Einführung:

Die körperschallbasierte Detektion einer Crashsituation im Automobil ist seit dem Jahr 2008 für den Frontalaufprall im Serieneinsatz. Der Seitencrash stellt im Unterschied dazu durch die kaum vorhandene seitliche Deformationszone und verminderte Möglichkeit zur Absorption der Aufprallenergie eine kritischere Situation für den Insassen dar. Das Unfallgeschehen ereignet sich hier in unmittelbarer Nähe zu den Fahrzeuginsassen, weshalb von einem höheren Verletzungsrisiko ausgegangen werden muss. Im Jahr 2006 erreichten die seitlichen Kollisionen einen Anteil von 28,5% aller registrierten Pkw-Verkehrsunfälle mit Personenschäden.

Problemstellung:

Im Gegensatz zum Frontalaufprall (geforderte Auslösezeit ca. 20 bis 40 ms) ergeben sich so wesentlich höhere Anforderungen an die passiven Sicherheitssysteme im Automobil, die hauptsächlich in der kürzeren Zeit (ca. 4 bis 7 ms je nach Seitencrashtyp) bis zur Auslöseentscheidung begründet sind.

Für die finale Auslöseentscheidung ist die Erkennung des Aufpralls durch einen Satelliten mit einem zweiten Sensor im Airbag-Steuergerät (ECU) zu plausibilisieren. Aufgrund der zentralen Position des Steuergerätes kann dies nur mit zeitlicher Verzögerung gegenüber dem Satelliten erfolgen.

Eine wesentliche Verkürzung der Zeit bis zur Auslöseentscheidung stellt hier das Verfahren der körperschallbasierten Detektion einer Crashsituation dar. Zur Erkennung und Unterscheidung von Aufprallsituationen wird dabei die strukturdynamische Schallemission in der Karosse, die in den ersten Millisekunden aufgrund der Deformation entsteht, ausgewertet. Typische Signale sind im Bild 1 und Bild 2 ersichtlich.

Zielsetzung:

Für die zeitkritische Erkennung des Seitenaufpralls soll die Körperschalltechnologie zunächst zur Plausibilisierung im Steuergerät eingesetzt werden. Langfristig betrachtet kann mit diesem Verfahren eine verbesserte Performance der Crasherkennung im Sinne kürzerer Zündzeiten sowie eine Steigerung der Effizienz der Sensorarchitektur durch den Entfall einzelner Sensoren erreicht werden.

Der moderne Fahrzeugentwicklungsprozess zeichnet sich von Anfang an durch einen hohen Virtualisierungsgrad aus. Nachdem sich der verwendete Körperschallsensor in der Fahrzeugmitte innerhalb des Airbag-Steuergeräts befindet, ist die Signalleitung durch die Fahrzeugkarosse ein wesentlicher Teil des Messsystems. Zur frühen Abschätzung des Körperschallsignals am Sensor ist eine Simulationsmethode zur Vorhersage der Körperschallausbreitung durch die Fahrzeugstruktur notwendig, denn das Verhalten der Struktur wird bisher nur messtechnisch evaluiert.

Durchführung:

Aus technologischer Sicht stellt die Seitencrasherkennung mit Körperschall eine neue, größere Herausforderung dar, als dies bei der Detektion des Frontalaufpralls der Fall ist. Der hauptsächliche Grund liegt in der größeren Varianz der verschiedenen Crashlastfälle hinsichtlich Aufprallort und Charakteristik sowie in der Tatsache, dass an der Seitenstruktur keine definierten Deformationselemente vorhanden sind.

Bei der Betrachtung eines einzelnen Lastfalls ergibt sich im Gegensatz zur vorderen Fahrzeugstruktur für die Ausbreitung des Körperschalls eine wesentlich komplexere Kombination von verschiedenen Ausbreitungswegen von der Entstehungszone bis zum Airbag-Steuergerät. Bild 3 und Bild 4 zeigen schematisch die möglichen Ausbreitungspfade bei einem Frontal- (Bild 3) und Seitenaufprall (Bild 4).

Ferner muss davon ausgegangen werden, dass sich der in die Fahrzeugstruktur emittierte Körperschall zeitlich und örtlich ändert. Dies ist dann der Fall, wenn unterschiedliche Bauteile zu unterschiedlichen Zeiten von dem Hindernis getroffen und deformiert werden.