DE102011085287A1 - Verfahren zur Ermittlung der Bodenbeschaffenheit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit einer Fahrbahn (10) wobei nachfolgende Verfahrensschritte durchlaufen werden. Zunächst erfolgt ein kontinuierliches Erfassen eines Fahrbahnbelages (12) mittels in einem Fahrzeug (14) verbauter Ultraschallsensorik (20). Es erfolgt anschließend eine Klassifizierung des Fahrbahnbelages (12) anhand der reflektierten Frequenzspektren und eine Übermittlung von dem Zustand der Fahrbahn (10) repräsentierenden Daten (32) sowie einer Position des Fahrzeugs (14) an ein GPS (34) und/oder nachfolgende Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Bodenbeschaffenheit, insbesondere mittels eines Navigationssystems sowie auf ein Fahrerassistenzsystem zur Implementierung des Verfahrens.
  • US 2004 020 4812 A1 offenbart ein Gerät und ein Verfahren zur Erkennung des Fahrbahnzustandes, wobei Fahrbahndaten über einen Temperatursensor, einen Ultraschallsensor und eine Kamer erfasst werden. Die Fahrbahndaten werden gefiltert, mit Referenzdaten verglichen und daraus wird die Befahrbarkeit der Fahrbahn sowie ein Zuverlässigkeitswert hinsichtlich des Fahrbahnzustandes ermittelt. Die Referenzdaten beziehen sich auf Daten, die als Ausgangspunkt für die Fahrbahnklassifizierung genommen werden. Aus dem Vergleich der Fahrbahndaten mit den Referenzdaten wird die Fahrbahnoberfläche, so zum Beispiel Beton, Asphalt, Schmutz, Gras, Sand oder Kies klassifiziert. Insbesondere werden für eine derartige Klassifikation der Fahrbahndaten Ultraschalldaten verwendet, wobei anhand des Frequenzspektrums auf die Oberflächenrauheit der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahn geschlossen wird. Auf Basis dieser Daten wird der Fahrer über den Fahrbahnzustand informiert und/oder Stabilitätskontrollsysteme werden dementsprechend adaptiert.
  • DE 10 2007 060 858 A1 offenbart ein Verfahren zur exakten Ermittlung des aktuellen maximalen Reibungsstandes der Fahrbahnoberfläche in Abhängigkeit von den momentan vorherrschenden Witterungsbedingungen und dem Fahrbahnzustand. Im Rahmen dieses Verfahrens wird ein Ultraschallsensor zur Erkennung der Fahrbahntextur eingesetzt.
  • DE 101 49 206 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Kartographieren von Straßen, wobei ein erstens und ein zweites Datenerfassungsmodul auf jeder Seite des Fahrzeugs angebracht sind. Jedes Modul ist mit einem GPS-Empfänger zur Positionsbestimmung und einer Linearkamera, die Informationen über die Straße erfasst, verbunden. Insbesondere verfügt jedes der Module über ein Abtast-Laserradar, welches so angebracht ist, dass dieser Wellen nach unten in eine senkrecht zur Straße verlaufende Ebene emittiert und reflektierte Radarwellen empfängt. Daraus ergeben sich Informationen über den Abstand zwischen dem Laserradar und dem Boden und damit Informationen über den Fahrbahnuntergrund. Ein mit den Modulen verbundener Prozessor bildet eine kartographische Datenbank der Straße, indem die Position des auf der Straße befindlichen Fahrzeugs in Korrelation zu den Informationen über die Straße gesetzt wird.
  • Darstellung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, unter Rückgriff auf bereits an einem Fahrzeug verbaute Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren einer Einparkhilfe, oder eines anderen Fahrerassistenzsystems, zurückzugreifen, um kontinuierlich während der Fahrt des Fahrzeugs die Fahrbahn abzutasten. Abhängig vom reflektierten Frequenzspektrum erfolgt eine Verarbeitung der reflektierten Ultraschallsignale dahingehend, dass eine Klassifizierung der erhaltenen Daten vorgenommen wird, so dass eine Fahrbahnklassifizierung vorgenommen werden kann. Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend, ist nicht notwendigerweise das Frequenzspektrum auszuwerten, sondern allgemeiner die Reflektivität des Untergrundes, auf dem sich das Fahrzeug gerade fortbewegt. Vornehmlich wird die Amplitude des reflektierten Bodenclutters ausgewertet. Daneben ist auch denkbar, die Reflektivität durch Pulse in verschiedenen Frequenzbereichen und somit auch eine Reflektivität über die Frequenz bestimmen zu können.
  • Aus einem Vergleich der erhaltenen Fahrbahndaten, beispielsweise mit im Systems abgespeicherten Referenzdaten, kann auf die Fahrbahnoberfläche, so zum Beispiel Beton, Asphalt, Sand zurückgeschlossen werden. Mit einem derartigen System kann auch ermittelt werden, ob die Fahrbahn Rauigkeit aufweist. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist die Möglichkeit gegeben, die Rauigkeit des Untergrundes anzugeben, d.h. eine glatte von einer körnigen Oberfläche zu unterscheiden, eine Schotterpiste von einer Asphaltfahrbahn zu unterscheiden sowie eine intakte, d.h. glatte Fahrbahnoberfläche von einer Schlaglöcher aufweisenden Piste. In diesem Zusammenhang kann auch eine vereiste, spiegelnde Oberfläche einer Fahrbahn von einem normalen Fahrbahnbelag, wie zum Beispiel Beton oder Asphalt unterschieden werden.
  • Eine schneebedeckte Fahrbahn kann aufgrund der hohen Dämpfung ebenfalls gut detektiert werden, da im allgemeinen eine flächige Bedeckungen vorausgesetzt werden kann.
  • In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens können die klassifizierten Fahrbahndaten an ein Global Positioning System (GPS) übermittelt werden oder in einer Datenbank abgelegt werden. Auf die klassifizierten Fahrbahndaten kann nun zurückgegriffen werden. So kann beispielsweise eine Behörde oder es können Radiosender auf die klassifizierten Fahrbahndaten zugreifen, die klassifizierten Fahrbahndaten können aber auch an andere Verkehrsteilnehmer übermittelt werden, die den klassifizierten Fahrbahndaten generierenden Fahrzeug folgen, so dass Informationen über den Zustand der Fahrbahn auch anderen Verkehrsteilnehmern möglich ist.
  • Zusammen mit den klassifizierten Fahrbahndaten wird an das GPS auch eine Information zur Position des Fahrzeugs übermittelt, so dass beispielsweise für andere Teilnehmer genau lokalisiert werden kann, auf welchen Fahrbahnabschnitten sich möglicherweise vereiste Stellen oder großflächige Wasserlachen gebildet haben.
  • Bevorzugt erfolgt die kontinuierliche Detektion der Beschaffenheit der Fahrbahn bzw. des Untergrundes, auf dem sich das Fahrzeug während der Fahrt gerade bewegt. Dabei ist unerheblich, an welcher Stelle des Fahrzeugs sich die Ultraschallsensorik befindet. Denkbar ist es, die Ultraschallsensorik im Bereich des Frontends anzuordnen, d.h. die im Rahmen eines Einparkhilfesystems dort montierten Ultraschallsensoren kontinuierlich zu erfassen und bei der Fahrbahnbeschaffenheit einzusetzen. Dadurch kann auf separate Sensoren, die andernfalls in der Karosserie des Fahrzeugs unterzubringen wären verzichtet werden, da die Einparksignale zum Einparken nur bei geringen Geschwindigkeiten aufgenommen werden, während des normalen Fahrbetriebs des Fahrzeugs auf die in diesem Falle inaktiven Ultraschallsensoren eines Einparkhilfesystems zurückgegriffen werden kann. Selbstverständlich kann die Ultraschallsensorik auch im Seitenbereich des Fahrzeugs, beispielsweise in den Seitenspiegeln oder im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist auf einfache Art und Weise in ein bereits im Fahrzeug befindliches Navigationssystems bzw. ein Fahrerassistenzsystem, beispielsweise eine Einparkhilfe zu integrieren. Bevorzugt wird im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens auf Ultraschallsensorik, die bereits im Fahrzeug verbaut ist, zurückgegriffen. Die Klassifikation der detektierten Fahrbahnuntergründe erfolgt aufgrund der vom Boden zurückgestreuten Echostärke. Eine hohe Reflektivität korreliert dabei zur Bodenrauigkeit. Mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird die Bodenreflektivität in einem bestimmten Abstandsbereich, beispielsweise 0,5 m bis 1,5 m gemessen und daraus ein Mittelwert kreiert, der wiederum an eine übergeordnete Steuereinheit übertragen wird. Daran schließt sich eine weitere Messung an. Die Messdaten werden dann für ein geeignetes Ortsfenster, welches abhängig von der GPS-Genauigkeit ist, gemittelt und übertragen. Mittels dieses Systems können drahtlos entsprechend Informationen an das GPS-System übermittelt werden.
  • In vorteilhafter Weise kann dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend, die Kennlinie der Ultraschallsensorik an die detektierten Fahrbahnbeläge bzw. Fahruntergründe angepasst werden, um die nötige Signalstärke und ein Ausblenden von Rauschen zu erreichen.
  • Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist zu nennen, dass bei einer Klassifizierung über Ultraschall nur die für den Ultraschall relevante Größe ermittelt wird. Damit ist gemeint, dass ein Videosystem auf unterschiedlich farbige Bodenbeläge reagieren würde, so zum Beispiel neue Teerflecken in altem Material. Die Bodenbeläge könnten sich aber für den Ultraschall völlig identisch verhalten. Eine Korrelation der Videodaten mit der Ultraschallreflektivität ist aus diesem Grunde eher schwierig. Hingegen misst der Ultraschall genau das was von Interesse ist, im oben stehenden Zusammenhang eben die Rauigkeit der Bodenbeläge. Dieses Wissen kann nun für die Anpassung der Kennlinie, d.h. der Sensitivität verwendet werden. So können auch schwach reflektierende Objekte, so zum Beispiel Fußgänger direkt detektiert werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens besteht die Möglichkeit, anstelle der Meldung an eine übergeordnete Datenbank für immer wiederkehrende Teilstrecken, die relevanten Informationen zusammen mit der GPS-Information lokal zu hinterlegen und die relevante Information somit wesentlich schneller zur Verfügung zu stellen. Ein typischer Anwendungsfall ist beispielsweise eine uneinsehbare Hofeinfahrt, die jedoch täglich abgefahren wird. Die Kennlinie würde dann in diesem Fall auf eine optimale Erfassung bereits eingestellt sein.
  • Der Nutzen einer derart gepflegten Datenbank wäre auch für die Instanthaltung der Fahrbahnen interessant. Anstelle von aufwändigen Lasermessfahrzeugen, die die relevanten auszubessernden Fahrstrecken abzufahren hätten, bestünde nun bei Implementierung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens die Möglichkeit, die Bodenbeläge auf die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wege ohne hohe Kosten zu verursachen, zu erfassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Die einzige Figur zeigt in schematischer Weise ein den Fahrbahnbelag abtastendes Fahrzeug und die Übermittlung von Daten an ein Global Positioning System.
  • Der Figur ist zu entnehmen, dass ein Fahrzeug 14 eine Fahrbahn 10 passiert, die mit einem Fahrbahnbelag 12 versehen ist. Unter Fahrbahnbelag ist im vorliegenden Zusammenhang der Untergrund zu verstehen, auf dem sich das Fahrzeug 14 bei seiner Fahrt fortbewegt. Dabei kann es sich um Beton oder um Asphalt, um Sand, um Kies, unbefestigte Feldwege, Schotter und dergleichen handeln. Im vorderen Bereich des Fahrzeuges 14 noch vor dem Vorderrad 16 unterhalb eines Scheinwerfers 18 befindet sich mindestens ein Ultraschallsensor 20. Der mindestens eine Ultraschallsensor 20 ist Teil einer Ultraschallsensorik, die bereits am Fahrzeug 14 verbaut ist, beispielsweise im Rahmen eines Assistenzsystems, insbesondere einer Einparkhilfe. Der mindestens eine Ultraschallsensor 20 gemäß der Figur tastet bei der Fahrt des Fahrzeuges 14 den Fahrbahnbelag 12 der Fahrbahn 10 kontinuierlich ab. Dies ist durch die Ultraschallwellen 22 in der Figur angedeutet. Wenngleich in der Figur dargestellt ist, dass sich der die Fahrbahn 10 kontinuierlich abtastende mindestens eine Ultraschallsensor 20 im vorderen Bereich des Fahrzeugs 14 befindet, besteht die Möglichkeit, auch den mindestens einen Ultraschallsensor 20 auch im unteren Bereich der Seitenspiegel oder im Heckbereich des Fahrzeugs – wo er im Rahmen einer Einparkhilfe sowieso vorgesehen wäre – anzuordnen.
  • Für das kontinuierliche Abtasten der Fahrbahn 10, ist die Positionierung des mindestens einen Ultraschallsensors 20 im vorliegenden Zusammenhang unerheblich. Abhängig vom reflektierten Ultraschallsignal werden in einem Steuergerät, welches im Fahrzeug 14 vorhanden ist, klassifizierte Fahrbahndaten 32, ermittelt. Bei den klassifizierten Fahrbahndaten 32 handelt es sich um Daten, welche den Fahrbahnbelag 12, den das Fahrzeug 14 gerade passiert, repräsentieren. Die Klassifikation erfolgt abhängig vom reflektierten Frequenzspektrum des Ultraschallsignals des mindestens einen Ultraschallsensors 20.
  • Im Fahrzeug 14 befindet sich neben einem Navigationssystem 24 auch ein Display 26, bei dem es sich beispielsweise um ein berührungsempfindliches Display (Touch-Screen) handeln kann. Mit Bezugszeichen 28 ist ein Einparkhilfesystem angedeutet, Position 30 bezeichnet ein Lenkrad 30 des Fahrzeugs 14.
  • Die im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens klassifizierten Fahrbahndaten 32 können beispielsweise unmittelbar im Fahrzeug 14 dem Fahrer am Volant 20 über ein Display 256 angezeigt werden. Dies bietet beispielsweise die Möglichkeit, dem Fahrer anzuzeigen, ob sich im vor ihm liegenden Bereich der Fahrbahn 10 eine Vereisung gebildet hat oder ob ihn beispielsweise bei einer Nachtfahrt Wasserlachen vorhanden sind, bei deren Passage höhere Vorsicht geboten ist. In weiterer Ausgestaltung des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens werden die klassifizierten Fahrbahndaten 32 über an ein übergeordnetes System, wie beispielsweise das erwähnte Global Positioning System 34 übersandt. In diesem Falle erfolgt die Übertragung der klassifizierten Fahrbahndaten 32 vom Fahrzeug 14 in einer ersten Übertragungsrichtung 40 an das GPS 34. Vom GPS 34 aus können die klassifizierten Fahrbahndaten 32 unter Hinzuziehung der an das GPS-System 34 übertragenen Position des Fahrzeuges 14 im Rahmen einer zweiten Übertragungsrichtung 42 als klassifizierte Fahrbahndaten 36 an andere Verkehrsteilnehmer versandt werden; es besteht auch die Möglichkeit, die klassifizierten Fahrbahndaten an Behörden oder Radiosendern, vergleiche Position 38 zuzuleiten.
  • Schließlich bietet das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren auch die Möglichkeit, die klassifizierten Fahrbahndaten 32 nach deren Ermittlung und Kategorisierung nachfahrenden Fahrzeugen zur Verfügung zu stellen, so dass andere Verkehrsteilnehmer unmittelbar auf die generierten klassifizierten Fahrbahndaten zugreifen können.
  • Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel und die in diesem Zusammenhang hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die anhängenden Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20040204812 A1 [0002]
    • DE 102007060858 A1 [0003]
    • DE 10149206 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Verfahren zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit einer Fahrbahn (10) mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) kontinuierliches Erfassen eines Fahrbahnbelages (12) mittels in einem Fahrzeug (14) verbaute Ultraschallensorik (20), b) Klassifizierung des Fahrbahnbelages (12) anhand des reflektierten Frequenzspektrums, c) Übermittlung von dem Zustand der Fahrbahn (10) repräsentierenden Daten (32) sowie einer Position des Fahrzeugs (14) an ein Global Positioning System (34) und/oder nachfolgende Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Zustand der Fahrbahn (10) repräsentierenden Daten (32) und die Position des Fahrzeugs (14) in einer Datenbank gespeichert werden.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Erfassung des Fahrbahnbelages (12) mit Ultraschallsensoren (20) erfolgt, die Teil eines am Fahrzeug (14) verbauten Assistenzsystems (28), insbesondere eine Einparkhilfe sind.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Erfassung des Fahrbahnbelages (12) während der Fahrt des Fahrzeugs (14) erfolgt.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie der Ultraschallsensorik (20) abhängig vom detektierten Zustand der Fahrbahn (10) verschoben wird.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kontinuierliches Erfassen des Fahrbahnbelages (12) vor und/oder neben und/oder hinter dem Fahrzeug (14) erfolgt.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Zustand der Fahrbahn (10) repräsentierende Daten in einem Navigationssystem (24) und/oder einem Display (26) dem Fahrer des Fahrzeugs (14) dargestellt werden.
  8. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
  9. Fahrerassistenzsystem zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit einer Fahrbahn (10) mit nachfolgenden Komponenten: – einer Ultraschallsensorik (20) zur kontinuierlichen Erfassung eines Fahrbahnbelages (12) einer Fahrbahn (10), – mindestens einer Komponente (26, 28) zur Ermittlung klassifizierter Fahrbahndaten (32), – eine Komponente (24) zur Übermittlung der klassifizierten Fahrbahndaten (32) und einer Position des Fahrzeugs (14) an ein GPS (34).
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