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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren des
Aufprallortes eines Objektes auf ein Fahrzeug gemäß Anspruch
1, ein Steuergerät gemäß Anspruch 7,
ein Computerprogramm gemäß Anspruch 8 sowie ein
Verfahren zur Anordnung eines Beschleunigungssensors in einem Fahrzeug
gemäß Anspruch 9.
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Bei
einem Fahrzeugunfall – und bei dementsprechender Unfallschwere – werden
unter anderem irreversible Sicherheitssysteme ausgelöst,
um die Insassen zu schützen (Airbag, Gurtstraffer, Gurtkraftminderer
usw.). Bei solch einer Auslösung wird die Entscheidung üblicherweise
aus mindestens zwei Sensorsignalen getroffen:
- – ein
Triggersignal, mit höherer Auslöseschwelle und
- – ein Plausibilitätssignal, mit niedrigerer
Auslöseschwelle.
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Diese
Signale kommen aus unterschiedlichen Crash-Sensoren wie:
- – Upfrontsensor (Beschleunigungssensor
für x-Richtung im Frontbereich des Fahrzeuges)
- – PAS (PAS = peripherer Beschleunigungssensor in x-
oder x- und y-Richtung in der Fahrzeugseite)
- – PPS (PPS = peripherer Drucksensor in der Fahrzeugseite)
- – Airbag-Steuergerät (Beschleunigungssensoren in
x- oder x- und y-Richtung, eventuell auch unter 45° verbaut).
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Diese
Trigger- und Plausibilitätssignale sind notwendig um Fehlauslösungen
auszuschließen; eine feste Zuordnung welcher Sensor als
Trigger- oder als Plausibilitätssignal verwendet wird,
gibt es jedoch nicht.
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Aus
den Systemen AB8 und AB9 ist ein Auslösealgorithmus für
den Seitencrash bekannt, welcher basierend auf dem y-Signal des
Zentralgerätes seine Auslöseentscheidung trifft
(CSABS-Algorithmus). Unter der Bezeichnung „Crash” wird
nachfolgend ein Unfall oder eine Kollision eines Fahrzeugs mit einem
anderen Fahrzeug oder einem anderen Objekt bezeichnet.
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Aus
der
EP 1 747 946 A1 ist
ein magnetischer Crashsensor bekannt, der sich innerhalb der Tür
befindet und das intrudierende Türblech bei Seitenkollisionen
sensiert.
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Aus
den Gesetzlichen Seitencrashanforderungen und sehr wichtigen Verbrauchertests
sind zwei äußerst schwer zu bestehenden Tests
von großer Bedeutung:
- – FMVSS
214 NPRM oder „oblique pole test” genannt. Dabei
wird das Fahrzeug nicht wie bisher im 90°, sondern im 75° Winkel
mit 32 km/h auf einen Pfahl dirigiert. Dabei wird das Fahrzeug so positioniert,
dass das Pfahl direkt auf Kopfhöhe des Fahrers einschlagen
soll. Da sich die stabilisierenden A- und B-Säulen weit
weg vom dem Aufprallort befinden, ist eine hohe Intrusion und somit
ein hohes Verletzungsrisiko zu erwarten.
- – IIHS-Seitenaufprall: Es handelt sich hier um einen
Barrierentest, wobei die Barrierenstruktur derjenigen eines SUV-Fahrzeuges
(SUV = sports utility vehicle = Geländewagen) entspricht.
Gegenüber einem üblichen Seitencrash mit Barriere hat
der IIHS-Test eine höhere Masse und eine höhere
Barriere, mit mehr Bodenfreiheit. Dies bedeutet, dass die Intrusion über
dem Schweller eingeht. Der sehr steife und dadurch stabilisierende Schweller
hat hier nur sehr wenig Einfluss beim Unfallgeschehen. Dies kann
zu einem erhöhten Verletzungsrisiko führen.
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Bei
den Heckcrashs sind u. a. Whiplash-Verletzungen von besonderer Bedeutung.
Um diese gering zu halten, werden so genannte adaptiven Kopfstützen
verwendet: Diese werden mittels Pyrotechnik oder Federpakete während
einer Heckkollision herausgefahren um besseren Schutz gewährleisten
zu können.
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Whiplash-Verletzungen
steigen nicht mit zunehmender Kollisionsgeschwindigkeit des Fremdfahrzeuges;
die. Höchstwerte werden bei einer Kollisionsgeschwindigkeit
von ca. 15 km/h erzielt.
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Äußerst
schwierig ist es für den Auslösealgorithmus, solche
Whiplash-relevanten Fälle von Misuse-Fällen zu
unterscheiden. In diesen beiden Fällen sind die sensierte
Beschleunigungen im Tunnel (Airbag-Steuergerät, in x-Richtung)
sehr ähnlich. In machen Fällen gelingt es nicht
für den Algorithmus diesen Unterschied zu identifizieren.
Es gibt also noch Potential den Insassen in Whiplash relevanten
Fällen besser zu schützen.
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In
der Praxis geht die Tendenz dahin, die ausgelagerten Seitencrashsensoren
eher im vorderen Bereich des Fahrzeuges anzubringen, um die Sicherheitswirkungen
speziell auf den Fahrer/Beifahrer zu fokussieren. Dafür
gibt es zwei Gründe:
- – Die
Fahrzeugstruktur im hinteren Teil des Fahrzeugs (Fokus auf Fond-Passagiere)
ist generell steifer ausgelegt und die Insassen sind häufig weiter
vom Kollisionspunkt entfernt. Die heckangetriebenen Fahrzeuge haben
hier tendenziell zusätzliche Vorteile bzgl. des Insassenschutzes. Grundsätzlich
sind – im Falle einer Front- oder Seitenkollision – die
Insassen besser geschützt wenn sie sich auf der Rückbank
befinden.
- – Bei den Crashtests wird der Fokus auf die vorderen
Passagieren bzw. Dummys gelegt. Es werden zwar auch Dummys im Fond
positioniert, jedoch haben die keinen oder wenig Einfluss auf die Crashtestbewertung.
Stichwort: 5-Sterne Fahrzeug.
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Mit
diesem Wissen und gleichzeitig auch die Kosten im Hintergrund versuchen
die OEM's (OEM = Original Equipment Manufacturer = Originalteilehersteller)
den Einbau von ausgelagerter Seitensensorik hinter der B-Säule
zu vermeiden. Potentiell betroffen hiervon sind Drucksensoren in
den hinteren Türen, sowie Beschleunigungssensoren in den
C-Säulen. Anders gesagt, geht die Tendenz dahin, dass eher
im oberen Preissegment, also die „Premium-OEM's” bzw. „Premium-Fahrzeuge” Wert
auf eine Seitencrashsensierung hinter der B-Säule legen.
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Diese
Premium-OEM's sind hauptsächlich die, für die „Real-World”-Unfälle
eine wichtige Rolle spielen: In der realen Welt kommt es durchaus
vor, dass bei Sei tenkollisionen auch Hindernisse in der Fahrzeugbereich
hinter der B-Säule auftreffen, also etwa auf Höhe
der Insassen im Fond oder auch noch weiter hinten. Insbesondere
pfahlförmige Hindernisse, welche zu einer tiefen Intrusion
der Seitenstruktur in den Innenraum führen können,
haben hier die nachteilige Eigenschaft, dass sie nur sehr schwierig ausschließlich über
Sensorik in der B-Säule detektiert werden können.
Um eine angemessene Auslösezeit der Insassenschutzmittel
zu erreichen wird herkömmlicherweise in Premium-Fahrzeugen,
auch eine Beschleunigungssensorik oder Drucksensorik beidseitig
in diesem Bereich installiert.
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Bekannt
ist auch die Funktion SCM (SCM = Secondary Collision Mitigation).
Ein Fahrzeug wird nach einer Erstkollision mittels dieser Funktion
autonom gebremst, um eine Folgekollision zu vermeiden oder – im
ungünstigeren Fall – die Folgeschäden
zu mindern.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor
diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Detektieren des Aufprallortes eines Objektes auf ein Fahrzeug,
ein Steuergerät, weiterhin ein Computerprogramm sowie ein
Verfahren zur Anordnung eines Beschleunigungssensors in einem Fahrzeug
gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen
vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Detektieren des
Aufprallortes eines Objektes auf ein Fahrzeug, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte aufweist:
- – Empfangen
eines ersten Beschleunigungssignals von einem Beschleunigungssensor,
wobei das erste Beschleunigungssignal eine Beschleunigung im Heckbereich
des Fahrzeugs in eine erste Richtung repräsentiert;
- – Empfangen eines zweiten Beschleunigungssignals von
dem Beschleunigungssensor, wobei das zweite Beschleunigungssignal
eine Beschleunigung im Heckbereich des Fahrzeugs in eine von der
ersten Richtung unterschiedlichen zweiten Richtung repräsentiert;
und
- – Bestimmen eines Aufprallortsignals unter Verwendung
des ersten und zweiten Beschleunigungssignals, wobei das Aufprallortsignal
eine Information über einen Aufprallort des Objektes auf das
Fahrzeug repräsentiert und wobei zum Bestimmen des Aufprallortsignals
eine Information über einen Winkel zwischen der ersten
und zweiten Richtung verwendet wird.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner eine Steuereinheit, die zur
Ausführung und/oder Ansteuerung von (den) Schritten eines
Verfahrens gemäß dem vorstehend beschriebenen
Verfahren ausgebildet ist. Unter einem Steuergerät kann
vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das
Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale
ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen,
die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein
kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können
die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs
sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es
ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene,
integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten
Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen
Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein,
die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen
vorhanden sind.
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Von
Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der
auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher,
einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert
ist und zur Durchführung und/oder Ansteuerung von (den)
Schritten des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf
einem Steuergerät und/oder einer Datenverarbeitungsanlage
ausgeführt wird.
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Auch
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Anordnung eines
Beschleunigungssensors in einem Fahrzeug, das eine Fahrzeugstruktur
mit Sicken aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
aufweist:
- – Bereitstellen eines Beschleunigungssensors, der
ausgebildet ist, um ein erstes und ein zweites Beschleunigungssignal
auszugeben, wobei das erste Beschleunigungssignal eine Beschleunigung
in eine erste Aufnahmerichtung und das zweite Beschleunigungssignal
eine Beschleunigung in eine von der ersten Aufnahmerichtung unterschiedlichen
zweiten Aufnahmerichtung repräsentiert; und
- – Anordnen des bereitgestellten Beschleunigungssensors
an einer Fahrzeugstruktur derart, dass die erste und/oder zweite
Aufnahmerichtung mit zumindest einer Erstreckungsrichtung der Sicke
im Wesentlichen übereinstimmt oder dass die erste und/oder
zweite Aufnahmerichtung im Wesentlichen tangential zu zumindest
einer gekrümmt verlaufenden Sicke der Fahrzeugstruktur ausgerichtet
ist.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch in
die Verwendung eines Beschleunigungssensors, der im Heckbereich
des Fahrzeugs eingebaut ist, und der die Beschleunigung in zwei
unterschiedliche Aufnahmerichtungen misst, eine schnelle und zuverlässige
Erkennung des Aufprallorts eines Objektes in das Fahrzeug möglich
ist. Insbesondere können die beiden Aufnahmerichtungen
um 90° versetzt sein, was die Ermittlung des Aufprallorts
durch die Verwendung einfacher geometrischer Zusammenhänge
erleichtert. Durch die Positionierung des Beschleunigungssensors
im Heckbereich des Fahrzeugs kann auch eine wesentliche schnellere
und präzisere Detektion eines Aufpralls eines Objektes
(speziell im Heckbereich) des Fahrzeugs erkannt werden als dies
im Stand der Technik möglich ist. Dies liegt insbesondere
daran, dass eine Unfallsensorik gemäß dem Stand
der Technik zumeist im Heckbereich des Fahrzeugs keine Sensoren
oder nur über eine ungenügende Sensorausstattung
verfügt. Zugleich kann durch die Positionierung des entsprechenden
Beschleunigungssensors auf Sicken der Fahrzeugstruktur im Heckbereich
des Fahrzeugs eine optimale Kraftankopplung des Sensors an die Fahrzeugrandbereiche
erfolgen, wenn der Beschleunigungssensor selbst im Wesentlichen mittig
in Bezug zur Fahrzeuglängsachse angeordnet ist.
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Die
vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass eine einzige Sensorbaugruppe
einsetzbar ist, die zweite Sensorsignale liefert, welche je eine
Beschleunigung in eine von zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen
repräsentiert. Gegenüber den Ansätzen
im Stand der Technik, die zwei Sensoren (beispielsweise bei einer
Seitensensierung) oder drei Sensoren (beispielsweise bei einer Seiten-und
Heckunfallsensierung) verwenden, kann der vorliegend beschriebenen
Ansatz ohne Sicherheitseinschränkungen zu einer Reduktion
der Kosten durch Bauteileentfall führen. Zugleich kann
durch eine gezielte Positionierung des beschriebenen Beschleunigungssensors
ein Mehrnutzen generiert werden, indem eine Heckkollision besser
und präziser sensiert werden kann. Zugleich kann ein zusätzlicher Mehrnutzen bei
einer Mehrfachkollision inklusive einem Fahrzeugschleudern generiert
werden, in dem beispielsweise ein Seitenschutz verbessert wird.
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In
einer günstigen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann das Verfahren einen Schritt des Plausibilisierens
eines Unfallsensorik-Signals umfassen, das eine Beschleunigung oder
eine Druckänderung im Front- oder Seitenbereich, insbesondere
in der vorderen Hälfte des Fahrzeugs repräsentiert,
wobei der Schritt des Plausibilisierens unter Verwendung des ersten
und/oder zweiten Beschleunigungssignals und/oder unter Verwendung
des Aufprallortsignals ausgeführt wird. Eine derartige
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil,
dass durch die Verwendung des Beschleunigungssensors im Heckbereich,
der üblicherweise eine sehr gute Anbindung an kraftleitende
Elemente der Fahrzeugstruktur aufweist, eine zuverlässige Plausibilisierung
des Unfallsensorik-Signals möglich ist. Somit kann auf
eine kostenintensive zusätzliche Sensorstruktur mit einer
Mehrzahl von weiteren Sensoren zur Plausibilisierung des Unfallsensorik-Signals
verzichtet werden, da bereits durch die Bestimmung des Aufprallorts
des Objektes in das Fahrzeug sehr zuverlässig das Signal
der entsprechenden Unfallsensorik überprüft werden
kann.
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Auch
kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das
Verfahren ansprechend auf das bestimmte Aufprallortsignal einen
Schritt des Bereitstellens eines Auslösesignals zur Auslösung
eines Personenrückhaltemittels umfassen. Eine derartige
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil
einer zielgerichteten Auslösung eines jeweils optimal geeigneten
Rückhaltemittels zu bewirken, um einen Insassen des Fahrzeugs
bestmöglich zu schützen.
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Ferner
ist es auch günstig, wenn im Schritt des Bereitstellens
des Auslösesignals zur Auslösung eines Personenrückhaltemittels
eine Verknüpfung, insbesondere eine Addition, von dem ersten und/oder
zweiten Beschleunigungssignal mit einem weiteren Signal einer Unfallsensorik
erfolgt, wobei das weitere Signal der Unfallsensorik eine Beschleunigung
oder eine Druckänderung in die erste Richtung repräsentiert.
Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
erhöht die Signalgüte von Sensorsignalen, insbesondere
im Fall einer auftretenden Heckkollision. Auf diese Weise lässt
sich in durch die Verwendung von zwei als unabhängig zu betrachtenden
Signalen ein Signal-Rausch-Abstand erhöhen, so dass ein
resultierendes Signal mit höherer Qualität für
die Auswertung bzw. Auslösung des Personenrückhaltemittels
zur Verfügung steht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung kann im Schritt
des Bereitstellens des Auslösesignals eine zeitliche Verzögerung
zwischen dem ersten und/oder zweiten Beschleunigungssignal und eines
weiteren Signals einer Unfallsensorik erfolgen oder es kann im Schritt
des Bereitstellens des Auslösesignals eine zeitliche Verzögerung
zwischen dem weiteren Signal der Unfallsensorik und dem ersten und/oder
zweiten Beschleunigungssignal erfolgen. Eine solche Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass die Wirkung
eines Unterschiedes zwischen (schnellen) Signallaufzeiten und (langsamen)
Laufzeiten von Stoßwellen im Fahrzeug ausgeglichen werden
können. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Überprüfung
des bestimmten Aufprallorts des Objektes auf das Fahrzeug vorgenommen
werden. Tritt beispielsweise ein Aufprall eines Objektes in das
Heck des Fahrzeugs auf (d. h. es tritt eine Heckkollision auf),
wird diese Kollision zunächst von dem Beschleunigungssensor
im Heckbereich des Fahrzeugs sensiert und über eine entsprechende
Signalleitung an eine Auswerteeinheit übermittelt, bevor
ein weiterer Sensor (beispielsweise in der Auswerteeinheit) eine
entsprechende langsamer durch das Fahrzeug verlaufende Stoßwelle
empfangen und auswerten kann. Wird nun das Signal vom Beschleunigungssensor
im Heckbereich des Fahrzeugs verzögert, kann erreicht werden,
dass in der Auswerteeinheit die Signale vom Beschleunigungssensor
im Heckbereich des Fahrzeugs sowie dem weiteren Sensor nahezu zeitgleich
vorliegen und somit optimal ausgewertet werden können.
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Auch
kann im Schritt des Bereitstellens des Auslösesignals eine
zeitliche Verzögerung verwendet werden, die ansprechend
auf zumindest einen physikalischen Parameter eines Unfalls variierbar
ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
bietet den Vorteil, dass insbesondere bei erkannten Mehrfachkollisionen
oder unterschiedlichen Charakteristika der Fahrzeugstruktur auf
die entsprechenden physikalischen Parameter oder Aufprallorte eine
optimale Signalauswertung unterstützt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung kann im Schritt
des Anordnens ein Anordnen des Beschleunigungssensors an einer Fahrzeugstruktur
im Heckbereich, insbesondere in einer hinteren Hälfte des
Fahrzeugs erfolgten.
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Eine
derartiges Anordnen bietet den Vorteil, dass speziell im Heckbereich
des Fahrzeugs oftmals eine sehr stabile und damit sehr gut kraftleitende Fahrzeugstruktur
vorliegt, so dass durch eine derartige Positionierung die beschriebenen
günstigen Effekte bei der Verwendung von lediglich einem
einzigen beschriebenen Beschleunigungssensor erreicht werden können.
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Auch
kann im Schritt des Anordnens eine im Wesentlichen mittige Anordnung
des Beschleunigungssensors in Bezug zur Fahrzeugbreite, insbesondere
im Wesentlichen geometrisch auf der Längsachse des Fahrzeuges
durchgeführt werden. Eine derartige Ausführungsform
der von den Erfindung bietet den Vorteil, dass bei in Heckbereich
des Fahrzeugs seitlich einschlagenden Objekten eine nahezu gleiche
Laufzeit der Stoßwelle zum entsprechenden Beschleunigungssensor
vorliegt, so dass eine exakte Auswertung eines seitlichen Einschlagorts
weniger aufwändig ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen
beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Definition von Koordinaten-Richtungen
für die nachfolgende Beschreibung;
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2a–b
Darstellungen von möglichen Einbauorientierungen von Beschleunigungssensoren
in einem Fahrzeug;
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3 eine
schematische Darstellung einer Anordnung von Elementen einer Sensorkonfiguration eines
zentralen x-y-Hecksensors mit einer zentralen Steuereinheit sowie
zusätzlichen Seitensensoren einer Unfallsensorik;
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4 eine
schematische Darstellung einer Anordnung eines x-y-Heckbeschleunigungssensors auf
einer Sickenstruktur im Heckbereich eines Fahrzeugs;
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5 eine
schematische Darstellung einer weiteren Anordnung eines x-y-Heckbeschleunigungssensors
auf einer Sickenstruktur im Heckbereich eines Fahrzeugs;
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6a–b
Darstellungen einer Plausibilisierungsmöglichkeit eines
Signals eines zentralen Beschleunigungssensors durch die Verwendung
des Signals eines x-y-Heckbeschleunigungssensors;
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7 ein
Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung als Auswerteverfahren; und
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8 ein
Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung als Anordnungsverfahren des Sensors in einem Fahrzeug.
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Gleiche
oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden
Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen
sein, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet
wird. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung
sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination.
Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln
betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen
Kombinationen zusammengefasst werden können. Nachfolgend
genannte Dimensionen und Maße dienen nur der Veranschaulichung
der Beschreibung der Erfindung und sind nicht dahingehend zu verstehen,
dass die Erfindung auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt
ist.
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Um
die nachfolgenden Erläuterungen zu erleichtern, sollen
zunächst einige Definitionen von Richtungsangaben in Bezug
auf ein Fahrzeug erfolgen. Insbesondere wird für die nachfolgende
Beschreibung von Koordinaten in x-, y- und z-Richtung für
ein Fahrzeug 100 ausgegangen, wie sie in 1 dargestellt
sind. In einem solchen Fahrzeug 100 können Beschleunigungssensoren 200 verbaut
sein, die eine Beschleunigung 202 in x-Richtung und eine
Beschleunigung in y-Richtung 204 erfassen. Eine solche
Anordnung ist in der 2a wiedergegeben. Eine solche
rechtwinklige Anordnung der Aufnahmerichtungen 202 und 204 des
Beschleunigungssensors 200 in Bezug auf die Koordinaten
des Fahrzeugs 100 wird auch als 90°-Anordnung
bezeichnet. Alternativ kann auch ein Beschleunigungssensor 200 in
einer so genannten 45°-Anordnung im Fahrzeug 100 verbaut
werden, so dass die entsprechenden Aufnahmerichtungen 202 und 204 in
eine x'-Richtung und eine y'-Richtung weisen. Eine derartige Anordnung
eines Beschleunigungssensors 200 im Fahrzeug 100 ist
in 2b wiedergegeben. Bei einem Aufprall eines Objektes
auf das Ego-Fahrzeug 100 werden dann die Beschleunigungssignale
in die unterschiedlichen x- und y-Richtungen an ein zentrales Steuergerät übermittelt.
Gegenüber einem Fremdfahrzeug, das bei einem Unfall auf
das Fahrzeug mit den Sensoren aufprallt, wird das hier näher
betrachtete Fahrzeug 100 im weiteren Verlauf der Beschreibung
auch als Ego-Fahrzeug bezeichnet.
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Auf
der Basis der vorstehenden Definitionen wird im hier beschriebenen
Ansatz nun vorgeschlagen einen x-y-Beschleunigungssensor im hinteren Fahrzeugbereich
so einzubauen, dass sowohl Seitencrashs (d. h. Seitenunfälle)
hinter der B-Säule eines Fahrzeugs als auch Heckcrashs
(d. h. Heckkollisionen) sensiert werden können, wobei:
- – der Sensor insbesondere im Wesentlichen
geometrisch auf der Längsachse des Fahrzeuges (d. h. Fahrzeug
-mittig in y-Richtung) und im Gebiet der Hinterachse (in x-Richtung)
installiert ist,
- – der Sensor günstigerweise auf einem Fahrzeug-Bauteil
ein- bzw. aufgebaut ist, welches durch seine spezielle Formgebung
(z. B. Sicken) eine gute Signalankopplung an die Unfallzonen im Heck
und im hinteren Seitenbereich des Fahrzeuges gewährleistet
und,
- – die Sensordaten vorzugsweise alleine oder in Verbindung
mit den Daten anderer im Fahrzeug verbauter Sensoren mittels eines
Algorithmus
• zur Plausibilisierung für Seiten-,
Front- und Heckunfällen verwendet werden, oder
• zur
Findung einer Auslöseentscheidung für Seiten-
und Heckunfälle verwendet werden,
so dass insbesondere
bei Seitenkollisionen im hinteren Fahrzeugbereich (d. h. hinter
der B-Säule) und Heckkollisionen mit niedriger Geschwindigkeit
(d. h. Whiplash-relevante Kollisionen) eine Verbesserung der Auslöseperformance
bei gleichzeitigem Kostenvorteil gegenüber herkömmlichen
System erreicht wird.
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In
der Darstellung aus 3 ist skizziert, wie eine Sensorkonfiguration
mit einem x-y-Beschleunigungssensor 200 im Heckbereich
aussehen kann, wobei der Beschleunigungssensor in 3 in
einer 45°-Anordnung dargestellt ist; eine 900 Anordnung wäre
jedoch ebenso denkbar. Dieser Beschleunigungssensor 200 kann über
eine Signalleitung 300 mit einer Auswerteeinheit 310 verbunden
sein, die beispielsweise eine Airbag-Steuereinheit zur Ansteuerung
von Personenrückhaltemitteln wie einem Airbag 320 für
einen Fahrzeuginsassen ist. Zur Auslösung des Personenrückhaltemittels 320 kann
die Auswerteeinheit 310 jedoch noch Signale von weiteren
Sensoren in 330 einer Unfallsensorik verwenden. Beispielsweise
können die Sensoren 330 Seitenaufprallsensoren
zur Erkennung ei nes Seitenaufpralls eines Objektes in das Fahrzeug 100 sein,
wie dies in 3 dargestellt ist. Alternativ
oder zusätzlich können jedoch auch Frontaufprallsensoren
verwendet werden, die jedoch in 3 nicht
näher wiedergegeben sind. Gemäß der Darstellung
aus 3 können die Sensoren 330 ausgebildet
sein, um eine Beschleunigung in y-Richtung oder in -y-Richtung zu detektieren
und ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit 310 weiterzuleiten.
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Tritt
nun eine Heckkollision in einer beliebigen Richtung auf, wie sie
beispielsweise durch die Pfeile 340 in 3 dargestellt
sind, kann der Beschleunigungssensor 200 ein je nach Aufprallrichtung
unterschiedliches Muster von Beschleunigungswerten in x'- und y'-Richtung
aufnehmen und hieraus einen Rückschluss auf den entsprechenden
Aufprallort ziehen (bzw. dieser Rückschluss kann auch im Steuergerät
gezogen werden). Bei der Bestimmung des Aufprallorts kann dabei
ein Winkel zwischen der x'- und y'-Richtung ausgenutzt werden, so
dass durch eine einfache geometrische Verknüpfung (beispielsweise ähnlich
der Vorgehensweise beim Aufstellen eines Kräfteparallelogramms)
die Richtung des Aufpralls (und hieraus der Aufprallort) bestimmt
werden kann.
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Aus 3 ist
die Möglichkeit deutlich zu erkennen Crashs in jedem beliebigem
Aufprallwinkel schnell und zuverlässig detektieren zu können.
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Die
sich aus dem hier vorgeschlagenen Ansatz ergebenden Vorteile lassen
sich wie folgt zusammenfassen:
- – Mehrnutzen:
Es können zwei Richtungen gleichzeitig mit diesem Sensor
erfasst werden, d. h. Kräfte in x- und y-Richtung. Dabei
kann der Sensor sowohl in der 90°- als auch in der 45°-Variante eingebaut
sein. Es ist dadurch möglich den Aufprallwinkel genau zu
messen und frühzeitig Rückhaltemittel auslösen
zu können. Beispielsweise kann eine Rotation (d. h. ein
Schleudern) des Ego-Fahrzeugs nach einer Erstkollision, je nach Kollisionsschwere
und -Winkel, vorausgesagt werden oder nicht.
- – Kosteneinsparungen: Mit Hilfe des hier vorgestellten
Ansatzes ist es möglich
- – bei Seitencrashs hinter der B-Säule – mit
einem zentralen x-y-Beschleunigungssensor eine ähnliche
Signalgüte zu bekommen, wie mit jeweils einem Beschleunigungssensor
in der C-Säule. Zusätzlich vorteilhaft ist dabei
eine einfachere Verkabelung, welche dem OEM hilft Kosten einzusparen;
es braucht lediglich ein Sensorbauteil statt zweier eingebunden
werden und dies in einer einfacher zu erreichenden Position auf
der Fahrzeuglängsachse, insbesondere hinter dem Tunnel und
nicht an der Peripherie.
- – Heckkollisionen: Durch den hier vorgestellten Ansatz
kann das Auslöseverhalten im Falle einer Heckkollision
deutlich verbessert werden, da der Sensor sich wesentlich näher
an der Crashzone (d. h. der Zone des Aufpralls eines externen Objektes
auf das Fahrzeug) befindet als das Airbag-Zentralsteuergerät.
Dies hat einen wichtigen Vorteil in so genannten low-speed Crashes,
bei denen die Whiplash-Verletzungsrate sehr hoch ist. Es sind hier
Vorteile in der Auslösegeschwindigkeit und in der Signalqualität
gegeben.
- – Plausibilität: Mit dem hier vorgestellten
Ansatz ist es möglich Frontkollisionen sowie Seitenkollisionen
im vorderen Bereich, welche durch die Druck- oder Beschleunigungssensorik
vor und in der B-Säule erkannt werden, zu plausibilisieren.
- – Detektion einer Fahrzeugrotation: Im Falle einer Erstkollision,
welche das Fahrzeug in eine Rotation versetzt, ist es möglich
durch die Verwendung des hier vorgeschlagenen Ansatzes diese zu
detektieren. Die Sensierung der y-Komponente des x-y-Beschleunigungssensors
und des Airbag-Steuergerätes kann die durch die Erstkollision
initiierte Fahrzeugrotation erkennen. Dies ist besonders vorteilhaft,
den der beim ESP notwendige Drehratensensor sehr wenige Informationen bereitstellen
kann da die Fahrzeugrotation durch die Kollision und nicht durch
die Fahrdynamik induziert wurde. Die erzeugte Drehrate bei einer Kollision
ist deutlich höher als die durch Fahrdynamik erzeugbare
Drehrate.
- – Schnellere Auslösung in Folgekollisionen:
Im momentanen Stand der Technik ist es vorgesehen, bei Seitencrashs
die Rückhaltemittel auf der Kollisionsseite auszulösen.
Mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz bzw. der Detektion der Fahrzeugrotation
können nach der Erstkollision schon „Vorbereitungen” getroffen
werden, um im Falle einer weiteren Kollision(en):
• Informationen
zur Erstkollision können dank dieser Erfindung genutzt
werden um die Funktion SCM anzusteuern (siehe in der obigen Beschreibung).
• In
diesem Fall kann im Auslösealgorithmus eine Schwellenanpassung
erfolgen, um eine schnellere Auslösung der Rückhaltemittel
in möglichen Folgecrashs zu ermöglichen. In diesem
Szenario sind zu diesem Zeitpunkt die Airbags auf der gegenüberliegenden
Seite und Frontair bags noch nicht ausgelöst worden – diese
können mit dem hier vorgestellten Ansatz gezielt ausgelöst
werden um den Insassen besser zu schützen.
- – Misuse Unterdrückung: Es ist möglich – in
allen Crashfällen – eine erhöhte Misuse-Stabilität
gewährleisten zu können. Generell kann eine Signalverbesserung
ermöglicht werden, in dem im Auslösealgorithmus
die bestehenden Signale (PAS, PPS, Airbag-ECU; PAS = peripheral
acceleration sensor = Peripherer Beschleunigungssensor, PPS = peripheral
pressure sensor = peripherer Drucksensor) mit den x-y-Signalen aus dem
zentralem Beschleunigungssensor addiert werden. Eine andere arithmetische
Operation kann ebenfalls zu einer Verbesserung führen.
- – Real-World: Diese Erfindung ist nicht nur in der bei
Standardcrashtests nachweisbar, sondern bezieht sich auf Unfälle
im praktischen Einsatzfall.
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Ein
weiterer Aspekt des hier vorgeschlagenen Ansatzes besteht in der
mechanischen Auslegung des Sensoreinbauortes: Die Signale aus Seitenkollisionen
wie auch die Signale aus Heckkollisionen sollten gleichermaßen
gut zum Sensoreinbauort übertragen werden. Dazu sollte
eine spezielle Formgebung der Bleche in diesem Bereich vorgenommen werden.
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Im
Automobilbau werden Bleche nur in den seltensten Fällen
als flache Bleche verwendet, da diese eine ausreichende Stabilität
bei geringem Gewicht nicht gewährleisten können.
Stattdessen werden die Bleche mit speziellen Höckern und
Sicken versehen, wie dies exemplarisch in 4 als Beispiel für
eine auf Signalübertragung optimierte Sickenstruktur dargestellt
ist. Hierbei wird in einem Bodenblech 400 im Heckbereich
eine Sickenstruktur 410 beispielsweise in Form eines Andreaskreuzes
angeordnet. Wird nun die Richtung 420 als Richtung zur Frontseite
des Fahrzeugs betrachtet (d. h. das Fahrzeugheck 430 ist
in 4 oben dargestellt), kann eine starre Anbindung
der Sickenstruktur 410 an einen Bereich im hinteren Sitzquerträger 440 erreicht werden.
Hierdurch erhält der x-y-Sensor 200 eine sehr
gute mechanische Anbindung an eine seitliche Aufprallzone 450 und/oder
eine Heckaufprallzone 460.
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Durch
eine Ausnutzung der Sickenstruktur kann somit eine deutliche Versteifung
bei nahezu gleichbleibendem Gewicht erreicht werden. Normalerweise
sind diese Sicken so ausgelegt, dass das Blech in den zu erwartenden
Hauptbelastungs richtungen versteift wird. Ein Nebeneffekt dieser
Formgebung ist, dass durch diese Versteifung in einer solchen Richtung
auch gleichzeitig eine deutliche Verbesserung der mechanischen Signalübertragung
von Crashsignalen (d. h. Unfallsignalen) einhergeht. Allerdings
wurde dieser Effekt bisher nie gezielt eingesetzt. Ein weiterer
Aspekt des hier vorgeschlagenen Ansatzes ist es daher, die Sickenstruktur
in Heckbereich des Fahrzeuges so auszulegen, dass die Signalübertragung
von den möglichen Crashzonen zum Sensoreinbauort verbessert
wird. Beispielhaft kann z. B. die Sickenstruktur in diesem Bereich
in der Form eines Andreaskreuzes mit zusätzlicher Quersicke vorgenommen
werden. Auch können die bereits vorhandenen Strukturen
günstig eingesetzt werden. Deutlich in 4 zu
sehen ist, dass sowohl bei Seitenkollisionen als auch bei Heckkollisionen
eine gute Weiterleitung der Beschleunigung über die Sicken zum
x-y-Beschleunigungssensor gegeben ist.
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Eine
andere Möglichkeit besteht in der optimierten Nutzung der
schon im Fahrzeug vorhandenen Blechstruktur. Falls sich im Heckbereich
eine Mulde zur Unterbringung eines Reserverades befindet, wie dies
aus 5 zu entnehmen ist, kann diese Mulde auf ähnliche
Weise zur Signalübertragung verwendet werden: Die Mulde
besteht aus einer radförmigen Vertiefung im Blech, wobei
der obere Rand dieser Vertiefung eine abgerundete ringförmige
Kante bildet. Diese ringförmige Kante führt zu
einer Versteifung des Bleches in dieser Region und erlaubt eine
gute Datenübertragung. Sie wirkt sozusagen als „Signalsammler” über
eine großes Gebiet. Daher erreichen einen Sensor, welcher
auf der Kante dieses Ringes montiert ist, wie in 5 zu
sehen, gleichermaßen gut Signale aus allen Richtungen.
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Weiterhin
kann auch durch den hier vorgestellten Ansatz ein zusätzlicher
Aspekt hervorgehoben werden. Die Signale des x-y-Hecksensors können
zur Plausibilisierung verwendet werden. Dabei kann einerseits eine
Frontcrashplausibilisierung erfolgen, wobei es durch die Empfindlichkeit
des Sensors in x-Richtung möglich ist, eine Plausibilisierung der
ECU-Signale (d. h. der Signale der Beschleunigungssensoren, die
in der Airbag-Steuereinheit verbaut sind) für Front-Kollisionen
durchzuführen. Dies kann nach analogen Verfahren erfolgen,
wie sie in verschiedenen bekannten Algorithmen zur Plausibilisierung
mit einem zusätzlichen -X Sensor erfolgen. Dieser kann
jedoch bei der Verwendung des hier vorgeschlagenen Ansatzes entsprechend
eingespart werden.
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Für
eine Seitencrashplausibilisierung kann im Falle einer Auslösung über
die vorderen Seitensensoren die Plausibilisierung durch den x-y-Hecksensor
nach einem analogen Verfahren wie bei einem AIDA-Algorithmus erfolgen.
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Die
Teilfiguren der 6 zeigt die Vorgehensweise
bei der Plausibilisierung eines Seitencrashsignals (d. h. eines
Beschleunigungssignals bei Auftreten eines Seitenaufpralls oder
-unfalls). In 6a ist dabei ein Aufprall eines
mit Geschwindigkeit v fahrenden Fahrzeugs 2 (F2) auf ein mit der
Geschwindigkeit v fahrenden Fahrzeugs 1 (F1) dargestellt, wobei
für die weiteren Erläuterungen zugleich ein Koordinatensystem
zur Definition der Richtungen der Beschleunigungskräfte
eingetragen ist. In 6b ist ein Diagramm dargestellt,
in dem die Beschleunigung in y-Richtung über die Zeit aufgetragen
ist, wobei die durchgezogene Kurve ein y-Beschleunigungssignal des
x-y-Hecksensors darstellt, wogegen die gestrichelt dargestellte
Kurve ein y-Beschleunigungssignal der ECU (ECU = electronic control
unit = elektronische Steuereinheit) darstellt. Es ist aus der 6b deutlich
zu erkennen, dass durch den Aufprallpunkt hinter der B-Säule
das Signal am Hecksensor früher als ein entsprechendes
Beschleunigungssignal an der ECU (d. h. einem Beschleunigungssensor
im Airbag-Steuergerät) auftritt. Diese Simulation zeigt,
dass diese Erfindung hervorragend als Plausibilisierung bei Seitencrashs
hinter der B-Säule verwendet werden kann, da somit ein
Beschleunigungssignal von Sensoren an der ECU durch ein Signal plausibilisiert
werden kann, das zuvor über eine Signalleitung an von dem
x-y-Hecksensor an die Steuereinheit übertragen wurde. Dieses Signal
steht dann schon dem Steuergerät zur Verfügung
und kann sofort genutzt werden. Es wurde dabei angenommen, dass
der x-y-Hecksensor für die Darstellung aus 6b gemäß der
Anordnung aus 5 verbaut wurde.
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Einerseits
kommen für die Auslösung im Heck und Seitenaufprall
die herkömmlichen Auslösealgorithmen in Frage.
Ein Vorteil des hier vorgeschlagenen Ansatzes ergibt sich hingegen
bei der Anwendung eines Verfahrens zur Erhöhung der Signalgüte durch
Summation von Sensorsignalen im Heckcrashfall: Im Falle eines low-speed-Heckcrashes
werden die x-Signale der ECU und des Heck-x-y-Sensors beispielsweise
addiert. Da man diese beiden Signale als unabhängig betrachten
kann, wird der Signal Rausch-Abstand erhöht und man erhält
ein Signal höherer Qualität, welches dann in einem
Algorithmus herkömmlicher Art wei terverwendet werden kann.
In einer Erweiterung dieses Prinzips kann vorgesehen werden, dass
vor der Addition der beiden Signale eines dieser Signale zeitlich
zu verzögern ist. Durch eine solche Verzögerung,
die ja einer Phasenverschiebung des einen Signals gegenüber
dem anderen darstellt, kann ein Interferenzeffekt hervorgerufen werden.
Auf diese Weise kann z. B. erreicht werden, dass bei bestimmten
Crashtypen ein Beschleunigungspeak des einen Sensors immer und reproduzierbar
zeitgleich mit einem Beschleunigungspeak des anderen Sensors in
der Summationseinheit zusammentrifft. Dadurch ist eine selektive
und optimale Signalverstärkung möglich. Diese
zeitliche Verzögerung muss nicht konstant sein, sie kann
in Abhängigkeit von anderen Crash-relevanten Merkmalen
stehen (z. B. Zeit seit Crash-Beginn, Wert des bisherigen Geschwindigkeitsabbaus,
Wert des zweiten Integrals der Beschleunigung, usw.). Die Verzögerung kann
dynamisch über eine Rechenvorschrift bestimmt werden, über
Schwellenüberschreitungen der Merkmale oder über
vorgegeben Look-up Tabellen.
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung als Verfahren 700 zum Detektieren des Aufprallortes
eines Objektes auf ein Fahrzeug. Das Verfahren weist einen ersten
Schritt des Empfangens 710 eines ersten Beschleunigungssignals
von einem Beschleunigungssensor 200, wobei das erste Beschleunigungssignal
eine Beschleunigung im Heckbereich des Fahrzeugs 100 in
eine erste Richtung, z. B. die x-Richtung, repräsentiert.
Weiterhin umfasst das Verfahren 700 einen zweiten Schritt
des Empfangens 720 eines zweiten Beschleunigungssignals
von dem Beschleunigungssensor 200, wobei das zweite Beschleunigungssignal
eine Beschleunigung im Heckbereich des Fahrzeugs 100 in
eine von der ersten Richtung unterschiedlichen zweiten Richtung
(z. B. die y-Richtung) repräsentiert. Schließlich
weist das Verfahren 700 einen dritten Schritt des Bestimmens 730 eines
Aufprallortsignals unter Verwendung des ersten und zweiten Beschleunigungssignals
auf, wobei das Aufprallortsignal eine Information über
einen Aufprallort des Objektes 340 auf das Fahrzeug 100 repräsentiert
und wobei zum Bestimmen des Aufprallortsignals eine Information über
einen Winkel zwischen der ersten und zweiten Richtung verwendet wird.
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Ferner
ist in 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zur
Anordnung eines Beschleunigungssensors 200 in einem Fahrzeug 100,
das eine Fahrzeugstruktur mit zumindest einer Sicke 410 aufweist,
wobei das Verfahren 800 einen Schritt des Bereitstellens 810 eines
Beschleunigungssensors aufweist, der ausgebildet ist, um ein erstes
und ein zweites Beschleunigungssignal auszugeben, wobei das erste
Beschleunigungssignal eine Beschleunigung in eine erste Aufnahmerichtung
und das zweite Beschleunigungssignal eine Beschleunigung in eine von
der ersten Aufnahmerichtung unterschiedlichen zweiten Aufnahmerichtung
repräsentiert. Ferner umfasst das Verfahren 800 einen
zweiten Schritt des Anordnens 820 des bereitgestellten
Beschleunigungssensors 200 an einer Fahrzeugstruktur 410 derart, dass
die erste und/oder zweite Aufnahmerichtung mit einer Erstreckungsrichtung
der Sicke 410 im Wesentlichen übereinstimmt oder
dass die erste und/oder zweite Aufnahmerichtung im Wesentlichen
tangential zu einer gekrümmt verlaufenden Sicke 410 der
Fahrzeugstruktur ausgerichtet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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