Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur
Kindersitzerkennung in einem Fahrzeug nach der Gattung des
unabhängigen Patentanspruchs.
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Aus dem Patent Abstract of Japan 11278210 A der Anmeldung JP-10085823
ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Kindersitzerkennung bekannt, wobei mittels eines
Transponders der Kindersitz erkannt wird. Es werden also
Funksignale zur Kindersitzerkennung verwendet.
Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kindersitzerkennung in
einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die
Abtastung von vom Kindersitz zurückgesendeten Funksignalen
nach deren Empfang durchgeführt wird. Damit ist es möglich,
dass während des Empfangs der Funksignale und deren
Abtastung, die zum Empfang gehört, andere Prozesse auf dem
Prozessor ablaufen kann, auf dem die Abtastung des
empfangenen Funksignals durchgeführt wird. Damit können
andere Aufgaben und Softwaremodule, beispielsweise der
Insassenklassifizierung, des Fehlermanagements oder der
Diagnose weiterlaufen, bis das Funksignal vollständig
abgetastet ist und die Auswertung erfolgen kann. Letztlich
führt dies zu einer optimaleren Ausnutzung der vorhandenen
Ressourcen. Insbesondere in Bezug auf Speicher- uns
Rechenkapazität kann hier eine bessere Ausnutzung erreicht
werden. Insbesondere, wenn auch noch Daten von der
Insassenklassifizierung abgetastet werden, kann dies zu
Konflikten führen. Damit ist durch das erfindungsgemäße
Verfahren möglich, diese Aufgaben besser aufzuteilen, so
dass solche Konflikte aufgelöst werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte
Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
angegebenen Verfahrens zur Kindersitzerkennung in einem
Fahrzeug möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass nacheinander Funksignale mit
verschiedenen Frequenzen verwendet werden. Dies ermöglicht,
dass damit die optimale Frequenz zur Kindersitzerkennung
verwendet werden kann. In einem zweiten Schritt wird dann
nur noch das Funksignal mit dieser optimalen Frequenz
verwendet, um die eigentliche Kindersitzerkennung
durchzuführen.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass eine Interrupt-
Steuerung für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen
wird. Das Senden und das Empfangen können durch Interrupts
gesteuert werden. Das heißt, das Senden des Funksignals wird
durch das Interrupt ausgelöst und dann werden die
Funksignale wieder vom Kindersitz empfangen. Liegt kein
Kindersitz vor, kann kein Funksignal wieder empfangen
werden, so dass folglich eine maximale Zeit bis zum Empfang
des Funksignals vorgesehen sein muss, nach deren Ablauf das
Verfahren abgebrochen wird. Die Interruptsteuerung ist ein
wertvolles Mittel, um verschiedene Prozesse zu steuern, so
dass eine Konfliktlösung damit zwischen konkurrierenden
Prozessen ermöglicht wird.
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Die Abtastung des empfangenen Funksignals wird bis zu einem
vorgegebenen Wert durchgeführt, d. h. die Zahl der
Abtastwerte ist vorgegeben, die als ausreichend angesehen
wird. Mittels eines Flags kann dann vom Prozessor abgefragt
werden, ob diese Abtastung beendet ist, so dass dann die
Auswertung nach der Abtastung erfolgen kann. Das heißt
während der Abtastung des empfangenen Funksignals ist die
Auswertesoftware angehalten und wird erst wieder aktiviert,
wenn sie auch wirklich gebraucht wird. Damit kann die
Auswertungssoftware auf dem Prozessor keine Ressourcen
sperren.
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Weiter ist von Vorteil, dass maximal sechs unterschiedliche
Frequenzen verwendet werden, wobei sich diese Zahl als
vorteilhaft erwiesen hat, um in einem Frequenzbereich von
123-133 Kh die optimale Frequenz herauszufinden.
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Die mit unterschiedlichen Frequenzen empfangenen Signale
werden dann daraufhin ausgewertet, bei welcher Frequenz eine
optimale Empfangsqualität vorliegt.
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Das Funksignal mit der optimalen Frequenz wird dann erneut
verwendet, um die Kindersitzerkennung durchzuführen. Diese
Kindersitzerkennung wird dann in vorgegebenen Zeitabständen
wiederholt durchgeführt, um damit die Lage und
Positionsveränderung des Kindersitzes festzustellen.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass während eines
Abtastvorganges durch eine Interruptsteuerung andere
Aufgaben vom Prozessor durchgeführt werden können. Das heißt
zwischen den einzelnen Abtastwerten wird Rechenzeit zur
Bewältigung anderer Aufgaben freigegeben.
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Schließlich ist es auch von Vorteil, dass eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorliegt,
wobei ein Steuergerät hier einerseits mit dieser
Kindersitzerkennung verbunden ist und andererseits mit einer
Insassenerkennung, beispielsweise einer Sitzmatte oder einer
Videoerkennung.
Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
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Fig. 2 ein Blockschaltbild des Transponders im Kindersitz,
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Fig. 3 die Softwarehierarchie im Prozessor,
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Fig. 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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Fig. 5 einen Signalaufbau des Funksignals,
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Fig. 6 eine Signalform des empfangenen Funksignals und
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Fig. 7 einen Abtastwert.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Eine automatische Kindersitzerkennung kann über ein
Transpondersystem die Positionierung eines Kindersitzes
erkennen, so dass dann dem Airbagsteuergerät mitgeteilt
werden kann, ob ein Kindersitz vorliegt oder nicht. Damit
ist es möglich, gefährliche Situationen, die durch eine
Airbagauslösung hervorgerufen werden könnten, zu vermeiden.
Die Kindersitzerkennung wird hier dadurch durchgeführt, dass
von einer Sendeantenne aus, die in der Sitzmatte integriert
ist, eine Frequenz im Bereich von 123-133 Kh ausgestrahlt
wird und über zwei im Kindersitz montierte Resonatoren ein
Bitprotokoll, das im gesendeten Funksignal enthalten ist,
phasenmoduliert wird. Es liegt also ein passiver Transponder
vor. In der Sitzmatte sind dann zum Empfang des
phasenmodulierten Signals zwei Empfangsantennen vorhanden,
die mit einem Demodulator verbunden sind, von dem aus dann
die empfangenen Signale in einen Prozessor eingelesen werden
und über Software demoduliert werden. Häufig stehen zwei
Kanäle zur Verfügung. Aus der Qualität der Bitprotokolle der
Transponder A und B, sowie deren Amplitude lässt sich eine
Aussage über die Orientierung und Korrektheit der Position
des Kindersitzes treffen.
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Bei der hier vorgestellten automatischen Kindersitzerkennung
wird zunächst eine Offsetmessung zur Kalibrierung an den
Kanälen A und B durchgeführt. Hier wird der Offsetlevel bei
einem ausgeschalteten Sender festgestellt. Dann folgt das
Hochfahren der Transponderspannung: bei eingeschaltetem
Sender wird gewartet, bis sich die Transponderspannung für
den Betrieb aufgebaut hat.
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Als nächster Schritt folgt der sogenannte Frequenz-Sweep. Es
werden nacheinander maximal sechs Frequenzen eingestellt und
dabei die Amplitude eines Gleichspannungssignals aus dem
Demodulator abgetastet, um festzustellen, bei welcher
Frequenz und Phasenlage sich ein optimaler Wirkungsgrad für
die Abtastung ergibt. In dem Protokoll des Transponders
befinden sich zu Anfang zwölf Headerbits, die vom
Demodulator als Gleichspannungssignal ausgegeben werden.
Diese werden nun mittels Software abgetastet, wobei über
vier Analog-Digitalkanäle, jeweils linker und rechter Kanal,
mit jeweils null beziehungsweise dreißig Grad
Demodulatorphasenlage gearbeitet wird. Dies geschieht für
die Transponder A und B nacheinander.
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Dann folgt die Abtastung der Identifikation, also der
Kindersitzerkennung. Nachdem durch die verschiedenen
Frequenzen die optimale Frequenz und die
Demodulatorphasenlage gefunden wurde, wird erneut ein
Transponderprotokoll gestartet und dieses zunächst mit einer
definierten Frequenz wieder auf seinen Header, also den
Rahmenkopf hin untersucht, um gegebenenfalls erneut die
Phasenlage zu ändern. Dann erfolgt das Abtasten der
eigentlichen Kindersitzerkennung zunächst für den
Transponder A, dann für den Transponder B. Die Demodulation
wird zunächst in Hardware durchgeführt, und zwar in einem
Prozessor oder einem ASIC. Das demodulierte Signal wird in
einem Datenarray abgespeichert. Die dort enthaltenen Daten
müssen nun mit einem speziellen Alogrithmus, im wesentlichen
einer Kreuzkorrelation, ausgewertet werden, um die Bitfolge
des Transponders zu erhalten. Je nach dem, ob die
Demodulation gültige Werte geliefert hat und abhängig von
den Signalamplituden, wird dann eine entsprechende Lage des
Kindersitzes festgestellt. Dieses Ergebnis wird im weiteren
gefiltert, das heißt, es muss durch mehrmaliges Auftreten
verifiziert werden. Ebenso wird der Sitztyp aus den Daten
bestimmt.
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In Abhängigkeit von der eingestellten Sendefrequenz wird
eine Abtastrate bestimmt, mit der das empfangene Signal vom
Kindersitz dann abgetastet wird. Die Abtastrate kann hier
beispielsweise zwölf verschiedene Werte annehmen und reicht
von 150 Mikrosekunden bis 230 Mikrosekunden. Mit diesen
Zeiten werden die Zeitabstände zwischen den einzelnen
Abtastzeitpunkten bezeichnet. Die Dauer eines solchen
ununterbrochenen Scans beträgt maximal 90 Millisekunden, so
dass klar ist, dass die Zeiten zwischen den einzelnen
Abtastwerten für die Durchführung anderer Aufgaben zu
verwenden sind. Daher wird erfindungsgemäß ein
Timerinterrupt verwendet, der vom Steuerprogramm zu
gegebener Zeit aktiviert wird und dann mit entsprechender
Periode immer wieder aktiviert wird. Im Interruptprogramm
findet hierbei die Analog-Digitalwandlung statt, sowie die
Aufbereitung des Abtastergebnisses. Die Fortführung der
automatischen Kindersitzerkennung erfolgt erst nach
Bereitstellung aller notwendigen Abtastwerte. Dieses
Vorgehen ermöglicht die Durchführung anderer Module während
der Abtastung.
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Das Hauptmodul der Kindersitzerkennungssoftware wird hier
mit AK-Scan bezeichnet. Hierin wird der Aufzeichnungsprozess
gesteuert, sowie die Bestimmung der optimalen Sendefrequenz
durchgeführt. Die Identifikationen werden aus den erhaltenen
Daten extrahiert und der Auswertung zur Bestimmung der
Kindersitzposition zur Verfügung gestellt. Das Softwaremodul
AK-Record dient dem Abtasten der Analog-Digitalkanäle, wobei
es hierbei zwei Vorgehensweisen gibt. Zum einen wird der
Header, also der Rahmenkopf, des Empfangsignals abgetastet,
um ideale Einstellungen herauszufinden. Dies ist praktisch
eine Gleichspannungsmessung. Zum zweiten findet der
eigentliche Identifikationsscan statt, der das Abtasten
einiger Headerbits einer Synchronsequenz sowie der
Identifikationsbits beinhaltet. Im Modul AK-Con befinden
sich die zur Steuerung der Sende- und Empfangseinrichtung
erforderlichen Unterfunktionen zur Bildung der Asic-
Protokolle, als auch der Treiber für eine serielle
Schnittstelle. Das Modul für die Protokollaktualisierung
schreibt die durch die automatische Kindersitzerkennung
erhaltenen Informationen in die an das Airbagsteuergerät zu
sendenden Protokollblöcke.
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Fig. 6 zeigt einen typischen Zeitverlauf des
Identifikationskanals, wie er von den Analog-Digitalkanälen
des Prozessors eingelesen wird. Der Signalverlauf wird hier
mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet. Die Störungen auf dem
Signal 23 müssen ausgefiltert werden.
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Fig. 5 zeigt beispielhaft eine modulierte Identifikation
wie sie im Funksignal enthalten ist, das vom Kindersitz
zurückgesendet wurde. An den Positionen 13 bis 17 ist die
Synchronsequenz angegeben. An der Position 20 wird der Kanal
angegeben, die Positionen 21 und 22 dienen der
Sitztypbestimmung.
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Teil der automatischen Kindersitzerkennung ist die Analyse
zur Bestimmung der optimalen Frequenz, bei der mit
verschiedenen Frequenzen gesucht wird, um die für den Ablauf
optimale Frequenz herauszubekommen. Die Abtastrate des
Prozessors hängt direkt von der eingestellten Sendefrequenz
und dem betrachteten Resonator ab, der im Kindersitz
angebracht ist. Die Auswertemethodik sieht vor, dass jedes
zu erfassende Bit, dessen Länge von obigem abhängt, mit dem
sechzehnfachen Wert abgetastet wird. Daraus ergibt sich eine
frequenzsynchrone Abtastung des Protokolls, also eine
variable Abtastrate.
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Hierfür ist ein Echtzeitbetriebssystem erforderlich. Dieses
Echtzeitbetriebssystem weist hier folgende Eigenschaften
auf:
- - einen Betrieb der automatischen Kindersitzerkennung über
eine Zustandsmaschine
- - eine Ausnutzung der notwendigen Verzögerungen, zum
Beispiel nach dem Einschalten des Senders, für andere
Aufgaben des Gesamtsystems, zum Beispiel die
Insassenerkennung und auch das zwischen den Abtastwerten
andere Aufgaben durchgeführt werden können
- - Handling der Asic-Kommandos, die Operationen wie Sender
einschalten, Frequenz setzen, etc. erfordern
Kern der Erfindung ist, dass ein Verfahren vorgeschlagen
wird, das das Abtasten des Identifikationssignals mit
variabler Frequenz so gestaltet, dass in dem Zeitraum
zwischen den Abtastwerten andere Aufgaben durchgeführt
werden. Zusätzlich ist hier zu berücksichtigen, dass das
Betriebssystem ebenfalls eine Interruptstruktur besitzt, die
allerdings zeitlich konstant abläuft.
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Das Verfahren besteht darin, bei Einstellung einer
bestimmten Sendefrequenz die nötige Abtastrate zu errechnen
und so, den Interrupt auf diesen Wert zu initialisieren.
Danach muss dieser Interrupt freigegeben werden und die
Erfassung der Daten läuft in der Interruptroutine. Hier wird
nach Erreichen eines Zustandes, in dem Steuerungsmodul, AK-
Scan wiederum als sogenannte Unter-Zustandsmaschine das
Modul AkRec aufgerufen, in der letztlich die Abtastung in
Form einer Interruptfreigabe gestartet wird. Über eine
Flagabfrage wird festgestellt, ob das Abtasten vorbei ist,
woraufhin der Interrupt gesperrt wird und mit dem nächsten
Zustand im AK-Scan weitergearbeitet wird. Die Abtastung
läuft also autark ab und stoppt erst, nachdem genügend
Messwerte erfasst wurden. Während alle anderen Aufgaben und
Module, beispielsweise die Insassenklassifizierung,
Fehlermanagement oder Diagnose weiterlaufen, ist die
Software der automatischen Kindersitzerkennung solange
gestoppt, bis das Interrupt wieder gesperrt ist. Direkt
danach erfolgt die Auswertung der Abtastwerte.
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Fig. 7 zeigt das Grundlegende des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Mit der Kurve 24 wird ein abzutastendes Bit
bezeichnet, das, wie oben dargestellt, mit dem
sechzehnfachen Wert abgetastet werden soll. Darunter, mit
dem Bezugszeichen 25 bezeichnet, sind die einzelnen
Abtastwerte. Zwischen den Abtastwerten ist Zeit, die für den
Prozessor für andere Aufgaben freigegeben wird. Dies wird
durch eine Interruptsteuerung erreicht. Das heißt der
laufende Prozess, der tatsächlich gar nicht aktiv ist, wird
bis zum nächsten Abtastwert eingefroren und es können andere
Aufgaben erledigt werden. Neben Interruptsteuerungen sind
auch andere Steuerungen möglich.
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Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein
Prozessor 1 über einen Datenein-/-ausgang mit einem Speicher
2 und über einen zweiten Datenein-/-ausgang mit einer
Sendeempfangseinrichtung 3 und über einen dritten Datenein-
/-ausgang mit einer Signalverarbeitung 5 verbunden ist. An
einen Ein-/Ausgang der Sende-/Empfangseinrichtung 3 ist eine
Antenne 4 angeschlossen. An einen Dateneingang der
Signalaufbereitung 5 ist ein Insassenerkennungssensor 6,
beispielsweise eine Sitzmatte die auf Druck reagiert,
angeschlossen. Anstatt nur eine Antenne zu verwenden, können
hier mehrere Antennen angeschlossen werden.
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Die Antenne 4 ist, wie oben dargestellt, ebenfalls im
Sitzpolster untergebracht und über sie wird das Funksignal
übertragen, um herauszufinden, ob ein Kindersitz auf dem
Fahrzeugsitz angebracht ist. Dazu erzeugt die Sende-
/Empfangseinrichtung 3 ein Funksignal, das über die Antenne
4 versendet wird. Vom Kindersitz wird dann dieses Funksignal
verändert, und zwar durch eine Phasenmodulation, um es dann
wieder zurückzusenden, so dass mit der Antenne 4 dieses
Signal empfangen werden kann. Es liegt folglich ein passiver
Transponder vor.
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Die Sende-/Empfangsstation 3 filtert, verstärkt, setzt
dieses Signal in eine Zwischenfrequenz um und digitalisiert
es. Der Prozessor 1 erhält dann dieses digitalisierte Signal
und wertet es aus. Entspricht die Modulation jener, die von
einem Kindersitz erwartet wird, dann erkennt der Prozessor 1
auch einen Kindersitz. Die für den Vergleich notwendigen
Daten sind im Speicher 2 enthalten. Das Funksignal wird zur
Digitalisierung abgetastet. Während dieser Zeit, und zwar
zwischen den einzelnen Abtastwerten, kann der Prozessor 1
andere Aufgaben erledigen, zum Beispiel die Auswertung von
Sensorwerten vom Insassenerkennungssensor 6. Auch andere
Aufgaben, wie die Diagnose von angeschlossenen Komponenten
und ein Fehlermanagement, sind hier möglich.
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Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Vorrichtung, die im
Kindersitz angeordnet ist und die als passiver Transponder
ausgebildet ist. Eine Antenne 7 empfängt das von der Antenne
4 ausgesendete Signal und überträgt es zu einem Resonator 8,
der eine Modulation des empfangenen Signals verursacht. An
einem Reflektor 9 wird das Signal reflektiert, um wieder
über den Resonator 8 und die Antenne 7 zurückgesendet zu
werden. Ein passive Transponder wie hier dargestellt hat
den Vorteil, dass keine Energieversorgung im Kindersitz
benötigt wird.
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Fig. 3 zeigt die Softwarehierarchie, die hier auf dem
Prozessor 1 verwendet wird. Im Block 10 wird die
Kindersitzerkennung dargestellt, die also die empfangenen
Signale, die vom Kindersitz kommen, auswertet. Die Abtastung
im Block 15, also das Sampling, läuft unabhängig vom Prozess
10 ab, sobald es von einem übergeordneten Steuerprogramm 14,
hier mit Supervisor bezeichnet, über ein Interrupt 17
gestartet wurde. Über ein Flag 16 erkennt das Steuerprogramm
14, ob die Abtastung 15 mit dem aktuellen Wert fertig ist.
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Ist das der Fall, dann kann die Kindersitzerkennung 10 die
Auswertung vornehmen. Zwischen den einzelnen Abtastwerten
gibt das Steuerprogramm 14 Rechenleistung für die anderen
Prozesse 11, die Insassenklassifizierung, hier mit OC
bezeichnet, das Fehlermanagement, hier mit 12 bezeichnet,
und die Diagnose, hier mit 13 bezeichnet, frei.
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In Fig. 4 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Im Verfahrensschritt 18 erfolgt die
Offsetmessung wie oben dargestellt. Im Verfahrensschritt 19
wird dann die Transponderspannung hochgefahren. Im
Verfahrensschritt 20 werden die einzelnen Frequenzen
durchgefahren, das heißt es werden nacheinander Funksignale
mit unterschiedlichen Frequenzen versendet, um
herauszufinden, welche Frequenz die optimale ist. Die
empfangenen Funksignale werden abgetastet, wobei zwischen
den Abtastwerten der Prozessor 1 Rechenzeit erhält, um
andere Aufgaben zu erledigen. Im Verfahrensschritt 21
erfolgt dann, nachdem die optimale Frequenz ausgesucht wurde
und wieder versendet wurde, die eigentliche
Kindersitzerkennung. Dafür wird die Identifikation, also die
Modulation, die der Kindersitz dem empfangenen Signal
zugefügt hat, ausgewertet. Im Verfahrensschritt 22 erfolgt
dann ein Filtern des empfangenen Signals.