DE102014214729A1 - Schlaglocherkennung im Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer digitalen Karte als Grundlage für ein Fahrerassistenzsystem, das eingerichtet ist, einen Fahrer beim Umgang mit Straßenschäden (60) zu unterstützen, umfassend: – Erfassen eines Straßenschadens (60) auf einer Straße (13) mit einem Fahrzeug (2); – Erfassen einer Position (22) des Fahrzeuges (2), wenn der Straßenschaden (60) erfasst wird; und – Eintragen einer Karteninformation (58) in die digitale Karte, in der der erfasste Straßenschaden (60) der erfassten Position (22) zugeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer digitalen Karte als Grundlage für ein Fahrerassistenzsystem, das eingerichtet ist, einen Fahrer beim Umgang mit Straßenschäden zu unterstützen, ein Verfahren zum Assistieren eines Fahrers eines Fahrzeuges beim Umgang mit Straßenschäden basierend auf einer mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche erstellten digitalen Karte, eine Steuervorrichtung zur Durchführung der Verfahren und ein Fahrzeug mit der Steuervorrichtung.
- Aus der
WO 2011/098 333 A1 - Es ist Aufgabe die Nutzung mehrerer Sensorgrößen zur Informationssteigerung zu verbessern.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erstellen einer digitalen Karte als Grundlage für ein Fahrerassistenzsystem, das eingerichtet ist, einen Fahrer beim Umgang mit Straßenschäden zu unterstützen, die Schritte Erfassen eines Straßenschadens auf der Straße mit einem Fahrzeug, Erfassen einer Position des Fahrzeuges, wenn der Straßenschaden erfasst wird und Eintragen der Karteninformation in die digitale Karte, in der der erfasste Straßenschaden der erfassten Position zugeordnet ist.
- Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass das Straßenschäden, oder auch Fahrbahnschäden genannt, einen erheblichen Anteil am Verschleiß von sicherheitsrelevanten Teilen des Fahrzeuges haben können. Konkave oder konvexe Straßenschäden beispielsweise in Form von Schlaglöchern, Rissen, Hubbeln, oder dergleichen sind für den Fahrer des Fahrzeuges schwer zu erkennen. Zudem erhöht sich die durch Straßenschäden hervorgerufene mechanische Beanspruchung auf das Fahrzeug mit steigender Geschwindigkeit.
- Hier greift das angegebene Verfahren mit der Überlegung an, mir Fahrzeugen auf der Straße eine Karte der Straßenschäden zu erzeugen, damit sich nachfolgende Fahrzeuge an den aufgezeichneten Straßenschäden orientieren und gegebenenfalls diesen ausweichen können. Auf diese Weise kann der Verschleiß an Fahrzeugen nicht nur spürbar verringert werden, die erzeugte Karte stellt auch einen deutlichen Sicherheitsgewinn dar, weil der Ausfall sicherheitsrelevanter Teile am Fahrzeug verringert und der Fahrer auf der Straße von den Straßenschäden weniger überrascht wird.
- In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Senden der Karteninformation an eine Datenbank, in der die digitale Karte hinterlegt ist. Prinzipiell kann diese Datenbank an einer beliebigen Stelle, also auch im Fahrzeug hinterlegt sein und stellt dadurch die Karteninformationen zum Abruf bereit. Kehrt das Fahrzeug an eine Position zurück, an der bereits einmal ein Straßenschaden erfasst wurde, dann kann mit dem Fahrzeug beim nächsten Mal auf den Straßenschaden reagiert werden. Das Fahrzeug lernt damit die Straßenschäden.
- In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens erfolgt das Senden der Karteninformation drahtlos. Auf diese Weise können die Karteninformationen an eine zentrale Datenbank weitergeleitet werden, die es neben dem bereits erläuterten Vorteilen zusätzlich erlaubt, dass Dritte die Daten unabhängig vom die Kartendaten erfassenden Fahrzeug abrufen können. Dies können zum einen andere Fahrzeuge sein, die somit selbst nicht erst die Fahrbahnschäden beim Passieren erfassen müssen, um diese zu erlernen. Viel wichtiger ist jedoch die Möglichkeit, die ermittelten Fahrbahnschäden auch für übergeordnete Informationszwecke zu nutzen, beispielsweise seitens von Behörden, die dann die Fahrbahnschäden analysieren und Pflegearbeiten auf den Straßen basierend auf den Karteninformationen besser planen könnten.
- In einer weiteren Weiterbildung des angegebenen Verfahrens erfolgt das Erfassen der Position des Fahrzeuges mit einem GNSS genannten globalen Satellitennavigationssystem, wie GPS, GLONASS, Galileo u.s.w. erfolgen. Weil ein GNSS die Position des Fahrzeuges absolut erfasst, ist es möglich, die erfassten Karteninformationen auch Dritten bereitzustellen, die dann die Karteninformation in der zuvor erläuterten Weise auswerten können.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Assistieren eines Fahrers eines Fahrzeuges beim Umgang mit Straßenschäden basierend auf einer mit einem der zuvor genannten Verfahren erstellten digitalen Karte, die Schritte Erfassen einer Fahrzeugposition des Fahrzeuges und Ausgeben eines Signals, wenn die Fahrzeugposition in einem vorbestimmten Bereich um eine Kartenposition liegt, zu einer der digitalen Karte gespeicherten Karteninformationen gehört.
- In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Ausgeben einer Warnung an den Fahrer basierend auf dem ausgegebenen Signal. Durch die Warnung wird der Fahrer auf den Straßenschaden sensibilisiert und kann sein Fahrverhalten entsprechend anpassen.
- In einer anderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Reduzieren einer Geschwindigkeit des Fahrzeuges basierend auf dem ausgegebenen Signal. Dies ist insbesondere für zweirädrige Fahrzeuge, wie Motorräder von Vorteil, weil auf diese Weise der Fahrer des Motorrades davor geschützt werden kann, aufgrund des Straßenschadens in Verbindung mit überhöhter Geschwindigkeit aus der Spur zu fallen.
- In einer noch anderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Eingreifen in das Fahrzeug derart, dass die zu der Karteninformation gehörende Kartenposition im vorbestimmten Bereich der erfassten Fahrzeugposition vom Fahrzeug umfahren wird. Auf diese Weise können Schäden am Fahrzeug durch den Straßenschaden wirksam vermieden werden. Dies könnte unter Umständen auch volkswirtschaftlich interessant sein, weil Fahrzeuge auf diese Weise weniger stark durch Straßenschäden beeinflusst werden und so anstehende Straßenausbesserungsarbeiten weiter hinausgezögert werden könnten, so dass das für Straßenausbesserungsarbeiten weniger öffentliche Gelder anfallen würden.
- Der zuvor genannte Eingriff in das Fahrzeug könnte dabei über ein aktives Lenksystem des Fahrzeuges erfolgen, das heutigen Serienfahrzeugen standardmäßig vorhanden ist, so dass die Realisierung des angegebenen Verfahrens beinahe kostenneutral umsetzbar wäre.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuer-vorrichtung eingerichtet, eines der angegebenen Verfahren durchzuführen.
- In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist eines der angegebenen Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine angegebene Steuervorrichtung.
- Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
-
1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges auf einer Straße, -
2 eine Prinzipdarstellung eines Fusionssensors in dem Fahrzeug der1 , und -
3 eine Prinzipdarstellung des Fahrzeuges aus1 auf der Straße in einer schematischen Ansicht zeigen. - In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
- Es wird auf
1 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges2 mit einem Chassis4 zeigt, das auf Rädern6 in einer in4 angedeuteten Fahrrichtung5 fahrbar getragen ist. In dem Fahrzeug2 ist ein Fusionssensor8 angeordnet. - Der Fusionssensor
8 empfängt in der vorliegenden Ausführungsform über einen an sich bekannten GNSS-Empfänger10 Lagedaten12 des Fahrzeuges2 , die unter anderem eine Absolutposition des Fahrzeuges2 auf einer Fahrbahn13 beschreiben. Neben der Absolutposition können die Lagedaten12 aus dem GNSS-Empfänger10 zusätzlich auch eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges2 beschreiben. Die Lagedaten12 aus dem GNSS-Empfänger10 werden in der vorliegenden Ausführung in einer dem Fachmann bekannten Weise aus einem von einem GNSS-Satelliten ausgesendeten GNSS-Signal14 in dem GNSS-Empfänger10 abgeleitet, das über eine GNSS-Antenne16 empfangen wird und daher nachstehend GNSS-Lagedaten12 genannt. Für Details dazu wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. - Der Fusionssensor
8 ist in einer noch zu beschreibenden Weise dazu ausgebildet, den Informationsgehalt der aus dem GNSS-Signal14 abgeleiteten GNSS-Lagedaten12 zu steigern. Dies ist einerseits notwendig, da das GNSS-Signal14 einen sehr niedrigen Signal/Rauschbandabstand aufweisen und so sehr ungenau sein kann. Andererseits ist das GNSS-Signal14 nicht ständig verfügbar. - In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug
2 dazu einen Inertialsensor18 auf, der Fahrdynamikdaten20 des Fahrzeuges2 erfasst. Darunter fallen bekanntermaßen eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung sowie eine Vertikalbeschleunigung und eine Wankrate, eine Nickrate sowie eine Gierrate des Fahrzeuges2 . Diese Fahrdynamikdaten20 werden in der vorliegenden Ausführung herangezogen, um den Informationsgehalt der GNSS-Lagedaten12 zu steigern und beispielsweise die Position und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges2 auf der Fahrbahn13 zu präzisieren. Die präzisierten Lagedaten22 können dann von einem Navigationsgerät24 selbst dann verwendet werden, wenn das GNSS-Signal14 beispielsweise unter einem Tunnel überhaupt nicht verfügbar ist. - Zur weiteren Steigerung des Informationsgehaltes der GNSS-Lagedaten
12 können in der vorliegenden Ausführung optional noch weitere Bewegungsaufnahmesensoren in Form von Raddrehzahlsensoren26 verwendet werden, die die Raddrehzahlen28 der einzelnen Räder6 des Fahrzeuges2 erfassen. - Ferner weist das Fahrzeug
2 an sich bekannte Höhenstandssensoren30 an jedem Rad6 auf, mit denen ein Höhenstand32 an jedem Rad6 des Fahrzeuges in an sich bekannter Weise erfasst werden kann. - Es wird auf
2 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung des Fusionssensors8 aus1 zeigt. - In den Fusionssensor
8 gehen die in1 bereits erwähnten Messdaten ein. Der Fusionssensor8 soll die präzisierten Lagedaten22 ausgeben. Grundgedanke dazu ist es, die Information aus den GNSS-Lagedaten12 den Fahrdynamikdaten20 aus dem Inertialsensor18 in ein Filter44 gegenüberzustellen und so einen Signal/Rauschbandabstand in den GNSS-Lagedaten12 des GNSS-Empfängers10 oder den Fahrdynamikdaten18 aus dem Inertialsensor20 zu erhöhen. Dazu kann das Filter zwar beliebig ausgebildet sein, ein Kalman-Filter löst diese Aufgabe am wirkungsvollsten mit einem vergleichsweise geringen Rechenressourcenanspruch. Daher soll das Filter44 nachstehend vorzugsweise ein Kalman-Filter44 sein. - In das Kalman-Filter
44 gehen die präzisierten Lagedaten22 des Fahrzeuges2 und Vergleichslagedaten48 des Fahrzeuges2 ein. Die präzisierten Lagedaten22 werden in der vorliegenden Ausführung in einem beispielsweise aus derDE 10 2006 029 148 A1 bekannten Strapdown-Algorithmus50 aus den Fahrdynamikdaten20 generiert. Sie enthalten präzisierten Positionsinformationen über das Fahrzeug2 , aber auch andere Lagedaten über das Fahrzeug2 , wie beispielsweise seine Geschwindigkeit, seine Beschleunigung und sein Heading. Demgegenüber werden die Vergleichslagedaten48 aus einem Modell52 des Fahrzeuges2 gewonnen, das zunächst einmal aus dem GNSS-Empfänger10 mit den GNSS-Lagedaten12 gespeist wird. Aus diesen GNSS-Lagedaten12 werden dann in dem Modell52 die Vergleichslagedaten48 bestimmt, die die gleichen Informationen enthalten, wie die präzisierten Lagedaten22 . Die präzisierten Lagedaten22 und die Vergleichslagedaten48 unterscheiden sich lediglich in ihren Werten. - Das Kalman-Filter
30 berechnet basierend auf den präzisierten Lagedaten22 und den Vergleichslagedaten48 einen Fehlerhaushalt54 für die präzisierten Lagedaten22 und einen Fehlerhaushalt56 für die Vergleichslagedaten48 . Unter einem Fehlerhaushalt soll nachstehend ein Gesamtfehler in einem Signal verstanden werden, der sich aus verschiedenen Einzelfehlern bei der Erfassung und Übertragung des Signals zusammensetzt. Bei dem GNSS-Signal14 und damit bei den GNSS-Lagedaten12 kann sich ein entsprechender Fehlerhaushalt aus Fehlern der Satellitenbahn, der Satellitenuhr, der restlichen Refraktionseffekte und aus Fehlern im GNSS-Empfänger10 zusammensetzen. - Der Fehlerhaushalt
54 der präzisierten Lagedaten22 und der Fehlerhaushalt56 der Vergleichslagedaten48 werden dann entsprechend dem Strapdown-Algorithmus50 und dem Modell52 zur Korrektur der präzisierten Lagedaten22 beziehungsweise der Vergleichslagedaten48 zugeführt. Das heißt, dass die präzisierten Lagedaten22 und die Vergleichslagedaten48 iterativ um ihre Fehler bereinigt werden. - Das Fusionsfilter
8 kann damit basierend auf der zuvor beschriebenen Fusion der Sensordaten eine sehr präzise Position des Fahrzeuges auf der Straße13 bestimmen. Diese präzise Position soll in nachstehender Weise dazu genutzt werden, eine digitale Karte mit Karteninformationen58 zu erstellen, aus denen in3 gezeigte Straßenschäden in Form von Schlaglöchern60 auf der Straße13 erkennbar sind. - Hierzu werden die Höhenstände
32 aus den Höhenstandssensoren30 genutzt. Prinzipiell würden sich verschiedene Sensoren, wie beispielsweise auch der Inertialsensor18 für das nachstehend beschriebene Verfahren nutzen lassen, aber mit den Höhenstandssensoren30 werden die besten Ergebnisse erreicht. - Überfährt das Fahrzeug
2 ein Schlagloch60 , dann wird dieses im Fusionssensor8 erkannt. Hierzu ist im Fusionssensor8 eine Schlaglocherkennungseinrichtung62 vorhanden, die die Höhenstände32 aus den einzelnen Höhenstandssensoren30 auswertet. Überschreitet eine Änderung wenigstens einer der erfassten Höhenstände32 eine vorgebbare vorbestimmte Änderung64 , dann kann auf ein Schlagloch60 geschlossen werden. Optional können bei der Erkennung von Schlaglöchern60 alle Höhenstandssensoren30 gemeinsam einbezogen werden, beispielsweise derart, dass nur dann auf ein Schlagloch60 geschlossen wird, wenn in wenigstens einem weiteren Höhenstandssensor30 keine Änderung des Höhenstandes32 erfasst wird. - Die Schlaglocherkennungseinrichtung
62 kann als Ergebnis jede beliebige auf die Existenz des erfassten Schlagloches hinweisende Information ausgeben. Diese Information kann lediglich boolsch sein, das heißt anzeigen, dass ein Schlagloch60 vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Schlaglocherkennungseinrichtung62 das erkannte Schlagloch60 weiter vermessen und als weitere Information das Schlagloch60 beschreibende Daten ausgeben. Im Rahmen der vorliegenden Ausführung soll der Einfachheit halber angenommen werden, dass die Schlaglocherkennungseinrichtung62 lediglich ausgibt, dass ein Schlagloch60 vorhanden ist. - In einer Zuordnungseinrichtung
66 werden dann das erkannte Schlagloch60 mit den präzisierten Lagedaten22 verküpft, an denen das Schlagloch60 erkannt wurde. Hierbei kann zu weiteren Steigerung der Information die Lage des Höhenstandssensors30 am Fahrzeug2 berücksichtigt werden, auf dessen Grundlage das Schlagloch60 erkannt wurde. Eine entsprechende Koordinatentransformation der Lagedaten22 ist bestens bekannt und soll der Kürze halber nicht weiter beschrieben werden. - Das mit den präzisierten Lagedaten
22 verknüpfte erkannte Schlagloch60 kann dann als die Karteninformation58 beispielsweise über eine Mobilfunkantenne68 an einen Datenanbieter übertragen werden, der die Karteninformation58 beispielsweise über einen in3 gezeigten Mobilfunkmast70 an Dritte bereitstellt. - Auch das Fahrzeug
2 kann die auf diese Weise gesammelten Karteninformationen58 für die eigene Fahrt verwenden, was anhand der3 näher erläutert werden soll. - Fährt das Fahrzeug
2 auf der Straße13 beispielsweise von einem Startpunkt72 zu einem Zielpunkt74 zwischen denen Schlaglöcher60 bereits durch das Fahrzeug2 selbst bei einer vorherigen Fahrt oder durch andere, nicht gezeigte Fahrzeuge erkannt wurden, dann kann um jedes dieser Schlaglöcher60 ein vorbestimmter Schutzbereich76 definiert werden, innerhalb dessen das Fahrzeug2 reagieren muss, um dem Schlagloch auszuweichen. Von diesen Schutzbereichen76 ist in3 der Übersichtlichkeit halber nur einer dargestellt. Die einzelnen Schutzbereiche76 müssen nicht konstant sein, sondern kann beispielsweise auch geschwindigkeitsabhängig definiert werden. - Empfängt nun das Fahrzeug
2 über den Mobilfunkmast70 ein Schlagloch60 anzeigende Karteninformationen58 und fährt in einen der vorbestimmten Schutzbereiche76 ein, dann kann das Fahrzeug2 beispielsweise automatisch durch einen Eingriff in sein nicht weiter dargestelltes Lenksystem seine Route78 anpassen und dem entsprechenden Schlagloch60 ausweichen. - Alternativ kann das Ausweichen aber auch dem Fahrer des Fahrzeuges
2 überlassen werden, der basierend auf den Karteninformationen58 nur durch ein akustisches, visuelles und/oder haptisches Warnsignal auf das Schlagloch aufmerksam gemacht werden kann, wenn er in den entsprechenden Schutzbereich76 einfährt. - 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
-
- WO 2011/098333 A1 [0002]
- DE 102006029148 A1 [0034]
Claims (10)
- Verfahren zum Erstellen einer digitalen Karte als Grundlage für ein Fahrerassistenzsystem, das eingerichtet ist, einen Fahrer beim Umgang mit Straßenschäden (
60 ) zu unterstützen, umfassend: – Erfassen eines Straßenschadens (60 ) auf einer Straße (13 ) mit einem Fahrzeug (2 ); – Erfassen einer Position (22 ) des Fahrzeuges (2 ), wenn der Straßenschaden (60 ) erfasst wird; und – Eintragen einer Karteninformation (58 ) in die digitale Karte, in der der erfasste Straßenschaden (60 ) der erfassten Position (22 ) zugeordnet ist. - Verfahren nach Anspruch 1, umfassend Senden der Karteninformation (
58 ) an eine Datenbank (70 ), in der die digitale Karte hinterlegt ist. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Senden der Karteninformation (
58 ) drahtlos erfolgt. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der Position (
60 ) des Fahrzeuges basierend auf einem globalen Satellitennavigationssystem (10 ) erfolgt. - Verfahren zum Assistieren eines Fahrers eines Fahrzeuges (
2 ) beim Umgang mit Straßenschäden (60 ) basierend auf einer mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche erstellten digitalen Karte, umfassend: – Erfassen einer Fahrzeugposition (22 ) des Fahrzeuges (2 ), und – Ausgeben eines Signals, wenn die Fahrzeugposition (22 ) in einem vorbestimmten Bereich (76 ) um eine Kartenposition liegt, die zu einer in der digitalen Karte gespeicherten Karteninformation (58 ) gehört. - Verfahren nach Anspruch 5, umfassend Ausgeben einer Warnung an den Fahrer basierend auf dem ausgegebenen Signal.
- Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, umfassend Reduzieren einer Geschwindigkeit des Fahrzeuges (
2 ) basierend auf dem ausgegebenen Signal. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7, umfassend Eingreifen in das Fahrzeug (
2 ) derart, dass die zu der Karteninformation (58 ) gehörende Kartenposition im vorbestimmten Bereich (76 ) der erfassten Fahrzeugposition vom Fahrzeug (2 ) umfahren wird. - Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Eingriff über ein aktives Lenksystem des Fahrzeuges (
2 ) erfolgt. - Steuervorrichtung (
8 ), die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
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