Titel

Verfahren zum Erkennen von Kontakten an einem Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Kontakten an einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein maschinelesbares Speichermedium.

Stand der Technik

In Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen werden sogenannte Rückhaltemittel bzw. Rückhaltesysteme eingesetzt, die der passiven Sicherheit der Fahrzeuginsassen dienen. Man unterscheidet dabei zwischen passiven Systemen, bspw. die Form eines Sitzes mit ausgeprägtem Seitenhalt, und aktiven Systemen, wie bspw. Airbags, die nur im Bedarfsfall, d. h. bei einer Kollision, angesteuert und aktiviert werden.

Die Druckschrift DE 102006 044444 Al beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung von Rückhaltemitteln bzw. Personenschutzmitteln. Dabei erzeugt eine Unfallsensorik ein erstes Signal. In Abhängigkeit von einer Frequenz eines zweiten Signals, das von dem ersten Signal abgeleitet wird, werden die Personenschutzmittel angesteuert. Die Frequenz wird dabei in Abhängigkeit von einer ersten Länge eines ersten Signalverlaufs des zweiten Signals und einer zweiten Länge eines zweiten Signalverlaufs des aufsummierten zweiten Signals bestimmt.

Aus der Druckschrift DE 102007052 159 Al sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur besseren Erkennung einer Art und/oder einer Schwere einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Gegenstand bekannt. Dabei wird durch Merkmalauswahl und Inbezugsetzung von Merkmalen mehrerer Sensoren eine Klassifikation und eine Schwellenwertanpassung durchgeführt, um eine Aktivierung eines Personenschutzsystems zu beschleunigen. Auf diese Weise soll eine sichere Auslösung des Personenschutzmittels gewährleistet werden.

Die in den beiden Druckschriften beschriebenen Verfahren beschränken sich auf die Nutzung einer Signalauswertung für die Ansteuerung von Rückhaltesystemen.

Zur Erkennung von sicherheitsrelevanten Unfällen werden seit vielen Jahren Airbagsteuergeräte mit peripheren Sensoren verwendet. Kleinere Schäden werden in der Regel jedoch nicht erkannt, solange elektrische Bauteile nicht beschädigt werden. Die Erkennung kleinerer Schäden kann aus verschiedenen Gründen interessant sein. Dazu zählen u. a. der verursachte Schaden an einem anderen Fahrzeug, einem Objekt oder einer Person und auch die Beschädigung des eigenen Fahrzeugs durch andere. Auf diese Weise soll ggf. eine mögliche Fahrerflucht unterbunden werden.

Die Erkennung von Kontakten und kleineren Schäden obliegt bislang dem Fahrer. Diese kann jedoch auch durch ein Assistenzsystem erfolgen oder durch ein solches unterstützt werden. Zu berücksichtigen ist, dass eine solche Erkennung mit der Entwicklung des autonomen Fahrens sowie mit zunehmenden CarSharing-Angeboten immer mehr an Bedeutung zunimmt. Es sind in diesem Bereich bereits einige Verfahren bekannt.

Aus der Druckschrift DE 102016210 773 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion einer Beschädigung eines Fahrzeugs, insbesondere eines geparkten Fahrtzeugs, bekannt. Hierbei werden eine erste Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor eines ersten Sensortyps zum Erfassen von ersten Messdaten, eine zweite Sensoreinheit mit einem Sensor eines zweiten Sensortyps zum Erfassen von zweiten Messdaten, eine dritte Sensoreinheit mit mindestens einem Sensor eines dritten Sensortyps zum Erfassen von dritten Messdaten, eine Auswerteeinheit und eine Kommunikationsschnittestelle eingesetzt. Durch kombinierte Auswertung der Messdaten wird eine Beschädigung des Fahrzeugs detektiert. Eine Information über die Beschädigung wird über die Kommunikationsschnittstelle ausgegeben.

Aus der Druckschrift DE10 2018205 950 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Glasbruchs bei einem vorzugsweise abgestellten Fahrzeug bekannt. Es werden dabei zwei Sensoreinheiten eingesetzt, die voneinander unabhängige Messdaten erfassen. Durch kombinierte Auswertung der Messdaten wird ein Glasbruch erkannt.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Das vorgestellte Verfahren dient zum Erkennen von Kontakten, insbesondere von Kontakten, die zu kleineren Schäden führen, an einem Fahrzeug. Bei dem Verfahren werden Signale von mindestens zwei Sensoren ausgewertet und miteinander verglichen. Dabei wird mindestens eine Signalstärke-unabhängige Eigenschaft der Signale betrachtet. Dies bedeutet, dass bei den Signalen zunächst diese Eigenschaft bestimmt wird und anschließend bestimmte Eigenschaften unterschiedlicher Signale miteinander verglichen werden.

Es wurde somit erkannt, dass gerade kleine Schäden und Kontakte sehr schwer zu erkennen und von durch Fahrmanöver verursachten Signalen zu trennen sind. Insbesondere die Signalstärke kann bei Fahrmanövern deutlich größer sein als bei kleinen Schäden oder Kontakten. Mit dem vorgestellten Verfahren ist es nunmehr möglich, einen lokalen Schaden oder Kontakt zu erkennen bzw. die Trennung von einem globalen, das ganze Fahrzeug betreffenden Manöver zu erreichen. Durch die starken Sensorsignale bei Fahrmanövern wurde die Erkennung von kleinen Schäden oder Kontakten bisher stark eingeschränkt. Dies soll sowohl durch den Vergleich zweier oder mehrerer Sensoren an verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden Punkten, im Fahrzeug, also auch durch Signalstärke-unabhängige Eigenschaften wie die Frequenz der Signale erreicht werden.

Bei dem Verfahren werden in Ausgestaltung Beschleunigungssignale an verschiedenen Punkten im Fahrzeug aufgenommen, um insbesondere kleine bzw. kleinere Schäden zu erkennen.

Kleine Schäden werden in diesem Zusammenhang typischerweise über die Art des Verursachens bestimmt. Dies kann bspw. ein Anfahren eines Umzugkartons, einer Babyschale, anderer Fahrzeuge oder fester Hindernisse umfassen. Außerdem fallen hierunter Fremdbeschädigungen, bspw. durch Schläge, Tritte oder Einkaufswagenrempler.

Wie groß die Schäden am Fahrzeug letztendlich sind, kann individuell sehr verschieden sein. Dies kann umfassen: gar kein Schaden, Kratzer, bis hin zu Dellen oder gebrochenen Plastikteilen. Dies kann auch von der Sensibilität der Erkennung abhängen. Das hierin betrachtete Verfahren zum Erkennen von Schäden kann somit auch als Verfahren zum Erkennen von Kontakten beschrieben werden.

Für jeden Sensor werden Signalstärke-unabhängige Eigenschaften, wie bspw. die Frequenz, bestimmt, die die Eigenschaften des Kontakts beschreiben. So ist die Frequenz abhängig von der Steifigkeit des Kontaktpartners. Außerdem werden Signalstärke-abhängige Eigenschaften gegen die Eigenschaften anderer Sensoren verglichen, um lokale Anregungen, die typisch für kleine Schäden sind, von Fahrmanövern zu trennen.

Die Nutzung Signalstärke-unabhängiger Eigenschaften ermöglicht eine Trennung von kleinen Schäden und Fahrmanövern, die mit bisherigen Mitteln nur sehr schwer zu trennen sind. Die beschriebene Anordnung dient zum Durchführen des vorgestellten Verfahrens und ist bspw. in einer Hardware und/oder Software implementiert. Die Anordnung kann in einem Steuergerät eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, integriert oder als solches ausgebildet sein.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt in schematischer, stark vereinfachter Darstellung ein Fahrzeug mit einer Anordnung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens.

Figur 2 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des beschriebenen Verfahrens.

Figur 3 zeigt einen Signalverlauf für eine sinusförmige Beschleunigung mit Kreisfrequenzen von 600 bzw. 300 Hz.

Figur 4 zeigt ein entsprechendes Diagramm für das Integral der sinusförmigen Beschleunigung aus Figur 3.

Figur 5 zeigt das entsprechende zweite Integral für die sinusförmige Beschleunigung aus Figur 3.

Figur 6 zeigt ein Beschleunigungssignal und die entsprechende Länge des Beschleunigungssignals.

Ausführungsformen der Erfindung Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt in einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung ein Fahrzeug, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. In diesem Fahrzeug ist eine Anordnung 12 vorgesehen, die zur Durchführung des hierin dargestellten Verfahrens vorgesehen ist und auch als Auswerteelektronik bezeichnet werden kann. Die Anordnung 12 kann in Hardware und/oder Software implementiert sein und kann zudem in einem Steuergerät des Fahrzeugs 10 integriert sein.

Die Darstellung zeigt weiterhin einen ersten Sensor 14 und einen zweiten Sensor 16, die an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs 10 angeordnet sind. Diese beiden Sensoren 14, 16 liefern Signale, die zur Erkennung von insbesondere leichten Kollisionen ausgewertet werden. Dies bedeutet, das mindestens eine Eigenschaft bzw. mindestens ein Merkmal dieser Signale einen Hinweis auf eine möglicherweise erfolgte Kollision geben kann. Mindestens eine Signaleigenschaft ist somit durch eine erfolgte Kollision charakterisiert bzw. weist auf diese hin.

Weiterhin zeigt die Darstellung vier weitere Sensoren 18, die ebenfalls Signale liefern, die zur Erkennung von Kollisionen ausgewertet werden.

Eine Eigenschaft, die hierbei betrachtet werden kann, ist bspw. die Frequenz des untersuchten Sensorsignals. Weiterhin können Sensorsignale verschiedener Sensoren 14, 16 und/oder 18 miteinander verglichen werden. Hierbei bietet sich insbesondere der Vergleich einander gegenüberliegender Sensoren 14, 16 und/oder 18, wie bspw. des ersten Sensors 14 und des zweiten Sensors 16, an.

Figur 2 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens. Dabei wird in einem ersten Schritt 50 ein erstes Signal eines ersten Sensors erfasst und ausgewertet. Daraus ergibt sich eine Signalstärke unabhängige Eingeschaft des ersten Signals, bspw. die Frequenz dieses Signals. In einem zweiten Schritt 52 wird ein zweites Signal eines zweiten Sensors erfasst und ausgewertet. Daraus ergibt sich eine Signalstärke- unabhängige Eingeschaft des zweiten Signals, bspw. die Frequenz dieses Signals. Der erste Schritt 50 und der zweite Schritt können zeitgleich erfolgen. Insbesondere können diese Schritte 50, 52 kontinuierlich und auch in zeitlichen Abständen erfolgen.

In einem dritten Schritt 54 erfolgt dann ein Vergleich der ermittelten Eigenschaften der beiden Signale. Daraus werden in einem vierten Schritt Daten gewonnen, die eine Information zu einer möglichen Kollisionen tragen. Das bedeutet, dass die Daten anzeigen, ob eine Kollision, insbesondere eine leichte Kollision, erfolgt ist. Auf diese Weise kann ein Schaden am Fahrzeug erkannt werden.

Zu beachten ist, dass die Frequenz eines Signals aus dem Signalverlauf eines Sensors abgeschätzt werden kann. Dabei kann eine Frequenzanalyse basierend auf der Messung der Länge des Signals durchgeführt werden. Es wird hierzu auf die Druckschrift DE 10 2006 044444 Al verwiesen.

Es kann von einer Sensorik ein erstes Signal erzeugt werden, von dem ein zweites Signal abgeleitet wird. Die Frequenz kann dann in Abhängigkeit von einer ersten Länge eines Verlaufs des ersten Signals und einer zweiten Länge eines zweiten Verlaufs des zweiten Signals bestimmt werden. Hierzu können die erste und zweite Länge in Abhängigkeit von einer absoluten Aufsummierung von jeweiligen Differenzen von aufeinanderfolgenden Werten des ersten und zweiten aufsummierten Signals bestimmt werden. Die Frequenz kann anschließend bspw. durch eine Quotientenbildung der ersten und zweiten Länge bestimmt werden.

Dieses Vorgehen wir nachfolgend erläutert:

Um Kollisionsobjekte zu identifizieren, ist die Frequenzanalyse sowohl für den Fußgängerschutz, also auch für andere Kollisionsarten von großem Vorteil.

Dabei ist es möglich, die Frequenz über die Minima des Beschleunigungssignals und des ersten Integrals bzw. auch des zweiten Integrals zu bestimmen. Dies ergibt sich bspw. aus Figur 3. Figur 3 zeigt auf der Abszisse 151 die Zeit und auf der Ordinate 150 die Beschleunigung. Zwei Signale 152 und 153 sind im Zeitverlauf dargestellt. Das Signal 152 hat eine Kreisfrequenz von 600 Hz, wobei das Signal 153 eine Kreisfrequenz von 300 Hz aufweist.

Figur 4 zeigt dazu die Integrale. Dabei ist das Signal 162 das Signal mit der Kreisfrequenz 600 Hz und das Signal 163 das Signal mit der Kreisfrequenz 300 Hz.

Gemäß Figur 5 ist das Signal 172 das Signal mit der Kreisfrequenz 600 Hz und das Signal 173 das Signal mit der Kreisfrequenz 300 Hz. Die Frequenz kann damit dann auf zwei Arten rekonstruiert werden:

1. Die Frequenz kann aus dem Minimum der Beschleunigung und dem Minimum des ersten Integrals der Beschleunigung berechnet werden. Die Frequenz ergibt sich dann durch eine Division. eo ^~ 2 ^ü . (1) dv

2. Die Frequenz kann aus dem Minimum des ersten Integrals und dem Minimum des zweiten Integrals berechnet werden. Auch hier kann dann eine Division angewendet werden. dv

Öl -p (2) ds

Dieses Verfahren hat bezüglich folgender Punkte Verbesserungspotential:

A. Falls das Signal nicht wie vorstehend beschrieben nach einer Periode endet, sondern die Schwingung länger aufrechterhalten wird, werden keine neuen Maxima von der Beschleunigung und dem ersten Integral erreicht. Die erste Berechnungsvorschrift liefert also weiterhin eine korrekte Frequenzschätzung. Dagegen nimmt das zweite Integral weiterhin kontinuierlich ab und erreicht neue Minimawerte - die zweite Berechnungsvorschrift ist daher nicht mehr gültig und es werden zunehmend zu niedrige Frequenzen abgeschätzt.

B. Es wird nur die erste Halbwelle, bzw. die erste volle Periode erfasst. Der weitere Verlauf in einem realen, in der Regel nicht harmonischen Signal wird nur dann erfasst, wenn damit neue Minima vom Signal oder dem ersten und zweiten Integral einhergehen. Ist das nicht der Fall, ändert sich die Frequenzschätzung nicht mehr, auch wenn das Signal selbst seine Frequenz ändern sollte. Ein solches Beispiel ist in Figur 8 zu sehen. Dort ist ein Diagramm gezeigt, auf der Abszisse 181 ist die Zeit angegeben, und auf der Ordinate 180 die Beschleunigung. Das Signal 183 kennzeichnet die Beschleunigung. Das Signal 182 die Länge des Beschleunigungssignals. Auch die Unterscheidung, ob die Minima oder Maxima gerechnet werden muss, kann bspw. einen kontinuierlichen Übergang von Stoßgängerbereichen mit einer negativen Beschleunigung und einer positiven Beschleunigung nicht dargestellt werden.

Daher wird vorgeschlagen, nicht die Minima des Signals des ersten und/oder zweiten Integrals zu betrachten, sondern die Länge des Signals bzw. Signalverlaufs. Dabei kann vorzugsweise die Differenz von aufeinanderfolgenden Werten absolut aufsummiert werden.

Dies ist in Figur 8 durch die Kurve 182 dargestellt. Die Länge des Signals des ersten Integrals und des zweiten Integrals werden folgendermaßen bezeichnet: length (ds) ^« (3b)

(3c)

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschleunigungssignale weiterhin erklärt. Es ist jedoch möglich, auch andere Unfallsignale zu verwenden.

In (3b) wurde ausgenutzt, dass die Differenz zweier aufeinanderfolgender Integratorwerte gerade der diesem Zyklus zugeordnete Beschleunigungswert ist. Entsprechend gilt in (3c), dass die Differenz zweier aufeinanderfolgender Werte des 2. Integrals gerade der Wert des ersten Integrals in diesem Zyklus ist.

In Figur 6 ist die Länge des Beschleunigungssignals dargestellt. Man sieht, dass bis zum ersten Signalmaximum die Länge des Signals dem Signal selbst folgt. Der anschließende Rückschwinger wird dagegen in der Länge ohne Vorzeichen berücksichtigt und führt zu einem weiteren Anstieg. Die Länge des Signals ist damit ein Maß für die "Bewegung im Signal". Entsprechend ist die Länge des ersten Integrals ein Maß für die "Bewegung im ersten Integral", hochfrequente Schwingungen zeichnen sich nun dadurch aus, dass sie relativ wenig Integral aufbauen, d. h. eine gegebene "Bewegung im Signal" führt zu relativ wenig "Bewegung im Integral".

Anstatt des Aplitudenverhältnisses (1) bietet es sich daher an, das Verhältnis der Längen zu verwende. Man erhät somit als verbesserte Frequenzschätzung

Dabei läuft der Index i über alle Rechenzyklen ab Algorithmusstart. Damit ergibt sich die Frequenz als Quotient von Länge des Beschleunigungssignals und Absolutintegral des Beschleunigungssignals. Für die Ermittlung einer relativen Signalstärke an einer Position ist sowohl ein Sensor in der Nähe dieser Position als auch ein Sensor mit deutlichem Abstand zu dieser Position, z. B. auf der anderen Fahrzeugseite, erforderlich. Um die gesamte Fahrzeugperipherie abzudecken, ist eine entsprechend große

Anzahl an Sensoren notwendig. Eine Art der relativen Signalstärke- Ermittlung ist in der Druckschrift DE10 2007 052159 Al dargelegt.

Bei der Ermittlung der relativen Signalstärkeermittlung werden die Signale zweier Sensoren, ggf. nach einer Vorverarbeitung, wie bspw. Filterung,

Fensterintegralbildung, verglichen. Dies kann durch Differenz- oder Quotientenbildung erfolgen. Darüber hinaus kann eine Normierung über die Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen, um den geschwindigkeitsabhängigen Einfluss von Fahrmanövern zu berücksichtigen. Bei schneller Fahrt treten höhere Beschleunigungen bzw. Signalstärken auf.