen Ultraschallempfänger (33) umfaßt, der derart in bezug auf den Fahrzeuginsassen (35) angeordnet sind, daß die an dem Fahrzeuginsassen (35) reflektierte Ultraschallenergie des Ultraschallsenders (32) auf den Ultraschallempfänger (33) gelangt.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor (S2) mindestens je einen Mikrowellenradarsender und einen Mikrowellenradarempfänger umfaßt, die derart in bezug auf den Fahrzeuginsassen (35) angeordnet sind, daß die an dem Fahrzeuginsassen (35) reflektierten Radarwellen des Mikrowellenradarsenders auf den Mikrowellenradarempfänger gelangen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor (S2) im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionssensor (S2) in der Nackenstütze des Fahrzeugsitzes angeordnet ist.
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