DE102018207758A1

DE102018207758A1 - Acoustic detection of a vehicle environment

Info

Publication number: DE102018207758A1
Application number: DE102018207758.4A
Authority: DE
Inventors: Goetz Kuehnle; Timo Winterling; Christoph Bayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-11-21
Also published as: WO2019219718A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein akustisches Erfassen eines Fahrzeugumfelds. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Erfassungseinrichtung (130 für ein akustisches Signal in einem Fahrzeugumfeld, mit einer Mehrzahl von Mikrofonen (131), die an einer Außenseite eines Fahrzeugs (1) von diesem weg gerichtet angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind die Mikrofone (131) oberhalb einer Fahrzeugkabine (2), gemeinsam eine Fläche (132) aufspannend, angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrassistenzsystem (100) mit einer solchen Erfassungseinrichtung (130) sowie ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs (1). Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Erfassung des Fahrzeugumfelds durch eine mögliche Kombination von Erfassungsdaten verschiedener Sensoren (120, 131).The invention relates to an acoustic detection of a vehicle environment. More particularly, the invention relates to an acoustic signal detecting device (130) in a vehicle environment having a plurality of microphones (131) disposed on an outer side of a vehicle (1) away therefrom According to the invention, the microphones (131) are above one The invention relates to a driver assistance system (100) having such a detection device (130) and a method for operating the vehicle (1) .The invention enables improved detection of the vehicle surroundings by a possible combination of acquisition data from different sensors (120, 131).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Erfassen eines akustischen Signales in einem Fahrzeugumfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Erfassungsvorrichtung für ein akustisches Signal in einem Fahrzeugumfeld, ein damit ausgestattetes Fahrassistenzsystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs.The present invention generally relates to detecting an acoustic signal in a vehicle environment. In particular, the invention relates to a detection device for an acoustic signal in a vehicle environment, a driver assistance system equipped therewith and a method for operating a vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Während des Betriebs eines Fahrzeugs können durch einen Fahrzeugführer unterschiedliche Umgebungsgeräusche aus dem Fahrzeugumfeld wahrgenommen werden. Für die Fahrsicherheit sind dabei insbesondere Warnsignale bzw. Schallzeichen von Bedeutung, wie z.B. Sondersignale von Einsatzfahrzeugen, Hupsignale usw. Der Fahrzeugführer kann diese ohne Weiteres über sein Gehör wahrnehmen und häufig auch nach Wichtigkeit klassifizieren sowie die Geräusch- oder Schallquelle ungefähr lokalisieren. Infolgedessen kann der Fahrzeugführer beispielsweise eine Fahrspur für das identifizierte Einsatzfahrzeug freigeben oder andere geeignete Fahrmanöver durchführen. Fahrassistenzsysteme bzw. Systeme, die ein autonomes Fahren ermöglichen, sind dagegen nicht ohne Weiteres in der Lage, Umgebungsgeräusche überhaupt wahrzunehmen oder daraus geeignete Fahrmanöver abzuleiten.During operation of a vehicle, a vehicle driver may perceive different environmental sounds from the vehicle environment. In particular, warning signals or acoustic signals are important for driving safety, such as, for example, Special signals from emergency vehicles, sound signals, etc. The driver can easily hear these by his hearing and often classified by importance and locate the noise or sound source approximately. As a result, the driver may, for example, release a lane for the identified emergency vehicle or perform other suitable driving maneuvers. Driver assistance systems or systems that enable autonomous driving, however, are not readily able to perceive ambient noise at all or derive suitable driving maneuvers from it.

In der DE 10 2014 223 881 A1 ist ein Warnsystem für ein Fahrzeug beschrieben, das mehrere Mikrofone zum Erfassen von Warnsignalen eines Verkehrsteilnehmers aufweist. Das Warnsystem gibt bei der Erkennung eines Warnsignals eine akustische und/oder optische Warnmeldung für den Fahrzeugführer aus. Obwohl damit Warnsignale aus dem Fahrzeugumfeld wahrgenommen werden können, besteht der Wunsch nach einer verbesserten akustischen Erfassung des Fahrzeugumfelds.In the DE 10 2014 223 881 A1 a warning system for a vehicle is described, which has a plurality of microphones for detecting warning signals of a road user. When the warning signal is detected, the warning system issues an acoustic and / or visual warning message to the driver. Although warning signals from the vehicle environment can thus be perceived, there is a desire for improved acoustic detection of the vehicle environment.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Möglichkeit zum akustischen Erfassen eines Fahrzeugumfelds zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide an improved possibility for the acoustic detection of a vehicle environment.

Diese Aufgabe wird durch eine Erfassungsvorrichtung für ein akustisches Signal, ein damit ausgestattetes Fahrassistenzsystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeug gemäß den unabhängigen sowie nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den begleitenden Figuren.This object is achieved by a detection device for an acoustic signal, a driving assistance system equipped therewith and a method for operating a vehicle according to the independent and independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Eine erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung für ein akustisches Signal einer Geräusch- oder Schallquelle in einem Fahrzeugumfeld weist eine Mehrzahl von Mikrofonen auf, die an einer Außenseite eines Fahrzeugs vorzugsweise so angeordnet sind, dass diese von dem Fahrzeug weg gerichtet sind. Erfindungsgemäß sind die mehreren Mikrofone oberhalb einer Fahrzeugkabine derart angeordnet, dass sie gemeinsam eine Fläche aufspannen. Vorzugsweise sind mindestens drei Mikrofone vorgesehen, die möglichst nicht auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Die durch die mehreren Mikrofone aufgespannte Fläche kann eben oder gewölbt sein, wobei darunter verstanden werden kann, dass die Mikrofone oberhalb der Fahrzeugkabine auch in voneinander abweichenden Höhen angeordnet sein können. Unter einer Anordnung der Mikrofone oberhalb einer Fahrzeugkabine kann in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Mikrofone oberhalb eines Passagierbereichs des Fahrzeugs, also außerhalb und insbesondere oberhalb eines Fahrzeuginnenraums mitsamt Kofferraum angeordnet sind. Die Richtungsangabe oberhalb bezieht sich hierbei auf eine Fahrzeug-Hochachse, die auch als Vertikal- oder Gierachse des Fahrzeugs bezeichnet wird. Die einzelnen Mikrofone können sich auch hinsichtlich des erfassbaren Frequenzbereichs voneinander unterscheiden.A detection device for an acoustic signal of a noise or sound source in a vehicle environment according to the invention has a plurality of microphones, which are preferably arranged on an outer side of a vehicle so that they are directed away from the vehicle. According to the invention, the plurality of microphones above a vehicle cabin are arranged in such a way that together they span a surface. Preferably, at least three microphones are provided, which are preferably not arranged on a common straight line. The area spanned by the plurality of microphones surface may be flat or curved, which may be understood that the microphones above the vehicle cab can also be arranged in different heights. In this context, an arrangement of the microphones above a vehicle cabin can be understood to mean that the microphones are arranged above a passenger area of the vehicle, that is to say outside and in particular above a vehicle interior together with the trunk. The direction above refers here to a vehicle vertical axis, which is also referred to as the vertical or yaw axis of the vehicle. The individual microphones may also differ from each other in terms of the detectable frequency range.

Diese Konfiguration der Erfassungsvorrichtung ermöglicht gleich mehrere Vorteile. So sind die Mikrofone in einer exponierten Lage angeordnet, so dass auch für weiter entfernte Geräusch- oder Schallquellen der Schallausbreitungsweg nicht gestört ist. Daraus folgt ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis. Auch stellt das Fahrzeug selbst keinen Schallschatten für die Mikrofone dar, da diese in einer vergleichsweise großen Höhe an dem Fahrzeug angeordnet sind. Auch eventuell ungewollte Störgeräusche, wie etwa die aus dem Auspuff eines vorausfahrenden Autos austretenden Geräusche oder die Abrollgeräusche eines vorausfahrenden Autos, beeinträchtigen die Erfassung durch die Mikrofone aufgrund deren hoher Anordnung nicht. Durch die eine Fläche aufspannende Anordnung der mehreren Mikrofone kann zudem eine Richtungs- und/oder Abstandserkennung durchgeführt werden. Die Richtungs- und Abstandserkennung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass bei vergleichsweise geringen Abständen der Mikrofone zueinander, ein jeweiliger Phasenunterschied bestimmt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu, können bei vergleichsweise großen Abständen der Mikrofone zueinander ein jeweiliger Laufzeitunterschied bestimmt werden. Ebenfalls zusätzlich oder alternativ dazu, kann ein jeweiliger Unterschied eines Schalldrucks an den Mikrofonen, das heißt eine (komplexe) Schallamplitude, bestimmt werden. Somit kann nicht nur das Vorhandensein eines akustischen Signals, sondern auch dessen Ursprungsrichtung bestimmt werden.This configuration of the detection device allows several advantages. Thus, the microphones are arranged in an exposed position so that the sound propagation path is not disturbed even for more distant noise or sound sources. This results in a particularly good signal-to-noise ratio. Also, the vehicle itself is not an acoustic shadow for the microphones, since they are arranged at a comparatively high altitude on the vehicle. Even unwanted noise, such as the exiting from the exhaust of a car ahead sounds or the rolling noise of a car in front, affect the detection by the microphones due to their high arrangement. In addition, a directional and / or distance detection can be performed by arranging the several microphones spanning an area. The direction and distance detection can be effected in particular by determining a respective phase difference at comparatively small distances between the microphones. Additionally or alternatively, a respective delay difference can be determined at relatively large distances of the microphones to each other. Also additionally or alternatively, a respective difference of a sound pressure at the microphones, that is a (complex) sound amplitude, can be determined. Thus, not only the presence of an acoustic signal but also its origin direction can be determined.

Mit der Erfassungsvorrichtung können neben der Warnsignal- oder Schallzeichenwahrnehmung auch Fahrzeugfahr- bzw. Beschleunigungsgeräusche, Bahnkreuzungen, Fahrradklingeln, Hupsignale, Bremsgeräusche, Unfallgeräusche, Hilferufe oder ähnliches erfasst und erkannt werden. Insbesondere können akustische Signale erfasst werden, die im Frequenzbereich von etwa 20 bis 20.000 Hz liegen und somit dem durchschnittlichen menschlichen Hörvermögen entsprechen. Selbstverständlich lässt sich der Frequenzbereich auch über das menschliche Hörvermögen hinaus erweitern. In addition to the warning signal or acoustic signal perception, the detection device can also detect and recognize vehicle driving or acceleration noises, railway crossings, bicycle bells, hopping signals, brake noises, accident noises, calls for help or the like. In particular, acoustic signals can be detected, which are in the frequency range of about 20 to 20,000 Hz and thus correspond to the average human hearing. Of course, the frequency range can also extend beyond human hearing.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Mikrofone an oder auf einem Fahrzeugdach angeordnet sind. Die Mikrofone können auch Teil eines Dachaufbaus sein, z.B. auch in ein aerodynamisch optimiertes Gehäuse eingehaust sein. Das Fahrzeugdach ist zum einen der höchste Punkt des Fahrzeugs stellt deshalb eine besonders exponierte Lage für die Mikrofone dar. Zum anderen bietet das Fahrzeugdach eine vergleichsweise große Fläche, so dass die Abstände zwischen den einzelnen Mikrofonen ebenfalls groß gewählt werden können. Dadurch kann das gesamte Frequenzspektrum lokal abgebildet werden, ohne dass eine Beschränkung auf Obertöne bestimmter akustischer Signale erfolgen muss.An advantageous development of the invention provides that the microphones are arranged on or on a vehicle roof. The microphones may also be part of a roof structure, e.g. be housed in an aerodynamically optimized housing. The vehicle roof is on the one hand the highest point of the vehicle is therefore a particularly exposed position for the microphones. On the other hand, the vehicle roof has a comparatively large area, so that the distances between the individual microphones can also be made large. As a result, the entire frequency spectrum can be reproduced locally without having to limit it to overtones of specific acoustic signals.

Für eine möglichst gute Richtungserkennung und/oder eine möglichst genaue Lokalisation der Geräusch- oder Schallquelle kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens drei Mikrofone im Wesentlichen komplanar, also im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, angeordnet sind. Die Verwendung von mindestens drei Mikrofonen in einer gemeinsamen Ebene ermöglicht eine genaue Lokalisation der Geräusch- oder Schallquelle. Die Ebene kann hierbei durch das Fahrzeugdach gebildet sein, wobei die Mikrofone auch bei einer leichten Wölbung des Fahrzeugdachs im Wesentlich in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.For the best possible directional recognition and / or the best possible localization of the noise or sound source, it may be advantageous if at least three microphones are arranged substantially coplanar, ie substantially in a common plane. The use of at least three microphones in a common plane allows a precise localization of the noise or sound source. The plane may in this case be formed by the vehicle roof, wherein the microphones are arranged even in a slight curvature of the vehicle roof substantially in a common plane.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sieht vor, dass die Mikrofone ein zum Beamforming eingerichtetes Mikrofon-Array bilden. Unter Beamforming ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung einer Geräusch- oder Schallquelle zu verstehen, das auf einer der Laufzeit von der Geräusch- oder Schallquelle zum jeweiligen Mikrofon entsprechenden Zeitverschiebung der von diesem Mikrofon erfassten Signale beruht. Beim Beamforming können auch Störquellen ausgeblendet werden, so dass eine besonders genaue Erfassung des akustischen Signals möglich ist.Another advantageous development of the invention provides that the microphones form a microphone array designed for beamforming. Beamforming is understood to be a method for determining the position of a noise or sound source which is based on a time shift of the signals detected by this microphone which corresponds to the transit time from the noise or sound source to the respective microphone. When beamforming sources of interference can be hidden, so that a particularly accurate detection of the acoustic signal is possible.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Mikrofone einzeln oder gruppiert triangulär angeordnet sind. In anderen Worten kann die Anordnung der Mikrofone auf dem Fahrzeugdach direkt oder als Projektion ein Dreieck beschreiben. Unter einer gruppierten triangulären Anordnung kann verstanden werden, dass zwar einige der Mikrofone kollinear, also auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind, aber andere nicht. Dadurch ist ausgeschlossen, dass sämtliche Mikrofone aus der Mehrzahl von Mikrofonen kollinear angeordnet sind, so dass eine gute Richtungs- und/oder Positionsbestimmung möglich ist. Bei Messungen bzw. Simulationen mit verschiedenen Frequenzen des akustischen Signals hat sich bei dieser Anordnung der Mikrofone eine gute Winkelgenauigkeit gezeigt, die ein Maß für die Richtungs- und/oder Positionsbestimmung der Geräusch- oder Schallquelle darstellt. Auch die Signaleindeutigkeit hat sich bei dieser Anordnung als gut erwiesen.It has proved to be advantageous if the microphones are arranged individually or grouped triangular. In other words, the arrangement of the microphones on the vehicle roof can describe a triangle directly or as a projection. By a grouped triangular arrangement, it can be understood that while some of the microphones are collinear, that is, they are arranged on a common line, but others are not. This excludes that all microphones from the plurality of microphones are arranged collinear, so that a good direction and / or position determination is possible. In measurements or simulations with different frequencies of the acoustic signal, a good angular accuracy has been shown in this arrangement of the microphones, which is a measure of the direction and / or position determination of the noise or sound source. Also, the signal uniqueness has been found in this arrangement to be good.

Alternativ dazu können die Mikrofone auch einzeln oder gruppiert kreuzförmig angeordnet sein. Auch so lässt sich bewerkstelligen, dass diese nicht kollinear angeordnet sind und somit eine gute Richtungs- und/oder Positionsbestimmung möglich ist. Bei Messungen bzw. Simulationen mit verschiedenen Frequenzen wurde auch hier eine ausreichend genaue Winkelgenauigkeit und Signaleindeutigkeit ermittelt.Alternatively, the microphones may also be arranged individually or grouped in a cross shape. Even so can be accomplished that they are not collinear and thus a good direction and / or position determination is possible. For measurements or simulations with different frequencies, a sufficiently accurate angular accuracy and signal uniqueness were also determined here.

Als ebenfalls vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Mikrofone kreisförmig auf einem gemeinsamen Kreisring angeordnet sind. Diese alternative Anordnung hat sich hinsichtlich der Winkelgenauigkeit und der Signaleindeutigkeit als besonders vorteilhaft erwiesen.As also advantageous, it has been found that the microphones are arranged in a circle on a common circular ring. This alternative arrangement has proved to be particularly advantageous in terms of angular accuracy and signal uniqueness.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Mikrofone auf dem Kreisring mit jeweils identischem Abstand zueinander angeordnet sind. Dies bewirkt, dass die Winkelabhängigkeit für das gesamte Winkelspektrum konstant ist und lediglich von der Frequenz der Geräusch- oder Schallquelle abhängt.It has proved to be particularly advantageous if the microphones are arranged on the circular ring with an identical distance from each other. This causes the angle dependence for the entire angle spectrum is constant and depends only on the frequency of the noise or sound source.

Die vorstehend beschriebenen Anordnungen, also triangulär, kreuz- und kreisförmig, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei eine Auswahl der jeweiligen Variante z.B. durch die Fahrzeugform, die Fahrzeugdachgröße oder ähnliche Faktoren beeinflusst werden kann.The arrangements described above, ie triangular, cross and circular, have proved to be particularly advantageous, with a selection of the respective variant being e.g. can be influenced by the vehicle shape, the vehicle roof size or similar factors.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, das eine elektronische Steuereinrichtung, vorzugsweise mit wenigstens einem Prozessor, und wenigstens einen optischen Sensor, wie etwa eine Kamera und/oder eine LIDAR-Sensorik, zum Erfassen eines Fahrzeugumfelds aufweist. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, zum Steuern einer Fahrfunktion des Fahrzeugs, also z.B. für ein aktorisch betätigtes Lenken, Bremsen usw., Erfassungsdaten des optischen Sensors mit Erfassungsdaten der vorstehend beschriebenen Erfassungsvorrichtung zu kombinieren.The invention also relates to a driver assistance system for a vehicle which has an electronic control device, preferably with at least one processor, and at least one optical sensor, such as a camera and / or a LIDAR sensor system, for detecting a vehicle environment. According to the invention, the control device is set up to control a driving function of the vehicle, that is to say for actuation by an actuated steering, brakes etc., detection data of the optical sensor with detection data of the vehicle to combine the above-described detection device.

Das Fahrassistenzsystem kann auch dazu eingerichtet sein, das Fahrzeug vollautonom zu steuern. Vorteilhaft daran ist, dass die Geräusch- oder Schallquelle nicht nur erfasst, sondern auch deren Position ermittelt werden kann, wobei durch eine Sensorfusion mit dem optischen Sensor und ggf. weiterer Sensorik des Fahrzeugs eine hohe Genauigkeit erreicht werden kann. Das damit ausgestattete Fahrzeug lässt sich deshalb besonders sicher durch den Straßenverkehr bewegen.The driver assistance system may also be configured to control the vehicle fully autonomously. The advantage of this is that the noise or sound source not only detected, but also their position can be determined, with a high accuracy can be achieved by a sensor fusion with the optical sensor and possibly other sensors of the vehicle. The vehicle equipped with it can therefore be moved particularly safely through the traffic.

Das Fahrassistenzsystem bzw. die Steuereinrichtung können dazu eingerichtet sein, das Fahrzeug durch die Ansteuerung von Aktoren zu manövrieren, also z.B. zu beschleunigen, abzubremsen, zu lenken usw. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung das Fahrzeug so ansteuern, dass bei der Erfassung und/oder Erkennung eines Warnsignals, wie etwa einem Martinshorn eines Einsatzfahrzeuges, das Fahrzeug selbstständig an den Fahrbahnrand oder eine andere Fahrspur manövriert wird.The driver assistance system or the control device can be set up to maneuver the vehicle by the actuation of actuators, that is, e.g. accelerate, decelerate, steer, etc. For example, the controller may control the vehicle so that upon detection and / or detection of a warning signal, such as a siren of an emergency vehicle, the vehicle is autonomously maneuvered to the lane or other lane.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug vorzugsweise eine vorstehend beschriebene Erfassungsvorrichtung und/oder ein vorstehend beschriebenes Fahrassistenzsystem aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:The invention also relates to a method for operating a vehicle, wherein the vehicle preferably has a detection device described above and / or a driver assistance system described above. The method comprises the following steps:

Während des Betriebs des Fahrzeugs wird ein Fahrzeugumfeld durch wenigstens einen optischen Sensor erfasst, wobei dieser als Kamera, als LIDAR-Sensorik oder ähnliches ausgebildet sein kann. Die Erfassungsdaten des Sensors können einer Steuereinrichtung zugeführt werden, die diese vorzugsweise zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen über entsprechende Aktoren verarbeitet.During operation of the vehicle, a vehicle environment is detected by at least one optical sensor, which may be designed as a camera, as a LIDAR sensor or the like. The detection data of the sensor can be supplied to a control device, which preferably processes these for controlling vehicle functions via corresponding actuators.

Erfindungsgemäß erfolgt zusätzlich ein Erfassen eines akustischen Signals des Fahrzeugumfelds durch eine Mehrzahl von Mikrofonen, die oberhalb einer Fahrzeugkabine unter Aufspannen einer Ebene angeordnet sind. Wie vorstehend beschrieben, bietet diese Anordnung von Mikrofonen einen signifikanten Vorteil bei der Erfassungsgenauigkeit von akustischen Signalen.In addition, according to the invention, an acoustic signal of the vehicle environment is detected by a plurality of microphones, which are arranged above a vehicle cabin while mounting a plane. As described above, this arrangement of microphones provides a significant advantage in the detection accuracy of acoustic signals.

Dann erfolgt ein Kombinieren von Erfassungsdaten des optischen Sensors mit Erfassungsdaten der Mikrofone, um so mittels einer Sensorfusion eine hohe Erfassungsgenauigkeit des Fahrzeugumfelds zu erreichen. Dieses Kombinieren der Erfassungsdaten kann vorzugsweise durch eine elektronische Steuereinrichtung erfolgen, die z.B. softwarebasiert die Position einer Geräusch- oder Schallquelle bestimmt.Then, detection data of the optical sensor are combined with detection data of the microphones so as to achieve a high detection accuracy of the vehicle surroundings by means of a sensor fusion. This combining of the detection data may preferably be done by an electronic control device, e.g. software-based determines the position of a noise or sound source.

Anhand der kombinierten Erfassungsdaten erfolgt dann ein Steuern einer Fahrfunktion des Fahrzeugs, wobei die Steuereinrichtung entsprechende Aktoren des Fahrzeugs ansteuert, die das Fahrzeug daraufhin zu einem Fahrmanöver veran lassen.Based on the combined detection data is then carried out controlling a driving function of the vehicle, wherein the control device controls corresponding actuators of the vehicle, which then cause the vehicle veran to a driving maneuver.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kombinieren der Erfassungsdaten eine Plausibilisierung der Erfassungsdaten des optischen Sensors durch die Erfassungsdaten der Mikrofone umfasst. So kann, wenn optisch z.B. ein Einsatzfahrzeug mit Warnleuchte erfasst wird, über die akustische Erfassung seines Warnsignals plausibilisiert werden, dass es sich tatsächlich um ein Einsatzfahrzeug handelt und nicht etwa um ein Zivilfahrzeug, dem keine besondere Vorfahrt eingeräumt werden muss. Bei Klassifikation der Geräusch- oder Schallquelle als z.B. Einsatzfahrzeug kann die Steuereinrichtung das Fahrzeug so steuern, dass dem Einsatzfahrzeug Vorfahrt gewährt wird.A development of the invention provides that the combining of the detection data comprises a plausibility check of the detection data of the optical sensor by the detection data of the microphones. Thus, if optically e.g. an emergency vehicle is detected with a warning light, be made plausible on the acoustic detection of his warning signal that it is actually a emergency vehicle and not about a civilian vehicle, which does not have to be given a special right of way. In classifying the noise or sound source as e.g. Emergency vehicle, the controller can control the vehicle so that the emergency vehicle is granted priority.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nach dem Erfassen des akustischen Signals eine Richtungserkennung, insbesondere auch eine Lokalisierung, einer Geräusch- oder Schallquelle durchgeführt wird. Dies kann über eine Verarbeitung der Erfassungsdaten der Mikrofone, beispielsweise auch durch Beamforming oder Time Difference of Arrival (TDOA) unter Berücksichtigung der Dopplerverschiebung, in der Steuereinrichtung erfolgen. Damit können insbesondere die Richtung, der Abstand und die (Eigen-)Geschwindigkeit der Geräusch- oder Schallquelle relativ zu dem Fahrzeug bestimmt werden, wobei dies insbesondere auf Basis eines zeitlichen Trackings der Geräusch- oder Schallquelle erfolgen kann. Daraufhin können z.B. die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs verändert oder angepasst oder ein Ausweichmanöver eingeleitet werden.Another development of the invention provides that after the detection of the acoustic signal, a direction detection, in particular a localization, a noise or sound source is performed. This can be done by processing the detection data of the microphones, for example, by beamforming or Time Difference of Arrival (TDOA), taking into account the Doppler shift, in the control device. Thus, in particular the direction, the distance and the (self-) speed of the noise or sound source relative to the vehicle can be determined, which can be done in particular on the basis of a temporal tracking of the noise or sound source. Thereupon, e.g. the driving speed of the vehicle changed or adapted or an evasive maneuver can be initiated.

Eine Richtungserkennung des Signals und/oder der Geräusch- oder Schallquelle kann gemäß einer Weiterbildung zusätzlich oder alternativ dazu auch erfolgen, indem die gemessenen Schalldrücke zwischen den Mikrofonen zur Richtungserkennung des Signals und/oder der Geräusch- oder Schallquelle ausgewertet werden. Bei Verwendung von mindestens drei Mikrofonen, die nicht kollinear angeordnet sind, lässt sich eine besonders genaue Richtungserkennung erreichen.A directional detection of the signal and / or the noise or sound source can according to a development additionally or alternatively also be done by the measured sound pressure between the microphones for direction detection of the signal and / or the noise or sound source are evaluated. When using at least three microphones that are not collinear, a particularly accurate direction detection can be achieved.

Noch weiter kann die Erfassungs- bzw. Erkennungsqualität erhöht werden, wenn nach dem Erfassen des akustischen Signals eine Klassifizierung des Signals und/oder der Geräusch- oder Schallquelle durchgeführt wird. So kann z.B. durch die Steuereinrichtung bestimmt werden, dass das erfasste akustische Signal von einem Einsatzfahrzeug oder einer anderen vorbestimmten Fahrzeugklasse stammt. Beispielhafte Klassen können dabei sein: Warnsignale oder Schallzeichen, Fahrzeugfahr- bzw. Beschleunigungsgeräusche, Bahnkreuzungen, Fahrradklingeln, Hupsignale, Bremsgeräusche, Unfallgeräusche, Hilferufe oder ähnliches. Um unnötigen Rechenaufwand einzusparen, kann die Klassifizierung des Signals und/oder der Geräusch- oder Schallquelle vor einer Richtungserkennung bzw. Lokalisierung durchgeführt werden, so dass irrelevante Klassen von der Bestimmung ausgenommen werden.Still further, the detection quality can be increased if a classification of the signal and / or the noise or sound source is performed after the detection of the acoustic signal. For example, it can be determined by the control device that the detected acoustic signal originates from an emergency vehicle or another predetermined vehicle class. Exemplary classes can be: warning signals or acoustic signals, vehicle driving or Accelerating noises, railroad crossings, bicycle bells, hopping signals, brake noises, accident noises, cries for help or the like. To save unnecessary computational effort, the classification of the signal and / or the noise or sound source before a direction detection or localization can be performed so that irrelevant classes are excluded from the determination.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.

Figurenlistelist of figures

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystem bzw. einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung für ein akustisches Signal gemäß einer Ausführungsform,
2 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystem bzw. einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung für ein akustisches Signal gemäß einer weiteren Ausführungsform,
3 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrassistenzsystem bzw. einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung für ein akustisches Signal gemäß einer weiteren Ausführungsform und
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Fahrzeugs.

Embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 a vehicle having a driver assistance system according to the invention or an acoustic signal detection device according to the invention according to an embodiment,
2 a vehicle having a driver assistance system according to the invention or an acoustic signal detection device according to the invention according to a further embodiment,
3 a vehicle with a driver assistance system according to the invention or an inventive detection device for an acoustic signal according to another embodiment and
4 a flowchart of a method according to the invention for operating a vehicle.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. In den Figuren sind gleiche, gleichwirkende oder ähnliche Elemente durchgängig mit gleichen Bezugszeichen versehen.The figures are only schematic and not to scale. In the figures, the same, equivalent or similar elements are consistently provided with the same reference numerals.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Fahrzeug 1, bei dem es sich hier exemplarisch um ein autonom fahrendes Kraftfahrzeug handelt. Dementsprechend verfügt das Fahrzeug über (nicht näher bezeichnete) Aktoren und einen Fahrzeugantrieb, die zur Fahrsteuerung des Fahrzeugs 1 elektronisch angesteuert werden können. Das Fahrzeug 1 hat eine Fahrzeugkabine 2 in einer bezogen auf eine Fahrzeughochachse ersten Höhe und ein diese bedeckendes Fahrzeugdach 3, das bezogen auf die Fahrzeughochachse in einer zur ersten Höhe größeren, zweiten Höhe angeordnet ist. 1 shows a vehicle 1 , which is an example of an autonomously driving motor vehicle. Accordingly, the vehicle has (unspecified) actuators and a vehicle drive, which is used for driving control of the vehicle 1 can be controlled electronically. The vehicle 1 has a vehicle cabin 2 in a relation to a vehicle vertical axis first height and this covering vehicle roof 3 , which is arranged with respect to the vehicle vertical axis in a second height, which is larger than the first height.

Das Fahrzeug 1 verfügt ferner über ein Fahrassistenzsystem 100, das eine elektronische Steuereinrichtung 110 zur Ansteuerung der Aktoren und des Fahrzeugantriebs, mehrere damit zusammenwirkende optische Sensoren 120 und eine ebenfalls damit zusammenwirkende Erfassungsvorrichtung 130 für ein akustisches Signal 140 einer Geräusch- oder Signalquelle 150 im Fahrzeugumfeld aufweist. Die Steuereinrichtung 110 verfügt über einen Prozessor 111 und einen Speicher 112 zum Speichern von Programmanweisungen zum Betrieb des Fahrzeugs 1. Bei den optischen Sensoren 120 handelt es sich hier exemplarisch um Kameras, die z.B. den Bereich vor dem Fahrzeug sowie hinter dem Fahrzeug optisch erfassen und diese Erfassungsdaten der Steuereinrichtung 110 zuführen, die so das Fahrzeug 1 durch das Fahrzeugumfeld, also beispielsweise den Straßenverkehr steuern kann.The vehicle 1 also has a driver assistance system 100 containing an electronic control device 110 for controlling the actuators and the vehicle drive, several optical sensors cooperating therewith 120 and a likewise cooperating detection device 130 for an acoustic signal 140 a noise or signal source 150 in the vehicle environment. The control device 110 has a processor 111 and a memory 112 for storing program instructions for operating the vehicle 1 , With the optical sensors 120 By way of example, these are cameras that optically detect, for example, the area in front of the vehicle and behind the vehicle and this detection data of the control device 110 Feed that so the vehicle 1 through the vehicle environment, so for example, can control the traffic.

Die Erfassungsvorrichtung 130 weist auf dem Fahrzeugdach 3 des Fahrzeugs 1, also in einer exponierten Lage oberhalb der Fahrzeugkabine 2, eine Mehrzahl, mindestens aber drei, von Mikrofonen 131 auf, die entweder direkt an dem Fahrzeugdach 3 befestigt oder in dieses integriert sind oder an einem Fahrzeugdachaufbau befestigt sind, der aerodynamisch günstig ausgestaltet sein kann. Die Mikrofone 131 sind von dem Fahrzeug 1 weg ausgerichtet, wobei hier mehrere unterschiedliche Typen von Mikrofonen zur Erfassung verschiedener Frequenzbereiche vorgesehen sind. Durch die exponierte Lage der Mikrofone 131 stellt das Fahrzeug 1 selbst keinen Schallschatten dar. Zudem lassen sich ungewollte Störgeräusche, wie etwa die Betriebsgeräusche von vorausfahrenden Fahrzeugen minimieren. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Mikrofone 131 dazu eingerichtet, akustische Signale in einem exemplarischen Frequenzbereich von etwa 20 bis 20.000 Hz zu erfassen, was in etwa dem durchschnittlichen menschlichen Hörbereich entspricht. Der Frequenzbereich lässt sich aber auch erweitern, um z.B. akustische Marker an Straßenkreuzungen oder ähnliches außerhalb des menschlichen Hörbereichs erkennen zu können.The detection device 130 points to the vehicle roof 3 of the vehicle 1 , ie in an exposed position above the vehicle cabin 2 , a majority, but at least three, of microphones 131 on, either directly to the vehicle roof 3 attached or integrated into this or are attached to a vehicle roof structure, which can be designed aerodynamically favorable. The microphones 131 are from the vehicle 1 aligned, here several different types of microphones are provided for detecting different frequency ranges. Due to the exposed position of the microphones 131 represents the vehicle 1 In addition, unwanted noise, such as the operating noise of vehicles in front can be minimized. In this embodiment, the microphones 131 adapted to detect acoustic signals in an exemplary frequency range of about 20 to 20,000 Hz, which corresponds approximately to the average human hearing range. The frequency range can also be expanded, for example, to detect acoustic markers at intersections or the like outside the human hearing range.

Die Mikrofone 131 sind in diesem Ausführungsbeispiel kreisförmig angeordnet, sind also nicht kollinear bzw. liegen nicht auf einer gemeinsamen Geraden und spannen daher zwischen sich eine Fläche 132 auf, die bei einem gewölbten Fahrzeugdach 3 auch gewölbt sein kann. Bei einem ebenen Fahrzeugdach 3 kann die Fläche 132 auch eine Ebene sein, so dass die Mikrofone 131 kann komplanar angeordnet sind. Zur besseren Veranschaulichung sind die Mikrofone 131 hier auf einem gemeinsamen Kreisring liegend gezeigt. Um eine möglichst gute Lokalisation der Geräusch- oder Schallquelle 150 relativ zu dem Fahrzeug 1 zu erreichen, sind die Mikrofone 131 in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet, wodurch die Winkelabhängigkeit für das gesamte Winkelspektrum konstant ist und lediglich von der Frequenz der Geräusch- oder Signalquelle 150 abhängt. Die Mikrofone 131 bilden zusammen ein Mikrofon-Array, das mittels Beamforming eine genaue Lokalisation, also Richtungs- und Abstandsbestimmung, der Geräusch- oder Schallquelle 150 relativ zu dem Fahrzeug 1 ermöglicht. Das durch die Mikrofone 131 erfasste Signal 140 wird der Steuereinrichtung 110 als Erfassungsdaten zugeführt und dort weiterverarbeitet.The microphones 131 are arranged circular in this embodiment, so are not collinear or are not on a common line and therefore stretch between them a surface 132 on top of a vaulted vehicle roof 3 can also be arched. For a flat vehicle roof 3 can the area 132 also be a level, so the microphones 131 can be arranged coplanar. For better illustration, the microphones 131 shown here lying on a common circular ring. To the best possible localization of the noise or sound source 150 relative to the vehicle 1 to reach are the microphones 131 arranged at regular intervals, whereby the angular dependence for the entire angular spectrum is constant and only on the frequency of the noise or signal source 150 depends. The microphones 131 together form a microphone array that uses beamforming to provide precise localization, ie direction and distance determination, of the noise or sound source 150 relative to the vehicle 1 allows. That through the microphones 131 detected signal 140 becomes the controller 110 supplied as detection data and further processed there.

Die Steuereinrichtung 110 ist durch die im Speicher 112 gespeicherten Programmeinweisungen, die durch den Prozessor 111 ausgeführt werden können, dazu eingerichtet, sowohl die Erfassungsdaten der Sensoren 120 als auch die der Erfassungseinrichtung 130 zu verarbeiten, insbesondere aber miteinander zu kombinieren und daraus Steueranweisungen zur Fahrsteuerung des Fahrzeugs 1 zu erzeugen. Dabei ist die Steuereinrichtung 110 auch dazu eingerichtet, die Geräusch- oder Schallquelle 150 hinsichtlich Richtung und Abstand relativ zu dem Fahrzeug 1 zu lokalisieren und nach der Art der Quelle zu klassifizieren. Exemplarische Klassen bilden die Einsatzfahrzeuge, also z.B. Feuerwehr-, Polizei- und Rettungsfahrzeuge, Betriebsgeräusche von anderen Verkehrsteilnehmern usw.The control device 110 is through the in the store 112 stored program instructions by the processor 111 can be executed, set up both the detection data of the sensors 120 as well as the detection device 130 to process, but in particular to combine with each other and from it control instructions for driving control of the vehicle 1 to create. In this case, the control device 110 also adapted to the noise or sound source 150 in direction and distance relative to the vehicle 1 to locate and classify according to the type of source. Exemplary classes form the emergency vehicles, eg fire brigade, police and rescue vehicles, operating noise from other road users etc.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfassungsvorrichtung 130, bei dem die Mikrofone 131 nun in einer exemplarischen kreuzförmigen Anordnung auf dem Fahrzeugdach 3 oder an einem Fahrzeugdachaufbau montiert sind. Wie in 2 angedeutet, können die Mikrofone 131 auch gruppiert (in 2 sind dies Zweier-Gruppen) auf einer Gerade angeordnet sein, sofern sie insgesamt wiederum die Fläche 132 zwischen sich aufspannen und wenigstens drei der Mikrofone 131 oder drei Gruppen derselben nicht kollinear angeordnet sind. Bei der kreuzförmigen Anordnung sind beispielswiese genau vier Mikrofone 131 an jedem äußeren Eckabschnitt des Fahrzeugsdachs 3 angeordnet. Um anzudeuten, dass das Fahrzeugumfeld über 360° akustisch erfasst werden kann, befindet sich die Geräusch- oder Signalquelle 150 hier exemplarisch in einer von 1 abweichenden Position. 2 shows a further embodiment of the detection device 130 in which the microphones 131 now in an exemplary cruciform arrangement on the vehicle roof 3 or mounted on a vehicle roof structure. As in 2 hinted, the microphones can 131 also grouped (in 2 These are two-person groups) can be arranged on a straight line, provided they in turn turn the area 132 between them and at least three of the microphones 131 or three groups thereof are not collinearly arranged. In the case of the cross-shaped arrangement, for example, exactly four microphones are used 131 at each outer corner portion of the vehicle roof 3 arranged. To indicate that the vehicle environment can be acoustically detected over 360 °, the noise or signal source is located 150 here exemplarily in one of 1 deviating position.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfassungsvorrichtung 130, bei dem die Mikrofone 131 triangulär angeordnet sind. Auch hier sind exemplarisch mehrere einzelne Mikrofone 131 gruppiert angeordnet, wobei wiederum die Fläche 132 aufgespannt wird. Das Funktionsprinzip der Erfassungsvorrichtung 130 ist im Wesentlichen gleich zu dem der Ausführungsbeispiele gemäß den 1 und 2. 3 shows a further embodiment of the detection device 130 in which the microphones 131 are arranged triangularly. Here, too, are exemplarily several individual microphones 131 arranged, in turn, the area 132 is spanned. The operating principle of the detection device 130 is substantially similar to that of the embodiments according to the 1 and 2 ,

Das Fahrzeug 1 kann mit dem Fahrassistenzsystem 100 bzw. der Erfassungsvorrichtung 130 gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren betrieben werden. Dabei kann das Verfahren von der Steuereinrichtung 110 ausgeführt werden, wobei das Verfahren als Programmanweisungen in dem Speicher 112 gespeichert ist, die von dem Prozessor 111 ausgeführt werden.The vehicle 1 can with the driver assistance system 100 or the detection device 130 operated according to the method described below. In this case, the method of the control device 110 be executed, the method as program instructions in the memory 112 stored by the processor 111 be executed.

4 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens. Bei Fahrbereitschaft des Fahrzeugs 1 wird in einem Schritt S1 das Fahrzeugumfeld durch die Sensoren 120 optisch, oder Radarsensoren mittels Radar, erfasst. In einem Schritt S2 wird das Fahrzeugumfeld zusätzlich akustisch erfasst bzw. überwacht, wobei die auf dem Fahrzeugdach 3 angeordneten Mikrofone 131 das Signal 140 akustisch erfassen. In einem Schritt S4 werden die Erfassungsdaten der Sensoren 120 und die Erfassungsdaten der Mikrofone 131 kombiniert, wobei dies in diesem Ausführungsbeispiel eine Plausibilisierung der einen Erfassungsdaten durch die weiteren Erfassungsdaten umfasst. In einem Schritt S4 steuert die Steuereinrichtung 110 die Aktoren und/oder den Fahrantrieb des Fahrzeugs 1 unter Berücksichtigung von sowohl den Erfassungsdaten der Sensoren 120 als auch der Erfassungsdaten der Mikrofone 131 durch das Fahrzeugumfeld. 4 shows a flowchart of the method. When the vehicle is ready to drive 1 gets in one step S1 the vehicle environment through the sensors 120 optical, or radar sensors by means of radar detected. In one step S2 the vehicle environment is additionally recorded or monitored acoustically, the on the vehicle roof 3 arranged microphones 131 the signal 140 record acoustically. In one step S4 become the detection data of the sensors 120 and the acquisition data of the microphones 131 combined, which in this embodiment comprises a plausibility of the one detection data by the further detection data. In one step S4 controls the controller 110 the actuators and / or the traction drive of the vehicle 1 taking into account both the detection data of the sensors 120 as well as the acquisition data of the microphones 131 through the vehicle environment.

In einem optionalen Schritt wird das erfasste akustische Signal 140 lokalisiert, also anhand von mindestens drei der Mikrofone 131 hinsichtlich seiner Ursprungsrichtung und dem Abstand seiner Geräusch- oder Schallquelle 150 zum Fahrzeug 1 bestimmt. in einem weiteren optionalen Schritt wird das Signal 140 bzw. seine Geräusch- oder Schallquelle 150 anhand einer seiner Charakteristik klassifiziert. Anhand der Lokalisation und/oder der Klassifizierung des Signals 140 kann die Ansteuerung des Fahrzeugs 1 noch genauer erfolgen.In an optional step, the detected acoustic signal 140 localized, so on the basis of at least three of the microphones 131 in terms of its direction of origin and the distance from its source of noise or sound 150 to the vehicle 1 certainly. in another optional step, the signal becomes 140 or its source of noise or sound 150 classified by one of its characteristics. Based on the localization and / or classification of the signal 140 can control the vehicle 1 even more accurate.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014223881 A1 [0003]

Claims

An acoustic signal detection device (130) in a vehicle environment, comprising a plurality of microphones (131) disposed on an outside of a vehicle (1) away therefrom, characterized in that the microphones (131) are mounted above a vehicle cabin (FIG. 2), together a surface (132) spanning, are arranged.

Detecting device (130) after Claim 1 , characterized in that the microphones (131) are arranged on or on a vehicle roof (3).

Detecting device (130) after Claim 1 or 2 , characterized in that at least three microphones (131) are arranged coplanar.

Detection device (130) according to one of the preceding claims, characterized in that the microphones (131) form a microphone array designed for beamforming, time difference of arrival, frequency difference of arrival or triangulation.

Detection device (130) according to one of the preceding claims, characterized in that the microphones (131) are arranged individually or grouped in a triangular manner.

Detection device (130) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the microphones (131) are arranged individually or grouped in a cross shape.

Detection device (130) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the microphones (131) are arranged in a circle on a common circular ring.

Detecting device (130) after Claim 7 , characterized in that the microphones are arranged on the circular ring with an identical distance from each other.

A driver assistance system (100) for a vehicle (1), having a control device (110) and at least one optical sensor (120) for detecting a vehicle environment, characterized in that the control device (110) is configured to control a driving function of the vehicle ( 1) to combine detection data of the optical sensor (120) with detection data of a detection device (130) according to one of the preceding claims.

A method of operating a vehicle (1), comprising the steps of: - detecting (S1) a vehicle environment by at least one optical sensor (120), characterized by - detecting (S2) an acoustic signal of the vehicle surroundings by a plurality of microphones (131), which are arranged above a vehicle cabin (2) with a surface (132) attached to it, - combination (S3) of detection data of the optical sensor (120) with detection data of the microphones (131), and - control (S4) of a driving function of the vehicle (1 ) with the combined acquisition data.

Method according to Claim 10 , characterized in that the combining (S3) of the detection data comprises a plausibility check of the detection data of the optical sensor (120) by the detection data of the microphones (131).

Method according to Claim 10 or 11 , characterized in that after the detection (S2) of the acoustic signal direction detection of a noise or sound source (150) is performed.

Method according to one of Claims 10 to 12 , characterized in that at least a first sound pressure of a first microphone (131) and a second sound pressure of a second microphone (131) for direction detection of the signal and / or the noise or sound source (150) are evaluated.

Method according to one of Claims 10 to 13 , characterized in that after the detection (S2) of the acoustic signal, a classification of the signal and / or the noise or sound source (150) is performed.