Prospektive Approximation der Unfallschwere für Integrale Fahrzeugsicherheitssysteme

Produktbeschreibung

Autonome Fahrzeuge ermöglichen es, die Zahl der Toten im Straßenverkehr zu reduzieren. Dazu analysieren sie ihr Umfeld und prädizieren nicht vermeidbare Kollisionen, um Airbags wenige Millisekunden vor dem Unfall zu zünden. Dazu werden robuste Schätzverfahren der Unfallschwere benötigt, um Fehlauslösungen zu vermeiden. Mit Masse-Feder-Dämpfer Modellen wird dazu das das kinematische Verhalten des Fahrzeugs im Unfall approximiert, Unfallschwereparameter abgeleitet und ein Zündzeitpunkt für den Airbag bestimmt. Die Modelle sind mit Hilfe von Winkelbeziehungen, Geschwindigkeiten und Einschlagspunkten am Fahrzeug frei parametrierbar und erlauben es, sowohl Front- als auch Seitenunfälle anzunähern. Die exakten Ergebnisse der Schätzung zeigen, verifiziert mit FEM-Simulationen und realen Crashversuchen, dass mit dieser Methode eine robuste Approximation der Unfallschwere für autonome Fahrzeuge realisiert werden kann.

Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Autonomes Fahren als nächster Schritt der Fahrzeugsicherheit . . 1
1.2 Forschungsfragen und Zielsetzung . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Rahmenbedingungen und Fokussierung der Arbeit . . . . 4
1.4 Struktur der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Integrale Sicherheit und Pre-Crash-Systeme 7
2.1 Definition und Ablauf eines Verkehrsunfall . . . . . . . . . . 7
2.2 Unfallanalyse und statistische Auswertung . . . . . . . . . . 9
2.3 Integrale Sicherheit und Pre-Crash-Systeme . . . . . . . 14
2.3.1 Definition der Integralen Sicherheit . . . . . . . . . . 14
2.3.2 Ablauf eines Pre-Crash-Systems . . . . . . . . . . . . . 15
2.4 Unfallschwere in der Fahrzeugsicherheit . . . . . . 17
3 Stand der Wissenschaft und technische Anwendung in der Unfallschwereschätzung 22
3.1 Unfallerkennung und Crashsensorik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Ansätze zur vorausschauenden Bestimmung der Unfallschwere . . . . . 24
3.2.1 Physikalische Abschätzung des Unfalls . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.2 Datenbasierte Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3 Abgrenzung und neue Ansätze der Arbeit . . . . . . . . . . 34
4 Auswahl der Szenarien und Simulationen zur Validierung 35
4.1 Fahrzeugmodell und Auswahl der Szenarien . . . . . . . . . . . 35
4.2 Auswertung der FEM-Datensätze . . . . . . . . . 39
5 Physikalische Modellierung der Unfallschwere für Pre-Crash-Systeme 43
5.1 MFD-Modelle für die Unfallschwereschätzung . . . . . . . . . . . 43
5.1.1 MFD-Modelle für Wandszenarien . . . . . . . . . . . 43
5.1.2 Modelle für Fahrzeugunfälle . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2 Bestimmung der grundlegenden Modellparameter . . . . . . . 56
5.2.1 Frequenzanalyse der Crashsignale . . . . . . . 56
5.2.2 Bestimmung der Massen . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.3 Adaption der Parameter auf die Crashszenarien . . . . . . . . . 64
5.3.1 Bestimmung der Überdeckung . . . . . . . . . . . 64
5.3.2 Geschwindigkeitsadaption für die Berechnung . . . . . . . . . . . . . . 75
5.3.3 Massenadaption über die Energiebetrachtung . . . . . . . . . . . . . . 77
5.4 Vorausschauende Airbagentscheidung und Zündung . . . . . 84
5.4.1 Methoden zur Airbag-Auslösung . . . . . . . . . 84
5.4.2 Bestimmung möglicher Zündzeitpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
6 Auswertung und Validierung der Masse-Feder-Dämpfer-Modelle 91
6.1 Randbedingungen zur Auswertung . . . . . . . . 91
6.2 Vergleich der Unfallschwereparameter der FEM und drn Masse-Feder-DämpferModelle . . . . 93
6.3 Vergleich der Airbagentscheidungen . . . . . . . . . 102
6.3.1 Vergleich der Airbagentscheidungen . . . . . . . . 102
6.3.2 Variation der Zündzeitpunkte . . . . . . . . . . . 103
6.4 Toleranzbetrachtung mittel Small Overlap und ODB-Szenarien . . . . 106
7 Verifizierung der Unfallschwereschätzung anhand realer Unfallszenarien 109
7.1 Allgemeine Bedingungen . . . . . . . . . . . 109
7.2 VW Golf III gegen mobile Barriere – frontal . . . . . 110
7.3 VW Golf III gegen mobile Barriere – seitlich . . . . . 112
7.4 Opel Astra gegen Opel Zafira – frontal . . . . . . . 113
8 Zusammenfassung und Ausblick 116
8.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . 116
8.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . 119
A Anhang 120
A.1 CFC60–Filter nach SAE J211 . . . . . . . . . . 120
A.2 Analyse der Frequenz und ζ über die Geschwindigkeit . . . . . . . 122
A.3 Ergänzende Abbildungen zur Unfallschwereschätzung . . . . 125
A.3.1 Deformation . . . . 125
A.3.2 Durchschnittliche Verzögerungen . . . 126
A.4 Datenblätter der Crashsensoren und ergänzende Bilder . . . 128
A.4.1 Datenblätter der Crashsensorik . . . 128
A.4.2 Ergänzende Abbildungen zu den Crashtests . . . . . . . . . 132
A.5 FEM-Simulation . . . . . . . . . . . . . . . 140
A.5.1 Simulierte Szenarien . . . . . . . . . . . . 140
A.5.2 Datenblätter FEM-Modell Toyota Yaris . . . . . . 141
Literaturverzeichnis 146

Keywords: Fahrzeugsicherheit, Integrale Sicherheitssysteme, Unfallschwereschätzung, Airbags, Autonomes Fahren, Automatisiertes Fahren, Masse-Feder-Dämpfer Modelle, Fahrzeugtests, Crashversuche, Physikalische Modellbildung, Vehicle Safety, Integrated Safety Systems, Crash Severity Estimation, Airbags, Autonomous Driving, Automated Driving, Mass-Spring-Damper Models, Vehicle Tests, Crash Tests, Physical Modeling