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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug. Sie betrifft
weiter eine Vorrichtung zum Personen- und Kollisionsschutz.
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Zum Schutz von Personen, insbesondere zum
Schutz von Fahrzeuginsassen, umfasst ein Fahrzeug verschiedene Schutzvorrichtungen,
wie z.B. Airbags. Zum Schutz von Fußgängern oder Zweiradfahrern bzw.
zum Schutz vor Sachschaden am Fahrzeug ist im Gegensatz zum Schutz
der Fahrzeuginsassen nur eine mäßig wirksame
bei einer möglichen
Kollision energieaufnehmende oder sich verformende Schutzeinheit,
in Form von Freigang zwischen Motorhaube und Motorblock, vorgesehen. Darüber hinaus
sind nach einer Kollision weitere Gefahren abwendende Schutzeinrichtungen
lediglich für Fahrzeuginsassen
vorgesehen, beispielsweise Auslösung
von Airbags, Gurtstraffern, Gurtkraftbegrenzern, Gurtstoppern und/oder
der Deaktivierung eines nicht ausgelösten Airbags nach dem Unfall. Üblicherweise
sind vorbeugende, insbesondere vorausschauende und kollisionsverhindernde
Schutzeinrichtungen, z.B. ein Radar oder andere optische Sensoren,
bekannt. Eine Analyse der Kollision wird nicht durchgeführt. Aufgrund
der bei einer Kollision unter Schock stehenden Personen ist ferner
häufig
eine korrekte Analyse des Unfalls, welche für eine schnelle Hilfe und Warnung
des nachfolgenden Verkehrs erforderlich ist, nur schwer möglich.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 197 42 606 A1 ist
ein System zur Aktivierung von Insassenschutzsystemen in Fahrzeugen beschrieben, bei
dem aus der Schallschwingung des Rohbaus des Fahrzeuges während eines
Aufpralls mittels einer Amplituden- und Frequenzanalyse der Schwingung das
Masseverhältnis
zwischen Fahrzeug und aufprallenden Objekten ermittelt wird und
dementsprechend das Insassenschutzsystem aktiviert wird.
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In der deutschen Patentanmeldung
DE 100 34 524 A1 wird
ein System beschrieben, das es erlaubt, festzustellen, ob ein Teil
einer Karosserie verformt ist. Hierfür werden für die Teile der Karosserie die
Köperschall-Frequenzspektren
für den
nicht verformten Zustand ermittelt und anhand der Änderung der
Körperschall-Frequenzspektren
auf eine Verformung zurückgeschlossen.
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Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift
DE 197 18 803 C1 eine
Vorrichtung beschrieben, bei welcher anhand des zeitlichen Abstands
der Signale zweier Sensorreihen auf einen Aufprall durch einen starren
Gegenstand oder durch einen Fußgänger geschlossen
wird. Abhängig
davon wird eine Fußgängerschutzvorrichtung
aktiviert.
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Weiterhin ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 197 41 631 A1 eine
Einrichtung zu entnehmen, die eine Anzahl von Lasersensoren, Radarsensoren
oder Kameras aufweist, die die Umgebung des Fahrzeugs erfassen und
deren Sensordaten daraufhin klassifiziert werden, ob es sich um
ungeschützte
Personen wie Fußgänger oder
Radfahrer oder um geschützte
Personen wie andere Kraftfahrzeugführer oder leblose Objekte handelt.
Abhängig davon
werden Maßnahmen
zur Verminderung der Konfliktsituation in die Wege geleitet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zum Personen- und Kollisionsschutz an einem
Fahrzeug anzugeben, welches unabhängig von den an einer Kollision
beteiligten Personen eine besonders schnelle und sichere Analyse des
Unfallgeschehens ermöglicht.
Weiterhin soll eine zur Durchführung
des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung zum Personen- und
Kollisionsschutz angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale der übergeordneten Ansprüche gelöst. Die
Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
an.
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Die Erfindung beruht dabei auf dem
Konzept, dass bei einem Verfahren zum Personen- und Kollisionsschutz
am Fahrzeug ein auf ein Außenteil
des Fahrzeugs durch ein Objekt einwirkender Stoss akustisch ausgekoppelt
und einer Signalverarbeitungseinheit zugeführt wird. Dazu ist bevorzugt
ein Schallsensor vorgesehen, welcher direkt an ein Außenteil
des Fahrzeugs akustisch angekoppelt ist. Beispielsweise ist der
Schallsensor im Bereich eines vorderen Stoßfängers angeordnet. Hierdurch
wird eine mögliche
Kollision mit einer Personen oder einem anderen Gegenstand mittels
einer ersten physischen Berührung
des Fahrzeugs mit dem Objekt als impulsartige Anregung erfasst.
Hierzu wird mittels des Schallsensors vorzugsweise ein Schallsignal, bevorzugt
ein Körper-
und/oder Luftschallsignal, am Außenteil des Fahrzeugs ausgekoppelt.
Für eine
das gesamte Fahrzeug betreffende Kollisionserkennung umfasst die
Vorrichtung bevorzugt eine Mehrzahl von fahrzeugseitig angeordneten
Schallsensoren.
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Je nach Art und Ausführung der
Vorrichtung kann diese als Schallsensoren Luft- und/oder Körperschallsensoren
umfassen. Der Schallsensor ist zur Verarbeitung des erfassten Schallsignals
mit einer Signal- oder Datenverarbeitungseinheit verbunden. Mittels
der Signalverarbeitungseinheit wird das Schallsignal, das Körper- und/oder
Luftschallsignal, bevorzugt mittels einer Zeit-Frequenz-Analyse,
z.B. mittels einer FFT-Analyse (FFT = Fast Fourier Transformation),
zu einem Ausgangssignal verarbeitet und analysiert. Anhand einer
aus der Zeit-Frequenz-Analyse resultierenden spektralen Verteilung
des Schallsignals und der zugehörigen
Amplituden sowie ggf. anhand mindestens eines Betriebsparameters
des eigenen Fahrzeugs wird das Objekt dahingehend bestimmt, ob dieses
ein Gegenstand, z.B. ein Laternenmast, oder ein Lebewesen, z.B.
ein Fußgänger oder ein
Tier, ist. Hierzu wird der Signalverarbeitungseinheit vorzugsweise
mindestens ein Betriebsparameter, z.B. "Zündung
EIN", "Motor EIN", "Motorhaube AUF", zugeführt. Mit
anderen Worten: Anhand einer Verknüpfung des Ausgangssignals der
Zeit-Frequenz-Analyse
mit dem Betriebsparameter wird in besonders einfacher Art und möglichst
schnell das den Stoß bewirkendes
Objekt bestimmt.
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Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird
in Abhängigkeit
von der Art des den Stoß bewirkenden
Objekts ein Meldesignal zur Aktivierung von fahrzeugeigenen Schutzeinrichtungen
erzeugt. Falls das Objekt z.B. als eine Person identifiziert wird,
wird zweckmäßigerweise
eine fahrzeugeigene Schutzeinrichtung, z.B. Zündung eines Außen-Airbags,
Anhebung der Motorhaube und/oder automatische Aktivierung einer
Vollbremsung, mittels des Meldesignals aktiviert. Hierdurch ist
sichergestellt, dass das Verletzungsrisiko der betreffenden mit
dem Fahrzeug kollidierenden Person weitgehend reduziert wird.
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Alternativ oder zusätzlich wird
das Meldesignal in Abhängigkeit
vom Kollisionsgrad einer externen Schutzeinrichtung und/oder anderen
Schutzeinrichtungen nachfolgender Fahrzeuge zugeführt. Zweckmäßigerweise
wird mittels eines optischen Sensors ein Bild von der Fahrzeugumgebung
erfasst. Darüber
hinaus können
weitere Sensoren zur Erfassung der Fahrzeugumgebung, wie z.B. Temperatursensor,
vorgesehen sein. Durch eine Kombination der die Um gebung des Fahrzeugs
erfassenden Sensoren und der Analyse der Kollision und insbesondere
des Kollisionsgrades können
beispielsweise bei einem mittels der Analyse detektierten Auffahrunfall und
mittels der Umgebungssensoren erfassten Nebel nachfolgende Fahrzeuge
und/oder eine zentrale Leitstelle über eine drahtlose Verbindung
rechtzeitig zur Verhinderung weiterer Schäden alarmiert und ggf. mittels
des erzeugten Meldesignals Schutzeinrichtungen nachfolgender Fahrzeuge,
z.B. Vollbremsung, aktiviert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird mindestens ein Testschahlsignal in das Außenteil des Fahrzeugs eingekoppelt.
Hierzu werden Testsignale z.B. mittels eines Körperschallaktuators in das
Außenteil
des Fahrzeugs, z.B. in die vorderen Stoßfänger eingeleitet. Anhand der
Zeit-Frequenz-Analyse des aktuell bestimmten Ausgangssignals und
eines Vergleichs mit dem Testschallsignal werden Veränderungen
im Übertragungsverhalten identifiziert,
wodurch ein möglicher
Kontakt mit einem Objekt, der Objekttyp und/oder der Grad der Kontaktierung
oder Kollision bestimmt wird. Bevorzugt werden des weiteren die
der Signalverarbeitungseinheit zugeführten Daten, wie Betriebs-
und/oder Umgebungsdaten, sowie die von der Signalverarbeitungseinheit
bestimmten Daten, wie das Ausgangssignal und das Schallsignal, miteinander
verknüpft
und einer Mustererkennung zugeführt.
Dabei sind verschiedene eine Kollision beschreibende Muster für Objekttyp,
Kollisionsgrad, Kollisionsverlauf in einem Datenspeicher hinterlegt.
Beispielsweise können
dabei nach einer ersten Kollision weitere Berührungen erfasst und analysiert
werden. Aufgrund von Schallanalysen kann durch Mustervergleich die
Schwere des Aufpralls, wie z.B. Art, Stärke und Beschaffenheit des
Objekts, bestimmt werden. Des weiteren kann der Verlauf einer Kollision,
z.B. Bewegungs- und Berührungsprofil,
anhand der Verknüpfung
mit Daten von optischen Sensoren, wie z.B. Kameras, erfasst werden.
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Für
eine spätere
Analyse des Kollisionshergangs werden die erfassten und anhand von
Analysen bestimmten Daten in einem Datenspeicher hinterlegt. Je
nach Schwere der Kollision werden die Daten an externe Systeme gesendet.
Ein mittels der Analyse bestimmter Personen- und/oder Sachschaden
kann so rechtzeitig z.B. an Rettungseinrichtungen oder Abschleppdienste übermittelt
werden. Vorteilhafterweise werden dabei Bewegungs- und/oder Berührungsprofile,
identifizierte Kräfte
und Drehmomente zusammen mit Positionsdaten und Bildaufnahmen übermittelt.
Somit können
Fehlauslösungen sicher
vermieden werden. Darüber
hinaus kann der Einsatz erforderlicher Rettungskräfte weitgehend
genau bestimmt werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, dass Kollisionsvorgänge exakter detektiert und
geeignete Schutzmaßnahmen für alle Beteiligten
ergriffen werden können.
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Eine unnötige Aktivierung von Schutzsystemen
wird vermieden. Dadurch können
Reparaturkosten gesenkt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch
eine Vorrichtung zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug mit
einem schallempfindlichen Sensor,
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2 schematisch
einen Aufbau einer Signalverarbeitungseinheit zur Bestimmung und
Analyse eines an einem Fahrzeugaußenteil ausgekoppelten Schallsignals,
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3–6 schematisch verschiedene
Funktionsabläufe
der Signalverarbeitungseinheit,
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7–10 schematisch verschiedene
Beispiele für
einen zeitlichen Kollisionsablauf und den daraus resultierenden
mittels der Signalverarbeitungseinheit erfassten Signalen.
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Einander entsprechende Teile sind
in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zum Personen- und Kollisionsschutz an einem Fahrzeug 2 mit mehreren
schallempfindlichen Schallsensoren 4. Je nach Art und Ausführung der
Vorrichtung 1, insbesondere in Abhängigkeit vom Grad der Sicherheitsausstattung
des betreffenden Fahrzeugs 2, kann ein Schallsensor 4 vorgesehen
sein. Bevorzugt ist für eine
das gesamte Fahrzeug 2 umfassende Kollisionsüberwachung
eine Mehrzahl von Schallsensoren 4 vorgesehen. Die Schallsensoren 4 sind
mindestens an ein Außenteil 6 des
Fahrzeugs 2 akustisch angekoppelt. Als. Außenteil 6 zur
Aufnahme der Schallsensoren 4 dienen beispielsweise der
vordere und hintere Stoßfänger und/oder
Seitenwände
des Fahrzeugs 2. Dabei werden bevorzugt jene Stelle als
Außenteil 6 ausgewählt, welche
als besonders kritisch im Kollisionsfall anzusehen sind. Der Schallsensor 4 ist
bevorzugt als ein körperschallempfindlicher
Sensor, z. B. als piezoelektrischer Beschleunigungssensor, oder
als luftschallempfindlicher Sensor, z.B. als Mikrofon mit Kugel-
und/oder Richtcharakteristik, ausgeführt.
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Die Schallsensoren 4 sind über ein
nicht näher
dargestelltes Datenübertragungssystem,
z.B. einem Datenbus und/oder einer Bluetooth-Verbindung, mit einer
Signalverarbeitungseinheit 8 verbunden. Je nach Art und
Ausführung
der Vorrichtung 1 zur Kollisionsüberwachung kann diese zusätzlich mindestens einen
Körperschallaktuator 10 aufweisen.
Dabei ist in einer möglichen
Ausführungsform
je Außenteil 6 mindestens
ein Körperschallaktuator 10 vorgesehen.
Als Körperschallaktuator 10 wird
beispielsweise ein elektrodynamischer Shaker verwendet. Mittels
des Körperschallaktuators 10 werden
Testschallsignale als Referenzsignale in das Außenteil 6 des Fahrzeugs 2 eingekoppelt.
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Des weiteren kann die Vorrichtung 1 zur
Kollisionsüberwachung
zusätzlich
einen optischen Sensor 12, z.B. eine Videokamera, umfassen.
Je nach Art und Ausführung
können
mehrere, sämtliche
Umgebungsrichtungen überwachende
und somit um das gesamte Fahrzeug 2, z.B. im Fahrzeugdach,
im vorderen und hinteren Stoßfänger, verteilte
optische Sensoren 12 vorgesehen sein. Sowohl die optischen Sensoren 12,
als auch die Körperschallaktuatoren 10 sind
in nicht näher
dargestellten Art und Weise mit der Signalverarbeitungseinheit 8 verbunden.
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In der 2 ist
die Signalverarbeitungseinheit 8 im Detail dargestellt.
Die Signalverarbeitungseinheit 8 dient der Analyse des
mittels der Schallsensoren 4 erfassten Schallsignals S.
Dazu weist die Signalverarbeitungseinheit 8 ein Analysemodul 14 zur Zeit-Frequenz-Analyse
des vom Schallsensor 4 erfassten Schallsignals S und zur
Erzeugung eines Ausgangssignals A auf.
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Die Signalverarbeitungseinheit 8 kann
dabei als ein separates Steuergerät ausgeführt oder in einem anderen fahrzeuginternen
Steuergerät
integriert sein.
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Zur Berücksichtigung weiterer, die
Kollision beschreibender Daten D ist die Signalverarbeitungseinheit 8 ggf.
mit zusätzlichen
fahrzeuginternen und/oder fahrzeugexternen Systemen verbunden. Beispielsweise
ist die Signalverarbeitungseinheit 8 mit mindestens einem
Betriebsmodul 16 des Fahrzeugs 2, z.B. einem Drucksensor 16a für einen
Außenairbag
oder einem Steuergerät 16b zum
Empfang von weiteren Fahrzeugdaten F sowie einem Navigationssystem 16c zur
Bestimmung von Positionsdaten P, verbunden. Zur Erfassung weiterer
fahrzeugbezogener Daten kann die Signalverarbeitungseinheit 8 mit
einem meteorologischen Sensor 18 zur Erfassung von meteorologischen
Daten M verbunden sein. Der meteorologische Sensor 18 umfasst beispielsweise
einen Temperatur-, Feuchte- oder Niederschlagssensor. Die vom fahrzeuginternen
optischen Sensor 12 erfassten optischen Daten O werden
ebenfalls der Signalverarbeitungseinheit 8 zugeführt.
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Je nach Art und Ausführung der
Signalverarbeitungseinheit 8 wird mittels des Analysemoduls 14 anhand
der Analyse des erfassten Schallsignals S ein Ausgangssignal A zur
Aktivierung von fahrzeugeigenen Schutzeinrichtungen 20,
wie z.B. einem Außenairbag,
und/oder zur Beeinflussung einer Fahrzeugsteuerung 22,
z.B. Ausführung
einer Vollbremsung, gebildet. Dazu ist die Signalverarbeitungseinheit 8 mit
der fahrzeugeigenen Schutzeinrichtung 20 und der Fahrzeugsteuerung 22 verbunden.
Zum Schutz des nachfolgenden Verkehrs kann die Signalverarbeitungseinheit 8 darüber hinaus
mit einer externen Schutzeinrichtung 23, z.B. anderen Schutzeinrichtungen
nachfolgender Fahrzeuge oder einer zentralen Leitstelle, beispielsweise
drahtlos verbunden sein. Je nach Art und Ausführung der Vorrichtung 1 sind
die verschiedenen Komponenten drahtgebunden miteinander verschaltet
oder über
ein Datenbussystem miteinander vernetzt. Alternativ oder zusätzlich kann
die Verbindung auch drahtlos ausgebildet sein.
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Des weiteren kann die Vorrichtung 1 einen Datenspeicher 24 zur
Hinterlegung der erfassten Schallsignale S und der ermittelten Ausgangssignale A
beispielsweise in Form eines Ringspeichers umfassen. Zur Berücksichtigung
von bereits hinterlegten Daten D bei der aktuellen Schallanalyse
ist Signalverarbeitungseinheit 8 mit dem Datenspeicher 24 verbunden.
Darüber
hinaus ist die Signalverarbeitungseinheit 8 mit dem Körperschallaktuator 10 zu dessen
Aktivierung oder Deaktivierung und/oder Steuerung verbunden.
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In der 3 ist
ein Ablaufdiagramm für
das Verfahren zur Kollisionsüberwachung
näher dargestellt.
Beim Betrieb der Vorrichtung 1 wird mittels des Körperschallaktuators 10 ein
Testschallsignal T in das Außenteil 6 des
Fahrzeugs 2 eingeleitet. Als Testschallsignal T wird dabei
mittels des Körperschallaktuators 10 ein
kontinuierliches Rauschsignal erzeugt und in das Außenteil 6 eingeleitet.
Im Normalbetrieb des Fahrzeugs 2 wird das Testschallsignal
T mittels der verteilt am Außenteil 6 an geordneten Schallsensoren 4 als
Schallsignal S erfasst. Die Schallsensoren 4 sind dazu
mit dem jeweiligen Außenteil 6 akustisch
gekoppelt. Das von den Schallsensoren 4 erfasste Schallsignal
S wird anschließend
der Signalverarbeitungseinheit 8 zur weiteren Verarbeitung,
insbesondere zur Schallanalyse, zugeführt. Das Schallsignal S wird
anhand einer Zeit-Frequenz-Analyse
mittels des Analysemoduls 14 verarbeitet und mit dem vom
Körperschallaktuator 10 erzeugten
Referenz- oder Testschallsignal T verglichen. Dieser Vergleich liefert
die Übertragungsfunktion
des Bauteils für
das Schallsignal. Wenn der Verlauf der Übertragungsfunktion über der
Frequenz nicht durch äußere Einflüsse, wie
z. B. dem physischen Kontakt mit einem Gegenstand, beeinflusst wird,
so ist der Normalbetrieb des Fahrzeugs 2 erkennbar.
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Im Falle einer Kollision des Fahrzeugs 2 mit einem
Objekt 5 wird anhand der Veränderungen des erfassten Schallsignals
S', welches nun
zum einen das Testschallsignal T und zum anderen ein die Kollision
beschreibendes Schallsignal S'' umfasst, der Stoß oder Aufprall
detektiert. Zur Identifizierung der Schwere der Kollision werden
mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 weitere fahrzeuginterne
Betriebsparameter F verarbeitet. Je nach Kollisionsgrad wird mittels
der Signalverarbeitungseinheit 8 das Ausgangssignal A zur
Auslösung
von Schutzmaßnahmen,
z.B. Aktivierung von fahrzeuginternen und/oder -externen Schutzeinrichtungen 20, 22, 23,
generiert.
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Die 4 zeigt
das Analysemodul 14 der Signalverarbeitungseinheit 8 im
Detail. Je nach Ausführungsform
der Komponenten der Vorrichtung 1 kann das Analysemodul 14 und/oder
die Signalverarbeitungseinheit r zum Austausch von Daten
D(S, A, F, M, O, P) eingangs- und/oder ausgangsseitig eine Datenschnittstelle 26 aufweisen.
Das Analysemodul 14 umfasst ein erstes Modul 28 zur
Zeit-Frequenz-Analyse des erfassten Schallsignals S. Dabei wird
anhand einer Analyse der spektralen Signalverteilung und der zugehörigen Amplituden
eine mögliche
Kollision eines Objekts 5 mit dem Außenteil 6 des Fahrzeugs 2 identifiziert.
Insbesondere ist eine Detektion des Objekttyps im Hinblick darauf,
ob das Objekt 5 ein Gegenstand oder ein Lebewesen ist ermöglicht.
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Je nach Analysegrad kann das erfasste Schallsignal
S einem zweiten Modul 30 zum Mustervergleich zugeführt werden.
Beispielsweise sind dazu in dem Datenspeicher 24 verschiedene
eine Kollision beschreibende Muster in Form von akustischen Kennlinien
hinterlegt. Durch Vergleich der die aktuelle Kollision beschreibenden
Schallsignale S mit archivierten Schallsignalen S'' ist eine besonders schnelle und sichere
Erkennung der Kol lisionsart und/oder des Kollisionsverlaufs ermöglicht.
Bevorzugt werden bei der Mustererkennung Methoden der künstlichen
Intelligenz, wie z.B. neuronale Netze oder Fuzzy-Logik, verwendet.
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In einem dritten Modul 32 werden
die erfassten und analysierten Daten D derart bewertet, dass anhand
der identifizierten Bewegungsabläufe
und Berührungsprofile
sowie der erfassten Daten D das Ausgangssignal A zur Auslösung von
fahrzeugbezogenen und/oder externen Schutzmaßnahmen generiert werden. Dabei
werden im Fall einer Kollision das Ausgangssignal A und ggf. die
Daten D bezüglich
der Bewegungs- und Berührungsprofile,
dabei wirkende Kräfte
und Drehmomente, Art und Stärke
sowie Beschaffenheit des Objekts 5 sowie eventuelle Personen-
oder Sachschäden
an fahrzeuginterne Systeme, z.B. Motorsteuergerät, und/oder an fahrzeugexterne
Systeme, z.B. Navigationssysteme nachfolgender Fahrzeuge oder einer
zentralen Leitstelle, übertragen.
Je nach Art und Ausführung
können
diese Daten D mit Positionsdaten P und Bilddaten Overknüpft und
einer weiteren Beurteilung zugeführt
sowie zur Auslösung
weiterer Ausgangssignale A zur Aktivierung von Schutzeinrichtungen 20 oder
Fahrzeugsteuerungen 22 verwendet werden. Beispielsweise
sind mittels des Ausgangssignals A unterschiedliche Schutzmaßnahmen
aktivierbar, wie Zündung
eines Außen-Airbags,
Anhebung der Motorhaube, Vollbremsung des Fahrzeugs 2 oder
Steuerung des nachfolgenden Verkehrs.
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Je nach gewünschtem Analysegrad kann in jeder
Stufe der Analyse eine Berücksichtigung
von weiteren fahrzeuginternen Signalen F und/oder fahrzeugexternen
Signale O, M, P mittels Verknüpfung der
betreffenden Daten O, M, P, F mit dem Schallsignal S und/oder dem
Ausgangssignal A erfolgen. Des weiteren können sowohl die aktuell erfassten
Schallsignale S als auch die anderen Daten D(M, O, F, P, A) in dem
Datenspeicher 24 zu Dokumentations- und Beweiszwecken,
z.B. für
eine spätere
Analyse oder für
Prognose, hinterlegt werden.
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In 5 ist
das Kollisionsüberwachungsverfahren
erweitert um die Funktion eines Referenzsignals. Dazu wird dem Außenteil 6 des
Fahrzeugs 2 das Testschallsignal T mittels des Körperschallaktuators 10 zugeführt. Mittels
der Verbindung des Körperschallaktuators 10 mit
der Signalverarbeitungseinheit 8 wird der Körperschallaktuator 10 von
der Signalverarbeitungseinheit 8 aktiviert oder deaktiviert.
Sowohl das beim Aufprall des Objekts 5 auf das Außenteil 6 generierte
Schallsignal S als auch das Testschallsignal T werden von dem das
Außenteil 6 überwachenden
Schallsensor 4 erfasst und zur wie bereits oben beschriebenen
Analyse der Signalverarbeitungseinheit 8 zugeführt.
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6 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform für die im
dritten Modul 32 ausgeführten
Bewertung der Daten D. Dabei werden die Daten D analysiert und mit
hinterlegten Mustern verglichen anhand derer eine Kollision identifiziert
oder nicht identifiziert wird. Je nach Feinheitsgrad der Analyse
werden die Daten D dahingehend ausgewertet, ob es sich bei dem Objekt
5 um ein Lebewesen und danach wiederum um eine Person oder ein Tier
handelt. Des weiteren wird eine aus der Kollision resultierende
Gefahr für
die Fahrzeuginsassen detektiert und bewertet, so dass gegebenenfalls
interne und/oder externe Schutzsysteme aktiviert werden.
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Die 7 zeigt
ein Beispiel für
das Verfahren zur Kollisionsüberwachung,
bei dem eine Kollision des Fahrzeugs 2 mit einem Baum bei
einer Geschwindigkeit von v = 20 km/h erfolgt. Dabei wird mittels
des Schallsensors 4 das Schallsignal S mit einer Frequenz
von f ≤ 1000
Hz erfasst. Bei einer vergleichbaren Kollision des Fahrzeugs 2 mit
gleicher Geschwindigkeit v gegen einen Laternenmast aus Metall weist
das erfasste Schallsignal S eine höherfrequente Anregung auf,
d.h. das Schallsignal S weist eine Frequenz von f ≤ 10 kHz auf,
wie dies beispielhaft in 8 dargestellt
ist. Anhand der in den 7 und 8 beschriebenen Fällen wird
mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 anhand der Zeit-Frequenzanalyse
ein Gegenstand als Objekt identifiziert. Mittels des Analysemoduls 14 werden
anhand der -Bewertung der Daten D Ausgangssignale A lediglich für Schutzmassnahmen
der Fahrzeuginsassen, z.B. Auslösung
von Airbags, und/oder Schutzmassnahmen für den nachfolgenden Verkehr
generiert. Auf den Schutz von äußeren Schutzeinrichtungen
kann zur Senkung von Reparaturkosten verzichtet werden.
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9 zeigt
ein weiteres Beispiel. Dabei fährt ein
Fahrzeug 2 mit einer Geschwindigkeit von v = 20 km/h gegen
einen stehenden Fußgänger und
berührt ihn
zunächst
am Bein. Infolge der Nachgiebigkeit des menschlichen Beins erzeugt
der Aufprall am betreffenden Außenteil 6 ein
Körperschallsignal
S, dessen hochfrequenter Anteil niedrig ist und eine Frequenz f von
ca. 80 Hz erreicht. In diesem Fall wird mittels der Signalverarbeitungseinheit 8 das
Objekt 5 als Person erkannt. Dadurch können die für den Schutz des Fußgängers relevanten
Maßnahmen,
wie z.B. Zündung
von Außen-Airbags,
Anhebung der Motorhaube, gezielt aktiviert werden.
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Die 10a und 10b zeigen einen weiteren Anwendungsfall.
Wie im Beispiel von 9 wird
ein Fußgänger vom
Fahrzeug 2 zum Zeitpunkt t0 = 0 s bei einer
Geschwindigkeit von v = 20 km/h erfasst. Die erste Berührung erfolgt
mit dem vorderen Stoßfänger am
Bein des Fußgängers. Das
dadurch erzeugte kollisionsbedingte typische Körperschallsignal S ist in einem
Campbell-Diagramm der 10a dargestellt.
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Nach einer Zeit von t1 =
0,2 s nach dem ersten Kontakt zwischen vorderem Stoßfänger und
dem Bein des Fußgängers schlägt der Kopf
des Fußgängers auf
der Motorhaube auf und erzeugt das im Diagramm der 10b markierte Körperschallereignis, dessen
Frequenzspektrum bis 100 Hz reicht. Die in den 10a und 10b dargestellten
erfassten Schallsignale S werden fortlaufend chronologisch erfasst und
im Datenspeicher 24 zur Analyse hinterlegt. Der Inhalt
des als Ringspeicher ausgebildeten Datenspeichers 24 wird
infolge der mittels des Analysemoduls 14 als signifikant
bewerteten Körperschallereignisse
beibehalten und archiviert. Die zeitliche Ausdehnung des Ringspeichers
umfasst vorteilhafterweise eine geschwindigkeitsabhängige Zeitspanne,
die im Fall einer Kollision durch eine Auslösung mittels des Signalverarbeitungsmoduls 8 die
Beibehaltung des Ringspeicherinhalts hinreichend früh beginnt. Zur
Auslösung
der Beibehaltung können
verschiedene Sensoren genutzt werden. Insbesondere die optischen
oder Videodaten lassen den Unfallhergang reproduzieren. Die Körperschallereignisse
geben darüber
hinaus auch Aufschluss über
die Schwere des Unfalls, die automatisch an weitere Systeme übertragen
kommuniziert werden. Falls ein Außen-Airbag infolge der Körperschallanalyse
im Zeitpunkt t0 = 0 s (10a) gezündet wurde, tritt das Körperschallereignis
beim Aufprall des menschlichen Kopfs auf der Motorhaube (10b) in stark abgeschwächter Form
auf. Die Schwere des Aufschlags auf den Airbag wird mittels der
Signalverarbeitungseinheit 8 vorteilhafterweise aus einem
Druckanstieg im Airbag ermittelt.
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Zusätzlich kann je nach Vorgabe
im vorderen Stoßfänger außer dem
Körperschallsensor 4 ein
Körperschallaktuator 10 angeordnet
sein, der ein pseudo-statistisches Rauschsignal in den Stoßfänger einleitet,
so das zusammen mit dem Übertragungsverhalten
des Stoßfängers eine
Systemantwort erzeugt wird, die vom Körperschallsensor 4 erfasst
wird. Der Aktuator 10 dient in dieser Kontroll-Schleife
als Sender, der Körperschallsensor 4 dient
als Empfänger des
Testschallsignals T. Im Fall einer Berührung des Stoßfängers durch
ein Objekt 5 kann anhand der veränderten Systemantwort, z. B.
wegen der Frequenz-Verschiebung der Resonanzen oder durch lokale
Pegelveränderungen,
auf die Beschaffenheit des berührten
Objekts 5 geschlossen werden. Zur Erfassung von weiteren
relevanten Umgebungsparametern sind am Fahrzeug 2 z.B.
Videokameras und Temperatursensoren angeordnet. Anhand von Infrarotaufnahmen
und parallel gemessenen Lufttemperaturwerten kann die Identifikation
von Lebewesen weiter präzisiert
werden.