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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines kraftfahrzeugexternen Kollisionsobjekts bei einer Kollision mit einem Kraftfahrzeug, um herauszufinden, ob eine zusätzliche Fremdschutzmaßnahme ausgelöst werden soll, weil es sich bei dem Kollisionsobjekt um eine Person oder ein Tier handeln könnte. Die Erfindung betrifft auch eine Detektionsvorrichtung zum Ermitteln eines kraftfahrzeugexternen Kollisionsobjekts bei einer Kollision mit einem Kraftfahrzeug. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Detektionsvorrichtung.
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In der Erfindung geht es insbesondere darum, während eines Kollisionsvorgangs zu dem Kollisionsobjekt zu erkennen, ob ein besonderes Fremdschutzbedürfnis für das Kollisionsobjekt besteht, und daraufhin eine geeignete Schutzmaßnahme auszulösen. Dazu ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 003 199 A1 eine Vorrichtung zur Aufpralldetektion eines Fußgängers auf ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Hohlleiter, in den derart ein Signal eingekoppelt wird, dass anhand des Übertragungsverhaltens des Signals ein Aufprall detektierbar ist. Bei dem Signal kann es sich beispielsweise um ein elektrisches Signal oder um ein Schallsignal handeln. Bei Erkennen des Aufpralls wird anschließend ein Personenschutzmittel sowohl für Fußgänger als auch Fahrzeuginsassen aktiviert.
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Eine weitere Möglichkeit um eine Kollision mit einem Kollisionsobjekt zu detektieren, ist beispielsweise aus der
DE 10 34 524 A1 bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass ein Bauteil eines Kraftfahrzeugs wiederholt mit einem definierten Frequenzimpuls angeregt wird. Anschließend wird ein resultierendes Körperschallfrequenzspektrum des frequenzimpulsangeregten Bauteils erfasst und in einer Auswerteeinrichtung ausgewertet. Durch einen Unfall, also bei einer Kollision, kommt es zur Verformungen des überwachten Bauteils. Dadurch ändert sich auch das Körperschallfrequenzspektrum des Bauteils, wodurch auf die Verformung des Bauteils und somit das Vorliegen des Unfalls rückgeschlossen werden kann.
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Schließlich ist auch aus der
DE 10 2009 038 430 A1 ein Verfahren zur Aufprallerkennung bei einem Kraftfahrzeug bekannt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass bei einem Aufprall an das Kraftfahrzeug zumindest zwei Körperschallschwingungen in einem Bauteil des Kraftfahrzeugs erzeugt werden, die von der Aufprallgeschwindigkeit abhängig sind und voneinander unterscheidbar sind. Diese Körperschallschwingungen werden mit einem Sensor erfasst, um daraus die Aufprallgeschwindigkeit des Kollisionsobjekts zu ermitteln. Die Aufprallgeschwindigkeit wird als Maß für eine Crashschwere verwendet und in Abhängigkeit davon wird eine geeignete Schutzeinrichtung für Insassen und/oder Kollisionsgegner ausgelöst.
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Aus dem vorgenannten Stand der Technik ergibt sich der Nachteil, dass die entsprechende Schutzmaßnahme unspezifisch immer dann ausgelöst wird, wenn die Kollision an einem bestimmten Ort am Kraftfahrzeug detektiert wurde, unabhängig von den konkreten Eigenschaften des Kollisionsobjekts selbst.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionsobjekt eine Schutzmaßnahme gezielt an einen Insassen und/oder das Kollisionsobjekt anzupassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Es ist Erkenntnis der Erfindung, dass es zur gezielten Bereitstellung von Schutzmaßnahmen von Vorteil ist, wenn eine Art oder Klasse des Kollisionsobjekts bekannt ist. Es geht in der Erfindung also insbesondere darum, bei Detektion einer Kollision des Kollisionsobjekts mit dem Kraftfahrzeug eine kollisionsobjektabhängige Schutzmaßnahme bereitzustellen. Somit kann zum Beispiel bei einer Kollision mit einem Fußgänger als Kollisionsobjekt sowohl eine Schutzmaßnahme für den Fußgänger als auch eine Schutzmaßnahme für den Insassen ausgelöst werden. Hingegen braucht bei einer Kollision mit einem anderen Kraftfahrzeug als Kollisionsobjekt eine Schutzmaßnahme für das Kollisionsobjekt nicht ausgelöst werden. In diesem Fall genügt es, nur die Schutzmaßnahme für den Insassen des Kraftfahrzeugs auszulösen.
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Um dies zu realisieren ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Ermitteln des kraftfahrzeugexternen Kollisionsobjekts bei der Kollision mit dem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird ein mittels wenigstens einer Sendeeinrichtung erzeugtes Grundschallsignal zum Übertragen an wenigstens eine zugeordnete Empfangseinrichtung in ein Schallleitmedium eingekoppelt. Das Schallleitmedium ist somit bevorzugt als Festkörper des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Liegt nun eine Kollision mit dem jeweiligen Kollisionsobjekt vor und berührt das Kollisionsobjekt dabei das Schalleitmedium, so wird durch den Aufprall des Kollisionsobjekts auf das Kraftfahrzeug ein für das jeweilige Kollisionsobjekt charakteristische Körperschallsignal in dem Schalleitmedium erzeugt. Dadurch wird das eingekoppelte Grundschallsignal mit einem für das jeweilige Kollisionsobjekt charakteristischen Körperschallsignal überlagert und/oder durch ein für das Kollisionsobjekt charakteristisches Dämpfungsverhalten verändert. Es kann also zur additiven Überlagerung (Signalsumme) des eingekoppelten Grundschallsignals mit dem Körperschallsignal und/oder zur Modulation (Signalfaltung) des Grundschallsignals durch eine Übertragungseigenschaft des Kollisionsobjekts kommen, wobei letzteres ebenfalls einen hier als Körperschallsignal bezeichneten Signalbeitrag erzeugt. Der über das Schallleitmedium insgesamt übertragene Schall wird anschließend als Empfangsschallsignal mittels einer Empfangseinrichtung empfangen. Schließlich wird das Empfangsschallsignal mittels einer Auswerteeinrichtung gemäß einem vorbestimmten Auswertekriterium zum Überprüfen auf ein Vorhandensein und/oder auf eine Klasse des Kollisionsobjekts ausgewertet. Somit kann anhand des Köperschallsignals auf eine Klasse oder Kategorie des Kollisionsobjekts rückgeschlossen werden.
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Durch das Auswertekriterium ist somit beispielsweise eine Bedingung oder Voraussetzung festgelegt oder festlegbar, bei deren Erfüllt-sein die Kollision bestätigt werden und/oder auf die Klasse des Kollisionsobjekts rückgeschlossen werden kann. Somit kann durch Auswerten des Empfangsschallsignals bestimmt werden, ob überhaupt eine Kollision im Bereich des Schallleitmediums stattgefunden hat, was wiederum aufgrund der Position des Schallleitmedium Aufschluss über die Notwendigkeit einer bestimmten Schutzmaßnahme geben kann (z.B. kann ein Schallleitmedium nahe am Fahrer eine fahrerspezifische Schutzmaßnahme steuern). Zusätzlich oder alternativ kann auch auf die Klasse oder Art des Kollisionsobjekts festgestellt oder ermittelt werden. Zum Beispiel kann festgestellt werden, ob es sich bei dem Kollisionsobjekt beispielsweise um einen Fußgänger oder ein anderes Kraftfahrzeug handelt. Dementsprechend können so auch eine oder mehrere Schutzmaßnahmen in Abhängigkeit von der Klasse des Kollisionsobjekts gezielt, also auf das jeweilige Kollisionsobjekt abgestimmt, ausgelöst werden.
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Zudem ist das beschriebene Verfahren selbstkalibrierend ausgebildet. Denn durch das Nutzen des Grundschallsignals kann nämlich zunächst ein Basisverlauf des Empfangsschallsignals ermittelt werden. Bei dem Basisverlauf handelt es sich um einen Signalverlauf des Empfangsschallsignals im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs, also einen Betrieb im kollisionsfreien Fall. Dadurch kann auf ein übliches oder normales Dämpfungsverhalten des Schalleitmediums rückgeschlossen werden. Zum Beispiel kann der Basisverlauf in regelmäßigen Abständen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Der ermittelte Basisverlauf kann dann beispielweise als Referenzsignalverlauf bei dem Überprüfen auf das Vorhandensein und die Klasse des Kollisionsobjekts herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich können aus dem Basisverlauf auch Referenzwerte für das Auswerten bestimmt werden.
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Das genannte Grundschallsignal kann beispielsweise als Schallimpuls oder Impulsfolge mit einer definierten Frequenz oder einem definierten Frequenzspektrum und einer definierten Amplitude realisiert sein. Das entsprechende Frequenzspektrum (oder die entsprechende Frequenz) und die Amplitude des Grundschallsignals können beispielsweise zuvor in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Schallleitmedium festgelegt oder ermittelt werden. Zum Erzeugen des Grundschallsignals umfasst die Sendeeinrichtung vorzugsweise einen Schallwandler, welcher zum Wandeln eines elektrischen Signals in ein akustisches Signal oder in eine mechanische Schwingung ausgebildet ist. Die Empfangseinrichtung ist bevorzugt als Tonabnehmer realisiert. Dazu umfasst die Empfangseinrichtung vorzugsweise ebenfalls einen Schallwandler, welcher wiederrum zum Wandeln einer mechanischen Schwingung in ein elektrisches Signal ausgebildet ist. Bevorzugt wird das Empfangsschallsignal somit zum Auswerten mittels der Auswerteeinrichtung in ein elektrisches Empfangssignal umgewandelt. Die Schallwandler der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung können zum Beispiel als elektromagnetischer oder elektrodynamischer oder elektrostatischer oder piezoelektrischer Schallwandler ausgebildet sein.
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Die Erfindung umfasst auch vorteilhafte Ausgestaltungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Überprüfen auf das Vorhandensein des Kollisionsobjekts mittels der Auswerteeinrichtung überprüft wird, ob eine Amplitude des empfangenen Empfangsschallsignals innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenintervalls liegt. Überschreitet die Amplitude des empfangenen Empfangsschallsignals das vorbestimmte Amplitudenintervall, kann auf das Vorhandensein des Kollisionsobjekts rückgeschlossen werden und die Kollision wird mittels der Auswerteeinrichtung bestätigt.
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Anders ausgedrückt, wird zum Überprüfen auf das Vorhandensein des Kollisionsobjekts ein Amplitudenverlauf des Empfangsschallsignals überwacht. Dadurch kann besonders einfach festgestellt werden, ob die Kollision erfolgt ist oder nicht.
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Für das Amplitudenintervall sind vorzugsweise Amplitudengrenzwerte festgelegt. Bevorzugt können diese Amplitudengrenzwerte anhand des vorgenannten Basisverlauf des Empfangsschallsignals festgelegt werden. Dazu kann zum Beispiel aus dem Basisverlauf eine Maximal- und Minimalamplitude ermittelt und selbst oder unter Zugabe eines jeweils vorbestimmten Pufferbetrags, zum Beispiel 5 % der ermittelten Maximal- oder Minimalamplitude, als die Amplitudengrenzwerte genutzt werden. Ein geeignetes Amplitudenintervall kann in Versuchen mit sogenannten Dummies für unterschiedliche Schallleitmedien und/oder Kraftfahrzeugtypen individuell ermittelt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Bestimmen der Klasse des Kollisionsobjekts mittels der Auswerteeinrichtung das empfangene Empfangsschallsignal unter Berücksichtigung eines Toleranzkriteriums mit zumindest einem jeweiligen Vergleichssignal verglichen wird. Das Vergleichssignal stellt dabei jeweils ein vorbestimmtes kollisionsobjekttypisches mögliches Empfangsschallsignal dar. Anders ausgedrückt, handelt es sich bei dem jeweiligen Vergleichssignal um ein charakteristisches Empfangsschallsignal, das empfangen werden kann, wenn das für das Kollisionsobjekt charakteristische oder typische Körperschallsignal beim Übertragen in dem Schallleitmedium auf das jeweilige Grundschallsignal, wie zuvor beschrieben, einwirkt.
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Es geht also darum, eine Ähnlichkeit des empfangenen Empfangsschallsignals mit dem jeweiligen Vergleichssignal zu ermitteln. Dazu kann das empfangene Vergleichssignal mit einem oder mehreren Vergleichssignalen nacheinander wie Schablonen überlagert werden und eine Abweichung der überlagerten Signale gemäß dem Toleranzkriterium bestimmt werden. Stimmt der Signalverlauf des Empfangsschallsignals unter Berücksichtigung eines durch das Toleranzkriterium festgelegten Toleranzbereichs mit dem Signalverlauf des Vergleichssignals, kann die Ähnlichkeit bestätigt werden. Ansonsten kann die Ähnlichkeit verneint oder verworfen werden. Somit kann in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs auf die Art oder Klasse des Kollisionsobjekts rückgeschlossen werden.
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Solche Vergleichssignale für jedes mögliche Kollisionsobjekt können beispielsweise in Testreihen durch Versuche ermittelt werden. Bevorzugt können zu jedem Kollisionsobjekt dabei auch Vergleichssignale für eine jeweilige Dämpfungseigenschaft von verschiedenen Schallleitmedien bestimmt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Auswerteeinrichtung zwischen einem Lebewesen und einem Sachobjekt als Klasse des Kollisionsobjekts unterscheiden wird. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung innerhalb der Klassen zusätzlich auch noch zwischen verschiedenen Unterklassen unterscheiden. Eine Unterklasse der Klasse „Lebewesen“ kann beispielsweise eine Person oder ein Tier sein. Eine Unterklasse der Klasse „Sachobjekt“ kann beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug, ein Verkehrsschild, ein Bordstein oder ein Mauerwerk sein.
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Somit kann mittels der Auswerteeinrichtung spezifisch zwischen verschiedenen Kollisionsobjekten unterschieden werden, und dementsprechend gezielt für jedes Kollisionsobjekt die vorbestimmte Schutzmaßnahme ausgeführt werden.
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Dazu ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Klasse des Kollisionsobjekts mittels der Auswerteeinrichtung eine vorbestimmte Personenschutzeinrichtung des Kraftfahrzeugs zum Auslösen angesteuert wird. Zum Auslösen kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise einen kollisionsklassenabhängigen Auslösebefehl bereitstellen. Das heißt, jeder Kollisionsobjektklasse kann ein Auslösebefehl zugeordnet sein. Eine Zuordnung von Kollisionsobjektklassen zu Auslösebefehlen kann zum Beispiel in einer sogenannten Lookup-Table (Umsetzungstabelle) für die Auswerteeinrichtung hinterlegt sein.
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Bei der Personenschutzeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Personenschutzeinrichtung für den Insassen des Kraftfahrzeugs handeln. Zum Beispiel kann die Personenschutzeinrichtung ein Airbagsystem und/oder ein Gurtstraffer sein. Bevorzugt wird die Personenschutzeinrichtung für den Insassen des Kraftfahrzeugs zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder nur bei einer Kollision mit einem Sachobjekt ausgelöst. Zusätzlich oder alternativ kann diese Personenschutzeinrichtung bei einer Kollision mit einem Lebewesen ausgelöst werden.
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Im Gegensatz dazu kann die Personenschutzeinrichtung aber auch eine Personenschutzeinrichtung für das Kollisionsobjekt, insbesondere ein Lebewesen sein.
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Dazu ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei Ermitteln einer Person als Kollisionsobjekt als die Personenschutzeinrichtung eine Auslöseeinheit zum Anheben einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs zum Bereitstellen einer Knautschzone für die Person angesteuert wird. Somit kann mittels der Motorhaube des Kraftfahrzeugs ein Aufprall der Person, wie beispielsweise eines Fußgängers oder Radfahrers, auf dem Kraftfahrzeug, abgefedert werden. Es wird also gezielt und kollisionsobjektabhängig die Schutzmaßnahme bereitgestellt und es kann ein unnötiges Auslösen der Personenschutzeinrichtung für das Kollisionsobjekt vermieden werden. Zum Beispiel werden somit Reparaturen für das Kraftfahrzeug nach dem Hochsprengen der Motorhaube bei Kollision mit einem Sachobjekt vermieden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Auslösebefehl zum Auslösen der Personenschutzeinrichtung insbesondere nur dann bereitgestellt wird, wenn das Kraftfahrzeug bei der Kollision eine vorbestimmte Fortbewegungsgeschwindigkeit aufweist. Die Fortbewegungsgeschwindigkeit befindet sich dabei vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25 km/h und 55 km/h. Die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs, wie einer ECU (Engine Contol Unit - Motorsteuerung), bestimmt und an die der Auswerteeinrichtung übertragen werden.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass somit die Personenschutzeinrichtung für das Kollisionsobjekt also nur innerhalb eines relevanten Geschwindigkeitsbereichs des Kraftfahrzeugs ausgelöst wird. Somit kann ein unnötiges Auslösen der Personenschutzeinrichtung für das Kollisionsobjekt vermieden werden. Dadurch bleibt beispielsweise auch ein Reparaturaufwand für das Kraftfahrzeug nach dem Hochsprengen der Motorhaube gering.
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Im Folgenden geht es nun noch einmal um vorteilhafte Möglichkeiten zur Ausprägung des Grundschallsignals. Dazu ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Grundschallsignal aus einem Trägersignalanteil mit einer ersten Frequenz und einem Informationssignalanteil mit einer zweiten Frequenz zusammengesetzt ist. Das Vorhandensein und/oder die Klasse des Kollisionsobjekts werden dann durch Auswerten des Informationssignalanteils bestimmt oder ermittelt.
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Das heißt, eine Trägerfrequenz (erste Frequenz) des Trägersignalanteils und eine Informationsfrequenz (zweite Frequenz) des Informationssignalanteils können beispielsweise durch Frequenzmodulation überlagert werden. Der Trägersignalanteil kann dabei den Informationssignalanteil tragen, also als Träger für den Informationssignalanteil dienen. Zum Auswerten des Informationssignalanteils kann das mittels der Empfangseinrichtung empfangene Empfangsschallsignal in bekannter Weise wieder demoduliert werden, um den Trägersignalanteil und den Informationssignalanteil wieder zu trennen.
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Für den Trägersignalanteil kann somit die Trägerfrequenz so gewählt werden, dass der Trägersignalanteil in dem jeweiligen Schallleitmedium sehr gut übertragbar ist. Das heißt, eine Dämpfung und/oder Veränderung der Trägerfrequenz aufgrund von Dämpfungseigenschaften des Schalleitmediums soll vermieden werden. Für den Informationssignalanteil kann hingegen die Informationsfrequenz so gewählt werden, dass der Informationssignalanteil beispielsweise besonders einfach ausgewertet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass die erste Frequenz um ein Vielfaches größer ist als die zweite Frequenz. Bevorzugt kann die Trägerfrequenz 10-fach, insbesondere1000-fach größer sein als die Informationsfrequenz. Zum Beispiel kann die Trägerfrequenz im Kilo- oder Megahertz-Bereich eingestellt sein, während die Informationsfrequenz beispielsweise zwischen 200 Hertz und 800 Hertz betragen kann. Bei der Trägerfrequenz kann es sich somit beispielsweise um ein Ultraschallsignal handeln (Trägerfrequenz größer als 20 Kilohertz). Um ein solches Ultraschallsignal verarbeiten zu können, umfassen die Sende- und Empfangseinrichtung bevorzugt einen Ultraschallwandler.
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In Bezug auf eine Ausgestaltung der Sende- und Empfangseinrichtung ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung das Grundschallsignal in eine Richtung übertragen wird. Mittels einer weiteren Sendeeinrichtung und einer weiteren Empfangseinrichtung wird gleichzeitig ein weiteres Grundschallsignal in eine Gegenrichtung zu der Richtung übertragen werden. Mittels der Auswerteeinrichtung wird wiederum das mittels der weiteren Empfangseinrichtung empfangene Empfangsschallsignal, wie eingangs beschrieben, ausgewertet werden. Zum Bestätigen der durch Auswerten des mittels der Empfangseinrichtung empfangenen Empfangsschallsignals ermittelten Kollision und/oder der ermittelten Klasse des Kollisionsobjekts wird das Ergebnis des Auswertens mit einem Ergebnis des Auswertens des mittels der weiteren Empfangseinrichtung empfangenen weiteren Empfangsschallsignals verglichen.
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Somit ist ein redundantes System zum Ermitteln des Kollisionsobjekts bereitgestellt. Bevorzugt können die Sendeeinrichtung und die weitere Empfangseinrichtung sowie die weitere Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung in einer gemeinsamen Sende-Empfangseinheit ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird noch einmal näher auf mögliche Ausgestaltungsmöglichkeiten des Schallleitmediums eingegangen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass das Schallleitmedium durch eine Karosserie und/oder ein Verkleidungsteil, wie beispielsweise einen Kühlergrill und/oder einen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs, im Bereich einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist. Dabei sind die jeweilige Sendeeinrichtung und die jeweilige zugeordnete Empfangseinrichtung durch die Motorhaube beanstandet voneinander an unterschiedlichen Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet. somit kann insbesondere eine Kollision oder ein Aufprall des Kollisionsobjekts an einer Front des Fahrzeugs detektiert werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Detektionsvorrichtung zum Ermitteln eines kraftfahrzeugexternen Kollisionsobjekts bei einer Kollision mit einem Kraftfahrzeug. Die Detektionsvorrichtung umfasst dabei eine Sendeeinrichtung und eine zugeordnete Empfangseinrichtung, wobei die Sendeeinrichtung ausgebildet ist, ein Grundschallsignal zu erzeugen und zum Übertragen an die Empfangseinrichtung in ein detektionsvorrichtungsexternes Schallleitmedium einzukoppeln. Das Schallleitmedium ist somit insbesondere kein Teil der Detektionsvorrichtung. Bei einer Kollision mit dem jeweiligen Kollisionsobjekt ist das Grundschallsignal dabei mit einem für das jeweilige Kollisionsobjekt charakteristischen Körperschallsignal überlagert. Die Empfangseinrichtung ist entsprechend ausgebildet, ein jeweils resultierendes Empfangsschallsignal zu empfangen. Zusätzlich umfasst die Detektionsvorrichtung auch noch eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, das Empfangsschallsignal gemäß einem vorbestimmten Auswertekriterium zum Überprüfen auf ein Vorhandensein und/oder auf eine Klasse des Kollisionsobjekts auszuwerten.
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Die Auswerteeinrichtung ist bevorzugt als Prozessorschaltung oder Mikrocontroller ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Detektionsvorrichtung. In diesem Fall kann die Detektionsvorrichtung somit beispielsweise eine Komponente des Kraftfahrzeugs darstellen und beispielsweise an einem Außenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Dabei ist das Schallleitmedium durch eine weitere Komponente des Kraftfahrzeugs, wie sie beispielsweise zuvor beschrieben wurde, bereitgestellt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer Kollision eines Kraftfahrzeugs mit einem kraftfahrzeugexternen Kollisionsobjekt aus einer Vogelperspektive;
- 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufdiagramms für ein Verfahren zum Auswerten eines Empfangsschallsignals, welches mittels einer Empfangseinrichtung der Detektionsvorrichtung zum Detektieren der Kollision aufgenommen wurde;
- 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung eines zeitlichen Signalverlaufs des Empfangsschallsignals vor und nach einem Kollisionszeitpunkt; und
- 4 eine schematische Darstellung von zwei verschiedenen Signalverläufen von Vergleichsschallsignalen zum Vergleichen mit dem Empfangsschallsignal um auf eine Klasse des Kollisionsobjekts rückzuschließen.
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1 zeigt in einer Vogelperspektive eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Detektionsvorrichtung 20, welche zum Ermitteln oder Detektieren einer Kollision 31 des Kraftfahrzeugs 10 mit einem kraftfahrzeugexternen Kollisionsobjekt 30 ausgebildet ist. Dazu umfasst die Detektionsvorrichtung 20 eine Sendeeinrichtung 21 und eine Empfangseinrichtung 22, die vorliegend im Bereich einer Motorhaube in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 an unterschiedlichen Seiten der Motorhaube in eine Karosserie 11 des Kraftfahrzeugs 10 eingearbeitet oder eingebracht sind. Die Sendeeinrichtung 21 und die Empfangseinrichtung 22 sind jeweils als Schallsender und Schallempfänger ausgebildet. Zum Ermitteln ob das Kollisionsobjekt 30 vorhanden ist und um welche Klasse von Kollisionsobjekt 30 es sich handelt, umfasst die Detektionsvorrichtung 20 auch noch eine Auswerteinrichtung 23. Die Auswerteinrichtung 23 ist vorliegend beispielsweise als Steuergerät oder Prozessoreinheit des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet.
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In einem Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs 10, also insbesondere solange noch keine Kollision 31 mit dem Kollisionsobjekt 30 erfolgt ist, wird mittels der Sendeeinrichtung 21 dabei ein Grundschallsignal G erzeugt und in Richtung der Empfangseinrichtung 22 in die Karosserie 11 des Kraftfahrzeugs 10 eingekoppelt. Durch das Einkoppeln des Grundschallsignals G wird die Karosserie 11 somit in Schwingung versetzt, sodass das Grundschallsignal G beispielsweise in Form eines Körperschalls über die Karosserie 11 an die Empfangseinrichtung 22 übertragen wird. Die Karosserie 11 ist somit als Schallleitmedium ausgebildet. Mittels der Empfangseinrichtung 22 wird die in der Karosserie 11 übertragene Schwingung dann als Empfangsschallsignal E erfasst.
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In dem Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 weist das Empfangsschallsignal E einen Basissignalverlauf oder Basisverlauf B auf, wie er beispielhaft in 3 gezeigt ist. Dieser Basisverlauf B entspricht dabei in der Regel einem Signalverlauf des Grundschallsignals G. Abweichungen des Basisverlaufs von dem Signalverlauf des Grundschallsignals G können sich beispielsweise aufgrund von Dämpfungseigenschaften der Karosserie 11 beim Übertragen des Grundschallsignals G ergeben.
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Zum Auswerten wird das Empfangsschallsignal E schließlich an die vorgenannte Auswerteeinrichtung 23 bereitgestellt oder übertragen. Das Auswerten umfasst dabei sowohl ein Überprüfen auf ein Vorhandensein des Kollisionsobjekts 30, also ob überhaupt die Kollision 31 stattgefunden hat oder nicht, und zusätzlich auch ein Überprüfen einer Klasse des Kollisionsobjekts 30. Als Klassen kann die Auswerteeinrichtung 23 dabei insbesondere Lebewesen wie Personen und Tiere und Sachobjekte oder Gegenstände, wie beispielsweise ein anderes Kraftfahrzeug oder ein Verkehrsschild unterscheiden. Wie das Auswerten funktioniert, ist im späteren Verlauf anhand von 2 noch einmal näher erläutert.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Grundschallsignal G beispielsweise um einen definierten Schallimpuls mit einer festgelegten Frequenz und einer festgelegten Amplitude. Alternativ kann mittels der Sendeeinrichtung 21 jedoch auch ein Grundschallsignal mit zwei überlagerten oder frequenzmodullierten Frequenzen ausgesendet werden. Eine der Frequenzen kann dabei eine Trägerfrequenz für die zweite der Frequenzen (Informationsfrequenz) sein. Zum Beispiel kann die Trägerfrequenz eine hohe Frequenz im Kilo- oder Megahertz-Bereich sein, während die Informationsfrequenz in einem Frequenzbereich zwischen 200 Hertz und 800 Hertz liegt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Grundschallsignal 21 durch die hohe Trägerfrequenz möglichst verlustfrei über die Karosserie 11 an die Empfangseinrichtung 22 übertragen werden kann. Zum Auswerten des resultierenden Empfangsschallsignals E kann die Auswerteeinrichtung 23 dann entsprechend eine Demodulationsschaltung umfassen, mittels welcher die beiden überlagerten Frequenzen wiederum als getrennte Signalverläufe nutzbar gemacht werden können. Zum Überprüfen auf das Vorhandensein und die Klasse des Kollisionsobjekts 30 kann die Auswerteeinrichtung 23 dann bevorzugt nur den Signalanteil mit der Informationsfrequenz auswerten.
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Kommt es nun zu der Kollision 31 des Kraftfahrzeugs 10 mit dem Kollisionsobjekt 30, wird durch den Aufprall des Kollisionsobjekts 30 an dem Kraftfahrzeug 10 zusätzlich zu dem Grundschallsignal G noch ein Kollisionsschallsignal K, zum Beispiel in Form eines Körperschallsignals in die Karosserie 11 eingekoppelt. Dieses Kollisionsschallsignal K ist dabei charakteristisch für ein jeweiliges Kollisionsobjekt. Zum Beispiel kann sich somit bei einer Kollision mit einer Person als Kollisionsobjekt 30 ein anderer Signalverlauf des Kollisionsschallsignals K ergeben, als beispielsweise bei einer Kollision mit einem anderen Kraftfahrzeug als Kollisionsobjekt 30. Durch das zusätzliche Einkoppeln der Kollisionsschallsignals K in die Karosserie 11 kommt es somit zu einer Überlagerung des Kollisionsschallsignals K und des Grundschallsignals G. Zusätzlich oder alternativ kann das Grundschallsignal G jedoch auch aufgrund einer Veränderung einer Dämpfungseigenschaft der Karosserie 11, die sich beim Aufprall des Kollisionsobjekts 30 ergibt, verändert werden. Auch eine Dämpfungseigenschaft des an der Karosserie 11 anliegenden Kollisionsobjekts kann einen Einfluss ausüben. Somit ändert sich bei der Kollision 31 auch der Signalverlauf des empfangenen Empfangsschallsignals E aus seinem Basisverlauf B heraus zu einem Kollisionsverlauf A.
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Diese Veränderung des Signalverlaufs des Empfangsschallsignals E ist mittels der Auswerteeinrichtung 23 durch das Auswerten feststellbar. Insbesondere können in Abhängigkeit von einer Ausgestaltung des Kollisionsverlaufs A Rückschlüsse auf das Vorhandensein des Kollisionsobjekts 30 und die jeweilige Klasse des Kollisionsobjekts 30 gezogen werden. Ein Beispiel, wie das Auswerten mittels der Auswerteeinrichtung 23 erfolgen kann, ist im Folgenden anhand von 2 noch einmal näher erläutert.
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2 zeigt dazu eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufdiagramms mit einzelnen Schritten eines beispielhaften Verfahrens zum Auswerten des Empfangsschallsignals E. Im Verfahren wird dabei zunächst das Vorliegen der Kollision 31 überprüft, bevor anschließend die Klasse des Kollisionsobjekts 30 ermittelt wird.
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Zum Überprüfen auf das Vorhandensein des Kollisionsobjekts 30 wird dabei in einem Überprüfungsschritt S1 zunächst die Amplitude des Empfangsschallsignals E ausgewertet. Dazu wird überprüft, ob die Amplitude des Empfangsschallsignals E innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenintervalls L liegt. Zum besseren Verständnis dieses Überprüfungsschritts S1 ist in 3 dazu beispielhaft noch einmal der Signalverlauf des Empfangsschallsignals E in dem Normalbetrieb und dem Kollisionsbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 dargestellt. Der Signalverlauf des Empfangsschallsignals E ist dabei in ein Zeit-Amplituden-Diagramm eingetragen. Auf einer Abszissenachse des Diagramms ist dabei die Zeit t dargestellt, während auf einer Ordinatenachse die Amplitude P angezeigt ist. Zwischen einem Zeitpunkt t0 (zum Beispiel einem Zeitpunkt, zu dem das Kraftfahrzeug 10 angelassen oder gestartet wird) und einem Kollisionszeitpunkt tK (Zeitpunkt, zu dem die Kollision 31 auftritt) ist dabei der vorgenannten Basisverlauf B des Empfangsschallsignals E dargestellt, welcher sich im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 ergibt. Nach oder ab dem Kollisionszeitpunkt tK ergibt sich durch die Überlagerung der Grundschallsignals G und des Kollisionsschallsignals K der Kollisionsverlauf A des Empfangsschallsignals E. In dem Kollisionsverlauf A weist das Empfangsschalsignal E vorliegend eine höhere Amplitude und höhere Frequenz auf als in dem Basisverlauf B.
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Wie in 3 gezeigt ist das Amplitudenintervall L für die vorgenannte Amplitudenauswertung des Empfangsschallsignals E durch einen oberen Amplitudengrenzwert L1 und einen unteren Amplitudengrenzwert L2 eingegrenzt. Bevorzugt können die Amplitudengrenzwerte L1 und L2 dabei aus dem Basisverlauf B des Empfangsschallsignals E bestimmt werden. Zum Beispiel kann für den oberen Amplitudengrenzwert L1 und den unteren Amplitudengrenzwert L2 ein Betrag gewählt werden, der um einen vorbestimmten Betrag größer ist als eine Maximalamplitude und eine Minimalamplitude des Empfangsschallsignals E in dem Basisverlauf B. Indem die Parameter für die Auswertung, wie beispielsweise die Amplitudengrenzwerte L1, L2 In Abhängigkeit von dem ermittelten Basisverlauf B des Empfangsschallsignals E ermittelt werden, ergibt sich somit der Vorteil, dass die Detektionsvorrichtung 20 insbesondere selbstkalibrierend ausgebildet ist.
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Wie in 3 gezeigt befindet sich eine jeweilige Amplitude des Empfangsschallsignals E in dem Basisverlauf somit immer innerhalb des vorgegebenen Amplitudenintervalls L. Bei der Kollision kommt es aufgrund der Überlagerung des in der Karosserie 1 übertragenen Grundschallsignals G und des Kollisionsschallsignals K, wie es im Kollisionsverlauf A des Empfangsschallsignals E gezeigt ist, jedoch zum Ausschlagen der Amplitude. Dadurch werden die Amplitudengrenzwerte L1 und L2 im vorliegenden Fall überschritten. Das Empfangsschallsignal E liegt somit in dem Kollisionsverlauf A außerhalb des vorgegebenen Amplitudenintervalls L.
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Nach dem Kollisionszeitpunkt tK wird somit mittels der Auswerteeinrichtung 23 die Kollision 31 bestätigt. Vor dem Kollisionszeitpunkt tK wird mittels der Auswerteeinrichtung 23 hingegen die Kollision 31 verneint. In Bezug auf 2 wird bei einem Verneinen der Kollision 31 der Verfahrensablauf zu dem Überprüfungsschiritt S1 zurückgeführt, sodass ein erneutes Überprüfen des Empfangsschallsignals E zu einem späteren Zeitpunkt erneut erfolgen kann. Wird die Kollision 31 hingegen bestätigt, wird der Verfahrensablauf in einem weiteren Überprüfungsschritt S2 fortgesetzt.
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In dem Schritt S2 geht es nun darum, die Klasse des Kollisionsobjekts 30 zu bestimmen. Dabei wird mittels der Auswerteeinrichtung 23 das empfangene Empfangsschallsignal E, insbesondere der Kollisionsverlauf A des Empfangsschallsignals E unter Berücksichtigung eines Toleranzkriteriums mit zumindest einem oder mehreren jeweiligen Vergleichssignalen, wie sie beispielhaft in 4 gezeigt sind, verglichen. In 4 sind dazu beispielhaft verschiedene Signalverläufe von zwei verschiedenen Vergleichssignalen V1 und V2 dargestellt. Jedes der Vergleichssignale V1, V2 repräsentiert dabei ein kollisionsobjekttypisches Empfangsschallsignal E, das von der Empfangseinrichtung 22 bei der Kollision 31 mit einem jeweils bestimmten Kollisionsobjekt 30 empfangbar ist. Die unterschiedlichen Vergleichssignale für die verschiedenen Kollisionsobjekte können dabei beispielsweise in verschiedenen Testreihen oder Versuchen ermittelt werden.
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Das Vergleichssignal V1 in 4 kann dabei ein charakteristisches Empfangsschallsignal E für eine Person als Kollisionsobjekt 30 sein. Das Vergleichssignal V2 kann hingegen ein charakteristisches Empfangsschallsignal E bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs 10 mit einem anderen Kraftfahrzeug sein. Durch Vergleichen des jeweiligen Signalverlaufs des Empfangsschallsignals E wird in dem Schritt S2 nun gemäß einem durch das Toleranzkriterium festgelegten Toleranzbereich, in dem das Empfangsschallsignal E von dem jeweiligen Vergleichssignal V1, V2 abweichen darf, eine Ähnlichkeit zwischen dem Empfangsschallsignal E und dem jeweiligen Vergleichssignal V1, V2 festgestellt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann hierbei beispielsweise festgestellt werden, dass das erste Vergleichssignal V1 mit dem Empfangsschallsignal E in dem Kollisionsverlauf A im Wesentlichen übereinstimmt. Somit kann vorliegend als Klasse des Kollisionsobjekts 30 eine Person bestätigt werden. Der Verfahrensablauf in 2 wird dann mit dem Schritt S3 fortgesetzt. In dem Schritt S3 wird mittels der Auswerteeinrichtung 23 eine Personenschutzeinrichtung für das Kollisionsobjekt 30, also für die Person, mit einem Auslösebefehl angesteuert. Bei der Personenschutzeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Auslöseeinheit für Treibkapseln zum Anheben oder Hochsprengen der Motorhaube des Kraftfahrzeugs 10 handeln. Durch das Hochsprengen der Motorhaube wird eine Knautschzone für die Person bereitgestellt und somit ein Aufprall der Person auf dem Kraftfahrzeug 10 abgefedert.
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Würde hingegen in einem anderen als dem in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel bei dem Vergleichen des Empfangsschallsignals E, insbesondere des Kollisionsverlaufs A, mit den Vergleichssignalen V1, V2 festgestellt werden, dass das Empfangsschallsignal E in dem Kollisionsverlauf A beispielsweise mit dem Signalverlauf des zweiten Vergleichssignals V2 im Wesentlichen übereinstimmt, könnte in diesem Fall die Klasse des Kollisionsobjekts 30 als anderes Kraftfahrzeug bestätigt werden. In diesem Fall würde der Verfahrensablauf gemäß 2 dann mit einem Schritt S4 fortgesetzt werden. In dem Schritt S4 könnte mittels der Auswerteeinrichtung eine Personenschutzeinrichtung für den Insassen des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise einen Fahrer und einen Beifahrer, mit einem entsprechenden Auslösebefehl angesteuert werden. Bei der Personenschutzeinrichtung für den Insassen könnte es sich zum Beispiel um ein Airbagsystem des Kraftfahrzeugs 10 handeln.
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Mittels der Detektionsvorrichtung 20 wird somit in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kollisionsobjekt 30, das mit dem Kraftfahrzeug 10 kollidiert, also kollisionsobjektabhängig, gezielt die jeweilige Personenschutzeinrichtung ausgelöst.
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In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wurde das Auswerten des Signalverlaufs des Empfangsschallsignals E mittels der Auswerteeinrichtung 23 innerhalb von vorbestimmten Zeiträumen oder Zeitintervallen betrachtet. Solche Zeitintervalle oder Zeiträume können beispielsweise wenige Mikrosekunden oder wenige Millisekunden betragen. Alternativ dazu ist es aber natürlich auch möglich, mittels der Auswerteeinrichtung 23 das Auswerten des Empfangsschallsignals E zu diskreten Zeitpunkten zu realisieren. Weiterhin wäre bei dem Auswerten beispielsweise auch ein Bestimmen einer Durchschnittsamplitude des Empfangsschallsignals E innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls möglich. Das Überprüfen auf das Vorhandensein eines Kollisionsobjekts 30 und die Klasse des Kollisionsobjekts 30 könnte dann ebenfalls anhand von diskreten Amplitudenwerten erfolgen.
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Anders als in den in 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen, kann die Detektionsvorrichtung 20 gemäß 1 beispielsweise zusätzlich noch eine weitere Sendeeinrichtung und eine weitere Empfangseinrichtung umfassen, wobei mittels der weiteren Sendeeinrichtung ein weiteres Grundschallsignal in eine Gegenrichtung zu dem Grundschallsignal G ausgesendet werden kann. Durch das Nutzen von mehreren Sendeeinrichtungen und mehreren Empfangseinrichtungen kann die Detektionsvorrichtung 20 somit redundant und ausfallsicher realisiert sein. Zudem kann ein mittels der weiteren Empfangseinrichtung empfangenes und mittels der Auswerteeinrichtung 23 ausgewertetes Empfangsschallsignal dabei zur Bestätigung der Kollision 31 und zur Bestätigung der Klasse des Kollisionsobjekts 30 genutzt werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein alternatives Sensierungskonzept zum Detektieren einer Kollision eines Kraftfahrzeugs 10 mit einem Kollisionsobjekt 30, realisiert sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Karosserie
- 20
- Detektionsvorrichtung
- 21
- Sendeeinrichtung
- 22
- Empfangseinrichtung
- 23
- Auswerteinrichtung
- 30
- Kollisionsobjekt
- 31
- Kollision
- A
- Kollisionsverlauf
- B
- Basisverlauf
- E
- Empfangsschallsignal
- G
- Grundschallsignal
- K
- Kollisionsschallsignal
- L
- Amplitudenintervall
- L1, L2
- Amplitudengrenzwert
- P
- Amplitude
- S1-S4
- Verfahrensschritt
- t
- Zeit
- tO
- Zeitpunkt
- tK
- Kollisionszeitpunkt
- V1, V2
- Vergleichssignal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004003199 A1 [0002]
- DE 1034524 A1 [0003]
- DE 102009038430 A1 [0004]
