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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung mindestens eines Schadensereignisses an einer Glasfläche, insbesondere an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges, wobei mindestens ein Körperschallsignal von einer Sensoreinrichtung erfasst wird und das erfasste Körperschallsignal an mindestens einer Auswerteeinrichtung geleitet wird.
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Vorrichtungen und Verfahren zur Erfassung von Schadensereignissen sind bekannt und kommen beispielsweise in Kraftfahrzeugen bei Insassenschutzsystemen zum Einsatz. Beispielsweise ist in der
DE 10 2004 049 380 A1 ein Fahrzeugsensor beschrieben, der zur Detektion von Schwingungen in Frequenzbereichen, die unter anderem durch Körperschall verursacht werden können, vorgesehen ist. Der Fahrzeugsensor weist dabei eine Verarbeitungscharakteristik für durch die Erfassung unterschiedlicher Schwingungen erzeugte elektrische Signale auf. Die Verarbeitungscharakteristik kann dabei in Abhängigkeit von einem Steuersignal eingestellt werden. Der Fahrzeugsensor kann unter anderem zur Detektion von Sachbeschädigungen, beispielsweise Glasbruch, verwendet werden.
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Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist, dass keine Unterscheidung vorgesehen ist, um welche Art der Beschädigung einer Glasfläche es sich handelt. Beispielsweise ist keine Unterscheidung vorgesehen, ob es sich beispielsweise bei einem an einer Windschutzscheibe detektierten Schaden, um eine Abplatzung oder um einen Riss in der Windschutzscheibe handelt, der eine umgehende Reparatur erforderlich macht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erfassung eines Schadensereignisses an einer Glasfläche vorzuschlagen, bei dem eine Unterscheidung der Art und der Stärke des Schadens ermöglicht ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem Verfahren zur Erfassung mindestens eines Schadensereignisses an einer Glasfläche, insbesondere an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges, wobei mindestens ein Körperschallsignal von einer Sensoreinrichtung erfasst wird und dass erfasste Körperschallsignal an mindestens einer Auswerteeinrichtung geleitet wird, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass ein erster Signalanteil des erfassten Körperschallsignals bestimmt wird, dass erst nach Abklingen einer ersten Amplitude des erfassten Körperschallsignal mit der weiteren Auswertung begonnen wird, dass der Verlauf des erfassten Körperschallsignals auf die Existenz von Signalsprüngen hin untersucht wird und dass aus der Existenz mindestens eines Signalsprunges auf eine Beschädigung der Glasfläche geschlossen wird.
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Durch den Kontakt mit einem Körper, beispielsweise einem Stein, kann eine Glasfläche an einem Fahrzeug, insbesondere die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, in Schwingungen versetzt und beschädigt werden. Bei einem Einschlagsereignis ohne Schaden kann die Glasfläche zu einer Schwingung in einem linearelastischen Bereich angeregt werden. Dies bedeutet, dass ein Körperschallsignal auf der Glasfläche erzeugt wird, dessen Amplitude kontinuierlich gedämpft abklingen kann. Zur Aufnahme des Körperschallsignals kann insbesondere eine piezoelektrische Folie zum Einsatz kommen, die bei Streckungen und Stauchungen elektrische Spannungssignale erzeugt, wobei die von der piezoelektrischen Folie erzeugten Spannungssignale proportional zur Dehnung der Scheibe sind. Bei einem Einschlagsereignis, beispielsweise einem Steinschlag, das einen Schaden zur Folge hat, können beispielsweise Risse oder Abplatzungen im Glas entstehen. Bei Rissen oder Abplatzungen wird das Glas lokal über die Streckgrenze hinaus beansprucht, wodurch sich sprungartig die mechanische Spannung des Glases verringert. Diese sprungartige Änderung in der mechanischen Spannung des Glases ist in den Messsignalen, die von der piezoelektrischen Folie aufgenommen werden, in Form von Signalsprüngen sichtbar. Die Existenz eines Signalsprungs in dem detektierten Körperschallsignal deutet also auf eine Beschädigung der Glasfläche hin. Zur Detektion von Signalsprüngen wird insbesondere der Verlauf der erfassten Körperschallsignale mit einer Auswerteeinrichtung untersucht. Bei dem erfassten Körperschallsignal wird vor Beginn der eigentlichen Auswertung ein erster Signalanteil, insbesondere die Amplitude des ersten Signalanteils bestimmt. Der erste Signalanteil geht zumeist auf die Schockwelle zurück, die durch den Einschlag, beispielsweise eines Körpers auf der Glasfläche des Fahrzeuges verursacht wird. Dieser Einschlag kann beispielsweise zum Bruch der Glasfläche führen. Durch die Auswertung des Körperschallsignalanteils nach Abklingen der Amplitude des ersten Signalanteils, insbesondere durch die Erfassung der Signalsprünge in dem Signalanteil nach Abklingen der ersten Amplitude, können nicht nur Brüche oder Risse der Glasfläche erfasst werden, sondern auch Beschädigungen, die nur die Oberfläche betreffen, wie beispielsweise Abplatzungen. Das Abklingen einer ersten Amplitude kann beispielsweise durch die Einführung eines Totzeitgliedes, das eine Auswertung des erfassten Signals erst nach einer Zeitspanne ermöglicht, abgewartet werden.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Anzahl der Signalsprünge bestimmt und aus der Anzahl der Signalsprünge wird auf die Art der Beschädigung geschlossen. Beispielsweise kann die Anzahl der Signalsprünge eines erfassten Signals in einem Zeitfenster, insbesondere in einem Zeitfenster nach einem ersten Einschlag, gezählt werden. Je höher die Anzahl der Signalsprünge ist, desto schwerer ist die Beschädigung an der überwachten Glasfläche.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird bei einer Anzahl der Signalsprünge unter oder gleich 80 auf eine leichte Beschädigung und bei einer Anzahl der Signalsprünge über 80 auf eine schwere Beschädigung der Glasfläche geschlossen, insbesondere wird bei einer Anzahl von 1 bis 80 Signalsprüngen auf eine leichte Beschädigung geschlossen und bei einer Anzahl von 81 bis 300 Signalsprüngen auf eine schwere Beschädigung geschlossen. Anhand der Anzahl der Signalsprünge, beispielsweise in einem bestimmten Zeitintervall nach dem Abklingen der Amplitude des ersten Singalanteils, wird die Schwere der Beschädigung der zu überwachenden Glasfläche bestimmt. Unterhalb einer Anzahl von 80 Signalsprüngen kann beispielsweise auf eine leichte Abplatzung von der Glasfläche geschlossen werden, während eine Anzahl der Signalsprünge über 80 auf eine schwere Beschädigung, wie beispielsweise einen Riss, der zu überwachenden Glasfläche hindeutet. Beispielsweise kann eine detektierte Anzahl von 26 Signalsprüngen auf eine leichte Abplatzung von der zu überwachenden Glasfläche hindeuten, während eine detektierte Anzahl von 120 Signalsprüngen auf einen Riss in der zu überwachenden Glasfläche hindeutet. Des Weiteren können auch feinere Unterteilungen gewählt werden, wobei entsprechende Abstufungen individuell einstellbar sein können.
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In einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens geht die Stärke der Signalsprünge in die Bestimmung der Art der Beschädigung ein. Hierbei gilt, dass das detektierte Körperschallsignal, das auf ein Einschlagereignis mit einer schweren Beschädigung der Glasfläche zurückgeht, größere Signalsprünge aufweist, als ein Körperschallsignal, das auf eine leichtere Beschädigung zurückgeht.
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In einer Weiterentwicklung des Verfahrens wird vor der Untersuchung des Körperschallsignalverlaufes auf das erfasste Körperschallsignal ein Hochpassfilter angewendet, wobei alle Frequenzen des erfassten Körperschallsignals unterhalb einer Grenzfrequenz gedämpft werden. Die Grenzfrequenz kann beispielsweise 10 kHz betragen. Durch die Dämpfung der Frequenzanteile des Körperschallsignals, die unterhalb dieser Grenzfrequenz liegen, werden die auf Fahrtgeräusche und/oder auf elastische Schwingungsteile zurückgehende Frequenzanteile aus dem Körperschallsignalspektrum herausgefiltert. Durch diese Filterung wird somit sichergestellt, dass das weiter die Frequenzen des weiter auszuwertenden Signals auf ein Einschlag- bzw. Berührungsereignis an der zu untersuchenden Glasfläche zurückgehen und das auszuwertende Signal nicht durch anderweitige Frequenzanteile verfälscht wird. Nach der Hochpassfilterung des erfassten Körperschallsignals bleiben lediglich die Signalsprünge in dem Frequenzspektrum übrig.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz durch ein RC-Glied gedämpft und die Kapazität des RC-Gliedes ist durch den Körperschallsensor gegeben. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Körperschallsensor um eine piezoelektrische Folie, die eine Kapazität C aufweist. Der Widerstand R kann beispielsweise durch den Eingangswiderstand der Sensorschaltung gegeben sein. Somit ist durch die Anordnung einer piezoelektrischen Folie zu der Sensorschaltung ein hochpassfilterndes RC-Glied geschaffen, ohne dass zusätzliche Bauteile bzw. Schaltelemente notwendig sind.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das hochpassgefilterte Körperschallsignal einer Gleichrichtung unterzogen und nur positive Spannungsanteile werden der weiteren Auswertung zugeführt. Bei der Gleichrichtung des Körperschallsignals können verschiedene Arten von Gleichrichtern zur Verwendung kommen. Die Gleichrichtung des hochpassgefilterten Körperschallsignals ist im besonderen Maße vorteilhaft, da nach erfolgter Gleichrichtung nur positive Spannungsanteile des Körperschallsignals der weiteren Auswertung zugeführt werden. Die negativen Spannungsanteile beinhalten keine für die Auswertung wichtigen Informationen. Somit ist eine Einsparung weiterer elektronischer Bauteile, die zur Auswertung der negativen Spannungsanteile, also der negativen Halbwelle nötig wären, gegeben. Hierdurch kann eine Kostenreduktion der Schaltanordnung erreicht werden.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Einhüllkurve des gleichgerichteten Signals bestimmt. Insbesondere wird die Amplitudenhüllkurve des Signals bestimmt. Durch die Berechnung der Amplitudenhüllkurve ist eine einfache Auswertung der Signalsprünge ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Einhüllkurve durch eine Tiefpassfilterung bestimmt. Bei einer Tiefpassfilterung werden Signale oberhalb einer Grenzfrequenz gedämpft. Die Grenzfrequenz kann beispielsweise 100 kHz betragen. Beispielsweise können durch eine Tiefpassfilterung des Signals hochfrequente Störungen unterdrückt werden. Des Weiteren ist es möglich, einzelne Signalspitzen, die beispielsweise auf Mikrorisse in der zu überwachenden Glasfläche zurückgehen, gestreckt werden. Somit ist eine weitere Verarbeitung und Auswertung des Signals vereinfacht.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Auswerteeinrichtung bei Erfassung eines Körperschallsignals von einem energiesparenden in einen betriebsbereiten Zustand geschaltet. Vorzugsweise kommt als Körperschallsensor eine piezoelektrische Folie zum Einsatz. Eine piezoelektrische Folie erzeugt bei deren Verformung, beispielsweise durch ein Körperschallsignal auf der zur überwachenden Glasfläche eine elektrische Spannung. Bei der Ausgabe einer elektrischen Spannung durch die piezoelektrische Folie, also bei Auftreten eines Körperschallsignals, kann die Auswerteeinrichtung von einem energiesparenden in einen betriebsbereiten Zustand geschaltet werden. Die Auswerteeinrichtung, die beispielsweise als ein Mikrokontroller ausgebildet sein kann, wird nur benötigt, wenn ein entsprechendes Körperschallsignal auszuwerten ist. In Zeitabschnitten, in denen keine Körperschallaktivität festzustellen ist, bleibt die Auswerteeinrichtung in einem energiesparenden Zustand, um die Energieeffizienz der Sensoreinrichtung zu erhöhen. Bei dauerhafter Bereithaltung der Auswerteeinrichtung in einem betriebsbereiten Zustand würde die von der Auswerteeinrichtung benötigte elektrische Energie ungenutzt verloren gehen.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Amplitude der Einhüllkurve bestimmt, die Amplitude der Einhüllkurve wird mit einem Amplitudenschwellwert verglichen und bei Überschreitung des Amplitudenschwellwertes durch die bestimmte Amplitude wird die Auswerteeinrichtung von einem energiesparenden in einen betriebsbereiten Zustand geschaltet. Durch die Bestimmung der Amplitude der Einhüllkurve und dem Vergleich mit einem vorher festgelegten Amplitudenschwellwert kann beispielsweise unterschieden werden, ob es sich bei dem erfassten Körperschallsignal um ein auf ein Einschlagereignis zurückgehendes Körperschallsignal handelt, das eine größere Amplitude als ein beispielsweise durch betriebsbedingte Schwingungen erzeugtes Körperschallsignal aufweist. Bei Erfassung eines auf ein Einschlagereignis zurückgehendes Körperschallsignal kann die Auswerteeinrichtung in einen betriebsbereiten Zustand geschaltet werden, so dass das erfasste Körperschallsignal von der Auswerteeinrichtung beispielsweise auf die Existenz von Signalsprüngen hin untersucht werden kann.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird bei Überschreitung eines zweiten Amplitudenschwellwertes durch die Amplitude der Einhüllkurve die Anzahl der Signalsprünge in einem vordefinierten Zeitabstand bestimmt. Durch den zweiten Amplitudenschwellwert kann beispielsweise unterschieden werden, ob es sich bei dem erfassten Körperschallsignal, das durch Überschreitung des ersten Amplitudenschwellwertes einem Einschlagsereignis zugeordnet werden kann, um ein Körperschallsignal handelt, das auf eine Beschädigung der zu überwachenden Glasfläche zurückgeht oder ob das Körperschallsignal auf ein Einschlagsereignis, das eine elastische Schwingung der zu überwachenden Glasfläche verursacht, zurückgeht. Beispielsweise kann die Amplitude der Einhüllkurve eines Körperschallsignals, das auf einen beschädigenden Einschlag zurückgeht, eine höhere Amplitude aufweisen als ein Körperschallsignal, das auf einen nicht beschädigenden Einschlag zurückgeht. In einem Zeitabschnitt, beispielsweise einem Zeitfenster von 100 Millisekunden nach dem ersten Einschlag können durch die Auswerteeinrichtung, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers oder einer analog elektronischen Schaltung, Signalsprünge in dem erfassten Körperschallsignal detektiert werden.
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Werden keine Signalsprünge erfasst, so handelt es sich um ein nicht beschädigendes Einschlagsereignis. Je mehr Sprünge detektiert werden, desto höher ist der Schaden der von dem Einschlagsereignis ausgelöst wurde. Beispielsweise können bei einer leichten Abplatzung von der zu überwachenden Glasfläche 26 Signalsprünge in dem vorgegebenen Zeitfenster detektiert werden, während bei einer gesprungenen Scheibe 120 Signalsprünge detektiert werden können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird nach Erfassung eines Schadensereignisses ein Warnsignal ausgegeben. Beispielsweise kann je nach Schwere des Schadens ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden, das auf die Existenz eines Schadens an der zu überwachenden Glasfläche und auf die Schwere des Schadens hinweist. Beispielsweise kann bei einem Riss in einer Windschutzscheibe eines Fahrzeuges der dringende Hinweis an den Fahrzeugnutzer ausgegeben werden den aufgetretenen Schaden schnellstmöglich reparieren zu lassen, um eine Gefährdung der Fahrzeuginsassen zu vermeiden. Beispielsweise kann es sich bei dem Warnsignal um ein akustisches und/oder optisches Signal handeln, das beispielsweise über ein Display und/oder ein Lautsprechersystem an die Fahrzeugnutzer ausgegeben wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
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1 einen Signalverlauf eines Körperschallsignals, dass auf einen Einschlag ohne Schaden zurückgeht;
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2 einen Signalverlauf eines Körperschallsignals, dass auf einen Einschlag mit leichtem Schaden zurückgeht;
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3 einen Signalverlauf eines Körperschallsignals, dass auf einen Einschlag mit starkem Schaden zurückgeht; und
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4 ein Blockschaltbild des Algorithmus zur Erfassung eines Schadensereignisses.
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In 1 ist exemplarisch ein Körperschallsignal 1 dargestellt, das auf ein keinen Schaden verursachendes Einschlagsereignis auf einer Windschutzscheibe zurückgeht. Durch den Einschlag wird eine erste Signalamplitude 2 angeregt, die dann kontinuierlich gedämpft abklingt. Die Windschutzscheibe schwingt also in einem linearelastischen Bereich.
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In 2 ist der diskontinuierliche Signalverlauf eines Körperschallsignals 1, das auf einen Einschlag auf einer Windschutzscheibe mit leichtem Schaden zurückgeht, dargestellt. Die Anzahl der Signalsprünge 3 gibt einen Hinweis darauf, dass es sich um auf einen leichten Schaden an der Windschutzscheibe handelt. Die erste Signalamplitude 2 des ersten Signalanteils des erfassten Körperschallsignals 1 geht auf den Einschlag, beispielsweise eines Körpers auf der zu überwachenden Glasfläche zurück. Die Signalamplitude 2 wird nicht zur Klassifikation des Schadensereignisses herangezogen. Die Auswertung des Körperschallsignals 1, insbesondere die Erfassung der Signalsprünge 3, erfolgt in dem Abschnitt des Köperschallsignals 1, in dem die erste Signalamplitude 2 abgeklungen ist.
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In 3 ist der diskontinuierliche Signalverlauf eines Körperschallsignals 1, das auf einen Einschlag mit starker Beschädigung der Windschutzscheibe zurückgeht, dargestellt. Die Anzahl der Signalsprünge 3 ist ein Hinweis auf die Stärke des Schadens. Im Vergleich mit dem in 2 dargestellten Signalverlauf ist eine deutliche Erhöhung der Anzahl der Signalsprünge 3 erkennbar.
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In 4 ist ein Blockschaltbild des Verfahrensablaufes zur Erfassung eines Schadensereignisses an einer Glasfläche dargestellt. Das durch ein Einschlagsereignis auf der Glasfläche verursachte Signal 1 wird einer Hochpassfilterung 4, beispielsweise mit einer Grenzfrequenz von 10 kHz unterzogen. Durch die Hochpassfilterung 4 werden die Frequenzen, die beispielsweise auf den normalen Fahrtbetrieb, beispielsweise durch elastische Schwingungsteile, zurückgehen, gedämpft. Das hochpassgefilterte Signal durchläuft eine Gleichrichtung 5, wobei die negativen Spannungsanteile entfernt werden. Die Auswertung eines rein positiven Spannungssignals ist kosteneffizienter, da hierfür weniger elektronische Bauteile benötigt werden. Das gleichgerichtete Signal wird einer analogen Tiefpassfilterung 6, beispielsweise mit einer Grenzfrequenz von 100 kHz unterzogen. Hierdurch werden hochfrequente Störungen unterdrückt. Durch die Erstellung einer Einhüllkurve des Signals wird die anschließende weitere Signalverarbeitung vereinfacht. Es wird die Amplitude der Einhüllenden bestimmt und diese Amplitude wird mit einem ersten analogen Amplitudenschwellwert 7 verglichen. Durch den Vergleich mit einem ersten Amplitudenschwellwert 7 können beispielsweise durch normalen Fahrtbetrieb verursachte Körperschallsignale von denjenigen Körperschallsignalen unterschieden werden, die beispielsweise auf Einschlagereignisse zurückgehen. Bei Erfassung eines Körperschallsignals, das auf ein Einschlagereignis zurückgeht, also wenn der erste Amplitudenschwellwert 7 durch die Amplitude des erfassten Körperschallsignals überschritten wird, wird die Auswerteeinrichtung von einem energiesparenden in einen betriebsbereiten Zustand geschaltet. Durch ein Totzeitglied 8 kann eine Zeitspanne in den Verfahrensablauf eingefügt werden, bis die erste Amplitude des erfassten Körperschallsignals abgeklungen ist. Der Vergleich der Amplitude 2 der Einhüllkurve mit einem zweiten Amplitudenschwellwert 9 kann einer ersten Unterscheidung dienen, ob es sich bei dem Körperschallsignal um ein Körperschallsignal handelt, das auf eine Beschädigung einer Glasfläche zurückgeht oder ob das Körperschallsignal durch eine Schwingung der zu überwachenden Glasfläche verursacht wurde. Nach Vergleich der Amplitude der Einhüllkurve mit dem zweiten Amplitudenschwellwert 9 können, beispielsweise in einem Zeitfenster von 100 Millisekunden nach dem ersten Einschlag, die Signalsprünge 3 in dem erfassten Signal 10 gezählt werden. Je nach Anzahl der Signalsprünge 3 in dem Zeitfenster kann ein Warnsignal 11 ausgegeben werden oder nicht. Werden keine Signalsprünge in dem Zeitfenster detektiert, so kann eine Ausgabe eines Warnsignals unterbleiben. Eine hohe Anzahl an Signalsprüngen 3 wird einer starken Beschädigung der Glasfläche, beispielsweise einem Sprung der Windschutzscheibe, zugeordnet. Je nach Stärke des Schadens kann ein Warnsignal 11, beispielsweise an einen Fahrzeugnutzer ausgegeben werden.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004049380 A1 [0002]
