-
Die Erfindung betrifft eine Sensorbaugruppe für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug.
-
Bei Kraftfahrzeugen werden Sensorbaugruppen zur Erfassung von Signalen im Stand der Technik eingesetzt, um potentielle Gefahren frühzeitig zu erkennen, z.B. Einsatzfahrzeugen oder andere Verkehrsteilnehmer. Dazu kann das Signal mittels mehrerer Sensoren gepeilt und mehrkanalig erfasst werden. Solche Sensoren können Ultraschall-, Radar-, optischen und/oder akustischen Sensoren ausgebildet sein, beispielsweise durch Mikrofone oder Richtmikrofone.
-
Durch die mehrkanalige Erfassung kann das Signal mittels einer kombinierten Zeit - und Spektralanalyse ausgewertet werden. Somit kann sowohl eine Aussage über das Vorhandensein und über die Richtung als auch über die Annäherung oder Entfernung des Signals getroffen werden.
-
Um den Fahrer des Kraftfahrzeugs gegebenenfalls zu warnen, kann das Ergebnis der Analyse akustisch und/oder optisch ausgegeben werden. Die akustischen Warnsignale können beispielsweise über die fahrzeuginternen Lautsprecher ausgegeben werden, während sich die optischen Warnsignale auf einem Display anzeigen lassen.
-
Diese Art der Signalerfassung und Warnung des Fahrers dient vor allem der frühzeitigen Erkennung von Gefahren, solange sich die Gefahrenquellen noch in einem angemessenen Abstand zum Kraftfahrzeug befinden.
-
Bei Gefahren in unmittelbarer Nähe zum Kraftfahrzeug, beispielsweise bei Fahrradfahrern und/oder Fußgängern, die durch leichtes Klopfen auf die Karosserie des Kraftfahrzeugs auf sich aufmerksam machen wollen, stellt dieses Sicherheitssystem keine optimale Lösung dar. Hierzu müssen andere Sensoren vorgesehen sein, die separat zu den obigen Sensoren ausgebildet sind. Hierdurch steigen einerseits der Verkabelungsaufwand des gesamten Sicherheitssystems sowie der benötigte Platzbedarf, um die unterschiedlichen Sensoren unterzubringen.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Sensorbaugruppe und ein Sicherheitssystem zu schaffen, mit der sowohl weit entfernte Signale frühzeitig als auch Signale in unmittelbarer Nähe zum Kraftfahrzeug erkannt werden können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Sensorbaugruppe für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs zur Erfassung eines akustischen Signals, insbesondere eines Signals eines Verkehrsteilnehmers, und/oder eines Körperschallsignals in einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei die Sensorbaugruppe ein Mikrofon und einen Körperschallsensor umfasst, der eingerichtet ist, ein Körperschallsignal in der Fahrzeugkarosserie zu erfassen. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken eine Sensorbaugruppe zur kombinierten Erfassung von akustischen und Körperschallsignalen bereitzustellen, um den Fahrer eines Kraftfahrzeugs frühzeitig auf jegliche mögliche Gefahren im Straßenverkehr aufmerksam machen zu können. Dabei soll unterschieden werden können, ob sich die potentielle Gefahr bereits in unmittelbarer Nähe zum Fahrzeug befindet, oder ob sie sich noch in einem angemessen Abstand zum Fahrzeug befindet. Mit der einen Sensorbaugruppe lassen sich somit zwei unterschiedliche Signalarten erfassen.
-
Gemäß eines Aspekts der Erfindung ist das Mikrofon ein dynamisches Mikrofon, insbesondere ein Tauchspulenmikrofon oder ein Bändchenmikrofon, das eingerichtet ist, akustische Signale und Körperschallsignale zu erfassen. Der Vorteil von dynamischen Mikrofonen ist, dass sie ihre Signalspannung eigenständig erzeugen. Dadurch sind sie nicht auf externe Spannungsquellen angewiesen und müssen auch nicht phantomgespeist werden. Der Installationsaufwand ist somit gering, was die Kosten senkt. Ferner lässt sich hierüber ein kombiniertes Signal erfassen, das ein Körperschallsignal und ein akustisches Signal umfasst.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung sind das Mikrofon und der Körperschallsensor in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen. Somit sind das Mikrofon und der Körperschallsensor in einer gemeinsamen Einheit ausgebildet, sodass sie in einfacher Weise verbaut werden können. Mit dieser gemeinsam ausgebildeten Einheit kann zudem erkannt werden, ob es sich bei dem erfassten Signal um ein rein akustisches Signal oder zusätzlich um ein Körperschallsignal handelt. Somit kann unterschieden werden, ob sich die potentielle Gefahr in einem größeren Abstand vom Fahrzeug befindet oder bereits unmittelbar in Kontakt mit dem Kraftfahrzeug steht.
-
Hierzu können die beiden erfassten Signale zueinander in Relation gesetzt werden, beispielsweise das reine Körperschallsignal, das vom Körperschallsensor erfasst worden ist, von dem vom dynamischen Mikrofon erfassten Signal abgezogen werden, um das reine akustische Signal zu erhalten. Die Sensorbaugruppe kann hierzu eine Steuer- und Auswerteeinheit umfassen, die die Daten entsprechend verarbeitet.
-
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Sensorbaugruppe eine schalldurchlässige Abdeckung auf, damit die akustischen Signale gut von den Sensoren erfasst werden können. Die schalldurchlässige Abdeckung stellt zudem sicher, dass das Mikrofon nach außen hin geschützt ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Sensorbaugruppe eine Isolierfüllung aufweisen, die insbesondere durch eine Schaumstofffüllung gebildet ist. Die Isolierfüllung gewährleistet einerseits eine gute Schalldämpfung vor den im Straßenverkehr üblichen Geräuschen und ist andererseits schalldurchlässig genug, damit beispielsweise die Signale eines Einsatzfahrzeuges erfassen werden können. Außerdem kann durch die Isolierfüllung der Körperschallsensor vor den üblichen Erschütterungen während der Fahrt geschützt werden. Schaumstoff eignet sich als Material für die Isolierfüllung.
-
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Steuer- und Auswerteeinheit und wenigstens einer Sensorbaugruppe vorgesehen. Das Sicherheitssystem kann über die Steuer- und Auswerteeinheit die erfassten Signale verarbeiten und auswerten. Abhängig vom Ergebnis der Auswertung kann das Sicherheitssystem anschließend den Fahrer des Kraftfahrzeugs über akustische und/oder optische Signale warnen und auf eine potentielle Gefahr aufmerksam machen.
-
Gemäß eines Aspekts der Erfindung ist bzw. sind neben der Sensorbaugruppe zumindest eine weitere Sensorbaugruppe und/oder ein weiterer Umgebungssensor vorgesehen. Über den weiteren Umgebungssensor lassen sich noch weitere Daten erfassen, die für das Sicherheitssystem relevant sind und zur Detektion einer potentiellen Gefahr heranziehen. Bei dem weiteren Umgebungssensor handelt es sich beispielsweise um einen optischen Umgebungssensor, insbesondere eine Kamera. Der weitere Umgebungssensor kann auch ein Sensor der Nahbereichssensorik sein, z.B. Ultraschall- oder Radarsensorik. Ferner können mehrere Sensorbaugruppen vorgesehen sein, sodass mehrere Daten hinsichtlich der erfassten akustischen Signale und/oder des Körperschalls zur Verfügung stehen, die sich für eine genauere Auswertung heranziehen lassen.
-
Gemäß eines weiteren Aspekts des Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet, dass sie eine Peilung des akustischen Signals und/oder des Körperschallsignals durchführt. Die Peilung (Winkelmessung) eines Signals kann über eine Laufzeitmessung geschehen. Dafür sind mindestens zwei Sensorbaugruppen notwendig, da die Steuer- und Auswerteeinheit mindestens zwei erfasste Signale zur Auswertung einer Laufzeitmessung benötigt. Die Peilung kann sowohl für das akustische Signal als auch für das Körperschallsignal durchgeführt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsvariante umfasst die Sensorbaugruppe einen ersten, dem Mikrofon zugeordneten Kanal und einen zweiten, dem Körperschallsensor zugeordneten Kanal, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist, die über die beiden Kanäle übermittelten Daten zueinander in Relation zu setzen, insbesondere wobei die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist, das akustische Signal aufgrund der über beide Kanäle übermittelten Daten zu ermitteln. Durch die Verwendung von mehreren Sensorbaugruppen, die jeweils einem Kanal zugeordnet sind, kann die Steuer- und Auswerteeinheit des Sicherheitssystems durch eine Laufzeitmessung zwischen den verschiedenen Sensorbaugruppen eine präzise Peilung des erfassten Signals vornehmen. Das Ergebnis der Messung des Umgebungssensors kann dazu dienen, dem Fahrer die genaue Position und Bewegungsrichtung des erfassten Signals auch optisch anzuzeigen, um eine angemessene Reaktion des Fahrers auf die potentielle Gefahr zu erleichtern. Darüber hinaus ist es aufgrund der unterschiedlichen Kanäle, deren Daten zueinander in Relation gesetzt werden, möglich, das reine akustische Signal aus den erfassten Signalen zu ermitteln. Beispielsweise wird hierzu, das vom Mikrofon erfasste Signal um das vom Körperschallsensor erfasste Signal reduziert, um eventuelle Anteile des Körperschalls zu unterdrücken, sodass das reine akustische Signal vorliegt. Dies kann zur weiteren Auswertung bzw. Verarbeitung genutzt werden.
-
Gemäß eines einer weiteren Ausführungsform ist eine Warneinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist, einen Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einem von der Sensorbaugruppe und/oder dem Umgebungssensor erfassten Signals zu warnen. Die Warnung kann über akustische und/oder optische Signale erfolgen, wobei die akustischen Signale beispielsweise ein Warnton über die fahrzeuginternen Lautsprecher sein kann, während die optischen Signale auf einem Bildschirm angezeigt werden können. Insofern umfasst die Warneinrichtung einen Lautsprecher und/oder einen Bildschirm bzw. hat Zugriff darauf, um den Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs zu warnen.
-
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen zeigen:
- 1 die erfindungsgemäße Sensorbaugruppe in einer schematischen Perspektivansicht; und
- 2 das erfindungsgemäße Sicherheitssystem in einer schematischen Darstellung.
-
In 1 ist schematisch eine Sensorbaugruppe 10 gezeigt, die in die Karosserie eines Kraftfahrzeugs eingelassen ist. Die Sensorbaugruppe 10 weist ein Mikrofon 12 mit einem Schalleinlass 14 und einen Körperschallsensor 16 auf, der beispielsweise als ein Piezoelement 18 ausgebildet ist.
-
Das Mikrofon 12 und der Körperschallsensor 16 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 20 angeordnet. Hierdurch sind das Mikrofon 12 sowie der Körperschallsensor 16 geschützt aufgenommen.
-
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Körperschallsensor 16 unterhalb des Mikrofons 12 angeordnet. Diese Art der Anordnung ermöglicht eine kompakte Bauweise der gesamten Sensorbaugruppe 10. Prinzipiell sind aber auch andere Anordnungen möglich.
-
Der Schalleinlass 14 des Mikrofons 12 ist nach außen, zu einer Abdeckung 22 hin gerichtet. Die Abdeckung 22 ist schalldurchlässig, um eine möglichst gute Schallaufnahme des Mikrofons 12 trotz geschützter Anordnung zu ermöglichen.
-
Zur Abschirmung des Mikrofons 12 gegenüber ungewünschten Signalen, wie beispielsweise Wind oder den üblichen Geräuschen im Straßenverkehr, ist im Inneren des Gehäuses 20 eine Isolierfüllung 24 angeordnet. Diese Isolierfüllung 24 kann insbesondere eine Schaumstofffüllung sein. Schaumstoff gewährleistet einerseits eine gute Schalldämpfung gegenüber unerwünschten Geräuschen und ist andererseits schalldurchlässig genug, damit das Mikrofon 12 die Signale von potentiellen Gefahren erfassen kann.
-
Gleichzeitig dient die Schaumstofffüllung 24 auch der Dämpfung des Körperschallsensors 16 innerhalb des Gehäuses 20. Dieser soll lediglich die mechanischen Erschütterungen potentieller Gefahren erfassen. Die üblichen Erschütterungen, die ein Kraftfahrzeug während der Fahrt erfährt, sollen nicht registriert werden.
-
Das Mikrofon 12 kann ein dynamisches Mikrofon 26 sein, insbesondere ein Tauchspulenmikrofon oder ein Bändchenmikrofon. Dynamische Mikrofone haben den Vorteil, dass sie ihre Signalspannung eigenständig erzeugen und damit nicht auf externe Spannungsquellen angewiesen sind. Der Installationsaufwand ist somit gering. Außerdem müssen sie nicht, wie beispielsweise Kondensatormikrofone, phantomgespeist werden.
-
Der Körperschallsensor 16 kann, wie bereits erläutert, durch ein Piezoelement 18 realisiert sein. Damit sollen leichtere Erschütterungen des Kraftfahrzeugs erkannt werden, wie in etwa ein Klopfen eines Fußgängers oder Fahrradfahrers auf die Karosserie des Kraftfahrzeugs. Das erfasste Ereignis, insbesondere die damit einhergehenden Signale, werden entsprechend weiterverarbeitet, wie nachfolgend anhand 2 erläutert wird.
-
Insbesondere stellt die Sensorbaugruppe 10 eine achssymmetrische Baugruppe dar, sodass das Mikrofon 12 als auch der Körperschallsensor 16 im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet sind. Das Mikrofon 12 und der Körperschallsensor 16 bilden zusammen einen Stapel 28 aus, der im ebenfalls achssymmetrischen Gehäuse 20 aufgenommen ist. Das Gehäuse 20 ist demnach ebenfalls im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet.
-
In 2 ist schematisch ein Sicherheitssystem 30 dargestellt, das mit Hilfe einer Steuer- und Auswerteeinheit 32 die von der Sensorbaugruppe 10 erfassten Signale, also vom Mikrofon 12 und/oder vom Körperschallsensor 16, auswertet und an eine Warneinrichtung 34 weitergibt.
-
Das Mikrofon 12 und/oder der Körperschallsensor 16 können ein Signal messen. Die Ergebnisse dieser Messungen werden anschließend an die Steuer- und Auswerteeinheit 32 weitergegeben, wobei dem Mikrofon 12 ein erster Kanal 36 und dem Körperschallsensor 16 ein zweiter Kanal 38 zugeordnet sind. Die Steuer- und Auswerteeinheit 32 erkennt, ob zumindest einer von beiden Sensoren 12, 16 ein Signal registriert hat. Den beiden Kanälen 36, 38 können Verstärker 40, 41 zugeordnet sein, die das entsprechende Signal verstärken. Diese Verstärker 40, 41 sind in der gezeigten Ausführungsform aufgrund der unterschiedlichen Pegel der verschiedenen Sensoren 12, 16 regelbar in ihrer Verstärkung, wobei die Regelung über die Steuer- und Auswerteeinheit 32 erfolgt. Die regelbaren Verstärker 40, 41 sind in der gezeigten Ausführungsform als Teil der Steuer- und Auswerteeinheit 32 ausgebildet. Alternativ können sie auch vorgelagert sein, sodass die Steuer- und Auswerteeinheit 32 vorverstärkte Signale erhält.
-
Zusätzlich kann auf den Verstärker 40 auch eine Filter-Einheit 43 folgen, um die gemessenen Ereignisse des Mikrofons 26 in ein verwertbares, möglichst störfreies Signal umzusetzen, insbesondere zu filtern. Dieser kann anschließend von der Steuer- und Auswerteeinheit 32 ausgewertet werden.
-
Die Filter-Einheit 43 kann als ein Anti Aliasing Filter ausgebildet sein, insbesondere ein Anti Aliasing Filter mit einer Frequenz von 20 kHz.
-
An die Filter-Einheit 43 kann sich ein A/D-Wandler 45 anschließen, um das entsprechende Signal zu digitalisieren, insbesondere für die weitere Verarbeitung. Beispielsweise weist der A/D-Wandler 45 eine Abtastrate von 45 kHz auf. Die Filter-Einheit 43 und der A/D-Wandler 45 können auch gemeinsam ausgebildet sein, sodass das vom Mikrofon empfangene Signal entsprechend gefiltert und digitalisiert wird.
-
Insbesondere setzt die Steuer- und Auswerteeinheit 32 die beiden erfassten Signale in Relation zueinander, sodass ermittelt werden kann, ob es sich bei den erfassten Signalen um ein rein akustisches Signal gehandelt hat, bei dem der Körperschallsensor 16 nicht reagiert hat. Dies liegt daran, dass das als dynamisches Mikrofon 26 ausgebildete Mikrofon 12 auch Körperschallsignale miterfasst, die jedoch über die vom Körperschallsensor 16 erfassten Daten korrigiert werden können. Bei rein akustischen Signalen kann als Konsequenz davon ausgegangen werden, dass sich die potentielle Gefahr noch nicht unmittelbar in der Nähe des Kraftfahrzeugs befindet. Wird hingegen an beiden Sensoren 12, 16 zur selben Zeit ein Signal registriert, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass sich eine potentielle Gefahr bereits in direktem Kontakt mit dem Fahrzeug befindet.
-
Damit zusätzlich zum reinen Erkennen von Signalen eine Peilung (Winkelmessung) des Signals erfolgen kann, sind die Messungen von mindestens zwei verschiedenen Sensorbaugruppen 10 notwendig. Die Messungen der einzelnen Sensoren 12, 16 werden jeweils in einem zugeordneten Kanal erfasst und miteinander in Relation gesetzt, indem beispielsweise eine Laufzeitmessung (TDOA - Time difference of arrival) durchgeführt wird. Dadurch kann sowohl eine grobe Peilung des entsprechenden Signals als auch dessen Annäherung (oder Entfernung) festgestellt werden. Dies gilt in analoger Weise für akustische Signale als auch für Körperschallsignale.
-
Für eine präzise Laufzeitmessung müssen die verschiedenen Sensoren 12, 16 untereinander zeitsynchronisiert sein. Dies kann über ein PTP (Precision Time Protocol), das die Synchronität der Uhrzeiteinstellung mehrerer Geräte bewirkt, realisiert werden.
-
Die Ergebnisse der Auswertung der Steuer- und Auswerteeinheit 32 werden anschließend an die Warneinrichtung 34 weitergegeben, um gegebenenfalls den Fahrer des Kraftfahrzeugs über akustische und/oder optische Signale zu warnen. Hierzu kann die Warneinrichtung 34 eine Ausgabeeinheit 35 in Form eines Lautsprechers oder eines Bildschirms umfassen.
-
Neben der Sensorbaugruppe 10 kann auch ein weiterer Umgebungssensor 42 vorgesehen sein, um beispielsweise zusätzlich optische Signale zu erfassen. Der weitere Umgebungssensor 42 ist beispielsweise eine Kamera. In einer Ausführungsform kann der Umgebungssensor 42 auch durch eine Ultraschall- oder Radarsensorik realisiert werden.
-
Dieser zusätzliche Umgebungssensor 42 kann verwendet werden, um die Peilung des Signals zu präzisieren bzw. um weitere Daten bereitzustellen. Befindet sich die potentielle Gefahr bereits in Sichtweite, kann sie durch den Umgebungssensor 42 registriert werden. Dadurch kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs über den genauen Standort der potentiellen Gefahr informiert werden. Es ist auch möglich, dass das Fahrzeug selbst entsprechend darauf reagiert und die Fahrt automatisch verlangsamt.
-
Die vom Umgebungssensor 42 erfassten Daten werden wiederum über einen entsprechenden Kanal 44 der Steuer- und Auswerteeinheit 32 zugeführt, die das Signal über einen Verstärker 46 verstärkt und verarbeitet.
-
Die Ausgabe der Messung bzw. der Auswertung des Signals des Umgebungssensors 42 kann wieder über die Warneinrichtung 34 erfolgen. Diese kann beispielsweise einen Bildschirm 48 umfassen, der separat zur Ausgabeeinheit 35 ausgebildet ist. Der genaue Standort und die Bewegungsrichtung des erfassten Signals im Verhältnis zum Kraftfahrzeug können so angezeigt werden.
-
In weiteren Ausführungsformen kann eine Filter- bzw. A/D-Einheit 43, 45 auch auf die weiteren Verstärker 41, 46 folgen, um die von den Sensoren 16, 42 erfassten Signale entsprechend zu verarbeiten.
