EP2054274A1 - Method and device for the actuation of personal protection means - Google Patents

Method and device for the actuation of personal protection means

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Publication number
EP2054274A1
EP2054274A1 EP07787284A EP07787284A EP2054274A1 EP 2054274 A1 EP2054274 A1 EP 2054274A1 EP 07787284 A EP07787284 A EP 07787284A EP 07787284 A EP07787284 A EP 07787284A EP 2054274 A1 EP2054274 A1 EP 2054274A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
classification
class
feature vector
personal protection
crash
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07787284A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Josef Kolatschek
Joerg Breuninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2054274A1 publication Critical patent/EP2054274A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0132Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R21/01332Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value by frequency or waveform analysis
    • B60R21/01338Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value by frequency or waveform analysis using vector analysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/015Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting the presence or position of passengers, passenger seats or child seats, and the related safety parameters therefor, e.g. speed or timing of airbag inflation in relation to occupant position or seat belt use
    • B60R21/01558Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting the presence or position of passengers, passenger seats or child seats, and the related safety parameters therefor, e.g. speed or timing of airbag inflation in relation to occupant position or seat belt use monitoring crash strength
    • B60R21/0156Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting the presence or position of passengers, passenger seats or child seats, and the related safety parameters therefor, e.g. speed or timing of airbag inflation in relation to occupant position or seat belt use monitoring crash strength by deceleration

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling personal protection means according to the preamble of the independent claims.
  • the inventive method for controlling personal protection devices or the inventive device for controlling personal protection means have the advantage that the application of the class boundaries is not limited to one, two or the three-dimensional feature space. In particular, dependencies of the features in rooms larger than the third dimension can be used.
  • the class membership is determined by a linear combination of a nonlinear function with feature values.
  • the invented The method according to the invention preferably uses a so-called support vector machine (SVM). This is well founded by the statistical learning theory.
  • SVM support vector machine
  • the determination of the class boundaries is given by an analytically solvable optimization problem, so that this process can be performed automatically without additional expert knowledge from a computing machine, in particular an evaluation circuit, which can be designed as a microcontroller.
  • a computing machine in particular an evaluation circuit, which can be designed as a microcontroller.
  • the classification quality of the method according to the invention is very high. Due to the setting in class boundary finding, the method according to the invention allows additional free space to be used.
  • the inventive method has a high generalization ability. Ie. there is no danger that the decision-making process will be optimized too much for the data record (training data record) used during the application and therefore offers a poor classification performance for previously unknown data not contained in the training data set.
  • the feature vector is at least two-dimensional according to the independent patent claims.
  • the feature vector is compared with the class boundary. If this is within a corresponding class, then the feature vector is assigned to this class.
  • the accident sensor system can contain several accident sensors, including different types.
  • the interface to the accident sensors can be implemented in terms of hardware or software.
  • a software executed interface on the evaluation in particular a microcontroller, be present.
  • other processors or ASICs can serve as an evaluation circuit.
  • the drive circuit can also be present as an integrated circuit in a control device for controlling personal protection devices.
  • the device can be arranged as a control device for controlling personal protection means or integrated in a control device for controlling safety means.
  • the last control unit can namely also drive a vehicle dynamics control.
  • the class boundary or limits can already be determined in advance.
  • a data-oriented modeling method of a support vector machine can be used. This method is, for example, from Bernhard Schölkopf and Alex Smole: Learning with Kernels, MIT
  • the class boundary is loaded from a memory.
  • the class boundary is determined by means of at least one training vector and by means of a kernel function. This special
  • Training vector is in the support vector machine a so-called support vector, which is shown below, to specific solutions in a constraint for determining the minimum of a function.
  • support vector For the determination of the solution, it is necessary to have the features such that they can be separated with a simple class boundary in the form of a straight line, or with higher-dimensional input data of a hyperplane (ie linear in both cases).
  • the kernel function implicitly allows the features to be brought into such a linearly separable representation without having to perform this step explicitly and thus with a high computational effort.
  • This method of the support vector machine provides an efficient and well reproducible way to design a driving algorithm. In particular, this allows complicated classification tasks to be solved.
  • the support vector machine method enables expert knowledge, which is necessary in the prior art solutions, to be minimized or even eliminated altogether. This also makes an algorithm easier to understand and interpret.
  • the resource requirement for displaying the class boundary (characteristic curve) is reduced and the application effort is reduced.
  • the classification is carried out in binary form. This is easy to implement and, by using a tree structure, allows for a grading with a successive refinement. In each case, binary classifiers are provided at the branches. Thus, it is then possible to realize complicated classification problems by modular assembly of such binary classifiers. By omitting unneeded binary classifiers within the tree, the inventive method or device according to the invention can be simplified to a meaningful level. In extreme cases, it is then reduced to a simple binary classifier.
  • one tree can for example determine the crash severity and the other tree regardless of the crash type. This can then be reconnected later to find the right drive.
  • Airbags If both trees use simple single binary classifiers, which only know the classes Fire and NoFire respectively, a different control of the restraining means can nevertheless be realized in this way.
  • the activation of the retaining means thus takes place on the basis of the accident situation determined by the classifier. For example, with a simple classifier Fire / NoFire, the drive signal, upon detection of the Fire class, causes the immediate activation of an associated personal protection device.
  • the drive signal uses z. B. the information about the crash type and the crash severity together. For this purpose, in a special table for each combination of these two size a specific set of personal protection deposited, which is then activated.
  • z. B. the information about the crash type and the crash severity together.
  • a specific set of personal protection deposited which is then activated.
  • a feature vector measured by measurement belongs to an event of that class.
  • the method according to the invention and in particular the support vector machine algorithm can be used in an advantageous manner.
  • the quality or sensitivity can then typically be set via a parameter V.
  • a misuse recognition system can be set up. Ie. all feature vectors that are outside this class are trigger cases.
  • a regression can be used to generate a continuous value for the classification.
  • This is particularly advantageous in the case of a classification which describes a steady increase of a certain property, for example when the class describes crash severity or crash speeds.
  • the advantage here is that in such a case the output of the system consists not only of the discrete numerical values but of a real numerical value of a continuous range of values.
  • the corresponding methods are also described in Schölkopf et al. as described above.
  • the numerical value (s) can then be Therefore, tables are assigned to a specific activation pattern of personal protective equipment.
  • the at least two features are determined from a time block of the at least one signal. These are about a specific
  • the feature vector consists of the signal characterizing variables within this block. This may be, for example, the mean of the sensor data, the variance or higher moments, the first integral, the second integral, the coefficients of a wavelet decomposition, a Fourier decomposition, the index values of a codebook, if a vector quantization is applied to the input data within the block applies. Likewise, the coefficients of a polynomial regression can be determined.
  • the one or more selected feature quantities can be determined in one step at the time of the end of the block or can also be determined continuously or recursively with the arrival of the data, ie the signal.
  • the block length T may also contain appropriately processed data from various sensors with optionally different sensing principles. If different blocks are used, these blocks may also overlap or be separated in time.
  • the use of a feature vector allows features of the feature vector to be formed from signals from different sensors. This allows a comprehensive description of the accident event.
  • a computer program which runs on the control unit, in particular of the evaluation circuit, such as a microcontroller, for example.
  • This computer program may be written in an object-oriented language or other common computer languages.
  • this computer program can be used as a computer program product on a data carrier.
  • ger which is machine-readable, such as a hard disk, an electronic memory such as an EEPROM or on a magneto-optical disk or an optical disk such as a DVD or CD.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a software structure on the microcontroller
  • FIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a data flow diagram of the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a further data flow diagram of the method according to the invention
  • FIG. 6 shows a block structure
  • Figure 7 is a tree structure.
  • Support Vector Machine Algorithm The basic idea of the Support Vector Machine Algorithm is explained below, which can preferably be used for the method according to the invention.
  • the SVM algorithm is, in the simplest case, able to perform a binary classification, ie to assign an unknown data vector to one of the two classes on the basis of a training data set of data vectors. Since the two classes are not necessarily separable by a simple class boundary in the form of a straight line, or in the case of higher-dimensional input data, a hyperplane (ie linear in both cases), they would have to be mapped into a higher-dimensional feature space by a transformation. where possible. In the original space, in turn, this separating hyperplane would correspond to a nonlinear separation surface.
  • the SVM algorithm With the aid of a kernel function, the SVM algorithm now allows to calculate this separation surface without first performing the mapping into the feature space. This significantly reduces the demands on the computing power, makes the implementation of the classification technically possible in many cases (above all those with a high-dimensional feature space). Since the non-linear separation surface in the input data space can in each case be traced back to a linear one in the feature space, the generalizability of the classification method can be set well.
  • Each of the 1 feature vectors Xj of a training data set can be combined with the class information yj to form a data pair z ⁇ .
  • the two classes are assigned the values +1 and -1, where z. For example, + l can mean Fire crash and -1 can be NoFire crash.
  • the normalized edge can be expressed as
  • the scalar product ( ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ )) can be replaced by a so-called kernel function k ( xj , xp), which yields the same result, thus leaving out the projection into the higher-dimensional space
  • the solution is calculated directly in the lower dimensional input space, which is called a "core trick.”
  • kernel function kernel, for example, is:
  • the method according to the invention or the device according to the invention is trained in an off-line phase, ie before use in the vehicle, ie. H. the core, class boundaries, or support vectors are determined based on training data.
  • This information is then stored in the control unit in a suitable form, that is stored in a memory and then forms the classifier for the online operation of the device according to the invention or of the method according to the invention.
  • the device according to the invention can determine the class limits online via the listed equations or calculate the class affiliation directly. Of course it is also possible to store the class boundaries directly.
  • the data processing takes place as follows: First, a recording of the signals of the accident sensors is made and there is a feature extraction. Then the classification is carried out with the inventive
  • FIG. 1 illustrates in a block diagram the device according to the invention.
  • the device according to the invention is embodied here by way of example as a control device for the activation of personal protection devices.
  • the control unit SG a the control unit for the activation of personal protection devices.
  • Control unit which is configured only for controlling personal protection means PS, but it is alternatively possible that it is a control device for controlling safety means in general and can also make interventions in a vehicle dynamics control or a braking system.
  • the control unit SG has as a central element a microcontroller ⁇ C.
  • This microcontroller ⁇ C is an evaluation circuit according to the independent device claim. Alternatively, it is possible to use other processor types or an ASIC. It may even be possible to use a discretely constructed circuit.
  • the microcontroller .mu.C is connected to a memory S via a data input / output.
  • This memory can be a permanently descriptive be a volatile memory, as it is a so-called RAM in the usual way. However, combinations of memories which can also record data permanently under the name S are also possible. In particular, such memories from which according to the invention the class boundary or the core function and the support vectors can be loaded in order to determine this class boundary.
  • two interfaces IF1 and IF2 are connected to the microcontroller .mu.C, which are embodied here as discrete components. Ie. they are integrated circuits and convert signals from sensors located outside of the SG control unit into a data format that the microcontroller ⁇ C can process efficiently.
  • an acceleration sensor system BS1 which is located within the control unit SG, is connected to the microcontroller .mu.C via a data input. This acceleration sensor can detect accelerations at least in the vehicle longitudinal direction. Usually, however, it is possible that this acceleration sensor system BS1 also detects accelerations transversely or obliquely to the vehicle longitudinal direction. An acceleration sensor in vehicle vertical direction is possible.
  • the microcontroller .mu.C now has a software interface via which the sensor system BS1 is connected to the microcontroller .mu.C.
  • the sensor system BS1 can transmit its data analog or digital to the microcontroller .mu.C.
  • the acceleration sensor is usually constructed, d. H. a micromechanical element provides for the detection of accelerations. Alternatively, it is possible that further sensor types, such as a structure-borne noise sensor or a rotation rate sensor are arranged in the control unit SG.
  • the pressure sensor P is preferably arranged in the side parts of the vehicle to detect a side impact.
  • the pressure sensor P detects an air pressure, the by a
  • the acceleration sensor BS2 may be installed in the vehicle front, for example, to detect a pedestrian impact or a frontal impact. In this case, the acceleration sensor BS2 is installed behind the bumper, for example or on the radiator grille. It is additionally or instead possible that the acceleration sensor system BS2 is installed in the sides of the vehicle. Thus, the acceleration sensor BS2 then serves for the detection or plausibility of a side impact. In this case, the acceleration sensor BS2 can also be sensitive in various directions in order to serve for the plausibility check or detection of specific impact types.
  • the data transmission to the interface IF1 of the pressure sensor P and the acceleration sensor BS2 is usually done digitally. It is possible to use a sensor bus, but in the present case point-to-point
  • an environment sensor system U Connected to the interface IF2 is an environment sensor system U which records data from the surroundings of the vehicle.
  • other collision objects are detected, detected and characterized, for example via a trajectory or the
  • Radar, ultrasound, infrared, lidar or video sensors are possible as environment sensors.
  • Other external sensors, such as indoor sensors, are possible.
  • the microcontroller .mu.C now controls a drive circuit FLIC in response to these sensor signals and its activation algorithm, which serves to activate the personal protection means PS.
  • the drive circuit FLIC has output stages, which are turned on when a drive signal from the microcontroller ⁇ C comes. Also, a logic that the signal of the microcontroller ⁇ C with a signal plausibility or a parallel evaluation, which is not shown here for simplicity, may be present.
  • the personal protective equipment is, for example, airbags, belt tensioners, roll bars, external airbags, a liftable front hood and other possible personal protective equipment for occupant or pedestrian protection. These can be controlled pyrotechnically or reversibly, for example by an electric motor.
  • the microcontroller .mu.C forms a feature vector from the signals of the sensors BS1, P, BS2 and U and determines, based on, for example, stored linear class boundaries, which class this feature vector belongs to. As stated above, it is alternatively possible that the class boundaries in operation can be determined based on support vectors and a kernel function.
  • the microcontroller .mu.C decides whether a drive signal is generated and what content it has. This drive signal is then transmitted to the drive circuit FLIC.
  • the transmission within the control unit SG is usually carried out via the so-called SPI bus.
  • FIG. 2 illustrates important software modules used by the microcontroller ⁇ C.
  • the above-mentioned interface IF3 is shown, which is used for the application of the acceleration sensor BS1.
  • the interface IF3 has the same function as the hardware interfaces IF1 and IF2 to provide the sensor signals.
  • the software module 20 With the software module 20, a feature vector is then formed from the signals of the sensors. This is classified in the manner according to the invention with the software module 21 and based on the classification is then optionally generated with the software module 22, a control signal indicating which personal protection means are to be controlled.
  • Other software modules are possible, but not shown here for the sake of simplicity.
  • FIG. 3 explains in a flow chart the sequence of the method according to the invention.
  • a feature vector is formed from the signals of the sensors. This is classified in method step 301, based on the class boundaries. These are either loaded or determined by the support vectors and the kernel function.
  • a control signal is generated in method step 302, which indicates which personal protection devices are to be controlled.
  • FIG. 4 illustrates in a data flow diagram the function of the device according to the invention or the sequence of the method according to the invention which takes place on the device according to the invention.
  • Block 40 identifies the individual processing steps.
  • the sensors 41, 42 and 43 generate their signals, which are then available as measurement data 48.
  • a feature extract from these signals is generated. tion, since it may be, for example, the signals themselves or filtered, integrated, derived, averaged, etc. processed signals.
  • the feature vector 49 is present.
  • the classification is performed by block 46. This block 46 classifies the feature vector in the manner described above so that the class information 400 is present at the output, which then enters block 47, which is considered to be processing step 405 and the drive signal 401 generated.
  • FIG. 5 illustrates the formation of a feature vector 508.
  • the sensors are located
  • the features which have been extracted are then arranged in a vector, wherein a multiplicity of features can be present per sensor, here four for the sensor 1 and five for the sensor N, for example.
  • the number of sensors is not fixed, but there must be at least one sensor.
  • the installation location of the sensors can also be selected in a variety of ways. The method according to the invention can operate, for example, with centrally installed sensors, but also with peripheral sensors in the vehicle side, in the rear of the vehicle or in the front of the vehicle. Also, a combination, as shown above, this installation locations is possible. Examples of suitable sensors are acceleration sensors, pressure sensors, body sound sensors, temperature sensors or sensors with other physical properties
  • the conversion of the measured individual data in a feature vector is preferably done in time blocks.
  • Feature vectors of more than one time block can be calculated.
  • the block length T which is denoted by Bl, B2 and B3
  • the data of individual sensors which may already be subjected to a certain preprocessing considered in a context.
  • the feature vector consists of the signal within these blocks of characterizing quantities. This can be, for example, the mean value of the sensor the variance or higher moments, the first integral, the second integral, the coefficients of a wavelet decomposition, a Fourier decomposition, the index values of a codebook, if one applies a vector quantization to the input data within the block.
  • the coefficients of a polynomial regression can be determined. The one or more chosen
  • Feature sizes can be determined in one step at the time of the end of the block or can also be determined continuously or recursively with the arrival of the data. In extreme cases, it is also possible to match the block length T of the scanning side of the sensor so that only one data value is contained in each data block, which is then correspondingly converted into a feature vector.
  • the feature vector may also contain correspondingly processed data from various sensors with optionally different sensing principles.
  • the classification then has the task of classifying the event which has generated the feature vector into specific classes.
  • a classification can z. B. from the two classes Fire and NoFire consist (Example 1). In this case, it is a binary classifier. But it is also the accident event more precisely characterizing class divisions conceivable:
  • Ci no triggering event
  • C2 soft barrier crash
  • C3 hard barrier crash
  • Ci no triggering event
  • C2 symmetric crash event
  • Ci crash speed between Okm / h and 10km / h
  • C2 crash speed between 10km / h and 20km / h
  • C3 crash speed between 20km / h and 30km / h
  • C4 crash speed between 30km / h and 40km / h
  • C5 crash speed between 40km / h and 50km / h
  • CQ crash speed between 50km / h and 60km / h
  • such a refined classification can be successively performed.
  • the classification level 70 it is determined with the classifier 74 whether the crash severity is less than the value 4. If this is the case, then it goes to the classifier 75, which determines whether the crash severity ⁇ 2, where we are in the classifier level 71. If so, then the crash severity is determined to be 1 with the classification result as indicated in block 700. If this is not the case, then another classifier level 72 is inserted, so that the classifier 79 determines whether the

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Abstract

A device and a method for the actuation of personal protection means is provided, wherein a feature vector, having at least two features of at least one signal of an accident sensor system is formed by an evaluation circuit. The evaluation circuit classifies the feature vector into the respective dimension by means of at least one classification limit. The actuation circuit generates an actuation signal, wherein an actuation circuit actuates the personal protection means as a function of the actuation signal.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung von PersonenschutzmittelnMethod and device for controlling personal protective equipment
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method and a device for controlling personal protection means according to the preamble of the independent claims.
Aus DE 103 60 893 Al ist es bereits bekannt, Personenschutzmittel in Abhängigkeit von einem Vergleich einer Vorverlagerung mit einem Schwellwert anzusteuern. Der Schwellwert wird in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitsabbau und einer Verzögerung eingestellt. Der Geschwindigkeitsabbau und die Verzögerung spannen einen zweidimensionalen Merkmalsraum auf, der durch die Schwellwert in zwei Bereiche unterteilt wird. Diese zwei Bereiche charakterisieren die für die Ansteuerung der Personenschutzmittel signifikanten Klassen, wobei der Schwellwert die Klassengrenze darstellt.From DE 103 60 893 Al it is already known to control personal protection means in response to a comparison of a forward displacement with a threshold value. The threshold is set in response to a deceleration and deceleration. The decay and deceleration span a two-dimensional feature space which is divided by the threshold into two areas. These two areas characterize the classes that are significant for the activation of the personal protection devices, the threshold value representing the class boundary.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln haben demgegenüber den Vorteil, dass die Anwendung der Klassengrenzen nicht auf einen, zwei- oder die dreidimensionalem Merkmalsraum beschränkt ist. Es können insbesondere Abhängigkeiten der Merkmale in Räumen größer als der dritten Dimension genutzt werden. Die Klassenzugehörigkeit ist durch eine Linearkombination einer nichtlinearen Funktion mit Merkmalswerten bestimmt. Damit ist das Verfahren auf einem Steuergerät gut berechenbar bzw. reproduzierbar. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren sind komplizierte Klassifizierungsaufgaben sehr gut lösbar. Das erfin- dungsgemäße Verfahren verwendet vorzugsweise eine sogenannte Support- Vektormaschine (SVM). Diese ist durch die statistische Lerntheorie gut fundiert. Die Bestimmung der Klassengrenzen ist durch ein analytisch lösbares Optimierungsproblem gegeben, so dass dieser Vorgang automatisch ohne zusätzliches Expertenwissen von einer Rechenmaschine, insbesondere einer Auswerteschaltung, die als Mikrocontroller ausgeführt sein kann, durchgeführt werden kann. Es gibt dabei nur wenige Parameter, die vom Anwender, also einem Applikationsingenieur eingestellt werden müssen. Deswegen ist es ohne großen Aufwand, auf verschiedene Klassifizierungsprobleme im Zusammenhang mit der Unfallerken- nung anpassbar. Die Klassifizierungsqualität des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sehr hoch. Durch die Einstellung bei der Klassengrenzenfindung erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren zusätzliche Freiräume auszunutzen. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt eine hohe Generalisierungsfähigkeit. D. h. es besteht keine Gefahr, dass das Entscheidungsverfahren zu stark auf den wäh- rend der Applikation verwendeten Datensatz (Trainingsdatensatz) optimiert wird und daher für nicht in der Trainingsdatenmenge enthaltenen bisher unbekannte Daten eine schlechte Klassifizierungsleistung bietet.The inventive method for controlling personal protection devices or the inventive device for controlling personal protection means have the advantage that the application of the class boundaries is not limited to one, two or the three-dimensional feature space. In particular, dependencies of the features in rooms larger than the third dimension can be used. The class membership is determined by a linear combination of a nonlinear function with feature values. Thus, the method on a control unit is well calculated or reproducible. With the device according to the invention or the method according to the invention complicated classification tasks are very easy to solve. The invented The method according to the invention preferably uses a so-called support vector machine (SVM). This is well founded by the statistical learning theory. The determination of the class boundaries is given by an analytically solvable optimization problem, so that this process can be performed automatically without additional expert knowledge from a computing machine, in particular an evaluation circuit, which can be designed as a microcontroller. There are only a few parameters that have to be set by the user, ie an application engineer. Therefore, it is easily adaptable to various classification problems associated with accident detection. The classification quality of the method according to the invention is very high. Due to the setting in class boundary finding, the method according to the invention allows additional free space to be used. The inventive method has a high generalization ability. Ie. there is no danger that the decision-making process will be optimized too much for the data record (training data record) used during the application and therefore offers a poor classification performance for previously unknown data not contained in the training data set.
Der Merkmalsvektor ist gemäß der unabhängigen Patentansprüchen wenigstens zweidimensional. Zur Klassifizierung wird der Merkmalsvektor mit der Klassengrenze verglichen. Liegt der innerhalb einer entsprechenden Klasse, dann wird der Merkmalsvektor dieser Klasse zugeordnet.The feature vector is at least two-dimensional according to the independent patent claims. For classification, the feature vector is compared with the class boundary. If this is within a corresponding class, then the feature vector is assigned to this class.
Die Unfallsensorik kann mehrere Unfallsensoren, auch verschiedene Typen ent- halten. Die Schnittstelle zur Unfallsensorik kann hardwaremäßig oder softwaremäßig ausgeführt sein. Insbesondere kann eine softwaremäßig ausgeführte Schnittstelle auf der Auswerteschaltung, insbesondere ein Mikrocontroller, vorliegen. Anstatt eines Mikrocontrollers können auch andere Prozessoren oder ASICs als Auswerteschaltung dienen. Auch die Ansteuerungsschaltung kann als integ- rierte Schaltung in einem Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln vorliegen. Insgesamt kann die Vorrichtung als Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln oder auch integriert in einem Steuergerät zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln angeordnet sein. Das letzte Steuergerät kann dabei nämlich auch eine Fahrdynamikregelung ansteuern. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln bzw. des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Verfahrens zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln möglich.The accident sensor system can contain several accident sensors, including different types. The interface to the accident sensors can be implemented in terms of hardware or software. In particular, a software executed interface on the evaluation, in particular a microcontroller, be present. Instead of a microcontroller, other processors or ASICs can serve as an evaluation circuit. The drive circuit can also be present as an integrated circuit in a control device for controlling personal protection devices. Overall, the device can be arranged as a control device for controlling personal protection means or integrated in a control device for controlling safety means. The last control unit can namely also drive a vehicle dynamics control. The measures and refinements recited in the dependent claims, advantageous improvements of the specified in the independent claims device for controlling personal protective equipment or specified in the independent claims method for controlling personal protection means are possible.
Die Klassengrenze- oder grenzen können bereits im Vorfeld bestimmt werden. Dafür kann vorzugsweise ein datenorientiertes Modellierungsverfahren einer Support- Vektormaschine (SVM) verwendet werden. Diese Methode ist beispiels- weise aus Bernhard Schölkopf und Alex Smole: Learning with Kernels, MITThe class boundary or limits can already be determined in advance. For this purpose, preferably a data-oriented modeling method of a support vector machine (SVM) can be used. This method is, for example, from Bernhard Schölkopf and Alex Smole: Learning with Kernels, MIT
Press, Cambridge, MA, 2002 bekannt. Sie wird unten kurz erläutert.Press, Cambridge, MA, 2002. It will be briefly explained below.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Klassengrenze aus einem Speicher geladen wird. Alternativ ist es möglich, dass die Klassengrenze mittels wenigstens eines Trainingsvektors und mittels einer Kernfunktion bestimmt wird. Dieser spezielleIt is particularly advantageous that the class boundary is loaded from a memory. Alternatively, it is possible that the class boundary is determined by means of at least one training vector and by means of a kernel function. This special
Trainingsvektor ist bei der Support- Vektormaschine ein sogenannter Support- Vektor, der wie unten gezeigt wird, zu bestimmten Lösungen bei einer Nebenbedingung zur Bestimmung des Minimums einer Funktion dient. Für die Bestimmung der Lösung ist es notwendig die Merkmale so vorliegen zu haben, dass sie mit einer einfachen Klassengrenze in Form einer Geraden, bzw. bei höherdimen- sionalen Eingangsdaten einer Hyperebene (d.h. in beiden Fällen linear) trennbar sind. Wie später im Detail ausgeführt wird, ermöglicht die Kernfunktion die Merkmale implizit in eine solche linear separierbare Darstellung zu bringen ohne diesen Schritt explizit und damit mit hohem Rechenaufwand durchführen zu müssen. Diese Methode der Support- Vektormaschine ermöglicht eine effiziente und gut reproduzierbare Methode, um einen Ansteuerungsalgorithmus zu gestalten. Insbesondere können damit komplizierte Klassifizierungsaufgaben gelöst werden. Vor allem ermöglicht die Support- Vektormaschinenmethode, dass das Expertenwissen, was bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik notwen- dig ist, minimiert werden kann oder sogar ganz weggelassen werden kann. Dies macht dann auch einen Algorithmus leichter zu durchschauen und zu interpretieren. Der Ressourcenbedarf für die Darstellung der Klassengrenze (Kennlinie) wird verringert und der Applikationsaufwand reduziert. - A -Training vector is in the support vector machine a so-called support vector, which is shown below, to specific solutions in a constraint for determining the minimum of a function. For the determination of the solution, it is necessary to have the features such that they can be separated with a simple class boundary in the form of a straight line, or with higher-dimensional input data of a hyperplane (ie linear in both cases). As will be explained in detail later, the kernel function implicitly allows the features to be brought into such a linearly separable representation without having to perform this step explicitly and thus with a high computational effort. This method of the support vector machine provides an efficient and well reproducible way to design a driving algorithm. In particular, this allows complicated classification tasks to be solved. Above all, the support vector machine method enables expert knowledge, which is necessary in the prior art solutions, to be minimized or even eliminated altogether. This also makes an algorithm easier to understand and interpret. The resource requirement for displaying the class boundary (characteristic curve) is reduced and the application effort is reduced. - A -
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Klassifizierung binär ausgeführt wird. Dies ist einfach implementierbar und ermöglicht durch die Verwendung einer Baumstruktur eine Klasseneinteilung mit einer sukzessiven Verfeinerung. Dabei sind an den Verzweigungen jeweils binäre Klassifikatoren vorgesehen. Damit ist es dann möglich, komplizierte Klassifikationsprobleme durch baukastenartiges Zusammensetzen von solchen binären Klassifikatoren zu verwirklichen. Durch Weglassen von nicht benötigten binären Klassifikatoren innerhalb des Baums kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung auf ein sinnvolles Maß vereinfacht werden. Im Extremfall wird es dann auf einen einfachen binären Klassifikator zurückgeführt.It is also advantageous that the classification is carried out in binary form. This is easy to implement and, by using a tree structure, allows for a grading with a successive refinement. In each case, binary classifiers are provided at the branches. Thus, it is then possible to realize complicated classification problems by modular assembly of such binary classifiers. By omitting unneeded binary classifiers within the tree, the inventive method or device according to the invention can be simplified to a meaningful level. In extreme cases, it is then reduced to a simple binary classifier.
Dabei ist es vorteilhafter Weise möglich, zwei oder mehrere gleichartige oder unterschiedliche Klassifikationsbäume parallel zu verwenden. Damit kann ein Baum beispielsweise die Crashschwere bestimmen und der andere Baum unabhängig davon den Crashtyp. Dies kann dann später wieder verknüpft werden, um die richtige Ansteuerung zu finden.It is advantageously possible to use two or more similar or different classification trees in parallel. Thus, one tree can for example determine the crash severity and the other tree regardless of the crash type. This can then be reconnected later to find the right drive.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, jedem Baum ein bestimmtes Rückhaltemittel zuzuordnen. Beispielsweise ist es möglich, einem ersten Baum die Ansteuerung eines Gurtstraffers zuzuordnen und einem zweiten Baum die Ansteuerung einesIn addition, it is advantageous to assign a specific retention means to each tree. For example, it is possible to assign the control of a belt tensioner to a first tree and the activation of a second tree
Airbags. Wenn beide Bäume einfache einzelne binäre Klassifikatoren verwenden, welche nur die Klassen Fire bzw. NoFire kennen, kann auf diese Weise trotzdem eine unterschiedliche Ansteuerung der Rückhaltemittel verwirklicht werden. Die Ansteuerung der Rückhaltemittel geschieht damit aufgrund der durch den Klassifikator ermittelten Unfallsituation. Bei einem einfachen Klassifikator Fire/ NoFire veranlasst das Ansteuerungssignal bei Erkennen der Klasse Fire beispielsweise die sofortige Aktivierung eines zugeordneten Personenschutzmittels.Airbags. If both trees use simple single binary classifiers, which only know the classes Fire and NoFire respectively, a different control of the restraining means can nevertheless be realized in this way. The activation of the retaining means thus takes place on the basis of the accident situation determined by the classifier. For example, with a simple classifier Fire / NoFire, the drive signal, upon detection of the Fire class, causes the immediate activation of an associated personal protection device.
In einer anspruchsvolleren Ausformung verwendet das Ansteuerungssignal z. B. die Information über den Crashtyp und die Crashschwere gemeinsam. Hierzu ist in einer speziellen Tabelle für jede Kombination dieser beiden Größe eine bestimmte Zusammenstellung von Personenschutzmitteln hinterlegt, die dann aktiviert wird. Neben der oben beispielhaft angeführten Methode um eines der aufgeführten Klassifikationsprobleme mit mehr als zwei Klassen zu lösen, sind auch andere Methoden anwendbar. Die oben angegebene Referenz Schölkopf et al. zeigt noch andere Verfahren, wie ein solches Mehrklassenproblem auf günstige Art und Weise gelöst werden kann. Diese Verfahren sind in der Literatur unter denIn a more sophisticated embodiment, the drive signal uses z. B. the information about the crash type and the crash severity together. For this purpose, in a special table for each combination of these two size a specific set of personal protection deposited, which is then activated. In addition to the method exemplified above to solve one of the listed classification problems with more than two classes, other methods are also applicable. The above reference Schölkopf et al. shows still other methods of how such a multi-class problem can be solved in a favorable manner. These methods are mentioned in the literature under
Namen „one versus the rest", „pairwise Classification", „error correcting output coding" und „multiclass objective functions" bekannt.Names "one versus the rest", "pairwise classification", "error correcting output coding" and "multiclass objective functions" known.
Für besondere Problemstellungen, die im Rahmen der Unfallerkennung und Klassifizierung auftreten, kann es vorkommen, dass lediglich Trainingsdaten einer bestimmten Klasse zur Verfügung stehen. Die Aufgabe besteht dann darin, festzustellen, ob ein durch Messung bestimmter Merkmalsvektor zu einem Ereignis genau dieser Klasse gehört oder nicht. Dies entspricht einem sogenannten One-Class-Klassifizierer. Auch hierzu kann das erfindungsgemäße Verfahren und insbesondere der Support- Vektormaschinen-Algorithmus auf vorteilhafte Art und Weise eingesetzt werden. Darin kann dann typischerweise über einen Parameter V die Güte bzw. Empfindlichkeit eingestellt werden. Beispielsweise ist bei der Klassifizierung von Misuse- Ereignissen eine solche Situation gegeben. Da Misuse- Ereignisse, also Nichtauslösefälle, wesentlich leichter und kosten- günstiger durchzuführen sind als Crashtests, bei denen das Fahrzeug zerstört wird, liegen üblicherweise eine große Anzahl an solchen Testdaten durch. Mit Hilfe eines One-Class- Klassifizierers kann also ein Misuse- Erkennungssystem aufgebaut werden. D. h. alle Merkmalsvektoren, die außerhalb dieser Klasse liegen, sind Auslösefälle.For special problems that occur in the context of accident detection and classification, it may happen that only training data of a particular class are available. The task then is to determine whether or not a feature vector measured by measurement belongs to an event of that class. This corresponds to a so-called one-class classifier. For this purpose, too, the method according to the invention and in particular the support vector machine algorithm can be used in an advantageous manner. Therein, the quality or sensitivity can then typically be set via a parameter V. For example, in the classification of misuse events, such a situation exists. Since misuse events, ie non-triggering events, are much easier and cheaper to carry out than crash tests in which the vehicle is destroyed, a large number of such test data usually suffice. With the help of a one-class classifier, a misuse recognition system can be set up. Ie. all feature vectors that are outside this class are trigger cases.
Vorteilhafter Weise kann eine Regression zur Erzeugung eines kontinuierlichen Werts für die Klassifizierung verwendet werden. Dies ist insbesondere im Falle einer Klasseneinteilung, die einen stetigen Zuwachs einer bestimmten Eigenschaft beschreibt, beispielsweise wenn die Klasse die Crashschweren oder Crashgeschwindigkeiten beschreiben, vorteilhaft. Der Vorteil hierin liegt, dass in einem solchen Fall die Ausgabe des Systems nicht nur aus den diskreten Zahlenwerten besteht, sondern aus einem reellen Zahlenwert aus einem kontinuierlichen Wertebereich. Auch die entsprechenden Verfahren sind in Schölkopf et al. wie oben angegeben beschrieben. Der oder die Zahlenwerte können dann wie- derum über Tabellen einem bestimmten Aktivierungsmuster von Personenschutzmitteln zugeordnet werden.Advantageously, a regression can be used to generate a continuous value for the classification. This is particularly advantageous in the case of a classification which describes a steady increase of a certain property, for example when the class describes crash severity or crash speeds. The advantage here is that in such a case the output of the system consists not only of the discrete numerical values but of a real numerical value of a continuous range of values. The corresponding methods are also described in Schölkopf et al. as described above. The numerical value (s) can then be Therefore, tables are assigned to a specific activation pattern of personal protective equipment.
Vorteilhafter Weise werden die wenigstens zwei Merkmale aus einem zeitlichen Block des wenigstens einen Signals ermittelt. Dazu werden über eine bestimmteAdvantageously, the at least two features are determined from a time block of the at least one signal. These are about a specific
Zeit, nämlich der Blocklänge hinweg, die Signale einzelner Sensoren, die auch schon vorverarbeitet sind, wie beispielsweise eine Filterung oder eine Integration, in einem Zusammenhang betrachtet. Der Merkmalsvektor besteht aus das Signal innerhalb dieses Blocks charakterisierenden Größen. Das kann beispielsweise der Mittelwert der Sensordaten sein, die Varianz oder höhere Momente, das erste Integral, das zweite Integral, die Koeffizienten einer Wavelet-Zerlegung, eine Fourier-Zerlegung, die Indexwerte eines Codebuchs, falls man auf die Eingangsdaten innerhalb des Blocks eine Vektorquantisierung anwendet. Ebenso können die Koeffizienten einer Polynomregression bestimmt werden. Die eine oder meh- rere gewählten Merkmalsgrößen können dabei in einem Schritt zum Zeitpunkt des Blockendes bestimmt werden oder aber auch kontinuierlich oder rekursiv mit dem Eintreffen der Daten, also des Signals, bestimmt werden. Im Extremfall ist es auch möglich, die Blocklänge T der Abtastzeit des Sensors anzugleichen, so dass in jedem Datenblock nur genau ein Datenwert enthalten ist, der dann ent- sprechend in einen Merkmalsvektor umgewandet wird. Der Merkmalsvektor kann auch entsprechend verarbeitete Daten verschiedener Sensoren mit optional unterschiedlichen Sensierungsprinzipien enthalten. Werden verschiedene Blöcke verwendet, können sich diese Blöcke auch überlappen oder zeitlich voneinander getrennt sein.Time, namely the block length, the signals of individual sensors, which are already pre-processed, such as a filtering or integration, considered in context. The feature vector consists of the signal characterizing variables within this block. This may be, for example, the mean of the sensor data, the variance or higher moments, the first integral, the second integral, the coefficients of a wavelet decomposition, a Fourier decomposition, the index values of a codebook, if a vector quantization is applied to the input data within the block applies. Likewise, the coefficients of a polynomial regression can be determined. The one or more selected feature quantities can be determined in one step at the time of the end of the block or can also be determined continuously or recursively with the arrival of the data, ie the signal. In extreme cases, it is also possible to match the block length T to the sampling time of the sensor so that in each data block only exactly one data value is contained, which is then correspondingly converted into a feature vector. The feature vector may also contain appropriately processed data from various sensors with optionally different sensing principles. If different blocks are used, these blocks may also overlap or be separated in time.
Vorteilhafter Weise ermöglicht die Verwendung eines Merkmalsvektors, dass die Merkmale des Merkmalsvektors aus Signalen von unterschiedlichen Sensoren gebildet werden. Damit ist eine umfassende Beschreibung des Unfallereignisses möglich.Advantageously, the use of a feature vector allows features of the feature vector to be formed from signals from different sensors. This allows a comprehensive description of the accident event.
Vorteilhafter Weise liegt ein Computerprogramm vor, das auf dem Steuergerät insbesondere der Auswerteschaltung, wie beispielsweise ein Mikrocontroller ist, abläuft. Dieses Computerprogramm kann in einer objektorientierten Sprache o- der anderen gängigen Computersprachen geschrieben sein. Insbesondere kann dieses Computerprogramm als Computerprogrammprodukt auf einem Datenträ- ger vorliegen, der maschinenlesbar ist, beispielsweise einer Festplatte, einem e- lektronischen Speicher wie einem EEPROM oder auf einem magnetooptischen Datenträger oder einem optischen Datenträger wie eine DVD oder CD.Advantageously, there is a computer program which runs on the control unit, in particular of the evaluation circuit, such as a microcontroller, for example. This computer program may be written in an object-oriented language or other common computer languages. In particular, this computer program can be used as a computer program product on a data carrier. ger, which is machine-readable, such as a hard disk, an electronic memory such as an EEPROM or on a magneto-optical disk or an optical disk such as a DVD or CD.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,FIG. 1 shows a block diagram of the device according to the invention,
Figur 2 eine Softwarestruktur auf dem Mikrocontroller,FIG. 2 shows a software structure on the microcontroller,
Figur 3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,FIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention,
Figur 4 ein Datenablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,FIG. 4 shows a data flow diagram of the method according to the invention,
Figur 5 ein weiteres Datenablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,FIG. 5 shows a further data flow diagram of the method according to the invention,
Figur 6 eine Blockstruktur undFIG. 6 shows a block structure and
Figur 7 eine Baumstruktur.Figure 7 is a tree structure.
Im Folgenden wird die Grundidee des Support Vektor Maschinen Algorithmus erläutert, der vorzugsweise für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden kann.The basic idea of the Support Vector Machine Algorithm is explained below, which can preferably be used for the method according to the invention.
Der SVM Algorithmus ist im einfachsten Fall in der Lage, eine binäre Klassifikati- on durchzuführen, d. h. auf der Basis eines Trainingsdatensatzes aus Datenvektoren eine unbekannten Datenvektor einer der beiden Klassen zuzuordnen. Da die beiden Klassen nicht notwendigerweise durch eine einfache Klassengrenze in Form einer Geraden, bzw. bei höherdimensionalen Eingangsdaten eine Hyperebene (d. h. in beiden Fällen linear) separierbar sind, müssten diese durch ei- ne Transformation in einen höherdimensionalen Merkmalsraum abgebildet wer- den, wo solches möglich ist. Im Ursprungsraum wiederum würde diese trennende Hyperebene einer nichtlinearen Trennfläche entsprechen.The SVM algorithm is, in the simplest case, able to perform a binary classification, ie to assign an unknown data vector to one of the two classes on the basis of a training data set of data vectors. Since the two classes are not necessarily separable by a simple class boundary in the form of a straight line, or in the case of higher-dimensional input data, a hyperplane (ie linear in both cases), they would have to be mapped into a higher-dimensional feature space by a transformation. where possible. In the original space, in turn, this separating hyperplane would correspond to a nonlinear separation surface.
Mit Hilfe einer Kern-Funktion ermöglicht nun der SVM Algorithmus diese Trenn- fläche zu berechnen, ohne zuvor die Abbildung in den Merkmalsraum durchzuführen. Dies vermindert signifikant die Anforderungen an die Rechenleistung, macht in vielen Fällen (vor allen solchen mit einem hochdimensionalen Merkmalsraum) die Durchführung der Klassifikation technisch erst möglich. Da die nichtlineare Trennfläche im Eingangsdatenraum in jedem Fall auf eine lineare im Merkmalsraum zurückgeführt werden kann, lässt sich die Generalisierungsfähig- keit des Klassifikationsverfahrens gut einstellen.With the aid of a kernel function, the SVM algorithm now allows to calculate this separation surface without first performing the mapping into the feature space. This significantly reduces the demands on the computing power, makes the implementation of the classification technically possible in many cases (above all those with a high-dimensional feature space). Since the non-linear separation surface in the input data space can in each case be traced back to a linear one in the feature space, the generalizability of the classification method can be set well.
Da sich in der Literatur ausführliche Beschreibungen der Methode finden ( z. B. in Bernhard Schölkopf und Alex Smola; Learning with Kernels; MIT Press, Cam- bridge, MA, 2002) wird hier nur ein kurzer Überblick gegeben.As detailed descriptions of the method can be found in the literature (eg in Bernhard Schölkopf and Alex Smola, Learning with Kernels, MIT Press, Cambridge, MA, 2002), only a brief overview is given here.
Einfacher Fall: Es sind zwei Klassen vorhanden, die linear separierbar sind, d.h. durch eine Klassengrenze, die in Form einer Geraden (im zweidimensionalen Merkmalsraum) oder einer Ebene oder Hyperebene im höherdimensionalen Merkmalsraum existiert. Jeder der 1 Merkmalsvektoren Xj einer Trainingsdatenmenge kann mit der Klasseninformation yj zu einem Datenpaar z\ zusammenge- fasst werden. Die zwei Klassen werden den Werte +1 und -1 zugeordnet, wobei z. B.+l Fire crash bedeuten kann und -1 NoFire Crash sein kann.Simple case: There are two classes which are linearly separable, i. by a class boundary that exists in the form of a straight line (in the two-dimensional feature space) or a plane or hyperplane in the higher-dimensional feature space. Each of the 1 feature vectors Xj of a training data set can be combined with the class information yj to form a data pair z \. The two classes are assigned the values +1 and -1, where z. For example, + l can mean Fire crash and -1 can be NoFire crash.
Also:So:
Datenpaare z\ = {xt , yt ) , mit 1 < i < IData pairs z \ = {x t , y t ), with 1 <i <I
wobeiin which
yje {-l,+l}die Klasseninformation angibt und die Xj die jeweils mehrdimensionalen Merkmalsvektoren darstellen. Dann hat eine lineare mehrdimensionale Trennebene (Hyperebene) zwischen beiden Klassen die Form:y j e {-l, + l} specifies the class information and the X j represent the multi-dimensional feature vectors. Then a linear multidimensional separation plane (hyperplane) between both classes has the form:
f (x) = Wτx + b Es gilt dann:f (x) = W τ x + b It then applies:
wτxj + b > 1 , falls y, = 1 (Klasse 1) wτxj + b >- 1 , falls yj = -1 (Klasse 2)w τ xj + b> 1, if y, = 1 (class 1) w τ xj + b> - 1, if yj = -1 (class 2)
Zusammengefasst:Summarized:
yj(wτxj + b) >- 1yj w x j + b)> - 1
Gesucht wird nun genau diejenige Hyperebene, für welche der Rand m („margin") zwischen den Klassen 1 und 2 maximal („maximal margin") wird. Genau diese Hyperebene ist die optimale zur Trennung beider Klassen und hat die besten Generalisierungseigenschaften.Now we are looking for exactly that hyperplane for which the margin m between the classes 1 and 2 becomes maximal ("maximal margin"). It is precisely this hyperplane that is optimal for separating both classes and has the best generalization properties.
Der normalisierte Rand lässt sich ausdrücken alsThe normalized edge can be expressed as
1 m = w1 m = w
Der maximale Rand ist nun derjenige, für den die FunktionThe maximum edge is now the one for which the function
E(w) = I wE (w) = I w
minimal wird. Damit lässt sich die Bestimmung der Klassengrenze auf folgende Aufgabe zurückführen:becomes minimal. Thus, the determination of the class boundary can be attributed to the following task:
Es ist E(w) = _ w| 2 zu minimieren unter der Nebenbedingung der korrektenIt is E (w) = _ w | 2 to minimize under the constraint of the correct
2 '2 '
Klassifikation der Trainingsdaten, d. h. :Classification of training data, d. H. :
yj (wτxj + b) > 1, mit l ≤ i ≤ l Dies ist ein Standardproblem (Minimierung einer quadratischen Funktion mit linearen Ungleichungen als Nebenbedingung) und lässt sich mit entsprechenden Methoden lösen.yj (w τ xj + b)> 1, with l ≤ i ≤ L This is a standard problem (minimizing a quadratic function with linear inequalities as a constraint) and can be solved with appropriate methods.
Es lässt sich als Lagrange- Funktion formulieren:It can be formulated as a Lagrangian function:
L(w,b,a) = — w| 2 " ∑aXyX wτxj + b)-l), wobei die aj die Lagrange Multiplikato- i=l ren sind.L (w, b, a) = - w | 2 " ΣaXyX w τ xj + b) -l), where the aj are the Lagrange multipliers.
Nach dem Karush-Kuhn-Tucker (KTT) Theorem ergeben sich folgende Zusatzbedingungen zu den Ungleichungsnebenbedingungen:According to the Karush-Kuhn-Tucker (KTT) theorem, the following additional conditions lead to the inequality constraints:
Für die optimalen Werte von w, b und aj, bezeichnet mit w*, b* und a* gilt:For the optimal values of w, b and aj, denoted by w *, b * and a *, the following applies:
a*(yj(wτxj + b*)-l) = 0 mit l ≤ i ≤ la * (yj (w τ xj + b *) - l) = 0 with l ≤ i ≤ l
d. h. die NB (Nebenbedingung) ist entweder erfüllt oder der zugehörige Lagran- ge-Multiplikator ist Null (KTT-Komplementaritätsbedingung). Dies ist eine äußerst vorteilhafte Eigenschaft. Sie besagt nämlich anschaulich, dass nur ein Bruchteil der Merkmalsvektoren überhaupt einen nennenswerten Beitrag zur Bestimmung der Klassengrenzen leisten und berücksichtigt werden müssen, nämlich genau die, für die die Lagrange-Multiplikatoren ungleich Null sind. Diese Vektoren nennt man Supportvektoren. In ihnen liegt also die Information über die optimale Hyperebene in komprimierter Form vor.d. H. the NB (constraint) is either met or the associated lagrangian multiplier is zero (KTT complementarity condition). This is an extremely advantageous feature. It clearly shows that only a fraction of the feature vectors make any appreciable contribution to the determination of the class boundaries and must be taken into account, namely exactly those for which the Lagrange multipliers are not equal to zero. These vectors are called support vectors. In them, therefore, the information about the optimal hyperplane is available in compressed form.
Durch eine Umformung lässt sich das Finden der Lösung für die optimale Hyperebene als „Duales Optimierungsproblem" formulieren, welches lediglich von den Skalarprodukten der Merkmalsvektoren Xj abhängt:By reshaping, finding the solution for the optimal hyperplane can be formulated as a "dual optimization problem", which depends only on the scalar products of the feature vectors Xj:
1 ' 1 I1 ' 1 I
L(a) = -τ ∑a.ajy.yjx.j +fl. = "- aTKa+lTa L (a) = -τ Σ a . a jy.yj x . j + Σ fl . = " - a T Ka + l T a
1 'J=I 1=1 1 'J = I 1 = 1
Dies lässt sich mit den Standardverfahren der Quadratischen Programmierung lösen. Für eine praktische Anwendung muss der obige Ansatz noch erweitert werden. Bei Trainingsmerkmalsvektoren, welche aus realen Crashdatensätzen erzeugt wurden, ist es immer möglich, dass darin Punkte enthalten sind, welche nicht separierbar sind oder in den Bereich des Randes fallen (z. B. aufgrund von Mess- fehlem). Damit man trotzdem eine Lösung erhält, muss eine Schlupfvariable ξ C,slack variable") in die NB eingeführt werden, die eine Toleranz gegenüber solchen fehlerhaften Trainingsdaten einführt. Die relevante Gleichung lautet dann:This can be solved with the standard methods of quadratic programming. For a practical application, the above approach needs to be extended. With training feature vectors generated from real crash records, it is always possible to include therein points that are not separable or fall within the range of the edge (eg, due to measurement errors). In order to get a solution anyway, a slip variable ξ C, slack variable "must be introduced into the NB, which introduces a tolerance to such erroneous training data.
yj(wτxj + b) > 1 - ξ j > 0.yj (w τ xj + b)> 1 - j ξ> 0th
Die zu minimierende Funktion lässt sich dann alsThe function to be minimized can then be defined as
E(w) = — w| + C ^ξ; ausdrücken, wobei C als Rausch- Parameter verstanden i=l werden kann, welcher den Einfluss eines Trainingsdatenwertes auf die Klassengrenze begrenzt.E (w) = - w | + C ^ ξ ; where C can be understood as a noise parameter i = l, which limits the influence of a training data value on the class boundary.
Die Lagrangefunktion des dualen Optimierungsproblems ergibt sich dann entsprechend wie weiter oben.The Lagrange function of the dual optimization problem then arises as described above.
Typischer Fall:Typical case:
Der Fall einer linearen Separierbarkeit kommt bei Klassifizierungsproblemen zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln eher selten vor. Viel häufiger bilden die Merkmalsvektoren eine Anordnung, welche nur durch eine nichtlineare Klassen- grenze in die zugehörigen Klassen getrennt werden können. Dieses Problem könnte dadurch umgangen werden, indem man eine Abbildung Φ(x) : R"—> E in den einen höherdimensionalen Merkmalsraum E durchführt, in welchem die Klassen wiederum linear separierbar sind. Entsprechend würde dann die zu lösende Lagrangefunktion lauten:The case of a linear separability is rather rare in classification problems for the activation of restraints. Much more frequently, the feature vectors form an arrangement which can only be separated into the associated classes by a non-linear class boundary. This problem could be circumvented by introducing a mapping Φ (x): R "-> E into the one higher-dimensional feature space E, in which the classes are again linearly separable, and the corresponding Lagrange function would be:
L(a) = -\ Yjaιa]yιy] {Φ{xι),Φ{x])) + Yjaι L (a) = - \ Y j a ι a ] y ι y ] {Φ {x ι ), Φ {x ] )) + Y j a ι
^ ι ,j=l ι=l^ ι, j = l ι = l
Das bisherige Skalarprodukt (XJ, x;) wird durch das Skalarprodukt ( Φ(xι),Φ(xJ )) im Merkmalsraum ersetzt. Hier kommt nun ein entscheidender Vorteil einer SVM zum tragen. In der SVM wird die Abbildung Φ(x) : R"—> E überhaupt nicht durchgeführt. Man verwendet stattdessen eine bestimmte Eigenschaft von Skalarprodukten, die sich aus demThe previous scalar product (XJ, x;) is replaced by the scalar product (Φ (x ι ), Φ (x J )) in the feature space. Here comes a decisive advantage of an SVM to bear. In SVM, the mapping Φ (x): R "-> E is not performed at all, using instead a certain property of scalar products resulting from the
Satz von Mercer ergibt. Demnach kann unter bestimmten Bedingungen das Ska- larprodukt (Φ^^Φ^)) durch eine sog. Kernfunktion k(xj, xp ersetzt werden, die das selbe Ergebnis liefern. Damit kann von der Projektion in den höherdi- mensionalen Raum abgesehen werden und stattdessen die Lösung direkt im niedriger dimensionalen Eingangsraum errechnet werden. Dieses Vorgehen nennt man „Kerntrick". Als Kernfunktion (engl.: kerneis) kommen z. B. in Frage:Set of mercer results. Thus, under certain conditions, the scalar product (Φ ^^ Φ ^)) can be replaced by a so-called kernel function k ( xj , xp), which yields the same result, thus leaving out the projection into the higher-dimensional space Instead, the solution is calculated directly in the lower dimensional input space, which is called a "core trick." The core function (kernel), for example, is:
Gauß Kern: k(xj, xp = exp Gaussian kernel: k (x j , xp = exp
Polynom Kern: k(xj, xp = ((xf xp + ö)d Polynomial kernel: k (xj, xp = ((xf xp + ö) d
Sigmoider Kern; k(xj, xp = +θ)Sigmoider core; k (xj, xp = + Θ)
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Invers-multi-quadratischer Kern: k(xj, xp = x, -x. + cInverse multi-quadratic kernel: k (x j , xp = x, -x. + C
Darüber hinaus werden in der erwähnten Literatur noch eine Vielzahl von anderen möglichen Kernen erwähnt, die alle gegebenenfalls in Frage kommen. Ebenso wie im einfachen linearen Fall ist es für den Fall von nicht separierbaren Klassen vorteilhaft, die Schlupfvariable ξ C,slack variable") in die NB einzuführen. Die dort aufgeführten Gleichungen bleiben sinngemäß die selben. Auch hier kann die Lösung dann auf einfache Art und Weise durch die Anwendung eines Standardverfahrens zur Lösung eines Quadratischen Optimierungsproblems unter linearen Nebenbedingungen gefunden werden. In Frage kommen hier z. B. LOQO oder äquivalente Verfahren).In addition, in the literature mentioned a variety of other possible nuclei are mentioned, all of which may be appropriate. Just as in the simple linear case, it is advantageous for the case of non-separable classes to introduce the slip variable ξ C, slack variable "into the NB The equations listed there remain the same mutatis mutandis It can be found by applying a standard method for solving a quadratic optimization problem under linear constraints, eg, LOQO or equivalent methods).
Insgesamt lässt sich sagen, dass die SVM nicht, wie viele andere Verfahren, eineAll in all, it can be said that the SVM, like many other methods, does not
Schätzung einer den Eingangsdaten zugrunde liegende Dichtefunktion vornimmt, sondern sie minimiert das sog. Worst-Case Risiko der Klassifikation. Sie gehört damit zur Klasse der „verteilungsfreien Verfahren".Estimation of a density function underlying the input data, but it minimizes the so-called worst-case risk of classification. It belongs to the class of "distribution-free procedures".
Im Folgenden wird beschrieben, wie das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft ausgeführt sein kann. Grundsätzlich wird das erfindungsgemäße Verfahren bzw. erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Offline- Phase, also vor dem Einsatz im Fahrzeug, trainiert, d. h. der Kern, die Klassengrenzen oder die Supportvektoren werden anhand von Trainingsdaten festgelegt. Diese Information wird dann im Steuergerät in geeigneter Form hinter- legt, also in einem Speicher abgespeichert und bildet dann den Klassifikator für den Onlinebetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens. Falls die Supportvektoren und die Kernfunktion in der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinterlegt werden, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung online über die aufgeführten Gleichungen die Klassengrenzen bestimm- ten, bzw. die Klassenzugehörigkeit direkt berechnen. Es ist natürlich auch möglich, die Klassengrenzen direkt abzuspeichern.The following describes how the method according to the invention or the device according to the invention can be embodied by way of example. In principle, the method according to the invention or the device according to the invention is trained in an off-line phase, ie before use in the vehicle, ie. H. the core, class boundaries, or support vectors are determined based on training data. This information is then stored in the control unit in a suitable form, that is stored in a memory and then forms the classifier for the online operation of the device according to the invention or of the method according to the invention. If the support vectors and the core function are stored in the device according to the invention, the device according to the invention can determine the class limits online via the listed equations or calculate the class affiliation directly. Of course it is also possible to store the class boundaries directly.
Grundsätzlich erfolgt die Datenverarbeitung wie folgt: Zunächst wird eine Aufnahme der Signale der Unfallsensorik vorgenommen und es erfolgt eine Merk- malsextraktion. Sodann erfolgt die Klassifizierung mit dem erfindungsgemäßenBasically, the data processing takes place as follows: First, a recording of the signals of the accident sensors is made and there is a feature extraction. Then the classification is carried out with the inventive
Verfahren und letztlich erfolgt die Ansteuerung der Personenschutzmittel.Method and ultimately the control of the personal protection means.
Figur 1 erläutert in einem Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist hier beispielhaft als Steuergerät zur Ansteue- rung von Personenschutzmitteln ausgebildet. Dabei kann das Steuergerät SG einFIG. 1 illustrates in a block diagram the device according to the invention. The device according to the invention is embodied here by way of example as a control device for the activation of personal protection devices. In this case, the control unit SG a
Steuergerät sein, das lediglich zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln PS konfiguriert ist, es ist jedoch alternativ möglich, dass es sich um ein Steuergerät zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln im Allgemeinen handelt und dabei auch Eingriffe in eine Fahrdynamikregelung bzw. ein Bremssystem vornehmen kann. Das Steuergerät SG weist als zentrales Element einen Mikrocontroller μC auf.Control unit, which is configured only for controlling personal protection means PS, but it is alternatively possible that it is a control device for controlling safety means in general and can also make interventions in a vehicle dynamics control or a braking system. The control unit SG has as a central element a microcontroller μC.
Dieser Mikrocontroller μC ist eine Auswerteschaltung gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch. Alternativ ist es möglich, andere Prozessortypen oder einen ASIC zu verwenden. Es kann sogar möglich sein eine diskret aufgebaute Schaltung zu verwenden. Der Mikrocontroller μC ist über eine Datenein-/ausgang mit einem Speicher S verbunden. Dieser Speicher kann ein dauerhaft beschreib- barer bzw. ein flüchtig beschreibbarer Speicher sein, wie es ein sogenanntes RAM in üblicher Weise ist. Es sind jedoch auch Kombinationen von Speichern, die auch dauerhaft Daten aufnehmen können unter der Bezeichnung S möglich. Insbesondere solche Speicher, aus denen erfindungsgemäß die Klassengrenze bzw. die Kernfunktion und die Supportvektoren geladen werden können, um diese Klassengrenze zu bestimmen. Weiterhin sind an den Mikrocontroller μC zwei Schnittstellen IFl und IF2 angeschlossen, die hier als diskrete Bausteine ausgebildet sind. D. h. sie liegen als integrierte Schaltungen vor und wandeln Signale von Sensoren, die sich außerhalb des Steuergeräts SG befinden, in ein Daten- format um, das der Mikrocontroller μC effizient abarbeiten kann. Weiterhin ist an den Mikrocontroller μC über einen Dateneingang eine Beschleunigungssensorik BSl angeschlossen, die sich innerhalb des Steuergeräts SG befindet. Diese Beschleunigungssensorik kann zumindest in Fahrzeuglängsrichtung Beschleunigungen erfassen. Üblicherweise ist es jedoch möglich, dass diese Beschleuni- gungssensorik BSl auch Beschleunigungen quer oder schräg zur Fahrzeuglängsrichtung erfasst. Auch eine Beschleunigungssensorik in Fahrzeugsvertikalrichtung ist möglich.This microcontroller μC is an evaluation circuit according to the independent device claim. Alternatively, it is possible to use other processor types or an ASIC. It may even be possible to use a discretely constructed circuit. The microcontroller .mu.C is connected to a memory S via a data input / output. This memory can be a permanently descriptive be a volatile memory, as it is a so-called RAM in the usual way. However, combinations of memories which can also record data permanently under the name S are also possible. In particular, such memories from which according to the invention the class boundary or the core function and the support vectors can be loaded in order to determine this class boundary. Furthermore, two interfaces IF1 and IF2 are connected to the microcontroller .mu.C, which are embodied here as discrete components. Ie. they are integrated circuits and convert signals from sensors located outside of the SG control unit into a data format that the microcontroller μC can process efficiently. Furthermore, an acceleration sensor system BS1, which is located within the control unit SG, is connected to the microcontroller .mu.C via a data input. This acceleration sensor can detect accelerations at least in the vehicle longitudinal direction. Usually, however, it is possible that this acceleration sensor system BS1 also detects accelerations transversely or obliquely to the vehicle longitudinal direction. An acceleration sensor in vehicle vertical direction is possible.
Der Mikrocontroller μC weist nun eine Softwareschnittstelle auf, über die die Sensorik BSl an den Mikrocontroller μC angeschlossen ist. Die Sensorik BSl kann ihre Daten analog oder digital an den Mikrocontroller μC übertragen. Die Beschleunigungssensorik ist üblicherweise aufgebaut, d. h. ein mikromechanisches Element sorgt für die Erfassung der Beschleunigungen. Alternativ ist es möglich, dass weitere Sensortypen, wie eine Körperschallsensorik oder eine Drehratensensorik im Steuergerät SG angeordnet sind.The microcontroller .mu.C now has a software interface via which the sensor system BS1 is connected to the microcontroller .mu.C. The sensor system BS1 can transmit its data analog or digital to the microcontroller .mu.C. The acceleration sensor is usually constructed, d. H. a micromechanical element provides for the detection of accelerations. Alternatively, it is possible that further sensor types, such as a structure-borne noise sensor or a rotation rate sensor are arranged in the control unit SG.
An die Schnittstelle IFl ist eine Drucksensorik P und eine ausgelagerte Beschleunigungssensorik BS2 angeschlossen. Die Drucksensorik P ist vorzugsweise in den Seitenteilen des Fahrzeugs angeordnet, um einen Seitenaufprall zu detektieren. Dabei erfasst die Drucksensorik P einen Luftdruck, der durch einenTo the interface IFl a pressure sensor P and an outsourced acceleration sensor BS2 is connected. The pressure sensor P is preferably arranged in the side parts of the vehicle to detect a side impact. In this case, the pressure sensor P detects an air pressure, the by a
Seitenaufprall im Seitenteil adiabatisch komprimiert wird. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Detektierung eines solchen Seitenaufpralls. Die Beschleunigungssensorik BS2 kann in der Fahrzeugfront eingebaut sein, um beispielsweise ein Fußgängeraufprall oder einen Frontaufprall zu detektieren. Dabei wird die Beschleunigungssensorik BS2 beispielsweise hinter dem Stoßfänger eingebaut oder am Kühlergrill. Es ist zusätzlich oder anstatt möglich, dass die Beschleuni- gungssensorik BS2 in den Fahrzeugseiten eingebaut ist. Damit dient die Beschleunigungssensorik BS2 dann zur Detektion bzw. Plausibilisierung eines Seitenaufpralls. Dabei kann die Beschleunigungssensorik BS2 ebenfalls in ver- schiedenen Richtungen empfindlich sein, um zur Plausibilisierung bzw. Detektion von bestimmten Aufprallarten zu dienen.Side impact in the side part is adiabatically compressed. This allows a very fast detection of such a side impact. The acceleration sensor BS2 may be installed in the vehicle front, for example, to detect a pedestrian impact or a frontal impact. In this case, the acceleration sensor BS2 is installed behind the bumper, for example or on the radiator grille. It is additionally or instead possible that the acceleration sensor system BS2 is installed in the sides of the vehicle. Thus, the acceleration sensor BS2 then serves for the detection or plausibility of a side impact. In this case, the acceleration sensor BS2 can also be sensitive in various directions in order to serve for the plausibility check or detection of specific impact types.
Die Datenübertragung zur Schnittstelle IFl von der Drucksensorik P und der Beschleunigungssensorik BS2 geschieht üblicherweise digital. Es ist möglich ei- nen Sensorbus zu verwenden, vorliegend sind jedoch Punkt-zu-Punkt-The data transmission to the interface IF1 of the pressure sensor P and the acceleration sensor BS2 is usually done digitally. It is possible to use a sensor bus, but in the present case point-to-point
Verbindungen mit einer Powerlinedatenübertragung vorgesehen.Connections provided with a power data transmission.
An die Schnittstelle IF2 ist eine Umfeldsensorik U angeschlossen, die Daten aus dem Umfeld des Fahrzeugs erfasst. Dabei werden andere Kollisionsobjekte er- kannt, detektiert und charakterisiert, beispielsweise über eine Trajektorie bzw. dieConnected to the interface IF2 is an environment sensor system U which records data from the surroundings of the vehicle. In this case, other collision objects are detected, detected and characterized, for example via a trajectory or the
Kollisionsgeschwindigkeit. Als Umfeldsensorik ist eine Radar-, Ultraschall-, Infrarot-, Lidar- oder Videosensorik möglich. Andere externe Sensoriken, wie eine In- sassensensorik sind möglich.Collision speed. Radar, ultrasound, infrared, lidar or video sensors are possible as environment sensors. Other external sensors, such as indoor sensors, are possible.
Der Mikrocontroller μC steuert nun in Abhängigkeit von diesen Sensorsignalen und seinem Ansteuerungsalgorithmus eine Ansteuerschaltung FLIC an, die zur Aktivierung der Personenschutzmittel PS dient. Die Ansteuerschaltung FLIC weist Endstufen auf, die durchgeschaltet werden, wenn ein Ansteuersignal vom Mikrocontroller μC kommt. Auch eine Logik, die das Signal des Mikrocontrollers μC mit einem Signal einer Plausibilisierung oder einer parallelen Auswertung, die hier der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, kann vorhanden sein. Bei den Personenschutzmitteln handelt es sich beispielsweise um Airbags, Gurtstraffer, Überrollbügel, Außenairbags, eine anhebbare Fronthaube und andere für den Insassen- oder Fußgängerschutz möglichen Personenschutzmittel. Diese können pyrotechnisch oder reversibel, beispielsweise elektromotorisch, angesteuert werden. Weitere Komponenten, die zur Funktion des Steuergeräts SG im Allgemeinen notwendig sind, aber zum Verständnis der Erfindung nicht beitragen, sind der Einfachheit halber hier weggelassen worden. Der Mikrocontroller μC bildet aus den Signalen der Sensoren BSl, P, BS2 und U einen Merkmalsvektor und bestimmt anhand beispielsweise abgespeicherter linearer Klassengrenzen, zu welcher Klasse dieser Merkmalsvektor gehört. Wie oben angegeben ist es alternativ möglich, dass die Klassengrenzen im Betrieb anhand von Supportvektoren und einer Kernfunktion bestimmt werden können.The microcontroller .mu.C now controls a drive circuit FLIC in response to these sensor signals and its activation algorithm, which serves to activate the personal protection means PS. The drive circuit FLIC has output stages, which are turned on when a drive signal from the microcontroller μC comes. Also, a logic that the signal of the microcontroller μC with a signal plausibility or a parallel evaluation, which is not shown here for simplicity, may be present. The personal protective equipment is, for example, airbags, belt tensioners, roll bars, external airbags, a liftable front hood and other possible personal protective equipment for occupant or pedestrian protection. These can be controlled pyrotechnically or reversibly, for example by an electric motor. Other components which are generally necessary to the operation of the controller SG but which do not contribute to the understanding of the invention have been omitted here for the sake of simplicity. The microcontroller .mu.C forms a feature vector from the signals of the sensors BS1, P, BS2 and U and determines, based on, for example, stored linear class boundaries, which class this feature vector belongs to. As stated above, it is alternatively possible that the class boundaries in operation can be determined based on support vectors and a kernel function.
Anhand der Klassifizierung entscheidet der Mikrocontroller μC, ob ein Ansteuersignal erzeugt wird und welchen Inhalt es hat. Dieses Ansteuersignal wird dann zur Ansteuerungsschaltung FLIC übertragen. Die Übertragung innerhalb des Steuergeräts SG erfolgt üblicherweise über den sogenannten SPI-Bus.On the basis of the classification, the microcontroller .mu.C decides whether a drive signal is generated and what content it has. This drive signal is then transmitted to the drive circuit FLIC. The transmission within the control unit SG is usually carried out via the so-called SPI bus.
Figur 2 erläutert wichtige Softwaremodule, die der Mikrocontroller μC benutzt. Zunächst ist die oben angesprochene Schnittstelle IF3 dargestellt, die zur Anwendung der Beschleunigungssensorik BSl dient. Die Schnittstelle IF3 hat die Funktion wie die Hardwareschnittstellen IFl und IF2, die Sensorsignale bereitzu- stellen. Mit dem Softwaremodul 20 wird dann ein Merkmalsvektor aus den Signalen der Sensoren gebildet. Dieser wird in der erfindungsgemäßen Art und Weise mit dem Softwaremodul 21 klassifiziert und anhand der Klassifizierung wird mit dem Softwaremodul 22 dann gegebenenfalls ein Ansteuerungssignal erzeugt, das angibt, welche Personenschutzmittel anzusteuern sind. Weitere Software- module sind möglich, der Einfachheit halber jedoch vorliegend nicht dargestellt.Figure 2 illustrates important software modules used by the microcontroller μC. First, the above-mentioned interface IF3 is shown, which is used for the application of the acceleration sensor BS1. The interface IF3 has the same function as the hardware interfaces IF1 and IF2 to provide the sensor signals. With the software module 20, a feature vector is then formed from the signals of the sensors. This is classified in the manner according to the invention with the software module 21 and based on the classification is then optionally generated with the software module 22, a control signal indicating which personal protection means are to be controlled. Other software modules are possible, but not shown here for the sake of simplicity.
Figur 3 erläutert in einem Flussdiagramm den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Verfahrensschritt 300 wird aus den Signalen der Sensoren ein Merkmalsvektor gebildet. Dieser wird in Verfahrensschritt 301 klassifiziert, und zwar anhand der Klassengrenzen. Diese werden entweder geladen oder mittels der Supportvektoren und der Kernfunktion bestimmt. Anhand der Klassifizierung wird im Verfahrensschritt 302 ein Ansteuerungssignal erzeugt, das angibt, welche Personenschutzmittel anzusteuern sind.FIG. 3 explains in a flow chart the sequence of the method according to the invention. In method step 300, a feature vector is formed from the signals of the sensors. This is classified in method step 301, based on the class boundaries. These are either loaded or determined by the support vectors and the kernel function. On the basis of the classification, a control signal is generated in method step 302, which indicates which personal protection devices are to be controlled.
Figur 4 erläutert in einem Datenablaufdiagramm die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, der auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung abläuft. Durch den Block 40 werden die einzelnen Verarbeitungsschritte gekennzeichnet. Im Verarbeitungsschritt 402 erzeugen die Sensoren 41, 42 und 43 ihre Signale, die dann als Messdaten 48 vor- liegen. Im Verfahrensschritt 403 wird aus diesen Signalen eine Merkmalsextrak- tion durchgeführt, da es sich beispielsweise um die Signale an sich oder um gefilterte, integrierte, abgeleitete, gemittelte usw. bearbeitete Signale handeln kann. Damit liegt dann, wie durch den Block 44 gekennzeichnet, der Merkmalsvektor 49 vor. In Verfahrensschritt 404 erfolgt die Klassifizierung durch den Block 46. Dieser Block 46 klassifiziert in der oben beschriebenen Weise den Merkmalsvektor, so dass am Ausgang die Klasseninformation 400 vorliegt, die dann in den Block 47 eingeht, der als Verarbeitungsschritt 405 gilt und das Ansteuerungssig- nal 401 erzeugt.FIG. 4 illustrates in a data flow diagram the function of the device according to the invention or the sequence of the method according to the invention which takes place on the device according to the invention. Block 40 identifies the individual processing steps. In the processing step 402, the sensors 41, 42 and 43 generate their signals, which are then available as measurement data 48. In method step 403, a feature extract from these signals is generated. tion, since it may be, for example, the signals themselves or filtered, integrated, derived, averaged, etc. processed signals. As a result, as indicated by the block 44, the feature vector 49 is present. In step 404, the classification is performed by block 46. This block 46 classifies the feature vector in the manner described above so that the class information 400 is present at the output, which then enters block 47, which is considered to be processing step 405 and the drive signal 401 generated.
Figur 5 erläutert die Bildung eines Merkmalsvektors 508. Es liegen die SensorenFIG. 5 illustrates the formation of a feature vector 508. The sensors are located
500, 501 und 502 vor. Deren Signale werden in den Blöcken 503, 504 und 505 einer Vorverarbeitung, beispielsweise einer Filterung oder Integration oder einer anderen mathematischen Operation unterzogen. In den Blöcken 506, 507 und 508 erfolgt dann die zeitliche Blockbildung und die Merkmalsextraktion. Im Merkmalsvektor 508 sind dann die Merkmale, die extrahiert worden sind, in einem Vektor angeordnet, wobei pro Sensor eine Vielzahl von Merkmalen vorliegen kann, hier beispielsweise für den Sensor 1 vier und für den Sensor N fünf. Die Anzahl der Sensoren ist dabei nicht festgelegt, es muss jedoch mindestens ein einziger Sensor vorhanden sein. Auch der Einbauort der Sensoren ist vielfäl- tig wählbar. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mit zentral eingebauten Sensoren arbeiten, ebenso aber auch mit peripheren Sensoren in der Fahrzeugseite, im Fahrzeugheck oder in der Fahrzeugfront. Auch eine Kombination, wie oben dargestellt, dieser Einbauorte ist möglich. Als Sensoren kommen beispielsweise in Frage Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Körper- schallsensoren, Temperatursensoren oder Sensoren mit anderen physikalischen500, 501 and 502 ago. Their signals are subjected to pre-processing in blocks 503, 504 and 505, for example filtering or integration or some other mathematical operation. In blocks 506, 507 and 508, the temporal block formation and the feature extraction then take place. In the feature vector 508, the features which have been extracted are then arranged in a vector, wherein a multiplicity of features can be present per sensor, here four for the sensor 1 and five for the sensor N, for example. The number of sensors is not fixed, but there must be at least one sensor. The installation location of the sensors can also be selected in a variety of ways. The method according to the invention can operate, for example, with centrally installed sensors, but also with peripheral sensors in the vehicle side, in the rear of the vehicle or in the front of the vehicle. Also, a combination, as shown above, this installation locations is possible. Examples of suitable sensors are acceleration sensors, pressure sensors, body sound sensors, temperature sensors or sensors with other physical properties
Messprinzipien.Measuring principles.
Die Umwandlung der gemessenen Einzeldaten in einem Merkmalsvektor geschieht vorzugsweise in Zeitblöcken. Es können Merkmalsvektoren von mehr als einem Zeitblock berechnet werden. Dazu wird, wie in Figur 6 gezeigt, über eine bestimmte Zeit, hier der Blocklänge T, die mit Bl, B2 und B3 bezeichnet ist, die Daten einzelner Sensoren, die durchaus schon einer gewissen Vorverarbeitung unterworfen sein dürfen in einem Zusammenhang betrachtet. Wie oben dargestellt, besteht der Merkmalsvektor aus das Signal innerhalb dieser Blöcke cha- rakterisierenden Größen. Das kann beispielsweise der Mittelwert der Sensorda- ten sein, die Varianz oder höhere Momente, das erste Integral, das zweite Integral, die Koeffizienten einer Waveletzerlegung, einer Fourrierzerlegung, die Indexwerte eines Codebuchs, falls man auf die Eingangsdaten innerhalb des Blocks eine Vektorquantisierung anwendet. Ebenso können die Koeffizienten ei- ner Polynomregression bestimmt werden. Die eine oder mehrere gewähltenThe conversion of the measured individual data in a feature vector is preferably done in time blocks. Feature vectors of more than one time block can be calculated. For this purpose, as shown in Figure 6, over a certain time, here the block length T, which is denoted by Bl, B2 and B3, the data of individual sensors, which may already be subjected to a certain preprocessing considered in a context. As indicated above, the feature vector consists of the signal within these blocks of characterizing quantities. This can be, for example, the mean value of the sensor the variance or higher moments, the first integral, the second integral, the coefficients of a wavelet decomposition, a Fourier decomposition, the index values of a codebook, if one applies a vector quantization to the input data within the block. Likewise, the coefficients of a polynomial regression can be determined. The one or more chosen
Merkmalsgrößen können dabei in einem Schritt zum Zeitpunkt des Blockendes bestimmt werden oder aber auch kontinuierlich oder rekursiv mit dem Eintreffen der Daten bestimmt werden. Im Extremfall ist es auch möglich, die Blocklänge T der Abtastseite des Sensors anzugleichen, so dass in jedem Datenblock nur ge- nau ein Datenwert enthalten ist, der dann entsprechend in einen Merkmalsvektor umgewandelt wird. Der Merkmalsvektor kann auch entsprechend verarbeitete Daten verschiedener Sensoren mit optional unterschiedlichen Sensierungsprinzi- pien enthalten.Feature sizes can be determined in one step at the time of the end of the block or can also be determined continuously or recursively with the arrival of the data. In extreme cases, it is also possible to match the block length T of the scanning side of the sensor so that only one data value is contained in each data block, which is then correspondingly converted into a feature vector. The feature vector may also contain correspondingly processed data from various sensors with optionally different sensing principles.
Die Klassifizierung hat dann die Aufgabe, das Ereignis, welches den Merkmalsvektor erzeugt hat, in bestimmte Klassen einzuteilen. Eine solche Klasseneinteilung kann z. B. aus den beiden Klassen Fire und NoFire bestehen (Beispiel 1). In diesem Fall handelt es sich um einen binären Klassifikator. Es sind aber auch das Unfallereignis genauer charakterisierende Klasseneinteilungen vorstellbar:The classification then has the task of classifying the event which has generated the feature vector into specific classes. Such a classification can z. B. from the two classes Fire and NoFire consist (Example 1). In this case, it is a binary classifier. But it is also the accident event more precisely characterizing class divisions conceivable:
Beispiel 2:Example 2:
Ci = Kein Auslöseereignis C2 = Crash gegen weiche Barriere C3 = Crash gegen harte BarriereCi = no triggering event C2 = soft barrier crash C3 = hard barrier crash
Beispiel 3:Example 3:
Ci = Kein Auslöseereignis C2 = symmetrisches CrashereignisCi = no triggering event C2 = symmetric crash event
C3 = links-Crash C4 = rechts- CrashC3 = left crash C4 = right crash
Beispiel 4: C^ = Crashschwere 1 C2 = Crashschwere 2 C3 = Crashschwere 3 C4 = Crashschwere 4 C5 = Crashschwere 5Example 4: C ^ = crash severity 1 C2 = crash severity 2 C3 = crash severity 3 C4 = crash severity 4 C5 = crash severity 5
CQ = Crashschwere 6 C 7 = Crashschwere 7CQ = crash severity 6 C 7 = crash severity 7
Beispiel 5:Example 5:
Ci = Crashgeschwindigkeit zwischen Okm/h und 10km/hCi = crash speed between Okm / h and 10km / h
C2 = Crashgeschwindigkeit zwischen 10km/h und 20km/hC2 = crash speed between 10km / h and 20km / h
C3 = Crashgeschwindigkeit zwischen 20km/ und 30km/hC3 = crash speed between 20km / h and 30km / h
C4 = Crashgeschwindigkeit zwischen 30km/h und 40km/h C5 = Crashgeschwindigkeit zwischen 40km/h und 50km/hC4 = crash speed between 30km / h and 40km / h C5 = crash speed between 40km / h and 50km / h
CQ = Crashgeschwindigkeit zwischen 50km/h und 60km/hCQ = crash speed between 50km / h and 60km / h
Mit Binärenklassifikation kann, wie Figur 7 zeigt, eine solche verfeinerte Klassifizierung sukzessive durchgeführt werden. In der Klassifikationsebene 70 wird mit dem Klassifikator 74 festgestellt, ob die Crashschwere kleiner dem Wert 4 ist. Ist das der Fall, so wird zum Klassifikator 75 gegangen, der feststellt, ob die Crashschwere < 2 ist, wobei wir uns dann in der Klassifikatorebene 71 befinden. Ist das so, dann wird als Klassifikationsresultat die Crashschwere mit 1, wie in Block 700 angegeben, festgestellt. Ist das jedoch nicht der Fall, dann wird eine weitere Klassifikatorebene 72 eingefügt, so dass der Klassifikator 79 feststellt, ob dieWith binary classification, as shown in FIG. 7, such a refined classification can be successively performed. In the classification level 70 it is determined with the classifier 74 whether the crash severity is less than the value 4. If this is the case, then it goes to the classifier 75, which determines whether the crash severity <2, where we are in the classifier level 71. If so, then the crash severity is determined to be 1 with the classification result as indicated in block 700. If this is not the case, then another classifier level 72 is inserted, so that the classifier 79 determines whether the
Crashschwere < 3 ist. Ist das der Fall, dann wird das Klassifikationsergebnis 701 mit der Crasschwere = 2 festgestellt, ist das nicht der Fall, dann wird das Klassifikationsresultat 702 mit der Crashschwere = 3 festgestellt. Wurde in der Klassifikatorebene jedoch festgestellt, dass die Crashschwere nicht < 4 ist, dann wird in die Klassifikatorebene 71 gesprungen und dabei zum Klassifikator 76. Dieser prüft nun, ob die Crashschwere < 6 ist. Ist das der Fall, dann wird zur Klassifikatorebene 72 gesprungen und dabei zum Klassifikator 78. Dieser prüft, ob die Crashschwere < 5 ist. Ist das der Fall, dann wird zum Klassifikationsresultat 73 gesprungen, und zwar hier zu Block 703 der feststellt, dass die Crashschwere = 4 ist. Wurde durch den Klassifikator 78 festgestellt, dass die Crashschwere nicht < 5 ist, dann wird zum Klassifikationsresulat 704 gesprungen und festgestellt, dass die Crashschwere = 5 ist. Wurde durch den Klassifikator 76 in der Klassifikationsebene 71 festgestellt, dass die Crashschwere nicht < 6 ist, dann wird zum Klassifikator 77 gesprungen, und zwar in der Klassifikatorebene 72, wo geprüft wird, ob die Crashschwere < 7 ist. Ist das der Fall, dann wird das Klassifikationsresultat 705 festgestellt, dass die Crashschwere = 6 ist. Ist das jedoch nicht der Fall, dann wird festgestellt, dass das Klassifikationsresultat 706 vorliegt, und zwar die Crashschwere = 7. Diese Werte sind hier beispielhaft dargestellt. Es können ganz andere Werte verwendet werden. Wie Figur 7 auch zeigt, muss nicht in jeder Klassifikatorebene ein Klassifikator für jede Verzweigung sein, es kann auch direkt zu einem Klassifikationsresultat gesprungen werden. Crash severity <3 is. If this is the case, the classification result 701 is determined with the crash severity = 2, this is not the case, then the classification result 702 is determined with the crash severity = 3. If, however, it has been determined in the classifier level that the crash severity is not <4, then the classifier level 71 is jumped to classifier 76, which then checks whether the crash severity is <6. If this is the case, then it jumps to the classifier level 72 and thereby to the classifier 78. This checks whether the crash severity is <5. If this is the case, then the classification result 73 is jumped to block 703, which determines that the crash severity = 4. Was determined by the classifier 78 that the crash severity is not <5, then jump to the classification result 704 and determine that the crash severity = 5. If it was determined by the classifier 76 in the classification level 71 that the crash severity is not <6, then the classifier 77 is jumped to the classifier level 72, where it is checked whether the crash severity is <7. If so, then the classification result 705 is determined that the crash severity = 6. If this is not the case, then it is determined that the classification result is 706, namely the crash severity = 7. These values are exemplified here. You can use completely different values. As FIG. 7 also shows, it is not necessary to have a classifier for each branch in every classifier level, it is also possible to jump directly to a classification result.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln (PS) mit folgenden Verfahrensschritten:1. Method for controlling personal protective equipment (PS) with the following method steps:
Bildung eines Merkmalsvektors mit wenigstens zwei Merkmalen aus wenigs- tens einem Signal einer Unfallsensorik (BSl, BS2, P, O)Formation of a feature vector with at least two features from at least one signal of an accident sensor system (BS1, BS2, P, O)
Klassifizierung des Merkmalsvektors in der entsprechenden Dimension mittels wenigstens einer KlassengrenzeClassification of the feature vector in the corresponding dimension by means of at least one class boundary
Ansteuerung der Personenschutzmittel (PS) in Abhängigkeit von der Klassifizierung.Control of personal protection equipment (PS) depending on the classification.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klassengrenze aus einem Speicher (S) geladen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the at least one class boundary is loaded from a memory (S).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klassengrenze mittels wenigstens eines Trainingsvektors und mittels einer Kernfunktion bestimmt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the at least one class boundary is determined by means of at least one training vector and by means of a kernel function.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassifizierung binär ausgeführt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the classification is carried out in binary.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die binäre Klassifizierung wenigstens ein erster Baum verwendet wird, an dessen Verzweigungen jeweils eine jeweilige binäre Klassifizierung durchgeführt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that for the binary classification at least a first tree is used, at the branches of each a respective binary classification is performed.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einem jeweiligem Baum ein Personenschutzmittel (PS) zugeordnet ist.6. The method according to claim 5, characterized in that a respective tree is assigned a personal protection means (PS).
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einem zweiten7. The method according to claim 5, characterized in that a second
Baum eine Crashschwere und einem dritten Baum ein Crashtyp zugeordnet ist. Tree is assigned a crash severity and a crash type is assigned to a third tree.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Klassifizierung eine Regression zur Erzeugung eines kontinuierlichen Werts verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a regression for generating a continuous value is used for the classification.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Merkmale aus einem zeitlichen Block gewonnen werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least two features are obtained from a time block.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Merkmale aus Signalen von unterschiedlichen Unfallsensoren gebildet werden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least two features are formed from signals from different accident sensors.
11. Vorrichtung zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln (PS) mit:11. Device for controlling personal protective equipment (PS) with:
wenigstens einer Schnittstelle (IFl, IF2, IF3), die wenigstens ein Signal einer Unfallsensorik (BSl, BS2, P, O) bereitstellt einer Auswerteschaltung (μC), die einen Merkmalsvektor mit wenigstens zwei Merkmalen aus dem wenigstens einen Signal bildet und den Merkmals- vektor in seiner entsprechenden Dimension mittels wenigstens einer Klassengrenze klassifiziert, wobei die Auswerteschaltung (μC) in Abhängigkeit von der Klassifizierung ein Ansteuersignal erzeugt einer Ansteuerungsschaltung (FLIC), die in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal die Personenschutzmittel (PS) ansteuert.at least one interface (IF1, IF2, IF3), which provides at least one signal of an accident sensor system (BS1, BS2, P, O) to an evaluation circuit (.mu.C) which forms a feature vector with at least two features from the at least one signal and the characteristic value Vector classified in its corresponding dimension by means of at least one class boundary, wherein the evaluation circuit (.mu.C) depending on the classification, a drive signal generates a drive circuit (FLIC) which controls the personal protection means (PS) in response to the drive signal.
12. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausführt, wenn es auf einem Steuergerät (SG) abläuft.A computer program executing all the steps of a method according to any one of claims 1 to 10 when running on a controller (SG).
13. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinen- lesbaren Träger gespeichert ist zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Programm auf einem Steuergerät (SG) ausgeführt wird. 13. Computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, when the program is executed on a control unit (SG).
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