DE102017200385A1

DE102017200385A1 - Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs, Verfahren zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017200385A1
Application number: DE102017200385.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Fischer; Stephan Berneke; Udo Hermann; Manuel Stoll; Jens Koenig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Vorrichtung (2) zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1), wobei die Vorrichtung (2) ein Mikrofon (3) umfasst, das in ein Karosseriebauteil (4) oder in ein Anbauteil (5) des Kraftfahrzeugs (1) integriert ist. Erfindungsgemäß wirkt das Mikrofon (3) mit weiteren Mikrofonen (3), die in dasselbe Karosseriebauteil (4) oder Anbauteil (5) integriert sind, als ein Mikrofonarray zusammen, mittels dessen die Richtung einer Schallquelle bestimmbar ist.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wobei das Kraftfahrzeug eine Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
Stand der Technik
Kraftfahrzeuge der heutigen Zeit sind mit einer Vielzahl von Assistenzsystemen ausgestattet, die vorrangig der Sicherheit der Fahrzeuginsassen sowie der übrigen Verkehrsteilnehmer dienen. Die Assistenzsysteme müssen hierzu mit Informationen aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs versorgt werden, das heißt, dass die Kraftfahrzeugumgebung überwacht werden muss.
Aus der Offenlegungsschrift DE 102 34 611 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen der Umgebung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem Umgebungsgeräusche erfasst und ausgewertet werden. Die Umgebungsgeräusche dienen als eine Informationsquelle zur Analyse der Umfeldsituation des Kraftfahrzeugs. Bei der Durchführung des Verfahrens findet ein Fahrerinformationssystem Einsatz, das mit mindestens einem Mikrofon sowie mit Mitteln zur Auswertung der vom Mikrofon erfassten akustischen Signale ausgestattet ist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit von Kraftfahrzeug-Assistenzsystemen, die Umgebungsgeräusche als Informationsquelle nutzen, zu erhöhen.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Kraftfahrzeug weist eine Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs auf, wobei die Vorrichtung ein Mikrofon umfasst, das in ein Karosseriebauteil oder in ein Anbauteil des Kraftfahrzeugs integriert ist. Erfindungsgemäß wirkt das Mikrofon mit weiteren Mikrofonen, die in dasselbe Karosseriebauteil oder Anbauteil integriert sind, als ein Mikrofonarray zusammen, mittels dessen die Richtung einer Schallquelle bestimmbar ist.
Die Richtung einer Schallquelle stellt für eine Vielzahl von Assistenzsystemen eine wichtige Information dar, so dass durch die Bereitstellung dieser Information die Zuverlässigkeit solcher Assistenzsysteme gesteigert werden kann. Beispielsweise kann über die Richtungsbestimmung einer Schallquelle ein weiteres Fahrzeug in der Umgebung des Kraftfahrzeugs detektiert werden. Die Richtung einer Schallquelle stellt daher insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen eine wichtige Information dar. In diesem Zusammenhang wirkt sich auch die Redundanz als Vorteil aus, da aufgrund der mehreren Mikrofone die Ausfall- und Funktionssicherheit erhöht werden.
Soll neben der Richtung einer Schallquelle zudem ihre Entfernung bestimmt werden, um hierauf auf die genaue Position der Schallquelle zu schließen, können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen an unterschiedlichen Stellen am Kraftfahrzeug angeordnet werden, so dass über Triangulation die Entfernung errechnet werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Mikrofone in einer Ebene angeordnet, so dass zwischen den Mikrofonen eine Fläche aufgespannt wird. Die Fläche kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise die eines Dreiecks, eines Vierecks oder eines Polygons. Die Anordnung der mehreren Mikrofone in einer Ebene, so dass eine Fläche aufgespannt wird, besitzt den Vorteil, dass die Richtung einer Schallquelle mittels Peilen genauer erfassbar ist.
Besonders bevorzugt sind mehrere Mikrofone in einer Dreiecksform angeordnet. Das heißt, dass mindestens drei Mikrofone in der Weise angeordnet sind, dass zwischen den drei Mikrofonen eine dreieckige Fläche aufgespannt wird. Um mittels Peilen die Richtung genau zu bestimmen, sind mindestens drei Mikrofone erforderlich, so dass die vorgeschlagene Anordnung der Mindestanzahl an Mikrofonen entspricht. Das Dreieck kann beispielsweise als gleichschenkliges oder gleichseitiges Dreieck ausgebildet sein.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mehrere Mikrofone in der Form einer Pyramide angeordnet sind. Das heißt, dass mindestens ein Mikrofon oberhalb und/oder unterhalb einer Fläche angeordnet ist, die durch mehrere in einer Ebene angeordnete Mikrofone aufgespannt wird. Die Fläche, die durch mehrere in einer Ebene angeordnete Mikrofone aufgespannt wird, kann auch als Grundfläche der Pyramide bezeichnet werden. Das außerhalb der Fläche liegende Mikrofon bildet in diesem Fall die Spitze der Pyramide aus. Zwischen der Grundfläche und der Spitze erstreckt sich die Mantelfläche der Pyramide, die wiederum aus lauter dreieckigen Seitenflächen zusammensetzt ist. Da sich an den Ecken der Seitenflächen jeweils Mikrofone befinden, ermöglicht die pyramidenförmige Anordnung eine genaue Richtungsbestimmung einer Schallquelle im Raum. Die Überwachung der Kraftfahrzeugumgebung kann auf diese Weise optimiert werden.
Bei einer pyramidenförmigen Anordnung der Mikrofone kann die Pyramide eine beliebig gestaltete Grundfläche aufweisen, beispielsweise die eines Dreiecks, eines Vierecks oder eines Polygons. Um die Anzahl der Mikrofone bei guter Raumabdeckung weiterhin minimal zu halten, weist vorzugsweise die Pyramide eine dreieckige Grundfläche auf.
Darüber hinaus kann die Projektion der Spitze der Pyramide innerhalb oder außerhalb der Grundfläche liegen, so dass auch die Anordnung in Form einer „schiefen Pyramide“ möglich ist.
Alternativ hierzu können auch mehrere Mikrofone in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein, so dass zwischen den Mikrofonen ein Polyeder oder eine Kugel aufgespannt wird. Damit steigt zwar die Komplexität der Anordnung, aber auch die Genauigkeit der erfassten Messwerte. Zudem wird eine optimale Raumabdeckung erreicht.
Vorteilhafterweise beträgt der Abstand zwischen zwei Mikrofonen, die als Mikrofonarray zusammenwirken, zwischen 0,5 und 15 cm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 cm. Der Bauraumbedarf ist somit vergleichsweise gering, so dass sich die Mikrofone der Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Kraftfahrzeugumgebung einfach in ein vorhandenes Karosseriebauteil bzw. Anbauteil eines Kraftfahrzeugs integrieren lassen. Ferner wird das optische Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs nicht oder kaum beeinflusst. Zugleich ist ein ausreichender Abstand der Mikrofone für eine hohe Funktionssicherheit der Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Kraftfahrzeugumgebung sichergestellt.
Bevorzugt sind die Mikrofone in ein Anbauteil des Kraftfahrzeugs integriert. Bei dem Anbauteil kann es sich beispielsweise um einen Außenspiegel, eine Antenne, eine Dachreling, einen Spoiler, einen Türgriff oder eine Halterung für ein Anbauteil, wie beispielsweise eine Kamera, handeln. Derartige Anbauteile weisen den Vorteil auf, dass sie eine Anordnung der Mikrofone in einer exponierten Lage ermöglichen, um eine optimale Lokalisierung der Schallquelle im Raum zu ermöglichen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs eine Steuereinheit umfasst oder mit einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Steuereinheit ermöglicht eine Auswertung der mittels der Mikrofone erfassten Messdaten, so dass die ausgewerteten Messdaten weiteren Vorrichtungen oder Systemen, wie beispielsweise einem Assistenzsystem, als Information zur Verfügung gestellt werden können. Das Assistenzsystem ist hierzu bevorzugt ebenfalls mit der Steuereinheit verbunden.
Weiterhin bevorzugt ist die Steuereinheit mit einem mobilen Endgerät, beispielsweise mit einem Smartphone, verbindbar. Durch Integration der Daten, die über das mobile Endgerät zur Verfügung gestellt werden, kann die luftschallakustische Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs weiter optimiert werden. Beispielsweise kann das mobile Endgerät Daten über den Standort des Kraftfahrzeugs liefern, dessen Umfeld es zu überwachen gilt.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs Mittel zur Rauschunterdrückung und/oder Echo-Auslöschung umfassen. Derartige Mittel helfen Störgrößen zu unterdrücken, so dass die luftschallakustische Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs durch derartige Störgrößen nicht beeinträchtigt wird. Die Mittel können insbesondere eine Software umfassen, die in der Steuereinheit hinterlegt ist.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird eine Vorrichtung mit einem Mikrofon eingesetzt, das in ein Karosseriebauteil oder in ein Anbauteil des Kraftfahrzeugs integriert ist. Erfindungsgemäß wird das Mikrofon in Kombination mit mindestens zwei weiteren, vorzugsweise mit mindestens drei weiteren Mikrofonen, die in das Karosseriebauteil oder in das Anbauteil integriert sind und als Mikrofonarray zusammenwirken, zur Bestimmung der Richtung einer Schallquelle verwendet. Die Mikrofone sind hierzu bevorzugt in der Form eines Dreiecks oder einer Pyramide angeordnet, so dass mittels Peilen die Richtung der Schallquelle genau erfassbar ist. Zur Durchführung des Verfahrens wird vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug eingesetzt, das eine entsprechende Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Kraftfahrzeugumgebung aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Vorrichtung in ein Anbauteil, und zwar in einen Außenspiegel des Kraftfahrzeugs integriert ist,
2 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Anbauteils für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs und
3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, die in ein Karosseriebauteil oder in ein Anbauteil eines Kraftfahrzeugs integrierbar ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Der Darstellung der 1 ist ein Anbauteil 5 eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Vorrichtung 2 zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 zu entnehmen. Bei dem Anbauteil 5 handelt es sich um einen Außenspiegel des Kraftfahrzeugs 1.
Die Vorrichtung 2 zur schallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 umfasst vier Mikrofone 3, die allesamt in ein Gehäuse 7 des Anbauteils 5 integriert sind. Drei der vier Mikrofone 3 sind in einer Ebene angeordnet, so dass eine dreieckige Fläche 6 aufgespannt wird, anderen Ecken sich die drei Mikrofone 3 befinden. Das vierte Mikrofon 3 befindet sich oberhalb dieser Fläche 6, so dass dieses die Spitze einer Pyramide ausbildet, deren Grundfläche durch die Fläche 6 gebildet wird. Die pyramidenförmige Anordnung der Mikrofone 3 wird durch die Form des Gehäuses 7 ermöglicht, da dieses auf der Seite, die dem eigentlichen Spiegel abgewandt ist, gewölbt ausgeführt ist. Durch die pyramidenförmige Anordnung der Mikrofone 3 wird eine gute Raumabdeckung erreicht. Soll zur Lokalisierung einer Schallquelle nicht nur die Richtung, sondern auch die Entfernung bestimmt werden, kann am Kraftfahrzeug, beispielsweise am zweiten Außenspiegel des Kraftfahrzeugs, eine weitere Vorrichtung 2 angeordnet werden, so dass über Triangulation auf die Entfernung der Schallquelle geschlossen werden kann.
Alternativ oder ergänzend kann eine Vorrichtung 2 zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 auch in ein Anbauteil 5 integriert werden, das - wie beispielhaft in der 2 dargestellt - nach Art einer Finne ausgebildet ist. Die Anordnung der Finne erfolgt idealerweise auf dem Dach des Kraftfahrzeugs 1, so dass eine besonders exponierte Lage der Mikrofone 3 für eine gute Raumabdeckung sichergestellt ist.
Darüber hinaus können die Mikrofone 3 in nicht dargestellte weitere Anbauteilen 5 und/oder in Karosseriebauteile 4 integriert werden (siehe 3, Bezugszeichen in Klammern). Die Anzahl der Mikrofone 3 einer Vorrichtung 2 zur schallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs 1 ist zudem nicht auf vier beschränkt. Es können auch nur drei Mikrofone 3 eingesetzt werden, wenn beispielsweise der zu überwachende Umgebungsbereich vergleichsweise klein ist. Des Weiteren können mehr als vier Mikrofone 3 eingesetzt werden, um die Redundanz und/oder die Lokalisierungsgenauigkeit zu erhöhen.
Wie beispielhaft in der 3 dargestellt ist, können die Mikrofone 3 der Vorrichtung 2 zur luftschallakustischen Sensierung der Kraftfahrzeugumgebung in einem zusätzlichen Gehäuse 8 aufgenommen sein, das im Wesentlichen hinter dem Gehäuse 7 des Anbauteils 5 angeordnet ist. Die Mikrofone 3 sind somit optimal vor äußeren Einwirkungen geschützt. Zur schwingungstechnischen Entkopplung der Mikrofone 3 kann zwischen den Gehäuse 7 und dem Gehäuse 8 eine elastisch verformbare Trennschicht 9 aus einem Elastomer-Material angeordnet sein. Die Trennschicht 9 bewirkt auf diese Weise neben der schwingungstechnischen Entkopplung zugleich eine Abdichtung. Dies ist insbesondere von Vorteil, da das Gehäuse 7 des Anbauteils 5 Öffnungen 10 aufweist, in die das Gehäuse 8 der Vorrichtung 2 zur luftschallakustischen Sensierung der Kraftfahrzeugumgebung eingreift. Die Trennschicht 9 kann, wie in der 3 dargestellt, daher ebenfalls bis in die Öffnungen 10 geführt sein.
Hinter den Öffnungen 10 liegen die Mikrofone 3, die auf einer Trägerplatte 11 angeordnet sind, die wiederum über beidseits angeordnete Dämpferelemente 12 am Gehäuse 8 abgestützt ist. Die Dämpferelemente 12 bewirken eine schwingungstechnische Entkopplung der Mikrofone 3 gegenüber dem Gehäuse 8 der Vorrichtung 2, so dass der Einfluss äußerer Störquellen, insbesondere in Form von Vibrationen, weiter verringert wird.
Das Gehäuse 8 der Vorrichtung 2 zur luftschallakustischen Sensierung der Kraftfahrzeugumgebung ist vorliegend über eine Rastverbindung mit dem Gehäuse 7 des Anbauteils 5 verbunden. Das Gehäuse 7 weist hierzu ein Rastelement 13 in Form einer Rastnase auf, welche das Gehäuse 8 beim Einsetzen hintergreift. Das Gehäuse 8 kann somit eingeclipst werden. Um die schwingungstechnische Entkopplung beizubehalten, kann, wie in der 3 dargestellt, im Bereich der Rastverbindung die Trennschicht 9 durchgezogen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10234611 A1 [0003]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einer Vorrichtung (2) zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1), wobei die Vorrichtung (2) ein Mikrofon (3) umfasst, das in ein Karosseriebauteil (4) oder in ein Anbauteil (5) des Kraftfahrzeugs (1) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofon (3) mit weiteren Mikrofonen (3), die in dasselbe Karosseriebauteil (4) oder Anbauteil (5) integriert sind, als ein Mikrofonarray zusammenwirkt, mittels dessen die Richtung einer Schallquelle bestimmbar ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrofone (3) in einer Ebene angeordnet sind, so dass zwischen den Mikrofonen (3) eine Fläche (6) aufgespannt wird.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrofone (3), vorzugsweise drei Mikrofone (3), in einer Dreiecksform angeordnet sind, wobei vorzugsweise das Dreieck als gleichschenkliges oder gleichseitiges Dreieck ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrofone (3) in der Form einer Pyramide angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Pyramide eine dreieckige Grundfläche aufweist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mikrofone (3) in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, so dass zwischen den Mikrofonen (3) ein Polyeder oder eine Kugel aufgespannt wird.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei Mikrofonen (3), die als Mikrofonarray zusammenwirken, zwischen 0,5 und 15 cm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 cm beträgt.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofone (3) in ein Anbauteil (5) integriert sind und das Anbauteil (5) ein Außenspiegel, eine Antenne, eine Dachreling, ein Spoiler, ein Türgriff oder eine Halterung für ein Anbauteil, wie beispielsweise eine Kamera, ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) eine Steuereinheit umfasst oder mit einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs (1) verbunden ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit einem mobilen Endgerät, beispielsweise mit einem Smartphone, verbindbar ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung des Kraftfahrzeugs (1) Mittel zur Rauschunterdrückung und/oder Echo-Auslöschung umfasst.
Verfahren zur luftschallakustischen Sensierung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Vorrichtung (2) mit einem Mikrofon (3) eingesetzt wird, das in ein Karosseriebauteil (4) oder in ein Anbauteil (5) des Kraftfahrzeugs (1) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrofon (3) in Kombination mit mindestens zwei weiteren, vorzugsweise mit mindestens drei weiteren Mikrofonen (3), die in das Karosseriebauteil (4) oder das Anbauteil (5) integriert sind, zur Bestimmung der Richtung einer Schallquelle verwendet wird.