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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Fahrbahnbeschaffenheit nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind, wie in der
DE 10 2004 023 323 B4 beschrieben, eine Sensorvorrichtung und ein Verfahren in einem Fahrzeug zur Erkennung des Zustands der Straßenoberfläche bekannt. Die Sensorvorrichtung umfasst einen Strahlungsempfänger zur Messung der von einem Bereich der Straßenoberfläche ausgehenden Strahlung sowie Verarbeitungsmittel zur Weiterverarbeitung gemessener Strahlungswerte zu mindestens einer die Straßenoberfläche kennzeichnenden und zur Ansteuerung eines Fahrtzustandsreglers geeigneten Größe. Es ist ein spektral auflösender Strahlungsempfänger vorgesehen, wobei dem oder jedem Strahlungsempfänger Abbildungs-Vergrößerungsmittel zur Abbildung eines räumlich begrenzten, im Abstand wenigstens einiger Fahrzeuglängen vor dem Fahrzeug lokalisierten Bereiches der Straßenoberfläche auf den Strahlungsempfänger vorgeschaltet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Ermittlung einer Fahrbahnbeschaffenheit anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Fahrbahnbeschaffenheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Fahrbahnbeschaffenheit, insbesondere ein Fahrbahnzustand und/oder eine Fahrbahnart, einer Fahrbahn ermittelt, wobei die ermittelte Fahrbahnbeschaffenheit vorteilhafterweise einen direkten Rückschluss auf einen Reibwert einer Fahrbahnoberfläche der Fahrbahn zulässt. Für dieses Verfahren wird insbesondere ein Sensor verwendet, welcher als ein bildgebendes Spektrometer ausgebildet ist, beispielsweise ein Sensor, welcher beschrieben ist in Zhang et al. Sensors and Actuators A: Physical, Volume 268, 1 Dezember 2017, Pages 9-15. Dieses bildgebende Spektrometer kann sowohl herkömmlich bekannte Bildinformationen aus einfallendem Licht als auch weiterführende Spektralinformationen aus dem einfallenden Licht erfassen, so dass für jeden Pixel eine Bildinformation und eine Spektralinformation vorliegen.
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In dem Verfahren werden somit mittels dieses Sensors Spektralinformationen der Fahrbahnoberfläche vor einem Fahrzeug ermittelt und die Fahrbahnbeschaffenheit wird ermittelt durch einen Vergleich eines ermittelten Spektrums mit charakteristischen Vergleichsspektren, beispielsweise aus durch neuronale Netzwerke erlernten Informationen und/oder aus durch im Fahrzeug abgelegten Tabellen. Dadurch kann insbesondere auf die Fahrbahnart, zum Beispiel Beton, Pflaster oder Teer, und auf den Fahrbahnzustand, zum Beispiel Trocken, Nass oder Eis, geschlossen werden.
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Vorteilhafterweise werden durch eine Bildanalyse der erfassten Bildinformationen Pixel ermittelt, die zur erfassten Fahrbahnoberfläche vor dem Fahrzeug gehören, und es werden gezielt nur diese Pixel bezüglich der Spektralinformationen ausgewertet. Diese Ermittlung der bezüglich der Spektralinformationen auszuwertenden Pixel erfolgt beispielsweise, indem Fahrspurgrenzen, insbesondere Fahrbahnmarkierungen, ermittelt werden. Vorteilhafterweise werden nur die Pixel bezüglich der Spektralinformationen ausgewertet, welche sich in einem relevanten Bereich der erfassten Fahrbahnoberfläche befinden, der nachfolgend von Rädern des Fahrzeugs befahren wird.
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Beispielsweise wird der mittels des Verfahrens ermittelte Reibwert der Fahrbahnoberfläche an einen Fahrzeugführer und/oder an mindestens ein Assistenzsystem des Fahrzeugs weitergegeben.
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Beispielsweise wird der Fahrzeugführer bei einem kritischen Reibwert gewarnt, insbesondere optisch, akustisch und/oder haptisch.
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Beispielsweise wird ein Bremsdruck an den ermittelten Reibwert angepasst. Diese Anpassung kann beispielsweise auch zur Warnung des Fahrzeugführers über einen beispielsweise kritischen, insbesondere geringen, Reibwert dienen und/oder es kann vorgesehen sein, dass der Fahrzeugführer bezüglich der Anpassung des Bremsdrucks an den ermittelten Reibwert gewarnt wird, um sich auf ein anderes Bremsverhalten und insbesondere auf ein anderes Bremsbetätigungsgefühl einzustellen.
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Insbesondere die aus der Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit und somit des Reibwerts resultierenden oben geschilderten Vorgänge können beispielsweise ein Bestandteil eines Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs sein, wobei dieses Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs auch das Verfahren zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit und insbesondere des Reibwerts umfassen kann.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit und insbesondere des Reibwerts und/oder des Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs umfasst insbesondere den oben beschriebenen Sensor und mindestens eine Auswerteeinheit, insbesondere zur Durchführung der Bildanalyse und zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit aus den Spektralinformationen und vorteilhafterweise zur Ermittlung des Reibwerts, wobei für die einzelnen Ermittlungen auch mehrere Auswerteeinheiten vorgesehen sein können.
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Für die Speicherung der Vergleichsspektren und/oder der erlernten Informationen und/oder der Tabellen umfasst die Vorrichtung beispielsweise mindestens eine Speichereinheit.
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Die Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs, kann beispielsweise Übertragungsmittel zur Weitergabe des Reibwerts an den Fahrzeugführer und/oder ein oder mehrere Assistenzsysteme umfassen und/oder die ein oder mehreren Assistenzsysteme selbst umfassen. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein oder mehrere optische, akustische und/oder haptische Warneinrichtungen umfassen. Sie kann beispielsweise Mittel zur Anpassung des Bremsdrucks an den Reibwert umfassen und/oder eine gesamte Bremsvorrichtung des Fahrzeugs umfassen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Sicherheit des Fahrzeugs erhöht, insbesondere während eines autonomen oder teilautomatisierten Fahrbetriebs, da der jeweilige Fahrbetrieb an die jeweilige Fahrbahnbeschaffenheit angepasst werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung erhöht des Weiteren auch die Sicherheit des Fahrzeugs, wenn es in einem manuellen Fahrbetrieb bewegt wird, da dann der Fahrzeugführer über die Fahrbahnbeschaffenheit informiert ist und sein Fahrverhalten entsprechend anpassen kann und/oder der Bremsdruck automatisch an die Fahrbahnbeschaffenheit angepasst wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer Fahrbahn.
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1 zeigt eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs 1 auf einer Fahrbahn 2. Beispielsweise ist das Fahrzeug 1 dazu fähig, einen autonomen oder zumindest teilautomatisierten Fahrbetrieb durchzuführen. Ein großes Problem bei einem solchen autonomen oder teilautomatisierten Fahrbetrieb besteht darin, ein jeweiliges Fahrverhalten des Fahrzeugs 1 automatisch an eine jeweilige Umgebung anzupassen. Ein besonders kritisches Beispiel ist hierbei eine Reibung der Fahrbahn 2, die beispielsweise durch unterschiedliche Materialien und/oder durch mögliche Nässe sehr unterschiedlich sein kann. Beispielsweise ist Niederschlag mittels herkömmlicher optischer Sensoren, zum Beispiel mittels eines Regensensor oder einer Kamera, relativ gut nachweisbar, jedoch ist eine feuchte Fahrbahn 2 nach einem Niederschlag nicht oder nur schwer zu erkennen. Dasselbe gilt für unterschiedliche Fahrbahnbeläge.
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Beispielsweise könnte mit optischen Verfahren versucht werden, anhand einer Bildanalyse zu erkennen, ob eine feuchte Fahrbahn 2 vorliegt. Insbesondere bei bestimmten Fahrbahnmaterialien ist dies jedoch unmöglich oder zumindest nahezu unmöglich, da eine feuchte Fahrbahnoberfläche 3 im Bild keine optischen Unterschiede zu einer trockenen Fahrbahnoberfläche 3 liefert.
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Insbesondere zur Durchführung des autonomen oder teilautomatisierten Fahrbetriebs, jedoch auch zur Durchführung eines manuellen Fahrbetriebs durch einen Fahrzeugführer, ist es vorteilhaft, einen jeweiligen Reibungskoeffizienten, d. h. einen jeweiligen Reibwert, der Fahrbahnoberfläche 3 der Fahrbahn 2, zu kennen und beispielsweise eine Bremsregelung des Fahrzeugs 1 daran anzupassen. Dies wird mittels eines im Folgenden beschriebenen Verfahrens und einer Vorrichtung zu dessen Durchführung ermöglicht.
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Zur Durchführung des Verfahrens, d. h. eines Verfahrens zur Ermittlung einer Fahrbahnbeschaffenheit, insbesondere eines Fahrbahnzustands und/oder einer Fahrbahnart und daraus resultierend insbesondere zur Ermittlung des Reibwerts der Fahrbahnoberfläche 3, und/oder eines Verfahrens zum Betrieb des Fahrzeugs 1, weist das Fahrzeug 1 einen Sensor 4 auf, welcher insbesondere als ein bildgebendes Spektrometer ausgebildet ist. Ein Erfassungsbereich des Sensors 4, insbesondere bezüglich der Fahrbahnoberfläche 3, ist durch gestrichelte Linien schematisch stark vereinfacht angedeutet. Dieser Sensor 4 ermöglicht es insbesondere, ohne komplizierte dispersive Elemente mittels der Nutzung eines variablen magnetischen Feldes eine Spektralanalyse eines Bildes vorzunehmen. Ein solcher Sensor 4 ist beispielsweise beschrieben in Zhang et al. Sensors and Actuators A: Physical, Volume 268, 1 Dezember 2017, Pages 9-15 / https://Sed-ac.cir-mcs.e.corpintra.net/S0924424 717309858/1-s2.0-S0924424717309858-main.pdf?_tid= 095.
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Dieser Sensor 4 kann sowohl herkömmliche Bildinformationen aus einfallendem Licht liefern, wie sie standartmäßig von Bildsensoren in Fahrzeugkameras bereits genutzt werden, als auch weiterführende Spektralinformationen über das einfallende Licht. Dabei können diese Spektralinformationen für jeden Pixel einzeln geliefert werden, so dass Spektralanalysen von unterschiedlichen Bereichen eines jeweils erfassten Bildes erhalten werden können. Insbesondere liegen für jeden Pixel eine Bildinformation und eine Spektralinformation vor.
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Vorteilhafterweise wird zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit und daraus resultierend insbesondere des Reibwertes der Bereich des erfassten Bildes genutzt, der die Fahrbahnoberfläche 3 abbildet. Dieser Bereich kann beispielsweise über klassische Bilderkennungsalgorithmen und/oder neuronale Netzwerke automatisch eingeschränkt werden. D. h. es wird vorteilhafterweise eine Bildanalyse der erfassten Bildinformationen durchgeführt, um diejenigen Pixel zu ermitteln, die zur erfassten Fahrbahnoberfläche 3 vor dem Fahrzeug 1 gehören, so dass gezielt nur diese Pixel zur Ermittlung der Fahrbahnbeschaffenheit und daraus resultierend insbesondere des Reibwertes genutzt werden.
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In dem Verfahren werden dann die mittels des Sensors 4 erfassten Spektralinformationen der Fahrbahnoberfläche 3 vor dem Fahrzeug 1, insbesondere der ermittelten zur erfassten Fahrbahnoberfläche 3 vor dem Fahrzeug 1 gehörenden Pixel, verwendet, um die Fahrbahnbeschaffenheit, insbesondere durch einen Vergleich des ermittelten Spektrums mit charakteristischen Vergleichsspektren, beispielsweise aus durch neuronale Netzwerke erlernten Informationen und/oder aus durch im Fahrzeug 1 abgelegten Tabellen, zu ermitteln. Dadurch kann insbesondere auf die Fahrbahnart, zum Beispiel Beton, Pflaster oder Teer, und auf den Fahrbahnzustand, zum Beispiel Trocken, Nass oder Eis, geschlossen werden.
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Hierzu wird insbesondere ein Algorithmus angewandt, der vorteilhafterweise auf einem Verfahren der künstlichen Intelligenz beruht und der die Spektralinformationen in chemische Informationen umwandelt. Dadurch kann den Pixeln, die die Fahrbahnoberfläche 3 abbilden, eine Art chemische Information und/oder Materialinformation zugeordnet werden. Werden zum Beispiel die typischen Signaturen von Wasser in einem solchen Spektrum evaluiert, dann sind Aussagen über eine Menge von Wasser auf der Fahrbahnoberfläche 3 möglich. Des Weiteren sind bei trockener Fahrbahnoberfläche 3 anhand von charakteristischen Vergleichsspektren Aussagen über ein Material der Fahrbahn 2 möglich. Mittels dieser Informationen kann dann die Fahrbahnbeschaffenheit und/oder der aktuelle Reibungskoeffizient, d. h. der Reibwert, der Fahrbahnoberfläche 3 beispielsweise über interne Tabellen oder vorher angelernte neuronale Netzwerke ermittelt werden, wie oben bereits beschrieben.
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Diese Information über den Reibungskoeffizienten, d. h. den Reibwert, kann dann beispielsweise genutzt werden, um eine autonome Bremsregelung entsprechend auszulegen. Beispielsweise müsste bei niedrigem Reibungskoeffizienten entsprechend früher oder intensiver gebremst werden, um an derselben Stelle zum Stehen zu kommen.
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Des Weiteren ist es auch denkbar, insbesondere bei einem nicht autonom fahrenden Fahrzeug 1, d. h. insbesondere bei einem im manuellen Fahrbetrieb betriebenen Fahrzeug 1, diese Informationen über den Reibungskoeffizienten zu nutzen, um den Fahrzeugführer über mögliche längere Bremswege zu informieren und/oder um das Bremssystem automatisch so anzupassen, dass ein Bremsdruck des Fahrzeugführers elektronisch automatisch dem Reibungskoeffizienten angepasst wird, der Bremsdruck also zum Beispiel automatisch bei Nässe erhöht wird.
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D. h. der ermittelte Fahrbahnzustand und insbesondere der daraus resultierende Reibwert, d. h. Reibungskoeffizient, der Fahrbahnoberfläche 3 kann bei einem autonom betriebenen Fahrzeug 1, bei einem teilautomatisiert betriebenen Fahrzeug 1 und/oder bei einem manuell betriebenen Fahrzeug 1 beispielsweise an den Fahrzeugführer und/oder an mindestens ein Assistenzsystem des Fahrzeugs 1 weitergegeben werden und/oder der Fahrzeugführer kann bei einem kritischen Reibwert, insbesondere wenn dieser einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, gewarnt werden, insbesondere optisch, akustisch und/oder haptisch, und/oder der Bremsdruck kann an den ermittelten Reibwert angepasst werden.
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Durch die beschriebene Lösung wird eine Sicherheit des Fahrzeugs 1 erhöht, insbesondere während eines autonomen oder teilautomatisierten Fahrbetriebs, da der jeweilige Fahrbetrieb an die jeweilige Fahrbahnbeschaffenheit angepasst werden kann. Die beschriebene Lösung erhöht des Weiteren auch die Sicherheit des Fahrzeugs 1, wenn es im manuellen Fahrbetrieb bewegt wird, da dann der Fahrzeugführer über die Fahrbahnbeschaffenheit informiert ist und sein Fahrverhalten entsprechend anpassen kann und/oder der Bremsdruck automatisch an die Fahrbahnbeschaffenheit angepasst wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Fahrbahn
- 3
- Fahrbahnoberfläche
- 4
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004023323 B4 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Zhang et al. Sensors and Actuators A: Physical, Volume 268, 1 Dezember 2017, Pages 9-15 [0006]
- Zhang et al. Sensors and Actuators A: Physical, Volume 268, 1 Dezember 2017, Pages 9-15 / https://Sed-ac.cir-mcs.e.corpintra.net/S0924424 717309858/1-s2.0-S0924424717309858-main.pdf?_tid= 095 [0022]
