(57)【要約】  本発明は、音波センサ装置の信号に基づいて衝突を識別する、車両の衝突識別方法および車両の衝突識別のための制御装置に関する。本発明によれば、音波信号のマルチパス伝搬の評価に基づいて車両の衝突位置が求められる。
2010540347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波センサ装置（ＫＳ１〜ＫＳ４）の信号を用いて車両（ＦＺ）の衝突を識別する、
車両の衝突識別方法において、
音波信号のマルチパス伝搬の評価に基づいて車両の衝突位置を求める
ことを特徴とする車両の衝突識別方法。
【請求項２】
前記評価として、音波信号と記憶された遅延時間とを加算することにより、可能な種々の衝突位置に対する基準信号を形成し、該基準信号のうち最大のものが実際の衝突位置を表すものとする、請求項１記載の車両の衝突識別方法。
【請求項３】
前記基準信号を連続的に形成する、請求項２記載の車両の衝突識別方法。
【請求項４】
前記評価として、パターン検出により前記マルチパス伝搬を検出し、各経路につき音波信号の遅延時間を求め、該遅延時間に基づいて衝突位置を識別する、請求項１記載の車両の衝突識別方法。
【請求項５】
相関を利用して前記パターン検出を行う、請求項４記載の車両の衝突識別方法。
【請求項６】
前記評価として、前記音波信号を時間的に反転させ、計算モデルによって少なくとも１つのシャーシ部に対して時間反転された前記音波信号に基づいて衝突位置を求める、請求項１記載の車両の衝突識別方法。
【請求項７】
衝突位置に対する前記計算モデルにより前記時間反転された音波信号から他の位置と比較して最も大きな再構成信号を求めることによって、衝突位置を求める、請求項６記載の車両の衝突識別方法。
【請求項８】
前記再構成信号に基づいて乗員保護手段（ＰＳ）を駆動する、請求項７記載の車両の衝突識別方法。
【請求項９】
前記再構成信号に基づいて前記乗員保護手段の駆動の制御に用いられる衝突閾値を定める、請求項８記載の車両の衝突識別方法。
【請求項１０】
前記音波信号の個々の成分の減衰量を考慮する、請求項６から９までのいずれか１項記載の車両の衝突識別方法。
【請求項１１】
前記音波信号の周波数範囲を評価のために低減する、請求項６から１０までのいずれか１項記載の車両の衝突識別方法。
【請求項１２】
前記音波信号は時間的に同期された複数の音波センサの部分信号から成る、請求項６から１１までのいずれか１項記載の車両の衝突識別方法。
【請求項１３】
音波センサ装置（ＫＳ１〜ＫＳ４）の音波信号を処理する少なくとも１つのインタフェース（ＩＦ１，ＩＦ２）と、該音波信号に基づいて衝突を識別する評価回路（μＣ）とを備えている、
車両（ＦＺ）の衝突識別のための制御装置（ＳＧ）において、
前記評価回路は、車両内の音波信号のマルチパス伝搬に基づいて車両における衝突位置を求めるマルチパス伝搬評価モジュール（ＭＷ）を備えている
ことを特徴とする車両の衝突識別のための制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載されている車両の衝突識別方法および車両の衝突識別のための制御装置に関する。
【０００２】
独国出願第１０２００４０２２８３４号明細書から、衝突識別のために音波信号を利用することが公知である。
【０００３】
発明の開示
本発明の車両の衝突識別方法および車両の衝突識別のための制御装置は、従来技術に比べて、方向情報を付加的に形成する必要なく、音波（固体伝播音、バルク波を含む）のマルチパス伝搬特性を利用して、スカラー量として測定された音波信号から衝突位置を求めることができるという利点を有する。音波信号が例えば車両のシャーシ部の底板（ベースプレート）を伝搬する際に特徴的なのがマルチパス伝搬特性である。音波センサ装置では、種々の経路を介して伝搬した個々の信号成分が重畳される。こうしたマルチパス伝搬の情報から衝突位置を再構成することができる。なぜなら、各信号成分は例えば底板を通る個々の経路に沿って伝搬するために特徴的なパターンおよび時間遅延量を有し、これを逆算することでジオメトリひいては衝突位置を推論できるからである。
【０００４】
このため、有利には、方向情報を送出するための付加的なセンサが必要なくなる。特に、車両フロント部または車両サイド部の衝突センサを省略できる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の制御装置を備えた車両を示す図である。
【図２】評価回路のマイクロコントローラ上のソフトウェア構造を示す図である。
【図３】本発明の方法の第１の実施例のフローチャートである。
【図４】本発明の方法の第２の実施例のフローチャートである。
【図５】３つの時間図である。
【図６】本発明の方法の第３の実施例のフローチャートである。
【図７】音波信号のマルチパス伝搬の第１の例を示す図である。
【図８】本発明の方法の第４の実施例のフローチャートである。
【図９】時間反転の手法を示す図である。
【図１０】車両の機械的構造を示す図である。
【図１１】音波信号のマルチパス伝搬の第２の例を示す図である。
【図１２】音波信号のマルチパス伝搬の第３の例を示す図である。
【図１３】マルチパス伝搬に対して最適化された底板を示す図である。
【図１４】種々のセンサで発生した音波信号から得られる衝突パルスを示す図である。
【図１５】時間反転されたセンサ信号およびそこから得られる衝突パルスを示す図である。
【図１６】音波信号のマルチパス伝搬の第４の例を示す図である。
【０００６】
本発明の方法および制御装置によれば、クラッシュジオメトリ、すなわち、外部の物体が車両構造体に衝突した位置を、短時間、例えば２秒未満で求めることができ、迅速な衝突識別が可能となる。
【０００７】
また、本発明の方法および制御装置によれば、上に挙げたセンサのほか、中央部に搭載される加速度センサも省略可能である。
【０００８】
さらに、独立請求項に記載されているように、音波センサ装置の信号に基づいて衝突閾値を求めることもできる。このため、本発明の方法および制御装置によれば、乗員保護手段の効率的な駆動が可能である。これは、衝突位置および衝突のタイプが衝突閾値によって精細に判別され、エアバッグやシートベルトテンショナーなどの乗員保護手段の適切な駆動を達成できるからである。
【０００９】
本発明の音波センサ装置とは、車両構造体の内部で２ｋHz〜１００ｋHzの範囲の高周波数振動を検出できるセンサ装置のことである。車両では衝突が生じると音波の振動が発生する。なお、音波はマイクロメカニカル技術によって製造された加速度センサまたは磁気ひずみセンサによっても検出することができる。本発明の音波センサ装置はこれらのいずれであってもよい。音波センサは音波の信号に応じてさらなる処理の可能な電気信号を形成する。当該の電気信号は音波の信号を表す。
【００１０】
本発明で云う衝突とは車両と衝突対象物とがぶつかることであると理解されたい。
【００１１】
また、信号と云う場合、唯一の信号を用いるケースも複数の信号を用いるケースも存在することに注意されたい。特に、信号は、音波センサ装置で重なり合う複数のマルチパス伝搬成分を表している。
【００１２】
評価とは、信号に基づいてマルチパス伝搬の分析を行うこと、つまり、信号のマルチパス伝搬の経路から衝突位置を推論することであると理解されたい。
【００１３】
マルチパス伝搬とは、無線波などと同様に、音波が車両構造体内を衝突位置からセンサヘ向かって種々の経路で伝搬するときの特性である。波は縦方向、横方向またはねじれ方向の性質あるいはこれらの重畳された性質を有する。
【００１４】
制御装置とは、音波センサ装置からの信号を処理し、これに基づいて衝突を識別する電気装置であると理解されたい。当該の制御装置は、本発明の実施形態では、エアバッグまたはシートベルトテンショナーなどの乗員保護手段を駆動するために設けられている。同様に、車両の別の保護手段を駆動することもできる。評価のために、制御装置はマイクロコントローラ、プロセッサ、ＡＳＩＣまたは離散的回路などの評価回路を有する。デュアルコアプロセッサを利用することもできる。所定のタイプのプロセッサが用いられる場合、当該のプロセッサは１つまたは複数のプロセスを評価のために進行させることができる。
【００１５】
インタフェースはハードウェアまたはソフトウェアにより構成することができる。ハードウェアとしては、特に、離散的な素子による測定回路または純粋に離散的な手段などの複数の集積回路を構成すると有利である。また、制御装置のマイクロコントローラ上で動作するソフトウェアインタフェースを実現してもよい。
【００１６】
マルチパス伝搬評価モジュールも同様にハードウェアおよび／またはソフトウェアのいずれとして構成してもよい。ハードウェアとして、例えば、評価回路の固有の回路領域であるマルチパス伝搬評価モジュールが用いられる。しかしマルチパス伝搬評価モジュールは純粋なソフトウェアモジュールであってもよい。
【００１７】
衝突位置とは、シャーシ部において音波信号が発生した位置である。通常、衝突は衝突対象物が車両へぶつかることによって起こる。
【００１８】
従属請求項に記載された手段および態様により、独立請求項に記載された車両の衝突識別方法および車両の衝突識別のための制御装置の有利な実施形態が得られる。
【００１９】
有利には、衝突位置ごとに、例えば底板の縁領域を区分した区間ごとに、センサまでの伝搬経路に沿ったそれぞれの遅延時間を前もって計算し、制御装置に格納しておくことにより、評価が行われる。衝突位置ごとに、各遅延時間について特徴的な所定の基準周波数が得られる。なお、種々の遅延時間は、信号が衝突位置からセンサへ達するまでにそれぞれ異なる長さの経路を通ることによって生じる。測定された信号振幅を個々の信号列に対して記憶されている遅延時間へ加算することにより、和信号が形成される。最大の和信号が形成される信号列が真の衝突位置に相当する。有利には、当該の手法は連続的に適用される。このために、窓積分に類似した移動平均が利用され、３つの値が積算される。
【００２０】
有利には、評価として、パターン検出により信号のマルチパス伝搬が検出され、各経路につき音波信号の遅延時間が求められ、この遅延時間に基づいて衝突が識別される。信号源の位置と音波センサ装置の位置とのあいだには固定の関係が存在しており、１次信号、第１の反射信号、第２の反射信号および第３の反射信号の走行経路もこれによって固定に定まる。もとの信号が所定のパターンを有する場合、まず、１次波が音波センサ装置に達する。同じパターンが１回の反射をともなう第２の経路を介して音波センサ装置へ達するが、走行経路が長くなっているので、到達は時間的に少し遅れる。さらに遅れて、第３の経路を通ったパターンが音波センサ装置へ達する。高次の反射波、つまり複数回反射した波のパターンがこれに続く。音波センサ装置では、当該の信号パターンが、少なくとも３回、異なる時点で発生することになる。受信信号内の第１のパターンの反復を検出する相関機構を介して遅延時間が求められる場合、そこから直接に簡単な幾何学的数式によって信号源の位置を求めることができる。例えば、信号が車両の底板を伝搬する場合、第１の信号は直線的な距離を走行してセンサに達する。第２の信号は、いちど反射されているので、そのぶんだけ長い経路を走行する。２つの信号経路の距離の差ｓは、使用される材料の特性に応じた既知の波伝搬速度ｃと、時間差ｔとから、式ｓ＝ｃ＊ｔによって求められる。衝突信号は、一方では底板の境界から放出され、他方では底板の境界で反射される。さらに、一般に知られている反射法則、すなわち、底板の外縁での反射の際には入射角が出射角に等しくなるという法則も用いられる。この法則を考慮することにより、衝突位置を一義的に求めることができる。
【００２１】
遅延時間は底板の縁の信号源位置を表す。ただし、この手法は、組み込み位置が底板の対称軸線上にない場合にしか適用できない。なぜなら、組み込み位置が底板の対称軸線上にあると、信号源位置が多義的になってしまうからである。
【００２２】
有利には、評価として、音波信号が時間的に反転され、少なくとも１つのシャーシ部に対する計算モデルによって、時間反転された音波信号に基づいて衝突位置が求められる。
【００２３】
時間反転により、信号は逆投影され、有限要素モデルＦＥＭ、格子ボルツマンモデル、または、簡単な数学的モデルなどの計算モデルを用いて、信号源を求めるために評価される。時間反転の効果は、計算モデルにおいて、信号源位置に時間反転された信号の信号列が構造的に重畳され、信号源位置が得られるということである。つまり、他に比べて振幅の大きな信号が識別される。こうして、一方では音波信号の信号源位置が求められ、他方では当該の信号源位置での信号の再構成によって、センサ装置の位置を考慮する必要なしに、仮想の測定値が得られる。したがって、１つまたは複数の音波センサによりクラッシュジオメトリを求めることができ、また、衝突位置に近い所定のポイントでの音波信号を復元することができる。この２つの情報をともに評価することにより、衝突のタイプに適した乗員保護手段の駆動が可能となる。
【００２４】
有利には、再構成信号に基づいて乗員保護手段が駆動される。例えば、適応化のための閾値との比較により、信号そのものおよび／または他のパラメータに基づいて適応化が行われる。
【００２５】
さらに有利には、再構成信号に基づいて乗員保護手段の駆動を制御する衝突閾値が定められる。このために、例えば、再構成信号が２乗され、衝突エネルギの尺度が求められる。当該の衝突エネルギの尺度は、閾値、例えば適応的に構成された閾値と比較される。
【００２６】
また、有利には、マルチパス伝搬によって生じた信号の個々の成分の減衰量が考慮される。これは、計算モデルにおいては増幅により補償可能である。これによって本発明の方法の精度がいっそう向上する。
【００２７】
さらに有利には、評価のために、周波数範囲の低減された信号が用いられる。これにより計算コストを低減したうえで最適な結果が得られる。
【００２８】
有利には、信号は、複数の音波センサの部分信号が時間的に同期されて組み合わされたものである。時間的同期によって部分信号どうしが高度に相関される。
【００２９】
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【００３０】
図１には本発明の車両ＦＺ内の制御装置ＳＧが乗員保護手段ＰＳのコンポーネントおよび車両に搭載されている音波センサＫＳ１〜ＫＳ３に接続されている様子が示されている。音波センサＫＳ１〜ＫＳ３はマイクロメカニカル加速度センサであり、線路を介して制御装置ＳＧのインタフェースＩＦ１に接続されている。インタフェースＩＦ1は集積回路として構成されている。特に、このインタフェースＩＦ１は制御装置ＳＧのための別の機能を備えた大きな集積回路の一部であってもよい。インタフェースＩＦ１から音波信号が評価回路のマイクロコントローラμＣへ伝送される。マイクロコントローラμＣは本発明の方法にしたがって衝突位置を求める。また、マイクロコントローラμＣは有利には衝突閾値を定める。衝突閾値を定めるために、マイクロコントローラμＣは付加的に制御装置ＳＧ内に存在する音波センサＫＳ４にも接続されている。
【００３１】
マイクロコントローラμＣは、音波信号のマルチパス伝搬特性を利用して、信号の経路の分析により、衝突位置を求める。各信号はそれぞれ異なる経路を介して音波センサＫＳ１〜ＫＳ４へ到達するので、これらの経路に基づいて特徴情報が得られ、逆投影により、もとの衝突位置を再現することができる。
【００３２】
もちろん、音波センサの数は、１個であってもよいし、図示されているより少ない数または多い数であってもよい。なお、図１では、わかりやすくするために、乗員保護手段ＰＳおよび制御装置ＳＧを駆動するために必要な部品は示していない。
【００３３】
マイクロコントローラμＣは相応の駆動信号を駆動回路ＦＬＩＣへ伝送する。この駆動回路ＦＬＩＣは電子制御可能なパワースイッチを有しており、駆動信号により、エアバッグ、シートベルトテンショナーなどの能動性の乗員保護手段ＰＳが駆動される。他のセンサはわかりやすくするために図１では省略してある。
【００３４】
図２にはマイクロコントローラμCのソフトウェア構造が示されている。ただし、図２では、本発明の理解に必要なソフトウェアエレメント以外のエレメントは示していない。マイクロコントローラμCは音波センサＫＳ４の信号を受け取るインタフェースＩＦ２を有している。インタフェースＩＦ２は複数の信号をマルチパス伝搬評価モジュールＭＷへ転送する。このマルチパス伝搬評価モジュールＭＷはマルチパス伝搬特性を利用して衝突位置を再現し、また付加的に、複数の音波信号から衝突閾値を定める。インタフェースＩＦ２は例えば音波センサＫＳ１〜ＫＳ３の信号をマルチパス伝搬評価モジュールＭＷへ転送する。衝突閾値は、閾値設定モジュールＣＳにおいて、例えば再構成された音波信号を２乗して積算し、衝突エネルギの尺度を求めることによって定められる。駆動モジュールＡＮでは信号と衝突閾値との比較が行われ、乗員保護手段を駆動すべきか否か、駆動すべき場合にはいつどの手段を駆動するのかが判別される。このために衝突閾値は適応的に構成される。
【００３５】
図３には、本発明の方法の第１の実施例のフローチャートが示されている。ステップ３００において、複数の音波信号が例えばインタフェースＩＦ１，ＩＦ２によって受け取られる。ステップ３０１では、音波信号のマルチパス伝搬特性がマルチパス伝搬評価モジュールＭＷによって分析され、衝突位置が求められる。ステップ３０２では、同様に音波信号に基づいて、衝突閾値が定められる。これに代えてまたはこれに加えて、衝突閾値を定めるために他のセンサ信号を用いることもできる。ステップ３０３では、衝突位置および衝突閾値に基づいて乗員保護手段を駆動すべき状況であるか否かおよびどの乗員保護手段を駆動すべきかの判別が行われる。ついで、ステップ３０４で適切な乗員保護手段の駆動が行われる。また、駆動すべき状況でないと判別された場合にはステップ３０５で本発明の方法は終了する。
【００３６】
図４には、本発明の方法の第２の実施例のフローチャートが示されている。ステップ４００で複数の音波信号が受け取られる。ステップ４０１では、制御装置のメモリから、固定に記憶されている、種々の伝搬経路を表す遅延時間がロードされる。ステップ４０２では、各音波信号と各遅延時間との和が形成される。ついでステップ４０３で和の最大値が探索され、ステップ４０４で探索された最大値が衝突位置に対応づけられる。当該の実施例の方法は簡単であり、後述する実施例に代えて利用することができる。
【００３７】
図５には本発明の方法を説明するための３つの時間特性図５００〜５０２が示されている。第１の時間特性図５００には第１の位置に対する遅延時間ｔ０，ｔ１，ｔ２が示されており、第２の時間特性図５０１には第２の位置に対する遅延時間ｔ０，ｔ１，ｔ２が示されている。これらからわかるように、遅延時間は位置ごとに異なっている。第３の時間特性図５０２は本発明の方法を表している。測定された信号５０３はロードされた遅延時間ｔ０〜ｔ２に加算される。第３の時間特性図から見て取れるように、和１は和２より大きくなるので、Ｓ1＞Ｓ２が成り立つ。したがって、信号源位置として第１の位置５００のみが得られる。
【００３８】
図６には、本発明の方法の第３の実施例のフローチャートが示されている。この実施例では、ステップ６００において、所定のパターンが検出される。ステップ６０１では、検出されたパターンが連続して受信される信号において探索される。パターンが見出されると、ステップ６０２で、各遅延時間が求められる。ステップ６０３で、遅延時間と経路との対応づけが行われる。ステップ６０４で、遅延時間に応じた経路に基づき、簡単な幾何学的数式を利用して、衝突位置が求められる。
【００３９】
図７には、図６の実施例の基礎となる伝搬の様子が示されている。ポイント７００が衝突位置であり、音波信号が発生している。生じた信号は所定の信号パターン７０１を有する。受信機７０４までの経路として、直接の経路７０５，第１の反射を経る経路７０６および第２の反射を経る経路７０７の３つが発生している。これにより、受信機７０４では、それぞれ異なる遅延時間を有する信号が受信される。本発明によれば、各遅延時間からそれぞれの経路が求められ、信号源位置が特定される。右方の時間特性図から、相関によって求めることのできる信号パターンが３回反復されたことがわかる。
【００４０】
図８には、本発明の方法の第４の実施例のフローチャートが示されている。ステップ８００では、音波センサ装置ＫＳ１〜ＫＳ４が、マルチパス伝搬を経て伝搬した音波信号を受信する。受信信号のフィルタリングを行えば後続の計算が高速化されかつ簡単化される。ステップ８０１では時間反転が行われる。時間反転とは、最初に到来する信号が最後に計算モデルに入力されることを意味する。ステップ８０２では、音波センサの配置された底板が考慮される。この底板について、例えば有限要素モデルなどの計算モデルが利用される。通常、こうしたモデルは車両メーカで製造の開始前に存在しており、シェルエレメントまたはヴォリュームエレメントによって部材の構造が幾何学的にシミュレートされる。付加的に、当該のモデルは使用される原材料のデータも含むので、材料の剛性および波の伝搬現象を計算することもできる。計算の精度は特に使用されるエレメントの大きさおよび個数に応じて定まる。例えば、衝突位置の識別に対して小さな精度があれば充分な場合には、大きなエレメントを僅かな数だけ選択すればよく、これにより計算を簡単化することができる。計算モデルにより、時間反転された信号が衝突位置を求めるために用いられる。ステップ８０３では、衝突位置を表す再構成信号の最大値が選択され、衝突位置が求められる。代替的な手法として、格子ボルツマン法を用いることもできる。格子ボルツマン法はセルオートマトンをベースにしている。ここでは、底板が固定の格子の複数のセルに分割され、各セルに波伝搬速度および反射特性の情報が割り当てられる。計算の際には、各セルはそれぞれ隣のセルと情報を交換するだけである。格子ボルツマン法は有限要素法ＦＥＭに比べて数的な単純性を有する。この手法はDieter A.Wolf-Gladrow, Lattice-Gas Cellular Automata and Lattice Boltzmann Models-An Introduction Springer, 2000の３０８頁以降に説明されている。またこの手法は直接に電子回路として実現することができる。例えば、電子モジュール上にメモリおよび計算素子から成る格子が配置され、この格子が直接に車両構造を表すようにされる。構造に対する各格子は格子ボルツマン法の規則に応じて、隣の格子に接続されている。底板上にセンサ位置に相応する所定の格子セルとして、時間反転された信号が電子モジュールへ供給される。格子のエッジにはエッジ信号を取り出して相応に最大値を求めることのできる出力側が存在する。こうした電子モジュールを所定の車両へ適合させるために、各格子セルには記述可能なメモリセルが設けられている。ここでは、メモリセルが局所的な波伝搬速度に関する情報を含んでもよいし、メモリセルが底板の縁の格子エレメント、入出力エレメントまたは計算から除外されるエレメントのいずれかであってもよい。所定の大きさの底板が、電子モジュール上で、相応のメモリ内容を格子へ単純に置き換えることによってモデリングされる。このようにして実現される電子モジュールは高い計算速度を有し、取り扱いも簡単である。
【００４１】
ステップ８０４では、受け取られた最大値が２乗され、衝突閾値の尺度が形成される。ステップ８０５では衝突閾値に対する信号の大きさが検査され、乗員保護手段の駆動の要否が判別される。駆動が必要であると判別された場合には、ステップ８０６で駆動が行われる。駆動が必要でないと判別された場合には、ステップ８０７で誤用状況が識別される。
【００４２】
図９には時間反転プロセスの原理が概略的に示されている。図９の左方から波面９０が複数のセンサ９３へ向かって到来する。個々のセンサ９３によって波面９０の到来が時間の関数として記録される。波面９０は湾曲しているので、点源から出発した波であるとわかる。また、当該の波は、種々の時点で種々の位置のセンサ９３に達することもわかる。このことは、それぞれのセンサに対して示されている各信号の時間的位置によって明らかである。図９ではこれは複数の矢印およびマーク９１によって表されている。
【００４３】
次に測定値９１は時間軸上で反転される。つまり、早くに到来したインパルスが遅くに供給されるインパルスへと変換されるのである。これらの信号は相応のセンサ位置に当たるエミッタ９６へ与えられる。そこから、各信号は到来した順序に対して反転された順序で放出される。このことは波面９４によって示されている。
【００４４】
結果として、時間的に反転された状態の波が放出される。つまり、生じた波はそのまま受信され、運動方向のみが反転されるのである。例えば、最初にダイバージェンス性を有する波は出発点に向かって集中するコンバージェンス性を有する波となる。
【００４５】
車両の衝突が生じると、局所的に発生する加速度によって音波が発生し、この音波が衝突点からこれにつながっている車両構造全体へ伝搬していく。この波は、局所音速、例えば鋼に対する約５０００ｍ／ｓｅｃの音速で動いていく。
【００４６】
図１０には底板１５４への入射点が示されている。衝突位置に直接に対応する入射点は、この実施例では右前側の長手方向支持体１５１に位置しており、クラッシュジオメトリが識別される。左方へオフセットしたフロント衝突であれば、信号は例えば底板の左前側の領域へ導入される。相応のことがサイド衝突およびリア衝突の際にも当てはまる。簡単化のために、以下では、底板のみを考察する。なぜなら、底板への信号の入射点によって充分に正確にクラッシュジオメトリが表されるからである。底板に代えて、シャーシの別の部分を利用することもできる。音波信号は入射点から円形に伝搬し、界面に達する。界面では波は反射され、再び底板の内部へ戻る。伝搬が進行すると、もとの波が反射した波と重畳し、干渉が生じる。さらに波の伝搬が進行すると、底板の全ての縁で反射が生じて波が戻り、全体として複雑な干渉パターンが形成される。図１０では、衝突点は長手方向支持体１５１の所定の部分に位置しており、引き出し線１５５によって表されている。音波信号は長手方向支持体１５１および分離壁を介して底板１５４内へ伝搬する。つまり、丸い囲みで示されている領域において、信号が底板に伝わるのである。車両のフロント部は１５０で、リア部は１５６で表されている。内燃機関は１５２で表されており、左側の長手方向支持体は１５３で表されている。前述したように、車両のフロント部は１５０で表されている。
【００４７】
図１１には底板での波の伝搬の様子が示されている。円形のパターンは伝搬する音波２５０を表している。曲線２５１は底板の縁でもとの波の反射により発生した２次波を表している。わかりやすくするために、ここでは、それぞれ１つずつの波列しか示していない。
【００４８】
音波センサが底板上に固定されている場合、所定の時間にわたって、１次波だけでなく反射波およびこれらの重畳波も測定位置へ到来する。
【００４９】
図１２に示されている測定点２５４には、まず波列２５３が到来し、僅かな時間を置いて、第１の反射によって生じた別の波列２５２が到来する。続く波列は簡単化のために示していない。付加的な他のセンサも図１２では省略してある。
【００５０】
全体として、音波センサは、１次波と反射波とが重畳されて生じた複雑な時間順序の複数の信号を記録する。
【００５１】
記録されるセンサ信号は信号の入射方向に関する情報を含まない。実際には、前述したように、各信号は種々の方向から到来する。
【００５２】
時間反転法を利用することにより、当該の実施例では、音波信号の放出位置が求められる。このために、第１のステップで、記録された信号が時間反転される。第２のステップでは当該の信号が底板の計算モデルへ供給される。つまり、信号が計算モデルのセンサ位置へ正確に入力される。続いて、計算モデルにより、波の伝搬が計算され、底板の縁のどの箇所で最大の信号強度が生じたかが報告される。最大の信号強度の発生した位置は、音波が底板へ入力された位置に相応する。
【００５３】
図１３には、複数のセンサ２５７〜２５９を備えた別の底板で衝突位置２５５が識別される様子が示されている。この底板には、実際の底板でよくあるように、障害物２５６、例えば孔、座席や拘束手段のねじ込みポイントまたは成形上の段部などが存在している。しかし、障害物２５６により、本発明の方法はより良好に機能する。なぜなら、光学系と同様に、こうした障害物は波の散乱中心となるので、これにより系の開放角ひいては分解能が増大するからである。適切な構造を有する車両であれば、本発明の方法を唯一の音波センサのみで適用することができる。
【００５４】
図１４には、グラフ２６０に示されている底板にインパルスが生じ、個々のセンサへ向かってマルチパス伝搬する様子が示されている。センサデータはここでは種々のセンサデータ２６１，２６２，２６３，２６５としてグラフに示されているが、インパルス２６０とは大きく異なっている。その原因はマルチパス伝搬による干渉である。
【００５５】
図１５には次の段階の様子が示されている。各センサ信号から時間反転された信号が形成され、その信号２７１〜２７４が計算モジュールへ供給され、インパルス２７５が再構成される。各信号の振幅は図１４，図１５の時間特性図に示されている。こうして音波信号に基づいてインパルスが再構成されるのである。
【００５６】
複数の音波センサが設けられる場合、コストがかかることが欠点である。衝突位置を求める際の精度が少々低くてもよい場合には、クラッシュジオメトリを求めるために唯一の音波センサがあれば充分である。しかし、信号が少なくとも１回、たいていの場合複数回、散乱ないし反射を生じる場合には、音波センサ装置を設けることが必須となる。この場合、各反射信号が、一方では別の経路を辿った信号であり、他方ではもともと別の方向から来た信号であることが利用される。図１６では、底板の所定の信号位置２８０で衝突信号が得られているが、時間反転された反射信号はあたかも付加的な放出源２８１，２８３から放出されたように見える。このことは、光学系からの類推によって容易に理解される。光は、波列に対して垂直に伝搬方向に沿って延在する線であると考えることができる。光学からの類推により、入射角が出射角に等しくなるという反射法則が利用される。図１６には放出源２８２および仮想の放出源２８１，２８３および信号位置２８０が示されている。
【００５７】
反射によって種々の経路で信号源へ戻る信号によって、複数のセンサを設けなくても部分的に補償が達成され、もとの信号を再構成することができる。場合によっては、付加的な散乱中心および反射中心を導入することによって再構成の品質を高めることができる。例えば底板の成形上の段部や孔などが考慮される。
【００５８】
まとめると、直感的な印象とは異なって、信号の伝搬経路に障害物が存在しているほうが伝搬経路の特徴づけが良好となるため、本発明の方法はより良好に機能するのである。
【００５９】
再構成の品質は、波信号の減衰量を考慮に入れることにより、さらに向上する。種々の観察角度を有する信号の伝搬経路により、信号が減衰して、振幅が変化する。時間反転を考慮に入れれば、適切な計算プロセスにより、当該の効果が補償される。波の伝搬に対しては、減衰に代えて、所定の増幅を考慮することもできる。この場合、例えば所定の時間ごとに信号が所定の値だけ増大され、局所的な材料特性に応じて定まる値が相応に計算される。他よりも長い経路を辿った信号は相応に長い時間を経ているので時間的な進行を考えると相応に強く減衰されている。このため、時間反転の際には、必要距離ないし必要時間に比例した増幅が行われる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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