Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von Kollisionserfassungseinrichtung für ein Fahrzeug nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung in Fahrzeugen einzusetzen. Bevorzugt sind die Ultraschallsensoren dabei als Sende- und Empfangseinheiten für Ultraschallsignale ausgeführt. Ein Ultraschallsignal wird von der Ultraschallsende- und Empfangseinheit ausgesendet und von einem Hindernis in der Umgebung des Fahrzeugs reflektiert. Das reflektierte Signal wird von der Ultraschallsende- und Empfangseinheit wieder aufgenommen. Aus der Laufzeit und der Schallgeschwindigkeit wird ein Abstand des Hindernisses zu dem Ultraschallsensor bestimmt. Bevorzugt wird unter Ausnutzung dieses gemessenen Abstandes eine Warneinrichtung betrieben, die einen Fahrer des Fahrzeugs davor warnt, zu nahe an Hindernisse heran zu steuern. Um die Ultraschallsignale aufnehmen zu können, weist die Ultraschallsende- und Empfangseinheit eine schwingfähige Membran auf, an der ein Piezoelement angeordnet ist. Das Piezoelement dient in einer ersten Betriebsart dazu, die Membran zur Schwingung und damit zur Aussendung von Ultraschallsignalen anzuregen. Ferner werden auch von der Membran aufgenommene Schwingungen an das Piezoelement übertragen, so dass die Schwingungen dazu führen, dass an dem Piezoelement eine den Schwingungen entsprechende Spannung abgegriffen, verstärkt und ausgewertet werden kann, um die Laufzeit des reflektierten Signals zu bestimmen und hieraus den Abstandswert zu erhalten.

Ferner ist es bekannt, in Fahrzeugen Beschleunigungssensoren einzusetzen, die eine plötzliche Verzögerung des Fahrzeugs detektieren. Stößt das Fahrzeug mit einem Hindernis zusammen und wird es hierdurch stark abgebremst, so kann die hieraus resultierende Verzögerung über den Beschleunigungssensor erfasst werden. In Abhängigkeit von der erfassten Verzögerung können Rückhaltevorrichtungen im Fahrzeug ausgelöst werden, z.B. ein Gurtstraffer oder ein Airbag.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis hat demgegenüber dem Vorteil, dass eine Ultraschallempfangseinheit zum Erkennen einer Kollision mit einem Hindernis eingesetzt wird. Hierbei dient die Empfangseinheit der Membran dazu, Schall zu detektieren, der durch eine Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis erzeugt wird. Stößt das Fahrzeug mit dem Hindernis zusammen, so werden die Karosserie bzw. Karosserieteile durch diese Kollision deformiert. Diese Deformation erzeugt Schall, der sich durch die Luft und insbesondere auch durch das Fahrzeug ausbreitet. Diese Schallwellen gelangen auch zu der Ultraschallempfangseinheit. Zwar ist die Membran der Ultraschallempfangseinheit im allgemeinen auf eine bestimmte Ultraschallfrequenz bevorzugt ausgelegt, jedoch werden auch starke Schwingungen in diesem Frequenzbereich durch eine durch die Kollision verursachte Deformation ausgelöst. Über eine reine Abstandsmessung hinaus kann der Ultraschallsensor bei einer Auswertung dieser Schallsignale den tatsächlichen Eintritt einer Kollision erfassen. Bereits bei einer beginnenden Kollision können die hierdurch erzeugten Schallsignale erfasst werden, so dass nicht erste eine hohe Beschleunigung im Fahrzeug auftreten muss, bei der beispielsweise ein Beschleunigungssensor erst das Auftreten einer Kollision erfassen kann. Zumindest können durch die Kollisionserfassung mittels der Ultraschallempfangseinheit Messwerte des Beschleunigungssensors plausibilisiert werden. Wird z.B. nur sehr stark gebremst und liegt keine Kollision vor, braucht z.B. der Airbag nicht auszulösen. Auf der anderen Seite kann der Auslösevorgang beschleunigt werden, wenn tatsächlich eine Kollision vorliegt. Hierdurch kann die Fahrsicherheit durch eine frühzeitige Erkennung einer Kollision mit einem Hindernis, insbesondere mit einem anderen Fahrzeug erhöht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung zur Erfassung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis möglich. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Ultraschallempfangseinheit in einem Stoßfänger des Fahrzeugs oder an der Fahrzeugseite anzuordnen, da hier der früheste Auftreffpunkt eines Hindernisses mit dem Fahrzeug zu erwarten ist. Die Ultraschallempfangseinheit ist damit möglichst nahe an dem Ort, an dem der bei einer Kollision entstehende Schall erzeugt wird.

Insbesondere ist es vorteilhaft, die Amplitude und/oder die Dauer des erzeugten Schallsignals auszuwerten. Damit können Informationen über den Schweregrad einer Kollision ermittelt werden. Hiermit kann z.B. ein unnötiges Auslösen des Airbags bei kleineren Kollisionen vermieden werden.

Besonders vorteilhaft ist ferner, eine Schnittstelle zur Übertragung einer Kollisionswarnungsinformation an eine Rückhalteeinrichtung im Fahrzeug bereitzustellen, um einerseits ein frühzeitiges Auslösen einer solchen Rückhalteeinrichtung zu ermöglichen, um andererseits aber ein unnötiges Auslösen zu vermeiden.

Ferner ist es vorteilhaft, die Ultraschallempfangseinheit so auszulegen, dass sie im allgemeinen auch dazu verwendet werden kann, die Abstände zu Hindernissen in der Umgebung des Fahrzeugs in bekannter Weise zu ermitteln. Einerseits kann hierdurch auf den Einbau zusätzlicher Empfangseinheiten verzichtet werden, andererseits wird eine Zusatzfunktion für eine Ultraschallabstandsmesseinheit im Fahrzeug ermöglicht, die die Fahrsicherheit weiter erhöhen kann.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Erfassung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis. Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Messsignal für eine Abstandsmessung und für eine erfindungsgemäße Erfassung eines Schallsignals bei einer Kollision. Figur 3 zeigt eine Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kollisionserfassung. - A -

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die erfϊndungsgemäße Einrichtung zur Erfassung einer Kollision wird bevorzugt in Kraftfahrzeugen verwendet. Figur 1 zeigt den vorderen Bereich eines Kraftfahrzeugs 1. An der Fahrzeugvorderseite 2 sind Ultraschallsensoren 3 angeordnet. Auch an der linken und der rechten Fahrzeugseite sind Ultraschallsensoren 4 angeordnet. In der vorliegenden Ausfuhrungsform sind die Ultraschallsensoren 3, 4 als Ultraschallsende- und Empfangseinheiten ausgeführt. Für den Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kollisionserfassung sind jedoch Ultraschallsensoren ausreichend, die lediglich als Ultraschallempfangseinheiten arbeiten. Die Ultraschallsensoren 3, 4 sind bevorzugt in einem Stoßfänger des Fahrzeugs angeordnet. Alternativ dazu können die seitlich angeordneten Ultraschallsensoren 4 auch in einem Seitenbereich der Fahrzeugkarosserie montiert sein. Die Ultraschallsensoren 3, 4 sind mit einer Auswerteeinheit 5 über einen Datenbus 6 verbunden. In einer ersten Ausführungsform werden von den Ultraschallsensoren 3, 4 Schallsignale unmittelbar an die Auswerteeinheit 5 übertragen. In einer weiteren Ausführungsform können die empfangenen Schallsignale auch unmittelbar in den Ultraschallsensoren dahingehend ausgewertet werden, welcher Abstand zu einem Hindernis vorliegt bzw. ob eine Kollision vorliegt. In diesem Fall wird ein Ergebnissignal zur weiteren Auswertung an die Auswerteeinheit 5 übertragen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein binarisiertes Schallsignal übertragen. Dieses binarisierte Schallsignal erhält man dadurch, dass bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Amplitudenwertes das binarisierte Auswertesignal auf den Wert 1 gesetzt wird. Liegt der erfasste Amplitudenbetrag unterhalb dieses Wertes, so wird das Signal auf den Wert 0 gesetzt. Das binarisierte Auswertesignal wird anschließend von der Auswerteeinheit weiter verarbeitet. Hierzu weist die Auswerteeinheit 5 in der hier beschriebenen Ausführungsform eine erste Verarbeitungseinheit 7 zur Abstandsbestimmung auf. Ferner weist die Auswerteeinheit in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zumindest eine Auswerteeinheit zur Kollisionsbestimmung auf. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die Auswerteeinheiten 7, 8 in einer Auswerteeinheit 5 kombiniert. Sie können jedoch auch im Fahrzeug getrennt angeordnet sein.

Die Auswerteeinheit 5 ist in einer ersten Ausführungsform mit Ausgabeeinheiten zur Fahrerwarnung verbunden. Insbesondere ist sie mit einer Anzeige 9 verbunden, die den Fahrer vor einer Kollision mit Hindernissen warnt. Hierzu wird bevorzugt ein Warnsymbol dargestellt, wenn sich das Fahrzeug zu sehr einem Hindernis nähert. Ferner kann auch ein aktueller Abstandswert in Zahlenform oder symbolisch dargestellt werden. Ferner ist die Auswerteeinheit 5 mit einem Lautsprecher 10 verbunden, der in Abhängigkeit von dem Abstand des Fahrzeugs zu einem Hindernis Signaltöne ausgibt. Ist es jedoch bereits zu einer schwereren Kollision gekommen, so ist eine Ausgabe von Warnungen über die Ausgabeeinheit 9, 10 im allgemeinen nicht mehr sinnvoll, da der Fahrer nun nicht mehr reagieren kann.

Wird von der Auswerteeinheit 5 eine Kollision erfasst, so wird eine entsprechende Information über einen zweiten Datenbus 11, z.B. einen CAN-Bus, an Rückhalteeinrichtungen im Fahrzeug übertragen. Z.B. ist dann am Datenbus ein Airbag 12 und/oder ein Gurtstraffer 13 angeschlossen. Ferner können weitere Rückhalteeinrichtungen an den Datenbus angeschlossen sein. Dies können z.B. weitere Airbag-Einheiten im Fahrzeug sein, z.B. ein Seitenairbag.

Anhand der Figur 2 wird eine erfindungsgemäße Funktionsweise der Kollisionswarneinrichtung gemäß der Figur 1 erläutert. In der ersten Grafik 20 der Figur 2 ist ein zeitlicher Verlauf eines von einer Ultraschallempfangseinheit empfangenen Schallsignals über der Zeit aufgetragen. In der zweiten, hierauf bezogenen Grafik ist ein von der Ultraschallempfangseinheit in Abhängigkeit von diesem empfangenen Schallsignal erzeugtes, binarisiertes Auswertesignal ebenfalls über der Zeit dargestellt. In einem ersten Zeitintervall 22 empfängt die Ultraschallempfangseinheit nur Störsignale, die z.B. durch die Fahrbewegung des Fahrzeugs erzeugt werden. Das binarisierte Auswertungssignal steht auf dem Wert 0. In dem zweiten Zeitintervall 23 sendet der Ultraschallsensor ein Signal aus. Hierbei wird die Membran zur Schwingung angeregt. Das binarisierte Auswertungssignal wird hierbei auf den Wert 1 gesetzt. Das dritte Zeitintervall 24 entspricht diejenigen Zeit, die das Schallsignal braucht, um von dem Hindernis reflektiert zu werden. Es wird in dem vierten Zeitintervall 25 schließlich das reflektierte Schallsignal empfangen, dessen Amplitude deutlich geringer ist, als die des ausgesendeten Schallsignals. Dies hat seine Ursache darin, dass das ausgesendete Schallsignal während des Reflexionsvorgangs abgeschwächt wird.

In einem anschließenden fünften Zeitintervall 36 wird der Ultraschallsensor betrieben, ohne dass ein Signal ausgesendet wird. Anschließend kommt es in dem sechsten Zeitintervall 27 zu einer Kollision. Durch die Deformation der Karosserie wird ein Schallsignal mit einem zufälligen Muster erzeugt, bei dem ein binarisiertes Auswertesignal in einer stochastischen Signalfolge erzeugt wird, ohne dass ein Signal ausgesendet wurde. Im Gegensatz zu den regelmäßigen Mustern oder auch zu einzelnen, selten auftretenden Fehldetektionen des Ultraschallsignals kann aus dem stochastischen Muster des empfangenen Schallsignals auf eine Kollision geschlossen werden.

In der Figur 3 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kollisionserfassung dargestellt. In einem Messschritt 30 wird die Empfangseinheit betrieben, indem in regelmäßigen Zeitabständen von der Auswerteeinheit 5 in einem ersten Prüfschritt 31 geprüft wird, ob ein binarisiertes Auswertesignal eines der Ultraschallempfangseinheiten auf den Wert 1 gesetzt wurde. Ist dies nicht der Fall, so wird zu dem Messschritt 30 zur Wiederholung einer Abfrage zurückverzweigt. Wird ein Auswertesignal gemessen, so wird in einem zweiten Prüfschritt 32 geprüft, ob zuvor ein Sendesignal ausgesendet wurde, zu dem noch kein Echo empfangen wurde. Ist dies der Fall, so wird zu einem Abstandsauswerteschritt 33 verzweigt, in dem der Abstand aus der Laufzeit des gesendeten, reflektierten Signals bestimmt wird. In Abhängigkeit von dem Abstand wird eine dem Abstand entsprechende Warnung, also vorzugsweise ein optisches und/oder akustisches Signal, an den Fahrer ausgegeben. Nach der Abstandsauswertung wird zu dem Messschritt 30 zurückverzweigt. Wird in dem zweiten Prüfschritt 32 festgestellt, das zuvor kein Signal ausgesendet wurde, so wird zu einem dritten Prüfschritt 34 verzweigt. In dem dritten Prüfschritt 34 wird überprüft, ob es sich bei dem detektierten Signal um ein einzelnes Störsignal handelt, also eine mögliche Fehldetektion. Gehen innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnitts, z.B. einer Millisekunde, keine weiteren Schallsignale ein, so handelt es sich wahrscheinlich um ein Fehlsignal und es wird zu dem Messschritt 30 zurückverzweigt. Gehen jedoch weitere Signale mit wechselnder Breite und mit wechselnden zeitlichen Abständen ein, so liegt wahrscheinlich eine Kollision vor. Daher wird zu einem Kollisionswarnschritt 35 weiterverzweigt. In dem Kollisionswarnschritt 35 wird eine entsprechende Kollisionswarnung an eine Ansteuereinheit von Rückhalteeinrichtungen im Fahrzeug weitergeleitet. In einer ersten Ausführungsform können die Rückhalteeinrichtungen damit zumindest in einen Alarmzustand geschaltet werden. Andere Kollisionserfassungseinrichtungen können hinsichtlich einer von ihnen erfassten, mögliche Kollision plausibilisiert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann auch abhängig von dem von der Auswerteinheit übertragenen Kollisionswarnsignal unmittelbar eine Rückhalteeinrichtung im Fahrzeug ausgelöst werden. Ferner können auch beliebige andere Einrichtungen, wie z.B. ein automatischer Notrufsender, ein Bremsverstärker, eine automatische Türentriegelung oder eine Vorrichtung zur Kappung der Benzinzufuhr, automatisch das empfangene Signal berücksichtigen und die im Kollisionsfall vorgesehene Funktion ausüben.

In einer bevorzugten Betriebsart wählt die Auswerteeinheit die empfangene binarisierte Auswertesignale so aus, dass sie anhand der Dauer einzelner Signale und aus der Dauer der Signalübertragung die Schwere einer Kollision bestimmt. Eine Kollision ist umso schwerer, je mehr Signale eingehen und je länger die Signale andauern, da in diesem Fall die Deformation der Karosserie schwerer ist und somit ein intensiveres Schallsignals erzeugt wird. Somit kann die Auswerteeinheit 5 auch die Schwere einer Kollision bestimmen und entsprechende Informationen über die Schwere der Kollision an die Rückhalteeinrichtung im Fahrzeug übermitteln.