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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Detektieren akustischer Signale in der Umgebung eines Fahrzeugs sowie eine Steuereinrichtung für eine entsprechende Sensorvorrichtung.
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Moderne Fahrzeuge verwenden verschiedene Umfeldsensoren zur Überwachung der Fahrzeugumgebung und zur Detektion möglicher Gefahren. Entsprechende Sensorsysteme, welche derzeit noch als Assistenzsysteme zur Unterstützung des Fahrers dienen, bilden die Grundlage für zukünftige autonom fahrende Fahrzeuge. Zur Detektion der Fahrzeugumgebung kommen dabei unterschiedliche Messverfahren zum Einsatz, wie zum Beispiel Videokameras, Lidar, Radar oder Ultraschallsensoren. Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden akustische Signale im hörbaren Bereich im Fahrzeug Umwelt standardmäßig nicht erfasst. Hierdurch gehen wertvolle Zusatzinformationen verloren, welche maßgeblich zur Sicherheit im Straßenverkehr beitragen könnten. Bei derzeitigen Fahrzeugen, welche noch von einem Fahrer gesteuert werden, kann dieser entsprechende akustische Zusatzinformationen mit seinem Hörsinn erfassen. Allerdings können die Umfeld-Geräusche durch laute Geräusche im Fahrzeuginneren, wie z. B. Radio oder Kindergeschrei, übertönt werden. Der Fahrer kann ferner auch durch entsprechende Innenraumgeräusche oder anderweitig abgelenkt sein. In automatisierten Fahrzeugen fließen die durch den Fahrer erfassten Umfeld-Geräusche jedoch nicht in die Beurteilung des Fahrzeugumfelds durch das Steuersystem des Fahrzeugs ein. In diesem Fall bleiben die im hörbaren Bereich enthaltenen Informationen unberücksichtigt.
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Neben der Erfassung akustische Signale im Straßenverkehr kann der menschliche Fahrzeugführer mit seinen zwei Ohren in der Regel auch die Richtung des akustischen Signals bestimmen. Allerdings fällt dem Fahrzeugführer die Richtungsbestimmung aufgrund der geschlossenen Bauweise der Fahrzeugkabine in der Regel relativ schwer und erfolgt daher oft recht spät. Somit ist die Richtungserkennung von akustischen Signalen aus dem Fahrzeugumfeld der Regel nur eingeschränkt möglich.
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Die Entwicklung Automotive-tauglicher Mikrofone für die Anwendung außen am Fahrzeug erweist sich als schwierig, da an der Fahrzeugaußenseite angebrachte Mikrofone Wind, Feuchtigkeit, Schmutz und weiteren Bedrohungseinflüssen ausgesetzt sind. Die Anordnung entsprechender Mikrofone innerhalb des Fahrgastraums hat hingegen den Nachteil, dass laute Innengeräusche, beispielsweise durch Radio oder Lüftung, als Störung vorhanden sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Detektion akustischer Signale in der Umgebung eines Fahrzeugs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung noch Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Sensorvorrichtung zum Detektieren akustischer Signale in der Umgebung eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Sensorvorrichtung umfasst dabei wenigstens einen akustischen Sensor mit einem Schallaufnehmer zum Erfassen akustischer Signale einer akustischen Signalquelle in der Umgebung des Fahrzeugs, wobei der Schallaufnehmer in einem Hohlraum des Fahrzeugs angeordnet ist, welcher wenigstens einseitig von einer Außenwand des Fahrzeugs begrenzt ist. Die Sensorvorrichtung umfasst ferner eine Steuereinrichtung zum Auswerten der erfassten akustischen Signale. Die Steuereinrichtung ist dabei ausgebildet, anhand der akustischen Signale, die wenigstens eine akustische Signalquelle zu identifizieren und ihre Richtung und/oder ihre Position relativ zum Fahrzeug zu bestimmen. Die Detektion akustischer Signale im Fahrzeugumfeld liefert wertvolle Zusatzinformationen. Dabei lassen sich durch akustische Signale selbst solche akustischen Signalquellen identifizieren bzw. ihre relative Position zum eigenen Fahrzeug bestimmen, welche sich außerhalb des Blickfelds bzw. Reichweite herkömmlicher Fahrzeugsensoren befindet. Somit trägt die akustische Sensorvorrichtung sowohl in Fahrzeugen mit Fahrer als auch in vollautomatisierten Fahrzeugen wesentlich zur Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr bei.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlraum als Resonator zum Verstärken wenigstens einer vorgegebenen Frequenz ausgebildet ist. Durch diese spezielle Gestaltung des Hohlraums kann eine besonders hohe Sensitivität des akustischen Sensors für akustische Signale bestimmter akustischer Signalquellen erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die den Hohlraum begrenzende Außenwand des Fahrzeugs als Resonator für wenigstens eine vorgegebene Frequenz ausgebildet ist. Auch mithilfe dieser Maßnahme lässt sich die Sensitivität des akustischen Sensors für akustische Signale bestimmter akustischer Signalquellen deutlich erhöhen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung zum Detektieren von Frequenzen optimiert ist, welche typisch für akustische Signale wenigstens einer bestimmten akustischen Signalquelle sind. Als akustische Signalquellen sind dabei beispielsweise Sondersignale von Notfall-, oder Einsatzfahrzeugen, Tunneleinfahrten, Kinderlärmgeschrei, Straßenkreuzungen oder Verkehrsunfällen vorgesehen. Die gezielte Optimierung der Sensorvorrichtung in Bezug auf Frequenzen bestimmter akustischer Signale ermöglicht eine bessere Detektion der jeweiligen akustischen Signalquellen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hohlraum des wenigstens einen akustischen Sensors zylinderförmig ausgebildet ist und dass der Schallaufnehmer in Form eines Mikrofons ausgebildet ist, welches auf einer der Außenwand des Fahrzeugs entgegengesetzten Seitenwand des zylinderförmigen Hohlraums angeordnet ist. Diese spezielle Anordnung ermöglicht eine besonders gute Ankopplung des Mikrofons an die akustische Umgebung des Fahrzeugs bei gleichzeitig guter Entkopplung vom Innenraum des Fahrzeugs.
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In einer weiteren Ausgangsbasis ist vorgesehen, dass der wenigstens eine akustische Sensor eine Funktionsschicht zur Form einer λ/4-Schicht zur Anpassung der akustischen Impedanz umfasst, welche auf einer Innenseite der den Hohlraum begrenzenden Außenwand des Fahrzeugs angeordnet ist. Dadurch kann die Verstärkungswirkung des Hohlraumresonators in Bezug auf bestimmte Frequenzen erhöht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schallaufnehmer des wenigstens einen akustischen Sensors in Form eines auf der Innenseite der den Hohlraum begrenzenden Außenwand des Fahrzeugs angeordneten Körperschallaufnehmers ausgebildet ist. Eine solche Anordnung ermöglicht eine besonders gute Ankopplung an das akustische Umfeld des Fahrzeugs bei gleichzeitig guter Entkopplung vom Fahrzeuginnenraum. In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung eine Anordnung aus mehreren auf einer oder mehreren Seiten des Fahrzeugs voneinander beabstandet angeordneten akustischen Sensoren umfasst. Die Verwendung mehrerer Sensoren ermöglicht eine Erhöhung der Sensitivität. Ferner kann durch die spezielle Anordnung der Sensoren auf mehreren Seiten des Fahrzeugs die Richtungserkennung der Signalquelle verbessert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die akustischen Sensoren jeweils paarweise auf sich jeweils gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs angeordnet sind. Durch diese spezielle Anordnung der akustischen Sensoren wird die Richtungsbestimmung der akustischen Signalquellen deutlich verbessert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der wenigstens eine akustische Sensor in einer Tür oder in einem Dachaufbau des Fahrzeugs angeordnet ist. Dabei ermöglicht die Anordnung des akustischen Sensors innerhalb einer Fahrzeugtür die Nutzung der innerhalb der Tür bereits vorhandenen Hohlräume. Hingegen ermöglicht die Anordnung der akustischen Sensoren in einem Dachaufbau eine Erhöhung der Sensitivität, da durch die relativ hohe Einbauposition eine mögliche Abschattung der akustischen Signale reduziert wird. Ferner können insbesondere bei vollautomatisierten Fahrzeugen, die bereits vorhandenen Dachaufbauten als Einbauort genutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuereinrichtung für eine Sensorvorrichtung zum Detektieren akustischer Signale in der Umgebung eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Steuereinrichtung ist dabei ausgebildet, Sensorsignale auszuwerten, welche von wenigstens einem an einer Innenseite einer Fahrzeugaußenwand angeordneten akustischen Sensor infolge empfangener akustische Signale ausgegeben werden, um eine die akustischen Signale emittierende akustische Signalquelle zu identifizieren und ihre Richtung und/oder Position relativ zum Fahrzeug zu bestimmen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine Fahrsituation, bei dem ein einer akustischen Sensorvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug ein dahinterfahrendes Fahrzeug detektiert;
- 2 ein Blockschaltdiagramm der Sensorvorrichtung des Fahrzeugs aus 1;
- 3 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs aus 1;
- 4 eine in einem Dachaufbau untergebrachte Sendeanordnung;
- 5 eine schematische Darstellung des Dachaufbaus aus 4;
- 6 eine vereinfachte Ausführungsform des Dachaufbaus mit zwei akustischen Sensoren;
- 7 eine Ausführungsform des akustischen Sensors 110 mit einem Mikrofon als Schallaufnehmer;
- 8 eine alternative Gestaltung des akustischen Sensors mit einem Schallaufnehmer in Form eines Körperschallaufnehmers;
- 9 schematisch ein Frequenzgang eines auf eine bestimmte Frequenz abgestimmten Hohlraumresonators;
- 10 schematisch den Frequenzgang eines auf drei verschiedene Resonanzfrequenzen abgestimmten Hohlraumsenators;
- 11 schematisch den Dachaufbau aus 5, bei dem die akustischen Sensoren mit Mikrofonen ausgestattet sind; und
- 12 schematisch den Dachaufbau aus 5, bei dem die akustischen Sensoren mit Körperschallaufnehmern ausgestattet sind;
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Das erfinderische Konzept sieht die Verwendung von Zusatzinformationen durch Detektion akustischer Signale aus der Umgebung des Fahrzeugs vor. Dabei werden akustische Sensoren mit Schallaufnehmern verwendet, welche weder außen am Fahrzeug noch im Fahrzeuginnenraum angeordnet sind. Stattdessen werden Hohlräume im Fahrzeug genutzt, welche die Vorteile eines vor Witterungseinflüssen geschützten Innenraums nutzen, ohne die Nachteile einer akustischen Störumgebung des Fahrgastraums in Kauf zu nehmen. Hierfür sind grundsätzlich Hohlräume geeignet, welche bereits in der Fahrzeugkarosserie vorhanden sind, beispielsweise Hohlräume in Fahrzeugtüren oder in Dachaufbauten, die bei hochautomatisierten Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Ferner kann die Karosserie des Fahrzeugs auch für den Einsatz solcher akustischen Sensoren angepasst werden, wobei beispielsweise ein Dachaufbau in einem autonomen Fahrzeug dahingehend optimiert wird, dass er sich besonders gut als verstärkender Hohlraum für die Schallaufnahme eignet. Die typischen Wellenlängen von Hörschall und damit die geometrischen Ausmaße des Hohlraums liegen in der Größenordnung von 1 m und weniger.
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Grundsätzlich lassen sich für die Wandlung der Schallsignale in entsprechendes elektrisches Sensorsignal neben Mikrofonen auch Körperschallaufnehmer verwenden, wie zum Beispiel Beschleunigungssaufnehmer. Diese werden auf der Innenseite der Fahrzeugaußenwand, wie zum Beispiel der Innenseite der Tür oder des Dachaufbaus aufgebracht. Somit wird die Fahrzeugaußenwand Teil des Wandlerelements, wobei die Geometrie und Material das Übertragungsverhalten mitbestimmen.
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In der 1 ist das grundlegende Konzept der Identifikation und Ortung externer Schallquellen durch ein in einem Fahrzeug 200 verbautes Sensorsystem verdeutlicht. Dabei weist das Fahrzeug 200 eine Sensoranordnung 101 umfassend vier jeweils auf verschiedenen Seiten 201, 202, 203, 204 des Fahrzeugs 200 angeordnete akustische Sensoren 110, 120, 130, 140 auf. Dabei sind zwei der Sensoren, 130, 140 in zwei sich gegenüberliegenden Fahrzeugtüren, ein weiterer akustischer Sensor 110 im Frontbereich des Fahrzeugs 200 und ein vierter akustischer Sensor in dem Heckbereich des Fahrzeugs 200 angeordnet. Diese spezielle Anordnung ermöglicht eine gute Lokalisation externer Schallquellen aus allen Richtungen. Grundsätzlich sind hier auch andere Sensor-Anordnungen oder Sensor Arrays möglich. Wie in der 1 ferner dargestellt ist, empfangen die akustischen Sensoren 110, 120, 130, 140 des Fahrzeugs 200 ein akustisches Signal 311 eines hinter dem Fahrzeug 200 fahrenden weiteren Fahrzeugs 300. Bei dem weiteren Fahrzeug 300 handelt es sich beispielsweise um einen Notfall-, oder Einsatzwagen, welcher mit einer entsprechenden Sondersignalanlage 310 zur Ausgabe eines akustischen Sondersignals 311 ausgestattet ist. Das von der Sensoranordnung 101 des Fahrzeugs 200 empfangene akustische Signal 311 wird in einer speziell eingerichteten Steuereinrichtung 150 des Fahrzeugs 200 ausgewertet, wobei die Steuereinrichtung 150 sowohl die Signalquelle 310 bzw. 300 identifizieren, als auch ihre relative Position zum Fahrzeug 200 ermitteln kann.
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Die 2 zeigt hierzu schematisch ein Blockschaltdiagramm der Sensorvorrichtung 100 des Fahrzeugs 200 aus 1. Wie hier ersichtlich ist, senden die akustischen Sensoren 110, 120, 130, 140 nach Empfang des akustischen Signals 311 jeweils ein entsprechendes Sensorsignal an die Steuereinrichtung 150 weiter, welche mittels entsprechender Signalleitungen mit den akustischen Sensoren 110 bis 140 verbunden ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Steuersteuereinrichtung 150 um eine separate Steuereinheit, welche die aus der Auswertung der akustischen Signale 311 gewonnenen Zusatzinformationen über entsprechende Datenleitungen beispielsweise an eine zentrale Steuereinheit 270 des Fahrzeugs weiterleitet. Die zentrale Steuereinheit 270 kann anhand der erhaltenen Zusatzinformationen entsprechende Steuervorgänge des Fahrzeugs 200 durchführen. Um möglichst kurze Signallaufzeiten zu erhalten, kann es vorteilhaft sein, die Steuereinrichtung 150 in unmittelbarer Nähe zu den akustischen Sensoren ein 110, 120, 130, 140 anzuordnen. Hierdurch wird auch die EMV-Robustheit erhöht. Die Übertragung der Signale an das Steuergerät kann dabei wahlweise analog oder digital abgetastete Analogsignale) übertragen werden. Besonders vorteilhaft ist insofern eine Integration der Steuereinrichtung 150 in den Dachaufbau 250.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung des Fahrzeugs aus 1. Dabei ist ersichtlich, dass ein erster akustischer Sensor 110 im Frontbereich 201 des Fahrzeugs angeordnet ist, beispielsweise in der Motorhaube. Ferner ist ein zweiter akustischer Sensor 120 im Heckbereich 202 des Fahrzeugs 200 angeordnet, beispielsweise im Kofferraumdeckel. Ein dritter akustischer Sensor 130 ist innerhalb einer Fahrzeugtür 260 auf der rechten Fahrzeugseite 203 angeordnet. Der hier nicht sichtbare vierte akustische Sensor 140 ist entsprechend in der linken Fahrzeugtür angeordnet.
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Die 4 zeigt eine alternative Unterbringung der Sensoranordnung 101 in einem Dachaufbau 250 des Fahrzeugs 200. Der Dachaufbau 250 ist kastenförmig ausgebildet, wobei die akustischen Sensoren 110, 120, 130, 140 auf jeweils verschiedenen Seiten 201, 202, 203, 204 des Dachaufbaus 250 angeordnet sind. Ein solcher Dachaufbau 250 wird bereits bei autonom fahrenden Fahrzeugen zu Unterbringung von Umfeldsensoren verwendet, beispielsweise für den Lidar-Sensor. Grundsätzlich lässt sich ein solcher Dachaufbau 250 jedoch auch als optionales Zubehörteil vorsehen, mit welchem Fahrzeuge ohne entsprechende Dachaufbauten nachgerüstet werden können. Im Folgenden wird der Dachaufbau 250 als ein Teil des Fahrzeugs 200 aufgefasst. Insofern bildet die Außenwand des Dachaufbaus 250 einen Teil der Fahrzeugaußenwand 210.
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In der 5 ist eine schematische Darstellung des Dachaufbaus 250 aus 4 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Dachaufbau 250 kastenförmig aufgebaut und weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Grundfläche auf. Die Sensoranordnung 101 umfasst vier akustische Sensoren 110, 120, 130, 140, welche in einem im Inneren des Dachaufbaus 250 liegenden Hohlraum jeweils hinter der Außenwand 201 des Dachaufbaus 250 angeordnet sind. Der Hohlraum kann dabei in Teilbereiche Front/Heck/linke Seite und rechte Seite aufgeteilt sein, welche durch Trennwände voneinander abgeteilt sind. Um einen möglichst großen Verstärkungseffekt zu erzielen, ist es vorteilhaft für jeden akustischen Sensor 110, 120, 130, 140 einen separaten Hohlraum vorzusehen und diesen Hohlraum zylindrisch zu gestalten. Hierdurch werden Mehrwegeausbreitungen akustischer Wellen wirkungsvoll verhindert. Konstruktiv besonders günstig erweist sich die Installation der Sensoren in einem mittleren Bereich der jeweiligen Fahrzeugaußenwand. Die akustischen Sensoren sind vorzugsweise jeweils paarweise auf einander gegenüberliegenden Seiten 201, 202, 203, 204 des Dachaufbaus 250 angeordnet. Je nach Anwendung kann die Anzahl und Anordnung der akustischen Sensoren der Sensoranordnung 101 dabei grundsätzlich unterschiedlich ausfallen.
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Die 6 zeigt eine gegenüber der Variante aus 5 vereinfachte Ausführung des Dachaufbaus 250, welcher lediglich zwei akustische Sensoren 110, 120 umfasst. Der erste akustische Sensor 110 ist dabei auf der Vorderseite 201 des kastenförmig ausgebildeten Dachaufbaus 250 angeordnet, während der zweite akustische Sensor 120 auf der Rückseite 202 des Dachaufbaus 250 angeordnet ist.
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Als Schallaufnehmer der akustischen Sensoren können grundsätzlich verschiedene Geräte zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel Mikrofone oder Körperschallaufnehmer. Die 7 zeigt eine erste Ausführungsform des akustischen Sensors 110, welcher ein Mikrofon 111 als Schallaufnehmer verwendet. Das Mikrofon 111 ist dabei in einem Hohlraum 112 angeordnet, welcher einseitig von einer Fahrzeugaußenwand 210 begrenzt ist. Der zur Verstärkung bestimmter Frequenzen dienende Hohlraum 112 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet, wobei das Mikrofon 111, auf der der Fahrzeugaußenwand 210 entgegengesetzten Stirnseite 113 des zylinderförmigen Hohlraums 112 angeordnet ist. Der als akustischer Resonator dienende Hohlraum 112 weist ferner eine Funktionsschicht 114 zur Anpassung der akustischen Impedanz auf, welche auf der Innenseite 211 der Fahrzeugaußenwand 210 angeordnet ist. Die Funktionsschicht 114 ist dabei vorzugsweise als eine λ/4-Schicht ausgebildet, welche aus einem geeigneten Material und in einer geeigneten Schichtdicke ausgebildet ist. Bei Verwendung von Mikrofonen als Schallaufnehmer wird das Mikrofon innerhalb des Dachaufbaus möglichst schwingungsisoliert über geeignete Entkopplungselemente an einer der Fahrzeugaußenwand 210 gegenüberliegenden Hohlraumseitenwand 113 oder direkt auf die Fahrzeugaußenwand 210 montiert.
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Die 8 zeigt hingegen eine alternative Gestaltung des akustischen Sensors 110, bei dem der Schallaufnehmer 111 in Form eines Körperschallaufnehmers ausgebildet ist. Der Körperschallaufnehmer 111 ist dabei vorzugsweise direkt auf der Innenseite 211 der Fahrzeugaußenwand 210 angeordnet. Der akustische Sensor 110 umfasst ebenfalls einen als akustischer Resonator dienende Hohlraum 112, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet ist.
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Der Hohlraum 112 des akustischen Sensors 110 aus den 7 und 8 ist vorzugsweise jeweils zum Verstärken bestimmter Frequenzen ausgebildet. Die akustischen Eigenschaften eines solchen akustischen Hohlraumresonators werden dabei vor allem durch seine Geometrie und insbesondere durch seine Länge bestimmt. Auch andere Eigenschaften, wie zum Beispiel Oberflächenbeschaffenheit oder Material können das akustische Verhalten des Hohlraumsenators mitbestimmen. Ein Hohlraumresonator zeichnet sich dadurch aus, dass im Raum zwischen Außenwand und Innenwand durch konstruktive Interferenz eine stehende Welle und somit ein weiterer Verstärkungseffekt erzeugt wird. Die Dimensionen des Hohlraumresonators müssen dabei so gestaltet sein, dass seine Länge L = n λ/2 + λ/4 entspricht. Sofern eine Verstärkung von mehreren Frequenzen oder eines Frequenzbereichs erfolgen soll, ist es günstig einen Kompromiss für die Länge L über die obige Formel darzustellen. In jedem Fall muss jedoch eine negative Interferenz für die gewünschten Frequenzen vermieden werden, welche zu einer Auslöschung der betreffenden Schallwellen führen würde.
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In der 9 ist schematisch ein Frequenzgang eines auf eine bestimmte Frequenz f1 abgestimmten Hohlraumresonators 112, 122, 132, 142 dargestellt. Aufgrund einer konstruktiven Interferenz zeigt der Hohlraumresonator 112, 122, 132, 142 im Bereich seiner Resonanzfrequenz f1 eine besonders hohe Verstärkung G, welche zu den beiden Seiten jeweils stark abfällt. Weiter entfernt liegende Frequenzbereiche erfahren dabei jeweils eine deutlich geringere Verstärkung.
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Die 10 zeigt eine schematische Darstellung des Frequenzgangs eines auf insgesamt drei Resonanzfrequenzen f1, f2, f3 abgestimmten Hohlraumsenators 112, 122, 132, 142. Durch die teilweise Überlagerung der Frequenzgänge der jeweiligen Resonanzfrequenzen f1, f2, f3 ergibt sich eine relativ hohe Verstärkung im gesamten mittleren Frequenzbereich, während der untere und der obere Frequenzbereich durch den Hohlraumresonator 112, 122, 132, 142 jeweils deutlich geringer verstärkt werden.
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Das Resonanzverhalten des Hohlraums
112,
122,
132,
142 eines akustischen Sensors
110,
1209,
130,
140 und gegebenenfalls auch der den Hohlraum gegenüber der Fahrzeugumgebung abgrenzenden Fahrzeugaußenwand
210 kann auf Frequenzen abgestimmt werden, welche typisch sind für bestimmte Fahrsituationen bzw. akustischen Signale. Hierzu zählen beispielsweise die akustischen Sondersignale von Einsatz-, und Notfallfahrzeugen. Für das deutsche Tatütata“ wäre somit eine Optimierung für die beiden Frequenzen
400 und
700 Hz sinnvoll. Diese Frequenzen berechnen sich aus der DIN-Norm und sehen unter anderem eine Frequenzerhöhung durch den Dopplereffekt vor bei einer angenommenen Bewegung aufeinander zu. Für die beiden Frequenzen
400 und
700 Hz ergeben sich mit der oben dargestellten Formel somit die in der folgenden Tabelle angegebenen optimalen Längen L (jeweils in Meter) des Hohlraumresonators:
| Hz | m | n=1 | n=2 | n=3 |
| 400 | 0,85 | 0,64 | 1,06 | 1,49 |
| 700 | 0,486 | 0,36 | 0,61 | 0,85 |
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Wie aus der oberen Tabelle ersichtlich ist, liegen die Länge 0,64 m für die 400 Hz und die 0,61 m für die 700 Hz relativ nah beieinander. Als bester Kompromiss eignet sich somit ein Hohlraum mit der Länge L gleich 0,625 m, welche damit annähernd das Optimum für beide Frequenzen trifft. Alternativ zum obigen Beispiel können auch weitere Frequenzen im Design auch unter Berücksichtigung von Dopplerverschiebungen berechnet werden. Grundsätzlich können neben den Grundmoden bzw. Grundfrequenzen auch die Obermoden bzw. Oberfrequenzen eines Signals zur Auslegung des Resonanzverhaltens des Resonators verwendet werden. Da die Obermoden bzw. Oberfrequenzen typischerweise in höheren Frequenzbereichen liegen, ist ihre Detektion weniger stark von typischen Fahrgeräuschen gestört. Damit ergibt sich je nach Anwendung ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis.
Bei Einsatz von Körperschallaufnehmern anstelle von Mikrofonen wird die Außenhaut Teil des Wandlers. Geometrie und Material bestimmend somit das Übertragungsverhalten.
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Eine vorteilhafte Variante ergibt sich, wenn die Dimensionierung und das Material der Fahrzeugaußenwand so gewählt werden, dass diese eine oder mehrere Eigenfrequenzen im Bereich des zu detektierenden akustischen Signals aufweist. Dadurch kann ein Verstärkungseffekt für das Nutzsignal generiert werden.
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Typische interessante Frequenzbereiche liegen für die Sprachdetektion im Bereich 200 Hz bis 1 kHz und für die Detektion von Notfallsignalen im Bereich der Emissionsfrequenzen (Deutschland: 400 Hz und 700 Hz, USA: 300 Hz - 1,9 kHz, etc.) oder entsprechende Obermoden bzw. Oberfrequenzen der zu detektierenden Siganle.
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Bestimmend für die Lage der Eigenresonanzen ist die Größe, Dicke und Steifigkeit der schwingenden Platte (Fahrzeugaußenwand). Über diese Eigenschaften lässt sich die Fahrzeugaußenwand so gestalten, dass auch mehrere Moden (und damit Eigenresonanzen) angeregt werden.
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Alternativ hierzu können die Fahrzeugaußenwände durch ein geeignetes Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel CFK-Fasern, so gestaltet werden, dass inhomogene Streitigkeiten resultieren. Hierdurch lassen sich in das betreffende Bauteil gezielt mehrere Moden per Design einbringen.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn diese Moden im Intervall zwischen 200 Hz und 2 kHz liegen.
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Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Körperschallaufnehmern besteht darin, dass Parkrempler (Stöße) durch die Sensoren detektiert werden können. Bei hochautomatisierten Fahrzeugen ist diese Information für die Qualifizierung der Funktionsfähigkeit aller Sensoren im Fahrzeug wichtig. Hierdurch kann auf eine einfache Weise eine Dejustageerkennung realisiert werden.
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Die 11 zeigt schematisch den Dachaufbau 250 aus 5, bei dem die akustischen Sensoren 110, 120, 130, 140 entsprechend der Ausführungsform aus 7 jeweils mit einem Schallaufnehmer 111, 121, 131, 141 in Form eines Mikrofons ausgestattet sind. Hingegen zeigt die 12 schematisch den Dachaufbau 250 aus 5, bei dem die akustischen Sensoren 110, 120, 130, 140 entsprechend der Ausführungsform aus 8 jeweils mit einem Schallaufnehmer 111, 121, 131, 141 in Form eines Körperschallaufnehmers ausgestattet sind.
