DE102018221517A1

DE102018221517A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrbahnoberfläche

Info

Publication number: DE102018221517A1
Application number: DE102018221517.0A
Authority: DE
Inventors: Timo Koenig; Corinna Wendel; Simon Weissenmayer; Sebastian Olbrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-06-18
Also published as: CN111308475A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erfassung einer Umgebung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte aufweist:- Empfangen mindestens eines akustischen Signals (36, 46) aus der Umgebung (30) des Fahrzeugs mittels mindestens eines fahrzeuggebundenen akustischen Sensors (14),- Auswerten des empfangenen Signals und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Umgebung (30) abhängig von der Auswertung, dadurch gekennzeichnet, dass- der mindestens eine fahrzeuggebundene akustischer Sensor (14) im Bereich des Unterbodens (12) des Fahrzeugs (10) derart angeordnet ist, dass das empfangene akustische Signal (16) zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche (20) aus einem Bereich der Umgebung (30) des Fahrzeugs (10) zu dem fahrzeuggebundenen akustischen Sensor (14) reflektiert wird, wobei die Umgebung (30) des Fahrzeugs (10) insbesondere die Fahrbahn im Nahbereich um die Fahrzeugkarosserie und/oder den Bereich unter dem Fahrzeug (10) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Umgebung eines Fahrzeugs durch Empfangen mindestens eines aus der Umgebung des Fahrzeugs reflektierten akustischen Signals mittels mindestens eines akustischen Sensors und/oder eines zusätzlichen fahrzeuggebundenen Empfängers und Auswerten des empfangenen Echosignals und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Umgebung abhängig von der Auswertung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, die ausgebildet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
Stand der Technik
Für das autonome Fahren ist derzeit eine Vielzahl von Sensoren, darunter Lidar-, Kamera-, Radar- und Ultraschallsensoren, notwendig. Die Ultraschallsensoren werden üblicherweise an der Stoßstange des Fahrzeuges sichtbar angebracht.
Aus der DE 10 2014 221 990 A1 ist es bekannt, eine Umgebung eines Fahrzeugs mittels einer fahrzeugbasierten Umgebungssensorik zu erfassen, eine Geometrie einer kollisionsrelevanten Struktur einer Fahrbahnoberflache in der Umgebung zu vermessen, die Geometrie der kollisionsrelevanten Struktur mit einer aktuellen Konfiguration des Fahrzeugs zu vergleichen, und ein Signal auszugeben, sofern der Vergleich eine zu erwartende Kollision zwischen der Struktur und einer Felge und/oder einer Fahrzeugunterseite, und/oder einem Spoiler des Fahrzeugs ergibt. Die Umgebungssensorik ist dabei bevorzugt an der Außenhaut des Fahrzeugs, im Bereich des Stoßfängers des Fahrzeugs angeordnet und kann als Ultraschallsensor ausgestaltet sein.
Offenbarung der Erfindung
Für das autonome Fahren soll die Umfelderkennung durch möglichst kostengünstige Sensoren verbessert werden. Außerdem sollen besondere Situationen, wie z.B. das Beginnen einer autonomen Fahrt besser abgesichert werden.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung einer Umgebung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst:

- Empfangen mindestens eines akustischen Signals (36, 46) aus der Umgebung (30) des Fahrzeugs mittels mindestens eines fahrzeuggebundenen akustischen Sensors (14) und optional eines zusätzlichen fahrzeuggebundenen Empfängers (44),
- Auswerten des empfangenen Signals und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Umgebung (30) abhängig von der Auswertung,

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16

20

30

10

14

Bevorzugt erfolgt vor dem Schritt des Empfangens des mindestens einen akustischen Signals aus der Umgebung des Fahrzeugs das Senden eines akustischen Signals mittels mindestens eines fahrzeuggebundenen akustischen Sensors, wobei der sendende akustische Sensor im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs derart angeordnet ist, dass das gesendete akustische Signal zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche in einen Bereich der Umgebung des Fahrzeugs reflektiert wird, wobei das empfangene Signal ein Echosignal des gesendeten Signals umfasst. Insbesondere kann der sendende akustische Sensor auch zum Empfangen des akustischen Signals aus der Umgebung des Fahrzeugs dienen. Mit anderen Worten kann eine Sensoreinheit sowohl als Sender als auch als Empfänger verwendet werden.
Die Umgebung des Fahrzeugs bezeichnet hierbei insbesondere die Fahrbahn im Nahbereich um die Fahrzeugkarosserie bzw. um die Außenkontur des Fahrzeugs. Die Umgebung des Fahrzeugs kann auch an diesen Nahbereich angrenzende Flächen und/oder den Bereich unter dem Fahrzeug, beispielsweise einen Bereich in Fahrtrichtung vor den Reifen (sog. Reifenspur) des Fahrzeugs umfassen. Bei der Eigenschaft der Umgebung kann es sich beispielsweise um eine Information handeln, ob Hindernisse in der Umgebung vorhanden sind, und wie diese beschaffen sind und/oder in welchem Abstand und an welcher Position relativ zu dem Fahrzeug sie sich befinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Eigenschaft der Umgebung auch einen aktuellen Zustand der Fahrbahnoberfläche umfassen, beispielsweise Rauigkeit und/oder Reibwert und/oder Nässe und/oder Schnee und/oder Eisglätte.
Der akustische Sensor, der insbesondere als Ultraschallsensor ausgebildet sein kann, wird demnach am Unterboden des Fahrzeugs befestigt und derart ausgerichtet, dass sein Schallkegel, bzw. sein Empfangsbereich so auf die Fahrbahn ausgerichtet ist, dass empfangener und gegebenenfalls auch gesendeter Schall von der Fahrbahnoberfläche zumindest teilweise reflektiert wird. Akustische Signale können so weitgehend ungehindert aus dem Bereich der Karosserie des Fahrzeugs in die Umgebung des Fahrzeugs und aus der Umgebung zum Sensor gelangen. Der akustische Sensor ist insbesondere nicht senkrecht nach unten gerichtet, sondern weist einen Anstellwinkel bzw. Neigungswinkel auf, durch den ein ausgesendetes akustisches Signal von der Fahrbahnoberfläche in die Umgebung des Fahrzeugs reflektiert wird. Wenn das akustische Signal dort beispielsweise auf ein Objekt trifft, wird ein Echosignal erzeugt, das im Wesentlichen auf demselben Weg zum Sensor zurückreflektiert wird.
Bevorzugt umfasst das Auswerten des empfangenen akustischen Signals ein Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche. Besonders bevorzugt wird eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche bestimmt, indem ein Rauschpegel des empfangenen Signals ermittelt wir. Aus dem Rauschpegel kann eine Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche, insbesondere eine Rauigkeit und/oder eine Feuchtigkeit der Fahrbahnoberfläche und/oder andere Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche, bestimmt werden.
Besonders günstig ist auch, wenn der akustische Sensor derart angeordnet wird, dass sein Schallkegel zumindest teilweise auf die Reifenspur gerichtet ist. Dadurch kann der Fahrbahnzustand (z.B. Nässe, Eis und Schnee durch Reifengeräusche und das diffuse Bodenecho) besonders effektiv erfasst werden. Außerdem kann erfasst werden, ob sich ein Hindernis (z.B. ein Kleintier, ein Stein, die Fußspitze einer Person) in der Reifenspur befindet. Außerdem können die unterschiedlichen Fahrbahnbeläge (z.B. Beton, geschlossenporiger oder offenporiger Asphalt) erfasst werden, wobei der Einfluss des Seitenstreifens, Eisenbahnschienen oder von Fahrbahnmarkierungen reduziert werden kann. Außerdem können Fahrbahnzustände (z.B. Nass, vereist, verschneit, verschmutzt, ...) unterschieden und erkannt werden, die für den Reibschluss mit den Reifen maßgebend sind.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Auswerten des empfangenen Echosignals ein Bestimmen einer Signallaufzeit, wobei insbesondere ein Objekt in Umgebung des Fahrzeugs erkannt wird. Hierbei wird ausgenutzt, dass wenn der Schallkegel zum Teil direkt auf die zu erkennenden Objekte gerichtet ist, das eine besonders hohe Reichweite der Sensoren zur Folge hat, da der Schall sowohl direkt zum Sensor selbst als auch per Reflektion von der Fahrbahnoberfläche zum Objekt gelangen kann wobei die Reflexion vom Objekt ebenso direkt als auch indirekt über die Fahrbahn gespiegelt zurück zum Sensor gelangt. So kann bevorzugt ein Objekt erkannt werden, indem ein erstes Echosignal eines ersten Signalbestandteils des gesendeten akustischen Signals ausgewertet wird, wobei der erste Signalbestandteil an der Fahrbahnoberfläche reflektiert wird bevor er auf das Objekt trifft und ein zweites Echosignal eines zweiten Signalbestandteils des gesendeten akustischen Signals ausgewertet wird, wobei der zweite Signalbestandteil direkt auf das Objekt trifft.
Zudem ist es von Vorteil, zusätzlich zu den akustischen Sensoren im Unterboden auch höherliegende Sensoren beispielsweise im Stoßfänger oder in der Seite des Fahrzeugs, z.B. in Schweller oder Tür zu nutzen, um somit Objekte und den Straßenzustand durch das diffuse Kreuzecho der Fahrbahnoberfläche zu erfassen. Das hat den Vorteil, dass nicht nur eine direkte Reflektionseigenschaft, sondern auch die indirekte Reflektionseigenschaft der Fahrbahn gemessen werden kann und aus dem Verhältnis beider Anteile weitere Informationen über den Straßenzustand gewonnen werden kann und dadurch der Straßenzustand genauer und zuverlässiger bestimmt werden kann. Außerdem kann sich der an der Straßenoberfläche reflektierte Schall mit dem direkt übertragenen Schall durch die unterschiedlichen Schallaufstrecken positiv als auch negativ überlagern (interferieren). Durch die zusätzliche Auswertung dieser sogenannten Kreuzechos ist die Chance größer, dass von positiven Interferenzeffekten, also positiver Überlagerung der Schallwellen zugunsten einer höheren Reichweite profitiert werden kann.
Weiter bevorzugt kann das reflektierte akustische Echosignal durch mindestens einen ersten Empfänger empfangen und eine erste Laufzeit bestimmt werden und das reflektierte akustische Signal durch mindestens einen zweiten Empfänger empfangen und eine zweite Laufzeit bestimmt werden. Der erste Empfänger kann der aussendende Sensor selbst sein, ein zweiter Empfänger kann ein zusätzlicher akustischer Sensor sein, der an einer anderen Position am Fahrzeug vorgesehen ist. Durch Auswertung der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit kann eine relative Position eines reflektierenden Objektes relativ zu dem Sender und/oder den Empfängern bestimmt werden. Beispielsweise ist der erste Empfänger als Teil des akustischen Sensors im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs angeordnet und der zweite Empfänger an einer Außenfläche des Fahrzeugs angeordnet, insbesondere an einer Seitenfläche des Fahrzeugs.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erfassung einer Umgebung eines Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist ein wie zuvor beschrieben ausgebildetes Verfahren auszuführen. Die Vorrichtung umfasst

- mindestens einen fahrzeuggebundenen akustischen Sensor, insbesondere einen Ultraschallsensor, ausgebildet zum Aussenden akustischer Signale, insbesondere Ultraschallsignale, und zum Empfangen akustischer Signale, insbesondere Ultraschallsignale;
- eine Steuereinheit ausgebildet zum Ansteuern des akustischen Sensors;
- eine Recheneinheit ausgebildet zum Auswerten eines empfangenen akustischen Echosignals und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Umgebung abhängig von der Auswertung.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der mindestens eine akustische Sensor im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs derart anordbar ist, dass das gesendete akustische Signal zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche in einen Bereich der Umgebung des Fahrzeugs reflektiert wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung vorgeschlagen.
Besonders vorteilhaft ist eine Position des akustischen Sensors im Unterboden des Fahrzeugs, bei der der Sensor nicht über die Unterbodenverkleidung herausragt. So bleibt die Bodenfreiheit erhalten und der Sensor kann nicht durch Hindernisse auf der Fahrbahn abgerissen werden. Die Sensorfläche, also diejenige Fläche des Sensors von der akustische Signale abgestrahlt und von der reflektierte akustische Signale empfangen werden (üblicherweise eine Membran) wird erfindungsgemäß nicht plan in die horizontale Fläche des Unterbodens eingebaut, sondern derart schräg zur Fahrbahnoberfläche angeordnet, dass der entstehende Schallkegel zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche in einen Bereich der Umgebung des Fahrzeugs reflektiert wird.
Bevorzugt ist weiterhin ein Trichter um die Sensorfläche bzw. Membranfläche vorgesehen, der das empfangene Echosignal zur Sensorfläche leitet. Der Trichter kann beispielsweise in der Art eines Horns geformt sein. Aus Platzgründen kann das Horn um sich selbst gerollt oder gefaltet sein. So wird der Schall per Exponentialleitung durch einen im Querschnitt ständig zunehmenden Schallkanal zwischen Sensor und Umgebung angekoppelt. Dabei wird bevorzugt die Wellenimpedanz des Sensors an die Schallkennimpedanz der umgebenden Luft angepasst. Dadurch kann eine höhere Reichweite bei der Echoortung und damit der Objekterfassung und außerdem eine genauere Unterscheidung der Straßenzustände erreicht werden.
Typischerweise im Automobil eingesetzte akustische Sensoren weisen eine Membran als Sensorfläche auf, die sowohl dazu dient, ein akustisches Signal zu erzeugen als auch, ein akustisches Signal zu empfangen. Zur Erzeugung eines akustischen Signals wird die Membran durch ein Wandlerelement zu Schwingungen angeregt, wodurch ein akustisches Signal erzeugt wird. Zum Empfangen eines akustischen Signals, wird eine Schwingung der Membran, die durch einfallenden Schall verursacht wird, mittels des Wandlerelements erfasst. Nach dem Erzeugen eines akustischen Signals muss die Membran erst in einen Ruhezustand zurückkehren, bevor ein einfallendes akustisches Signal mittels dieser Membran empfangen werden kann. Die Zeitdauer vom Ende der Anregung der Membran bis zum Erreichen des Ruhezustands wird als Ausschwingzeit bezeichnet. Die Ausschwingzeit der Membran bewirkt, dass Objekte, die sich besonders nah an dem akustischen Sensor befinden, nicht oder nur mit geringer Zuverlässigkeit erkannt werden können. Vor allem vor dem Beginn einer autonomen Fahrt soll jedoch zuverlässig erkannt werden können, ob sich Objekte beispielsweise innerhalb der Reifenspuren oder sehr nahe am Fahrzeug befinden, so dass verhindert werden kann, dass diese überrollt werden. So soll zum Beispiel eine Person, die vor Beginn der Fahrt gegen das Fahrzeug gelehnt ist, erkannt werden, um so ein Überrollen der Person vermeiden zu können. Aus diesem Grund ist es von Vorteil den akustischen Sensor soweit auf horizontaler Ebene von der Kontur des Fahrzeugs weg zur Mittelachse hin zu verschieben, dass der Abstand zwischen dem Sensor, bzw. der Sensorfläche bzw. der Membran und einem zu erkennendem Objekt größer ist als, ein Mindestabstand für die Objekterkennung, der sich in bekannter Weise aus der Ausschwingdauer des Sensors nach dem Senden des akustischen Signals ergibt. Der Mindestabstand hängt vom Aufbau des Sensors, sowie von der Sendefrequenz und dem Sendemuster ab und kann bei üblichen Ultraschallsensoren z.B. 12 bis 19 cm betragen. Der akustische Sensor ist also bevorzugt derart am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet, dass eine Sensorfläche bzw. Membran des Sensors einen bestimmten Mindestabstand zu der Außenkontur oder der Reifenspur des Fahrzeugs aufweist, wobei der Mindestabstand durch die Ausschwingdauer des akustischen Sensors bestimmt ist.
Bevorzugt ist ein akustischer Sensor in einer Aussparung einer Unterbodenverkleidung und/oder an einem Versteifungselement am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet. So können vorteilhaft bereits vorhandene Mulden und Flächenteile deren Normalvektoren näherungsweise in die gewünschte Ausbreitungsrichtung zeigen im Unterbodenschutz als Sensorpositionen gewählt werden. Hierbei sind auch Abweichungen zur Formung der optionalen Trichter leichter zu erreichen, als an Flächen, die parallel zur Fahrbahn ausgerichtet sind, wodurch zusätzliche große Mulden für die Trichter geschaffen werden müssten. Vorteilhaft sind solche Einbaupositionen gewählt, die wenig durch große Temperaturschwankungen, wie sie nahe des Motors und des Abgasstrangs auftreten, beeinflusst sind. Dadurch kann eine bessere Dauerhaltbarkeit der Sensoren erreicht werden.
Bevorzugt ist eine Mehrzahl von akustischen Sensoren an dem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet, wobei mindestens ein erster Sensor in einem Frontbereich des Fahrzeugs am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist und mindestens ein zweiter Sensor in einem Heckbereich des Fahrzeugs am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist. Mindestens ein dritter Sensor ist in einem ersten Seitenbereich des Fahrzeugs am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet und mindestens ein vierter Sensor ist in einem zweiten Seitenbereich des Fahrzeugs am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet. Durch diese Anordnung ergibt sich eine weitgehend vollständige Abdeckung der Umgebung des Fahrzeugs durch die akustischen Sensoren.
Durch die Erfindung ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:

- Die Sensoren sind bei der Betrachtung des Fahrzeugs von üblichen Positionen aus unsichtbar und schränken dadurch das Design des Fahrzeugs nicht ein.
- Die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist unabhängig vom Fahrzeugdesign, dadurch sinken die Kosten bei der Applikation des Systems bei unterschiedlichen Fahrzeugvarianten.
- Der Fahrzeughersteller gewinnt Freiheitsgrade bei der Gestaltung der sichtbaren Außenhülle des Fahrzeugs, indem akustische Sensoren aus dem sichtbaren Bereich des Stoßfängers in den unsichtbaren Unterbodenbereich verlegt werden können.
- Die akustischen Sensoren sind besser vor Parkremplern und vor Vandalismus geschützt.
- Durch den Einsatz eines weiteren akustischen Sensors, der an einer höherliegenden Position am Fahrzeug angebracht ist, kann insgesamt die Reichweite erhöht werden, da der Anteil des Signals, der an der Fahrbahnoberfläche reflektiert wird und die Chance für eine positive Interferenz insbesondere bei der kombinierten Auswertung mit höherliegenden Sensoren mit niedrigerer Einbauhöhe der akustischen Sensoren zunimmt.
- Der Öffnungswinkel der akustischen Sensoren im Nahbereich ist breiter, da der Anteil des Schalls, der an der Fahrbahnoberfläche gestreut wird mit niedrigerer Höhe zunimmt.
- Die Blindheitsdetektion, d.h. die Erkennung ob einzelne Sensoren defekt oder verschmutzt sind, ist robuster, da der Boden und Fahrzeugteile ein deutlicheres Echo und auch Mehrfachechos zurückliefern, die für Vergleichsmessungen herangezogen werden können.
- Der Einsatz von schallverstärkenden Trichtern ist ermöglicht, wodurch generell eine höhere Sensitivität und zusätzlich eine stärkere Fokussierung und damit eine wesentlich höhere Reichweite der akustischen Sensoren erzielt werden kann.
- Eine besonders effiziente und zuverlässige Objekterkennung in unmittelbarer Nähe der reflektierenden Fahrbahnoberfläche kann erzielt werden, da die Objekte sowohl durch das direkte Echo als auch durch das indirekt über die Straßenoberfläche reflektierte Echo erkannt werden können
- Zusammen mit Sensoren, die nicht im Unterboden verbaut sind kann auch die Höhenlage von Objekten per Trilateration berechnet werden. Ein überfahrbares Hindernis kann so besser von einem nicht überfahrbaren Hindernis unterschieden werden.
- Die Robustheit der Erfassung gegenüber sogenannten Geisterobjekten durch spezielle Fahrbahnstrukturen wie z.B. Kanaldeckel ist höher. So erscheinen entfernte Kanaldeckel für akustische Sensoren, die nicht im Unterboden angebracht sind, häufig als Objekt und damit fälschlicherweise als Hindernis.
- Es können auch Objekte erkannt werden, die sich in einem sehr geringen Abstand zum Fahrzeug befinden, oder die das Fahrzeug berühren.

Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug in Frontansicht nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt schematisch ein Fahrzeug in Frontansicht nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt schematisch ein Fahrzeug in Frontansicht nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt schematisch ein Fahrzeug in Frontansicht nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt schematisch eine Ansicht auf den Unterboden eines Fahrzeugs nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt schematisch einen typischen Unterboden eines Kraftfahrzeugs mit möglichen Einbaupositionen für akustische Sensoren gemäß der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt ein Fahrzeug 10 in Frontansicht. Das Fahrzeug weist einen als Ultraschallsensor ausgebildeten akustischen Sensor 14 auf, der am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Dieser fahrzeuggebundene akustische Sensor 14 ist derart am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 befestigt, dass er nicht über die Außenkontur 18 des Fahrzeugs 10 hinausragt. Der akustische Sensor 14 ist derart relativ zur Unterbodenebene 22 des Fahrzeugs 10 geneigt, dass ein von dem Sensor 14 gesendetes akustisches Signal 16 zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche 20 in die Umgebung 30 des Fahrzeugs reflektiert wird. Ultraschallsensoren senden üblicherweise Schall in einen etwa kegelförmigen Bereich aus. Das gesendete Signal 16 ist in dieser Darstellung durch die den Schallkegel begrenzenden Linien 16a und 16b schematisch dargestellt. Durch die Reflektion des gesendeten Signals 16 an der Fahrbahnoberfläche 20 wird eine Aufweitung des Schallkegels und damit eine Erhöhung der Messreichweite bewirkt. Echosignale können aus dem gesamten Schallkegel empfangen werden. Die Echosignale gelangen zurück zu dem Sensor 14, indem sie gegebenenfalls wieder an der Fahrbahnoberfläche 20 reflektiert werden. Das dargestellte System kann somit beispielsweise Objekte in der Umgebung 30 des Fahrzeugs 10 erfassen und/oder durch Auswertung der Echosignale die durch die Fahrbahn 20 erzeugt werden, einen aktuellen Fahrbahnzustand bestimmen. Dazu ist eine Steuereinheit 40 vorgesehen, die zum Ansteuern des akustischen Sensors 14 ausgebildet ist, sowie eine Recheneinheit 50, die zum Auswerten eines empfangenen eines akustischen Echosignals und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Umgebung 30 abhängig von der Auswertung ausgebildet ist.
2 zeigt ein Fahrzeug 10 in Frontansicht. Das Fahrzeug weist einen als Ultraschallsensor ausgebildeten akustischen Sensor 14 auf, der am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist in dieser Ausführung der Einbauort und der Einbauwinkel respektive der Neigungswinkel des Sensors 14 derart gewählt, dass ein von dem Sensor 14 gesendetes akustischen Signal 16 teilweise von der Fahrbahnoberfläche 20 in die Umgebung 30 des Fahrzeugs reflektiert wird und teilweise direkt in die Umgebung 30 des Fahrzeugs 10 ausgesendet wird. Dazu ist in der Ausführung gemäß 1 ein kleinerer Einbauwinkel gewählt sowie ein Einbauort näher an der Außenkontur 18 des Fahrzeugs. Unter dem Einbauwinkel respektive dem Neigungswinkel des Sensors 14 wird hierbei der Winkel zwischen der Unterbodenebene 22 und der Hauptabstrahlrichtung des akustischen Sensors 14 bezeichnet. In der Umgebung 30 des Fahrzeugs 10 befindet sich ein Objekt 80. Das Objekt 80 kann erkannt werden, indem ein erstes Echosignal eines ersten Signalbestandteils 16c des gesendeten akustischen Signals ausgewertet wird, wobei der erste Signalbestandteil 16c an der Fahrbahnoberfläche 20 reflektiert wird bevor er auf das Objekt 80 trifft. Ein zweites Echosignal eines zweiten Signalbestandteils 16d des gesendeten akustischen Signals 16 wird außerdem ausgewertet, wobei der zweite Signalbestandteil 16d direkt auf das Objekt 80 trifft. Durch diese Anordnung kann das Signal durch positive Überlagerung verstärkt werden und insbesondere bei starken Umgebungsgeräuschen, die z.B. bei nasser Straße und hohen Geschwindigkeiten durch die Reifen entstehen, dennoch ein Echo von einem weit entfernten Objekt oder von schwach reflektierenden Objekt erfasst werden.
3 zeigt ein Fahrzeug 10 in Frontansicht. Das Fahrzeug weist einen als Ultraschallsensor ausgebildeten akustischen Sensor 14 auf, der am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist und zwar in derselben Weise, wie in 1 dargestellt ist. Zusätzlich weist das Fahrzeug 10 in dieser Ausführung noch einen zweiten akustischen Sensor 44 an einer Seitenfläche 25 des Fahrzeugs 10 auf. Der akustische Sensor 14 ist derart relativ zur Unterbodenebene 22 des Fahrzeugs 10 geneigt, dass ein von dem Sensor 14 gesendetes akustisches Signal 16 zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche 20 in die Umgebung 30 des Fahrzeugs reflektiert wird. Ein Echosignal 36, das von der Fahrbahnoberfläche beispielsweise im Bereich 26 der Fahrbahnoberfläche erzeugt wird, gelangt zurück zu dem ersten akustischen Sensor 14 und kann mittels der Recheneinheit 50 ausgewertet werden. Zusätzlich wird durch den auf die Fahrbahnoberfläche 20 auftreffenden Schall ein zweites Echosignal 46 zu dem zweiten akustischen Sensor 44 reflektiert. Auch dieses zweite Echosignal 46 kann mittels der Recheneinheit 50 ausgewertet werden. Durch die kombinierte Auswertung kann eine genaue Information des aktuellen Zustands der Fahrbahnoberfläche 20 im Bereich 26 gewonnen werden.
In der Umgebung 30 des Fahrzeugs 10 befindet sich außerdem ein Objekt 80. Das Objekt 80 kann erkannt werden, indem ein erstes Echosignal 36' eines gesendeten akustischen Signals 16 durch den akustischen Sensor 14 empfangen und anschließend durch die Recheneinheit 50 ausgewertet wird, wobei das Echosignal 36' der Fahrbahnoberfläche 20 reflektiert wird bevor er auf den Sensor 14 trifft. Die Recheneinheit kann beispielsweise die Laufzeit des Signals bestimmen. Ein zweites Echosignal 46' des gesendeten akustischen Signals 16 wird außerdem von dem Empfänger 44 empfangen und ebenfalls durch die Recheneinheit 50 ausgewertet, wobei die beiden Echosignale 36' und 46' auch in Kombination ausgewertet werden können. Durch diese Anordnung kann insbesondere nicht nur der Abstand zu dem Objekt 80 in der Umgebung 30 des Fahrzeugs 10, sondern auch die Höhe und/oder die relative Position des Objekts 80 zu den akustischen Sensoren 14 und 44 bestimmt werden.
4 zeigt ein Fahrzeug 10 in Frontansicht. Das Fahrzeug weist einen als Ultraschallsensor ausgebildeten akustischen Sensor 14 auf, der am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist in dieser Ausführung der Einbauort des Sensors 14 in Richtung der Fahrzeugmittelsachse 11 verschoben. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auch Objekte, die sich sehr nahe am Fahrzeug 10 befinden zuverlässig erkannt werden können, da der Abstand zu dem akustischen Sensor 14 immer noch groß genug ist, dass ein Echosignal von einem solchen Objekt erst nach der Ausschwingdauer der Sensormembran des akustischen Sensors 14 auf den Sensor 14 trifft.
In der Ausführung der Erfindung, die in 5 dargestellt ist, ist eine Mehrzahl von akustischen Sensoren 14a, 14b, 14c, 14d, die beispielsweise als Ultraschallsensoren ausgebildet sein können, an dem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet. Dabei ist sind fünf Sensoren 14a in einem Frontbereich des Fahrzeugs 10 am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Diese fünf Sensoren 14a sind mit unterschiedlichen Winkeln relativ zur Fahrzeuglängsachse 13 orientiert und decken so mit ihren Messbereichen fächerartig den Bereich vor dem Fahrzeug 10 ab. In analoger Weise sind in einem Heckbereich des Fahrzeugs 10 am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 weitere fünf Ultraschallsensoren 14b angeordnet. Auch diese Sensoren 14b sind mit unterschiedlichen Winkeln relativ zur Fahrzeuglängsachse 13 orientiert und decken so mit ihren Messbereichen fächerartig den Bereich hinter dem Fahrzeug 10 ab. Drei weitere Sensoren 14c sind in einem ersten Seitenbereich des Fahrzeugs 10 am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Diese drei Sensoren 14c sind mit unterschiedlichen Winkeln relativ zur Fahrzeugquerachse 17 orientiert und decken so mit ihren Messbereichen fächerartig den Bereich seitlich rechts des Fahrzeugs ab. Drei weitere Sensoren 14d sind in einem zweiten Seitenbereich des Fahrzeugs 10 am Unterboden 12 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Diese drei Sensoren 14d sind ebenfalls mit unterschiedlichen Winkeln relativ zur Fahrzeugquerachse 17 orientiert und decken so mit ihren Messbereichen fächerartig den Bereich seitlich links des Fahrzeugs 10 ab.
Fahrzeugteile, wie beispielsweise Räder 15, die sich im Bereich des Schallkegels eines der Sensoren befinden, erzeugen dauerhafte Echosignale und zum Teil auch Mehrfachechos. Diese können, da sie bekannt sind, bei der Objekterkennung ausgeblendet werden, können aber für die Blindheitsdetektion herangezogen werden, um so z.B. Beeinträchtigungen der Sensorreichweite durch Schmutz erkennen und ggf. auch kompensieren zu können.
In 6 ist ein Unterboden 12 eines typischen Kraftfahrzeugs 10 dargestellt. Der Unterboden 12 weist in bekannter Weise eine Unterbodenverkleidung 64 und verschiedene Abdeckungselemente 65, Versteifungselemente 66, ein schalldämpfendes Element 69 und strömungsformende Elemente 68 auf. Diese wiederum können Aussparungen 62 aufweisen oder ausbilden, die geeignet sind, akustische Sensoren 14 aufzunehmen um eine erfindungsgemäße Vorrichtung auszubilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014221990 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Erfassung einer Umgebung (30) eines Fahrzeugs (10), umfassend die Schritte: - Empfangen mindestens eines akustischen Signals (36, 46) aus der Umgebung (30) des Fahrzeugs mittels mindestens eines fahrzeuggebundenen akustischen Sensors (14) - Auswerten des empfangenen Signals und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Umgebung (30) abhängig von der Auswertung, dadurch gekennzeichnet, dass - der mindestens eine fahrzeuggebundene akustische Sensor (14) im Bereich des Unterbodens (12) des Fahrzeugs (10) derart angeordnet ist, dass das empfangene akustische Signal (36, 46) zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche (20) aus einem Bereich der Umgebung (30) des Fahrzeugs (10) zu dem fahrzeuggebundenen akustischen Sensor (14) reflektiert wird, wobei die Umgebung (30) des Fahrzeugs (10) insbesondere die Fahrbahn im Nahbereich um die Fahrzeugkarosserie und/oder den Bereich unter dem Fahrzeug (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Empfangens des mindestens einen akustischen Signals (36, 46) aus der Umgebung (30) des Fahrzeugs ein akustisches Signal (16) mittels mindestens eines fahrzeuggebundenen akustischen Sensors (14) gesendet wird, wobei der sendende akustische Sensor (14) im Bereich des Unterbodens (12) des Fahrzeugs (10) derart angeordnet ist, dass das gesendete akustische Signal (16) zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche (20) in einen Bereich der Umgebung (30) des Fahrzeugs (10) reflektiert wird, wobei das empfangene Signal (36, 36', 46, 46') ein Echosignal des gesendeten Signals (16) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des empfangenen Signals (16) ein Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche (20) umfasst
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche (20) bestimmt wird, indem ein Rauschpegel des empfangenen Signals (16) ermittelt wird, wobei aus dem Rauschpegel eine Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (20), insbesondere eine Rauigkeit und/oder eine Feuchtigkeit der Fahrbahnoberfläche (20), bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des empfangenen Signals ein Bestimmen einer Signallaufzeit mindestens eines Echosignals eines gesendeten akustischen Signals (16) umfasst, wobei insbesondere ein Objekt (80) in der Umgebung (30) des Fahrzeugs (10) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Objekt (80) erkannt wird, indem eine Überlagerung eines ersten Echosignals eines ersten Signalbestandteils (16c) des gesendeten akustischen Signals (16), wobei der erste Signalbestandteil (16c) an der Fahrbahnoberfläche (20) reflektiert wird bevor er auf das Objekt (80) trifft, und eines zweiten Echosignals eines zweiten Signalbestandteils (16d) des gesendeten akustischen Signals (16) ausgewertet wird, wobei der zweite Signalbestandteil (16d) direkt auf das Objekt (80) trifft.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 wobei ein erstes Echosignal (36') durch mindestens einen ersten Empfänger empfangen wird und eine erste Laufzeit bestimmt wird und ein zweites Echosignal (46') durch mindestens einen zweiten Empfänger (44) empfangen wird und eine zweite Laufzeit bestimmt wird, wobei durch Auswertung der ersten Laufzeit und der zweiten Laufzeit eine relative Position eines reflektierenden Objektes (80) relativ zu dem sendenden Sensor (14) und/oder den Empfängern (14, 44) bestimmt wird und wobei der erste Empfänger als Teil des akustischen Sensors (14) im Bereich des Unterbodens (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist und der zweite Empfänger (44) an einer Außenfläche (25) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist, insbesondere an einer Seitenfläche des Fahrzeugs (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 wobei ein erstes akustisches Signal von einem Bereich (26) der Fahrbahnoberfläche (20) durch mindestens einem ersten Empfänger empfangen wird und ein zweites akustisches Signal von dem Bereich (26) der Fahrbahnoberfläche (20) durch mindestens einen zweiten Empfänger (44) empfangen wird, wobei erste Empfänger als Teil des akustischen Sensors (14) im Bereich des Unterbodens (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist und der zweite Empfänger (44) an einer Außenfläche (25) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist, insbesondere an einer Seitenfläche des Fahrzeugs (10).
Vorrichtung zur Erfassung einer Umgebung (30) eines Fahrzeugs (10), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, umfassend - mindestens einen fahrzeuggebundenen akustischen Sensor (14) ausgebildet zum Empfangen akustischer Signale, insbesondere Ultraschallsignale; - eine Steuereinheit (40) ausgebildet zum Ansteuern des fahrzeuggebundenen akustischen Sensors (14); - eine Recheneinheit (50) ausgebildet zum Auswerten eines empfangenen akustischen Signals und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Umgebung (30) abhängig von der Auswertung; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine fahrzeuggebundene akustische Sensor (14) im Bereich des Unterbodens (12) des Fahrzeugs (10) derart anordbar ist, dass das empfangene akustische Signal (16) zumindest teilweise von der Fahrbahnoberfläche (20) aus einem Bereich der Umgebung (30) des Fahrzeugs zu dem akustischen Sensor (14) reflektiert wird, wobei die Umgebung (30) des Fahrzeugs (10) insbesondere die Fahrbahn im Nahbereich um die Fahrzeugkarosserie und/oder den Bereich unter dem Fahrzeug (10) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Sensor (14) als Ultraschallsensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der akustische Sensor (14) eine Sensorfläche, insbesondere eine Membran aufweist, und wobei ein Trichter um die Sensorfläche vorgesehen ist, der ausgebildet ist, Schall zur Sensorfläche zu leiten und der insbesondere derart geformt ist, dass die Wellenimpedanz des Sensors an die Schallkennimpedanz der umgebenden Luft angepasst ist und so das empfangene Signal verstärkt wird.
Fahrzeug (10) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein akustischer Sensor (14) derart am Unterboden (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist, dass eine Membran des Sensors (14) einen bestimmten Mindestabstand zu der Außenkontur (18) des Fahrzeugs (10) aufweist, wobei der Mindestabstand durch die Ausschwingdauer der Membran des akustischen Sensors (14) bestimmt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestabstand zu der Außenkontur (18) des Fahrzeugs (10) 12cm bis 19cm beträgt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein akustischer Sensor (14) in einer Aussparung (62) einer Unterbodenverkleidung (64) und/oder an einem Versteifungselement (66) am Unterboden (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von akustischen Sensoren (14a, 14b, 14c, 14d) an dem Unterboden (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet sind, wobei mindestens ein erster Sensor (14a) in einem Frontbereich des Fahrzeugs (10) am Unterboden (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist und mindestens ein zweiter Sensor (14b) in einem Heckbereich des Fahrzeugs (10) am Unterboden des Fahrzeugs (10) angeordnet ist und mindestens ein dritter Sensor (14c) in einem ersten Seitenbereich des Fahrzeugs (10) am Unterboden (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist und mindestens ein vierter Sensor (14d) in einem zweiten Seitenbereich des Fahrzeugs (10) am Unterboden (12) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist.