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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überprüfen von Wirkungen eines Kraftfahrzeugunfalls
mit mindestens einem Kraftfahrzeug, welches mit einer vorbestimmten
Geschwindigkeit an einen vorbestimmten Kollisionspunkt mit einem
Hindernis oder wenigstens einem anderen Fahrzeug führbar ist,
wobei in dem Kraftfahrzeug und/oder dem Hindernis bzw. anderen Fahrzeug
ein Meßwerterfassungs- und
Steuersystem vorgesehen ist, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 0 718 614 A2 ist
es bekannt, zur Feststellung von Störungen und zur Durchführung von
Testabfragen über
den Zustand eines Fahrzeuges Sensoren an beliebigen Stellen des
Fahrzeuges anzubringen. Die Anzahl der Sensoren variiert, je nach
den gewünschten Überprüfungsmöglichkeiten. Diese
Sensoren sind dazu bestimmt über
eine Fernabfrage Störungen
und Ausfälle
von Fahrzeugfunktionen zu übermitteln.
Bei diesem bekannten System, sind jedoch Crasheigenschaften eines
Fahrzeuges nicht ermittelbar, da in diesem System die geeigneten Komponenten
zur Messwerterfassung fehlen.
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Aus
der
DE 40 27 711 C2 ist
eine gattungsgemäße Vorrichtung
bekannt, mit welcher sogenannte "Crashtests" ausführbar sind.
Mindestens ein Kraftfahrzeug wird mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
an einen vorab definierten Kollisionspunkt mit einem Hindernis geführt. Das
Ziel hierbei liegt darin, Meßergebnisse über das
Verhalten des Fahrzeugs bei der Kollision sowie über Auswirkungen auf Insassen
und/oder Ladung zu gewinnen. Hierzu ist ein zusätzlich im Kraftfahrzeug eingebautes
Meßwerterfassungs-
und Steuersystem vorgesehen.
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Ferner,
beschreibt die „Automobiltechnischen
Zeitschrift", Jg.
1998, Heft 1, auf den Seiten 8 bis 13, ein für Crashversuche vorgesehenes
optisches, ferngesteuertes Fahrzeugführungssystem, welches aus einem
im Fahrzeug angeordneten Rechner, Messwertaufnehmern, inklusive
Kamera und Aktuatoren aufgebaut ist, wobei es ermöglicht wird,
im Fahrzeugrechner ermittelte Daten per Funkübertragung an einen Leitrechner
außerhalb
des Fahrzeuges zu übertragen.
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Weitere
Meßwerterfassungs-
und Steuersysteme, sind in Form einer Meßanlage ausgebildet, welche
in einer nicht erweiterbaren Einheit alle Komponenten zum Steuern
von Vorgängen
und Erfassen von Meßdaten
vereint, nämlich
eine Meßanlage
zur Erfassung von Sensorsignalen, ein Steuergerät zur Airbagauslösung und
ein Steuergerät
für Kameras. Eine derartige
Meßanlage
weist jedoch durch die Konzentration der Funktionen ein erhebliches
Gewicht auf, wodurch eine entsprechende Befestigung beispielsweise
in dem Kraftfahrzeug mit einer Gestellkonstruktion erforderlich
ist. Das an einem Ort im Kraftfahrzeug konzentrierte Gewicht zusammen
mit der Gestellkonstruktion beeinflußt jedoch in unerwünschter
Weise eine Stabilität
und damit eine Deformationscharakteristik einer Karosserie des Kraftfahrzeuges,
so daß im
Crashversuch nicht mit realen Bedingungen übereinstimmende Verhältnisse
herrschen. Auch der Vorgang des Energieabbaus während einer Kollision ist durch
die massive Meßanlage verändert.
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Die
so gewonnen Meßergebnisse
sind daher nur sehr beschränkt
auf reale Vorgänge
im Straßenverkehr übertragbar,
wo entsprechende Kraftfahrzeuge keine derartige Meßanlage
enthalten.
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Ein
weiterer Nachteil herkömmlicher
Meßanlagen
besteht darin, daß eine
fest vorgegebene Anzahl von Steckplätzen für Sensoren oder zu steuernde
Vorrichtungen vorhanden ist. Sofern die Steckplätze einer Meßanlage
nicht ausreichen, muß eine vollständige zweite
Meßanlage
installiert werden, wobei jedoch häufig in keiner der installierten
Meßanlagen
alle Systemressourcen voll ausgeschöpft sind. Somit wird ein erheblicher
Anteil an unnützem
Ballast mitgeführt.
Ferner führt
eine notwendige starre Befestigung der Meßanlage auch zu einer Veränderung einer
Fortpflanzung einer Schockwelle innerhalb der Karosserie, so daß Auslösesensoren,
beispielsweise für
einen Airbag bzw. Gurtstraffer, veränderte Eingangssignale erhalten.
Dies kann im Extremfall dazu führen,
daß derartige,
in Abhängigkeit
von einer bei der Kollision auftretenden Schockwelle ausgelöste Einrichtungen,
wie beispielsweise Airbag oder Gurtstraffer, zu einem falschen Zeitpunkt
oder gar nicht ausgelöst
werden. Dies hat jedoch einen extrem negativen Einfluß auf während der
Kollision erfaßte
Daten, da diese nicht einen Ablauf unter realen Bedingungen widerspiegeln.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Vorrichtung der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die
obengenannten Nachteile überwunden
werden und ein flexibler Einsatz unter Abdeckung möglichst vieler
verschiedener Crash-Test-Situationen erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten
Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dazu
ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Meßwerterfassungs-
und Steuersystem als Modulsystem mit mehreren, beabstandet voneinander
sowie in variabler Anzahl anordenbaren und miteinander verbindbaren
Komponenten ausgebildet ist.
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Dies
hat den Vorteil, daß lediglich
solche Komponenten des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems beispielsweise in das Kraftfahrzeug einbaubar
sind, welche tatsächlich
benötigt
werden, wodurch eine erhebliche Gewichtsersparnis erzielbar ist.
Ferner ist es durch den modularen Aufbau in diskrete Komponenten
möglich,
diese an verschiedenen Stellen im Kraftfahrzeug verteilt einzubauen,
so daß eine
gleichmäßigere Gewichtsverteilung
mit vereinfachter Befestigungstechnik des Meßwerterfassungs- und Steuersystems
möglich
ist, wodurch eine geringere Beeinflussung einer Schockwellenausbreitung
und Deformationscharakteristik während
des eigentlichen Crashtestes erzielt wird, so daß weitgehend reale Bedingungen
für den
Crashtest vorherrschen. Zusätzlich
können
die nicht benötigten
Komponenten parallel gleichzeitig bei anderen Crashtests Verwendung
finden, so daß sich
eine kostengünstigere
Systemressourcenverwaltung ergibt.
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Zur
Aufnahme von Sensorsignalen umfassen die Komponenten des Meßwerterfassungs- und Steuersystems
wenigstens eine Meßwertaufnahmeeinheit
zum Anschluß entsprechender
Sensoren.
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Zur
Ausführung
entsprechender Steueraufgaben, wie beispielsweise zur autonomen
Steuerung des Kraftfahrzeuges oder zum Auslösen pyrotechnischer Artikel,
umfassen die Komponenten des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems wenigstens eine Steuereinheit, welche beispielsweise
als Auslösevorrichtung
für wenigstens
einen pyrotechnischen Artikel oder eine Einrichtung zum autonomen
Steuern des Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.
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Zum
drahtlosen Übertragen
von Meßdaten und/oder
Steuerbefehlen umfassen die Komponenten des Meßwerterfassungs- und Steuersystems
wenigstens eine Funkübertragungseinrichtung.
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Ein
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen modularen Systems liegt
darin, daß auch
Bildaufzeichnungsgeräte,
wie beispielsweise insbesondere eine Kamera, eine Filmkamera oder
eine Videokamera, nahtlos in das Meßwerterfassungs- und Steuersystem
als entsprechende modulare Komponenten desselben integrierbar sind.
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Zur
Aufzeichnung der seit einer Kollision vergangenen Zeit umfassen
die Komponenten des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems zweckmäßigerweise
wenigstens eine Crash-Uhr.
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Dadurch,
daß die
Komponenten des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems zusätzlich
wenigstens eine Beleuchtungseinheit umfassen, ist auch die Beleuchtung
in besonders vorteilhafter Weise je nach Anforderungen eines jeweiligen
Experimentes modular erweiterbar.
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Zweckmäßigerweise
umfassen die Komponenten des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems wenigstens einen Computer zur Meßdatenspeicherung
und/oder Steuerung, der vor dem Experiment zur Parametrierung aller
Komponenten dient und nach dem Experiment die Daten ausliest und
speichert.
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Zur
Energieversorgung der Komponenten des Meßwerterfassungs- und Steuersystems
ist wenigstens ein Energiespeicher vorgesehen. Hierbei ist das erfindungsgemäße modulare
System je nach Komponentenzahl und Energiebedarf einfach mit einer
entsprechend ausreichenden Anzahl derartiger Energiespeicher ausstattbar,
so daß die
Energieversorgung einfach und ohne großen Aufwand optimal und ohne
unnötigen
Ballast an jeweilige Gegebenheiten anpaßbar ist.
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Eine
optimale Anpassung der Energieversorgung an jeweilige Komponenten
des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems erzielt man dadurch, daß wenigstens eine Komponente
des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems mit einem dieser zugeordneten Energiespeicher,
insbesondere Akkumulator, ausgestattet ist.
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Vorzugsweise
können
folgende Module an den Datenbus bzw. über Leitungen und/oder drahtlos direkt
an einen Hauptrechner im Fahrzeug verbunden werden. Als Datenbus
wären z.B.
ein USB-BUS oder eine Ethernet-Verbindung oder der IEEE1394-Bus
einsetzbar. Ein CAN-BUS-Rekordermodul ist hilfreich, um fahrzeuginterne
Informationen mit aufzunehmen z.B. die Drehzahl. Ein Pyroartikel-Auslöseeinheitsmodul,
z. B. für
Airbag, Gurtstraffer oder ähnlichen
dient dazu, die Airbags bzw. den Gurtstraffer zu einem frei definierbaren
Zeitpunkt auszulösen.
Ein Pyroartikel-Zündzeitpunkterfassungsmodul
dient dazu, den tatsächlichen
Ist-Zündzeitpunkt
von Pyroartikeln zu erfassen. Ein intelligentes Scheinwerfermodul
ist beispielsweise einsetzbar, um die Scheinwerfer für Hochgeschwindigkeits-Filmaufnahmen
zum richtigen Zeitpunkt des Versuchsgeschehens einzuschalten, hierzu
muß u.a.
das Aufheizverhalten der Lampen berücksichtigt werden. Ein Kamera-
bzw. Kamerasteuermodul ist hilfreich um im Fahrzeug direkt Aufnahmen
tätigen
zu können.
Das Crashdisplaymodul dient zur Anzeige beliebiger Meßgrößen des
Versuchs, die in der jeweiligen Kameraperspektive relevant bzw.
gewünscht
sind. Dies kann beispielsweise die laufende Zeit seit der ersten Berührung der
Crash-Gegner sein. Das Benzinpumpensteuerungsmodul dient zur gezielten
Einschaltung der Benzinpumpe in der relevanten Versuchsphase und
zur Abschaltung nach dem Versuch. Zur zeit- und ortsaufgelösten Druck-
und/oder Kraftverteilungsmessung werden in einer Matrix angeordnete Sensoren
verwendet, die mit Hilfe von speziellen Auswertemodulen betrieben
werden können.
Zur Erfassung von Bewegungen, Verformungen, Verschiebungen, Verdrehungen
etc. werden Module zur Trajektorienverfolgung und/oder -aufzeichnung
mittels optischer und/oder magnetischer und/oder inertialer Sensoren
eingesetzt. Für
das autonome Fahren wird ein Steuermodul, wie schon oben aufgeführt eingesetzt.
Für die
Geschwindigkeitsmessung werden unter anderem Lichtschranken eingesetzt,
die ebenfalls als Modul ausgestaltet sein können. Alle Module haben zusätzlich zu
ihrer direkten meß-
bzw. versuchstechnischen Funktionalität die Aufgabe, sich und die jeweils
zugehörige
Sensorik/Aktorik mit Energie zu versorgen und ein entsprechendes
Powermanagement durchzuführen
mit dem Ziel einer Minimierung der notwendigen Akku-Massen, die
im Fahrzeug mitgeführt
werden müssen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen,
sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der
beigefügten
Zeichnungen.
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Diese
zeigen in den 1./2. schematische
Blockschaltbilder von bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die
in der 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfaßt ein
Meßwerterfassungs-
und Steuersystem 100 mit einem zentralen BUS 10,
an dem die nachfolgend näher
erläuterten
Komponenten über
entsprechende Leitungen 12, 14, 16 und 18 angeschlossen
sind. Diese Komponenten sind dabei als separate Geräte ausgebildet,
welche beabstandet voneinander anordenbar sind. Auf diese Weise
ist erfindungsgemäß ein System
aus verschiedenen, miteinander über
den BUS verbindbare Module ausgebildet. Ferner umfaßt der BUS
eine Energieverteilung und ggf. eine hardwaremäßige Synchronisierung der BUS-Teilnehmer.
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Über die
Leitung 12 sind in der dargestellten Ausführungsform
eine erste Steuereinrichtung 20, ein Energiespeicher 22,
eine Meßwertaufnahmeeinheit 24 und
eine zweite Steuereinrichtung 26 mit dem BUS 10 verbunden.
Die erste Steuereinrichtung 20 ist dabei eine Einrichtung
zum autonomen Fahren, welche entsprechende Vorrichtungen 28,
wie beispielsweise Motor, Lenkung und Bremse, ansteuert und aus
Eingangssignalen entsprechender Sensoren 30 jeweilige Steuerbefehle
erzeugt.
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Der
Energiespeicher 22 ist beispielsweise ein Akkumulator,
welcher über
die Leitung 12, welche bevorzugt neben Datenleitungen auch
Energieversorgungsleitungen umfaßt, alle mit der Leitung 12 verbundene
Verbraucher 20, 24 und 26 mit elektrischer
Energie versorgt. Alternativ oder zusätzlich sind einige oder alle
Komponenten des Meßwerterfassungs-
und Steuersystems 100 mit integriertem Energiespeicher
versehen. Auch die übrigen
Leitungen 14, 16 und 18 umfassen bevorzugt
neben Datenleitungen auch Energieversorgungsleitungen. Die Meßwertaufnahmeeinheit 24 ist
mit mehreren entsprechenden Sensoren 30, beispielsweise
Beschleunigungs- der Kraftsensoren, verbunden. Die zweite Steuereinrichtung 26 ist
eine Auslösevorrichtung
für pyrotechnische
Artikel 34, wie beispielsweise Airbag oder Gurtstraffer.
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Über die
Leitung 14 ist eine Funkübertragungseinrichtung 36 mit
einer Funkantenne 38 an dem BUS 10 angeschlossen.
Dies dient beispielsweise zur Übertragung
von Meßwerten
an eine stationäre
Meßeinrichtung
und/oder zum Empfang von Daten beispielsweise zur autonomen Steuerung
des Kraftfahrzeuges. Zur autonomen Steuerung von zwei Kraftfahrzeugen,
welche auf einem vorbestimmten Kollisionskurs gesteuert werden sollen,
ist häufig auch
eine Kommunikation zwischen den beiden Fahrzeugen vorgesehen, mittels
derer Positionsdaten ausgetauscht und entsprechende Steuersignale zur
autonomen Steuerung erzeugt werden. Um hierbei auch unter schwierigen
Empfangsbedingungen, beispielsweise zwischen Hochhäusern, eine
sichere Funkverbindung zu gewährleisten,
sind beispielsweise zwei Funkübertragungseinrichtungen
vorgesehen mit beispielsweise einer Antenne auf einer Motorhaube
und beispielsweise einer Antenne auf einem Fahrzeugdach.
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Über Leitung 16 ist
ein weiterer Energiespeicher 40 mit dem BUS 10 verbunden,
welcher entsprechende fototechnische Geräte mit Energie versorgt und
entsprechende Steuersignale vom BUS 10 an diese Geräte überträgt. Diese
fototechnischen Geräte
umfassen eine Beleuchtungseinheit 42 und eine Kamera 44,
welche synchron mit der Kollision zur Bildaufzeichnung aktiviert
werden. Über
Leitung 18 ist eine Crash-Uhr 45 mit dem BUS 10 verbunden, welche
ebenfalls synchron mit der Kollision aktiviert wird.
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Ferner
ist ein Computer 46 mit dem BUS 10 verbunden,
wobei der Computer Meßdaten
aufnimmt und abspeichert sowie ggf. entsprechende Steuersignale über den
BUS 10 an jeweilige Komponenten 20, 26, 36, 42, 44 oder 45 überträgt.
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Ein
weiterer BUS mit entsprechenden Komponenten ist beispielsweise in
dem mit dem Kraftfahrzeug kollidierenden Hindernis zur Meßdatenerfassung
und Steuerung entsprechender Komponenten, wie beispielsweise Beleuchtungen
oder Kameras, vorgesehen.
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Durch
den erfindungsgemäßen modularen Aufbau
können
alle Komponenten 20, 22, 24, 26, 36, 40, 42, 44, 45 und 46 an
verschiedenen Stellen und in beliebig variabler Anzahl beispielsweise
in einem Crashfahrzeug angeordnet werden. Der jeweilige Einbauort
ist beispielsweise möglichst
nah an jeweiligen Sensoren 30, 32 bzw. 34 oder
an einer Stelle mit einfachem Einbau und geringem Einfluß des Gewichts
auf den Crashtest gewählt,
beispielsweise am Fahrzeugboden oder unter Fahrzeugsitzen. Hierbei ist
lediglich eine geeignete Verkabelung zwischen den genannten Komponenten
für den
BUS herzustellen. Ferner ergibt sich durch die Architektur mittels des
BUS eine einfache Erweiterbarkeit, da zusätzlich benötigte Geräte einfach an den BUS angeschlossen werden
können.
Somit sind erfindungsgemäß nunmehr
nicht nur fototechnische Geräte
in das Meßwerterfassungs-
und Steuersystem, sondern ist auch sonstige fremde Hardware anschließbar, sofern
sie lediglich einen entsprechenden Anschluß für einen BUS aufweist. Auf diese
Weise ergibt sich ein besonders flexibles Meßwerterfassungs- und Steuersystem,
welches für
jeweilige Crashtests individuell aufbaubar ist.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel. 2 ist
in unterschiedliche Ebenen aufgeteilt. Die Ebene S/A stellt die
Sensor-/Aktuatorebene dar. Die Sensoren dienen zur Erfassung von
physikalischen Größen. Einige
Sensoren sind hier symbolisch angedeutet worden. Als Sensoren sind
einsetzbar ein Kraftsensor F, ein Momentsensor M, ein Beschleunigungssensor
a, ein Drucksensor P, ein Spannungssensor U und ein Stromsensor
I. Die Sensoren werden vorzugsweise an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs
eingesetzt, so daß mehrere
Sensoren der gleichen Art an unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug
eingesetzt sind.
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Die
Sensoren sind mit Modulen M1, M2 in der Modulebene M verbunden.
Ein weiteres Modul wäre
beispielsweise ein Modul M3 zur Erfassung der Daten vom CAN-BUS
des Fahrzeugs. Auf diese Art und Weise könne die Fahrzeuginformationen
als solches z. B. die Drehzahl und ähnliches mit ausgewertet werden.
Als Beispiel für
einen Aktor ist hier z. B. ein Scheinwerfer S dargestellt mit dem
es möglich
ist mit Hilfe einer Kamera K Innenaufnahmen im Fahrzeug zu tätigen. Diese
sind über
ein Modul M4 angebunden. Die Geräte
als solches sind fernsteuerbar, so daß man nur einschaltet, wenn
es auch gewünscht
wird, da die Geräte
vorzugsweise über
Akkumulatoren betrieben werden und deren Kapazität bekanntlicherweise begrenzt
ist. Ferner werden über ein
Modul M5 die unterschiedlichen Pyroartikel PYRO angesteuert. Solche
Pyroartikel sind beispielsweise Gurtstraffer, Airbags und können zum
einen über
das Modul M5 zu einer speziellen Zeit gezündet werden zum anderen kann
erfaßt
werden wann bei einem Crash die Zündung erfolgte. Die jeweils
unterschiedlichen Sensoren sind hier nicht jeweils als Einzelnes
dargestellt. Es ist auch möglich, daß gewisse
Kombisensoren eingesetzt werden, die zum einen für eine Zündung und zum anderen für Messungen
eingesetzt werden. Ferner kann ein Modul M6 für ein intelligentes Crashdisplay
eingesetzt werden. Die Modulebene M ist über eine USB-BUS, IEEE1394-Bus
oder Ethernet-Verbindung mit der Steuerebene SE verbunden. Diese
Verbindung zur Rechnereinheit PC kann eine Busstruktur, eine Sternstruktur
oder jede andere Topologie, die aus dem Bereich der Netzwerktechnik
bekannt ist, besitzen.
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Die
Rechnereinheit enthält
eine Funkübertragungseinrichtung,
die es ermöglicht,
außerhalb des
Fahrzeugs mit einem weiteren Rechner PC2 zu kommunizieren. Sofern
sich das Fahrzeug in der Ruhelage befindet, ist es möglich über eine
Leitung L1 zwischen dem Rechner PC im Fahrzeug und dem Hauptrechner
PC2 zu kommunizieren. Auf diese Art und Weise können Kalibrierungs-, Abstimmeinstellungen
und Datenübertragungen
vorgenommen werden. Vorzugsweise könnten die Verbindungen aus Lichtleitern
gebildet werden um zum einen die Datenmenge und die Datenrate zu
erhöhen
und zum anderen die Störanfälligkeit
zu verringern. Die Rechnereinheit PC2 ist an ein Netz N2 angekoppelt,
mit dem es möglich
ist, Daten von/an unterschiedlichen Rechnersystemen zu bekommen,
zu senden bzw. auszutauschen.
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Mit
diesem modular aufgebauten System ist es möglich, entsprechend der unterschiedlichen Fahrzeuge
das optimale System aus modularer Technik aufzubauen. Mit den konventionellen
Systemen war dieses in der Art nicht möglich, da ständig Elemente
mitgeführt
wurden die entsprechend gar nicht verwand werden konnten.
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Diese
beschriebene Modultechnik kann vorteilhaft auch an den verschiedenen
stationären
Prüfständen zur
Fahrzeug-Sicherheitserprobung eingesetzt werden.