CN112240996A - 用于环境噪声的方向识别的方法，控制设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过控制设备对在能够自动化运行的车辆的车辆环境中的环境噪声执行方向识别的方法，其中，接收至少两个声学传感器的测量数据；通过分析处理所述测量数据来识别至少一个声学事件，并且执行所述至少两个声学传感器的测量数据的比较；基于对测量数据的比较求取声学事件的方向和/或间距；输出关于声学事件的信息和/或产生用于所述能够自动化运行的车辆的控制指令。此外，本发明公开一种传感器组件、一种控制设备、一种计算机程序以及一种机器可读的存储介质。

Description

用于环境噪声的方向识别的方法，控制设备和存储介质

技术领域

本发明涉及一种通过控制设备对在能够自动化运行的车辆的车辆环境中的环境噪声执行方向识别的方法。此外，本发明涉及一种控制设备、一种计算机程序和一种机器可读的存储介质。

背景技术

不同的驾驶辅助系统具有对车辆传感器的访问，所述车辆传感器扫描车辆的环境并收集该环境的测量数据。这种车辆传感器通常是摄像机传感器、激光雷达传感器或雷达传感器，并且通常仅感知可见的对象。可以通过笛卡尔坐标和速度来精确地描述这种对象。

对于自动化驾驶功能，可能需要探测仅可听到的对象，以便能够在视觉接触之前已匹配驾驶行为。这种对象例如可以是具有被激活的警铃的应急车辆，所述应急车辆位于光学传感器(例如激光雷达传感器)的扫描范围之外。

发明内容

在此，本发明所基于的任务可以视作为，提出一种用于识别和至少大致定位声学事件的方法。

借助本发明的方法、传感器组件、控制设备和机器可读的存储介质来解决该任务。本发明的有利构型分别由优选实施方式得到。

根据本发明的一个方面，提供一种通过控制设备对在能够自动化运行的车辆的车辆环境中的环境噪声执行方向识别的方法。

在一个步骤中，接收至少两个声学传感器的测量数据。这些测量数据可以作为所接收或所测量的声波的电子信号，所述电子信号以模拟式或数字式存在。

通过分析处理测量数据来识别至少一个声学事件并且对所述至少两个声学传感器的测量数据执行比较。在此，每个传感器的测量数据被单独地记录或接收，然后相互比较。也可以在对不同声学传感器的测量数据进行比较时考虑接收时间、可选的传播时间、声频等。

然后，基于对测量数据的比较来求取声学事件的方向和/或距离。

可以输出关于声学事件的信息。例如，可以将所确定的声学事件及其方向和/或距离以警告的形式呈现给驾驶员。该步骤例如可以借助信息娱乐系统来实现。在无驾驶员运行的车辆中，可以借助无线的通信连接将关于声学事件的信息传输给外部服务器单元，并可选地将所述信息提供给其他交通参与者。

替代地或附加地，通过控制设备根据所求取的关于声学事件的信息来产生用于能够自动化运行的车辆的控制指令。控制指令用于对声学事件采取反应。例如，可以生成用于改变轨迹、用于匹配驾驶行为或速度等的控制指令。

基于至少两个声学传感器，可以提供用于空气声声学(luftschallakustisch)的环境识别的系统。声学传感器优选地可以是例如布置在动态或静态设备上的麦克风。例如，声学传感器可以作为车辆外部麦克风安置在车辆上，或安置在基础设施单元(例如光信号装置或电线杆)上。借助其中一个声学传感器来感测车辆或基础设施单元的环境。这通过一个或多个声学传感器实现。与以前占主导的来自超声学传感器、雷达传感器和摄像机的技术相比，声学传感器或者说麦克风提供另一种感知环境的可能性。

根据本发明的另一方面，提供一种控制设备，其中，该控制设备设置用于实施该方法。该控制设备例如可以是位于车辆侧的控制设备或车辆外部的控制设备。例如，该控制设备可以与用于实施自动化驾驶功能的车辆控制装置连接或者被集成到这种车辆控制装置中。在外部构型的控制设备例如可以是基于云技术的车辆外部服务器单元。

此外，根据本发明的一个方面，提供一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，当通过计算机或控制设备实施该计算机程序时，该指令安排所述计算机或控制设备实施根据本发明的方法。根据本发明的另一方面，提供一种机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储有根据本发明的计算机程序。

该控制设备可以优选地在能够自动化运行的车辆中使用。在此，根据德国联邦高速公路研究所的标准，所述能够自动化运行的车辆能够辅助、部分自动化、高度自动化和/或全自动化或无驾驶员地运行。

通过该方法可以探测无法由常见的车辆传感装置(例如激光雷达传感器、雷达传感器、摄像机传感器等)感知到的不可见的对象并可以分析处理相应的测量数据。所述至少一个声学传感器尤其可以构型为一个或多个麦克风传感器。替代地或附加地，尤其可以将声学传感器实施为麦克风阵列。

由此可以在与信号源发生视觉接触之前相对于其他传感器探测到噪声源，尤其是警告信号的信号源。尤其也可以在光学上被遮挡的状态下声学地求取这种信号源，并且近似求取的信号源可以设具有至少被估计的方向信息和大概的距离信息。

车辆控制装置例如可以是车辆的自动化车辆控制装置，并且可以配置用于自动化地运行车辆。车辆控制装置尤其可以访问车辆传感器(例如雷达传感器、激光雷达传感器、摄像机传感器等)并分析处理相应的测量数据。车辆控制装置可以与驾驶辅助功能连接或提供驾驶辅助功能。为此，用于车辆的制动、转向和/或加速的执行器也可以与车辆控制装置连接。

在手动运行的车辆或处于手动控制的驾驶模式下的能够自动化运行的车辆中，可以将关于信号区域的信息视觉和/或声学地传输给驾驶员。这例如可以以警告的形式进行，即应急车辆正从一确定方向驶近或正在经过前方道路。

优选地，至少一个传感器的测量数据由声学测量参量构成。测量数据例如可以包括多个电压值或音量分布。测量数据优选地可以以时间分辨的方式存在。附加地，声学传感器相对于车辆和相对于彼此的相对定向是已知的或可测量的。声学传感器的定向例如由于其安装位置而可以是静态的或是经预先调节的。替代地，至少一个声学传感器可以是可运动的并且尤其是可旋转的，由此至少一个声学传感器的定向可以在时间上改变或者说是动态的。

根据一种实施方式，根据振幅或根据频率来对相应的声学传感器的测量数据进行比较。

例如借助车辆外部麦克风对声波或环境噪声进行方向识别的一种方案是识别声学信号中的声学事件并在各个传感器的信号或者说测量数据之间进行比较。例如可以通过在分析处理测量数据时识别上升的沿(Flanke)来实现对声学事件的识别。由对各个传感器的测量数据的比较可以确定传播时间差。通过知道或测量声速，可以由所述传播时间差确定声学事件源自的角度。替代地或附加地，可以在测量数据的频域中实现这种分析处理，从而可以探测并相互比较在确定频率下的振幅变化。优选地，相应的声学传感器的距离选择地如此大，使得分析处理电子装置或进行分析处理的控制设备的分辨率足够高，以便能够测量声学传感器之间的传播时间差。尤其，声学传感器彼此之间的间距可以以与方向识别所需的分辨率相匹配的方式是可调节的。所述调节可以静态或动态地进行。

根据另一实施例，基于到达的声波的相移来执行对相应的声学传感器的测量数据的比较。用于对环境噪声或声学事件进行方向识别的另一替代或附加的方案在于测量到达相应声学传感器上的声波的相移。借助相移和对声速的了解，可以求取声波的入射角并从而求取声学事件的源的方向。在此，声学传感器彼此间的间距优选地小于待探测的声音的波长。声学传感器彼此间的间距的这种调节是必要的，因为否则到达的声波的方向不是明确的，尤其因为声波在360°的相移下(这在域中相应于一个波长的偏移)会再次回落到自身上。因此，无法再明确地确定至少两个所求取的声波之间的大于360°的相移。通过声学传感器的经匹配的布置可以扩展频域。优选地可以在预期频率上调节声学传感器的布置以及间距。

根据另一实施例，通过声学传感器的测量数据求取到达的声波的传播时间差，所述声学传感器与用于求取到达的声波的相移的声学传感器相比彼此间隔得更远。由此，用于执行方向求取的两种原理可以分别通过专门布置的传感器来组合和实现。因此可以利用彼此相距近和远的声学传感器，以便组合两种类型的方向识别。通过方向识别的这种冗余，可以提供特别稳健的方法。

优选地，声学传感器的测量数据的所述分析处理要么可以是全方向的(即检查是否发生了一确定的事件)，要么可以与方向识别耦合地来执行。为此，例如可以首先进行声波的方向识别，然后检查涉及什么样的事件。替代地或附加地，可以首先检查听到哪些声学事件，以便随后确定一个或多个偏好的事件的方向。

根据本发明的另一方面，提供一种传感器组件、尤其是能够自动化运行的车辆的传感器组件。该传感器组件具有至少两个声学传感器，所述至少两个声学传感器可以布置在车辆上或基础设施单元上。此外，该传感器组件具有控制设备，该控制设备可以以数据传导的方式与声学传感器连接，用于接收和分析处理声学传感器的测量数据。在此，控制设备可以直接地或电缆连接地或间接地通过无线通信连接以数据传导的方式与声学传感器连接。

该控制设备可以实施为分析处理电子装置或者可以具有这种分析处理电子装置。声学传感器可以将空气声转换为电信号或测量数据，所述电信号或测量数据由控制设备进一步处理。由此可以感知传感器的环境中的声学事件或事情。

在相应的分析处理之后，可以光学地或声学地显示声学结果，或者可以通过控制设备生成用于实施执行器的控制指令。例如，可以产生警告或信息或也可以直接对警告或信息进一步处理，以便例如使能够自动化运行的车辆的驾驶方式匹配于当前情况。例如，这种情况可能由于具有特权的靠近车辆而存在。

系统也可以配备有多个麦克风，以便例如进一步提高测量精度或信号品质或用作冗余系统。因此，还可以确定附加的信息，例如声源的方向。

根据一种实施方式，声学传感器单独地和/或以传感器组的形式布置。由此，具有多个传感器的结构在此可以包括例如分布在车辆上的多个传感器；包括共同靠近彼此地安装的多个传感器；作为具有多个传感器的壳体；或作为所提及的情况的混合形式。

为了进一步提高冗余和抗干扰性，可以使用多于两个声学传感器、优选地多于四个声学传感器

根据另一实施方式，声学传感器布置在车辆外轮廓上、尤其布置在车辆前部、车辆后部和/或至少一个车辆侧面上。由此，声学传感器可以多样地且灵活地布置在车辆上。尤其，可以通过布置在车辆周侧上的传感器来实现360°的环境监测。

根据另一实施方式，声学传感器布置在车顶上。声学传感器在车顶上的布置尤其可以特别紧凑地构型。此外，通过将声学传感器安置在车顶上，可以特别简单地用声学传感器对车辆进行加装。

根据另一实施方式，声学传感器布置在如下壳体中：该壳体可以固定在车辆上或集成到车辆中。由此可以将多个传感器和/或传感器阵列集成在共同的壳体中。由此可以特别容易地使声学传感器相对于环境影响密封。

根据另一实施例，至少两个声学传感器相对于彼此布置成一排，至少三个声学传感器相对于彼此布置在一平面中和/或至少四个声学传感器相对于彼此布置在一空间中。布置成一排的声学传感器可以优选地与车辆外轮廓相切地布置。

由此，传感器的灵敏度可以远离车辆轮廓地指向车辆环境中。

为了测量到达的声波的方向相关性，可能需要至少两个声学传感器。然而在此，在两个声学传感器所在的平面中的方向没有被明确地确定并且沿着一条轴线得到不确定性。

因此，为了在平面中实现完整的方向分辨率，可以使用至少三个声学传感器，所述至少三个声学传感器也位于该平面中并且不是布置在一条直线上。

为了在空间中实现完整的方向分辨率，优选地可能需要至少四个声学传感器，所述至少四个声学传感器不是全都位于一个平面上。

原则上，对于道路交通中的方向识别，可以忽略在Z方向(即垂直于行车道)上的识别，从而为了简化用于环境识别的布置，传感器可以安置在一个平面上。由于冗余和抗干扰性，至少四个声学传感器在一个平面中的布置在此可以是有利的。

所述至少四个声学传感器可以布置为矩形、平行四边形、梯形等。

根据另一实施方式，至少三个声学传感器以三角形的形状、尤其等腰三角形的形状布置。声学传感器可以优选地安置在平行于行车道的平面中，使得可以平行于行车道地进行方向识别。

通过这种布置，可以实现优化的全方向识别。如果声学传感器的布置构成等边三角形，则可以特别有利地实现识别。

根据另一实施例，所述至少四个声学传感器在空间中以四面体的形式布置。由此可以在空间中实现完整的方向分辨率。如果四面体式地布置的声学传感器彼此间具有相同的间距，则可以简化对声学传感器的测量数据的分析处理。

附图说明

下面，根据强烈简化的示意图进一步阐述本发明的优选实施例。在此示出：

图1根据一个实施例的示意性的集成到车辆中的传感器组件；

图2-7根据其他实施例的示意性传感器组件；

图8-11根据其他实施例的示意性的车辆集成传感器组件。

具体实施方式

在图1中示出根据一种实施例的示意性的集成到车辆1中的传感器组件2。传感器组件2用于直观阐明用于执行环境识别的方法4。传感器组件2示意性地集成到能够自动化运行的车辆1中。然而，传感器组件2的使用不限于可运动的对象，而是也可以安置在静态对象(例如基础设施单元、交通信号灯、电线杆等)上。

根据该实施例，传感器组件2具有四个声学传感器6。声学传感器6在此构型为车辆外部麦克风。

声学传感器6可以感知环境噪声。环境噪声可以由声源S以声波8的形式发射。由声学传感器6接收的声波8被转换为电信号或测量数据。

由控制设备10接收所产生的测量数据。控制设备10同时用作声学传感器6的分析处理电子装置。

基于通过控制设备10对测量数据的处理，例如可以光学地或声学地引起所测量的事件的输出，和/或可以对车辆控制装置12进行干预。

例如可以通过产生控制指令来实现对车辆控制装置12的干预。

替代地或附加地，可以将信息或警告以声学或视觉的形式传输给车辆1的信息娱乐系统14，从而例如告知驾驶员该声学事件。

在图2-7中直观阐明根据其他实施例的示意性传感器组件2。在此，声学传感器6可以成一排地以三角形或多边形的形状并且在空间的延伸尺度上布置。

图2示出布置成一排的两个声学传感器6。由此可以定位声源S或声学事件。示例性地说明关于声源S和S'相对于声学传感器6的相对位置的不清楚性。

在图3中示出呈三角形形式的三个声学传感器6。

图4示出在空间中以四面体的形式布置的四个声学传感器6。通过这种传感器组件2能够在所有空间方向上明确地定位声源S。

尤其可以明确地辨别入射声波8的立体角。

在图5、图6和图7中，声学传感器6类似于图3地安置于x-y平面中。通过将声学传感器6布置在x-y平面中，如果声源S的位置在z方向上不相关或可忽略，则可以明确地定位声源S。

在图5中，声学传感器6以正方形的形状安置。图6示出以平行四边形或菱形的形状布置的声学传感器6。在图7中，四个声学传感器在x-y平面中布置为梯形。

在所描述的传感器组件2中，声学传感器6分别构成所描述的形状的拐角或撑开相应的形状。

在图8-11中示出根据其他实施例的示意性的车辆集成传感器组件2。

图8示出布置在车辆外轮廓16上的传感器组件2。尤其，两个声学传感器6布置在车辆前部18上、两个声学传感器6布置在车辆后部20上。在此，声学传感器6分别安置在向车辆侧面22的过渡区域中，并因此在x-y平面中构成车辆外轮廓16的拐角。

在图9中直观阐明传感器组件2，该传感器组件具有四个布置在车顶24上的声学传感器6。声学传感器6以四边形的形状布置在车顶24上。

图10示出根据另一实施例的传感器组件2。在此，声学传感器6被装入壳体26中。壳体26包含以正方形的形状安置在一平面中的四个声学传感器6。壳体26固定在车顶24上。

在图11中示出根据本发明的一个实施例的另一传感器组件2。声学传感器6类似于图8地布置在车辆前部18和车辆后部20上或集成到车辆1中。与图8中所示的实施例的区别在于，声学传感器6成组地布置，每组28分别具有两个传感器6。

为了借助入射声波8的相移进行方向识别，声学传感器6必须彼此尽可能靠近地布置。因此，可以使用一组28内的声学传感器6来测量声波8的相移。可以跨组地使用声学传感器6来通过借助对声波8的传播时间差的求取进行方向识别。

Claims (15)

1.一种通过控制设备(10)对在能够自动化运行的车辆(1)的车辆环境中的环境噪声执行方向识别的方法(4)，其中，

-接收至少两个声学传感器(6)的测量数据；

-通过分析处理所述测量数据来识别至少一个声学事件(S)，并且对所述至少两个声学传感器(6)的测量数据执行比较；

-基于所述测量数据的比较来求取所述声学事件(S)的方向和/或距离；

-输出关于所述声学事件(S)的信息和/或产生用于所述能够自动化运行的车辆(1)的控制指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据振幅或根据频率来执行相应的声学传感器(6)的测量数据的比较。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于到达的声波(8)的相移来执行相应的声学传感器(6)的测量数据的比较。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过如下声学传感器(6)的测量数据来求取到达的声波(8)的传播时间差：所述声学传感器与用于求取到达的声波的相移的声学传感器(6)相比彼此间隔得更远。

5.一种传感器组件(2)，尤其是能够自动化运行的车辆(1)的传感器组件，所述传感器组件具有至少两个声学传感器(6)，所述至少两个声学传感器能够布置在车辆(1)上或基础设施单元上，并且所述传感器组件具有控制设备(10)，所述控制设备能够以数据传导的方式与所述声学传感器(6)连接，用于接收和分析处理所述声学传感器(6)的测量数据。

6.根据权利要求5所述的传感器组件，其中，所述声学传感器(6)单独地和/或以传感器组(28)的形式布置。

7.根据权利要求5或6所述的传感器组件，其中，所述声学传感器(6)布置在车辆外轮廓(16)上，尤其布置在车辆前部(18)、车辆后部(20)和/或至少一个车辆侧面(22)上。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的传感器组件，其中，所述声学传感器(6)布置在车顶(24)上。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的传感器组件，其中，所述声学传感器(6)布置在如下壳体(26)中：所述壳体能够固定在所述车辆(1)上或能够集成到所述车辆(1)中。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的传感器组件，其中，至少两个声学传感器(6)相对于彼此布置成一排，至少三个声学传感器(6)相对于彼此布置在一平面中，和/或至少四个声学传感器(6)相对于彼此布置在一空间中。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的传感器组件，其中，至少三个声学传感器(6)以三角形的形状布置，尤其以等边三角形的形状布置。

12.根据权利要求5至11中任一项所述的传感器组件，其中，至少四个声学传感器(6)在空间中以四面体的形式布置。

13.一种控制设备(10)，所述控制设备设置用于实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法(4)。

14.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，当通过计算机或控制设备(10)实施所述计算机程序时，所述指令安排所述计算机实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法(4)。

15.一种机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储有根据权利要求14所述的计算机程序。

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