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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Elektrotechnik und der Signalverarbeitung und ist mit besonderem Vorteil im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik anwendbar.
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Konkreter bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug.
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Moderne Fahrzeuge werden mit Assistenzsystemen ausgestattet, deren Aufgabe es ist, in einem zunehmend komplexeren Verkehrsgeschehen die Sicherheit und den Fahrkomfort zu erhöhen. Zu diesem Zweck gibt es Fahrassistenzsysteme, die teilweise Steuerungsaufgaben von Aggregaten des Fahrzeugs erfüllen, und auch solche, die den Fahrer bei Entscheidungen unterstützen. Weitere Assistenzsysteme übernehmen vollautomatische Aufgaben, soweit die entsprechenden Aktionen nicht sicherheitsrelevant sind. Zu diesen gehören beispielsweise Klimaregelung, automatische Scheinwerferhöhenverstellung und dergleichen.
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Eine weitere Art von Assistenzsystemen ist dazu vorgesehen, den Fahrer bei der Wahrnehmung von Signalen und Informationen zu unterstützen. Hierzu sind Systeme bekannt, die beispielsweise Straßenverkehrsschilder erkennen, die entsprechende Informationen aufbereiten und über Instrumente zur Verfügung stellen. Auch Systeme mit akustischen Signalgebern sind grundsätzlich bekannt, wie beispielsweise Einparkhilfen mit akustischen Warnsignalgebern.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Fahrer bei der Wahrnehmung von akustischen Signalen aus dem Umfeld des Fahrzeugs zu unterstützen. Moderne Fahrzeuge zeichnen sich oft durch eine hervorragende Schallisolation gegenüber dem Außenraum aus, um die Fahrgeräusche möglichst gering zu halten, was jedoch mit dem Problem einhergeht, dass der Fahrer zunehmend Schwierigkeiten hat, akustische Signale von außen wahrzunehmen. Zudem werden Motorgeräusche von Fahrzeugen mit Fortschreiten der Motortechnik leiser bis hin zur Unhörbarkeit, wenn Verbrennungsmotoren durch elektrische Motoren ersetzt werden.
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Diese Umstände machen es für den Fahrer nahezu unmöglich, Fahrzeuge in der unmittelbaren Umgebung seines eigenen Fahrzeugs akustisch wahrzunehmen und zu verorten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrassistenzsystem zu schaffen, das einem Fahrer die Wahrnehmung von Gegenständen oder Ereignissen aus dem Umfeld des Fahrzeugs unter Ausnutzung akustischer Signale ermöglicht oder erleichtert.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 durch ein Fahrassistenzsystem gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 9 bezeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Der Patentanspruch 10 bezieht sich auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Fahrassistenzsystems.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung konkret auf ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug mit wenigstens einer Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Gegenstandes oder Ereignisses im Umfeld außerhalb des Fahrzeugs und mit einer Analyseeinrichtung, die die Richtung und insbesondere die Entfernung des Gegenstandes oder Ereignisses relativ zum Fahrzeug ermittelt, sowie mit einer Schallerzeugungseinrichtung im Fahrzeug, durch die im Fahrzeug zusätzliche Schallsignale in Abhängigkeit von der Richtung und/oder Entfernung des Gegenstandes oder Ereignisses relativ zum Fahrzeug erzeugt werden.
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Durch die Sensoreinrichtung, die einen oder mehrere Sensoren aufweisen kann, wird zunächst vom Fahrzeug aus ein Gegenstand oder ein Ereignis erfasst. Die entsprechende Sensoreinrichtung ist wenigstens sensitiv bezüglich der Richtung, aus der die erfassten Signale kommen, so dass dem wahrgenommenen / erfassten Ereignis oder Gegenstand eine Richtung vom Fahrzeug aus gesehen zugeordnet werden kann. Dies geschieht in der Analyseeinrichtung, die üblicherweise eine elektronische Einrichtung, insbesondere eine Datenverarbeitungseinrichtung, ist oder ein Softwaremodul, das auf einer Datenverarbeitungseinrichtung des Fahrzeugs läuft. Im Ergebnis erzeugt die Analyseeinrichtung eine Richtungs- und/oder Entfernungsinformation, die an eine Schallerzeugungseinrichtung im Fahrzeug, genauer gesagt im Fahrgastraum, gegeben wird, so dass die Schallerzeugungseinrichtung zusätzliche Schallsignale erzeugen kann, die dem Fahrer die akustische Wahrnehmung einer virtuellen Schallquelle in einer bestimmten Richtung ermöglichen. Die Analyseeinrichtung kann auch ein Identifikationsmodul aufweisen, in dem das Ereignis oder der Gegenstand anhand eines Vergleiches von Sensordaten mit einer Datenbank (beispielsweise eines Schallfrequenzprofils) identifiziert wird. Die Datenbank kann on board im Fahrzeug oder in einem Datennetz (cloud) zugänglich sein.
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Als Schallerzeugungseinrichtung kann beispielsweise ein Surround-Soundsystem einer Multimediaeinrichtung im Fahrzeug dienen. Durch kombinierte und aufeinander abgestimmte Schallsignale ist es mit einer solchen Anlage möglich, Schallsignale im Fahrgastraum zu erzeugen, die als von einer virtuellen Schallquelle stammend wahrgenommen werden, wobei die virtuelle Schallquelle sich nicht an der Stelle eines Signalgebers befinden muss, sondern auch im Raum zwischen den einzelnen Signalgebern / Lautsprechern verortet werden kann.
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Das zusätzliche Schallsignal, das innerhalb des Fahrgastraums dabei erzeugt wird, soll in Bezug auf die Richtung der Schallquelle eine Verortung des Gegenstandes oder Ereignisses außerhalb des Fahrzeugs erlauben, jedoch ist es nicht unbedingt notwendig, dass die Art des Schallsignals einem Schallsignal ähnlich ist, das durch den Gegenstand oder das Ereignis außerhalb des Fahrzeugs erzeugt wird. Dies ist insbesondere in Fällen wichtig, in denen der Gegenstand oder das Ereignis außerhalb des Fahrzeugs überhaupt keine Schallsignale erzeugt.
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In anderen Fällen kann es jedoch vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass als zusätzliches Schallsignal im Fahrgastraum ein Signal erzeugt wird, das dem durch das Ereignis oder den Gegenstand erzeugten Schallsignal ähnlich oder nachempfunden ist. Beispielsweise kann auch das unmittelbar akustisch aufgenommene Signal von außerhalb des Fahrzeugs verstärkt durch die Schallerzeugungseinrichtung wiedergegeben werden. Dabei kann lediglich die Verteilung der Intensität auf verschiedene Schallsignalgeber als Ergebnis der Richtungsanalyse berücksichtigt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen ersten Schallsensor, der den Schall im Fahrgastraum des Fahrzeugs erfasst. Durch den Schallsensor, der den Schall im Inneren des Fahrgastraums erfasst, kann ermittelt werden, inwieweit ein Schallsignal, das von einem Ereignis oder einem Gegenstand außerhalb des Fahrzeugs stammt, im Fahrzeuginneren wahrgenommen werden kann und ob dies gegebenenfalls verstärkt werden sollte. Es kann zudem geprüft werden, ob andere Schallsignale, beispielsweise durch Umweltgeräusche von außerhalb des Fahrzeugs oder innerhalb des Fahrzeugs (Lüftergeräusche und Ähnliches) oder durch willentlich erzeugte Geräusche, wie Musik aus der Multimediaanlage oder ein Telefongespräch, die Wahrnehmung einer externen Schallquelle von außerhalb des Fahrzeugs stören und beeinträchtigen. Entsprechend kann der Signalpegel bei zusätzlichen Schallsignalen, die über die Schallerzeugungseinrichtung erzeugt werden, angepasst werden.
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Zudem kann auch eine Einrichtung vorgesehen sein, die den Schallsignalpegel bei willentlich bzw. kontrolliert erzeugten Schallsignalen selektiert reduzieren kann. Beispielsweise kann die Lautstärke eines Radios heruntergeregelt werden. Von dieser Regelung können andere Schallquellen, wie beispielsweise eine Freisprecheinrichtung für ein Mobiltelefon, ausgenommen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Analyseeinrichtung mit dem ersten Schallsensor verbunden ist und dass bei der Erzeugung der zusätzlichen Schallsignale der Schall im Fahrgastraum berücksichtigt wird. Die Analyseeinrichtung kann beispielsweise neben einem Gesamtgeräuschpegel im Fahrgastraum auch Schallorte und Richtungen der Schallsignale berücksichtigen, um dem Fahrer zu ermöglichen, die zusätzlich eingespielten Schallsignale richtig zu verorten bzw. ihnen eine Richtung zuzuordnen. Ertönt beispielsweise laute Musik aus den hinteren Lautsprechern eines Fahrzeugs, so wird ein zusätzliches Schallsignal, das der Fahrer als von hinten kommend verorten soll, schwieriger zu erzeugen sein als ein zusätzliches Schallsignal, das von vorne aus der Fahrtrichtung des Fahrzeugs kommend wahrgenommen werden soll. Entsprechend muss ein derart stark gestörtes Signal entweder intensiver gestaltet werden, oder der beeinflussbare Schall innerhalb des Fahrgastraums muss stärker gedämpft werden, um eine Richtungswahrnehmung der zusätzlichen Schallsignale zu ermöglichen.
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Die Erfindung kann zudem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass bei der Erzeugung der zusätzlichen Schallsignale die Gesamtlautstärke im Fahrgastraum berücksichtigt wird. Hierzu sind oben bereits Ausführungen gemacht worden.
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Eine zusätzliche vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass bei der Erzeugung der zusätzlichen Schallsignale die Frequenzverteilung und/oder die räumliche Verteilung des Schalls im Fahrgastraum berücksichtigt wird. Auch die Frequenzverteilung des unabhängig von den zusätzlichen Schallsignalen im Fahrgastraum vorhandenen Schalls kann eine Rolle bei der Beeinträchtigung der Wahrnehmung durch den Fahrer spielen. Frequenzen oder Frequenzverteilungen, die dem wahrzunehmenden zusätzlichen Schallsignal sehr ähnlich sind, sind dabei stärker zu berücksichtigen als solche Schallsignale, die den zusätzlichen Schallsignalen bezüglich der Frequenzverteilung eher unähnlich sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Sensoreinrichtung zur Erfassung des Gegenstandes oder Ereignisses einen akustischen Sensor, insbesondere ein richtungssensitives Mikrofon, insbesondere ein Stereomikrofon, umfasst. Der Gegenstand oder das Ereignis im Umfeld des Fahrzeugs kann somit unmittelbar akustisch durch ein oder mehrere Mikrofone erfasst werden. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass das zusätzliche Schallsignal einfach durch Verstärkung und entsprechende Verteilung auf die einzelnen akustischen Signalgeber im Inneren des Fahrgastraums erzeugt werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass wenigstens zwei voneinander beabstandete Sensoren zur Erfassung des Gegenstandes oder Ereignisses vorgesehen sind. Insbesondere zwei voneinander beabstandete Sensoren lassen außer einer genaueren Richtungsermittlung einer Signalquelle gegebenenfalls auch eine Entfernungsermittlung zu. Es können auch mehr als zwei Sensoren, insbesondere drei Sensoren, vorgesehen sein, um eine Triangulation vorzunehmen.
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Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft auch derart ausgestaltet werden, dass die Sensoreinrichtung zur Erfassung des Gegenstandes oder Ereignisses im Umfeld des Fahrzeugs wenigstens einen optischen und/oder elektromagnetischen Sensor und/oder einen Kommunikationsempfänger umfasst. Ein Gegenstand oder ein Ereignis können somit nicht nur akustisch, sondern auch optisch oder auf elektromagnetische Weise erfasst werden, so dass beispielsweise ein Lichtsignal, ein Blaulicht oder ein sonstiges Blinklicht im Umfeld des Fahrzeugs erfasst und verortet werden können.
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Auch die Wahrnehmung über einen Kommunikationsempfänger ist möglich, wobei beispielsweise der Ort eines Gegenstandes oder Ereignisses über ein Kommunikationsnetz mitgeteilt werden kann. Zu diesem Zweck kann beispielsweise über ein Lokalisierungssystem wie GPS laufend der Ort eines Krankenwagens ermittelt und über ein Funknetz die Information über diesen Ort allen Verkehrsteilnehmern zur Verfügung gestellt werden. Der entsprechende Kommunikationsempfänger kann dies erfassen und an die Analyseeinrichtung weitergeben, so dass die Position des Krankenwagens mit der ebenfalls durch ein GPS-System ermittelten Position des eigenen Fahrzeugs verglichen, hieraus eine Richtung ermittelt und diese in Schallsignale im Fahrgastraum umgesetzt werden kann.
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Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass eine Regelung vorgesehen ist, die den Schall im Inneren des Fahrgastraums sowie die zusätzlichen Schallsignale erfasst, hieraus die Richtung einer virtuellen Schallquelle in Bezug auf die Position des Fahrers ermittelt und diese mit der Richtung vergleicht, in der, von dem Fahrzeug aus gesehen, der Gegenstand oder das Ereignis ermittelt wurde. Mittels der Regelung kann in Echtzeit überprüft werden, ob das angestrebte Ziel, eine Schallquelle für den Fahrer des Fahrzeugs richtig verortbar zu machen, angemessen erreicht wird. Hierzu kann auch der Gesamtschall im Fahrzeuginneren derart analysiert werden, dass die Schallsignale, die vom Fahrer dem darzustellenden Ereignis oder Gegenstand zugeordnet werden, zuerst isoliert werden und dass darauf festgestellt wird, in welcher Richtung diese von der Position des Fahrers aus verortet werden. Stimmt dieser Ort bezüglich der Richtung mit dem tatsächlichen Ort des nachzuweisenden / darzustellenden Gegenstandes oder Ereignisses überein, so ist das Ziel erreicht. Ergibt sich hierbei eine Differenz, so kann die Ansteuerung der Schallsignalerzeugungseinrichtung geeignet korrigiert werden.
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Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Fahrassistenzsystem der oben dargestellten Art auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrassistenzsystems, bei dem vorgesehen ist, dass zuerst durch eine erste Sensoreinrichtung Signale im Umfeld des Fahrzeugs erfasst werden, eine Richtung und insbesondere eine Entfernung eines Gegenstandes oder Ereignisses vom Fahrzeug aus gesehen ermittelt wird, dass in Abhängigkeit von der Richtung und/oder der Entfernung des Gegenstandes oder Ereignisses zusätzliche Schallsignale im Fahrgastraum des Fahrzeugs erzeugt werden, die unter Berücksichtigung des über die zusätzlichen Schallsignale im Fahrgastraum hinausgehenden Schalls die Identifikation der Richtung und insbesondere Entfernung des Gegenstandes oder Ereignisses vom Fahrgastraum des Fahrzeugs aus ermöglichen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt
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1 in einer schematischen Ansicht ein Fahrzeug sowie einen Ort, an dem sich ein wahrnehmbarer Gegenstand befindet,
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2 schematisch eine Sicht von oben auf ein Fahrzeug sowie einen Gegenstand, der sich hinter dem Fahrzeug befindet, und
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3 eine schematische Darstellung des Fahrgastraums eines Fahrzeugs mit einer Analyseeinrichtung sowie einer Schallerzeugungseinrichtung.
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1 zeigt ein Fahrzeug 1 in einer schematischen Darstellung mit einem Fahrer 2, der auf einem Fahrersitz 3 sitzt. Das Fahrzeug bewegt sich in Fahrtrichtung 4. Hinter dem Fahrzeug ist an einem durch einen Stern gekennzeichneten Ort 5 ein Gegenstand dargestellt, der von dem Fahrzeug 1 aus wahrnehmbar ist, beispielsweise ein hinter dem Fahrzeug 1 fahrendes weiteres Fahrzeug, beispielsweise ein Ambulanzfahrzeug mit eingeschalteter Sirene.
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Innerhalb des Fahrgastraums 6 sind Schallsignalgeber 7, 8, beispielsweise in Form von Lautsprecherboxen, angedeutet, mittels deren der Fahrgastinnenraum beschallt wird. Auf dem Dach des Fahrzeugs 1 auf dessen Außenseite sind zwei Sensoren 9, 10 dargestellt, die Signale von dem Ort 5 empfangen können.
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In 2 ist das Prinzip der Erfindung wie folgt dargestellt. Innerhalb des Fahrgastraums 6 sind Schallsignalquellen in Form von Lautsprechern einer Multimediaanlage bzw. Surround-Soundanlage des Fahrzeugs dargestellt und mit den Bezugszeichen 11, 12, 13, 14, 15 bezeichnet.
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Ein hinter dem Fahrzeug 1 fahrendes weiteres Fahrzeug 16 mit einer Sirene, die am Punkt 5 angeordnet ist, sendet Schallsignale zu dem Fahrzeug 1 aus, die durch die Sensoren 9, 10 erfasst werden. Die Signale können in einer in 2 nicht dargestellten Analyseeinrichtung untersucht, miteinander verknüpft und analysiert werden, so dass die Richtung, aus der die Schallsignale das Fahrzeug 1 erreichen, ermittelt werden kann.
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Es wird dann im Fahrgastraum 6 ein Punkt 5' bestimmt, der vom Fahrersitz 3 aus gesehen genau in der Richtung liegt, in der auch die Schallquelle auf dem weiteren Fahrzeug 16 am Ort 5 liegt. Die Schallerzeugungseinrichtung, d.h. die einzelnen Boxen 11, 12, 13, 14, 15, werden derart angesteuert, dass sie ein passendes akustisches Signal aussenden, das für den Fahrer auf dem Fahrersitz 3 vom Ort 5' zu kommen scheint. Damit verortet der Fahrer die Schallquelle in der Richtung der tatsächlich vorhandenen Schallquelle am Ort 5.
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Es findet somit eine Verstärkung der eigentlichen, stark gedämpften Schallwahrnehmung des Fahrers von der am Ort 5 befindlichen Schallquelle statt (Augmented Reality).
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In 3 ist dargestellt, dass sich außer den Schallquellen 11, 12, 13, 14, 15, die alle mit einer Zentraleinheit 17 der Schallerzeugungseinrichtung verbunden sind, auch noch wenigstens ein Mikrofon 18, 19 im Fahrgastraum befindet.
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Mittels der Analyseeinrichtung 20 wird, wie oben dargestellt, ein Gegenstand oder Ereignis an einem Ort 5 durch unmittelbare Signalerfassung oder auch mittels Kommunikation über eine Antenne 21 mit anderen Fahrzeugen oder einem Netz ermittelt. Durch die Analyseeinrichtung 20 wird darauf die Schallerzeugungseinrichtung 17 entsprechend angesteuert. Ein Innenraummikrofon 18 nimmt den Schallpegel im Fahrgastraum 6 des Fahrzeugs auf, so dass die Lautstärke durch die Schallerzeugungseinrichtung 17 erzeugten zusätzlichen Schallsignale an den bereits vorhandenen ursprünglichen Schallsignalpegel angepasst werden kann. Beispielsweise kann innerhalb des Fahrzeugs ein Radio 22 vorgesehen sein, das ebenfalls die Schallsignalgeber 11, 12, 13, 14, 15 zur Übermittlung von Musik nutzt. Über die Schallsignalgeber kann zudem auch eine Freisprecheinrichtung für Mobilfunktelefonie funktionieren.
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Die Schallerzeugungseinrichtung 17 kann bei einem festgestellten zu hohen Schallpegel im Fahrgastraum 6 die Schallerzeugung dämpfen, indem die Lautstärke des Radios 22 heruntergeregelt wird. Ist dies nicht möglich oder sinnvoll, beispielsweise bei einer Verkehrsfunkdurchsage, so werden die zusätzlichen Schallsignale entsprechend angepasst.
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Die Erfassung von Schallsignalen durch das Mikrofon 18 kann beispielsweise auch derart gefiltert sein, dass nur Frequenzen im Bereich der zu erzeugenden zusätzlichen Schallsignale zum Vergleich in Betracht gezogen werden.
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In 3 ist zudem die Möglichkeit dargestellt, ein richtungssensitives Mikrofon 19 im Fahrgastraum 6 anzuordnen, so dass die Richtung ermittelbar ist, in der die virtuelle Schallquelle der zusätzlichen Schallsignale im Fahrgastraum 6 vom Fahrer 2 bzw. vom Fahrersitz 3 aus gesehen erscheint.
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Wird als virtuelle Schallquelle beispielsweise eine Schallquelle am Ort 5'' ausgemacht, wenn die originale Schallquelle, wie in 2 dargestellt, am Ort 5 liegt, so muss die Schallerzeugungseinrichtung 17 nachgeregelt werden. Unter Berücksichtigung der erfassten Schallsignale aus dem Fahrgastraum 6 wird dann die virtuelle Schallquelle vom Punkt 5'' zu dem Punkt 5' bewegt. Die Verteilung der Schallsignale auf die Schallsignalgeber 11, 12, 13, 14, 15 wird entsprechend nachjustiert.
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Nun nimmt der Fahrer vom Fahrersitz 3 aus die virtuelle Schallquelle als im Punkt 5' lokalisiert wahr, so dass der Schall für den Fahrer aus derselben Richtung kommt wie der Originalschall von außerhalb des Fahrzeugs vom Ort 5.
