DE102006055768A1

DE102006055768A1 - Signal pre-processing unit for use in e.g. solid borne sound sensor, has frequency converter module including downward mixer and convolution unit, and coding module designed to perform signal/data compression and source coding

Info

Publication number: DE102006055768A1
Application number: DE200610055768
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fey; Lothar Weichenberger; Günter Fendt
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2006-11-25
Filing date: 2006-11-25
Publication date: 2008-05-29

Abstract

The pre-processing unit (1) has a filter module including a low pass filter or a band-pass filter. A frequency converter module has a downward mixer and a convolution unit for convolution of signals. The convolution unit is designed in such a manner that a signal for processing is partially convoluted with a defined additional signal. A coding module is designed to perform signal/data compression and source coding. An input side is connected with a sensor e.g. solid borne sound sensor (S1). An output side is connected with a signal channel of a central electronic control unit. An independent claim is also included for a method for pre-processing output signals of a solid borne sound sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalvorverarbeitungseinrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Vorverarbeitung von Ausgangssignalen von Körperschallsensoren gemäß Oberbegriff von Anspruch 9 sowie die Verwendung der Signalvorverarbeitungseinrichtung in elektronischen Kraftfahrzeugsicherheitssystemen.The The invention relates to a signal preprocessing device according to the preamble of claim 1, a method for preprocessing output signals of structure-borne sound sensors according to the preamble of Claim 9 and the use of the signal preprocessing device in electronic vehicle security systems.

Es ist bekannt, Beschleunigungssensoren innerhalb eines Insassenschutzsystems für Kraftfahrzeuge einzusetzen. Solche Beschleunigungssensoren werden zum Beispiel, als so genannte Assistenzsensoren im Fahrzeug verteilt, um eine schnelle und präzise Erfassung eines Aufpralls beziehungsweise eines Unfalls zu ermöglichen. Dadurch ergeben sich jedoch unter anderem die Nachteile eines relativ hohen und kostenintensiven Verkabelungsaufwandes, sowie zusätzliche Kosten für die zusätzlichen Sensoren. Außerdem birgt ein großer Verkabelungsaufwand auch immer ein gewisses Risiko bezüglich eines Ausfalls in sich, was in einem sicherheitskritischen Umfeld, was ein Kraftfahrzeug darstellt, beispielsweise durch Redundanzen verringert werden kann.It is known acceleration sensors within an occupant protection system for motor vehicles use. Such acceleration sensors are, for example, distributed as so-called assistance sensors in the vehicle to one fast and accurate To enable detection of an impact or an accident. However, this results in, among other things, the disadvantages of a relative high and costly cabling effort, as well as additional costs for the additional Sensors. Furthermore holds a big one Wiring effort always a certain risk regarding a Failure in what is, in a safety-critical environment, what represents a motor vehicle, for example, reduced by redundancies can be.

Deshalb werden zur Unfallerkennung alternativ Körperschallsensoren eingesetzt, welche nicht so nahe an der Fahrzeugaußenhaut angeordnet sein müssen, da sich Körperschallwellen im Fahrzeug weitaus schneller ausbreiten, als durch Be schleunigungsänderungen erzeugte Schwingungen.Therefore alternatively acoustic emission sensors are used for accident detection, which need not be arranged so close to the vehicle outer skin, since are structure-borne sound waves propagate far faster in the vehicle than by acceleration changes generated vibrations.

Druckschrift WO 2005/036108 schlägt einen Fahrzeugsensor zur Erfassung einer Beschleunigung und von Körperschall (Körperschallsensor) vor. Zwei solcher Sensoren werden im Wesentlichen zentral im Kraftfahrzeug, mit jeweils unterschiedlicher Ausrichtung, angeordnet. Diese Körperschallsensoren sind mit dem Fahrzeugchassis gekoppelt. Außerdem ist diesen Körperschallsensoren eine lokale Signalverarbeitungseinheit nachgeschaltet, welche einen Filter zur Signalverarbeitung und zum selektiven Erfassen der Beschleunigung und des Körperschalls aufweist. Diese Verarbeitungseinheit überträgt ihre Ausgangssignale an eine Zentraleinheit zur Auswertung. Die Ausgangssignale der Körperschallsensoren in solch einer Anordnung haben relativ breitbandige Frequenzspektren und weisen insbesondere hochfrequente Signalanteile auf. Die Auswertung dieser Signale ist relativ aufwändig, da im Rahmen einer Digitalisierung der Signale, diese mit mehr als der doppelten oberen Grenzfrequenz ihres jeweils bandbegrenzten Spektrums abgetastet werden müssen (Shannon'sches Abtasttheorem), um Aliasingeffekte zu vermeiden. Dies macht einerseits den Einsatz leistungsstarker und damit relativ kostspieliger Analog-/Digitalwandler in der Zentraleinheit nötig und ist auch in sofern nachteilig, als dass ein Signal, welches mit relativ hoher Frequenz abgetastet wird, eine relativ große Datenmenge im Zuge der Digitalisierung verursacht. Dies ist deshalb besonders nachteilig, als das der Übertragungskanal zwischen den Sensoren und der Zentraleinheit häufig durch eine einfache serielle Schnittstelle realisiert wird, welche unter Umständen nicht genügend Kanalkapazität aufweist. Zusätzlich wird durch die relativ großen Datenmengen die Recheneinheit der Zentraleinheit, welche normalerweise eine Vielzahl an Prozessen ausführen muss, stark belastet und gegebenenfalls überlastet.pamphlet WO 2005/036108 proposes a vehicle sensor for detecting acceleration and structure-borne sound (structure-borne sound sensor). Two such sensors are arranged substantially centrally in the motor vehicle, each with a different orientation. These structure-borne noise sensors are coupled to the vehicle chassis. In addition, these structure-borne sound sensors are followed by a local signal processing unit, which has a filter for signal processing and for selectively detecting the acceleration and structure-borne sound. This processing unit transmits its output signals to a central processing unit for evaluation. The output signals of the structure-borne sound sensors in such an arrangement have relatively broadband frequency spectra and in particular have high-frequency signal components. The evaluation of these signals is relatively complex, since in the context of digitizing the signals, they must be sampled at more than twice the upper limit frequency of their respective band-limited spectrum (Shannon's sampling theorem) in order to avoid aliasing effects. On the one hand, this necessitates the use of powerful and thus relatively expensive analog / digital converters in the central unit and is also disadvantageous in that a signal which is sampled at a relatively high frequency causes a relatively large amount of data in the course of the digitization. This is particularly disadvantageous in that the transmission channel between the sensors and the central unit is often realized by a simple serial interface, which may not have enough channel capacity. In addition, due to the relatively large amounts of data, the arithmetic unit of the central processing unit, which normally has to execute a large number of processes, is heavily loaded and optionally overloaded.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt eine Signalvorverarbeitungseinrichtung und ein Verfahren zur Vorverarbeitung von Körperschallsensorsignalen vorzuschlagen, welche den Einsatz von breitbandigen Körperschallsensoren erleichtert und/oder die Anforderungen an die Datenschnittstelle zu mindestens einer zentralen elektronischen Kontrolleinheit verringert und/oder die von der Zentraleinheit zu verarbeitende Datenmenge verringert.The The invention has the object of a signal preprocessing device and to propose a method for preprocessing structure-borne sound sensor signals, which facilitates the use of broadband structure-borne sound sensors and / or the requirements for the data interface to at least one reduced central electronic control unit and / or the reduced by the central unit to be processed amount of data.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Signalvorverarbeitungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und durch das Verfahren zur Vorverarbeitung von Ausgangssignalen von Körperschallsensoren gemäß Anspruch 9.The The object is achieved by the signal pre-processing device according to claim 1 and by the Method for preprocessing output signals of structure-borne sound sensors according to claim 9th

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde eine Signalvorverarbeitungseinrichtung vorzuschlagen, welche in einen Körperschallsensor beziehungsweise in einen Beschleunigungssensor zur Erfassung von Körperschall, integriert ist oder welche eingangsseitig mit mindestens einem solchen Sensor verbunden ist und ausgangsseitig mit mindestens einem Signalkanal zu mindestens einer zentralen elektronischen Kontrolleinheit verbunden ist. Dabei weist die Signalvorverarbeitungseinrichtung mindestens ein Filtermodul auf, welches beispielsweise einen Tiefpass oder Bandpass umfasst. Des weiteren beinhaltet die Signalvorverarbeitungseinrichtung zusätzlich mindestens eines der folgenden Module zur Signal- und/oder Datenverarbeitung, wobei das/die Modul/e ganz oder teilweise, insbesondere auch das mindestens eine Filtermodul, als elektronische Schaltung/en ausgebildet ist/sind oder durch mindestens ein Programm verwirklicht ist/sind, welche/s von einer integrierten elektronischen Schaltung ausgeführt wird/werden:

– ein Frequenzumsetzermodul, welches einen Abwärtsmischer und/oder ein Mittel zur Faltung von Signalen aufweist, welches so ausgelegt ist, dass das mindestens eine zu verarbeitende Signal, zumindest teilweise, mit mindestens einem definierten zusätzlichen Signal gefaltet werden kann und/oder
– ein Codierungsmodul, welches dazu ausgelegt ist, eine Signal-/Datenkompresssion und/oder Quellencodierung vorzunehmen.

The invention is based on the idea of proposing a signal preprocessing device which is integrated in a structure-borne sound sensor or in an acceleration sensor for detecting structure-borne noise or which is connected on the input side to at least one such sensor and whose output is connected to at least one signal channel to at least one central electronic control unit , In this case, the signal preprocessing device has at least one filter module which, for example, comprises a low-pass or bandpass filter. Furthermore, the signal preprocessing device additionally includes at least one of the following modules for signal and / or data processing, wherein the module (s) is completely or partially, in particular also the at least one filter module, designed as electronic circuit (s) or by at least one Program implemented by an integrated electronic circuit:

A frequency converter module having a downmixer and / or a means for convolution of signals, which is designed so that the at least one signal to be processed can be folded, at least partially, with at least one defined additional signal and / or
A coding module designed to perform signal / data compression and / or source coding.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Gedanke zu Grunde, dass das mindestens eine Ausgangssignal mindestens eines Körperschallsensors beziehungsweise mindestens eines Beschleunigungssensors zur Erfassung von Körperschall, an eine Signalvorverarbeitungseinrichtung übertragen wird, in welcher mindestens eine Filterung durchgeführt wird. Vor oder nach dieser Filterung wird mindestens einer der folgenden Schritte durchgeführt:

– eine oder mehrere Frequenzumsetzung/en, durch Mischen oder Falten des mindestens einen zu verarbeitenden Signals mit mindestens einem definierten zusätzlichen Signal,
– Anwendung mindestens eines Datenkompressionsverfahrens und/oder einer Quellencodierung auf das mindestens eine Sensorsignal.

The method according to the invention is based on the idea that the at least one output signal of at least one structure-borne sound sensor or at least one acceleration sensor for detecting structure-borne noise is transmitted to a signal preprocessing device in which at least one filtering is performed. Before or after this filtering, at least one of the following steps is performed:

One or more frequency conversion (s), by mixing or folding the at least one signal to be processed with at least one defined additional signal,
Application of at least one data compression method and / or source coding to the at least one sensor signal.

Unter dem Begriff Körperschallsensor wird auch ein Beschleunigungssensor oder ein Beschleunigungsaufnehmer verstanden, welcher so ausgebildet ist, dass dieser Körperschall erfassen kann, insbesondere Körperschall, welcher sich in einem Kraftfahrzeugchassis ausbreitet.Under the term structure-borne sound sensor is also an acceleration sensor or an accelerometer understood, which is designed so that this structure-borne sound can detect, in particular structure-borne noise, which propagates in a motor vehicle chassis.

Unter dem Begriff Sensorsignal wird sowohl das direkte Ausgangssignal mindestens eines Körperschallsensors verstanden, als auch das schon teilweise vorverarbeitete Signal, welches im Laufe eines vorzugsweise mehrstufigen Verfahrens bzw. beim Durchlaufen mehrere Module im Signalpfad, im Rahmen der Signalvorverarbeitungseinrichtung, weiterverarbeitet werden soll.Under The term sensor signal is both the direct output signal at least one structure-borne sound sensor understood as well as the already partially preprocessed signal, which in the course of a preferably multi-step process or at Traversing several modules in the signal path, as part of the signal preprocessing device, should be further processed.

Unter dem Begriff Faltung beziehungsweise Falten wird eine Vorschrift zur Bestimmung, bzw. die Bestimmung/Berechnung, des Faltungsprodukts verstanden. Dies kann sowohl für kontinuierliche, als auch für zeitdiskrete und insbesondere digitale Signale durchgeführt werden. Entsprechend wird unter „Falten" besonders bevorzugt die Berechnung/Bestimmung des diskreten Faltungsproduktes verstanden.Under the term folding or folding becomes a prescription for the determination or determination / calculation of the folding product Understood. This can be for both continuous, as well as for time discrete and in particular digital signals are performed. Accordingly, "wrinkles" are particularly preferred understood the calculation / determination of the discrete folding product.

Ein Mischer, welcher eine Multiplikation von zwei Signalen im Zeitbereich durchführt, kann als Element verstanden werden, welches eine Faltung von zwei Signalen im Frequenzbereich durchführt. Dabei kann vorzugsweise ein analoger Mischer als ein Modul oder Element betrachtet werden, welches eine Faltung durchführt.One Mixer, which is a multiplication of two signals in the time domain performs, can be understood as an element which is a convolution of two Performs signals in the frequency domain. In this case, preferably consider an analog mixer as a module or element, which performs a folding.

Vorzugsweise wird das Filtermodul mit mindestens einem anderen Modul kombiniert, beziehungsweise wirkt mit diesem zusammen. Insbesondere ist ein Tiefpass oder ein Bandpass der Filtermoduls dem Frequenzumsetzermodul vorgeschaltet.Preferably if the filter module is combined with at least one other module, or interacts with this. In particular, one is Lowpass or a bandpass filter module the frequency converter module upstream.

Es ist bevorzugt, dass die Signal-/Datenübertragung von der Signalvorverarbeitungseinrichtung zur zentralen elektronischen Kontrolleinheit über mindestens einen Übertragungskanal erfolgt, welche/r drahtgebunden ausgebildet ist/sind. Es ist anzumerken, dass eine Frequenzumsetzung nicht, insbesondere nur, zur drahtlosen Datenübertragung und diesbezüglich zur Modulation eines Trägersignals mit einem Basisband, verwendet wird, sondern um eine Frequenzverminderung des mindestens einen informationstechnisch relevanten Frequenzbandes zu erreichen.It it is preferred that the signal / data transmission from the signal preprocessing means to the central electronic control unit via at least one transmission channel takes place, which / is wired trained / are. It should be noted that a frequency conversion not, especially only, to the wireless Data transfer and in this regard for modulation of a carrier signal with a baseband, but a frequency reduction the at least one information technology relevant frequency band to reach.

Es ist zweckmäßig, dass einzelne Module der Signalvorverarbeitungseinrichtung und/oder bestimmte Schritte des Verfahrens, sowohl analog, als auch digital ausgebildet sind/ausgeführt werden können. Dies führt zu entsprechenden, alternativ bevorzugten, Varianten der Signalvorverarbeitungseinrichtung und des Verfahrens.It is appropriate that individual modules of the signal preprocessing device and / or certain Steps of the method, both analog and digital formed are / executed can be. this leads to to corresponding, alternatively preferred, variants of the signal preprocessing device and the procedure.

Vorzugsweise umfasst das Frequenzumsetzermodul zusätzlich einen Tiefpass und/oder einen Analog-/Digitalwandler. Dabei verläuft der Signalpfad innerhalb der Frequenzumsetzermoduls insbesondere erst durch Tiefpass, insbesondere alternativ durch den Tiefpass des Filtermoduls, dann durch einen Ana log-/Digitalwandler, besonders bevorzugt mit integrierter Stufe zur Abtastung, und dann durch ein Element, welches so ausgelegt ist, eine Faltung des digitalen Signals mit einem definierten zusätzlichen digitalen Signal durchzuführen. Ganz besonders bevorzugt schließt sich im Signalpfad daran ein Filter zur Filterung unerwünschter Signalanteile an. Das gesamte Modul und/oder einzelne Elemente dieses Moduls sind insbesondere als Programm und/oder Teilprogramme verwirklicht, welche durch eine integrierte Schaltung, vorzugsweise einen DSP (Digital Signal Processor) ausgeführt bzw. von diesem abgearbeitet wird. Durch die Verwendung eines DSPs ist die Auslegung der Signalvorverarbeitungseinrichtung flexible. Zusätzlich sind DSPs teilweise günstiger als anwenderspezifische integrierte Schaltungen (ASICs).Preferably the frequency converter module additionally includes a low pass and / or an analog / digital converter. The signal path runs within the frequency converter module in particular only by low-pass, in particular alternatively through the low pass of the filter module, then through an analog / digital converter, particularly preferably with integrated scanning stage, and then by an element which is so designed, a convolution of the digital Performing a signal with a defined additional digital signal. All particularly preferably closes There is a filter in the signal path to filter unwanted Signal components. The entire module and / or individual elements of this module are implemented in particular as a program and / or sub-programs, which by an integrated circuit, preferably a DSP (Digital Signal Processor) executed or processed by this becomes. By using a DSP, the design of the signal pre-processor is flexible. additionally DSPs are partly cheaper as custom integrated circuits (ASICs).

Es ist bevorzugt, dass das Codierungsmodul so ausgelegt ist, dass es eine Redundanzreduktion oder eine Irrelevanzcodierung vornehmen kann. Insbesondere umfasst diese Redundanzreduktion eine Codierung noch dem Huffmann-Code. Besonders bevorzugt ist dieses Modul als ein Programm oder Unterprogramm, welche von einer integrierten Schaltung ausgeführt wird, verwirklicht. Durch eine Redundanzreduktion mit dem Huffmann-Code gehen keinerlei Informationen verloren und es wird die in diesem Zusammenhang optimale Datenkommpression durchgeführt. Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, das Codierungsmodul so auszulegen, dass ganz besonders bevorzugt zusätzlich, eine Kanalcodierung durchgeführt wird. Im Rahmen dieser Kanalcodierung wird vorzugsweise ein Hamming-Code verwendet. Hierdurch können nicht nur Übertragungsfehler erkannt, sondern in geringerem Umfang auch korrigiert werden.It is preferred that the coding module is designed such that it can perform a redundancy reduction or an irrelevance coding. In particular, this redundancy reduction comprises a coding or the Huffman code. More preferably, this module is implemented as a program or subroutine executed by an integrated circuit. By reducing the redundancy with the Huffman code, no information is lost and the optimum data compression is performed in this context. In addition, it is particularly preferred to design the coding module such that very particularly preferably additionally, a channel coding is carried out. In the context of this channel coding, a Hamming code is preferably used. This not only detects transmission errors, but to a lesser extent also be corrected.

Alternativ vorzugsweise oder zusätzlich kann das Codierungsmodul so ausgelegt sein, dass im Rahmen einer Irrelevanzcodierung bestimmte Informationen, welche aufgrund der Chassiseigenschaften eines Kraftfahrzeugs, in welchem der mindestens eine Körperschallsensor implementiert ist/sind eine untergeordnete Rolle spielen, nicht berücksichtigt werden. Hierdurch können relativ viele Informationen vernachlässigt werden und die Datenmenge kann dementsprechend relativ stark verringert werden.alternative preferably or additionally the coding module can be designed so that in the context of a Irrelevanzcodierung certain information, which due to the Chassiseigenschaften a motor vehicle, in which the at least one Acoustic emission sensor is implemented / are not playing a subordinate role be taken into account. This allows relatively much information is neglected and the amount of data can therefore be reduced relatively strong.

Es ist zweckmäßig, dass die Signalvorverarbeitungseinrichtung ein Frequenzumsetzermodul, welches einen Abwärtsmischer und einen Tiefpass umfasst, und ein Codierungsmodul welches dazu ausgelegt ist, eine analoge Datenkompression vorzunehmen, aufweist. Insbesondere weist die Signalvorverarbeitungseinrichtung zusätzlich einen Bandpass auf, welcher Signalanteile, welche eine geringere Informationsdichte aufweisen, herausfiltert. Bezüglich oben genannter Module sind alle Kombinationen dieser Module bezüglich der Reihenfolge innerhalb des Signalpfades alternativ besonders bevorzugt. Durch einen Abwärtsmischer kann auch relativ einfache Weise eine Frequenzumsetzung erreicht werden.It is appropriate that the signal pre-processing means a frequency converter module, which a down mixer and a low-pass filter, and a coding module designed therefor is to make an analog data compression has. Especially the signal preprocessing device additionally has a bandpass, which signal components, which a lower information density have, filters out. Regarding above These modules are all combinations of these modules with respect to Order within the signal path alternatively particularly preferred. Through a downmixer can also be achieved relatively simple way a frequency conversion become.

Vorzugsweise weist die Signalvorverarbeitungseinrichtung ein Frequenzumsetzermodul, welches einen Tiefpass und/oder ein Element zur Abtastung (Sample and Hold) und/oder einen Analog-/Digitalwandler umfasst und welches außerdem so ausgelegt ist, dass das mindestens eine zu verarbeitende digitale Signal mit einem definierten zusätzlichen digitalen Signal gefaltet werden kann, und ein Codierungsmodul auf, welches so ausgelegt ist, dass dieses eine Quellencodierung durchführen kann, insbesondere entsprechend dem Huffmann-Code. Besonders bevorzugt weist das Codierungsmodul zusätzlich noch mindestens einen digitalen Filter auf, durch welchen unerwünschte Datenanteile, ganz besonders bevorzugt welche aus der Faltung resultieren, herausgefiltert werden. Bezüglich oben genannter Module und Elemente sind alle Kombinationen dieser Module und Elemente bezüglich der Reihenfolge innerhalb des Signalpfades alternativ besonders bevorzugt.Preferably the signal pre-processing device has a frequency converter module, which a low-pass and / or an element for sampling (Sample and Hold) and / or an analog / digital converter and which Furthermore is designed so that the at least one digital to be processed Signal with a defined additional digital Signal can be folded, and a coding module on which is designed so that this can perform a source coding, especially according to the Huffman code. Especially preferred has the coding module in addition at least one digital filter through which unwanted data shares, most preferably which result from the folding, filtered out become. In terms of The above mentioned modules and elements are all combinations of these modules and elements regarding the order within the signal path alternatively particularly prefers.

Die Signalvorverarbeitungseinrichtung ist zweckmäßigerweise zusammen mit mindestens einem Körperschallsensor und/oder mindestens einem Körperschallmesswandlerelement, auf einem Chip integriert. Alternativ zweckmäßig ist, dass die Signalvorverarbeitungseinrichtung und der/das mindestens eine Körperschallsensor/-sensorelement separat auf zwei Chips integriert sind und diese beiden insbesondere per Flip-Chip-Technologie miteinander verbunden sind.The Signal preprocessing is expediently together with at least a structure-borne sound sensor and / or at least one structure-borne sound transducer element, integrated on a chip. Alternatively it is expedient that the signal preprocessing device and the at least one structure-borne sound sensor / sensor element separately integrated on two chips and these two in particular via flip-chip technology connected to each other.

Vorzugsweise ist der mindestens eine Körperschallsensor so ausgelegt, dass diese/r mindestens auch Frequenzen ab 2 Kiloherz erfassen kann/können. Insbesondere ist der Körperschallsensor so ausgelegt, dass er zusätzlich zum Körperschall auch Beschleunigungen, besonders bevorzugt mit Frequenzen unter 500 Hz erfassen kann und zusätzlich an die Signalvorverarbeitungseinrichtung überträgt.Preferably is the at least one structure-borne sound sensor designed so that this / r at least also frequencies from 2 kilohertz can / can capture. In particular, the structure-borne sound sensor designed so that he in addition to structure-borne noise also accelerations, particularly preferably with frequencies below 500 Hz can capture and in addition transmits to the signal preprocessing device.

Im Zuge des Verfahrens ist es zweckmäßig, dass das mindestens eine Sensorausgangssignal erst durch einen Tiefpass ge filtert wird, danach abgetastet und quantisiert wird, danach mit mindestens einem zusätzlichen digitalen Signal gefaltet wird und anschließend eine Quellencodierung durchgeführt wird.in the During the process, it is expedient that the at least one Sensor output signal is first filtered by a low-pass ge, then sampled and quantized, then with at least one additional folded digital signal and then a source coding is carried out.

Alternativ vorzugsweise wird das Sensorausgangssignal zunächst mit Hilfe eines Tiefpasses und/oder eines Bandpasses gefiltert, danach wird eine analoge oder alternativ digitale Datenkompression bzw. Quellencodierung durchgeführt, wobei im Rahmen einer digitalen Quellencodierung das mindestens eine Sensorausgangssignal erst noch digitalisiert wird, anschließend wird das mindestens eine Sensorsignal mit mindestens einem zusätzlichen Signal gefaltet. Hernach erfolgt insbesondere eine Filterung, in welcher besonders bevorzugt unerwünschte, durch die Faltung entstandene Datenanteile, herausgefiltert werden.alternative Preferably, the sensor output signal is first using a low-pass and / or a bandpass filter, then an analogue or alternatively digital data compression or source coding, wherein in the context of a digital source coding, the at least one sensor output signal is still being digitized, then the at least one sensor signal with at least one additional Signal folded. After that, in particular filtering takes place, in which particularly preferably unwanted, resulting from the folding Data shares, to be filtered out.

Vorzugsweise wird das Verfahren, insbesondere die Frequenzumsetzung, jeweils auf bestimmte Signalanteile und/oder Spektralanteile des Sensorsignals, angewendet.Preferably is the process, in particular the frequency conversion, respectively to certain signal components and / or spectral components of the sensor signal, applied.

Es ist zweckmäßig, dass das Verfahren so ausgestaltet ist, dass eine analoge Abwärtsmischung des mindestens einen Sensorausgangssignals durchgeführt wird, wobei das/die resultierende/n Signal/e danach mit einem Tiefpassfilter gefiltert werden. Anschließend erfolgt insbesondere alternativ eine analoge Datenkompression oder eine Digitalisierung mit anschließender Quellencodierung.It is appropriate that the method is configured such that an analog downconversion of the At least one sensor output signal is performed, wherein the resulting / n Signal / s are then filtered with a low-pass filter. Then done in particular alternatively an analog data compression or a Digitization with subsequent Source coding.

Die Quellencodierung umfasst bevorzugt eine Redundanzreduk tion, insbesondere ein Redundanzreduktion entsprechend dem Huffmann-Code, alternativ insbesondere eine Irrelevanzcodierung. Besonders bevorzugt erfolgt eine Irrelevanzcodierung in Abhängigkeit bekannter Parameter und/oder Bedingungen, nach welchen weniger relevante Daten-/Signalanteile weggelassen werden.The Source coding preferably comprises a Redundanzreduk tion, in particular a redundancy reduction according to the Huffman code, alternatively in particular an irrelevance coding. Particularly preferred an irrelevance coding in dependence known parameters and / or conditions, according to which less relevant Data / signal components are omitted.

Einzelne oben aufgeführte Verfahrensschritte sind zweckmäßigerweise miteinander zu kombinieren, wegzulassen, sowie die Reihenfolge der Verfahrensschritte zu ändern, wodurch entsprechende bevorzugte, alternative Ausgestaltungen des Verfahrens definiert sind.Individual method steps listed above are expediently to be combined with each other, omitted, as well as to change the order of the method steps, whereby corresponding preferred, alternative embodiments of the method are defined.

Die erfindungsgemäße Signalvorverarbeitungseinrichtung ist zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehen.The Signal preprocessing device according to the invention is intended for use in motor vehicles.

Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Signalvorverarbeitungseinrichtung in Kraftfahrzeugen sind vorzugsweise mindestens zwei unterschiedlich ausgerichtete Körperschallsensoren vorgesehen, deren Ausgangssignale entsprechend vorverarbeitet werden. Die erfindungsgemäßen Signalvorverarbeitungseinrichtung und die Körperschallsensoren/-sensorelemente sind dabei vorzugsweise an einer im Wesentlichen zentralen Position innerhalb des Kraftfahrzeugs, insbesondere auf dem Kardantunnel, angeordnet. Darüber hinaus ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Signalvorverarbeitungseinrichtung in allen technischen Bereichen und Anwendungen vorgesehen, in welchen Ausgangssignale von Körperschallsensoren relevante, hochfrequente Signalanteile aufweisen und/oder relativ breitbandig sind. Diese Verwendung bietet sich insbesondere dann an, wenn die Sensorsignale anschließend über mindestens einen Kanal mit relativ geringer Kanalkapazität, wie beispielsweise einen seriellen Bus, übertragen werden sollen und/oder in denen die zentrale elektronische Kontrolleinheit, welche die Sensorsignale auswertet, entlastet werden soll, bzw. die dieser zugeführte Informationsmenge verringert werden soll. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise der Einsatz in Diagnose- oder Überwachungssystemen, bei denen eine Schwingungsanalyse bestimmter Elemente erforderlich ist, wie bei einer Lagerüberwachung, in einem System zur Überwachung des Fahrbahnzustandes, in welchem eine Schwingungsanalyse der im Fahrwerk auftretenden Schwingungen durchgeführt wird. Des Weiteren ist beispielsweise eine Verwendung in Fahrwerks- und Fahrdynamikregelungssystemen möglich und vorteilhaft.at a use of the signal preprocessing device according to the invention in motor vehicles, at least two are preferably different aligned structure-borne sound sensors provided, the output signals are preprocessed accordingly. The signal preprocessing device according to the invention and the structure-borne sound sensor / sensor elements preferably at a substantially central position within of the motor vehicle, in particular on the transmission tunnel. About that In addition, the use of the signal preprocessing device according to the invention in all technical areas and applications, in which Output signals from structure-borne sound sensors have relevant, high-frequency signal components and / or relative are broadband. This use is particularly useful when the sensor signals are then transmitted through at least one channel with relatively low channel capacity, such as a serial bus, transferred and / or where the central electronic control unit, which evaluates the sensor signals, should be relieved, or the supplied this Amount of information should be reduced. Further uses are, for example, the use in diagnostic or monitoring systems, where a vibration analysis of certain elements required is, as with a bearing control, in a system for monitoring the road condition, in which a vibration analysis of the im Chassis occurring vibrations is performed. Furthermore, for example a use in chassis and vehicle dynamics control systems possible and advantageous.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.Further preferred embodiments emerge from the dependent claims and the following description of exemplary embodiments with reference to FIG Characters.

Es zeigen in schematischer DarstellungIt show in a schematic representation

1 eine Anordnung von Körperschallsensoren in einem Kraftfahrzeug, 1 an arrangement of structure-borne sound sensors in a motor vehicle,

2 das Spektrum eines Körperschallsensorsignals, 2 the spectrum of a structure-borne sound sensor signal,

3 schematische Ausführungsbeispiele von Signalvorverarbeitungseinrichtungen, 3 schematic embodiments of signal preprocessing devices,

4 ein Ausführungsbeispiel mit einem DSP und 4 an embodiment with a DSP and

5 die Wirkungsweise einer beispielhaften Signalvorverarbeitungseinrichtung anhand des Körperschallsignalspektrums. 5 the operation of an exemplary signal preprocessing based on the structure-borne sound signal spectrum.

1 zeigt eine Anordnung von Körperschallsensoren S1, S2 in einem Kraftfahrzeug 10 gemäß dem Stand der Technik. Dabei sind diese beiden, unterschiedlich ausgerichteten Körperschallsensoren S1, S2 sowie eine Einrichtung zur Signalvorverarbeitung, in welcher beispielsweise eine Filterung der Sensorsignale durchgeführt wird, relativ zentral im Kraftfahrzeug 10 angeordnet. Da diese Sensoren S1, S2 neben der Beschleunigung auch Körperschall erfassen, ist eine Anbringung nahe der Fahrzeugaußenhaut nicht erforderlich, da sich die Körperschallwellen weitaus schneller im Fahrzeug ausbreiten als die durch Beschleunigungsänderungen erzeugten Schwingungen. Dadurch kann ein Unfall in einer zur Auslösung eines Sicherheitssystems erforderlichen Zeit detektiert werden. 1 shows an arrangement of structure-borne sound sensors S1, S2 in a motor vehicle 10 according to the prior art. In this case, these two, differently oriented structure-borne sound sensors S1, S2 and a device for signal preprocessing, in which, for example, a filtering of the sensor signals is carried out, are relatively central in the motor vehicle 10 arranged. Since these sensors S1, S2 detect the structure-borne noise in addition to the acceleration, an attachment near the vehicle outer skin is not required because the structure-borne sound waves propagate much faster in the vehicle than the vibrations generated by acceleration changes. As a result, an accident can be detected in a time required to trigger a safety system.

In 2 ist das beispielgemäße Spektrum eines Signales, eines in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Körperschallsensors, veranschaulicht. Dieses weist zwischen 0Hz und 1kHz einen ersten Spektralanteil 4 bestimmter Bandbreite auf, der charakteristisch für die durch den Sensor erfassten Beschleunigungen ist. Der zweite Spektralanteil 5 ist deutlich hochfrequenter und ist charakteristisch für den erfassten Körperschall.In 2 is the exemplary spectrum of a signal, a structure-borne sound sensor used in a motor vehicle illustrated. This has a first spectral component between 0Hz and 1kHz 4 certain bandwidth, which is characteristic of the detected by the sensor accelerations. The second spectral component 5 is clearly high-frequency and is characteristic of the recorded structure-borne noise.

3 zeigt schematisch beispielhafte Signalvorverarbeitungseinrichtungen 1, sowie deren jeweilige Anbindung an den Sensor S1 und eine zentrale elektronische Kontrolleinheit ECU. Das Ausgangssignal des Körperschallsensors S1 wird jeweils an die Signalvorverarbeitungseinrichtung 1 übertragen. Nach erfolgter Signalvorverarbeitung/Datenverarbeitung durch Signalvorverarbeitungseinrichtung 1 wird das Signal jeweils an die zentrale elektronische Kontrolleinheit ECU übertragen. In 3a) umfasst die Signalvorverarbeitungseinrichtung 1 dabei einen Bandpass BP, diesem nachgeschaltet ein Codierungsmodul CM, in welchem alternativ beispielhaft eine analoge Datenkompression oder eine Quellencodierung durchgeführt wird. Daran angeschlossen ist ein Frequenzumsetzermodul FCM, in welchem beispielgemäß eine Faltung des zu verarbeitenden Signals mit einem zusätzlichen Signal durchgeführt wird. Dabei wird die Frequenz des Signalspektrums gemäß den Faltungseigenschaften um einen definierten Wert abwärts umgesetzt. Insbesondere beispielhaft wird hierzu ein Mischer verwendet. In 3b) umfasst die Signalvorverarbeitungseinrichtung 1 einen Bandpass BP, welchem ein Frequenzumsetzermodul FCM und daran anschließend eine Codierungsmodul CM nachgeschaltet ist. 3c) veranschaulicht den schematischen Aufbau eines beispielhaften Frequenzumsetzermoduls FCM. In diesem durchläuft das Signal zunächst einen Tiefpass TP, dann einen Analog-/Digitalwandler, einen Frequenzumsetzer FC (frequency converter) und anschließend einen Tiefpass TP, in welchem unerwünschte Signalanteile der Frequenzumsetzung herausgefiltert werden. Diesem Frequenzumsetzermodul FCM ist innerhalb der Signalvorverarbeitungseinrichtung 1 ein Bandpass BP vorgeschaltet und ein Codierungsmodul CM nachgeschaltet. 3 schematically shows exemplary signal preprocessing devices 1 , as well as their respective connection to the sensor S1 and a central electronic control unit ECU. The output signal of the structure-borne sound sensor S1 is sent to the signal preprocessing device 1 transfer. After signal preprocessing / data processing by signal pre-processing device 1 the signal is in each case transmitted to the central electronic control unit ECU. In 3a ) includes the signal preprocessing means 1 while a bandpass BP, this downstream of a coding module CM, in which, by way of example, an analog data compression or source coding is performed. Connected thereto is a frequency converter module FCM, in which, for example, a convolution of the signal to be processed is performed with an additional signal. In this case, the frequency of the signal spectrum is converted downwards by a defined value according to the folding properties. In particular, by way of example, a mixer is used for this purpose. In 3b ) includes the signal preprocessing means 1 a bandpass filter BP, which is followed by a frequency converter module FCM and subsequently a coding module CM. 3c ) illustrates the schematic structure of an exemplary frequency converter module FCM. In this, the signal first goes through a low pass TP, then an analog / digital converter, a frequency converter FC (frequency converter) and then a low pass TP, in which unwanted signal components of the frequency conversion are filtered out. This frequency converter module FCM is within the signal preprocessor 1 a bandpass BP upstream and downstream of a coding module CM.

4 stellt eine beispielhafte Ausführungsform dar, in welcher zwei Körperschallsensoren S1, S2 an eine Signalvorverarbeitungseinrichtung 1 angeschlossen sind, welche beispielgemäß einen digitalen Signalprozessor DSP umfasst. Dieser weist eine Programmierung auf, in welcher die Signale gefiltert und bandbegrenzt werden, abgetastet und quantisiert und somit digitalisiert werden und anschließend einer Frequenzumsetzung durch Faltung, einer anschließenden Filterung und im Anschluss einer Quellencodierung, insbesondere gemäß dem Huffmann-Code, unterzogen werden. Die Ausgangssignale des DSP werden über einen Datenübertragungskanal 3, welcher beispielgemäß als drahtgebundene, serielle Schnittstelle ausgeführt ist, an die zentrale elektronische Kontrolleinheit ECU übertragen. 4 FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment in which two structure-borne sound sensors S1, S2 are connected to a signal preprocessing device 1 connected, which includes, for example, a digital signal processor DSP. This has a programming in which the signals are filtered and band-limited, sampled and quantized and thus digitized and then subjected to a frequency conversion by convolution, a subsequent filtering and then a source coding, in particular according to the Huffman code. The output signals of the DSP are transmitted via a data transmission channel 3 , which is designed as a wired, serial interface, for example, transmitted to the central electronic control unit ECU.

5 veranschaulicht die Signalvorverarbeitung in einer beispielgemäßen Signalvorverarbeitungseinrichtung anhand des jeweiligen Spektrums des Körperschallsignalanteils. 5a) zeigt die Lage und die Bandbreite des Körperschallspektrums FB1. Im veranschaulichten Beispiel ist dieses schon durch ein vorgeschaltetes Filtermodul bandbegrenzt. Dieses Frequenzband wird bespielgemäß durch eine Datenkompression verschmälert, was in Frequenzband FB2 in 5b) resultiert. Hiernach findet eine Frequenzumsetzung, beispielgemäß durch einen Abwärtsmischer statt. Im Zuge dessen wird das untere der beiden, durch den Mischer erzeugten Frequenzbänder FB2' und FB2'', als relevantes Band ausgewählt (5c) und das andere Band durch einen Tiefpass TP herausgefiltert. Daraus resultiert Frequenzband FB2', welches wie in 5d) veranschaulicht, übrig bleibt und die, für die weitere Signalverarbeitung in der ECU relevanten Informationen beinhaltet. 5 illustrates the signal preprocessing in an exemplary signal preprocessing device based on the respective spectrum of the structure-borne sound signal component. 5a ) shows the position and the bandwidth of the structure-borne sound spectrum FB1. In the illustrated example, this is already band limited by an upstream filter module. This frequency band is narrowed down by record compression, as shown in frequency band FB2 in FIG 5b ) results. Thereafter, a frequency conversion takes place, for example by a downmixer. In the course of this, the lower of the two frequency bands FB2 'and FB2''generated by the mixer is selected as the relevant band ( 5c ) and the other band filtered out by a low pass TP. This results in frequency band FB2 ', which as in 5d ), remaining and containing information relevant to further signal processing in the ECU.

Claims

Signalvorverarbeitungseinrichtung which is integrated in a structure-borne sound sensor or in an acceleration sensor for detecting structure-borne noise, or which is the input side connected to at least one such sensor and the output side is connected to at least one signal channel to at least one central electronic control unit and wherein the signal preprocessing means comprises at least one filter module, which comprises, for example, a low-pass or bandpass filter, characterized in that the signal preprocessing device additionally comprises at least one of the following modules for signal and / or data processing: - a frequency converter module having a downmixer and / or a means for convolution of signals, thus designed is that the at least one signal to be processed, at least partially, with at least one defined additional signal can be folded and / or - a coding module, which is designed to carry out a signal or data compression and / or a source coding.

Signal preprocessing device according to claim 1, characterized in that the frequency converter module, in addition a Low pass and / or an analog / digital converter includes.

Signal preprocessing device according to claim 1 or 2, characterized in that the coding module designed so is that it is a redundancy reduction or an irrelevance coding can make.

Signal preprocessing device after at least one of the claims 1 to 3, characterized in that the coding module additional a low pass and / or an analog / digital converter.

Signal preprocessing device after at least one of the claims 1 to 4, characterized in that this is a frequency converter module, which at least one down mixer and at least one, in particular additional, low pass, and a coding module designed to be analogous Data Compression has.

Signal preprocessing device after at least one of the claims 1 to 4, characterized in that this is a frequency converter module, which a low pass and / or an element to scan and / or an analog / digital converter comprises and is designed so that the at least one to be processed Signal, in particular partially, with at least one defined additional Signal can be folded at least once, and a coding module which is designed to be a source encoding can make.

Signal preprocessing device after at least one of the claims 1 to 6, characterized in that this with the at least a structure-borne sound sensor is integrated on a chip.

Signal preprocessing device according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one body sound sensor is designed so that this / r at least can also detect frequencies from 2 kilohertz / can.

Method for preprocessing output signals of structure-borne sound sensors, which in particular in a signal preprocessing after at least one of the claims 1 to 8 performed is, wherein the at least one output signal at least one Borne sound sensor or at least one acceleration sensor for detection of structure-borne noise, is transmitted to a signal preprocessing device in which at least one filtering is carried out, characterized that before or after filtering at least one of the following Steps performed becomes: - one or several frequency conversion (s), by mixing or folding the at least one signal to be processed with at least one additional Signal, - Application at least one data compression method and / or source coding to the at least one sensor signal.

Method according to claim 9, characterized in that that the at least one sensor output signal through a low-pass filtered, then sampled and quantized, then with at least one additional Signal folded and then one Source encoding performed becomes.

Method according to claim 9, characterized in that that the at least one sensor output signal is down-converted and then one Data compression is applied.

Method according to claim 10, characterized in that that the source coding a redundancy reduction, in particular a redundancy reduction according to the Huffman code, or an irrelevance coding includes.

Use of a signal preprocessing device according to at least one of claims 1 to 8 in electronic vehicle safety systems.