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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät bzw. ein Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 10 2005 018 084 A1 ist es bekannt, dass bei ausgelagerten Beschleunigungssensoren, die beispielsweise als Upfrontsensoren bezeichnet werden, Resonanzen in der Fahrzeugstruktur auftreten, die im Nutzsignalspektrum des Beschleunigungssensors liegen. Diese werden vorliegend weggedämpft. Aus
DE 10 2004 043 594 A1 ist es bekannt, dass Sensorsignale durch eine Clipping abgeschnitten werden. Vorliegend wird dieses abgeschnittene Signal wieder ergänzt.
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Aus der
DE 10 2005 044 768 A1 ist ein Auslöseverfahren zur Aktivierung von Insassenschutzvorrichtungen, bei welchem zur Crasherkennung erste Sensordaten ausgewertet werden, welche im Wesentlichen in Crashrichtung erfasst werden, bekannt, wobei zweite Sensordaten, welche im Wesentlichen senkrecht zur Crashrichtung erfasst werden, zur Plausibilisierung der ersten Sensordaten ausgewertet werden, wobei die Insassenschutzvorrichtungen aktiviert werden, wenn die Auswertung der ersten Sensordaten eine potentielle Crashsituation ergibt, welche durch die Auswertung der zweiten Sensordaten bestätigt wird.
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Aus der
DE 10 2005 026 188 A1 ist ein Steuerverfahren für eine Unfallschutzeinrichtung in einem Fahrzeug bekannt, wobei Signale in einem breiten Frequenzbereich mit wenigstens einem schwingungsempfindlichen Sensor sensiert werden. Die in dem Körperschallfrequenzbereich liegenden Ausgangssignale und die niederfrequenten Ausgangssignale des Sensors werden mittels einer Auswerteschaltung ausgewertet und eine Aktivierung der Unfallschutzeinrichtung erfolgt in Abhängigkeit von der Auswertung der Ausgangssignale durch ein Steuergerät. Es wird außerdem vorgeschlagen, dass die Ausgangssignale des Sensors in einem Frequenzbereich zwischen 400 Hz und 5 kHz ausgewertet werden.
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Aus der
DE 10 2004 043 594 A1 ist ein Sicherheitssystem für Fahrzeuginsassen und ein Verfahren zu dessen Steuerung bekannt. Das Sicherheitssystem weist wenigstens einen Sensor, wenigstens einen Aktor und wenigstens ein Steuergerät auf. Das Sicherheitssystem umfasst ein Funktionsmodul, das für das Ausgangssignal des wenigstens einen Sensors vorgesehene Clippinggrenzen überwacht und das bei Erreichen einer Clipping-Grenze ein das durch Clipping abgeschnittenes Sensorsignal ersetzendes Signal bereitstellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das erfindungsgemäße Steuergerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass sowohl ein Offset des Signals des Beschleunigungssensors, als auch Nichtlinearitäten, wie beispielsweise durch Schwellen entstehen und auch die Verdrehung von solchen ausgelagerten Beschleunigungssensoren als nachteilige Effekte erfindungsgemäß kompensiert werden, indem neben der Integration des Beschleunigungssignals ein weiteres Merkmal zur Absicherung des Signals verwendet wird und dieses weitere Merkmal ist die Schwingungsenergie des Signals. Das integrierte Signal, im Folgenden als DV-Signal bezeichnet und die Schwingungsenergie werden erfindungsgemäß fusioniert und gehen als Fusionssignal in den Auswertealgorithmus ein.
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Integration ist vorliegend weit zu verstehen, d. h. es ist darunter in erster Linie eine rechentechnische Integration zu verstehen, wozu jedoch auch eine Aufsummierung, eine Mittelwertbildung oder andere entsprechende Techniken gehören.
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Die Schnittstelle, die das Signal bereitstellt, kann software- oder hardwaremäßig ausgebildet sein. Liegt sie hardwaremäßig vor, dann kann es sich um eine integrierte Schaltung, eine Mehrzahl von integrierten Schaltungen, um einen diskreten Schaltungsaufbau oder eine Kombination aus einem diskreten und integrierten Schaltungsaufbau handeln. Der notwendige Integrator ist entweder integriert, diskret oder softwaretechnisch vorhanden. Dies gilt auch für das Bestimmungsmodul, das die Schwingungsenergie des Signals bestimmt und auch für das Fusionsmodul, das das DV-Signal und die Schwingungsenergie zum Fusionssignal fusioniert.
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Die Ansteuerschaltung kann Teil des Mikrocontrollers sein oder als separat ausgebildete Zündkreisschaltung. Dabei kann eine Mehrzahl von integrierten Schaltkreisen zur Anwendung gelangen. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Steuergeräts bzw. Verfahrens zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass die Schwingungsenergie nach einer der folgenden Methoden bestimmt wird:
Es wird eine Summation über eine Zeitreihe der Amplitudenquadrate oder der Beträge vorgenommen.
- 1. Es kann ein Fensterintegral über die Amplitudenquadrate oder über die Beträge vorgenommen werden.
- 2. Nach einer Bandpassfilterung und einer Betragsbildung kann auch eine nachgeschaltete FIR oder IIR-Filterung genutzt werdenn, um die Energien in bestimmten Frequenzbereichen herauszuarbeiten.
- 3. Weiterhin kann eine Spektralanalyse des Beschleunigungssignals, beispielsweise ein Spektrogramm verwendet werden.
- 4. Weiterhin kann eine Wavelet-Analyse verwendet werden. Diese Methode liefert eine Lokalität im Zeit- und Frequenzbereich, so dass die Schwingungsenergie für ein bestimmtes Frequenzband zu einem bestimmten Zeitpunkt geschätzt werden kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Schwingungsenergie in Abhängigkeit vom DV-Signal als das Fusionssignal verwendet wird. Dies bedeutet, dass nur, wenn das DV-Signal als Merkmal eine besondere Bedingung erfüllt, die Schwingungsenergie als Fusionssignal verwendet werden kann. Dabei kann die Schwingungsenergie eine gewisse Signalverarbeitung, wie eine Filterung oder Gewichtung unterzogen werden. Damit wird das DV-Signal lediglich zur Absicherung dafür genommen, dass die Schwingungsenergie als Fusionssignal verwendet werden kann.
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Es ist weiterhin von Vorteil, dass die Schwingungsenergie in Abhängigkeit von dem DV-Signal gewichtet wird. Diese Gewichtung ist, da sich das DV-Signal ändern wird, dynamisch. Diese Gewichtung kann anstatt oder ergänzt werden durch die Integrationszeit, die für die Integration des DV-Signals aufgewendet wurde.
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Im umgedrehten Fall ist es vorteilhafterweise jedoch auch möglich, das DV-Signal in Abhängigkeit von der Schwingungsenergie zu gewichten.
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Es ist auch möglich, die verschiedenen Möglichkeiten zur Fusionierung zu kombinieren, um ein weiteres Fusionssignal zu erzeugen.
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Schließlich ist es auch möglich, eine Klassifizierung vorzunehmen, und zwar des DV-Signals und der Schwingungsenergie, um das Fusionssignal zu erzeugen. Diese Klassifikation kann also im zweidimensionalen Merkmalsraum (Energie über DV) durchgeführt werden. Das Ergebnis ist ein logischer Wert (Flag), der an den Kernalgorithmus übertragen wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
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1 ein erstes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts mit angeschlossenen Komponenten,
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2 für die Erfindung notwendige Softwarefunktionen auf dem Mikrocontroller,
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3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 ein erstes Beschleunigungszeitdiagramm,
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5 ein erstes DV-Zeitdiagramm,
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6 ein erstes Schwingungsenergiezeitdiagramm,
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7 ein zweites Beschleunigungszeitdiagramm,
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8 ein zweites DV-Zeitdiagramm,
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9 ein zweites Schwingungsenergiezeitdiagramm,
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10 ein erstes Blockdiagramm zur Illustrierung der Erfindung,
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11 ein zweites Blockdiagramm,
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12 ein drittes Blockdiagramm und
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13 ein viertes Blockdiagramm.
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Crashsignale, wie ein Beschleunigungssignal, lassen sich näherungsweise in zwei Summanden zerlegen. Der tieffrequente Anteil und der hochfrequente Anteil. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Steuergerät sind geeignet für die Bearbeitung von Signalen mit vergleichsweise hohem Wechselanteil, wie es beispielsweise bei einem Frontalcrash an der Position der Upfrontsensoren vorkommt. Erfindungsgemäß kann damit der Einfluss eines Offsets und eines Clippings reduziert werden. Dies wird erfindungsgemäß durch ein zusätzliches Merkmal zum DV-Signal bewirkt. Dieses Merkmal spiegelt die Schwingungsenergie des Signals wieder. Ein weiterer Vorteil beruht darauf, dass Schwingungen der Frontstruktur im Crashfall in allen drei Raumrichtungen auftreten, so dass eine Verdrehung aus der Hauptcrashrichtung sich weniger stark auf das Merkmal Schwingungsenergie auswirkt.
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Das Signal wird auf zwei Pfaden analysiert: der erste Pfad, das ist der DV-Pfad, berechnet das DV-Signal, der zweite Pfad berechnet ein Maß für die Schwingungsenergie und wird im Folgenden mit E-Pfad bezeichnet. Nachgeschaltet ist eine Logik, die Informationen aus beiden Pfaden fusioniert.
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Das resultierende Merkmal wird wiederum von dem Kernalgorithmus mit den weiteren Signalen zusammengeführt. Diese Vorgehensweise verbindet die robusten Eigenschaften des E-Pfads mit der Richtungsinformation des DV-Pfades.
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1 zeigt in einem Blockschaltbild das erfindungsgemäße Steuergerät mit angeschlossenen Komponenten in einem Fahrzeug FZ. Das erfindungsgemäße Steuergerät SG im Fahrzeug FZ ist beispielsweise am Fahrzeugtunnel angebracht. Als zentrales Element weist das Steuergerät SG einen Mikrocontroller auf, der Daten über eine Schnittstelle IF von einer Sensorik BS, die im Bereich des Stoßfängers angeordnet ist, erhält. Die Sensorik BS stellt eine Beschleunigungssensorik mit mindestens zwei Beschleunigungssensoren im vergleichsweise leicht deformierbaren Bereich des Vorderwagens, beispielsweise auf dem Querträger oder hinter der Stoßfängerverkleidung dar. Die Schnittstelle IF kann auch als Softwareschnittstelle auf den Mikrocontroller μC ausgebildet sein. Die Beschleunigungssensorik BS weist mikromechanisch gestaltete Beschleunigungssensoren auf.
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Das Steuergerät SG verarbeitet die Beschleunigungssensoren der Beschleunigungssensorik BS vermöge eines Speichers S, aus dem der Mikrocontroller μC den Algorithmus zur Verarbeitung der Beschleunigungssignale lädt. Auch zur Zwischenspeicherung von Zwischenergebnissen wird der Speicher S verwendet. Der Mikrocontroller μC führt die erfindungsgemäßen Funktionen aus, indem er das Beschleunigungssignal zum einen integriert mittels eines Integrators und zum anderen die Schwingungsenergie im Signal nach einem der oben beschriebenen Verfahren bestimmt. In Abhängigkeit von diesem Fusionssignal wird der Auswertealgorithmus gerechnet und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Rechnung wird entschieden, ob ein Ansteuersignal Ansteuerschaltung FLIC übertragen werden soll. Dieses Ansteuersignal wird üblicherweise mittels einer SPI-(Serial Peripherial Interface)Übertragung durchgeführt. Aber auch andere Methoden zur Übertragung sind vorliegend möglich.
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Der Einfachheit halber wurden nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Komponenten im Steuergerät SG dargestellt.
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Das Ansteuersignal wird von der Ansteuerschaltung FLIC zu Personenschutzmitteln PS übertragen, wobei die Personenschutzmittel Airbags, Gurtstraffer, crashaktive Kopfstützen und Fussgängerschutzmittel sein können.
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Die erfindungsgemäße Funktion führt, wie oben dargestellt, der Mikrocontroller μC aus, indem er seine Softwaremodule verwendet.
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2 erläutert einige dieser Softwaremodule. Mit IF1 ist eine Softwareschnittstelle gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 20 zeigt einen softwaremäßig ausgebildeten Integrator, während Bezugszeichen 21 das Bestimmungsmodul darlegt. Das Bezugszeichen 22 zeigt das Fusionsmodul, das die Schwingungsenergie und das DV-Signal miteinander fusioniert, wobei Fusion, wie oben dargestellt, ein sehr weiter Begriff ist, der alle möglichen Verknüpfungen und Kombinationen der beiden Signale, wie auch in den Ausführungsbeispielen dargestellt, umfasst. Im Block 23 ist das Ansteuerungsmodul dargestellt, das im Falle einer Auslöseentscheidung ein Ansteuersignal, üblicherweise über den SPI-Bus, zu den Zündschaltern überträgt. Neben der SPI-Übertragung sind jedoch auch andere Übertragungsformen zusätzlich oder anstatt möglich. Der Sinngehalt des Signals ist dabei üblicherweise derselbe.
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3 zeigt in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren. In Verfahrensschritt 300 wird das Beschleunigungssignal als das Signal bereitgestellt. Dies geschieht durch die Schnittstelle IF. In Verfahrensschritt 301 wird dieses Signal zu einem DV-Signal integriert. In Verfahrensschritt 302 wird aus dem Signal jedoch zusätzlich eine Schwingungsenergie bestimmt. In Verfahrensschritt 303 erfolgt die Fusion des DV-Signals und der Schwingungsenergie zu einem Fusionssignal. In Verfahrensschritt 304 erfolgt die Erzeugung des Ansteuerungssignals.
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4 zeigt in einem Beschleunigungszeitdiagramm ein ideales Signal, d. h. es liegt kein reales Signal, sondern ein synthetisches Signal zur Veranschaulichung der Effekte vor und ein davon abgeleitetes offsetbehaftetes Signal. Das ideale Signal 41 ist mit der durchgezogenen Linie gezeichnet, während das offsetbehaftete Signal 40 gestrichelt gezeichnet ist. Offset bedeutet demnach eine Verschiebung bezüglich der Ordinate, was gemäß 5, das ein DV-Zeitdiagramm darlegt, bei der Integration zu einem viel zu hohen Wert führen kann. In 5 zeigt die Kurve 50, die gestrichelt gezeichnet ist, das verfälschte Offsetsignal und mit der Kurve 51 wird das Originalsignal dargestellt. Die Integration, also das DV-Signal, führt bei einem offsetbehafteten Signal zu einem viel zu hohen Wert.
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6 zeigt in einem Schwingungsenergiezeitdiagramm, dass die Schwingungsenergie bei einem offsetbehafteten Signal 60 im Vergleich zum Originalsignal 61 kaum Abweichungen zeigt. Nur geringe Schwankungen sind festzustellen. Dies zeigt, dass die Schwingungsenergie ein vorteilhaftes Merkmal zur Analyse bei einem offsetbehafteten Sensorsignal ist.
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7 zeigt in einem Beschleunigungszeitdiagramm ein Originalsignal mit der durchgezogenen Linie, ein Signal mit einem sogenannten Clipping, was durch die Vertikalstriche angedeutet ist und die Clippinggrenzen, die gepunktet dargestellt sind. Das Originalsignal ist mit dem Bezugszeichen 70, das geclippte Signal mit dem Bezugszeichen 71 und die Clippinggrenzen mit dem Bezugszeichen 72 gekennzeichnet.
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Das Clipping ist eine Nichtlinearität, die gemäß 8, die ein DV-Zeitdiagramm darlegt, ebenfalls zu einem Fehler bei der Integration führt und hier gezeigt durch die Kurve 81 im Vergleich zum Original 80 zu einer Unterschätzung des DV-Signals führt.
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9 zeigt ein Schwingungsenergiezeitdiagramm, wobei die Kurve 90 das Originalsignal und die Kurve 91 das Signal mit Clipping darlegt. Eine gewisse Unterschätzung des Originalsignals liegt durch das geclippte Signal vor. Diese Abweichung ist jedoch geringer als die bei der Integration vorkommt. Um diese Abweichung zu vermeiden, werden im Folgenden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargelegt.
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10 zeigt ein solch erstes Ausführungsbeispiel, das noch sehr allgemein gehalten ist. Das Beschleunigungssignal aX, das die Verzögerung in Fahrzeuglängsachse anzeigt, geht in zwei Pfade 100 und 101. Der erste Pfad 100 ist der sogenannte DV-Pfad und beinhaltet in Block 103 die Integration, um das DV-Signal zu erzeugen. Das DV-Signal geht dann in den Fusionsblock 105 ein. Im Pfad 101 wird der sogenannte E-Pfad gekennzeichnet, wobei zunächst in einem Filter 102 das Signal gefiltert wird, um dann im Block 104 die Schwingungsenergie zu schätzen. Diese Schwingungsenergie geht ebenfalls in den Fusionsblock 105 ein, so dass aus dem DV-Signal und der Schwingungsenergie das Fusionssignal 106 entstehen kann.
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11 zeigt nun detailliert, wie die Fusion genau aussehen kann. Im Pfad 107, gekennzeichnet durch Ê kommt die Schwingungsenergie in den Block 110, also den Fusionsblock. Die Schwingungsenergie wird als Fusionssignal 111 durchgelassen, wenn ein sogenanntes DV_Flag eine 1 anzeigt, ansonsten wird lediglich eine 0 ausgegeben. Daher kann diese Art der Fusion durch einen Schalter repräsentiert werden. Das DV_Flag wird im Block 109 bestimmt, der einen Schwellwertvergleich durchführt. Dabei wird das DV-Signal, das im DV-Pfad 108 erzeugt wurde, und zwar durch Integration mit einer Schwelle verglichen, die von der Integrationszeit tIntegration abhängt. Ist die Bedingung erfüllt, dann wird das DV_Flag gesetzt und in den Block 110 eingegeben.
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12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der E-Pfad 112 liefert wiederum die Schwingungsenergie. Diese geht in den Block 115 ein. Im DV-Pfad 113 wird das DV-Signal und die Integrationszeit tIntegration in den Block 114 eingegeben, um daraus einen Gewichtsfaktor oder Gewichtsfaktoren zu bestimmen. Dieser Gewichtsfaktor wird dem Block 115 übergeben. Das Fusionssignal wird dann aus dem Produkt aus der Schwingungsenergie und dem Gewichtsfaktor bestimmt. Damit liegt das Fusionssignal 116 vor.
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13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der obere Pfad 117 ist nunmehr der DV-Pfad. Daher handelt es sich bei dem unteren Pfad 118 um den E-Pfad. Hier geht nun im unteren Pfad 118 die Schwingungsenergie Ê und die Integrationszeit tIntegration in die Bestimmung 119 der Gewichtsfaktoren ein. Diese Gewichtsfaktoren oder der Gewichtsfaktor werden dem Block 120 übertragen, der zur Erzeugung des Fusionssignals das DV-Signal mit diesem Gewichtsfaktor oder den Gewichtsfaktoren multipliziert. Das Ausgangssignal 121 ist dann das Fusionssignal, das vom Auswertealgorithmus zur Ansteuerung der Personenschutzmittel mit ausgewertet wird.