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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktivieren einer Fußgängerschutzvorrichtung
eines Kraftfahrzeugs.
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Es
ist erstrebenswert ein Kraftfahrzeug derart zu gestalten, dass bei
einem Zusammenstoß des Kraftfahrzeuges
mit einer Person diese möglichst wenig
verletzt wird. Um das Verletzungsrisiko der Person zu verkleinern,
gibt es Überlegungen,
das Kraftfahrzeug mit einer Fußgängerschutzvorrichtung auszustatten.
So wird z.B. überlegt,
das Kraftfahrzeug im Bereich seiner Motorhaube mit einem aufblasbaren
Luftsack ähnlich
einem Airbag auszustatten, der sich bei einem Zusammenstoß des Kraftfahrzeuges
mit einer Person automatisch aufbläst. Eine andere Möglichkeit
einer Fußgängerschutzvorrichtung
besteht darin, bei einem Unfall mit einer Person die Motorhaube
automatisch leicht anzuheben oder zu öffnen, wodurch für die Person
eine Knautschzone geschaffen wird.
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Die
Fußgängerschutzvorrichtung
soll jedoch ausschließlich
bei einem Zusammenstoß mit
einer Person aktiviert werden. Es ist somit notwendig, zuverlässig zu
entscheiden, ob ein Zusammenstoß mit einer
Person oder mit einem anderen Objekt, z.B. hervorgerufen durch Steinschlag,
vorliegt. Nur im ersten Fall soll die Fußgängerschutzvorrichtung automatisch
aktiviert werden.
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In
der WO 2004/078531 A1 ist ein Verfahren nebst Vorrichtung zur Erkennung
eines Seitenaufpralls für
Insassenschutzmittel in einem Kraftfahrzeug offenbart. Mit dem Verfahren
soll eine Unterscheidung zwischen einer Muss-Auslöse-Situation und
einer Nicht-Auslöse-Situation
bei einem Seitenaufprall getroffen werden, indem das Frequenzspektrum
des Ausgangssig nals eines Beschleunigungs- oder eines Drucksensors
analysiert wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein zuverlässiges Verfahren zum Aktivieren
einer Fußgängerschutzvorrichtung
eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Verfahren zum Aktivieren einer Fußgängerschutzvorrichtung eines
Kraftfahrzeugs, aufweisend folgende Verfahrensschritte: Ermitteln,
ob ein mit einem vorderen Stoßfänger gekoppelter
Sensor abgegebenes Signal eine Signalkomponente mit einer Frequenz
innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs umfasst, wobei die
Signalkomponente mit der Stärke
einer Deformation des vorderen Stoßfängers und das vorgegebene Frequenzband
mit einer relevanten Masse einer Person korreliert, Vergleichen
der Amplitude der Signalkomponente mit einem vorgegebenen Schwellenwert
und Aktivieren der Fußgängerschutzvorrichtung,
wenn die Amplitude der Signalkomponente den Schwellenwert überschreiten.
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Bei
dem Zustandekommen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden folgende Überlegungen
angestellt: Der vordere Stoßfänger ist
zu einem gewissen Grad schwingungsfähig aufgehängt. Bei dem vorderen Stoßfänger handelt
es sich näherungsweise
um ein Feder-Masse-System, das bei einer Anregung mit einer bestimmten
Frequenz schwingt. Um einen Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs mit seinem
vorderen Stoßfänger und
einem Objekt zu erkennen, umfasst das Kraftfahrzeug den Sensor.
Bei einem Zusammenstoß wird
der vordere Stoßfänger deformiert,
d.h. in Richtung des Fahrzeugkörpers
des Kraftfahrzeugs gedrückt.
Das Signal ist somit ein Maß für die Deformation
des vorderen Stoßfängers. Geeignete
Sensoren sind für
bereits verwendete Insassenschutzsysteme, wie z.B. ein Fahrer- oder
Beifahrerairbag bekannt. Beispiele solcher Sensoren sind Faseroptische-,
Beschleunigungs-, Druck-, Deformations- und Biegesensoren.
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Während des
normalen Fahrbetriebes ist der vordere Stoßfänger relativ zum Fahrzeugkörper im Wesentlichen
in Ruhe. Er wird höchstens
durch die Fahrt des Kraftfahrzeugs in relativ kleine Schwingungen
versetzt. Der Sensor gibt folglich wenn, dann nur ein relativ geringes
Signal ab.
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Bei
einem Zusammenstoß mit
einer Person wird der vordere Stoßfänger zunächst deformiert, d.h. in Richtung
des Fahrzeugkörpers
bewegt. Bei einem Zusammenstoß mit
einer Person ist es wahrscheinlich, dass das Aufhängungssystem
des vorderen Stoßfängers nicht
wesentlich beschädigt
wird, sodass der Stoßfänger nach
seiner Deformation wieder seine Ausgangslage einnimmt. Diese Bewegung wird
von dem Sensor erkannt, der daraufhin das Signal abgibt. Das während des
Zusammenstoßes
abgegebene Signal unterscheidet sich deutlich von dem Signal während des
normalen Fahrbetriebs.
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Während des
Zusammenstoßes
des Kraftfahrzeugs mit einem Objekt, z.B. mit einer Person, entspricht
die Masse dieses Feder-Masse-Systems im Wesentlichen der Summe der
Masse des vorderen Stoßfängers und
der Masse des Objekts. Nachdem der vordere Stoßfänger wieder seine ursprüngliche
Position erreicht hat, ist das Objekt in der Regel nicht mehr mit
dem vorderen Stoßfänger in
Kontakt, sodass die Masse des Feder-Masse-System dann der Masse des vorderen
Stoßfängers entspricht.
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Somit
kann näherungsweise
angenommen werden, dass die Zeit zwischen dem Zusammenstoß und dem
Zeitpunkt, an dem der vordere Stoßfänger wieder seine ursprüngliche
Position einnimmt, von der Masse des Objekts, mit dem das Kraftfahrzeug zusammenstößt, abhängt. Somit
hat das Signal des Sensors für
diesen Zeitpunkt eine Signalkomponente, dessen Frequenz von der
Masse des Objekts abhängt.
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Handelt
es sich bei dem Objekt um eine Person, so entspricht die Masse dieses
Feder-Masse-Systems während
des Zusammenstoßes
im Wesentlichen der Summe der Masse des vorderen Stoßfängers und
der relevanten Masse der erfassten Person. Bei einem Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs mit
einer Person wird in der Regel das Bein der Person erfasst, sodass
nach einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
die relevante Masse im Bereich der Masse eines menschlichen Beins
liegt. Die Masse z.B. eines Kinderbeines liegt erfahrungsgemäß im Bereich
von 4kg. Unter Berücksichtigung
typischer Massen eines Stoßfängers ergibt
sich somit eine Frequenzband von etwa 10Hz bis 100Hz.
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Stößt das Kraftfahrzeug
mit einem Objekt, das keine Person ist, zusammen, so liegt die Masse des
Objekts voraussichtlich außerhalb
des genannten Bereichs, weshalb das Signal keine Signalkomponente
oder zumindest keine wesentliche Signalkomponente mit einer Frequenz
im vorgegebene Frequenzband hat.
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Bei
einem Zusammenstoß mit
einer Person umfasst das Signal nicht nur eine Signalkomponente mit
einer Frequenz im vorgegebene Frequenzbereich, sondern diese Signalkomponente
hat auch eine Amplitude mit einem Mindestwert. Die Amplitude der
Signalkomponente hängt
von der Stärke
des Aufpralls der Person auf den vorderen Stoßfänger ab, also vom Grad der
Deformation des Stoßfängers. Um
ein unnötiges
Auslösen
der Fußgängerschutzvorrichtung
zu verhindern, wird erfindungsgemäß die Fußgängerschutzvorrichtung nur dann
aktiviert, wenn die Amplitude der Signalkomponente den Schwellenwert überschreitet.
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Der
Schwellenwert korreliert nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit
einem vorgegebenen Verformungsgrad des Stoßfängers. Der Verformungsgrad
entspricht bevorzugt einem Verformungsgrad, der bei einem Zusammenstoß mit einer
Person zu erwarten ist. Der Schwellenwert kann da bei einen konstanten
Wert haben, der beispielsweise einer Bewegung des vorderen Stoßfängers relativ
zum Fahrzeuggrundkörper
um 1 bis 2cm entspricht. Der Schwellenwert kann aber auch z.B. geschwindigkeitsabhängig variieren.
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Um
die Robustheit des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu erhöhen,
wird nach einer Variante des Verfahrens die Fußgängerschutzvorrichtung erst dann
aktiviert, wenn die Amplitude der Signalkomponente den Schwellenwert
für eine
bestimmte Mindestzeit überschreitet.
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Die
Signalkomponente wird gemäß einer
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
mittels Spektralanalyse des Signals ermittelt. Eine Spektralanalyse
kann beispielsweise mittels diskreter Fourier-, Sinus-, Kosinus-
oder Walsh-Transformation oder
mittels Wavelets durchgeführt
werden. Bei einer Spektralanalyse wird z.B. das Signal abgetastet
und die abgetasteten Werte für
die Spektralanalyse verwendet. Für
die Spektralanalyse wird jedoch nicht nur der aktuelle Abtastwert,
sondern auch vorhergehende Abtastwerte verwendet. Dies wird auch
als Fensterung bezeichnet, wobei die Spektralanalyse mit einer konstanten
oder einer variablen Fensterung erfolgen kann. Da jedoch nicht nur
der aktuelle Abtastwert, sondern auch vorhergehende Abtastwerte
bei der Ermittlung der Signalkomponente im Signal verwendet werden,
kann das Ergebnis der Analyse in dem Zeitbereich, in dem Abtastwerte
vor und während
des Zusammenstoßes
verwendet werden, relativ stark fehlerbehaftet sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher nur
dann die Fußgängerschutzvorrichtung
aktiviert, wenn sich das Ermitteln, ob das Signal eine Signalkomponente
mit einer Frequenz innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs umfasst,
ausschließlich
auf Daten während
des Zusammenstoßes
stützt.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist unter anderem, dass bei einem Aufprall eines Objekts auf den
vorderen Stoßfänger ein
Maß für die Masse
des Objektes unabhängig
von der Aufprallgeschwindigkeit ermittelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist zumindest weitestgehend unabhängig vom verwendeten Sensor.
Auch ist eine variable Skalierung des an die Fahrzeugumgebung denkbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in den beigefügten
schematischen Zeichnungen exemplarisch dargestellt. Es zeigen:
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1 einen
Teil eines Personenkraftwagen und eine Person,
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2 den
in der 1 dargestellten Teil eines Personenkraftwagens
in teilweiser Blockdarstellung und
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3 eine
graphische Darstellung eines Signals.
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Die 1 zeigt
einen Personenkraftwagen PKW mit einem Fahrzeuggrundkörper 1,
an dessen vorderem Ende ein vorderer Stoßfänger 2 mit einer Aufhängevorrichtung 3 befestigt
ist. Der Stoßfänger 2 ist über seine
Aufhängevorrichtung 3 mit
dem Fahrzeuggrundkörper 1 zu
einem bestimmten Grade elastisch aufgehängt.
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Der
Fahrzeuggrundkörper 1,
der Stoßfänger 2 und
seine Aufhängevorrichtung 3 sind
in der 2 als Teilblockschaltbild nochmals dargestellt.
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Der
Personenkraftwagen PKW umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
einen mit dem Stoßfänger 2 gekoppelten
Beschleunigungssensor 4, dessen Ausgang über eine
elektrische Leitung 5 mit einer im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
innerhalb des Armaturenbrettes 7 des Personenkraftwagens
PKW angeordneten Auswertevorrichtung 6 ver bunden ist. Der
Beschleunigungssensor 4 ist in allgemein bekannter Weise
derart ausgeführt,
dass er ein elektrisches Signal S bei einer Bewegung des Stoßfängers 2 relativ
zum Fahrzeuggrundkörper 1 abgibt.
Ein Beispiel eines solchen elektrischen Signals S zeigt die 4.
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Die
Auswertevorrichtung 6 umfasst im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispieles
einen Mikrokontroller 8 und einen Speicher 9.
Die Auswertevorrichtung 6 ist dafür vorgesehen, das vom Beschleunigungssensor 4 abgegebene
elektrische Signal S zu verarbeiten und aufgrund des verarbeiteten elektrischen
Signals S gegebenenfalls eine Fußgängerschutzvorrichtung des Personenkraftwagens PKW
auszulösen.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles
ist die Fußgängerschutzvorrichtung
derart realisiert, dass im Auslösefall
der Auswertevorrichtung 6 eine im vorderen Bereich des
Personenkraftwagens PKW angeordnete Motorhaube 10 mit einer Hubvorrichtung 11 leicht
angehoben wird. Dazu ist die Hubvorrichtung 11 in nicht
dargestellter Weise elektrisch mit der Auswertevorrichtung 6 verbunden. Durch
das Anheben der Motorhaube 10 erhöht sich ein Abstand zwischen
der Motorhaube 10 und des darunter angeordneten, in den
Figuren nicht näher dargestellten
Antriebsaggregates des Personenkraftwagens PKW, wodurch bei einem
Unfall mit einer in der 1 dargestellten Person 12 für diese
eine zusätzliche
Knautschzone geschaffen wird. Die Knautschzone soll ein Verletzungsrisiko
der Person 12 bei einem Unfall mit dem Personenkraftwagen PKW
verringert.
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Wie
bereits ausgeführt,
ist der Stoßfänger 2 mit
der Aufhängevorrichtung 3 an
dem Fahrzeuggrundkörper 1 zu
einem gewissen Grade elastisch befestigt und der Beschleunigungssensor 4 gibt
ein elektrisches Signal S, das von der Bewegung des Stoßfängers 2 relativ
zum Fahrzeuggrundkörper
abhängt,
an die Auswertevorrichtung 6 ab. Während des normalen Fahrbetriebes
des Personenkraftwagens PKW bewegt sich der Stoßfän ger 2 relativ zum Fahrzeuggrundkörper wenn,
dann nur unwesentlich. Das vom Beschleunigungssensor 4 abgegebene elektrische
Signal S hat daher einen relativ geringen Wert. Das dem normalen
Fahrbetrieb des Personenkraftwagens PKW zugeordnete elektrische
Signal S ist in der 3 für eine Zeit t bis t0 exemplarisch
dargestellt.
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Erfasst
der Personkraftwagen PKW die Person 12 mit seinem vorderen
Stoßfänger 2,
so wird der vordere Stoßfänger 2 zunächst deformiert,
das heißt in
Richtung des Fahrzeuggrundkörpers 1 bewegt,
bis der Stoßfänger 2 seine
maximale Deformation erreicht. Der Zeitpunkt des Erfassens der Person 12 mit dem
vorderen Stoßfänger 2 ist
in der 3 als t0 bezeichnet. Die maximale Deformation
erreicht der vordere Stoßfänger zur
Zeit t1. Wenn der vordere Stoßfänger 2 seine
maximale Deformation zum Zeitpunkt t1 erreicht hat, drückt die
Aufhängevorrichtung 3 den Stoßfänger 2 wieder
in seine ursprüngliche
Position relativ zum Fahrzeuggrundkörper 1, die der Stoßfänger zum
Zeitpunkt t2 erreicht.
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Während der
Deformation des Stoßfängers 2,
die auch als Intrusion bezeichnet wird, und dem anschließenden Wiederausrichten
des Stoßfängers 2,
das auch als Extrusion bezeichnet wird, also während dem Zeitraum zwischen
t1 und t2, steht die Person 12 mit dem Stoßfänger 2 in
Kontakt. Ferner ist es bei einem solchen Unfall wahrscheinlich,
dass der Personenkraftwagen PKW mit dem Stoßfänger 2 die Person 12 an
einem Bein 13 der Person 12 erfasst. Wird die
Kombination aus Stoßfänger 2 und
seiner Aufhängevorrichtung 3 näherungsweise
als Feder-Masse-System angenommen, so entsprich die Masse dieses
Feder-Masse-System im Zeitraum zwischen t1 und t2 in etwa der Summe
der Masse des Stoßfängers 2 und
der Masse des Beines 13 der Person 12. Das elektrische
Signal S des Beschleunigungssensors 4 hat somit im Zeitraum
zwischen t1 und t2 eine Frequenz, die von der Masse des Beines 13 der
Person 12 abhängt.
Da die Masse des Stoßfängers 2 bekannt
ist und die typische Masse eines menschlichen Beins bekannt ist, kann
die Frequenz des elektrischen Signals S im Zeitraum zwischen t1 und
t2 in etwa abgeschätzt
werden. Diese liegt bei typischen Massen von Stoßfängern 2 und Beinen 13 einer
Person 12 in einem Bereich von ca. 10Hz und 100Hz.
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Nachdem
der Stoßfänger 2 zum
Zeitpunkt t2 seine Ausgangslage wieder erreicht hat, steht die Person 12 mit
dem Stoßfänger 2 nicht
mehr in Kontakt, sodass die Masse der näherungsweise als Feder-Masse-System
angenommenen Kombination aus Stoßfänger 2 und Aufhängevorrichtung 3 mit
einer Frequenz schwingt, die lediglich von der Masse des Stoßfängers 2 abhängt. Das
vom Beschleunigungssensor 4 entsprechende elektrische Signal
S ist in der 3 für Zeiten größer als t2 dargestellt. Da nun
die Masse der näherungsweise
als Feder-Masse-System angenommenen Kombination aus Stoßfänger 2 und
Aufhängevorrichtung 3 nur
noch der Masse des Stoßfängers 2 entspricht,
hat das elektrische Signal S eine deutlich höhere Frequenz für Zeiten
t größer als
t2, als im Zeitraum zwischen t1 und t2.
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Das
vom Beschleunigungssensor 4 abgegebene elektrische Signal
S wird an die Auswertevorrichtung 6 über die elektrische Leitung 5 weiter
geleitet und vom Mikrokontroller 8 der Auswertevorrichtung 6 verarbeitet.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles
ist der Mikrokontroller 8 derart programmiert, dass er
das elektrische Signal S mit einer Abtastrate von 4kHz abtastet
und das abgetastete Signal auf Signalkomponenten in einem Frequenzspektrum
zwischen 10Hz und 100Hz untersucht. Das Untersuchen des abgetasteten
Signals auf Signalkomponenten mit einer Frequenz zwischen 10Hz und 100Hz
kann prinzipiell mit verschiedenen, dem Fachmann geläufigen Verfahren
durchgeführt
werden. Geeignete Verfahren basieren z.B, auf einer diskreten Fourier-,
Sinus-, Kosinus- oder Walsh-Transformation oder auf Wavelets.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist der Mikrokontroller 8 derart programmiert, sodass er
das abgetaste te Signal einer Spektralanalyse unterzieht. Die Spektralanalyse
stützt
sich im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispieles auf den aktuellen
Abtastwert und vorhergehende Abtastwerte innerhalb eines Zeitfensters
von 5ms. Die vorhergehenden Abtastwerte werden im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
im Speicher 9 zwischengespeichert. Um den Rechenaufwand
zu minimieren, ist die Spektralanalyse im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles
derart ausgeführt,
dass sie lediglich Signalkomponenten im Bereich zwischen 10Hz und
100Hz berücksichtigt.
Des Weiteren unterzieht der Mikrokontroller 8 zu jedem
Abtastzeitpunkt das abgetastete Signal des elektrischen Signals
S einer erneuten Spektralanalyse.
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Erkennt
der Mikrokontroller 8 der Steuerungsvorrichtung 6 dass
das elektrische Signal S eine Signalkomponente zwischen 10Hz und
100Hz aufweist, so vergleicht er die Amplitude dieser Signalkomponente
mit einem in dem Speicher 9 gespeicherten Schwellenwert.
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Die
Amplitude der Signalkomponenten ist vom Deformationsgrad des vorderen
Stoßfängers 2 abhängig. Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles
entspricht der in dem Speicher 9 gespeicherte Schwellenwert
einer Auslenkung beziehungsweise Deformation des vorderen Stoßfängers 2 um 1,5cm. Überschreitet
nun eine im Bereich zwischen 10Hz und 100Hz liegende Signalkomponente
des elektrischen Signals S den im Speicher 9 gespeicherten
Schwellenwert, so generiert die Steuerungsvorrichtung 6 ein
Signal, das über
eine in den Figuren nicht dargestellte elektrische Leitung der Hubvorrichtung 11 übermittelt
wird, die daraufhin die Motorhaube 10 leicht anhebt.
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Um
die Robustheit des beschriebenen Verfahrens zu erhöhen, ist
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles
vorgesehen, dass die Auswertevorrichtung 6 erst dann das
Signal an die Hubvorrichtung 11 abgibt, wenn der Mittelkontroller 8 wenigstens
vier mal hintereinander erkennt, dass das elekt rische Signal S eine
Signalkomponente im Bereich zwischen 10Hz und 100Hz mit einer Amplitude größer als
der im Speicher 9 gespeicherten Schwellenwert aufweist;
d.h. die Fußgängerschutzvorrichtung
des Personenkraftwagens PKW wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
erst dann aktiviert, wenn das elektrische Signal S für wenigstens 1ms
eine Signalkomponente im Bereich zwischen 10Hz und 100Hz mit einer
Amplitude größer als
dem im Speicher 9 gespeicherten Schwellenwert aufweist.
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Ferner
ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles der Mikrokontroller 8 derart
ausgeführt,
dass die Amplitude eine im Bereich zwischen 10Hz und 100Hz liegenden
Signalkomponente des elektrischen Signals S nur dann mit dem im
Speicher 9 gespeicherten Schwellenwert verglichen wird, wenn
sich die Spektralanalyse auf Daten stützt, die im Zeitraum zwischen
t1 und t2 ermittelt wurden. Dies wird im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels dadurch
erreicht, dass der Mikrokontroller 8 das abgetastete elektrische
Signal S mit einem weiteren im Speicher 9 gespeicherten
Schwellenwert vergleicht. Überschreitet
das elektrische Signal S diesen weiteren Schwellenwert, so wird
die das abgetastete Signal erst dann daraufhin untersucht, ob es
eine Signalkomponente im Bereich zwischen 10Hz und 100Hz aufweist,
wenn wenigstens 5ms vergangen sind. Da im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
das Datenfenster für
die Spektralanalyse 5ms entspricht, werden dadurch nur Daten im
Zeitraum zwischen t1 und t2 für
die Spektralanalyse verwendet.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar. Insbesondere können auch andere Sensoren als
der beschriebene Beschleunigungssensor 4 verwendet werden.
Beispiele weiter verwendbarer Sensoren umfassen unter anderem faseroptische
Sensoren, Drucksensoren, Deformationssensoren und Biegesensoren.