用于探测至少一个结构声音信号的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于探测至少一个结构声音(结构噪声)信号、尤其是用于检测至少一个损坏事件(破坏事件)和/或至少一个接触事件，尤其是在机动车上，的方法，包括传感器装置。本发明此外涉及一种用于探测至少一个结构声音信号、尤其是由一个损坏事件和/或由一个接触事件影响的结构声音信号，的设备，包括至少一个传感器装置，其中，传感器装置具有与至少一个储存装置的至少一个传导信号的连接和与至少一个评价装置的至少一个传导信号的连接。本发明此外涉及一种机动车，尤其是汽车，其具有前述的设备。
【背景技术】
[0002]用于识别损坏事件的方法和设备是已知的并且经常应用于汽车领域。例如，由DE10034524A1已知用于识别汽车的至少一个部件由于事故造成的变形的方法和设备。在此情况下探测结构声音频谱并且将相应的传感器信号从传感器装置传导到评价装置。汽车的部件在此情况下用限定的频率脉冲重复地进行激励并且由设备探测由此产生的结构声音频谱。通过该结构声音频谱相对于先前检测到的结构声音频谱的显著变化，推断出相关的部件由事故引起的变形。借助于这种方法可以实现监控汽车的一个或多个部件。采用这种方法不能够判断出在相应的部件的哪个位置处发生损坏事件的作用。
[0003]为了能够尽可能详细地用文献记载例如一个损坏事件，该损坏事件的作用地点的精确定位具有重要价值。例如由此可以确定在机动车行驶运行期间落石打击的准确位置或者在该机动车的外壳上与另一个机动车接触的精确位置。这些信息可以提供例如用于重建(复制)事故发生过程的重要提示。此外，应该尽可能以成本有利的方式提供这种设备。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种方法和一种设备，借此实现确定例如在汽车上的损坏事件和/或接触事件的地点并且其中不需要由于广泛的敷设电缆造成的增大的安装费用。
[0005]该目的通过一种具有权利要求1的特征的方法，一种具有权利要求9的特征的设备和一种具有权利要求14的特征的机动车来实现。
[0006]在各从属权利要求中给出一些扩展方案和有利的结构设计。
[0007]所述用于探测(记录)至少一个结构声音信号，尤其是用于检测至少一个损坏事件和/或至少一个接触事件，尤其是在汽车处，的方法，包括传感器装置，按照本发明，其特征在于，通过在具有惟一的结构单元的、惟一的传感器装置处记录至少一个测量信号，和通过分开地确定一方面在传感器装置和作用地点之间的距离并且另一方面确定结构声音信号入射到惟一的传感器装置上的方向，确定损坏事件和/或接触事件的作用地点。
[0008]传感器装置最好安装在汽车外壳的内侧面上。由于传感器装置只有惟一的结构单元，因此保证相对较简单的安装。传感器装置最好在中心处安装在机动车外壳的具有(平)面状区域例如侧门的内侧面上。为了定位作用地点，即汽车的外壳上被施加作用力，例如由于被落石打击，所处于的地方，确定在传感器装置和作用地点之间的距离，以及在作用地点处产生的信号入射到传感器装置上所处于的方向。该信号涉及结构声音信号，它例如以弯曲波的形式在部件的面状的区域中传播。相对于使用多个例如在平面区域上分布的传感器装置，在只使用只有唯一的结构单元的一个惟一的传感器装置的情况下，有利的是，可以取消各单个传感器装置的同步。在使用各单个的传感器装置例如用于确定信号差的情况下，同步是必需的。此外，由此不需要在不同的传感器装置之间的任何通讯，因此可以取消可能的方法步骤以及通讯装置。优选地，作用地点，即结构声音信号的源，通过依据传感器的位置计算极坐标来确定。在笛卡尔坐标系统或其它的坐标系统中计算作用地点也是可能的。
[0009]在本方法的一个优选实施方式中，探测(记录)传感器装置的至少两个尤其是三个传感器元件的测量信号。例如可以在三个传感器元件中的每个传感器元件处相互独立地探测由损坏事件引起的结构声音信号。在传感器装置和作用地点之间的距离可以通过结构声音信号的弯曲波的传播速度计算出来。为此可以利用离散(散射)效应，即波的传播速度与相应的频率的依赖关系。波击中传感器装置所处于的角度可以通过在三个传感器元件之间的行进时间差计算并且例如在极坐标中给出，该极坐标的基准点例如可以是传感器装置的位置。
[0010]在本方法的一个优选实施例中，分别至少在测量信号的一个区段上应用傅里叶变换，尤其是快速(短时间)傅里叶变换并且由此确定各个频率部分(频率分量)的相位，确定在至少两个频率部分中的相位差，由相位差计算出结构声音信号的行进时间(传播时间)并且由结构声音信号的行进时间确定传感器元件和作用地点之间的距离。最好同时在传感器装置的三个传感器元件处探测由接触事件和/或损坏事件产生的结构声音信号。为了进一步处理和评价，被探测的模拟的结构声音信号例如可以通过模拟数字转换器转换成数字测量信号。数字化的测量信号可以被传导给计算单元并且储存在存储装置中，因此提供测量信号，尤其是确定的时间区域的测量信号，进行进一步的处理。在三个测量信号的各至少一个区段上应用傅里叶变换，尤其是快速傅里叶变换。快速傅里叶变换的结果可以被储存起来用于进一步处理。在对测量信号的进一步的评价中，分别确定测量信号的各个频率部分。在此情况下，可以以计算方式消除(分离出)可能出现的2 JT的跃变(突变)。由于离散，结构声音波的传播速度是与频率相关的。这意味着，每个频率部分具有自己的传播速度。在损坏事件或接触事件的情况下，在作用地点处的结构声音波的全部频率部分被同时激励。基于这种关联性，可以由在一个传感器元件处的测量信号的两个频率部分的相位关系尤其是相位差确定结构声音信号在传感器元件和作用地点之间的行进时间。由结构声音信号的行进时间可以确定在传感器元件和作用地点之间的距离。距离确定的精确性可以得到提高，例如通过在多个频率部分中确定行进时间或者通过利用更多数量的传感器元件。
[0011]在本方法的一个优选实施例中，在传感器装置和作用地点之间的距离的计算中输入至少一个已知的波速度、尤其是弯曲波速度和/或兰姆波速度(Lamb Wave)和/或纵波速度。优选地，该方法应用于机动车上尤其是机动车的外壳上。在机动车外壳的平面状的区域中，传播的主要是由接触事件或损坏事件产生的弯曲波。由于散射原因，这种波的传播速度取决于频率。波的不同的频率部分具有不同的传播速度。弯曲波的与频率相关的传播速度，例如在一定的厚度的钢板中，是已知的。由已知的波速度可以借助于由测量信号确定的频率部分的行进时间确定行进路程。
[0012]在本方法的另一个优选实施例中，至少两个在两个不同的传感器元件处探测的测量信号的相位差通过形成互功率密度(交叉功率密度)和通过确定其相位来确定，由在两个不同的传感器元件处的测量信号的相位差确定两个传感器元件之间的行进时间，确定行进时间的行进时间差，在传感器元件之间的行进时间差被置于一种比例(关系)中并且由在不同的传感器元件之间的行进时间的该比例推断出方向，结构声音信号从该方向射到传感器装置上。该方向可以通过确定在传感器装置的各个传感器元件之间的行进时间来确定，通过接触事件或损坏事件产生的结构声音信号在该方向下射到传感器装置上。被确定的结构声音信号的方向例如可以通过在极坐标、笛卡尔坐标或另外的坐标系统中的角度数据给出。在两个传感器元件之间的信号行进时间通过确定信号的相位来确定。为此，形成在两个传感器元件处测取的两个测量信号的互功率密度并且确定该互功率密度的相位。由互功率密度的相位可以计算地去除(分离出)2 31的跃变(突变)并且可以使该相位适配于这些频率部分的一个相关范围。由两个测量信号的频率部分的如此确定的相位差，可以计算传感器元件之间的测量信号的行进时间。以相同的方式确定相互间在全部三个传感