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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von mittels eines Akustiksensors erfassten Audiodaten nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2017 103 374 A1 beschrieben, eine Kollisionsvermeidung mit Hilfe von akustischen Daten bekannt. Eine Steuerung für ein autonomes Fahrzeug empfängt Audiosignale von einem oder mehreren Mikrofonen. Die Audiosignale werden in ein Maschinenlernmodell eingegeben, das die Quelle der Audiomerkmale klassifiziert. Beispielsweise können Merkmale als von einem Fahrzeug verursacht klassifiziert werden. Eine Richtung zu einer Quelle der Audiomerkmale wird auf der Basis relativer Verzögerungen der Audiomerkmale in Signalen von mehreren Mikrofonen bestimmt. Wenn Audiomerkmale mit einem einen Schwellenwert überschreitenden Vertrauen als von einem Fahrzeug verursacht klassifiziert werden, wird die Kollisionsvermeidung mit Bezug auf die Richtung zur Quelle der Audiomerkmale durchgeführt. Die Richtung zur Quelle der Audiomerkmale kann mit Fahrzeugbildern und/oder Kartendaten korreliert werden, um eine Vertrauenswertung, dass die Quelle der Audiomerkmale ein geparktes Fahrzeug mit laufender Kraftmaschine ist, zu erhöhen. Die Kollisionsvermeidung kann dann mit potenziellen Pfaden des geparkten Fahrzeugs durchgeführt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Übertragung von mittels eines Akustiksensors erfassten Audiodaten anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Übertragung von mittels eines Akustiksensors erfassten Audiodaten mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Übertragung von mittels eines Akustiksensors, insbesondere mindestens eines Akustiksensors, eines Fahrzeugs erfassten Audiodaten an eine zentrale Verarbeitungseinheit ist der Akustiksensor über eine Datenleitung direkt mit der zentralen Verarbeitungseinheit des Fahrzeugs verbunden. Der Akustiksensor oder der jeweilige Akustiksensor ist beispielweise an einer Außenseite des Fahrzeugs oder im Fahrzeug, beispielsweise in einem Innenraum des Fahrzeugs, zum Beispiel in einem Fahrgastinnenraum und/oder Kofferraum des Fahrzeugs, angeordnet.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird auf eine Audiodatenverarbeitung in einem Vorverarbeitungsmodul verzichtet. Dies ist insbesondere deshalb nicht erforderlich, da die Datenübertragung der Audiodaten nicht über einen CAN-Bus des Fahrzeugs realisiert wird, sondern über eine direkte Anbindung des Akustiksensors, insbesondere eines Mikrofonelements des Akustiksensors, über die Datenleitung an die zentrale Verarbeitungseinheit, welche beispielsweise als eine zentrale Recheneinheit und/oder als ein zentrales Verarbeitungsmodul, insbesondere als ein zentrales Steuergerät des Fahrzeugs, ausgebildet ist.
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Als Datenleitung wird insbesondere ein physical Layer einer Busleitung verwendet, d. h. eine physische Schicht oder Bitübertragungsschicht. Es wird dabei nur dieser physical Layer der Busleitung genutzt, nicht das Busprotokoll. Beispielsweise wird als Datenleitung ein physical Layer einer CAN-Busleitung verwendet, d. h. eine physische Schicht oder Bitübertragungsschicht der CAN-Busleitung. Es wird dabei nur dieser physical Layer der CAN-Busleitung genutzt, nicht das CAN-Protokoll. Alternativ zu CAN kann als Datenleitung auch ein physical Layer einer anderen Busleitung verwendet werden, beispielsweise Flexray, RS-485 oder andere Busleitungen.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine kosteneffiziente Übertragung von Audiodaten zur zentralen Verarbeitungseinheit. Dabei werden die Audiodaten digital übertragen. Vorteilhafterweise wird hierfür ein herkömmlicher, d. h. ein heute bereits verfügbarer, CAN-Transceiver, d. h. Sendeempfänger, eingesetzt. Vorteilhafterweise umfasst der Akustiksensor ein Mikrofonelement und insbesondere einen solchen CAN-Transceiver. Die Lösung wäre, wie oben bereits erwähnt, jedoch auch mit anderen Transceivern, zum Beispiel Flexray oder RS-485, umsetzbar.
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Im Stand der Technik werden Audiodaten, insbesondere Mikrofondaten, d. h. mittels eines Mikrofons erfasste Audiodaten, häufig analog übertragen (single-ended, differentiell). Durch einen hohen Dynamikbereich (90 dB) sind übertragene Signale sehr klein (wenige µV) und entsprechend störanfällig, zum Beispiel bei EMV-Einfluss. Oft sind Schirmungen von Leitungen und eine separate Leitungsführung notwendig. Aus dem Stand der Technik bekannte digitale Schnittstellen im Fahrzeugbereich sind insbesondere für Infotainmentsysteme ausgelegt und unterstützen sehr viele Mikrofone/Lautsprecher. Deren Halbleiter sind entsprechend aufwendig und teuer. Für einzelne Mikrofone oder Akustiksensoren sind diese aus dem Stand der Technik bekannten digitalen Lösungen überdimensioniert. Zudem sind teilweise spezielle Hochfrequenzstecker notwendig.
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Diese Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen werden mittels der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Lösung vermieden.
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Vorteilhafterweise wird für den Akustiksensor ein Mikrofonelement verwendet, welches eine PDM-Schnittstelle (Pulse-Density Modulation) aufweist. Diese ist ähnlich einer 1 bit PWM, welche einem Sigma-Delta-Wandler-Ausgangssignal entspricht. Dieses Signal ist jedoch nicht dazu geeignet, vom Akustiksensor zur zentralen Verarbeitungseinheit über mehrere Meter im Fahrzeug übertragen zu werden. Dies wird durch den Einsatz des für Fahrzeuganwendungen geeigneten Transceivers, beispielsweise CAN-Transceivers, ermöglicht. Hierfür weist der Akustiksensor einen solchen Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, auf und zweckmäßigerweise weist auch die zentrale Verarbeitungseinheit einen solchen Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, auf. Wie oben bereits erwähnt, wird für die Übertragung der Audiodaten vom Akustiksensor zur zentralen Verarbeitungseinheit jedoch nur der physical Layer verwendet, nicht das Busprotokoll selbst, also beispielsweise nicht das CAN-Protokoll selbst. Auch eine Synchronisierung/Taktgenerierung wird über die Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, getriggert.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht insbesondere eine robuste und störungsfeste Übertragung von mittels mindestens eines Akustiksensors, insbesondere mittels mindestens eines Mikrofonelementes, erfassten Audiodaten. Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung insbesondere eine kostengünstige Umsetzung, da im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen Analogkomponenten im Akustiksensor, insbesondere im Mikrofonelement, und im Steuergerät entfallen. Zudem kann mittels der erfindungsgemäßen Lösung ein im Fahrzeugbereich bewährter physical Layer als Datenleitung verwendet werden. Es kann zudem eine Synchronität zwischen mehreren Akustiksensoren, insbesondere Mikrofonelementen, hergestellt werden, da die Triggerung aus der zentralen Verarbeitungseinheit erfolgt. Dies ist besonders vorteilhaft, da das Fahrzeug, insbesondere die Vorrichtung, somit mehrere Akustiksensoren aufweisen kann, um eine äußere Umgebung des Fahrzeugs akustisch zu erfassen und dadurch beispielsweise Akustiksignale von Einsatzfahrzeugen nicht nur erfassen, sondern auch lokalisieren zu können, d. h. erfassen zu können, aus welcher Richtung sie kommen und wie sich das Einsatzfahrzeug relativ zum eigenen Fahrzeug bewegt, um dadurch die Relevanz der erfassten Akustiksignale bewerten zu können. Dies ist insbesondere für Fahrzeuge in einem teilautomatisierten oder hochautomatisierten und besonders in einem autonomen Fahrbetrieb von großer Bedeutung.
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Eine Datenauswertung der Audiodaten in der zentralen Verarbeitungseinheit, insbesondere im Steuergerät, des Fahrzeugs kann bei der erfindungsgemäßen Lösung mittels einer vorhandenen Mikrocontroller-Hardware, zum Beispiel mittels einer I2S-Schnittstelle (I2S-Interface), erfolgen, so dass auch hier nur ein minimaler Hardware-Aufwand erforderlich ist.
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Vorteilhafterweise umfasst die oben bereits erwähnte PDM-Schnittstelle des Mikrofonelements eine Clock-Signal-Schnittstelle, d. h. eine Schnittstelle zum Empfang eines Taktsignals, und eine Data-Signal-Schnittstelle, d. h. eine Schnittstelle zum Senden der erfassten Audiodaten. Der Akustiksensor umfasst vorteilhafterweise ein Monoflop, d. h. eine monostabile Kippstufe, zur Erzeugung des Taktsignals für das Mikrofonelement, insbesondere auf Basis eines über CAN übertragenen Synchronisationsimpulses der zentralen Verarbeitungseinheit. Alternativ zum Monoflop sind auch andere Lösungen, insbesondere zur Erzeugung des Taktsignals für das Mikrofonelement, möglich. Beispielsweise kann hierfür auch ein Mikrocontroller oder eine andere Einheit zur Erzeugung des Taktsignals für das Mikrofonelement verwendet werden. Derartige Mikrocontroller können klein genug ausgebildet werden und daher auch in einen kleinen Akustiksensor integriert werden. Der Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, ist vorteilhafterweise mit der Data-Signal-Schnittstelle und mit dem Monoflop gekoppelt, welches mit der Clock-Signal-Schnittstelle gekoppelt ist. Der Akustiksensor ist vorteilhafterweise über seinen Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, mit der Datenleitung gekoppelt. Wie bereits erwähnt, weist zweckmäßigerweise auch die zentrale Verarbeitungseinheit einen solchen Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, auf, über welchen sie mit der Datenleitung und darüber mit dem Akustiksensor, insbesondere mit dessen Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, gekoppelt ist. Vorteilhafterweise ist die zentrale Verarbeitungseinheit auf diese Weise mit mehreren Akustiksensoren des Fahrzeugs gekoppelt, um deren erfasste Audiodaten empfangen und auswerten zu können.
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Bei dieser hier beschriebenen Lösung wird somit vorteilhafterweise ein herkömmlicher Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, insbesondere für den Akustiksensor, verwendet, um eine Kommunikation zwischen dem Akustiksensor und der entfernt dazu im Fahrzeug angeordneten, insbesondere als Steuergerät ausgebildeten, zentralen Verarbeitungseinheit herzustellen. Der Akustiksensor umfasst vorteilhafterweise das als PDM-Mikrofon ausgebildete Mikrofonelement, den Transceiver, beispielsweise CAN-Transceiver, und das Monoflop oder den Mikrocontroller oder die andere Einheit zur Erzeugung des Taktsignals für das Mikrofonelement. Das Monoflop oder der Mikrocontroller oder die andere Einheit dient zur Erzeugung eines Taktsignals für das Mikrofonelement auf Basis des über die Busleitung, beispielsweise über CAN, übertragenen Synchronisationsimpulses der zentralen Verarbeitungseinheit. Die Audiodaten des Akustiksensors, insbesondere von dessen Mikrofonelement, werden direkt nach dem Synchronisationsimpuls über denselben Kanal, beispielsweise CAN-Kanal, an die zentrale Verarbeitungseinheit übertragen. Die zentrale Verarbeitungseinheit kann die Audiodaten über eine Standard-l2S-Schnittstelle auswerten.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch ein Fahrzeug mit mehreren Akustiksensoren an seiner Außenseite und einer zentralen Verarbeitungseinheit,
- 2 schematisch eine Vorrichtung zur Übertragung von mittels eines Akustiksensors an einer Außenseite eines Fahrzeugs erfassten Audiodaten an eine zentrale Verarbeitungseinheit,
- 3 schematisch ein Signal auf einer Datenleitung zwischen einem Akustiksensor und einer Verarbeitungseinheit,
- 4 schematisch ein Ausschnitt des Signals aus 3, und
- 5 schematisch ein Clock-Signal eines Mikroprozessors einer Verarbeitungseinheit, ein mittels einer Pulse-Shaping-Einheit der Verarbeitungseinheit geformtes Clock-Signal und ein Signal auf einer Datenleitung mit Synchronisationspulsen und Audiodatensignal.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1, welches beispielsweise als ein autonomes Fahrzeug 1 ausgebildet ist, d. h. zur Durchführung eines autonomen Fahrbetriebs fähig ist. Zur Erkennung von Einsatzfahrzeugen benötigen insbesondere solche autonomen Fahrzeuge 1 neben optischer Sensorik, beispielsweise mittels Kamera und/oder Lidar, auch die Möglichkeit, akustische Signale wahrzunehmen. So reicht es beispielsweise zur Erkennung von Einsatzfahrzeugen und einer erforderlichen Reaktion auf diese nicht aus, lediglich deren Lichtsignal zu erfassen, da ein Einsatzfahrzeug nur dann gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern Sonderrechte einfordert, wenn es dies mit einem entsprechenden Akustiksignal, insbesondere mit einem Martinshorn, signalisiert. So ist es beispielsweise, wenn das Einsatzfahrzeug nur das Lichtsignal aktiviert hat, anderen Verkehrsteilnehmern nicht erlaubt, Verkehrsregeln zu verletzen, um dem Einsatzfahrzeug Vorrang zu gewähren.
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Um derartige akustischen Signale zu erfassen, weist das Fahrzeug 1 im dargestellten Beispiel mehrere Akustiksensoren 2 und eine, insbesondere zentrale, Verarbeitungseinheit 3 auf. Die Akustiksensoren 2 sind im hier dargestellten Beispiel an einer Außenseite des Fahrzeugs 1, insbesondere an aerodynamisch günstigen Stellen des Fahrzeugs 1, positioniert. Um Einsatzfahrzeuge aus allen Richtungen zu erkennen, ist es vorteilhaft, wie in 1 gezeigt, zwei Akustiksensoren 2 in einem Frontbereich des Fahrzeugs 1 anzuordnen, insbesondere an einem vorderen Stoßfänger, beispielsweise in so genannten Neblertaschen, und zwei Akustiksensoren 2 in einem Heckbereich des Fahrzeugs 1 anzuordnen, insbesondere an einem hinteren Stoßfänger. Dabei sind die beiden vorderen Akustiksensoren 2 jeweils einer Fahrzeugseite zugeordnet und die beiden hinteren Akustiksensoren 2 sind ebenfalls jeweils einer Fahrzeugseite zugeordnet. Dadurch wird eine Erfassungsabdeckung für Akustiksignale zumindest nach vorn und nach hinten sowie beidseits schräg nach vorn bzw. schräg nach hinten erreicht. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch vorgesehen sein, dass einer oder mehrere oder alle Akustiksensoren 2 im Inneren des Fahrzeugs 1 angeordnet sind, insbesondere in einem Innenraum, beispielsweise in einem Fahrgastraum und/oder Kofferraum, des Fahrzeugs 1. Die beschriebene vorteilhafte Anordnung der Akustiksensoren 2 vorn bzw. hinten sowie an beiden Seiten kann dabei ebenfalls verwendet werden.
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Die Akustiksensoren 2 sind vorteilhafterweise sehr einfach aufgebaut und ähneln in Design und Verbau im Fahrzeug 1 beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallsensoren. Insbesondere um eine gute Integration in das Fahrzeug 1 zu ermöglichen, dürfen die Akustiksensoren 2 nicht viel größer sein als solche Ultraschallsensoren, da ein jeweiliger Einbauort, insbesondere im vorderen Stoßfänger, sehr beengt ist. Daher weisen sie vorteilhafterweise auch keine aufwendige Elektronik auf. Würde ein großer Akustiksensor 2 verwendet, so müsste er sich einer jeweiligen Fahrzeugkontur anpassen. Für verschiedene Fahrzeugmodelle eines Herstellers wären daher verschiedene Varianten notwendig. Dies würde jedoch erhebliche zusätzliche Kosten verursachen.
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Mittels der im Folgenden beschriebenen Lösung werden diese Anforderungen an die Akustiksensoren 2 erfüllt, wie im Folgenden noch detailliert beschrieben wird.
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Eine Datenverarbeitung von mittels der Akustiksensoren 2 erfassten Audiodaten erfolgt in der, insbesondere zentralen, Verarbeitungseinheit 3, welche beispielsweise als ein Steuergerät des Fahrzeugs 1 ausgebildet ist. Diese Verarbeitungseinheit 3 liest die Audiodaten von allen Akustiksensoren 2 des Fahrzeugs 1 ein und entscheidet, basierend auf diesen Audiodaten, ob ein Akustiksignal, insbesondere Martinshorn, eines Einsatzfahrzeugs gehört wurde, aus welcher Richtung es kommt, ob es sich annähert oder entfernt usw.
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Hierfür benötigt die Verarbeitungseinheit 3 die Daten der Akustiksensoren 2 in einer zeitlich synchronisierten Form, um eine zeitliche Korrelation der Audiodaten der einzelnen Akustiksensoren 2 zueinander bewerten zu können. Es ist insbesondere nicht gewünscht, dass die Akustiksensoren 2 selbsttätig einen Takt genieren und zueinander unsynchronisiert arbeiten.
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Für diesen Anwendungsfall wird pro Akustiksensor 2 eine Abtastrate von beispielsweise ca. 10kHz mit jeweils 20 Bit Wortbreite benötigt. D. h. ein Akustiksensor 2 generiert ca. 200 kBit/s an Audiodaten.
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Als Übertragungswege der Audiodaten der Akustiksensoren 2 zur Verarbeitungseinheit 3 kommen beispielsweise eine analoge Übertragung, eine Übertragung über Audiobusse oder eine Übertragung über CAN in Betracht.
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Eine analoge Übertragung der Audiodaten ist prinzipiell möglich, jedoch aufgrund einer hohen erforderlichen Dynamik von ca. 90 dB technisch kaum sinnvoll darstellbar. Die Gefahr, dass leise Audiosignale durch eine EMV-Einstrahlung verloren gehen, ist hoch. Zusätzlich müsste in der Verarbeitungseinheit 3 und in den Akustiksensoren 2 eine relativ aufwendige, empfindliche und teure Analogelektronik eingesetzt werden. Des Weiteren wären für den Übertragungsweg im Fahrzeug 1 geschirmte Leitungen erforderlich. Die analoge Übertragung ist daher riskant bezüglich der Signalqualität und erfordert einen großen Aufwand an Analogtechnik, insbesondere in der Verarbeitungseinheit 3.
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Für die Übertragung mittels Audiobussen könnten beispielsweise bereits vorhandene Audiobusse für Infotainment verwendet werden. Diese sind jedoch für eine enge Vernetzung mehrerer Mikrofone und/oder Lautsprecher und/oder Audioquellen ausgelegt. Beispielsweise hat A2B-Bus eine Übertragungsbandbreite von 50 Mbit/s. Er wäre daher 250 Mal schneller als benötigt. Entsprechend teuer sind die derzeit verfügbaren Audiolösungen. Zusätzlich werden für die hohen Frequenzen spezielle Stecker benötigt. Die Topologie der Akustiksensoren 2 im Fahrzeug 1, d. h. an jedem Eckbereich des Fahrzeugs 1 ein Akustiksensor 2, erlaubt zudem keine sinnvolle sequentielle Verschaltung der Akustiksensoren 2, wie sie beispielsweise bei A2B-Bussen prinzipiell möglich wäre. Andere digitale Bussysteme, beispielsweise Most und D2B, sind ähnlich zu bewerten. Daher wäre die Übertragung mittels Audiobussen zwar technisch prinzipiell möglich, ist jedoch für die hier vorgesehene Anwendung überdimensioniert. Insbesondere wäre diese Lösung zu teuer und erfordert große Bauteile im Akustiksensor 2 sowie mehrere Masterknoten in der Verarbeitungseinheit 3. Zudem ist eine erforderliche Sicherheit nicht realisierbar, da zu viele Fehlermöglichkeiten vorhanden sind.
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Für die Übertragung über CAN mittels eines normalen CAN-Busses des Fahrzeugs 1 wären auf beiden Seiten, d. h. sowohl im jeweiligen Akustiksensor 2 als auch in der Verarbeitungseinheit 3, jeweils ein Mikrocontroller notwendig. Dadurch wird aus dem extrem einfachen Akustiksensor 2 praktisch ein kleines Steuergerät mit Mikrocontroller, Quarz, Spannungsregler, Mikrofon und CAN-Transceiver 10. Dies wäre teuer und würde die Baugröße des Akustiksensors 2 deutlich vergrößern. Für diese Lösung wären somit ein Mikrocontroller im Akustiksensor 2 und eine große Leiterplattenfläche im Akustiksensor 2 erforderlich. Zudem wären die Akustiksensoren 2 nicht hinreichend gut zueinander synchronisierbar, da jeder Akustiksensor 2 einen eigenen Takt hat. Zudem wäre für jeden Akustiksensor 2 ein eigener CAN-Bus notwendig, insbesondere wegen einer erforderlichen Bandbreite und da das CAN-Protokoll nicht gut für Audiodaten geeignet ist. Es wären somit in der Verarbeitungseinheit 3 für vier Akustiksensoren 2 vier CAN-Controller notwendig.
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Diese beschriebenen Übertragungsmöglichkeiten kommen somit für die Verbindung der Akustiksensoren 2 mit der Verarbeitungseinheit 3 zur Übertragung der von den Akustiksensoren 2 erfassten Audiodaten an die Verarbeitungseinheit 3 aufgrund der genannten Nachteile nicht in Betracht.
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Im Folgenden wird daher eine Lösung beschrieben, welche die oben genannten Anforderungen erfüllt und die Nachteile der bisher erläuterten Übertragungsmöglichkeiten vermeidet.
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Hierfür ist eine in 2 gezeigte Vorrichtung 4 zur Übertragung der mittels mindestens eines Akustiksensors 2, im hier dargestellten Fall der mittels der mehreren Akustiksensoren 2, des Fahrzeugs 1 erfassten Audiodaten an die zentrale Verarbeitungseinheit 3 vorgesehen. Im hier dargestellten Beispiel sind die Akustiksensoren 2, wie bereits beschrieben, an der Außenseite des Fahrzeugs 1 angeordnet. Der jeweilige Akustiksensor 2 ist über eine Datenleitung 5 direkt mit der zentralen Verarbeitungseinheit 3 des Fahrzeugs 1 verbunden. Die Datenleitung 5 ist dabei vorteilhafterweise ein physical Layer einer Busleitung, im hier beschriebenen Beispiel einer CAN-Busleitung. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Datenleitung 5 beispielsweise auch ein physical Layer einer anderen Busleitung sein, beispielsweise Flexray oder RS-485.
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Der jeweilige Akustiksensor 2 umfasst hierfür vorteilhafterweise ein als ein PDM-Mikrofon ausgebildetes Mikrofonelement 6. Dieses Mikrofonelement 6 weist eine PDM-Schnittstelle 7 auf. Mittels dieser Lösung wird somit vorteilhafterweise ein PDM-Signal über den physical Layer der in diesem Beispiel verwendeten CAN-Busleitung übertragen.
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Diese Mikrofonelemente 6 sind sehr klein und werden sowohl mit analogem Ausgang als auch mit digitalem Ausgang angeboten. Der einfachste digitale Ausgang ist PDM (Pulse Density Modulation).
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Derartige Mikrofonelemente 6 werden beispielsweise in Mobiltelefonen eingesetzt. Die PDM-Schnittstelle 7 umfasst eine Clock-Signal-Schnittstelle 8 und eine Data-Signal-Schnittstelle 9. Diese PDM-Schnittstelle 7 mit Clock-Signal CS und Data-Signal ist eigentlich dafür vorgesehen, um an einen Prozessor auf derselben Platine eingelesen zu werden. Eine Übertragung der Signale über längere Strecken (>30cm) ist nicht möglich, da sie zu störanfällig sind und eine zu große Abstrahlung aufgrund der Art der Signale erfolgt. Auch erfüllen diese Signale keine Fahrzeuganforderungen bezüglich Kurzschlussfestigkeit, ESD-Festigkeit usw.
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Um diese Signale auf eine fahrzeugtaugliche Form zu bringen, werden bei der hier beschriebenen Lösung kotengünstige und für den Fahrzeugbereich freigegebene CAN-Transceiver 10 verwendet. Der jeweilige Akustiksensor 2 weist somit das Mikrofonelement 6 und den CAN-Transceiver 10 auf. Der CAN-Transceiver 10 wird dabei lediglich dazu verwendet, die elektrischen Eigenschaften des Signals des Mikrofonelements 6 so aufzubereiten, dass sie geeignet sind, um über mehrere Meter im Fahrzeug 1 übertragen zu werden. Dabei wird kein CAN-Bus mit einem CAN-Protokoll realisiert. Daher ist auch kein Mikrocontroller und kein CAN-Controller in jeweiligen Akustiksensor 2 erforderlich.
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Im jeweiligen Akustiksensor 2 wird lediglich ein Monoflop 11 benötigt, das die Taktrückgewinnung für den Akustiksensor 2 realisiert. Diese Bauteile sind kompakt und günstig. Alternativ zum Monoflop 11 kann auch eine andere Einheit, beispielsweise ein Mikrocontroller, für diese Aufgabe verwendet werden.
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Der jeweilige Akustiksensor 2 umfasst somit das Mikrofonelement 6 und den CAN-Transceiver 10. Das Mikrofonelement 6 weist die PDM-Schnittstelle 7 auf, umfassend die Clock-Signal-Schnittstelle 8 und die Data-Signal-Schnittstelle 9. Der Akustiksensor 2 umfasst des Weiteren das Monoflop 11. Der CAN-Transceiver 10 ist mit der Data-Signal-Schnittstelle 9 des Mikrofonelementes 6 und mit dem Monoflop 11 gekoppelt, welches mit der Clock-Signal-Schnittstelle 8 des Mikrofonelementes 6 gekoppelt ist. Der Akustiksensor 2 ist über seinen CAN-Transceiver 10 mit der Datenleitung 5, d. h. mit dem physical Layer der CAN-Busleitung, gekoppelt.
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Die Verarbeitungseinheit 3 weist ebenfalls einen CAN-Transceiver 10 auf, über welchen sie mit der Datenleitung 5, d. h. mit dem physical Layer der CAN-Busleitung, gekoppelt ist. Des Weiteren weist die Verarbeitungseinheit 3 einen Mikroprozessor 12 auf, auch als Mikrocontroller bezeichnet, der ebenfalls eine PDM-Schnittstelle 7 mit einer Clock-Signal-Schnittstelle 8 und einer Data-Signal-Schnittstelle 9 umfasst. Zudem weist die Verarbeitungseinheit 3 eine Pulse-Shaping-Einheit 13 auf. Der CAN-Transceiver 10 ist mit der Data-Signal-Schnittstelle 9 des Mikroprozessors 12 und mit der Pulse-Shaping-Einheit 13 gekoppelt, welche mit der Clock-Signal-Schnittstelle 8 des Mikroprozessors 12 gekoppelt ist. Die Verarbeitungseinheit 3 ist, wie bereits erwähnt, über ihren CAN-Transceiver 10 mit der Datenleitung 5, d. h. mit dem physical Layer der CAN-Busleitung, gekoppelt.
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Dieser Datenkanal, d. h. die Datenleitung 5, insbesondere ausgebildet als physical Layer der CAN-Busleitung, wird bidirektional genutzt. Das Clock-Signal CS, d. h. das Taktsignal, wird von der Verarbeitungseinheit 3 zu den Akustiksensoren 2 transportiert und die Audiodaten der Akustiksensoren 2 werden zur Verarbeitungseinheit 3 transportiert. Nach einem Übertragungszyklus wird eine vorgegebene Zeit eine Pause P auf dem CAN, d. h. auf der Datenleitung 5, eingehalten, um die Erkennung des folgenden Taktzyklus zu ermöglichen. Dies ist in den 3 und 4 gezeigt. 3 zeigt das Gesamtsignal S auf der Datenleitung 5. Dieses Gesamtsignal S umfasst, wie in 4 vergrößert gezeigt, das Clock-Signal CS zur Synchronisation und, wenn vorhanden, ein Audiodatensignal AS eines jeweiligen Akustiksensors 2.
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Die Taktgenerierung erfolgt über einen Timer, der im Mikroprozessor 12 der Verarbeitungseinheit 3 integriert ist. Dabei können alle Akustiksensoren 2 über einen Timer, d. h. über denselben Timer, gespeist werden.
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5 zeigt oben das Clock-Signal CS des Timers, in der Mitte ein mittels der Pulse-Shaping-Einheit 13 der Verarbeitungseinheit 3 geformtes Clock-Signal GCS und unten das Gesamtsignal S auf der Datenleitung 5 mit Synchronisationspulsen und dem Audiodatensignal AS eines oder mehrerer Akustiksensoren 2.
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Durch den zentralen Takt aus der Verarbeitungseinheit 3 kann sichergestellt werden, dass alle Akustiksensoren 2 absolut synchron zueinander sind. Daher können die Abtastwerte, d. h. die empfangenen Audiodaten der Akustiksensoren 2, in der Verarbeitungseinheit 3, insbesondere in einer Software der Verarbeitungseinheit 3, zueinander korreliert werden, zum Beispiel für eine Richtungsschätzung eines empfangenen Akustiksignals, insbesondere eines Martinshorns, eines Einsatzfahrzeugs.
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Auf der Verarbeitungseinheitseite können die ankommenden Signale, d. h. die Audiodaten der Akustiksensoren 2, im Mikroprozessor 12 durch dieselben Hardware-Interfaces dekodiert werden, die normalerweise zur direkten Mikrofonanbindung genutzt werden (üblicherweise PDM über I2S oder SPI).
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Da der CAN-Transceiver 10 in der hier beschriebenen Lösung nur dazu verwendet wird, einen robusten physical layer für die Signalübertragung zu erzeugen, lässt sich das Prinzip, wie oben bereits erwähnt, auch mit anderen Transceivern, zum Beispiel Flexray oder RS-485, realisieren.
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Die beschriebene Lösung ist kostengünstig und mit einer kompakten Elektronik realisierbar. Zudem ist keine unnötig hohe Bandbreite bei der Übertragung der Signale notwendig. Die Synchronisierung der Akustiksensoren 2 ist über den zentralen Takt in der Verarbeitungseinheit 3 sichergestellt. Die beschriebene Lösung arbeitet zudem mit digitalen, robusten und fahrzeugbewährten Signalen auf der elektrischen Ebene (physical layer). Des Weiteren ist kein overhead durch einen Mikrocontroller oder CAN-Controller im Akustiksensor 2 vorhanden, da der Akustiksensor 2 diese nicht aufweist. Die Datenverarbeitung in der Verarbeitungseinheit 3 kann durch in deren Mikroprozessor 12 vorhandene Hardware-Interfaces erfolgen, wodurch eine Software-Auswertung und eine dadurch verursachte hohe Prozessorlast vermieden wird. Durch die Einfachheit der Elektronik sind viele Fehlerfälle prinzipiell ausgeschlossen, zum Beispiel, dass fehlerhaft Audiosequenzen wiederholt wiedergegeben werden. Dadurch ist die beschriebene Lösung auch für Anwendungen mit Sicherheitsanforderungen verwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Akustiksensor
- 3
- Verarbeitungseinheit
- 4
- Vorrichtung
- 5
- Datenleitung
- 6
- Mikrofonelement
- 7
- PDM-Schnittstelle
- 8
- Clock-Signal-Schnittstelle
- 9
- Data-Signal-Schnittstelle
- 10
- CAN-Transceiver
- 11
- Monoflop
- 12
- Mikroprozessor
- 13
- Pulse-Shaping-Einheit
- AS
- Audiodatensignal
- CS
- Clock-Signal
- GCS
- geformtes Clock-Signal
- P
- Pause
- S
- Gesamtsignal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017103374 A1 [0002]
