DE102019200126A1

DE102019200126A1 - Radar-Monitoring von Fahrbahn- und Straßenverhältnissen

Info

Publication number: DE102019200126A1
Application number: DE102019200126.2A
Authority: DE
Inventors: Miroslav Knezevic; Felix Erfurth
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-07-09

Abstract

Vorrichtung (400-1), die einen Prozessor (103, 410) umfasst, der dazu ausgelegt ist, basierend auf Radarechosignalen einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn zu erfassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und ein Radarsystem zum Überwachen von Fahrbahn- und Straßenverhältnisse.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Zur Verbesserung der Verkehrssicherheit ist es wichtig, den Straßenzustand frühzeitig und ortspräzise zu erkennen und sehr schnell vor einer Verschlechterung des Straßenzustandes (insbesondere bei sogenanntem „Blitzeis“ oder Öl auf der Fahrbahn) zu warnen und die Fahrweise rechtzeitig manuell oder automatisch an die vorherrschenden Umwelteinflüsse/Straßenbedingungen anzupassen. Indem Fahrzeuge ihre Fahrweise an den Straßenzustand anpassen können Unfälle vermieden werden.
Bisher werden kamerabasierte Systeme zur Identifizierung des Straßenzustands wie trocken, nass, schneebedeckt, eisig und ähnliches eingesetzt. Die verfügbaren kamerabasierten Systeme benötigen Tageslicht oder eine zusätzliche Lichtquelle, daher können diese Systeme bei schlechten Sichtverhältnissen (Nebel, Regen, usw.) Defizite bei der Erkennung des Straßenzustands aufweisen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Bestimmung des Straßenzustandes bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1, 9 und 10 und die Verfahren nach den Ansprüchen 11, 12, 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Die Ausführungsbeispiele zeigen eine Vorrichtung, die einen Prozessor umfasst, der dazu ausgelegt ist, basierend auf Radarechosignalen einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn zu erfassen. Die Vorrichtung ermöglicht beispielsweise ein Radar-Monitoring von Fahrbahn- und Straßenverhältnissen. Die Vorrichtung ist vorzugsweise stationär. Beispielsweise kann die stationäre Vorrichtung in eine Straßeninfrastruktur, z.B. in eine Road-Side-Unit (RSU), eine Ampel oder dergleichen integriert sein.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner ein Radarsystem, das dazu ausgelegt ist, die Radarechosignale basierend auf einer polarimetrischen Radartechnologie zu erzeugen. Ein polarimetrisches Radar kann in der Lage sein, Wellen unterschiedlicher Polarisierung zu senden und zu empfangen. Aus der Polarisierung der empfangenen Wellen bzw. der Polarisationsänderung können weitere Informationen über den Oberflächenzustand einer Fahrbahn gewonnen werden, die zum Beispiel die Unterscheidung zwischen nass, trocken, Aquaplaning, Eis, Schnee, Laub, usw. ermöglichen. Die Radarechosignale können auf einer polarimetrischen Synthetic Aperture Radar (SAR) basieren. Die von einem Synthetic Aperture Radar (SAR) erzeugten Bilder sind aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit fotografischen Bildern relativ einfach zu interpretieren. Unter bestimmten Bedingungen kann der SAR unabhängige von der Schrägentfernung und der Wellenlänge Ortsauflösungen bis in den Meter- und Dezimeterbereich erzielen.
Vorzugsweise ist der Prozessor dazu ausgelegt, den Oberflächenzustand der Fahrbahn basierend auf differentiellem Reflexionsvermögen, einem Korrelationskoeffizienten, linearer Depolarisationsgrad und spezifischer Differenzphase zwischen den polarimetrischen Radarechosignale zu erfassen.
Die Radarechosignale umfassen vorzugsweise ein horizontales Radarechosignal und ein vertikales Radarechosignal.
Vorzugsweise ist der Prozessor ferner dazu ausgelegt, den Oberflächenzustand der Fahrbahn an eine Zentrale zu übertragen.
Vorzugsweise ist der Prozessor ferner dazu ausgelegt, den Oberflächenzustand der Fahrbahn an eine weitere stationäre Vorrichtung zu übertragen.
Vorzugsweise ist der Prozessor ferner dazu ausgelegt, den Oberflächenzustand der Fahrbahn über ein Vehicle-to-Infrastructure (V21)-Kommunikation an ein Fahrzeug zu übertragen.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren ferner auch eine Vorrichtung, die einen Prozessor umfasst, der dazu ausgelegt ist, Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn zu empfangen und an andere stationäre Systeme oder ein Fahrzeug zu verteilen, wobei die Informationen über den Oberflächenzustand von einem stationären System mittels Radarechosignalen gewonnenen wurden.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren ferner auch eine Vorrichtung für ein Fahrzeug, die eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn von einer Zentrale, von einem stationären System, oder von einem anderen Fahrzeug zu empfangen.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren ferner auch ein Verfahren, bei dem, basierend auf Radarechosignalen, ein Oberflächenzustand einer Fahrbahn erfasst wird.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren ferner auch ein Verfahren, bei dem, Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn empfangen werden und an andere stationäre Systeme oder ein Fahrzeug verteilt werden, wobei die Informationen über den Oberflächenzustand von einem stationären System mittels Radarechosignalen gewonnenen wurden.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren ferner auch ein Verfahren, bei dem Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn von einer Zentrale, von einem stationären System, oder von einem anderen Fahrzeug empfangen werden.
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 ein Blockdiagramm zeigt, das eine beispielhafte Konfiguration eines Radarsystems darstellt;
2 ein Blockdiagramm zeigt, das eine beispielhafte Konfiguration einer Antennenanordnung einer polarimetrischen Radareinheit darstellt;
3 ein Blockdiagramm zeigt, das eine beispielhafte Konfiguration der Radarsteuerungseinheit des Radarsystems darstellt;
4 ein Blockdiagramm zeigt, das schematisch die Konfiguration eines stationären Systems mit einer Zentralsteuerungseinheit für Straßenzustandserkennung darstellt;
5 ein Blockdiagramm zeigt, das schematisch die Konfiguration eines Servers für Straßenzustandserkennung darstellt;
6 ein Blockdiagramm zeigt, das schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 beispielhaft typische Fahrsituationen auf einer Fahrbahn mit stationären Systemen und Fahrzeugen zeigt;
8 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen und Übertragen eines Straßenzustandes mittels Radarechosignal zeigt, wie es von dem stationären Systemen 400-1 in 7 ausgeführt wird;
9 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Ermitteln und Übertragen eines Straßenzustandes zeigt, wie es von dem Server S in 7 ausgeführt wird;
10 ein Flussdiagramm eines Prozesses zeigt, wie ein Fahrer über Straßenzustandsinformationen informiert wird; und
11 ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Anpassen eines Fahrmanövers eines autonomen (teilautonomen) Fahrzeuges zeigt basierend auf dem empfangenen Straßenzustand.
1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Radarsystems darstellt. Das Radarsystem 100 umfasst eine Antennenanordnung 101, einen Analog-Digital-Wandler 102 und eine Radarsteuerungseinheit 103.

Das Radarsystem 100 ist hier beispielsweise ein polarimetrisches Radarsystem. Ein polarimetrisches Radar ist eine spezielle Art von Niederschlagsradar, das horizontal und vertikal polarisierte Radarstrahlen aussendet und gleichzeitig die reflektierten Radarechosignale in diesen beiden Polarisationen empfängt.
Die Antennenanordnung 101 sendet polarimetrische Radarstrahlen und empfängt polarisierte Radarechosignale. Die Antennenanordnung 101 ist näher in 2 beschrieben.
Der Analog-Digital-Wandler 102 wandelt ein analoges Eingangssignal, hier die von der Antennenanordnung 101 empfangenen Radarstrahlen, in einen digitalen Datenstrom um, um die empfangenen Radarrohdaten als digitale Daten darzustellen.
Die Radarsteuerungseinheit (ECU 1) 103 empfängt die digitalen Radardaten des Analog-Digital-Wandlers 102, um diese vorzuverarbeiten und/oder zwischenzuspeichern. Eine detaillierte beispielhafte Konfiguration der Radarsteuerungseinheit 103 ist unten in 3 bereitgestellt.
Das Radarsystem 100 kann in einem stationären System (400 in 4) implementiert werden und kann Daten über ein Kommunikationsnetzwerk-Interface (360 in 3) mit einer Zentralsteuerungseinheit (410 in 4) des stationären Systems (400 in 4) übertragen. Alternativ kann das Radarsystem (100 in 1) auch in einem Fahrzeug implementiert werden und kann Daten über ein Kommunikationsnetzwerk-Interface (360 in 3) mit einer Zentralsteuerungseinheit des Fahrzeugs übertragen.
2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Antennenanordnung einer polarimetrischen Radareinheit darstellt. Die Antennenanordnung 101 umfasst eine Antenne 200, einen horizontalen Hornstrahler 210, einen vertikalen Hornstrahler 220, einen Leistungsteiler 230, einen Generator 240, zwei Duplexern 250, 260, einen horizontalen Empfänger (HX) 270, einen vertikalen Empfänger (VX) 280 und eine I/O-Schnittstelle 290.
Der Generator 240 erzeugt einen kurzen, hochfrequenten Impuls mit hoher Leistung. Die Sendeenergie aus dem Generator 240 wird im Leistungsteiler 230 geteilt. Ein Teil wird zu dem horizontalen Hornstrahler 210 mit horizontaler Polarisation geführt, der andere Teil zu dem vertikalen Hornstrahler 220 mit vertikaler Polarisation.
Der horizontale Hornstrahler 210 sendet einen horizontalen Radarstrahl 201 basierend auf der Frequenz des Generators 240 und der vertikale Hornstrahler 220 sendet einen vertikalen Radarstrahl 202 basierend auf der Frequenz des Generators 240. Die Antenne 200 empfängt die Radarechosignale. Die empfangenen Radarechosignale haben etwa die gleiche Polarisation wie der gesendete Radarstrahl. Die von der Antenne 200 empfangenen horizontalen Radarechosignale werden im horizontalen Empfänger (HX) 270 und die von der Antenne 200 empfangenen vertikalen Radarechosignale werden im vertikalen Empfänger (VX) 280 verarbeitet. Um die jeweiligen Empfänger 270, 280 vor der Sendeleistung des Generators 24 zu schützen, schalten die beiden Duplexer 250, 260 die Antenne 200 im Sendezeitpunkt zum Generator 240 und im Empfangszeitpunkt zu den Empfängern 270, 280.
Die empfangenen Radarechosignale werden durch die I/O-Schnittstelle 290 an den Analog-Digital-Wandler (102 in 1) weitergeleitet.
Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf eine bestimmte Anzahl an Antennen beschränkt. Vorzugsweise wird eine Antennenanordnung mit Antennenarrays mit mehreren Sende- und Empfangsantennen verwendet. Mehrere Antennenanordnungen können als ein System betrieben werden und die empfangenen Daten können systemweit ausgewertet werden, um den Oberflächenzustand (nass, trocken, Aquaplaning, Eis, Schnee, Laub, etc.) einer Fahrbahn (Straßenzustand) zu ermitteln.
3 zeigt ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Radarsteuerungseinheit des Radarsystems darstellt. Die Radarsteuerungseinheit 103 des Radarsystems (100 in 1) umfasst einen Prozessor 310. Bei dem Prozessor 310 kann es sich beispielsweise um eine Recheneinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) handeln, die Programminstruktionen ausführt. Der Prozessor 310 ist dazu ausgelegt, einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn (Straßenzustand) basierend auf den vom Analog-Digital-Wandler (102 in 1) empfangenen digitalisierten Radardaten zu bestimmen. Alternativ kann der Prozessor 310 dazu ausgelegt sein, um die Vorverarbeitung der Radarrohdaten durchzuführen und die vorverarbeiteten Radarrohdaten an eine Zentralsteuerungseinheit (410 in 4) zu übertragen, wo der Oberflächenzustand einer Fahrbahn (Straßenzustand) bestimmt wird.
Die Radarsteuerungseinheit 103 umfasst ferner einen Nur-Lese-Speicher, ROM 330 (ROM = Read-only memory) und einen Direktzugriffsspeicher, RAM 320 (RAM = Random Access Memory) (z. B. dynamischer RAM („DRAM“), synchron DRAM („SDRAM“) usw.), die als Programmspeicherbereich und als Datenspeicherbereich dienen (z.B. zur Speicherung von Radarrohdaten oder vorverarbeiteten Radardaten). Ferner umfasst die Radarsteuerungseinheit 103 zur Speicherung von Daten und Programmen ein Speicherlaufwerk 350, wie beispielsweise ein Festplattenlaufwerk (hard disk drive: HDD), ein Flashspeicher-Laufwerk oder ein nicht flüchtiges Festkörperlaufwerk (solid state drive: SSD).
Die Radarsteuerungseinheit 103 umfasst ferner eine Input/Output-Schnittstelle 340, über welche die Radarsteuerungseinheit 103 Radarrohdaten von der Antennenanordnung (200 in 2) empfangen kann, sowie ein Kommunikationsnetzwerk-Interface 360, zur Anbindung der Radarsteuerungseinheit an ein weiteres Kommunikationsnetzwerk eines stationären Systems (400 in 4).
Jede der Einheiten der Radarsteuerungseinheit ist über ein Kommunikationsnetzwerk 370, beispielsweise einen parallelen oder seriellen Datenbus wie 12C oder dergleichen verbunden.
4 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines stationären Systems mit einer Zentralsteuerungseinheit für Straßenzustandserkennung darstellt. Das stationäre System 400 umfasst eine Kommunikationseinheit 420, eine Zentralsteuerungseinheit 410 und ein Radarsystem 100 (wie es in 1 beschrieben ist), welche durch ein Kommunikationsnetzwerk 430 miteinander verbunden sind.
Das Kommunikationsnetzwerk 430 kann beispielsweise, ein Ethernet-basierter LAN-Bus (local area network), ein MOST-Bus, ein LVDS-Bus, ein CAN-Bus (controller area network), ein LIN-Bus (local interconnect network), oder dergleichen sein.
Die Kommunikationseinheit 420 kann Daten mit anderen Systemen unter Verwendung eines drahtlosen Kommunikationsverfahrens wie UMTS, WLAN, LTE usw. sowie drahtgebundener Kommunikationsverfahren übertragen. Darüber hinaus kann die Kommunikationseinheit 420 über V2I (Vehicle-to-Infrastructure)-Kommunikation bzw. V2x (Vehicle-to-everything)-Kommunikation oder „herkömmliche“ Medien wie z.B. Verkehrsfunk via Radio oder RDS-Text mit einem Fahrzeug kommunizieren.
Das Radarsystem 100 wertet den Oberflächenzustand einer Fahrbahn (Straßenzustand), wie z.B. Nässe, Aquaplaning, Eis, Schnee, Blätter, etc. aus. Die ausgewerteten Daten (oder alternativ die Rohdaten) können dann mittels des Kommunikationsnetzwerks 430 an die Zentralsteuerungseinheit 410 bereitgestellt werden. Die Zentralsteuerungseinheit 410 kann die Gefährlichkeit eines Straßenzustands auf Grundlage von Rohdaten selbst auswerten oder einen bereits vom Radarsystem 100 erhaltenen Straßenzustand an einen Server (S in 5) weiter übertragen, oder ggf. auch direkt per Kommunikationseinheit 420 an Fahrzeuge übermitteln. Zusätzlich könnte die Zentralsteuerungseinheit 410 auch weitere Funktionen übernehmen, beispielsweise eine Ampelsteuerung, oder dergleichen.
Des Weiteren kann das stationäre System zusätzliche Sensoren wie optische Sensoren, Thermosensoren usw. umfassen, um die Fahrbahn zu überwachen.
5 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Servers S für Straßenzustandserkennung darstellt. Der Server ist beispielsweise eine zentrale Einheit zum Sammeln, Verwalten und Verteilen von Straßenzustandsinformationen. Der Server S umfasst einen Prozessor 510. Bei dem Prozessor 510 kann es sich beispielsweise um eine Recheneinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) handeln, die Programminstruktionen ausführt. Der Prozessor 510 kann dazu ausgelegt sein, einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn (Straßenzustand) basierend auf den vom stationären Systems (400 in 4) empfangenen digitalisierten Radardaten zu bestimmen. Darüber hinaus ist der Prozessor 510 dazu konfiguriert, um zu bestimmen, an welches stationäre System (400 in 4) und/oder Fahrzeug (600 in 6) der Straßenzustand gesendet werden soll.
Der Server S umfasst ferner einen Nur-Lese-Speicher, ROM 530 (ROM = Read-only memory) und einen Direktzugriffsspeicher, RAM 520 (RAM = Random Access Memory) (z. B. dynamischer RAM („DRAM“), synchron DRAM („SDRAM“) usw.), die als Programmspeicherbereich und als Datenspeicherbereich dienen (z.B. zur Speicherung von Radarrohdaten oder vorverarbeiteten Radardaten).
Ferner umfasst der Server S zur Speicherung von Daten und Programmen ein Speicherlaufwerk 550, wie beispielsweise ein Festplattenlaufwerk (hard disk drive: HDD), ein Flashspeicher-Laufwerk oder ein nicht flüchtiges Festkörperlaufwerk (solid state drive: SSD).
Der Server S umfasst ferner eine Netzwerk-Schnittstelle 540, über welche der Server S Daten über Internet, UMTS/LTE, WLAN empfangen kann.
Jede der Einheiten des Server S ist über ein Kommunikationsnetzwerk 560, beispielsweise einen parallelen oder seriellen Datenbus wie 12C oder dergleichen verbunden.
Alternativ könnte es sich bei dem Server auch um ein verteiltes System bestehend aus mehreren Prozessoren, oder ein Cloud-basiertes System handeln.
6 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Fahrzeug gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird von einem menschlichen Fahrer gesteuert, oder ist ein Fahrzeug das ganz oder teilweise ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers im Straßenverkehr agieren kann. Beim autonomen Fahren übernimmt das Steuerungssystem des Fahrzeugs vollständig oder weitestgehend die Rolle des Fahrers. Autonome (bzw. teilautonome) Fahrzeuge können mit Hilfe verschiedener Sensoren ihre Umgebung wahrnehmen, aus den gewonnenen Informationen ihre Position und die anderen Verkehrsteilnehmer bestimmen und mithilfe des Steuerungssystems und der Navigationssoftware des Fahrzeugs das Fahrziel ansteuern und im Straßenverkehr entsprechend agieren.
Das Fahrzeug 600 umfasst mehrere elektronische Komponenten, welche via ein Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 613 miteinander verbunden sind. Das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 613 kann beispielsweise ein im Fahrzeug eingebautes standardgemäßes Fahrzeugkommunikationsnetzwerk wie etwa ein CAN-Bus (controller area network), ein LIN-Bus (local interconnect network), ein Ethernet-basierter LAN-Bus (local area network), ein MOST-Bus, ein LVDS-Bus oder dergleichen sein.
In dem in 6 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeug 600 eine Steuerungseinheit 601 (ECU 1), die ein Lenksystem steuert. Das Lenksystem bezieht sich dabei auf die Komponenten, die eine Richtungssteuerung des Fahrzeugs ermöglichen. Das Fahrzeug 600 umfasst ferner eine Steuerungseinheit 602 (ECU 2), die ein Bremssystem steuert. Das Bremssystem bezieht sich dabei auf die Komponenten, die ein Bremsen des Fahrzeugs ermöglichen. Das Fahrzeug 600 umfasst ferner eine Steuerungseinheit 603 (ECU 3), die einen Antriebsstrang steuert. Der Antriebsstrang bezieht sich dabei auf die Antriebskomponenten des Fahrzeugs. Der Antriebsstrang kann einen Motor, ein Getriebe, eine Antriebs-/Propellerwelle, ein Differential und einen Achsantrieb umfassen.
Die Steuerungseinheiten 601, 602 und 603 können ferner von den oben genannten Fahrzeugsubsystemen Fahrzeugbetriebsparameter empfangen, die diese mittels ein oder mehrerer Fahrzeugsensoren erfassen. Fahrzeugsensoren sind vorzugsweise solche Sensoren, die einen Zustand des Fahrzeugs oder einen Zustand von Fahrzeugteilen erfassen, insbesondere deren Bewegungszustand. Die Sensoren können einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Gierraten-Sensor, einen Beschleunigungssensor, einen Lenkradwinkelsensor, einen Fahrzeuglastsensor, Temperatursensoren, Drucksensoren und dergleichen umfassen. Beispielsweise können auch Sensoren entlang der Bremsleitung angeordnet sein, um Signale auszugeben, die den Bremsflüssigkeitsdruck an verschiedenen Stellen entlang der hydraulischen Bremsleitung anzeigen. Andere Sensoren in der Nähe des Rades können vorgesehen sein, welche die Radgeschwindigkeit und den Bremsdruck erfassen, der am Rad aufgebracht wird.
Das Fahrzeug 600 umfasst ferner eine Zentralsteuerungseinheit 610 (ECU 4). Die Zentralsteuerungseinheit 610 steuert ein oder mehrere Fahrzeugsubsysteme, während das Fahrzeug 600 betrieben wird, nämlich das Bremssystem 602, das Lenksystem 601 und das Antriebssystem 603. Hierfür kann die Steuerungseinheit 610 beispielsweise über das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 613 mit den entsprechenden Steuerungseinheiten 601, 602 und 603 kommunizieren.
Das Fahrzeug 600 umfasst ferner eine GPS/Lagesensor-Einheit 607. Die GPS/ Lagesensor-Einheit 607 ermöglicht die absolute Positionsbestimmung des autonomen Fahrzeugs 600 bezüglich einem geodätischen Referenzsystem (Erdkoordinaten). Bei dem Lagesensor kann es sich beispielsweise um einen Gyrosensor oder dergleichen handeln, der auf Beschleunigungen, Drehbewegungen oder Lageänderungen reagiert.
Das Fahrzeug 600 umfasst ferner eine oder mehrere Sensoren 606, die für eine Umgebungsüberwachung ausgelegt sind. Bei den weiteren Sensoreinheiten 606 kann es sich beispielsweise um ein Radarsystem, ein Lidarsystem, Ultraschallsensoren, ToF-Kameras oder andere Einheiten handeln. Daten aus einer Abstands- und Geschwindigkeitsmessung werden von diesen weiteren Sensoreinheiten 606 erfasst und beispielsweise an die zentrale Steuerungseinheit 610 übertragen. Basierend auf den Daten dieser Sensoren 606 wird ein Abstand zwischen dem Fahrzeug 600 und ein oder mehreren Objekten bestimmt.
Das Fahrzeug 600 umfasst ferner eine Kommunikationseinheit 605. Die Kommunikationseinheit 605 kann Daten mit einem Server (S in 5) unter Verwendung eines drahtlosen Kommunikationsverfahrens wie UMTS, WLAN, LTE usw. sowie drahtgebundener Kommunikationsverfahren übertragen. Darüber hinaus kann die Kommunikationseinheit 605 über V2I (Vehicle-to-Infrastructure)-Kommunikation bzw. V2x (Vehicle-to-everything)-Kommunikation oder „herkömmliche“ Medien wie z.B. Verkehrsfunk via Radio oder RDS-Text mit einem einem stationären System (vgl. 4) oder anderen Fahrzeugen kommunizieren. Die Benutzerschnittstelle (HMI) 612 die Stelle mit der ein Mensch mit einer Maschine in Kontakt tritt, z.B. kann ein Display oder ein akustischer Lautsprecher sein.
7 zeigt beispielhaft typische Fahrsituationen auf einer Fahrbahn mit stationären Systemen und Fahrzeugen. Für eine frühzeitige und ortspräzise Überwachung des Oberflächenzustands einer Fahrbahn (Straßenzustands) senden drei stationäre Systeme 400-1, 400-2, 400-3 polarimetrische Radarstrahlen R1, R2, R3 auf eine Fahrbahn. Die stationären Systeme 400-1, 400-2, 400-3 können beispielsweise sog. Road-Side-Unit (RSU) handeln, beispielsweise um Vorrichtungen die am Straßenrand vorgehsehen werden oder in bereits bestehende Infrastrukturen wie Straßenlaternen, Verkehrsleitsysteme, Ampeln, Häusern, Brückenpfeilern oder ähnlichem montiert sind, wie sie in 4 gezeigt sind. Eine Gefahrenzone O, beispielweise ein Straßenbereich mit Blitzeis, befindet sich vor einem Fahrzeug 600-2. Der Radarstrahl R1 des stationären Systems 400-1 wird von der Gefahrenzone O reflektiert. Das stationäre Systems 400-1 wertet das empfangene Radarechosignal zur Erfassung des Straßenzustandes aus und überträgt den ausgewerteten Straßenzustand über ein Netzwerk N an einen Server S. Die stationären Systeme 400-2 und 400-3 werden vom Server S über das Netzwerk N über den vom stationären Systeme 400-1 gewonnen Straßenzustand informiert. Alternativ oder zusätzlich informiert das stationäre Systeme 400-1 auch die benachbarten stationären Systeme 400-2 und 400-3 über den vom stationären Systeme 400-1 gewonnen Straßenzustand (beispielsweise über eine direkte Verbindung zwischen den jeweiligen stationären Systemen 400-1, 400-2 und 400-3, oder über das Netzwerk N). Ferner informiert das stationäre Systeme 400-2 auch das Fahrzeug 600-2 mittels V2I-Kommunikation bzw. V2x-Kommunikation oder andere Kommunikationskanäle über den Straßenzustand, der durch das Radarsystem (100 in 1) des stationäre Systems 400-1 ermittelt wurde. Das stationäre System 400-3 informiert wiederum ein Fahrzeug 600-3 mittels V2I-Kommunikation bzw. V2x-Kommunikation oder andere Kommunikationskanäle über den Straßenzustand. Auf diese Weise können die Fahrzeuge 600-2 und 600-3 frühzeitig und in ausreichender Entfernung bereits vor der Gefahrenzone O gewarnt werden. Alternativ könnte das Fahrzeug 600-2 den Straßenzustand direkt über V2V (vehicle-to-vehicle)-Kommunikation an das Fahrzeug 600-3 übertragen. Durch geeignete Vernetzung der einzelnen Radarsysteme 100, wie in 7 gezeigt, kann eine große synthetische Apertur erreicht werden, welche wiederum eine hohe Ortsauflösung zur Folge hat.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen und Übertragen eines Straßenzustandes mittels Radarechosignal, wie es von dem stationären Systemen 400-1 in 7 ausgeführt wird. Das Verfahren kann beispielsweise in einer Zentralsteuerungseinheit (410 in 4) ablaufen, oder alternativ auch direkt in einer Radarsteuerungseinheit (103 in 1) eines Radarsystems (100 in 4). In Schritt S80 werden von einem polarimetrischen Radarsystem des stationären Systems das horizontale Radarechosignal und das vertikale Radarechosignal empfangen. In Schritt S81 werden Radarrohdaten basierend auf dem empfangenen Radarechosignal (horizontal, vertikal) erzeugt. In Schritt S82 wird basierend auf den erzeugten Radarrohdaten ein Straßenzustand bestimmt. In Schritt S83 wird der erfasste Straßenzustand über ein Netzwerk an einen zentralen Server (S in 7) gesandt. In Schritt S84 wird der erfasste Straßenzustand zudem (über das Netzwerk N oder eine direkte Verbindung) an ein weiteres stationäres System (400-2, 400-3 in 7) gesandt. In Schritt S85 wird der erfasste Straßenzustand mittels UMTS, LTE, WLAN, oder V2I an ein oder mehrere Fahrzeuge (600-2, 600-3 in 7) übertragen.
Schritt S82 wird beispielsweise wie folgt ausgeführt: Polarimetrische Radarsysteme können den Oberflächenzustand eines Objekts (hier einer Straßenoberfläche) bestimmen, indem sie diese reflektierten Radarechosignale vergleichen. Beispielsweise werden differentielle Reflexionsvermögen, Korrelationskoeffizient, linearer Depolarisationsgrad und spezifische Differenzphase verwendet, um den Oberflächenzustand eines Objekts zu bestimmen. Das differentielle Reflexionsvermögen ist ein Verhältnis („Ratio“) zwischen dem reflektierten horizontalen und vertikalen Radarechosignal. Das differentielle Reflexionsvermögen beschreibt die Ausrichtung des Objekts und den Sichtwinkel des Radars zu ihm. Basierend auf dem Reflexionsvermögen kann die Form und/oder die Größe eines Objekts bestimmt werden. Der Korrelationskoeffizient beschreibt eine Korrelation zwischen dem reflektierten horizontalen und dem vertikalen Radarechosignal. Der lineare Depolarisationsgrad ist wird aus einem vertikalen Radarechosignal von einem horizontalen Impuls oder aus einem horizontalen Radarechosignal von einem vertikalen Impuls ermittelt. Die spezifische Differenzphase ist eine Phasendifferenz zwischen dem horizontalen Radarechosignal und dem vertikalen Radarechosignal. Wenn keine Phasendifferenz gemessen werden kann, handelt es sich um isotrope Streuzentren („Streuer“), d.h. sehr kleine sphärische Partikel. Das Radarsystem 100 kann vorzugsweise ein polarimetrisches Synthetic Aperture Radar (SAR) sein. SAR-Systeme können sehr hochauflösende Bilder sowohl bei Zentimeter- als auch bei Millimeterwellenlängen erzeugen. Die von einem SAR erzeugten Bilder sind aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit fotografischen Bildern relativ einfach zu interpretieren. Im Gegensatz zu optischen Sensoren kann ein SAR unabhängig von den Wetterbedingungen eingesetzt werden, da die Radarstrahlen gegenüber atmosphärischer Trübung durch Nebel, Regen oder Schnee stabiler sind als optische Lichtwellen. Darüber hinaus kann ein SAR, wie jeder aktive Radarsensor, auch nachts eingesetzt werden.
Der Oberflächenzustand der Fahrbahn kann beispielsweise hinsichtlich seines Oberflächentyps oder Reibungspotentials erfasst wird. Ein Oberflächentyp kann beispielsweise nass, trocken, Aquaplaning, Eis, Schnee, Laub, Ölfilm, usw. auf der Oberfläche der Fahrbahn sein. Ein Reibungspotential kann beispielsweise über einen Reibungskoeffizienten charakterisiert werden.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Ermitteln und Übertragen eines Straßenzustandes, wie es von dem Server S in 7 ausgeführt wird. In Schritt S90 wird ein Straßenzustand von einem stationären System (z.B. 400-1 in 7) über ein Netzwerk empfangen. In Schritt S91 wird der Straßenzustand über das Netzwerk an ein weiteres stationäres System (z.B. 400-2 und/oder z.B. 400-3 in 7) übertragen. In Schritt S92 wird der Straßenzustand über beispielsweise UMTS/LTE an ein oder mehrere Fahrzeuge (z.B. 600-2 und/oder 600-3 in 7) übertragen.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses, wie ein Fahrer über Straßenzustandsinformationen informiert wird. Der Prozess läuft beispielsweise in einer Zentralsteuerungseinheit (610 in 6) des Fahrzeugs ab. In Schritt S100 wird ein Straßenzustand vom Server (S in 7) empfangen. In Schritt S101 wird ein Straßenzustand von einem stationären System (400-2, 400-3 in 7) empfangen. In Schritt S102 wird ein Straßenzustand von einem anderen Fahrzeug (600-2, 600-3 in 7) empfangen. In Schritt S103 werden die Straßenzustandsinformationen mittels Benutzerschnittstelle (HMI) (612 in 6) des Fahrzeugs an den Fahrer übermittelt. Basierend auf dem Straßenzustand kann beispielsweise die Zentralsteuerungseinheit 610 (in 6) über eine Benutzerschnittstelle (HMI) 612 den Fahrer über den Straßenzustand informieren (warnen). Der Prozessor kann ferner dazu ausgelegt sein, die Straßenzustandsinformationen vor der Anzeige zu filtern, beispielsweise dem Fahrer nur solche Straßenzustandsinformationen anzuzeigen, die für ihn aktuell relevant sind, z.B. Straßenzustandsinformationen, welche den vor dem Fahrzeug liegenden Straßenverlauf betreffen, und/oder den Straßenverlauf betreffen, der von einer Navigationsfunktion als aktuelle Route definiert ist.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Anpassen eines Fahrmanövers eines autonomen (teilautonomen) Fahrzeuges basierend auf dem empfangenen Straßenzustand. Wie der Prozess der 10 läuft der Prozess der 11 beispielsweise in einer Zentralsteuerungseinheit (610 in 6) des Fahrzeugs ab. In Schritt S110 wird ein Straßenzustand von einem Server (S in 7) empfangen. In Schritt S111 wird ein Straßenzustand von einem stationären System (400-1 in 7) empfangen. In Schritt S112 wird ein Straßenzustand von einem anderen Fahrzeug (600-2, 600-3 in 7) empfangen. In Schritt S113 wird das Fahrmanöver des autonomen (oder teilautonomen) Fahrzeuges an die empfangenen Straßenzustandsinformationen angepasst. Basierend auf dem von den stationären Systemen ermittelten Straßenzustand können somit autonome (oder teilautonome) Fahrzeuge entsprechend agieren, bevor sich das Fahrzeug in der Nähe einer Gefahrenzone (O in 7) befindet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsbeispiele Verfahren mit einer beispielhaften Reihenfolge der Verfahrensschritte zeigen. Die spezifische Reihenfolge der Verfahrensschritte ist jedoch nur zur Veranschaulichung angegeben und sollte nicht als verbindlich angesehen werden. Zum Beispiel können die Reihenfolge der Schritte S83, S84, S85 im Ausführungsbeispiel der 8, die Reihenfolge der Schritte S91, S92 in 9, die Reihenfolge der Schritte S100, S101 und S102 in 10 und die Reihenfolge der Schritte S110, S111 und S112 11 vertauscht werden.
Die in dieser Beschreibung beschriebene Funktionalität kann als integrierte Schaltungslogik, z.B. auf einem Chip, implementiert werden. Die beschriebene Funktionalität kann, wenn nicht anders angegeben, auch durch Software implementiert werden. Soweit die oben beschriebenen Ausführungsformen zumindest teilweise mit Hilfe von Software-gesteuerten Prozessoren implementiert werden, wird auch ein Computerprogramm zur Bereitstellung einer solchen Softwaresteuerung und eines entsprechenden Speichermediums als Aspekte der vorliegenden Offenlegung angesehen.
Bezugszeichenliste

100: Radarsystem
101: Antennenanordnung
102: Analog-Digital-Wandler
103: Radarsteuerungseinheit
200: Antenne
201: horizontalen Radarstrahl
202: vertikalen Radarstrahl
210: Horizontalen-Hornstrahler
220: Vertikalen-Hornstrahler
230: Leistungsteiler
240: Generator
250; 260: Duplexer
270: Horizontalen-Empfänger
280: Vertikalen-Empfänger
290: I/O-Schnittstelle
310; 510: Prozessor
320; 520: RAM
330; 530: ROM
340: Input/Output-Schnittstelle
350: Speicherlaufwerk
360: Kommunikationsnetzwerk-Interface
370; 560: Kommunikationsnetzwerk
400: stationäre System
410: Zentralsteuerungseinheit
420: Kommunikationseinheit
430: Kommunikationsnetzwerk
540: Netzwerk-Schnittstelle
600: Fahrzeug
601: Lenksystem (ECU 1)
602: Bremssystem (ECU2)
603: Antriebssystem (ECU3)
605: Kommunikationseinheit
606: Sensoren
610: Zentralsteuerungseinheit
612: Benutzerschnittstelle
613: Fahrzeugkommunikationsnetzwerk
O: Gefahrzone
S: Server
R1, R2, R3: Radarstrahlen

Claims

Vorrichtung (400-1), die einen Prozessor (103, 410) umfasst, der dazu ausgelegt ist, basierend auf Radarechosignalen einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn zu erfassen.
Vorrichtung (400-1) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung stationär ist. Beispielsweise kann die stationäre Vorrichtung in eine Straßeninfrastruktur, z.B. in eine Road-Side-Unit (RSU), eine Ampel oder dergleichen integriert sein.
Vorrichtung (400-1) nach Anspruch 1, die ferner ein Radarsystem (100) umfasst, das dazu ausgelegt ist, die Radarechosignale basierend auf einer polarimetrischen Radartechnologie zu erzeugen.
Vorrichtung (400-1) nach Anspruch 3, wobei der Prozessor (103, 410) dazu ausgelegt ist, den Oberflächenzustand der Fahrbahn basierend auf differentiellem Reflexionsvermögen, einem Korrelationskoeffizienten, linearer Depolarisationsgrad und spezifischer Differenzphase zwischen den polarimetrischen Radarechosignale zu erfassen.
Vorrichtung (400-1) nach Anspruch 3, wobei die Radarechosignale ein horizontales Radarechosignal und ein vertikales Radarechosignal umfassen.
Vorrichtung (400-1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (410) ferner dazu ausgelegt ist, den Oberflächenzustand der Fahrbahn an eine Zentrale (S) zu übertragen.
Vorrichtung (400-1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (410) ferner dazu ausgelegt ist, den Oberflächenzustand der Fahrbahn an eine weitere stationäre Vorrichtung (400-2, 400-3) zu übertragen.
Vorrichtung (400-1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (410) ferner dazu ausgelegt ist, den Oberflächenzustand der Fahrbahn über ein Vehicle-to-Infrastructure (V21)-Kommunikation an ein Fahrzeug (600-2, 600-3) zu übertragen.
Vorrichtung (S), die einen Prozessor (510) umfasst, der dazu ausgelegt ist, Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn zu empfangen und an andere stationäre Systeme (400-2, 400-3) oder ein Fahrzeug (600-2, 600-3) zu verteilen, wobei die Informationen über den Oberflächenzustand von einem stationären System (400-1) mittels Radarechosignalen gewonnenen wurden.
Vorrichtung für ein Fahrzeug (600-3), die eine Steuereinheit (610) umfasst, die dazu ausgelegt ist, Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn von einer Zentrale (S), von einem stationären System (400-3), oder von einem anderen Fahrzeug (600-2) zu empfangen.
Verfahren, bei dem, basierend auf Radarechosignalen, ein Oberflächenzustand einer Fahrbahn erfasst wird (S82).
Verfahren, bei dem, Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn empfangen werden (S90) und an andere stationäre Systeme (400-2, 400-3) oder ein Fahrzeug (600-2, 600-3) verteilt werden (S91, S92), wobei die Informationen über den Oberflächenzustand von einem stationären System (400-1) mittels Radarechosignalen gewonnenen wurden.
Verfahren, bei dem Informationen über einen Oberflächenzustand einer Fahrbahn von einer Zentrale (S), von einem stationären System (400-3), oder von einem anderen Fahrzeug (600-2) empfangen werden (S100, S101, S102).