專利名稱：對固體聲信號進行信號處理以實現(xiàn)事故檢測的方法和單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的固體聲信號的信號處理方法，尤其是汽車中固體聲信號的信號處理方法，以及一種帶相應(yīng)信號處理單元的乘客保護系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在識別轎車事故情況中，固體聲測量展示了一種新技術(shù)。氣囊控制裝置分析碰撞中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲或固體聲振動，并能快速、有針對性地觸發(fā)乘客保護裝置。例如在DE 10015273A1中已由一個寬帶傳感器捕捉到作為高頻振動的固體聲分析求值，并從中生成一個低頻加速度信號部分和一個高頻固體聲信號部分。在此，超過4kHz 的頻率由一個高通濾波器傳輸?shù)焦腆w聲信號的分析路徑中。但在簡單的濾波器中，高通濾波器的通帶范圍前提條件是在4kHz或低于4kHz時具有-3dB的角頻率，否則信號會明顯衰減?；蛘弑仨毷褂脧?fù)雜程度明顯更高的高階高通濾波器。迄今為止，固體聲信號的過濾通常是通過帶通、檢波和低通濾波器進行的，并有一些其他的缺點。其中包括傳感器中過濾時間相對較長，這在快速觸發(fā)側(cè)面碰撞試驗中可能是一個問題。通過當(dāng)前信號處理中的低通濾波器，信號還將進一步延遲。整個濾波環(huán)節(jié)導(dǎo)致高頻信號延遲，并且只有經(jīng)過非常強平滑處理的高頻信號才能進入乘客保護系統(tǒng)的評估邏輯部分。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，進一步開發(fā)乘客保護系統(tǒng)以及信號處理方法，以便在不增加錯誤觸發(fā)危險的情況下能更快識別觸發(fā)情況。所述任務(wù)通過獨立的權(quán)利要求特征解決。本發(fā)明的其它優(yōu)選方式從附屬權(quán)利要求中得出，其中也能對各單一特征進行相互組合和其他方式的處理。本發(fā)明的主要理念在于，應(yīng)用一階高通濾波器使信號延遲明顯減小。此外，_3dB角頻率處于工作頻率范圍內(nèi)，也就是說設(shè)置在下工作頻率的上方。這導(dǎo)致所述3dB角頻率處的頻率分量已剛好以-3dB衰減，所述工作范圍內(nèi)較低頻率的衰減更強，然而較高頻率部份的衰減更弱，由此在工作范圍內(nèi)的頻率分量之間進行不同的加權(quán)。這一認(rèn)識的根據(jù)是，一個信號的頻率本身以二次冪的形式接受其能量。已經(jīng)證實，特別的優(yōu)選方式是將_3dB角頻率設(shè)置在工作頻率范圍的上半部分，甚至設(shè)在上面三分之一處。在此， 這一工作頻率范圍通過不斷增加的高通濾波器衰減向下確定，向上通過掃描頻率，更確切地說主要是一個頻率很高的抗混疊濾波器加以限制。通過這種技術(shù)上能夠簡單實現(xiàn)的濾波器設(shè)計和角頻率調(diào)整可確保，觸發(fā)情況雖然會導(dǎo)致信號處理單元中明顯更快地作出觸發(fā)決定，但能夠充分區(qū)分非觸發(fā)情況。這樣，向下的工作范圍限制主要通過高通濾波器進行，向上的工作范圍限制，即上工作范圍頻率限制尤其可通過模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的掃描頻率進行，在此，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換可在過濾前，也可在過濾后進行，也就是說，可實施模擬過濾或數(shù)字過濾。


接下來結(jié)合一個實施案例并借助示意圖對本發(fā)明進一步說明。下面對功能相同和 /或相同的器件可能標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。圖1 固體聲原信號以及按傳統(tǒng)方法和按本發(fā)明方法過濾的信號比較，圖2 —個非觸發(fā)情況的過濾信號相互比較，圖3 —個非觸發(fā)情況的過濾信號相互比較，圖4 按本發(fā)明的濾波器頻率響應(yīng)曲線。
具體實施例方式圖Ia是未經(jīng)過濾的固體聲原信號。圖Ib用示意圖比較說明采用傳統(tǒng)方法(虛線 F2)以及按本發(fā)明建議的高通濾波器(連續(xù)線Fl)過濾后分別從中獲得的能量信號。通過比較可清楚看到，能量信號比傳統(tǒng)方法體現(xiàn)出更好的固體聲原信號包絡(luò)線。圖3以更好的分辨率顯示圖lb。可清楚看到，用高通濾波器(連續(xù)線Fl)的過濾提供了一個非常強的第一個局部最大值，在該值積分時，確實提早超過觸發(fā)閾值，與此相比，在信號F2中最大值明顯要弱得多，此外還延遲出現(xiàn)。如果觸發(fā)情況較高的靈敏度可能還不是特別令人驚訝時，那么按本發(fā)明過濾方法的特殊作用在圖2中以非觸發(fā)情況，例如側(cè)面路邊石撞擊為例，則變得更加清楚。也就是說在非觸發(fā)情況時固體聲信號的能量在初始階段總體相對很高，但頻率分布不同。這樣，在非觸發(fā)情況時低頻部分對首先可見的高固體聲能量起決定作用。通過設(shè)計高通濾波器的尺寸，使其在要分析的工作頻率范圍內(nèi)部不恒定，而在低頻部分那里明顯衰減，這使得即使在非觸發(fā)情況時也能得到改進。這樣高通濾波器(連續(xù)線Fl)中評估的能量雖然再次提早增加，但比傳統(tǒng)濾波器(虛線F2)中低得多。之所以這樣，是因為濾波器是一階高通濾波器，并且其_3dB角頻率置于下工作頻率上方，主要在下工作頻率和上工作頻率之間。從而在非觸發(fā)情況時頻繁出現(xiàn)的、_3dB角頻率以下的工作頻率以3dB甚至更大的量衰減，與此同時，能量更強和觸發(fā)情況時出現(xiàn)的較高頻率幾乎不被衰減。在一個實施案例中，下工作頻率和上工作頻率在2. 5kHz和15KHz之間，優(yōu)選在 5kHz和IOkHz之間，并且_3dB角頻率在5kHz和IOkHz之間，優(yōu)選在大約7kHz處。但這些值根據(jù)不同的車型各有不同，因為汽車質(zhì)量、懸架和減震以及車身剛性方面的差異也導(dǎo)致不同的振動情況和不同的固體聲信號特點。在另一個實施案例中，下工作頻率和上工作頻率在2. 5kHz和25KHz之間，優(yōu)選在 5kHz和18kHz之間，并且_3dB角頻率在8kHz和18kHz之間，優(yōu)選在大約16kHz處。在所述實施案例中，工作范圍內(nèi)的固體聲低頻部分衰減更強，例如，在5kHz處已達到_12dB，如圖4 所示，根據(jù)這類頻率響應(yīng)曲線再次用簡圖對此加以說明。為了將低頻信號范圍的影響保持在特別小的狀態(tài)，以避免信號分析中車輛結(jié)構(gòu)以及傳感器所在的外殼的共振頻率，對進入分析部分的信號能量，根據(jù)頻率通過不同的、即不恒定的加權(quán)進行評估。較高頻率含量的信號在振幅相同情況下在時間范圍內(nèi)具有更多能量。因此，包含較高頻率分量的信號通過過濾特點在數(shù)量上比包含較低頻率分量的信號具有更大影響。從一定的頻率范圍起，高頻信號部分的影響在傳輸?shù)絺鞲衅魍鈿r由于信號的衰減應(yīng)忽略不計，這在實踐中常使頻率上限變得多余。必要時也可選用角頻率在工作范圍上方的低通濾波器來替代，這主要只適合在特別高的頻率信號中接入。過濾后，接下來可進行不連續(xù)的平均值計算。它結(jié)合了絕對值計算、信號過濾和將信號減小到4kHz。在此，主要應(yīng)注意，通過將一定數(shù)量的值相加到一個加速信號處理所規(guī)定的頻率， 例如每微秒4個值GkHz)，原始信號的數(shù)據(jù)率將大量減少。濾波環(huán)節(jié)的構(gòu)架既可以模擬方式也可以數(shù)字方式進行。通過按本發(fā)明的方法以及一個相應(yīng)的乘客保護系統(tǒng)，實現(xiàn)信號頻率含量評估的改進。通過使用極平的一階邊，低頻信號的分析值小于高頻信號。這樣對信號的頻率含量進行能量上更正確的評估。所述過濾裝置非常簡單，因此可經(jīng)濟合理地加以實現(xiàn)，并且在傳感器的ASIC上所占位置很少。此外，通過一階濾波器與不連續(xù)平均值計算相結(jié)合，與一個低通濾波器相比減少了過濾時間。恰好在側(cè)面碰撞范圍內(nèi)，通過原始信號的更好再現(xiàn)實現(xiàn)了提早識別碰撞和區(qū)分非觸發(fā)情況的優(yōu)勢。此外，通過對整個頻帶上信號頻率的評估，可分析碰撞中的信號部分，這部分信號到目前為止成了非常強的濾波器犧牲品。這部分信號既在前端碰撞數(shù)據(jù)中，也在側(cè)面碰撞數(shù)據(jù)中表現(xiàn)出來。在過濾(新的過濾器和迄今為止的濾波器)以及原狀態(tài)下側(cè)面碰撞數(shù)據(jù)的附圖1中可以看到，通過迄今為止的過濾器這類信號的平滑處理有多強，以及與之相比， 新過濾器可明顯更好地評估信號中短時出現(xiàn)的高頻信號上升。與碰撞試驗相比，通過改進信號中的能量評估，還可更好地識別非觸發(fā)情況。這些非觸發(fā)情況常常在低頻范圍內(nèi)具有較高的能量。
權(quán)利要求
1.一種固體聲信號的信號處理方法，尤其是汽車中固體聲信號的信號處理方法，其中所述固體聲被測量，由濾波器提供所述固體聲的頻率分量，這個頻率分量在上工作頻率和下工作頻率之間被分析，其特征在于，所述濾波器是一階高通濾波器，其中所述濾波器的-3dB角頻率位于上工作頻率和下工作頻率之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在工作范圍內(nèi)所述頻率分量之間進行不同加權(quán)，尤其是工作范圍內(nèi)在所述_3dB角頻率以下的頻率被衰減強于-3dB，工作范圍內(nèi)所述-3dB角頻率以上的頻率被衰減弱于_3dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述3dB角頻率在下工作頻率和上工作頻率之間的上半部分中。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述下工作頻率和上工作頻率在2. 5kHz和25kHz之間，優(yōu)選在5kHz和18kHz之間。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述_3dB角頻率在 8kHz和18kHz之間，優(yōu)選在約16kHz處。
6.一種具有傳感器和信號分析單元的乘客保護系統(tǒng)，所述傳感器至少對固體聲信號靈敏，所述信號分析單元具有用于執(zhí)行按上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的方法的濾波ο
全文摘要
這里介紹了一種固體聲信號，尤其是汽車中固體聲信號的信號處理方法以及一種相應(yīng)的乘客保護系統(tǒng)。在此方法中把一階高通濾波器規(guī)定為濾波器，其中所述濾波器的-3dB角頻率設(shè)置在下工作頻率和上工作頻率之間。這樣，不僅濾波器中的信號延遲明顯降低，而且在工作范圍內(nèi)的頻率也變得不同，更確切地說角頻率之下的部分相應(yīng)衰減更強，由此不僅能提早識別觸發(fā)情況，也能可靠識別非觸發(fā)情況。
文檔編號B60R21/0136GK102427968SQ201080021543
公開日2012年4月25日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者C·斯邁卡拉 申請人:大陸汽車有限公司