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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Mindestdistanz zu einem Sondersignalfahrzeug, ein Fahrzeug mit solch einer Vorrichtung, ein Computerprogramm, sowie ein computerlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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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 oder Ähnliche. Sondersignalfahrzeuge, oder auch Einsatzfahrzeuge genannt, wie Polizeifahrzeuge, Feuerwehrfahrzeuge, Rettungsfahrzeuge oder Ähnliche, haben im Straßenverkehr Sonderrechte gemäß der Straßenverkehrsordnung. Üblicherweise liegen diese Sonderrechte nur vor, wenn das Sondersignalfahrzeug die allgemein bekannten Sondersignale, Blinklicht sowie das Einsatzhorn, aktiviert hat. Sollte sich ein Sondersignalfahrzeug mit aktivierten Sondersignalen nähern, ist für sämtliche Verkehrsteilnehmer, insbesondere Fahrteilnehmer, erhöhte Vorsicht geboten.
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Bisher wird die Distanz zwischen einem Fahrzeug und einem Sondersignalfahrzeug ausschließlich über die visuelle Wahrnehmung des Fahrers geschätzt. Entfällt ein direkter Sichtkontakt ist es dem menschlichen Fahrer nicht mehr möglich, die Distanz zu dem Sondersignalfahrzeug zu bestimmen.
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Dasselbe gilt insbesondere im Bereich zumindest teilweise automatisiert fahrender Fahrzeuge. Genauso wie von Menschen gesteuerte Fahrzeuge sind auch zumindest teilweise automatisiert fahrende Fahrzeuge verpflichtet Sondersignalfahrzeugen auszuweichen. Genügen die visuellen Sensordaten des zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugs nicht, die Distanz zu dem Sondersignalfahrzeugs zu bestimmen, ist es fast unmöglich eine geeignete Fahrstrategie oder ein geeignetes Fahrmanöver durchzuführen.
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Es kann daher der Wunsch nach einer Möglichkeit zur verbesserten Distanzabschätzung zu einem Sondersignalfahrzeug bestehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausführungsformen der Erfindung stellen ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen einer Mindestdistanz zu einem Sondersignalfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen zur Verfügung. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den begleitenden Figuren.
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Das vorgeschlagene Verfahren zum Berechnen einer Mindestdistanz zu einem Sondersignalfahrzeug umfasst den Schritt:
- Berechnen der Mindestdistanz zu dem Sondersignalfahrzeug, die angibt, wie weit das Sondersignalfahrzeug mindestens entfernt ist, durch eine Steuervorrichtung basierend auf einem erfassten akustischen Sondersignal des Sondersignalfahrzeugs.
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Das akustische Umfeld gewinnt im Straßenverkehr zunehmend an Bedeutung. Insbesondere zumindest teilweise automatisiert fahrende Fahrzeuge werden auf die Auswertung akustischer Signale angewiesen sein, um damit ihr Fahrverhalten situationsgerecht anzupassen und geeignete Fahrstrategien und Fahrmanöver bereitzustellen. Hierzu gehört im Besonderen die Wahrnehmung von Sondersignalfahrzeugen. Ein wesentliches Hilfsmittel zur Abschätzung der Distanz zum Sondersignalfahrzeug ist das akustische Sondersignal.
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Auf diese Weise kann auch bei nicht überschaubaren Verkehrssituationen, bei denen kein visueller Kontakt zu dem Sondersignalfahrzeug möglich ist, über die Anwesenheit von Sondersignalfahrzeugen Aufschluss gegeben werden.
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Ein akustisches Sondersignal muss beispielsweise in Deutschland die Mindestanforderungen gemäß DIN 14610 erfüllen. Bei einem Referenzabstand von 3,5 Metern muss ein Grundton zwischen 360 Hz und 530 Hz mit einem Schalldruckpegel von 110 dB und mindestens einem Oberton von 1000 Hz bis 4000 Hz mit einem Schalldruckpegel von 104 dB vorliegen. Aus diesem von der Erfassungsvorrichtung erfassten akustischen Sondersignal wird durch Superposition eine Funktion zwischen Schalldruck, insbesondere Schalldruckpegel, und Distanz abgeleitet. Zwar ist eine exakte Simulation eines einzelnen gemessenen Sondersignals nicht möglich, insbesondere da sich die Signalgeber in ihrer Bauweise stark unterscheiden, aber es lässt sich eine Mindestdistanz zu dem Sondersignalfahrzeug angeben. Für weitere Länder, insbesondere Europa, Amerika oder Asien gelten ebenfalls Mindestanforderungen für akustische Sondersignale.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorteilhafterweise die Mindestdistanz basierend auf einem Schalldruck, insbesondere einem Schalldruckpegel, des akustischen Sondersignals berechnet. Der Schalldruck des Sondersignals kann direkt von einem Mikrofon erfasst werden und beschreibt allgemein die Stärke des Schallereignisses.
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Die Berechnung der Mindestdistanz umfasst folgende Schritte:
- Das akustische Signal wird in eine Fensterfunktion gehüllt, fouriertransformiert und anschließend um den Energiekorrekturfaktor des Fensters korrigiert.
- Das Frequenzspektrum wird um die Transferfunktion der Mikrofone korrigiert, um anschließend das Spannung-Frequenz-Spektrum in ein Schalldruck-Frequenz-Spektrum zu überführen.
- Die wesentlichen (von der Norm definierten) Frequenzbänder werden aus dem Spektrum extrahiert und es wird der Schalldruckpegel dieser Frequenzbänder berechnet.
- Der minimale Abstand wird unter Verwendung der Dämpfungsgleichungen berechnet. Als Referenzpunkt wird der in den Normen definierte Schalldruckpegel verwendet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorteilhafterweise die Mindestdistanz basierend auf einer Freiraumausbreitung des akustischen Sondersignals berechnet. Weiter vorzugsweise wird die Mindestdistanz basierend auf einer atmosphärischen Dämpfung und/oder einer Eigenbewegung berechnet.
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Die Freiraumausbreitung, die atmosphärische Dämpfung und die Eigenbewegung sind Störeffekte, beziehungsweise Dämpfungseffekte, die bei der Berechnung der Mindestdistanz zu dem Sondersignalfahrzeug beachtet, insbesondere algorithmisch herausgerechnet, werden können.
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Die Freiraumausbreitung gibt an, wie sich ein Signal in freiem Raum ausbreitet. Bei der Ausbreitung eines Signals in freiem Raum wird das Signal durch die sogenannte Freiraumdämpfung gedämpft. Diese Freiraumdämpfung ist insbesondere abhängig von der Distanz und der Wellenlänge des Signals.
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Die atmosphärische Dämpfung beschreibt einen physikalischen Effekt, durch den Signale durch das Durchdringen von Luftschichten und/oder Wasserdampfschichten gedämpft werden. Insbesondere ist die atmosphärische Dämpfung von der Temperatur und der Luftfeuchte abhängig. Folglich hat auch das Wetter einen Einfluss auf die atmosphärische Dämpfung. Verglichen mit den Effekten der Freiraumausbreitung und der Eigenbewegung stellt die atmosphärische Dämpfung in der Regel eine untergeordnete Rolle dar.
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Je nach Eigenbewegung verändert sich das erfasste akustische Sondersignal, ohne dass sich dabei unbedingt der Abstand zu dem Sondersignalfahrzeug verändert. Die Effekte der Eigenbewegung auf das erfasste akustische Sondersignal können daher, insbesondere durch die Steuervorrichtung, herausgerechnet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorteilhafterweise ein Signalweg des akustischen Sondersignals zu dem Sondersignalfahrzeug basierend auf einem statischen Umfeld berechnet und basierend auf dem Signalweg die berechnete Mindestdistanz angepasst.
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Das statische Umfeld umfasst beispielsweise Häuserwände, Tunnel, Brücken und Ähnliches. Dieses Umfeld ist entweder durch eine externe Software, insbesondere ein Navigationssystem, bekannt oder wird in Echtzeit von dem Fahrzeug aufgenommen. Bei autonomen Fahrzeugen wird das statische Umfeld grundsätzlich erfasst, um allgemeine Aussagen über den Standort des Fahrzeugs treffen zu können. Das statische Umfeld wirkt vor allem als Schallhindernis. Das von dem Sondersignalfahrzeug ausgesandte Sondersignal muss auf dem Weg zur Vorrichtung folglich einen Weg um das Schallhindernis herum zurücklegen. Hierdurch kann die berechnete Mindestdistanz ohne Betrachtung von statischem Umfeld unterscheiden von der Mindestdistanz mit Betrachtung von statischem Umfeld. Außerdem kann das erfasste Sondersignal durch Schallreflexionen, beispielsweise von Häuserwänden, verfälscht werden. Solche Störeffekte können, insbesondere durch die Steuervorrichtung, herausgerechnet werden.
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Die Erfindung umfasst eine Mindestdistanzberechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Mindestdistanz zu einem Sondersignalfahrzeug, umfassend eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist, basierend auf einem erfassten akustischen Sondersignal des Sondersignalfahrzeugs die Mindestdistanz zu dem Sondersignalfahrzeug zu berechnen.
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Die Erfindung umfasst ein Fahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise automatisiert fahrendes Fahrzeug, eingerichtet zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens oder mit einer oben beschriebenen Mindestdistanzberechnungsvorrichtung.
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Die Erfindung kann beispielsweise auch als reine Komfortfunktionen verwendet werden, wenn die Mindestdistanz dem Fahrer akustisch oder visuell wiedergegeben wird, insbesondere angezeigt oder vorgesprochen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist vorteilhafterweise das Fahrzeug eine Erfassungsvorrichtung auf, die mindestens ein Mikrofon umfasst, zum Erfassen eines akustischen Sondersignals des Sondersignalfahrzeugs.
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Für eine möglichst störfreie Erfassung des Sondersignals, ist es vorteilhaft das Mikrofon der Erfassungsvorrichtung auf dem Dach des Fahrzeugs anzubringen. Jedoch sind gerade an dieser Stelle negative Einflüsse, wie der Fahrtwind, am stärksten. Es bietet sich also an, das Mikrofon an einer geschützteren Stelle des Fahrzeugs anzubringen. Um eine möglichst gute Richtungsabdeckung der Erfassungsvorrichtung zu erreichen, kann die Erfassungsvorrichtung mehrere Mikrofone umfassen.
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Vorzugsweise wird das Mikrofon außerhalb des Fahrzeuginnenraums angebracht. Der Fahrzeuginnenraum stellt aufgrund der modernen Dämpfungssysteme eine ungewünscht starke Dämpfung des Sondersignals dar.
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Für die Berechnung der Mindestdistanz zu dem Sondersignalfahrzeug ist lediglich der Empfang durch ein Mikrofon notwendig. Sollte die Erfassungsvorrichtung also mehrere Mikrofone aufweisen, berechnet die Steuervorrichtung die Mindestdistanz zu dem Sondersignalfahrzeug nur aus dem akustischen Sondersignal mit dem höchsten Schalldruck.
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Üblicherweise ist ein modernes Fahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise selbständig fahrendes Fahrzeug, bereits mit mehreren Mikrofonen außerhalb des Fahrzeuginnenraums ausgestattet, auf welche die Erfassungsvorrichtung zugreifen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorteilhafterweise das Fahrzeug eingerichtet, eine Fahrstrategie und/oder ein Fahrmanöver des Fahrzeugs basierend auf dem berechneten Mindestabstand anzupassen.
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Vorteilhaft reagiert das zumindest teilweise automatisiert fahrende Fahrzeug erst ab einer Mindestlautstärke eines akustischen Sondersignals auf dieses.
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Es wird ein Computerprogramm zum Durchführen eines beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen.
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Es wird ein computerlesbares Speichermedium aufweisend ein beschriebenes Computerprogramm.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 ein Fahrzeug mit einer Mindestdistanzberechnungsvorrichtung;
- 2 die Mindestdistanz zu mehreren unterschiedlich ausgestalteten Signalgebern von Sondersignalfahrzeugen; und
- 3 ein Diagramm zu einem Verfahren zum Berechnen einer Mindestdistanz zu einem Sondersignalfahrzeug.
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1 zeigt ein Sondersignalfahrzeug 40 mit einem Sondersignalgeber 42, der eingerichtet ist, ein akustisches Sondersignal 41 abzugeben. Weiterhin ist ein Fahrzeug 30, insbesondere ein zumindest teilweise automatisch fahrendes Fahrzeug, gezeigt, das sich beabstandet zu dem Sondersignalfahrzeug 40 befindet. Das Fahrzeug 30 umfasst eine Erfassungsvorrichtung 31, insbesondere ein Mikrofon, zum erfassen des Sondersignals 41. Weiter umfasst das Fahrzeug 30 eine Steuervorrichtung 20, die von der Erfassungsvorrichtung 31 mit dem Sondersignal 41 versorgt wird. Die Steuervorrichtung 20 ist eingerichtet, basierend auf dem Sondersignal 41 eine Mindestdistanz dM zu dem Sondersignalfahrzeug 40 zu berechnen.
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Unter anderem basiert die Berechnung der Steuervorrichtung 20 auf einem Schalldruckpegel SPL, des akustischen Sondersignals 41. Zusätzlich basiert die Berechnung der Steuervorrichtung 20 auf einer Freiraumausbreitung des akustischen Sondersignals 41 und/oder einer atmosphärischen Dämpfung und/oder einer Eigenbewegung.
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Zusätzlich wird die Steuervorrichtung 20 mit Daten zu einem statischen Umfeld 50 versorgt. Das statische Umfeld 50 umfasst in diesem Fall ein Gebäude, um das das Sondersignal 41 herum muss, bevor es das Fahrzeug 30 erreicht. Basierend darauf kann die Steuervorrichtung 20 einen Signalweg ds des Sondersignals 41 von dem Sondersignalfahrzeug 40 zu dem Fahrzeug 30 berechnen. Basierend auf dem Signalweg ds passt die Steuervorrichtung 20 die berechnete Mindestdistanz dM an.
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2 zeigt ein Diagramm des Schalldruckpegels SPL in A bewertetem Schalldruckpegel dBA über der Distanz d in Metern m. In dem Diagramm sind Simulationen V1p , V1e , V2p , V2e von Sondersignalen 41 je vier verschiedener Sondersignalgeber 42 von Sondersignalfahrzeugen 40 aufgetragen. Je zwei Sondersignalfahrzeugen 40 ist ein Sondersignalgeber 42 mit pneumatischem und ein elektrischen Signalhorn zugeordnet. Die Sondersignalgeber 42 unterscheiden sich in ihrer Bauweise.
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Bei diesen Simulationen wurde nicht nur Freiraum- und Atmosphärische Dämpfung, sondern auch die Bodendämpfung (aufgrund von Superposition der am Boden reflektierten Wellen) berücksichtigt. Die erste Simulation Vip steht dabei für einen Signalgeber 42 eines ersten Sondersignalfahrzeugs 40 mit einem ersten pneumatischen Signalhorn und die zweite Simulation Vip für einen Signalgeber des ersten Sondersignalfahrzeugs 40 mit einem ersten elektrischen Signalhorn. Dahingegen steht die dritte Simulation V2e für einen Signalgeber 42 eines zweiten Sondersignalfahrzeugs 40, das sich von dem ersten Sondersignalfahrzeug 40 unterscheidet, mit einem zweiten elektrischen Signalhorn, das sich von dem ersten elektrischen Signalhorn unterscheidet, und die vierte Simulation V2p für einen Signalgeber 42 des zweiten Sondersignalfahrzeugs 40 mit einem zweiten pneumatischen Signalhorn, das sich von dem ersten pneumatischen Signalhorn unterscheidet.
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Wie aus dem Diagramm zu erkennen ist weisen je nach Bauart der Signalgeber 42 die Sondersignale 41 in verschiedenen Abständen ds zu dem Fahrzeug 40 verschiedene Schalldruckpegel SPL auf. Eine exakte Simulation eines einzelnen gemessenen Signals ist zwar nicht möglich, insbesondere da sich die Signalgeber 42 in ihrer Bauweise teils stark unterscheiden, aber es lässt sich eine Mindestdistanz dM zum Sondersignalfahrzeug 40 angeben, die durch einen weiteren Graphen dargestellt ist
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Die dargestellte Funktion zwischen Schalldruckpegel SPL und Mindestdistanz dM wird basierend auf den von einer Erfassungsvorrichtung 10 erfassten Daten der durch Superposition und unter Berücksichtigung der Freiraumausbreitung und/oder der atmosphärischen Dämpfung und/oder der Eigenbewegung berechnet. Zusätzlich berechnet die Steuervorrichtung 20 basierend auf dem statischen Umfeld einen Signalweg ds des akustischen Sondersignals 41 und präzisiert basierend darauf die Mindestdistanz dM .
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Wie in 2 zu erkennen ist, liegt keine der Simulationen V1p , V1e , V2p , V2e signifikant unter dem Graphen der Mindestdistanz dM , weshalb in jedem Fall der Mindestwert der Distanz der Vorrichtung zu dem Sondersignalfahrzeug angezeigt wird.
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Die Distanzachse in 2 endet zwar bei 100 Metern, jedoch ist die Angabe der Mindestdistanz dM nicht in seiner Distanz beschränkt.
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3 zeigt ein Diagramm zu einem Verfahren zum Berechnen einer Mindestdistanz dM zu einem Sondersignalfahrzeug 40 wie sie vorzugsweise in einem zumindest teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeug 30 eingesetzt werden kann.
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In Schritt S1 wird eine Mindestdistanz dM zu dem Sondersignalfahrzeug 40 durch eine Steuervorrichtung 20 basierend auf einem erfassten akustischen Sondersignal 41 des Sondersignalfahrzeugs 40 berechnet.
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In einem zweiten Schritt S2 wird eine Fahrstrategie und/oder ein Fahrmanövers des Fahrzeugs 30 basierend auf dem berechneten Mindestabstand dM angepasst.
