DE102018201620B4

DE102018201620B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen

Info

Publication number: DE102018201620B4
Application number: DE102018201620.8A
Authority: DE
Inventors: Ulf Eike Stolle; Jonathan Wache; Thomas Fechner
Original assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2038-02-03
Also published as: DE102018201620A1

Abstract

Vorrichtung (100) zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung (100) umfasst:- eine Sensoreinrichtung (110), welche dazu ausgebildet ist, ein primäres Radarsignal auf die Fahrbahn auszusenden und ein sekundäres Radarsignal zu erfassen, wobei das sekundäre Radarsignal einem von der Fahrbahn reflektierten oder zurückgestreuten Radarsignal entspricht;- eine Speichereinrichtung (120), welche dazu ausgebildet ist, eine Vergleichswertkarte bereitzustellen, in welcher gespeicherte, sekundäre Radarsignale der Fahrbahn im trockenen Zustand ortsabhängig abgespeichert sind;- eine Rechnereinrichtung (130), welche dazu ausgebildet ist, basierend auf dem erfassten sekundären Radarsignal und dem gespeicherten sekundären Radarsignal einen ortsaufgelösten Fahrbahnzustand der Fahrbahn zu ermitteln.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug.
Technischer Hintergrund
Von besonderem Interesse für die Fahrsicherheit ist die Erkennung von nassen und vereisten Fahrbahnoberflächen. Radar-basierte Verfahren und Sensoren sind hierzu geeignet und können als berührungsfreie Sensoren, die Straßenverhältnisse ermitteln. Dazu muss ein ausgesendetes Radarsignal auf die Straßenoberfläche gerichtet werden und die Rückstrahlung ausgewertet werden.
Aus DE 102 56 726 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem Kraftfahrzeug ist eine Signalgenerierung in Abhängigkeit von der Fahrbahnbeschaffenheit vorgesehen ist, wobei ein von der Fahrbahn ausgehendes Reflexionssignal von einem Sensor (aufgenommen wird, der Sensor einer Auswerteeinheit ein Eingangssignal, betreffend den Fahrbahnzustand, zuleitet, welches in der Auswerteeinheit mit einem Referenzsignal verglichen wird, und ein Signalgenerator ein Ausgangssignal generiert, sofern die Abweichung zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzsignal über einer Schwelle liegt.
Ferner beschreiben DE 103 49 515 A1 , DE 199 32 094 A1 , DE 10 2013 221 713 A1 , US 9 377 528 B2 , US 2017 / 0 168 156 A1 und DE 10 2013 205 875 A1 ebenfalls Verfahren oder Vorrichtung zur Bestimmung des Zustandes einer Fahrbahnoberflächen oder zur Bestimmung von Fahrbahnmarkierungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Sensoreinrichtung, eine Speichereinrichtung und eine Rechnereinrichtung.
Die Sensoreinrichtung ist dazu ausgebildet, ein primäres Radarsignal auf die Fahrbahn auszusenden und ein sekundäres Radarsignal zu erfassen, wobei das sekundäre Radarsignal einem rückgestreuten Radarsignal, welches von der Fahrbahn reflektiert wurde, entspricht.
Die Speichereinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Vergleichswertkarte bereitzustellen, in welcher gespeicherte, sekundäre Radarsignale der Fahrbahn im trockenen Zustand ortsabhängig eingetragen sind.
Mit anderen Worten, als trockener Zustand kann dabei ein Zustand mit einer vorbestimmten maximalen Wasserfilmdicke auf der Straßenoberfläche definiert sein. Ferner kann als trockener Zustand ein Zustand mit einer vorbestimmten maximalen Wassermenge pro Flächeneinheit der Fahrbahnoberfläche definiert sein.
Die Rechnereinrichtung ist dazu ausgebildet, basierend auf dem erfassten sekundären Radarsignal und dem gespeicherten sekundären Radarsignal einen ortsaufgelösten Fahrbahnzustand der Fahrbahn zu ermitteln.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, basierend auf einer Sensorkarte - auch Vergleichswertkarte benannt-, in der die Straßenreflektionen im trockenen Zustand ortsabhängig eingetragen sind, den Fahrbahnzustand zu bestimmen. Diese Vergleichswertkarte kann beispielsweise mit einem Radarsensor und einem Positionssensor durch mehrfaches Befahren der Fahrbahn bzw. einer Strecke (um statistische Schwankungen auszugleichen) bestimmt werden, wobei im trockenen Zustand ein Reflexionsgrad der Fahrbahn ortsaufgelöst erfasst und abgespeichert wird.
Die Vergleichswertkarte kann beispielsweise, ähnlich wie eine Navigationskarte, lokal im Fahrzeug in einer Speichereinrichtung oder außerhalb des Fahrzeuges in einer Cloud - beispielsweise in einem über das Internet erreichbaren Rechnernetzwerk bzw. einer zentralen Speichereinrichtung, die aus dem Fahrzeug (z.B. über Mobilfunk) abgefragt werden kann - abgelegt sein.
Im normalen Betrieb werden abhängig von der aktuellen Fahrzeugposition die in der Vergleichswertkarte gespeicherten Reflektionswerte mit den aktuell von der Sensorik erfassten Straßenreflektions-Werten verglichen und der Fahrbahnzustand klassifiziert.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, die Klassifizierung des Fahrbahnzustands mittels Radarsensorik im Fahrzeug-Umfeld. Von besonderem Interesse ist die Erkennung von nassen und/oder vereisten Fahrbahnoberflächen. Von besonders großem Interesse ist beispielsweise die Erkennung von nassen und/oder vereisten Fahrbahnoberflächen im Gegensatz zu trockenen Verhältnissen, d.h. trockenen Fahrbahnoberflächen.
Dazu wird das sekundäre Rücksignal der Radarstrahlung von der Straßenoberfläche ausgewertet. Der Auftreff- bzw. Reflektionspunkt ist aufgrund der Geometrie der Einbauposition der Sensoreinrichtung im Kraftfahrzeug bekannt.
Die Stärke des reflektierten Signals hängt von weiteren Parametern der Oberfläche der Fahrbahn ab, etwa Rauheit oder Material. Das zurückreflektierte Signal einer Fahrbahn-Oberfläche reflektiert stärker im trockenen Zustand als im nassen. Allerdings reflektieren auch raue Fahrbahnoberflächen stärker als glatte. Die Rauheit und der Nässegrad korrelieren beide mit dem Reflexionsvermögen der Fahrbahn und haben entsprechende Änderungen im sekundären Radarsignal zur Folge.
Somit kann der Nässegrad aus dem sekundären Rücksignal der Radarstrahlung nicht näher bestimmt werden, da Informationen zur Rauheit der Fahrbahnoberfläche fehlen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, in einer zusätzlichen Variante einen Rückkanal in die Cloud bereitzustellen.
Die Daten in der Cloud werden in diesem Fall mit dem lokalen Wetterbericht korreliert.
Die Daten in der Cloud enthalten damit beispielsweise:

i) GPS Position & Fahrrichtung
ii) Radarsensortyp
iii) Gemessene Intensität der Reflexion von der Fahrbahn
iv) Fahrbahnzustand

Weiterhin kann der Fahrbahnzustand in der Cloud durch weitere Quellen wie eine Fusion mit Kameradaten aus den Fahrzeugen überprüft und bestätigt werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

Als ein erster Schritt erfolgt ein Aussenden eines primären Radarsignals mittels einer Sensoreinrichtung auf die Fahrbahn und Erfassen eines sekundären Radarsignals, wobei das sekundäre Radarsignal einem von der Fahrbahn reflektierten oder zurückgestreuten Radarsignal entspricht.

Ferner umfasst das Verfahren ein Bereitstellen einer Vergleichswertkarte mittels einer Speichereinrichtung, wobei in der Vergleichswertkarte gespeicherte, sekundäre Radarsignale der Fahrbahn im trockenen Zustand ortsabhängig abgespeichert sind.
Ferner umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines ortsaufgelösten Fahrbahnzustands der Fahrbahn basierend auf dem erfassten sekundären Radarsignal und dem gespeicherten sekundären Radarsignal mittels einer Rechnereinrichtung.
Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist die Möglichkeit zur Fahrbahnzustandserkennung, mit vorhandener Radarsensorik, die keine Messfähigkeit der Polarisation bietet. Der Radarsensor kann wie aktuell eingesetzt nach vorne ausgerichtet verbaut werden. Es ist keine zusätzliche spezielle, für die Anwendung eigens vorgesehene Sensorik notwendig.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Schnittstelleneinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine Vielzahl von Vergleichswertkarten in einem Rechnernetzwerk abzuspeichern und/oder aufzurufen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Positionssensoreinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine Position des Kraftfahrzeugs zu erfassen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist,

- eine Position; und/oder
- eine Fahrrichtung; und/oder
- einen Radarsensortyp der Sensoreinrichtung (110); und/oder
- einen Fahrbahnzustand; und/oder
- eine erfasste Intensität der Reflektion der Fahrbahn;

In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Kameraeinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, einen bestimmten Fahrbahnzustand per optischer Bilderkennung zu überprüfen.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der vorliegenden Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsformen beschriebenen Merkmale der vorliegenden Erfindung.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermitteln. Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Konzepten der vorliegenden Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Figuren der Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Figuren der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2: eine schematische Darstellung eines Radarbildes der Straße im trockenen Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3: eine schematische Darstellung eines Radarbildes der Straße im nassen Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
6: eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Bei dem Kraftfahrzeug bzw. Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, beispielsweise ein Hybridfahrzeug mit Segelfunktion, beispielsweise ein Motorrad, ein Bus oder ein Lastkraftwagen oder aber auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff, ein Luftfahrzeug wie Helikopter oder Flugzeug oder beispielsweise ein Fahrrad.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Radarbildes der Straße im trockenen Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Radarbild wird beispielsweise mit einem Fern- oder Nahbereich Radarsensor mit 77 GHz aufgenommen.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Radarbildes der Straße im nassen Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Radarbild wird beispielsweise mit einem Fern- oder Nahbereich Radarsensor mit 77 GHz aufgenommen.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung 100 zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Sensoreinrichtung 110, eine Speichereinrichtung 120, und eine Rechnereinrichtung 130.
Die Sensoreinrichtung 110 ist dazu ausgebildet, ein primäres Radarsignal auf die Fahrbahn auszusenden und ein sekundäres Radarsignal zu erfassen, wobei das sekundäre Radarsignal einem rückgestreuten Radarsignal, welches von der Fahrbahn reflektiert wurde, entspricht.
Die Speichereinrichtung 120 ist dazu ausgebildet, eine Vergleichswertkarte bereitzustellen, in welcher gespeicherte, sekundäre Radarsignale der Fahrbahn im trockenen Zustand ortsabhängig eingetragen sind.
Mit anderen Worten, als trockener Zustand kann dabei ein Zustand mit einer vorbestimmten maximalen Wasserfilmdicke auf der Straßenoberfläche definiert sein. Ferner kann als trockener Zustand ein Zustand mit einer vorbestimmten maximalen Wassermenge pro Flächeneinheit der Fahrbahnoberfläche definiert sein.
Die Rechnereinrichtung 130 ist dazu ausgebildet, basierend auf dem erfassten sekundären Radarsignal und dem gespeicherten sekundären Radarsignal einen ortsaufgelösten Fahrbahnzustand der Fahrbahn zu ermitteln.
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 6 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Als ein erster Verfahrensschritt erfolgt ein Aussenden S1 eines primären Radarsignals mittels einer Sensoreinrichtung 110 auf die Fahrbahn und ein Erfassen eines sekundären Radarsignals, wobei das sekundäre Radarsignal einem von der Fahrbahn reflektierten oder zurückgestreuten Radarsignal entspricht.
Als ein zweiter Verfahrensschritt erfolgt ein Bereitstellen S2 einer Vergleichswertkarte mittels einer Speichereinrichtung 120, wobei in der Vergleichswertkarte gespeicherte, sekundäre Radarsignale der Fahrbahn im trockenen Zustand ortsabhängig abgespeichert sind.
Als ein dritter Verfahrensschritt erfolgt ein Ermitteln S3 eines ortsaufgelösten Fahrbahnzustands der Fahrbahn basierend auf dem erfassten sekundären Radarsignal und dem gespeicherten sekundären Radarsignal mittels einer Rechnereinrichtung 130.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die vorliegende Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Vorrichtung (100) zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung (100) umfasst: - eine Sensoreinrichtung (110), welche dazu ausgebildet ist, ein primäres Radarsignal auf die Fahrbahn auszusenden und ein sekundäres Radarsignal zu erfassen, wobei das sekundäre Radarsignal einem von der Fahrbahn reflektierten oder zurückgestreuten Radarsignal entspricht; - eine Speichereinrichtung (120), welche dazu ausgebildet ist, eine Vergleichswertkarte bereitzustellen, in welcher gespeicherte, sekundäre Radarsignale der Fahrbahn im trockenen Zustand ortsabhängig abgespeichert sind; - eine Rechnereinrichtung (130), welche dazu ausgebildet ist, basierend auf dem erfassten sekundären Radarsignal und dem gespeicherten sekundären Radarsignal einen ortsaufgelösten Fahrbahnzustand der Fahrbahn zu ermitteln.
Vorrichtung (100) nach Patentanspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) ferner eine Schnittstelleneinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine Vielzahl von Vergleichswertkarten in einem Rechnernetzwerk abzuspeichern und/oder aufzurufen.
Vorrichtung (100) nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung ferner eine Positionssensoreinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, eine Position des Kraftfahrzeugs zu erfassen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Patentansprüche, wobei die Vorrichtung (100) dazu ausgebildet ist, - eine Position; und/oder - eine Fahrrichtung; und/oder - einen Radarsensortyp der Sensoreinrichtung (110); und/oder - einen Fahrbahnzustand; und/oder - eine erfasste Intensität der Reflektion der Fahrbahn; zu erfassen und abzuspeichern.
Vorrichtung (100) nach einem der vorherigen Patentansprüche, die Vorrichtung (100) ferner eine Kameraeinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, einen bestimmten Fahrbahnzustand per optischer Bilderkennung zu überprüfen.
Verfahren zum Radar-basierten Klassifizieren von Fahrbahnzuständen für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: - Aussenden (S1) eines primären Radarsignals mittels einer Sensoreinrichtung (110) auf die Fahrbahn und Erfassen eines sekundären Radarsignals, wobei das sekundäre Radarsignal einem von der Fahrbahn reflektierten oder zurückgestreuten Radarsignal entspricht; - Bereitstellen (S2) einer Vergleichswertkarte mittels einer Speichereinrichtung (120), wobei in der Vergleichswertkarte gespeicherte, sekundäre Radarsignale der Fahrbahn im trockenen Zustand ortsabhängig abgespeichert sind; - Ermitteln (S3) eines ortsaufgelösten Fahrbahnzustands der Fahrbahn basierend auf dem erfassten sekundären Radarsignal und dem gespeicherten sekundären Radarsignal mittels einer Rechnereinrichtung (130).
Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei das Verfahren ferner die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Abspeichern und/oder Aufrufen von einer Vielzahl von Vergleichswertkarten in einem Rechnernetzwerk mittels einer Schnittstelleneinrichtung.
Verfahren nach Patentanspruch 6 oder 7, wobei das Verfahren ferner die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Erfassen einer Position des Kraftfahrzeugs mittels einer Positionssensoreinrichtung.
Verfahren nach einem der vorherigen Patentansprüche 6 bis 8, wobei das Verfahren ferner die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Erfassen und Abspeichern - einer Position; und/oder - einer Fahrrichtung; und/oder - eines Radarsensortyps der Sensoreinrichtung (110); und/oder - eines Fahrbahnzustands; und/oder - einer erfassten Intensität der Reflektion der Fahrbahn.