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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Bewegungserkennung eines Kraftfahrzeuges sowie die Verwendung
eines Beschleunigungssensors in einer Anordnung zur Blockierung
der Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 101 10 493 A1 geht ein
Verfahren zur Erzeugung eines Informationssignals bei Kraftfahrzeugen
hervor, wobei die gemessenen Beschleunigungssignale in mehreren
Richtungen erfasst und zeitlich ausgewertet werden. Ein weiteres Verfahren
zur Erfassung und Auswertung der Beschleunigungskräfte in einem
Fahrzeug wird in der
US 5,736,923 und
EP 1 188 625 A2 beschrieben.
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Schließlich wird in
DE 42 13 222 A1 für ein Verfahren
zur Erfassung der Rauigkeit einer Fahrbahnoberfläche ein Beschleunigungssensor
angegeben, der in unterschiedlichen Richtungen einen für die Rauigkeit
der Fahrbahnoberfläche
charakteristischen Frequenzbereich des Abrollgeräusches erfasst, wobei zur Spektralanalyse
des Frequenzverlaufs eine Fourieranalyse vorgesehen ist.
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In Kraftfahrzeugen werden Interlocksysteme installiert,
die die unbefugte Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs verhindern sollen.
Eine unbefugte Inbetriebnahme liegt beispielsweise dann vor, wenn
ein Kraftfahrzeug gestohlen wird oder der Benutzer des Kraftfahrzeugs
alkoholisiert ist. Im letzteren Fall kann bei einem Kraftfahrzeug
mit installiertem Interlocksystem der Anlasser erst dann betätigt werden,
wenn der Benutzer vorher einen Atemalkoholtest abgegeben hat und
der dabei gemessene Wert unterhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt.
Da ein solcher Atemalkoholtest nicht beaufsichtigt wird wie etwa
ein Atemalkoholtest im Rahmen einer Verkehrskontrolle durch die
Polizei, sind Täuschungsversuche
nicht auszuschließen,
bei denen entweder der Atemalkoholtest umgangen wird oder das Kraftfahrzeug
angeschoben oder fremd gestartet wird, obwohl der beim Atemalkoholtest
gemessene Wert oberhalb des Grenzwerts liegt. Solche Täuschungsversuche
stellen eine Verletzung von gesetzlichen Auflagen dar, haben weitreichende
Konsequenzen für
den Betroffenen und müssen
deshalb zuverlässig
festgestellt oder ausgeschlossen werden. Bisherige Interlocksysteme überwachen
beispielsweise die Bordspannung am Kraftfahrzeug, und zwar auch
dann, wenn das Kraftfahrzeug abgestellt ist und die Zündung nicht
eingeschaltet ist. Die Anforderung einer Probe für den Atemalkoholtest erfolgt
allerdings erst nach Einschalten der Zündung. Hier dient der Bordspannungseinbruch
beim Anlassen des Kraftfahrzeugs als Kriterium, ob ein Start erfolgt
ist. Wird tatsächlich ein
Bordspannungseinbruch bei nicht bestandenem Atemalkoholtest registriert,
erfolgt eine Eintragung in den Speicher des Interlocksystems, der
beispielsweise im monatlichen Rhythmus von einer Kontrollstelle ausgelesen
wird. Die Erfassung der Bordspannung ist aber kein zuverlässiges Kriterium
für die
Frage, ob ein Start des Kraftfahrzeugs erfolgt ist oder nicht. Denn
ein Bordspannungseinbruch kann auch durch Einschalten einer Klimaanlage,
eines Radios, von Scheibenwischern oder einem Gebläse in dem
Kraftfahrzeug verursacht werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die unbefugte Inbetriebnahme
eines Kraftfahrzeugs nachzuweisen, wird in der
US 2002/0039951 A1 beschrieben.
Dort wird ein Beschleunigungssensor mit einer Kontrolleinrichtung
für die
Zündung
und die Kraftstoffzufuhr an einem Motorrad verwendet. Der Beschleunigungssensor
berücksichtigt
auch die Erdbeschleunigung und kann in einer bevorzugten Ausführungsform
die Beschleunigungen in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen
messen. Signalrauschen und Vibrationen, die unberücksichtigt
bleiben sollen, werden von einem nachgeschalteten Filter ausgesondert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren zur Verfügung
zu stellen, mit dem eine zuverlässige
Aussage darüber
getroffen werden kann, ob ein Kraftfahrzeug fortbewegt wurde oder nicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Bewegungserkennung eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch
1 sowie die Verwendung eines Beschleunigungssensors in einer Anordnung
zur Blockierung der Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs.
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Bei denn Verfahren zur Bewegungserkennung
eines Kraftfahrzeugs werden die an einem Kraftfahrzeug angreifenden
Beschleunigungskräfte in
einem vorgegebenen Zeitintervall von einem Beschleunigungssensor
als zeitabhängige
Funktionen gemessen und an eine Auswerte- und Steuereinheit weitergeleitet.
Dort werden die zeitabhängigen
Funktionen einer Fourieranalyse, auch harmonische Analyse genannt,
unterzogen. Auf diese Weise lässt
sich das zugehörige
Frequenzspektrum ermitteln. Liegt ein vorgegebener Anteil des Frequenzspektrums
unterhalb einer festgelegten Grenzfrequenz, so speichert die Auswerte-
und Steuereinheit eine Information der Art ab, dass das Kraftfahrzeug
fortbewegt wurde. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, das heißt der vorgegebene
Anteil des Frequenzspektrums liegt nicht unterhalb der festgelegten
Grenzfrequenz, dann speichert die Auswerte- und Steuereinheit eine Information
der Art ab, dass das Kraftfahrzeug nicht fortbewegt wurde.
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Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens werden die am Kraftfahrzeug angreifenden Beschleunigungskräfte von
dem Beschleunigungssensor in mindestens zwei voneinander unabhängigen Richtungen
gemessen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine Komponente
der Beschleunigungskräfte
in horizontaler Richtung erfasst wird. Der Einbau des Beschleunigungssensors
im Kraftfahrzeug kann deshalb ohne Berücksichtigung einer besonderen
räumlichen
Orientierung erfolgen.
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In Abhängigkeit davon, ob ein kontinuierliches
oder diskretes Frequenzspektrum gewünscht ist, werden die zeitabhängigen Funktionen
der Beschleunigungskräfte
einer kontinuierlichen oder diskreten Fouriertransformation unterzogen.
Für die Zwecke
der anschließenden
Beurteilung, ob ein Kraftfahrzeug fortbewegt wurde oder nicht, ist
eine diskrete Fouriertransformation ausreichend und aufgrund ihrer
vergleichsweise einfacheren Durchführung in einer Auswerte- und
Steuereinheit einer kontinuierlichen Fouriertransformation vorzuziehen.
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Die Grenzfrequenz, anhand derer entschieden
wird, ob eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs stattgefunden hat
oder nicht, wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Federung und
dem Gewicht des Kraftfahrzeugs festgelegt. Für einen üblichen Personenkraftwagen
verwendet man als Grenzfrequenz beispielsweise 0,3 Hertz. Im Fall
eines schwereren Kraftfahrzeugs und im Fall einer weicheren Federung
ist die Grenzfrequenz entsprechend kleiner zu wählen.
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Als vorgegebenes Zeitintervall, in
dem die am Kraftfahrzeug angreifenden Beschleunigungskräfte als
zeitabhängige
Funktionen gemessen werden, empfiehlt sich beispielsweise ein Zeitraum
zwischen 30 bis 60 Sekunden.
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Bei der Verwendung eines Beschleunigungssensors
in einer Anordnung zur Blockierung der Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs
werden die vom Beschleunigungssensor gemessenen Beschleunigungskräfte von
einer Auswerte- und
Steuereinheit ausgewertet, beispielsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Unabhängig
davon empfängt
die Auswerte- und Steuereinheit eine Atemalkoholkonzentration eines
Benutzers, die über
ein verbundenes Handset im Kraftfahrzeug gemessen wird. In Abhängigkeit
von der gemessenen Atemalkoholkonzentration steuert die Auswerte-
und Steuereinheit ein Relais an, das dann entweder durch Öffnen oder Schließen eines
entsprechenden Schalters einen Schaltkreis zu einem Anlasser unterbricht
oder schließt.
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Die Messwerte für die Atemalkoholkonzentration
und die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ausgewerteten Messwerte für
die am Kraftfahrzeug angreifenden Beschleunigungskräfte werden von
der Auswerte- und Steuereinheit gespeichert und für Kontrollen
in zeitlichen Abständen
von etwa einem Monat zur Verfügung
gestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird im Folgenden anhand von Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
Anordnung zur Blockierung der Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs,
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2 einen
ersten zeitlichen Verlauf der auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Beschleunigungskräfte,
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3 die
Verteilung der Frequenzen einer diskreten Fourieranalyse der Funktion
aus 2,
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4 einen
zweiten zeitlichen Verlauf der auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Beschleunigungskräfte,
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5 die
Verteilung der Frequenzen einer diskreten Fourieranalyse der Funktion
aus 4.
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In der 1 ist
eine Anordnung zur Blockierung der Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs
dargestellt. Die Anordnung umfasst einen Beschleunigungssensor 1,
der die auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Beschleunigungskräfte in zwei
unabhängigen Richtungen
erfasst. Somit kann er beispielsweise unter dem Armaturenbrett eines
Kraftfahrzeugs in beliebiger Orientierung eingebaut werden, und
es werden auf jeden Fall Komponenten von Beschleunigungskräften in
horizontaler Richtung erfasst. Die Messung von Beschleunigungskräften in
zwei voneinander unabhängigen
Richtungen wird durch das schematisch angedeutete Koordinatenkreuz
symbolisiert. Die vom Beschleunigungssensor 1 gemessenen
Werte werden kontinuierlich an eine Auswerte- und Steuereinheit 2 weitergeleitet.
Es werden zwei Funktionen aufgezeichnet: der zeitliche Verlauf gx (t) der am Kraftfahrzeug angreifenden Beschleunigungskräfte in x-Richtung
und der zeitliche Verlauf gy (t) der am Kraftfahrzeug
angreifenden Beschleunigungskräfte in
y-Richtung. Die beiden Funktionen gx (t)
und gy (t) werden von der Auswerte- und
Steuereinheit 2 jeweils einer Fourieranalyse unterzogen.
Die Fourieranalyse gibt Aufschluss darüber, welche Frequenzen an den
jeweiligen Beschleunigungskräften
beteiligt sind. Im Fall einer Fortbewegung des Kraftfahrzeugs, wie
sie einem Anfahrvorgang oder einer Kurvenfahrt entspricht, liegen
die meisten Frequenzanteile der Fourieranalyse unterhalb von 0,3
Hertz. Bei einer Rüttelbewegung
oder einer geringfügigen
Erschütterung
des Kraftfahrzeugs entstehen Vibrationen am Kraftfahrzeug, die zu
Frequenzen führen,
die zum großen
Teil oberhalb von 0,3 Hertz liegen. Die Beurteilung, ob der größte Anteil
der Frequenzen unterhalb oder oberhalb eines vorgegebenen Werts,
hier im Beispiel 0,3 Hertz, liegt, wird folgendermaßen vorgenommen:
Die für
gx (t) und für gy (t)
ermittelten Frequenzen werden addiert. Im Fall einer kontinuierlichen
Fourieranalyse würde
man dann den Frequenzanteil von 0 bis 0,3 Hertz und den ab 0,3 Hertz
integrieren. Macht der Frequenzanteil von 0 bis 0,3 Hertz beispielsweise
mehr als 50 % am gesamten Integral aus, so ist von einer Fortbewegung
des Kraftfahrzeugs auszugehen. Macht der Frequenzanteil von 0 bis
0,3 Hertz weniger als 50 % am gesamten Integral aus, so wird eine
Fortbewegung des Kraftfahrzeugs ausgeschlossen. Im Fall einer diskreten
Fourieranalyse mit Frequenzen in konstanten Abständen würde man den Frequenzanteil
von 0 bis 0,3 Hertz und den ab 0,3 Hertz aufsummieren. Übersteigt
die Summe des Frequenzanteils von 0 bis 0,3 Hertz die Summe des
Frequenzanteils ab 0,3 Hertz, so geht man auch hier von einer Fortbewegung
des Kraftfahrzeugs aus. Ist dagegen die Summe des Frequenzanteils
von 0 bis 0,3 Hertz kleiner als die Summe des Frequenzanteils über 0,3
Hertz, so geht man von einer irrelevanten Kraftfahrzeugbewegung
aus, die nicht in Zusammenhang mit seiner Fortbewegung zu bringen
ist.
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Die Anordnung zur Blockierung der
Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs wird im Folgenden anhand ihrer
Arbeitsweise erläutert:
Zunächst wird
das Kraftfahrzeug von einem Benutzer gestartet. Hierfür wird ein
in der 1 geöffnet dargestellter
Zündschalter 6 geschlossen.
Sodann steuert die Auswerte- und Steuereinheit 2 über eine
Leitung 7 ein Handset 8 an. Über die Leitung 7 erfolgt
die Stromversorgung des Handsets 8 sowie der Datenaustausch
zwischen dem Handset 8 und der Auswerte- und Steuereinheit 2.
Das Handset 8 ist im Innern des Kraftfahrzeugs frei zugänglich und
beweglich untergebracht. Über
ein am Handset angebrachtes Mundstück 9 wird vom Benutzer
eine Atemalkoholprobe abgegeben. Liegt die Alkoholkonzentration
der Atemalkoholprobe unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts, dann
wird von der Auswerte- und Steuereinheit 2 ein Relais 3 angesteuert,
und ein in der 1 geöffnet dargestellter
Schalter 5 wird geschlossen, so dass ein Anlasser 4 gestartet
werden kann.
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Die Auswerte- und Steuereinheit 2 der
Anordnung zur Blockierung der Inbetriebnahme eines Kraftfahrzeugs
empfängt
und verarbeitet sowohl die Signale des Handsets 8 als auch
die des Beschleunigungssensors 1. Die Signale werden ausgewertet, gespeichert
und in der Regel in einem monatlichen Rhythmus an einer entsprechenden
Kontrollstelle ausgelesen. Stellt sich dabei heraus, dass eine Atemalkoholprobe
oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, der Beschleunigungssensor
kurz darauf aber Beschleunigungskräfte gemessen hat, die bei der
anschließenden
Fourieranalyse überwiegend Frequenzanteile
im Bereich zwischen 0 und 0,3 Hertz zeigen, so ist anzunehmen, dass
das Kraftfahrzeug fortbewegt wurde, obgleich die Atemalkoholprobe positiv
ausfiel. Das kann weitreichende Konsequenzen für den Benutzer des Kraftfahrzeugs
haben. Von daher ist einsichtig, dass die Aussage, ob das Kraftfahrzeug
fortbewegt wurde oder aber nur einer geringfügigen und nicht weiter bedeutsamen
Erschütterung
ausgesetzt wurde, äußerst zuverlässig sein muss.
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In der 2 ist
ein erster zeitlicher Verlauf gx 1 (t) der
auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Beschleunigungskräfte in einer
Richtung x von den zwei unabhängigen
Richtungen, die von dem Beschleunigungssensor 1 aus 1 gemessen werden, aufgetragen.
Das auf der Abszisse aufgetragene Zeitintervall beträgt 40 Sekunden,
angegeben sind jeweils Schritte von 5 Sekunden. Auf der Ordinate
aufgetragen sind die gemessenen Beschleunigungskräfte in Meter
pro Sekunde zum Quadrat. Zwei Querstreifen in der 2 entsprechen dabei 1 m/s2 (Meter
pro Sekunde zum Quadrat), angedeutet durch den vertikalen Doppelpfeil.
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Die 3 stellt
die Verteilung der Frequenzen einer diskreten Fourieranalyse der
Funktion gx 1 (t) aus 2 dar. Die Größe der Frequenz ist auf der Abszisse
in Hertz aufgetragen. Es wurde eine Schrittweite von 0,02 Hz (Hertz)
gewählt.
Auf der Ordinate ist dimensionslos die Amplitude der jeweiligen
Frequenz angegeben. Die vertikale Linie bei 0,3 Hz markiert die
Grenze für
die Entscheidung, ob eine Fortbewegung des Kraftfahrzeuges stattgefunden
hat. Das ist hier gegeben, da der Großteil der Frequenzen unterhalb
von 0,3 Hz liegt. Es liegt also keine lediglich unbedeutend geringe
Erschütterung
vor. Dann würde ein
Großteil
der Frequenzen nämlich
oberhalb von 0,3 Hz liegen.
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In 4 ist
ein zweiter zeitlicher Verlauf gx 2 (t)
der auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Beschleunigungskräfte in gleicher
Weise wie in 2 aufgetragen.
Auch hier sind auf der Abszisse 40 Sekunden in einer Schrittweite
von 5 Sekunden aufgezeichnet. Auf der Ordinate aufgetragen sind
auch hier die Beschleunigungskräfte
in Meter pro Sekunde zum Quadrat. Zwei Querstreifen entsprechen
hier jedoch 0,2 m/s2, dargestellt anhand
eines vertikalen Doppelpfeils.
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Die 5 gibt
die Verteilung der Frequenzen einer diskreten Fourieranalyse der
Funktion gx 2 (t) aus 4 wieder. Auch hier wie in 3 ist die Frequenz auf der
Abszisse in einer Schrittweite von 0,02 Hz aufgetragen. Auf der
Ordinate ist dimensionslos die Amplitude der jeweiligen Frequenz
angegeben. Der Großteil
der Frequenzen liegt hier oberhalb von 0,3 Hz, d.h. rechts von der
vertikalen Grenzlinie bei 0,3 Hz. In diesem Fall unterstellt man
eine Rüttelbewegung
am Kraftfahrzeug, nicht aber seine Fortbewegung.