EP4241458A1 - Vorrichtung zum detektieren von luftschall für automobile anwendungen, verfahren zu deren herstellung und automatisiertes fahrsystem umfassend eine derartige vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum detektieren von luftschall für automobile anwendungen, verfahren zu deren herstellung und automatisiertes fahrsystem umfassend eine derartige vorrichtung

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EP4241458A1
EP4241458A1 EP21798979.7A EP21798979A EP4241458A1 EP 4241458 A1 EP4241458 A1 EP 4241458A1 EP 21798979 A EP21798979 A EP 21798979A EP 4241458 A1 EP4241458 A1 EP 4241458A1
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EP
European Patent Office
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aks
acoustic sensor
driving system
component
sound channel
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EP21798979.7A
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EP4241458B1 (de
EP4241458C0 (de
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Michael Hertkorn
Jens Giesler
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Definitions

  • Device for detecting airborne noise for automotive applications comprising such a device
  • the invention relates to a device for detecting airborne noise for automotive applications, a method for its production and an automated driving system comprising such a device
  • DE 10 2016 006 802 A1 discloses a method and a device for detecting at least one special signal emanating from an emergency vehicle.
  • the German application with the file number 10 2019 206 331.4 discloses a device for detecting airborne noise for automotive applications, comprising a flow bypass that runs between a protective grille and a first membrane of the device.
  • the flow bypass directs fluids and/or foreign bodies that have entered the device away from the first membrane and out of the device due to the air flow.
  • a sound channel of the device and the flow bypass are realized by an inflow component.
  • the inflow component includes a bulge.
  • the bulge includes a hollow space that runs through the axial axis and through which the sound channel is realized.
  • the inflow component is brought together with the protective grille in such a way that the flow bypass is realized by a free space between the inflow component and the protective grille. This means that the flow bypass runs between the protective grille and the inflow component.
  • the invention was made in view of the finding that the flow bypass causes very high wind noise and when used in a driving system can only be used up to a speed of the driving system of essentially 50 km/h.
  • the object of the invention was to provide a device for detecting airborne noise for automotive applications that is improved compared to the prior art to provide, in particular, such a device in which no wind noise dominates even at high speeds of the driving system.
  • the device detects airborne noise for automotive applications in which air flows are present between the device and a sound source of the airborne noise.
  • the device solves the task through system properties from the specific matching of individual components of the device to one another.
  • the device comprises an acoustic sensor as a component.
  • the device includes a protective grid to protect the device against the ingress of coarser foreign bodies.
  • the protective grille comprises at least one opening for airborne noise to enter the device. The opening is arranged axially offset to an axial axis of the device.
  • the device comprises an acoustically permeable, hydrophobic and/or lipophobic first membrane.
  • the first membrane is arranged behind the protective grille in the air flow direction in such a way that when water jets enter the opening, the water jet flows past the first membrane and back out of the opening.
  • the device also includes a sound channel arranged parallel to the axial axis, at the first end of which, in the air flow direction, the first membrane is arranged and at the second end of which the acoustic sensor is arranged. The sound channel is protected by the first membrane against the effects of moisture and foreign bodies. Compared to the sound channel in the German application with the file number
  • the length of the sound channel of the device according to the invention is shortened.
  • the length of the sound channel is less than 10 mm, preferably less than 6 mm, particularly preferably less than 3 mm.
  • the diameter, length, volume, shape and/or material properties of the sound channel are adapted in such a way that natural modes of the device are greater than 8 KHz, preferably greater than 10 KHz.
  • the device also includes a printed circuit board.
  • the printed circuit board includes components and their connections for pre-processing analog or digital signals from the acoustic sensor.
  • the components are designed for analog or digital signal processing and/or to implement filter functions, phase reversal functions, compressor functions and/or amplifier functions.
  • the printed circuit board includes the acoustic sensor on one side of the printed circuit board.
  • the acoustic sensor is arranged on the rear side of the printed circuit board in the air flow direction.
  • the acoustic sensor has its sound entry opening on the component mounting side of the printed circuit board, and the printed circuit board includes a printed circuit board opening for the sound entry.
  • the acoustic sensor is arranged on the front side of the printed circuit board in the air flow direction. In this case, the acoustic sensor has its sound entry opening on the side of the acoustic sensor opposite the component mounting side of the printed circuit board.
  • the special feature of the device according to the invention compared to known microphones is the functionality and airborne sound detection and its conversion under difficult environmental and flow conditions that are present in automotive applications. For example, while a driving system is in motion, there is a headwind that is dependent on the speed and thus relative air flows on the device.
  • the device according to the invention is characterized by the detection of airborne noise and its conversion in the case of relative air flows. Due to the system properties from the targeted tuning of individual components, the device according to the invention can be used in various environmental conditions, for example with external influences such as rainwater, with flow conditions caused by wind, for example headwind. At the same time, the device according to the invention dampens the external acoustic signal as minimally as possible.
  • the environmental conditions result from the use of the acoustic sensor in automotive applications, for example in road traffic.
  • the environmental conditions result from the installation locations of the acoustic sensors, which are located on moving and/or stationary objects that are exposed to the weather, so-called open-air objects, for example on vehicles.
  • open-air objects for example on vehicles.
  • water, water jets, muddy water, snow, ice, dust, salt for example road salt, high and/or low ambient temperatures, high or low humidity and/or higher relative air currents, which are present, for example, when driving a vehicle, Influences under which the acoustic sensor has to function.
  • airborne noise can be detected and converted into electrical signals in a temperature range from -50°C to +90°C, for example -30°C to +70°C.
  • the device according to the invention is characterized in that the individual components of the device, for example the acoustic sensor, the protective grille, the opening for the airborne sound inlet, i.e. the sound entry opening, the first membrane, and the sound channel, taking airborne and/or structure-borne noise into account , aeroacoustics, flow and fluid dynamics, electronics and mechanics are coordinated.
  • the shortened sound channel has the advantage that, according to one aspect of the invention, natural modes of the device are above 8 KHz and are relatively less pronounced, for example only +/-5 dB compared to up to +/-40 dB with a longer sound channel.
  • strong resonances are generated at approx. 5 KHz with up to +/- 40 dB, which means that the acoustic signal to be recorded and evaluated can no longer be used in certain cases. The usability of the acoustic signal is thus improved by the shortened sound channel.
  • the device represents a housing for the acoustic sensor.
  • the term acoustic sensor designates both the acoustic sensor as a component of the device and the entire device.
  • An acoustic sensor is a sensor that detects mechanical vibrations, for example caused by airborne sound waves, and converts them into a processable signal, for example an electrical signal such as an electrical voltage.
  • the acoustic sensor includes an analog and/or digital signal output. The transformation takes place in two stages. In a first acoustic-mechanical conversion stage, the airborne sound is converted into the movement of an object according to a specific reception principle. In the second mechanical-electrical conversion stage, the movement of the object is converted into an electrical signal according to a specific converter principle.
  • Examples of acoustic sensors are an arrangement of a magnet and an electric coil, microphones, accelerometers, piezo sensors or strain gauges.
  • a micro-electro-mechanical system, MEMS for short, comprising an arrangement of semiconductor elements that record vibrations, can also be used as an acoustic sensor.
  • the protective grille is a grille with a mechanical protective function.
  • the protective grille is designed in such a way that coarser foreign bodies, i.e. particles with a diameter of at least 2 mm, for example dirt particles such as mud particles, dust particles, soot particles, grains of salt, stones, insects or other particles contained in the air, do not get into the Device can penetrate.
  • the opening for the air inlet is positioned in the protective grille in such a way that no direct jet and/or particle stream acts on the first membrane in the axial direction of the sensor.
  • the first membrane is thus mechanically protected by the arrangement and/or geometry of the opening.
  • the aperture or apertures are substantially 2mm wide and substantially 5mm long.
  • the first membrane is permeable to airborne sound waves. Due to the hydrophobic and/or lipophobic behavior, the sound channel is protected against emissions from moisture and particles, for example.
  • the first membrane is Invention of a microporous membrane.
  • a membrane with 1.3 ⁇ 10 9 pores/cm 2 is microporous.
  • Such a membrane is particularly waterproof and allows protection at least according to IPX4K.
  • the first membrane is designed to enable protection according to IP69K.
  • the number 6 in IP69K means complete tightness and thus protection against the ingress of solid objects and dust. 9K designates protection against the ingress of water during high-pressure or steam jet cleaning. This is particularly advantageous for protection in automotive applications.
  • the degree of protection indicates the suitability of components for different environmental conditions.
  • the protected systems are divided into corresponding types of protection, so-called International Protection, abbreviated IP codes.
  • IP codes International Protection
  • IP6XK offers protection against powerful jets of water under increased pressure, specific to driving systems.
  • Air Flow Direction means air flow direction through the device or air flow direction relative to the ride system on which the device is installed.
  • the roles of the first end of the sound channel and the second end of the sound channel are reversed when the device is installed at the rear, in which the protective grille is open against the forward direction of travel of the driving system.
  • the sound channel is used for the targeted sound guidance of the airborne sound waves to the acoustic sensor.
  • the sound channel is acoustically specially dimensioned so that if possible no or only few and weak natural modes are formed in the usable frequency range of the acoustic sensor. This targeted dimensioning is essentially based on the shortened length and diameter, volume and shape.
  • the printed circuit board is also called a board or printed circuit board.
  • the components of the printed circuit board include, for example, logic modules such as ASICS or FPGAs.
  • a component implements a high-pass filter that uses airborne sound waves Allows frequencies greater than 300 Hz to pass.
  • the dynamic range of a signal is limited by means of compressor functions.
  • the components are, for example, mounted directly on the surface of the printed circuit board, for example soldered, and are also called surface mounted devices, or SMD for short.
  • the circuit board opening corresponds to a hole or a through hole on the circuit board for entry of the airborne sound into the acoustic sensor, which is arranged on the rear side of the circuit board in the air flow direction.
  • the rear side of the circuit board in the air flow direction is the surface of the circuit board on which the components and the acoustic sensor are arranged.
  • the front side of the circuit board in the air flow direction is the surface of the circuit board on which the components and the acoustic sensor are arranged.
  • the acoustic sensor includes a microphone, for example a MEMS microphone.
  • the microphone includes a microphone capsule and a transducer.
  • the acoustic-mechanical conversion takes place in the microphone capsule.
  • the microphone capsule includes, for example, a membrane that is excited to vibrate by airborne noise.
  • the mechanical-electrical conversion takes place in the converter.
  • the transducer is, for example, an electrodynamic transducer, such as in a voice coil microphone, or an electrostatic transducer, such as in a condenser microphone.
  • the shape and/or material properties of the protective grille are adapted in order to protect the first membrane, the sound channel and/or the acoustic sensor against flow-dynamic and/or static forces that arise, for example, from headwind or weather.
  • the protective grille and the openings of the protective grille are designed to be rotationally symmetrical, for example.
  • the protective grille is made of plastic, for example, and is shaped in such a way, ie has such a geometry, as to offer a degree of protection of at least IP6XK. A mechanical protective effect of the device is thus achieved and the acoustic sensor is protected against such influences.
  • the protective screen comprises an open-cell material, for example a foam material such as an open-cell polyurethane foam material.
  • Wind and/or water absorption can be adjusted by scalable size of pores in the material.
  • Foam materials are characterized by a very low density and easy processing and processing. Foams are particularly easy to produce from polyurethane.
  • Open-pored polyurethane foam is also called filter foam. Filter foam is particularly good for wind absorption. Filter foam is classified according to pore size/number of pores. The unit used is the number of pores per inch, abbreviated PPI.
  • the protective grille includes a filter foam in the range of 10 to 80 PPI.
  • the protective grille is an exchangeable protective grille in order to be replaced in the event of coarse soiling without having to replace the entire device.
  • the device comprises a housing in which the printed circuit board is arranged.
  • the housing protects the printed circuit board and its components from mechanical and/or thermal influences.
  • the housing includes fastening means, for example screws, in order to fasten the housing and the device to a control unit or to a driving system.
  • the printed circuit board is arranged perpendicularly or parallel to the axial axis of the device.
  • the second end of the sound channel is arranged in the radial extension of a lateral surface of the sound channel.
  • the acoustic sensor for example the microphone and/or the microphone capsule, is coupled to the sound channel parallel to the axial axis of the device. If the printed circuit board is arranged in parallel, the acoustic sensor is coupled to the sound channel perpendicular to the axial axis of the device, that is to say tangentially. Particularly good signals from the acoustic sensor are obtained with the parallel arrangement.
  • the printed circuit board includes a plug connection for connecting the device to an electronic control unit.
  • the control unit is designed to localize and/or classify the sound source as a function of the signals from the acoustic sensor.
  • the electronic control unit is, for example, a control unit that is exclusively operatively connected to the device. This means that the control unit only receives signals from the acoustic sensor and evaluates them.
  • the control unit executes an intelligent algorithm, such as an artificial neural network trained for noise localization and/or classification, for example a convolutional network.
  • the evaluated signals are forwarded to further control devices of the driving system, for example ADAS or AD domain ECUs, or to actuators of the driving system via an on-board network of the driving system.
  • the device is connected to a CAN bus or an Ethernet bus of the driving system.
  • the device comprises an elastic sealing component for coupling the acoustic sensor to the sound channel and/or to the printed circuit board.
  • the sealing component compensates for geometric tolerances when assembling the device.
  • the elasticity ensures a defined decoupling of the acoustic sensor, including the microphone capsule, and/or the printed circuit board from structure-borne noise. Furthermore, the elasticity ensures an acoustically closed connection between the sound channel and the microphone capsule.
  • the device comprises a decoupling component for damping vibrations and/or for decoupling structure-borne noise.
  • the decoupling component is arranged at a coupling point between the device and a component in which the device can be installed and/or by which the device can be mechanically held.
  • the decoupling component is made of a two-component material that produces an impedance jump that has an acoustic and/or vibration-related effect.
  • the two-component material includes a relatively soft, relatively low impedance material and a relatively hard, relatively high impedance material.
  • the soft material is arranged in front of the hard material in the air flow direction. The impedance jump is carried out over the entire contact surface of the protective grid and the decoupling component.
  • the decoupling component is a molded part, for example.
  • the protective grille and the decoupling component form one component.
  • the protective grille and the decoupling component are formed from an injection molded part.
  • the decoupling component is made from vibration-damping materials of different densities, for example from mixed-cell polyurethane foams.
  • the decoupling component has, for example, high mechanical strength and/or good insulating properties. By means of the component, the device is insensitive to vibration and is therefore particularly well suited for automotive applications.
  • the device comprises a second membrane for venting the device.
  • the second membrane provides static pressure balancing for the device. If the device is arranged on the outside of a driving system when it is used, the airflow generated when driving exerts pressure on the device, for example on the acoustic sensor. The proportional static pressure is compensated by the second membrane. Furthermore, the second membrane prevents the formation of condensate in the device.
  • the method according to the invention for producing a device according to the invention comprises the following method steps:
  • an acoustic sensor according to the invention is coupled to a printed circuit board according to the invention by means of a sealing component according to the invention,
  • the acoustic sensor is coupled by means of the sealing component to a second end of a sound channel according to the invention with a smaller second area of an inflow component according to the invention
  • a first membrane according to the invention is arranged at a first end of the sound channel with a larger second area
  • the housing for the acoustic sensor obtained according to the previous method steps is used in a component according to the invention, in which the housing can be installed and/or the housing can be mechanically supported by it.
  • the acoustic sensor is coupled to the rear side of the printed circuit board in the air flow direction, that is the surface of the printed circuit board on which the electronic components are arranged.
  • the printed circuit board is arranged perpendicularly or parallel to the axial axis of the device. With the parallel arrangement of the printed circuit board, the second end of the sound channel is arranged in a radial extension of the outer surface of the sound channel.
  • the housing is mounted in a front bumper of the driving system from behind or in a rear bumper from the front relative to a forward driving direction.
  • the protective grille and the decoupling component are produced and provided as a molded part, for example as an injection molded part.
  • a further aspect of the invention is a device produced by the method according to the invention.
  • the method according to the invention it is possible to install the housing, in particular the housing according to the invention, directly in/on the driving system during vehicle manufacture.
  • the method advantageously also allows efficient retrofitting of an existing vehicle with the housing according to the invention, in particular with the housing according to the invention, in which the acoustic sensors are integrated.
  • the invention thus also provides an assembly of retrofit solutions.
  • the housing is pre-assembled according to the process steps and arranged as a finished housing on the driving system.
  • the housing is installed in a front bumper of the driving system from behind or in a rear bumper from the front relative to a forward driving direction.
  • the automated driving system according to the invention comprises a device according to the invention or an arrangement of several such devices or a device produced according to the method according to the invention.
  • a device according to the invention or an arrangement of several such devices or a device produced according to the method according to the invention.
  • Device designed in such a way that it can be used in several installation positions on the driving system.
  • the device according to the invention or an arrangement of several such devices is arranged in at least one wheel housing of the driving system, preferably in front wheel housings relative to the forward direction of travel, particularly preferably one device in each wheel housing of the driving system. Due to the arrangement in the wheel housing, road-related noises, for example rainwater on the road, are picked up particularly well.
  • the device according to the invention or an arrangement of several such devices can be installed in a front bumper and/or a rear bumper of the driving system.
  • the driving system includes the devices according to the invention in wheel housings and front and/or rear bumpers of the driving system.
  • the device is integrated into an outside of the driving system, for example in wheel housings and/or bumpers, by means of a component according to the invention, in which the device can be installed and/or by which the device can be mechanically held. Furthermore, the device is connected to an ADAS or AD domain ECU of the driving system by means of a plug connection according to the invention.
  • a plurality of devices according to the invention are arranged offset to one another, for example in a circular, rectangular or linear manner.
  • the arrangement comprises four devices arranged next to one another.
  • the driving system is, for example, a car or truck or a people transport system, such as a people mover.
  • the driving system includes, for example, technical equipment for self-driving, ie driverless or fully automated, autonomous ferry operation.
  • the ADAS, ie advanced driver assistance system, or the AD, ie autonomous driving, Domain ECU, ie electronic control unit uses environment detection sensors True vehicle environment, derives a trajectory planning from it and determines appropriate control signals that are provided vehicle actuators to regulate the longitudinal and / or lateral guidance of the driving system.
  • the acoustic sensor of the device according to the invention is an example of an environment detection sensor.
  • Other environment detection sensors are, for example, optical sensors, such as a camera or lidar, or radar sensors.
  • the signals from the acoustic sensor are merged with signals from other environment detection sensors in order to localize and/or classify objects in road traffic.
  • the component includes attachment means to attach the device to the driving system.
  • the device is installed relative to the forward driving direction from behind in the front bumper of the driving system or from the front in the rear bumper or in front and/or rear wheel housings.
  • the device can thus be retrofitted to existing road vehicles as a retrofit solution.
  • the device is permanently installed on the outside of the driving system, for example in its body.
  • a first arrangement of the devices is in a front left area of the driving system
  • a second arrangement of the devices is in a front right area of the driving system
  • a third arrangement of the devices is in a rear left area of the driving system
  • a fourth Arrangement of the devices arranged in a rear right area of the driving system for example on bumpers and/or in wheel housings.
  • the arrangement corresponds to a specific positioning.
  • This four-array arrangement enables 360° detection of ambient noise.
  • the arrangements each include four devices arranged next to one another.
  • the device is integrated into a static object of a traffic infrastructure, for example in a traffic light pole or a building, by means of the component according to the invention, into which the device can be installed and/or mechanically supported by the device.
  • a traffic infrastructure for example in a traffic light pole or a building
  • the component according to the invention into which the device can be installed and/or mechanically supported by the device.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a first sectional view of the exemplary embodiment from FIG. 1 ,
  • FIG. 3 shows a second sectional view of the exemplary embodiment from FIG.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an outside of the driving system from FIG. 4 and
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • a printed circuit board L is arranged perpendicular to an axial axis A of the device AKS.
  • the device AKS comprises a component B.
  • the component B holds the device AKS in an outer side K of a driving system F, see FIGS. 4 and 5.
  • the component B is, for example, an injection molded part or one produced by an additive method, for example 3D printing -Process, manufactured component.
  • the outside K of the driving system F is, for example, part of a body of the driving system F, for example a bumper.
  • the bumper is a front bumper or a rear bumper.
  • the component B includes a circular opening.
  • a protective grid 2 according to the invention is inserted into this opening.
  • the protective grid 2 is coupled to the component B by means of a decoupling component 11 according to the invention, see FIGS. 1, 2 and 3.
  • the protective grille 2 and the decoupling component 11 are made from an injection molded part.
  • the protective grille 2 comprises four symmetrically arranged slit-shaped openings, of which three openings 3a, 3b, 3c are shown.
  • the openings 3a, 3b, 3c are entry openings for airborne sound waves in the device AKS.
  • the airborne sound waves enter the AKS device in the air flow direction R.
  • the openings 3a, 3b, 3c are arranged axially offset to an axial axis A of the device AKS.
  • the airborne sound waves are guided to an acoustic sensor 1 through a sound channel 7 .
  • the acoustic sensor 1 is arranged on the rear side of the printed circuit board L in the direction of air flow R, that is, the surface of the printed circuit board L fitted with the electronic components.
  • a first membrane 5 according to the invention is arranged at the first end E1 of the sound channel 7 .
  • the acoustic sensor 1 is arranged as an extension of the second end E2 of the sound channel 7 .
  • the acoustic sensor 1 is an electro-acoustic sensor, for example a microphone.
  • the acoustic sensor 1 is a MEMS microphone. 1, 2 and 3 each show a microphone capsule.
  • the acoustic sensor 1 is coupled to the sound channel 7 and to a printed circuit board L by means of a sealing component 10 .
  • the printed circuit board L is arranged in a housing G.
  • the housing G is an electronics housing.
  • the printed circuit board L includes components and their connections for the pre-processing of analog or digital signals from the acoustic sensor 1 .
  • the printed circuit board L includes plug connections S in order to connect the printed circuit board L and thus the device AKS to an electronic control unit in terms of signaling.
  • the housing G includes a second membrane 12 designed as a ventilation membrane for static pressure equalization of the housing G and to prevent the formation of condensate in the housing G.
  • the housing G also includes fastening means, for example screws.
  • the sound channel 7 has a second length L2 of 2.700 mm, for example.
  • the second length L2 of 2,700 mm results as a minimum if a certain housing wall thickness and tolerances when installing the printed circuit board L and the concept with the component B and the protective grid 2 are retained. In principle, smaller second lengths L2 are possible.
  • the diameter D of the sound channel 7 is a maximum of 3.915 mm, for example. Within the scope of the invention, diameters D are less than 3.915 mm.
  • FIG. 4 shows a passenger car as an example of a driving system F.
  • the device AKS according to the invention is integrated into an outside K of the driving system F, for example into a bumper.
  • the AKS device is held in the bumper by means of the component B, see FIG. 5.
  • one of the AKS devices according to the invention is arranged in each of the two front wheel housings RK.
  • FIG. 6 shows an example sequence of a method according to the invention. Another aspect of the invention is a different order of the individual method steps, for example V5, V4, V3, V2, and V1.
  • a method step V1 the acoustic sensor 1 is coupled to the circuit board L by means of the sealing component 10 .
  • the acoustic sensor 1 is coupled by means of the sealing component 10 to the second end E2 of the sound channel 7 with a smaller second area.
  • the first membrane 5 is arranged at the first end E1 of the sound channel 7 with a larger second area.
  • the protective grid 2 is inserted into the decoupling component 11 in a method step V4.
  • the housing obtained in this way ie the device AKS, is inserted into the component B, in which the housing can be installed and/or the housing can be mechanically held by it. reference sign

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Abstract

Vorrichtung (AKS) zum Detektieren von Luftschall für automobile Anwendungen umfassend einen Akustiksensor (1), ein Schutzgitter (2) zum Absichern der Vorrichtung (AKS) gegen Eindringen von gröberen Fremdkörpern, eine akustisch permeable, hydrophobe und/oder lipophobe erste Membran (5), die in Luftströmungsrichtung (R) hinter dem Schutzgitter (2) derart angeordnet ist, dass bei Einwirkung von Strahlwasser in die Öffnung (3a, 3b, 3c) das Strahlwasser an der ersten Membran (5) vorbei zurück aus der Öffnung (3a, 3b, 3c) strömt, einen parallel zur Axialachse (A) angeordneten Schallkanal (7), wobei eine Länge des Schallkanals (7) kleiner als 10 mm, bevorzugt kleiner als 6 mm, besonders bevorzugt kleiner als 3 mm ist und eine Leiterplatte (L) umfassend Bauelemente und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analogen oder digitalen Signalen des Akustiksensors (1) und wobei auf einer Seite der Leiterplatte (L) der Akustiksensor (1) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zum Detektieren von Luftschall für automobile Anwendungen, Verfahren zu deren Herstellung und automatisiertes Fahrsystem umfassend eine derartige Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren von Luftschall für automobile Anwendungen, ein Verfahren zu deren Herstellung und ein automatisiertes Fahrsystem umfassend eine derartige Vorrichtung
Aus dem Stand der Technik sind Akustiksensoren zur Detektion von externen Geräuschen außerhalb von Fahrzeugen bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2016 006 802 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung zumindest eines von einem Einsatzfahrzeug ausgehenden Sondersignals.
Die deutsche Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2019 206 331.4 offenbart eine Vorrichtung zum Detektieren von Luftschall für automobile Anwendungen umfassend einen Strömungsbypass, der zwischen einem Schutzgitter und einer ersten Membran der Vorrichtung verläuft. Der Strömungsbypass leitet durch die Luftströmung in die Vorrichtung eingetretene Fluide und/oder Fremdkörper von der ersten Membran weg aus der Vorrichtung heraus. Dabei sind ein Schallkanal der Vorrichtung und der Strömungsbypass durch ein Anströmbauteil realisiert. Das Anströmbauteil umfasst eine Ausbuchtung. Die Ausbuchtung umfasst einen in Axialachse durchgehenden Hohlraum, durch den der Schallkanal realisiert ist. Das Anströmbauteil ist mit dem Schutzgitter derart zusammengeführt, dass der Strömungsbypass durch einen Freiraum zwischen dem Anströmbauteil und dem Schutzgitter realisiert ist. Das heißt, der Strömungsbypass verläuft zwischen dem Schutzgitter und dem Anströmbauteil.
Die Erfindung wurde in Hinblick auf die Erkenntnis gemacht, dass der Strömungsbypass für sehr hohe Windgeräusche sorgt und bei Anwendung in einem Fahrsystem nur bis zu einer Geschwindigkeit des Fahrsystems von im Wesentlichen 50km/h nutzbar ist.
Aufgabe der Erfindung war es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zum Detektieren von Luftschall für automobile Anwendungen bereitzustellen, insbesondere eine derartige Vorrichtung, bei der auch bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrsystems keine Windgeräusche dominieren.
Die nachfolgenden Definitionen und weiteren Ausführungen gelten für den gesamten Gegenstand der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung detektiert Luftschall für automobile Anwendungen, bei denen Luftströmungen zwischen der Vorrichtung und einer Schallquelle des Luftschalls vorhanden sind. Die Vorrichtung löst die Aufgabe durch Systemeigenschaft aus der gezielten Abstimmung einzelner Komponenten der Vorrichtung aufeinander. Die Vorrichtung umfasst als Komponenten einen Akustiksensor. Ferner umfasst die Vorrichtung ein Schutzgitter zum Absichern der Vorrichtung gegen Eindringen von gröberen Fremdkörpern. Das Schutzgitter umfasst wenigstens eine Öffnung für einen Einlass des Luftschalls in die Vorrichtung. Die Öffnung ist axial versetzt zu einer Axialachse der Vorrichtung angeordnet. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine akustisch permeable, hydrophobe und/oder lipophobe erste Membran. Die erste Membran ist in Luftströmungsrichtung hinter dem Schutzgitter derart angeordnet, dass bei Einwirkung von Strahlwasser in die Öffnung das Strahlwasser an der ersten Membran vorbei zurück aus der Öffnung strömt. Die Vorrichtung umfasst auch einen parallel zur Axialachse angeordneten Schallkanal, an dessen einen in Luftströmungsrichtung ersten Ende die erste Membran angeordnet ist und an dessen zweitem Ende der Akustiksensor angeordnet ist. Der Schallkanal ist durch die erste Membran gegen Einwirken von Feuchtigkeit und Fremdkörpern geschützt. Im Vergleich zu dem Schallkanal der in der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen
10 2019 206 331 .4 offenbarten Vorrichtung ist die Länge des Schallkanals der erfindungsgemäßen Vorrichtung verkürzt. Erfindungsgemäß ist eine Länge des Schallkanals kleiner als 10 mm, bevorzugt kleiner als 6 mm, besonders bevorzugt kleiner als 3 mm. Durchmesser, Länge, Volumen, Formgebung und/oder Materialeigenschaften des Schallkanals sind derart angepasst, dass Eigenmoden der Vorrichtung größer als 8 KHz, bevorzugt größer als 10 KHz, sind. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Leiterplatte. Die Leiterplatte umfasst Bauelemente und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analogen oder digitalen Signalen des Akustiksensors. Die Bauelemente sind ausgeführt zur analogen oder digitalen Signalverarbeitung und/oder zur Realisierung von Filterfunktionen, Funktionen zur Phasenumkehr, Kompressorfunktionen und/oder Verstärkerfunktionen. Ferner umfasst die Leiterplatte auf einer Seite der Leiterplatte den Akustiksensor.
Beispielsweise ist der Akustiksensor auf der in Luftströmungsrichtung hinteren Seite der Leiterplatte angeordnet. In diesem Fall hat der Akustiksensor seine Schalleintrittsöffnung auf der Bauteilmontageseite der Leiterplatte und die Leiterplatte umfasst eine Leiterplattenöffnung für den Schalleintritt. Alternativ ist der Akustiksensor auf der in Luftströmungsrichtung vorderen Seite der Leiterplatte angeordnet. In diesem Fall hat der Akustiksensor seine Schalleintrittsöffnung auf der der Bauteilmontageseite der Leiterplatte gegenüberliegender Seite des Akustiksensors.
Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber bekannten Mikrofonen ist die Funktionstüchtigkeit und Luftschallerfassung und dessen Wandlung unter schwierigen Umwelt- und Strömungsbedingungen, die bei automobilen Anwendungen vorhanden sind. Beispielsweise entsteht während der Fahrt eines Fahrsystems ein von der Geschwindigkeit abhängiger Fahrtwind und damit relative Luftströmungen an der Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch die Luftschallerfassung und dessen Wandlung bei relativen Luftströmungen aus. Durch die Systemeigenschaften aus der gezielten Abstimmung einzelner Komponenten ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in diversen Umgebungsbedingungen einsetzbar, beispielsweise bei externen Einflüssen wie zum Beispiel Regenwasser, bei Strömungsbedingungen, die beispielsweise durch Wind, zum Beispiel Fahrtwind, verursacht werden. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung das externe akustische Signal möglichst minimal gedämpft. Die Umgebungsbedingungen ergeben sich zum einen aus dem Einsatz des Akustiksensors in automobilen Anwendungen, zum Beispiel im Straßenverkehr. Zum anderen ergeben sich die Umgebungsbedingungen durch Installationsorte der Akustiksensoren, die sich an bewegten und/oder ruhenden, dem Wetter ausgesetzten, sogenannten open air Objekten, beispielsweise an Fahrzeugen, befinden. So sind beispielsweise Wasser, Strahlwasser, Schlammwasser, Schnee, Eis, Staub, Salze, beispielsweise Streusalze, hohe und/oder niedrige Umgebungstemperaturen, hohe oder niedrige Luftfeuchtigkeit und/oder höhere relative Luftanströmungen, die beispielsweise während einer Fahrt mit einem Fahrzeug vorhanden sind, Einwirkungen, unter denen der Akustiksensor zu funktionieren hat. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Luftschall erfassbar und wandelbar in elektrische Signale in einem Temperaturbereich von -50°C bis +90°C, beispielsweise -30°C bis +70°C. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, beispielsweise der Akustiksensor, das Schutzgitter, die Öffnung für den Luftschalleinlass, das heißt die Schalleintrittsöffnung, die erste Membran, und der Schallkanal, unter Berücksichtigung von Luft- und/oder Körperschall, Aeroakustik, Strömungs- und Fluiddynamik, Elektronik und Mechanik aufeinander abgestimmt sind.
Der verkürzte Schallkanal hat den Vorteil, dass Eigenmoden der Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung über 8 KHz liegen und relativ wenig ausgeprägt sind, beispielsweise nur noch +/- 5dB im Vergleich zu bis zu +/- 40 dB bei einem längeren Schallkanal. Bei längeren Schallkanälen werden starke Resonanzen bei ca. 5 KHz mit bis zu +/- 40 dB erzeugt, wodurch das zu erfassende und auszuwertende akustische Signal in bestimmten Fällen nicht mehr nutzbar ist. Damit wird durch den verkürzten Schallkanal die Nutzbarkeit des akustischen Signals verbessert.
Der Strömungsbypass der in der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen
10 2019 206 331.4 offenbarten Vorrichtung sorgt für sehr hohe Windgeräusche, da durch den Strömungsbypass Luft strömt. Durch Wegfall des Strömungsbypasses werden die Windgeräusche drastisch reduziert. Die Vorrichtung mit dem Strömungsbypass war nur bis zu einer Geschwindigkeit bis zu etwa 50km/h nutzbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hört durch den verkürzten Schallkanal akustische Signale auch über 100km/h, ohne dass die Windgeräusche dominieren.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Strahlwasser an der ersten Membran vorbei wieder nach vorne gespült. Dadurch entsteht vor der ersten Membran ein höherer Wasserfluss, der reinigend wirkt. Die auf die erste Membran wirkenden Kräfte werden durch die Flussrichtung des Wassers gering gehalten. Die Vorrichtung stellt ein Gehäuse für den akustischen Sensor dar. Der Begriff Akustiksensor bezeichnet sowohl den Akustiksensor als Komponente der Vorrichtung als auch die gesamte Vorrichtung.
Ein Akustiksensor ist ein Sensor, der mechanische Schwingungen, beispielsweise verursacht durch Luftschallwellen, erfasst und in ein prozessierbares Signal, beispielsweise ein elektrisches Signal wie etwa eine elektrische Spannung, umformt. Der Akustiksensor umfasst einen analogen und/oder digitalen Signalausgang. Die Umformung erfolgt in zwei Stufen. In einer ersten akustisch-mechanischen Umformungsstufe wird der Luftschall nach einem bestimmten Empfangsprinzip in die Bewegung eines Objektes umgeformt. In der zweiten mechanisch-elektrischen Umformungsstufe wird die Bewegung des Objektes nach einem bestimmten Wandlerprinzip in das elektrische Signal umgeformt. Beispiele für Akustiksensoren sind eine Anordnung eines Magneten und einer elektrischen Spule, Mikrofone, Beschleunigungsaufnehmer, Piezogeber o- der Dehnungsmessstreifen. Ein mikro-elektro-mechanisches System, abgekürzt MEMS, umfassend eine Anordnung von Halbleiterelementen, die Schwingungen aufnehmen, ist auch als Akustiksensor einsetzbar.
Das Schutzgitter ist ein Gitter mit mechanischer Schutzfunktion. Das Schutzgitter ist so konstruiert, dass gröbere Fremdkörper, das heißt Partikel mit Durchmessern von beispielsweise wenigstens 2 mm, beispielsweise Schmutzpartikel wie etwa Schlammpartikel, Staubpartikel, Rußpartikel, Salzkörner, Steine, Insekten oder andere Partikel, die in der Luft enthalten sind, nicht in die Vorrichtung eindringen können.
Die Öffnung für den Lufteinlass ist in dem Schutzgitter derart positioniert, dass in axialer Sensorrichtung kein direkter Strahl und/oder Partikelstrom auf die erste Membran einwirkt. Damit ist durch die Anordnung und/oder Geometrie der Öffnung die erste Membran mechanisch geschützt. Nach einem Aspekt der Erfindung sind die Öffnung oder die Öffnungen im Wesentlichen 2 mm breit und im Wesentlichen 5mm lang.
Die erste Membran ist permeabel für Luftschallwellen. Durch das hydrophobe und/oder lipophobe Verhalten ist der Schallkanal gegen Immission durch beispielsweise Feuchtigkeit und Partikeln geschützt. Die erste Membran ist nach einem weiteren Aspekt der Erfindung eine mikroporöse Membran. Mikroporös ist beispielsweise eine Membran mit 1 ,3 x 109 Poren/cm2. Eine derartige Membran ist besonders wasserdicht und ermöglicht einen Schutz wenigstens nach IPX4K. Nach einem Aspekt der Erfindung ist die erste Membran ausgeführt, einen Schutz nach IP69K zu ermöglichen. Die Ziffer 6 in IP69K bedeutet völlige Dichtheit und damit den Schutz gegen Eindringen von Festkörpern und Staub. 9K bezeichnet den Schutz gegen Eindringen von Wasser bei Hochdruck-oder Dampfstrahlreinigung. Dies ist besonders vorteilhaft für einen Schutz in automobilen Anwendungen.
Die Schutzart gibt die Eignung von Bauteilen für verschiedene Umgebungsbedingungen an. Die geschützten Systeme werden in entsprechende Schutzarten, sogenannte International Protection, abgekürzt IP-Codes, eingeteilt. Die Norm ISO 20653:2013 Straßenfahrzeuge - Schutzarten (IP-Code) - Schutz gegen fremde Objekte, Wasser und Kontakt - Elektrische Ausrüstungen beschreibt den Stand für Straßenfahrzeuge. IP6XK bietet Schutz gegen starkes Strahlwasser unter erhöhtem Druck, spezifisch für Fahrsysteme.
Luftströmungsrichtung bedeutet Luftströmungsrichtung durch die Vorrichtung oder Luftströmungsrichtung relativ zu dem Fahrsystem, an dem die Vorrichtung eingebaut ist. Bezogen auf die Luftströmungsrichtung relativ zu dem Fahrsystem sind bei einem Heckeinbau der Vorrichtung, bei der das Schutzgitter entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrsystems geöffnet ist, die Rollen des ersten Endes Schallkanals und des zweiten Endes des Schallkanals gegenseitig vertauscht.
Der Schallkanal dient der gezielten Schallführung der Luftschallwellen hin zu dem Akustiksensor. Der Schallkanal ist akustisch speziell dimensioniert, so dass sich möglichst keine oder nur wenige und schwache Eigenmoden im nutzbaren Frequenzbereich des Akustiksensors ausbilden. Diese gezielte Dimensionierung basiert im Wesentlichen auf der verkürzten Länge und Durchmesser, Volumen und Formgebung.
Die Leiterplatte wird auch Platine oder printed circuit board genannt. Die Bauteile der Leiterplatte umfassen beispielsweise Logikbausteine wie etwa ASICS oder FPGAs. Beispielsweise realisiert ein Bauteil einen Hochpassfilter, der Luftschallwellen mit Frequenzen größer als 300 Hz passieren lässt. Mittels Kompressorfunktionen wird ein Dynamikumfang eines Signals eingeschränkt. Die Bauteile sind beispielsweise direkt auf der Oberfläche der Leiterplatte montiert, beispielsweise gelötet, und werden auch surface mounted devices, abgekürzt SMD, genannt. Die Leiterplattenöffnung entspricht einem Loch oder einer Durchgangsbohrung auf der Leiterplatte für einen Eintritt des Luftschalls in den Akustiksensor, der auf der in Luftströmungsrichtung hinteren Seite der Leiterplatte angeordnet ist. Die in Luftströmungsrichtung hintere Seite der Leiterplatte ist die Oberfläche der Leiterplatte, auf der die Bauteile und der Akustiksensor angeordnet sind. Bezogen auf die Luftströmungsrichtung relativ zu dem Fahrsystem sind bei einem Heckeinbau der Vorrichtung, bei der das Schutzgitter entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrsystems geöffnet ist, die in Luftströmungsrichtung vordere Seite der Leiterplatte die Oberfläche der Leiterplatte, auf der die Bauteile und der Akustiksensor angeordnet sind.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst der Akustiksensor ein Mikrofon, beispielsweise ein MEMS-Mikrofon. Das Mikrofon umfasst eine Mikrofonkapsel und einen Wandler. In der Mikrofonkapsel erfolgt die akustisch-mechanische Umformung. Die Mikrofonkapsel umfasst beispielsweise eine Membran, die durch Luftschall zu Schwingungen angeregt wird. In dem Wandler erfolgt die mechanisch -elektrische Umwandlung. Der Wandler ist beispielsweise ein elektrodynamischer Wandler, wie etwa bei einem Tauchspulenmikrofon, oder ein elektrostatischer Wandler, wie etwa bei einem Kondensatormikrofon.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind eine Formgebung und/oder Materialeigenschaften des Schutzgitters angepasst, um die erste Membran, den Schallkanal und/oder den Akustiksensor gegen strömungsdynamische und/oder statische Kräfte, die beispielsweise durch Fahrtwind oder Wetter entstehen, zu schützen. Das Schutzgitter und die Öffnungen des Schutzgitters sind beispielsweise rotationssymmetrisch ausgeführt. Das Schutzgitter ist beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt und ist derart geformt, das heißt besitzt eine derartige Geometrie, um einen Schutzumfang von wenigstens IP6XK zu bieten. Damit wird eine mechanische Schutzwirkung der Vorrichtung erzielt und der Akustiksensor gegen derartige Einwirkungen geschützt. Beispielsweise umfasst das Schutzgitter ein offenporiges Material, beispielsweise ein Schaummaterial wie etwa ein offenporiges Polyurethanschaummaterial. Durch skalierbare Größe von Poren in dem Material kann eine Wind- und/oder Wasserabsorption eingestellt werden. Schaummaterialien zeichnen sich durch eine sehr niedrige Dichte und einfache Ver- und Bearbeitung aus. Schaumstoffe lassen sich besonders einfach aus Polyurethan herstellen. Offenporiger Polyurethanschaum wird auch Filterschaum genannt. Filterschaum eignet sich besonders gut für Windabsorption. Filterschaum wird nach Porengröße/Porenanzahl klassifiziert. Als Einheit dient die Anzahl von Poren pro Inch, abgekürzt PPI. Beispielsweise umfasst das Schutzgitter einen Filterschaum im Bereich 10 bis 80 PPI.
Das Schutzgitter ist nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ein auswechselbares Schutzgitter, um bei gröberer Verschmutzung ersetzt zu werden, ohne die komplette Vorrichtung ersetzen zu müssen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse, in dem die Leiterplatte angeordnet ist. Das Gehäuse schützt die Leiterplatte und deren Bauteile vor mechanischen und/oder thermischen Einflüssen. Das Gehäuse umfasst Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, um das Gehäuse und die Vorrichtung an einem Steuergerät oder an einem Fahrsystem zu befestigen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Leiterplatte senkrecht oder parallel zu der Axialachse der Vorrichtung angeordnet. Bei der parallelen Anordnung der Leiterplatte ist das zweite Ende des Schallkanals in radialer Verlängerung einer Mantelfläche des Schallkanals angeordnet. Bei senkrechter Anordnung der Leiterplatte ist der Akustiksensor, beispielsweise das Mikrofon und/oder die Mikrofonkapsel, parallel zu der Axialachse der Vorrichtung an den Schallkanal angekoppelt. Bei paralleler Anordnung der Leiterplatte ist der Akustiksensor senkrecht zu der Axialachse der Vorrichtung, das heißt tangential, an den Schallkanal angekoppelt. Mit der parallelen Anordnung werden besonders gute Signale des Akustiksensors erhalten.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Leiterplatte eine Steckeranbindung zum Anschließen der Vorrichtung an ein elektronisches Steuergerät. Das Steuergerät ist ausgeführt, in Abhängigkeit der Signale des Akustiksensors die Schallquelle zu lokalisieren und/oder zu klassifizieren. Das elektronische Steuergerät ist beispielsweise ein Steuergerät, das ausschließlich mit der Vorrichtung in Wirkverbindung steht. Das heißt, das Steuergerät erhält lediglich Signale des Akustiksensors und wertet diese aus. Das Steuergerät führt beispielsweise einen intelligenten Algorithmus, wie etwa ein auf Geräuschlokalisation und/oder -klassifikation trainiertes künstliches neuronales Netzwerk, beispielsweise ein Faltungsnetzwerk, aus. Die ausgewerteten Signale werden nach einem Aspekt der Erfindung über ein Bordnetz des Fahrsystems an weitere Steuergeräte des Fahrsystems, beispielsweise ADAS oder AD Domain ECUs, oder an Aktuatoren des Fahrsystem, weitergeleitet. Beispielsweise ist die Vorrichtung an einen CAN-Bus oder einen Ethernet-Bus des Fahrsystems angebunden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein elastisches Dichtungsbauteil zur Ankopplung des Akustiksensors an den Schallkanal und/oder an die Leiterplatte. Das Dichtungsbauteil gleicht geometrische Toleranzen beim Zusammenbau der Vorrichtung aus. Die Elastizität sorgt für eine definierte Entkopplung des Akustiksensors, unter anderem der Mikrofonkapsel, und/oder der Leiterplatte von Körperschall. Ferner sorgt die Elastizität für eine akustisch geschlossene Verbindung des Schallkanals zur Mikrofonkapsel.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Entkopplungsbauteil zur Schwingungsdämpfung und/oder zur Körperschallentkopplung. Das Entkopplungsbauteil ist an einer Kopplungsstelle zwischen der Vorrichtung und einem Bauteil, in das die Vorrichtung einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung mechanisch haltbar ist, angeordnet. Das Entkopplungsbauteil ist aus einem Zwei- komponenten-Werkstoff, der einen akustisch und/oder schwingungstechnisch wirkenden Impedanzsprung erzeugt, gefertigt. Der Zweikomponenten-Werkstoff umfasst einen relativ weichen Werkstoff mit relativ kleiner Impedanz und einen relativ harten Werkstoff mit relativ großer Impedanz. Der weiche Werkstoff ist in Luftströmungsrichtung vor dem harten Werkstoff angeordnet. Der Impedanzsprung ist über die gesamte Anlagefläche des Schutzgitters und des Entkopplungsbauteils durchgeführt. Das Entkopplungsbauteil ist beispielsweise ein Formteil. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung bilden das Schutzgitter und das Entkopplungsbauteil ein Bauteil. Beispielsweise sind das Schutzgitter und das Entkopplungsbauteil aus einem Spritzgussteil gebildet. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Entkopplungsbauteil aus vibrationsdämpfenden Materialien unterschiedlicher Dichte gefertigt, beispielsweise aus gemischtzelligen Polyurethan-Schaumstoffen. Das Entkopplungsbauteil besitzt beispielsweise eine hohe mechanische Belastbarkeit und/oder gute Dämmeigenschaften. Mittels des Bauteils ist die Vorrichtung unempfindlich gegen Erschütterungen haltbar und damit besonders gut geeignet für automobile Anwendungen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine zweite Membran zur Entlüftung der Vorrichtung. Die zweite Membran stellt einen statischen Druckausgleich für die Vorrichtung bereit. Wenn die Vorrichtung bei Verwendung an einer Außenseite eines Fahrsystems angeordnet ist, übt der bei Fahrt entstehende Fahrtwind einen Druck auf die Vorrichtung, beispielsweise auf den Akustiksensor, aus. Durch die zweite Membran wird der anteilige statische Druck ausgeglichen. Ferner verhindert die zweite Membran eine Kondensatbildung in der Vorrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
• mittels eines erfindungsgemäßen Dichtungsbauteils wird ein erfindungsgemäßer Akustiksensor an eine erfindungsgemäße Leiterplatte angekoppelt,
• der Akustiksensor wird mittels des Dichtungsbauteils an ein zweites Ende eines erfindungsgemäßen Schallkanals mit einer kleineren zweiten Fläche eines erfindungsgemäßen Anströmbauteils angekoppelt,
• eine erfindungsgemäße erste Membran wird an ein erstes Ende des Schallkanals mit einer größeren zweiten Fläche angeordnet,
• ein erfindungsgemäßes Schutzgitter wird in ein erfindungsgemäßes Entkopplungsbauteil eingesetzt, und
• das nach den vorausgehenden Verfahrensschritten erhaltene Gehäuse für den Akustiksensor wird in ein erfindungsgemäßes Bauteil, in das das Gehäuse einbaubar und/oder von diesem das Gehäuse mechanisch haltbar ist, eingesetzt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Akustiksensor auf die in Luftströmungsrichtung hintere Seite der Leiterplatte, das ist die Oberfläche der Leiterplatte, auf der die elektronischen Bauteile angeordnet sind, angekoppelt. Erfindungsgemäß wird die Leiterplatte senkrecht oder parallel zu der Axialachse der Vorrichtung angeordnet. Bei der parallelen Anordnung der Leiterplatte ist das zweite Ende des Schallkanals in radialer Verlängerung der Mantelfläche des Schallkanals angeordnet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Gehäuse relativ zu einer Vorwärtsfahrrichtung von hinten in eine Frontstoßstange des Fahrsystems oder von vorne in eine Heckstoßstange montiert.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Schutzgitter und das Entkopplungsbauteil als ein Formteil, beispielsweise als ein Spritzgussteil, hergestellt und bereitgestellt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, das Gehäuse, insbesondere das erfindungsgemäße Gehäuse, bereits bei der Fahrzeugherstellung direkt in/an das Fahrsystem einzubauen. Das Verfahren erlaubt vorteilhafterweise aber auch eine effiziente Nachrüstung eines Bestandfahrzeuges mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse, insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse, in das die Akustiksensoren integriert sind. Damit stellt die Erfindung auch eine Montage von Retrofitlösungen bereit. Hierzu wird das Gehäuse gemäß den Verfahrensschritten vormontiert und als fertiges Gehäuse an dem Fahrsystem angeordnet. Nach einem Aspekt der Erfindung wird das Gehäuse relativ zu einer Vorwärtsfahrrichtung von hinten in eine Frontstoßstange des Fahrsystems oder von vorne in eine Heckstoßstange eingebaut.
Das erfindungsgemäßes automatisierte Fahrsystem umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung oder eine Anordnung mehrerer derartiger Vorrichtungen oder eine Vorrichtung hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung derart gestaltet, dass sie an mehreren Einbaupositionen an dem Fahrsystem eingesetzt werden kann.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung oder eine Anordnung mehrerer derartiger Vorrichtungen in wenigstens einem Radkasten des Fahrsystems, vorzugsweise in relativ zu der Vorwärtsfahrrichtung vorderen Radkästen, besonders vorzugsweise eine Vorrichtung jeweils in einem Radkasten des Fahrsystems, angeordnet. Durch die Anordnung im Radkasten werden Fahrbahn bedingte Geräusche, beispielsweise Regenwasser auf der Fahrbahn, besonders gut erfasst. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung oder eine Anordnung mehrerer derartiger Vorrichtungen in eine Frontstoßstange und/oder eine Heckstoßstange des Fahrsystems einbaubar. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Fahrsystem die erfindungsgemäßen Vorrichtungen in Radkästen und Front- und/oder Heckstoßstangen des Fahrsystems.
Die Vorrichtung ist mittels eines erfindungsgemäßen Bauteils, in das die Vorrichtung einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung mechanisch haltbar ist, in eine Außenseite des Fahrsystems integriert, beispielsweise in Radkästen und/oder Stoßstangen. Ferner ist die Vorrichtung mittels einer erfindungsgemäßen Steckeranbindung mit einer ADAS oder AD Domain ECU des Fahrsystems signaltechnisch verbunden.
Beispielsweise sind mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen versetzt zueinander, beispielsweise kreisförmig, rechteckförmig oder linienförmig, angeordnet. Beispielsweise umfasst die Anordnung vier nebeneinander angeordnete Vorrichtungen. Eine derartige Anordnung ist überraschenderweise sehr gut geeignet zur Geräuschaufnahme und relative einfach zu erhalten.
Das Fahrsystem ist beispielsweise ein Personen- oder Lastkraftwagen oder ein Personentransportsystem, wie etwa ein people mover. Das Fahrsystem umfasst beispielsweise eine technische Ausrüstung für einen selbstfahrenden, das heißt fahrerlosen oder vollautomatisierten, autonomen Fährbetrieb. Die ADAS, das heißt advanced driver assistance system, oder die AD, das heißt autonomous driving, Domain ECU, das heißt electronic control unit, nimmt mittels Umfelderfassungssensoren ein Fahrzeugumfeld wahr, leitet daraus eine Trajektorienplanung ab und bestimmt entsprechende Steuersignale, die Fahrzeugaktuatoren bereitgestellt werden, um die Längs- und/oder Querführung des Fahrsystems zu regeln. Der Akustiksensor der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Beispiel für einen Umfelderfassungssensor. Weitere Umfelderfassungssensoren sind beispielsweise optische Sensoren, beispielsweise Kamera oder Lidar, oder Radarsensoren. Nach einem Aspekt der Erfindung werden die Signale des Akustiksensors mit Signalen weiterer Umfelderfassungssensoren fusioniert, um Objekte im Straßenverkehr zu lokalisieren und/oder klassifizieren.
Das Bauteil umfasst Befestigungsmittel, um die Vorrichtung an das Fahrsystem zu befestigen. Beispielsweise wird die Vorrichtung relativ zu der Vorwärtsfahrrichtung von hinten in die Frontstoßstange des Fahrsystems oder von vorne in die Heckstoßstange oder in vordere und/oder hintere Radkästen eingebaut. Damit kann die Vorrichtung als Retrofitlösung an Bestandsstraßenfahrzeugen nachgerüstet werden. Alternativ ist die Vorrichtung in der Außenseite des Fahrsystems, beispielsweise in dessen Karosserie, fest verbaut.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind eine erste Anordnung der Vorrichtungen in einem vorderen linken Bereich des Fahrsystems, eine zweite Anordnung der Vorrichtungen in einem vorderen rechten Bereich des Fahrsystems, eine dritte Anordnung der Vorrichtungen in einem hinteren linken Bereich des Fahrsystems und/oder eine vierte Anordnung der Vorrichtungen in einem hinteren rechten Bereich des Fahrsystems angeordnet, beispielsweise an Stoßstangen und/oder in Radkästen. Die Anordnung entspricht einer bestimmten Positionierung. Diese Anordnung mit vier Anordnungen ermöglicht eine 360° Erfassung von Umgebungsgeräuschen. Beispielsweise umfassen die Anordnungen jeweils vier nebeneinander angeordnete Vorrichtungen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung mittels des erfindungsgemäßen Bauteils, in das die Vorrichtung einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung mechanisch haltbar ist, in ein statisches Objekt einer Verkehrsinfrastruktur, beispielsweise in einen Ampelmast oder ein Gebäude, integriert. Die Erfindung wird beispielhaft in den folgenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine erste Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine zweite Schnittansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig .1 ,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen automatisierten Fahrsystems,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Außenseite des Fahrsystems aus Fig. 4 und
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsähnliche Teile. Übersichtshalber sind in den einzelnen Figuren lediglich die für das jeweilige Verständnis relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
In den Fig. 1 , 2 und 3 ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung AKS eine Leiterplatte L senkrecht zu einer Axialachse A der Vorrichtung AKS angeordnet.
Die Vorrichtung AKS umfasst ein Bauteil B. Das Bauteil B hält die Vorrichtung AKS in einer Außenseite K eines Fahrsystems F, siehe Fig. 4 und Fig. 5. Das Bauteil B ist beispielsweise ein Spritzgussformteil oder ein nach einem additiven Verfahren, beispielsweise 3D-Druck-Verfahren, hergestelltes Bauteil. Die Außenseite K des Fahrsystems F ist beispielsweise ein Teil einer Karosserie des Fahrsystems F, beispielsweise eine Stoßstange. Die Stoßstange ist eine Frontstoßstange oder eine Heckstoßstange.
Das Bauteil B umfasst eine kreisförmige Öffnung. In diese Öffnung ist ein erfindungsgemäßes Schutzgitter 2 eingesetzt. Das Schutzgitter 2 ist mittels eines erfindungsgemäßen Entkopplungsbauteils 11 mit dem Bauteil B gekoppelt, siehe Fig. 1 , 2 und 3. Beispielsweise sind das Schutzgitter 2 und das Entkopplungsbauteil 11 aus einem Spritzgussteil gefertigt. In den Fig. 1 , 2 und 3 umfasst das Schutzgitter 2 vier symmetrisch angeordnete schlitzförmige Öffnungen, von denen drei Öffnungen 3a, 3b, 3c dargestellt sind. Die Öffnungen 3a, 3b, 3c sind Eintrittsöffnungen für Luftschallwellen in die Vorrichtung AKS. Die Luftschallwellen treten in Luftströmungsrichtung R in die Vorrichtung AKS ein. Die Öffnungen 3a, 3b, 3c sind axial versetzt zu einer Axialachse A der Vorrichtung AKS angeordnet.
Die Luftschallwellen werden durch einen Schallkanal 7 zu einem Akustiksensor 1 geführt. Der Akustiksensor 1 ist auf der in Luftströmungsrichtung R hinteren Seite der Leiterplatte L, das ist mit den elektronischen Bauteilen bestückte Oberfläche der Leiterplatte L, angeordnet. An dem ersten Ende E1 des Schallkanals 7 ist eine erfindungsgemäße erste Membran 5 angeordnet. In Verlängerung des zweiten Endes E2 des Schallkanals 7 ist der Akustiksensor 1 angeordnet.
Der Akustiksensor 1 ist ein elektroakustischer Sensor, beispielsweise ein Mikrofon. In den Ausführungsbeispielen ist der Akustiksensor 1 ein MEMS-Mikrofon. Die Fig. 1 , 2 und 3 zeigen jeweils eine Mikrofonkapsel. Der Akustiksensor 1 ist mittels eines Dichtungsbauteils 10 an den Schallkanal 7 und an eine Leiterplatte L angekoppelt.
Die Leiterplatte L ist in einem Gehäuse G angeordnet. Das Gehäuse G ist ein Elektronikgehäuse. Die Leiterplatte L umfasst Bauteile und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analogen oder digitalen Signalen des Akustiksensors 1 . Ferner umfasst die Leiterplatte L Steckeranbindungen S, um die Leiterplatte L und damit die Vorrichtung AKS mit einem elektronischen Steuergerät signaltechnisch zu verbinden.
Das Gehäuse G umfasst eine zweite Membran 12 ausgeführt als Entlüftungsmembran zum statischen Druckausgleich des Gehäuses G und zur Verhinderung einer Kondensatbildung in dem Gehäuse G. Das Gehäuse G umfasst auch Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben.
Fig. 3 zeigt den Schallkanal 7 im Detail. Eine erste Länge L1 des Schallkanals 7, bei der sich der Schallkanal 7 von der ersten Membran 5 bis zum Akustiksensor 1 erstreckt, beträgt beispielsweise 5,350 mm. Ohne Leiterplatte L und ohne Dichtungsbauteil 10 hat der Schallkanal 7 eine zweite Länge L2 von beispielsweise 2,700 mm. Die zweite Länge L2 von 2.700 mm ergibt sich als Minimum, wenn man eine gewisse Gehäusewandstärke und Toleranzen beim Einbau der Leiterplatte L sowie das Konzept mit der Bauteil B und dem Schutzgitter 2 beibehält. Prinzipiell sind kleinere zweite Längen L2 möglich. Der Durchmesser D des Schallkanals 7 beträgt beispielsweise maximal 3,915 mm. Im Rahmen der Erfindung liegen Durchmesser D kleiner als 3,915 mm.
Fig. 4 zeigt einen Personenkraftwagen als Beispiel eines Fahrsystems F. In eine Außenseite K des Fahrsystems F, beispielsweise in eine Stoßstange, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung AKS integriert. Die Vorrichtung AKS wird mittels des Bauteils B in der Stoßstange gehalten, siehe Fig. 5. Ferner sind bei dem Fahrsystem F in den beiden vorderen Radkästen RK jeweils eine der erfindungsgemäßen Vorrichtungen AKS angeordnet.
Fig. 6 zeigt einen Beispielablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine andere Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte, zum Beispiel V5, V4, V3, V2, und V1 .
In einem Verfahrensschritt V1 wird mittels des Dichtungsbauteils 10 der Akustiksensor 1 an die Leiterplatte L angekoppelt. In einem Verfahrensschritt V2 wird der Akustiksensor 1 mittels des Dichtungsbauteils 10 an das zweite Ende E2 des Schallkanals 7 mit einer kleineren zweiten Fläche angekoppelt. In einem Verfahrensschritt V3 wird die erste Membran 5 an das erste Ende E1 des Schallkanals 7 mit einer größeren zweiten Fläche angeordnet. In einem Verfahrensschritt V4 wird das Schutzgitter 2 in das Entkopplungsbauteil 11 eingesetzt. In einem Verfahrensschritt V5 wird das so erhaltene Gehäuse, also die Vorrichtung AKS in das Bauteil B, in das das Gehäuse einbaubar und/oder von diesem das Gehäuse mechanisch haltbar ist, eingesetzt. Bezuqszeichen
1 Akustiksensor
2 Schutzgitter
3a Öffnung
3b Öffnung
3c Öffnung
4 Leiterplattenöffnung
5 erste Membran
7 Schallkanal
L1 erste Länge
L2 zweite Länge
D Durchmesser
10 Dichtungsbauteil
11 Entkopplungsbauteil
12 zweite Membran
E1 erstes Ende
E2 zweites Ende
AKS Vorrichtung
A Axialachse
R Luftströmungsrichtung
L Leiterplatte
S Steckeranbindung
G Gehäuse
B Bauteil
V1 -V5 Verfahrensschritt
F Fahrsystem
RK Radkasten
K Außenseite

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (AKS) zum Detektieren von Luftschall für automobile Anwendungen, bei denen Luftströmungen zwischen der Vorrichtung (AKS) und einer Schallquelle des Luftschalls vorhanden sind, die Vorrichtung (AKS) umfassend
• einen Akustiksensor (1 ),
• ein Schutzgitter (2) zum Absichern der Vorrichtung (AKS) gegen Eindringen von gröberen Fremdkörpern, das Schutzgitter (2) umfassend wenigstens eine Öffnung (3a, 3b, 3c) für einen Einlass des Luftschalls in die Vorrichtung (AKS), wobei die Öffnung (3a, 3b, 3c) axial versetzt zu einer Axialachse (A) der Vorrichtung (AKS) angeordnet ist,
• eine akustisch permeable, hydrophobe und/oder lipophobe erste Membran (5), die in Luftströmungsrichtung (R) hinter dem Schutzgitter (2) derart angeordnet ist, dass bei Einwirkung von Strahlwasser in die Öffnung (3a, 3b, 3c) das Strahlwasser an der ersten Membran (5) vorbei zurück aus der Öffnung (3a, 3b, 3c) strömt,
• einen parallel zur Axialachse (A) angeordneten Schallkanal (7), o an dessen einem in Luftströmungsrichtung (R) ersten Ende (E1 , E2) die erste Membran (5) angeordnet ist, o an dessen zweitem Ende (E2, E1 ) der Akustiksensor (1 ) angeordnet ist, o wobei der Schallkanal (7) durch die erste Membran (5) gegen Einwirken von Feuchtigkeit und Fremdkörpern geschützt ist, o wobei eine Länge des Schallkanals (7) kleiner als 10 mm, bevorzugt kleiner als 6 mm, besonders bevorzugt kleiner als 3 mm ist und o Durchmesser, Länge, Volumen, Formgebung und/oder Materialeigenschaften des Schallkanals (7) derart angepasst sind, dass Eigenmoden der Vorrichtung (AKS) größer als 8 KHz, bevorzugt größer als 10 KHz, sind, und
• eine Leiterplatte (L) umfassend o Bauelemente und deren Verbindungen zur Vorverarbeitung von analogen oder digitalen Signalen des Akustiksensors (1 ), wobei die Bauelemente ausgeführt sind zur analogen oder digitalen Signalverarbeitung und/oder zur Realisierung von Filterfunktionen, Funktionen zur Phasenumkehr, Kompressorfunktionen und/oder Verstärkerfunktionen, und o auf einer Seite der Leiterplatte (L) den Akustiksensor (1 ).
2. Vorrichtung (AKS) nach Anspruch 1 , wobei der Akustiksensor (1 ) ein Mikrofon umfasst, das Mikrofon umfassend eine Mikrofonkapsel und einen Wandler.
3. Vorrichtung (AKS) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Formgebung und/oder Materialeigenschaften des Schutzgitters (2) angepasst sind, um die erste Membran (5), den Schallkanal (7) und/oder den Akustiksensor (1 ) gegen strömungsdynamische und/oder statische Kräfte zu schützen.
4. Vorrichtung (AKS) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die Leiterplatte (L) umfassend eine Steckeranbindung (S) zum Anschließen der Vorrichtung an ein elektronisches Steuergerät, wobei das Steuergerät ausgeführt ist, in Abhängigkeit der Signale des Akustiksensors (1 ) die Schallquelle zu lokalisieren und/oder zu klassifizieren.
5. Vorrichtung (AKS) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend ein elastisches Dichtungsbauteil (10) zur Ankopplung des Akustiksensors (1 ) an den Schallkanal (7) und/oder an die Leiterplatte (L).
6. Vorrichtung (AKS) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend ein Entkopplungsbauteil (1 1 ) zur Schwingungsdämpfung und/oder zur Körperschallentkopplung, wobei das Entkopplungsbauteil (1 1 ) an einer Kopplungsstelle zwischen der Vorrichtung (AKS) und einem Bauteil (B), in das die Vorrichtung (AKS) einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung (AKS) mechanisch haltbar ist, angeordnet ist, wobei das Entkopplungsbauteil (11 ) aus einem Zweikomponenten-Werkstoff, der einen akustisch und/oder schwingungstechnisch wirkenden Impedanzsprung erzeugt, gefertigt ist.
7. Vorrichtung (AKS) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine zweite Membran (12) zur Entlüftung der Vorrichtung (AKS).
8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (AKS) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
• mittels eine elastischen Dichtungsbauteils (10) zur Ankopplung eines Akustiksensors (1 ) an einen Schallkanal (7) und/oder an eine Leiterplatte (L) der Akustiksensor (1 ) an die Leiterplatte (L) angekoppelt wird (V1 ),
• der Akustiksensor (1 ) mittels des Dichtungsbauteils (10) an ein zweites Ende (E2) eines Schallkanals (7) angekoppelt wird (V2),
• eine akustisch permeable, hydrophobe und/oder lipophobe erste Membran (5) an ein erstes Ende (E1 ) des Schallkanals (7) angeordnet wird (V3),
• ein Schutzgitter (2) zum Absichern der Vorrichtung (AKS) gegen Eindringen von gröberen Fremdkörpern in ein Entkopplungsbauteil (11 ) zur Schwingungsdämpfung und/oder zur Körperschallentkopplung eingesetzt wird, wobei o das Schutzgitter (2) wenigstens eine Öffnung (3a, 3b, 3c, 3d) für einen Einlass des Luftschalls in die Vorrichtung (AKS) umfasst, wobei die Öffnung (3a, 3b, 3c, 3d) axial versetzt zu einer Axialachse (A) der Vorrichtung (AKS) angeordnet ist und o das Entkopplungsbauteil (11 ) an einer Kopplungsstelle zwischen der Vorrichtung (AKS) und einem Bauteil (B), in das die Vorrichtung (AKS) einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung (AKS) mechanisch haltbar ist, angeordnet ist, wobei das Entkopplungsbauteil (1 1 ) aus einem Zweikomponenten-Werkstoff, der einen akustisch und/oder schwingungstechnisch wirkenden Impedanzsprung erzeugt, gefertigt ist(V4),
• das nach den vorausgehenden Verfahrensschritten erhaltene Gehäuse für den Akustiksensor (1 ) in das Bauteil (B), in das das Gehäuse einbaubar und/oder von diesem das Gehäuse mechanisch haltbar ist, eingesetzt wird (V5).
9. Automatisiertes Fahrsystem (F) umfassend eine Vorrichtung (AKS) oder eine Anordnung mehrerer Vorrichtungen (AKS) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (AKS) mittels eines Bauteils (B), in das die Vorrichtung (AKS) einbaubar und/oder von diesem die Vorrichtung (AKS) mechanisch haltbar ist, in eine Außenseite (K) des Fahrsystems (F) integriert ist und mittels einer Steckeranbindung (S) mit einer ADAS oder AD Domain ECU des Fahrsystems (F) signaltechnisch verbunden ist.
10. Fahrsystem (F) nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung (AKS) oder eine Anordnung mehrerer derartiger Vorrichtungen (AKS) in wenigstens einem Radkasten des Fahrsystems (F), vorzugsweise in relativ zu der Vorwärtsfahrrichtung vorderen Radkästen, besonders vorzugsweise eine Vorrichtung jeweils in einem Radkasten des Fahrsystems, angeordnet sind und/oder in eine Frontstoßstange und/oder eine Heckstoßstange des Fahrsystems (F) eingebaut sind.
11. Fahrsystem (F) nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine erste Anordnung der Vorrichtungen (AKS) in einem vorderen linken Bereich des Fahrsystems (F), eine zweite Anordnung der Vorrichtungen (AKS) in einem vorderen rechten Bereich des Fahrsystems (F), eine dritte Anordnung der Vorrichtungen (AKS) in einem hinteren linken Bereich des Fahrsystems (F) und/oder eine vierte Anordnung der Vorrichtungen (AKS) in einem hinteren rechten Bereich des Fahrsystems (F) angeordnet sind.
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