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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät bzw. eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Beurteilung eines Seitenwindes für ein Fahrzeug nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Es ist bereits bekannt, den auf ein Fahrzeug auftreffenden Seitenwind sensorisch, direkt oder indirekt zu erfassen. Aus
EP 0 529 258 B1 ist ein Verfahren zur Minimierung des Seitenwindeinflusses auf das Fahrverhalten eines durch einen Fahrzeugführer willkürlich lenkbaren, wenigstens zweiachsigen Fahrzeugs bekannt. Dabei sind an den Seiten des Fahrzeugs Druckabnahmepumpen zur Messung des im Bereich der Karosserieaußenhaut anstehenden Luftdrucks angeordnet. Mittels eines auf den Differenzdruck zwischen den Druckabnahmepumpen bei der Fahrzeugseiten ansprechenden Stellglieds wird eine an einer Achse gegen den Einfluss des Seitenwindes gerichtete Lenkbewegung erzeugt. Aus
DE 10 2004 017 638 A1 ist eine indirekte Methode bekannt, um den Einfluss des Seitenwindes zu erfassen. Dabei wird vorgeschlagen, dass Schätzmittel zur Schätzung des mindestens einen Seitenwindwertes anhand eines Querbeschleunigungswertes und eines Gierratenwertes auf der Basis eines Fahrzeugmodells verwendet werden. Dabei wird der Querbeschleunigungswert als Querbeschleunigungssensorwert mithilfe eines Querbeschleunigungssensors und/oder der Gierratenwert als Gierratensensorwert mithilfe eines Gierratensensors erfasst. Bei dem Fahrzeugmodell handelt es sich um ein linearisiertes Querdynamikeinspurmodell des Fahrzeugs.
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Das erfindungsgemäße Steuergerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Beurteilung eines Seitenwindes für ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass sowohl die Erfassung des Seitenwindes durch das Windgeräusch mittels Mikrofonen auf einer bereits vorhandenen Technologie der Geräuscherkennung im Umfeld eines Fahrzeugs genutzt wird und dass nunmehr die Parameter, die kennzeichnend für den Seitenwind sind, auf zwei verschiedenen Auswertefahrten ermittelt werden und dann miteinander fusioniert werden. Dies führt zu einer verbesserten Charakterisierung des Seitenwindes als Einflussfaktor auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Damit sind gezieltere Gegenmaßnahmen gegen diesen Einfluss des Seitenwindes einsetzbar.
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Vorliegend wird daher ein Steuergerät zur Beurteilung eines Seitenwindes für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Steuergerät eine erste Schnittstelle aufweist, die Signale von wenigstens zwei Mikrofonen, die an der Außenhaut des Fahrzeugs angebracht sind, bereitstellt. Das Steuergerät weist weiterhin ein erstes Beurteilungsmodul auf, das anhand der Signale mittels Mustererkennung wenigstens einen ersten Parameter des Seitenwindes bestimmt. Weiterhin weist dieses Steuergerät ein zweites Beurteilungsmodul auf, das anhand der Signale mittels eines neuronalen Netzwerks wenigstens einen zweiten Parameter des Seitenwindes bestimmt. Das Steuergerät weist weiterhin ein Fusionsmodul auf, das wenigstens einen dritten Parameter des Seitenwindes in Abhängigkeit von dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Parameter bestimmt. Entsprechend ist das Verfahren zur Beurteilung eines Seitenwindes für ein Fahrzeug gestaltet. Weiterhin wird auch noch eine Vorrichtung zur Beurteilung eines Seitenwindes für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung aus dem Steuergerät und wenigstens zwei Mikrofonen pro Fahrzeugseite, die an der Außenhaut des Fahrzeugs angeordnet sind, besteht.
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Unter einem Steuergerät ist vorliegend eine bauliche Einheit zu verstehen, die beispielsweise ein Gehäuse aus Kunststoff und/oder Metall aufweist und Schnittstellen sowie wenigstens einen Prozessor zur Verarbeitung der Signale aufweist. Das Steuergerät kann jedoch auch als Teil eines Domänenrechners beispielsweise lediglich virtuell existieren und daher lediglich aus Softwaremodulen bestehen. Es ist auch möglich, dass das Steuergerät zusammen mit einer weiteren Funktion in einem Gehäuse eingebaut ist und sich ein Gehäuse beispielsweise teilt und auch andere Ressourcen mit der anderen Funktion gemeinsam nutzt. Im Ergebnis verarbeitet also ein Steuergerät Sensorsignale und erzeugt entsprechend Steuersignale in Abhängigkeit von diesen Sensorsignalen.
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Mit der Beurteilung des Seitenwindes ist die Auswertung des Seitenwindes hinsichtlich seines Einflusses auf das Fahrzeug gemeint. Wie weiter unten dargestellt, wird diese Beurteilung durch die Ermittlung von Parametern durchgeführt, die den Seitenwind kennzeichnen.
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Der Seitenwind selbst kann von der Seite kommen, aber er kann auch Anteile in anderen Richtungen aufweisen.
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Unter einem Fahrzeug ist vorliegend insbesondere ein Personenkraftwagen, aber auch jedes andere Fahrzeug zu verstehen, wie ein Lastkraftwagen, der durch Seitenwind beeinflussbar ist und der Mittel aufweist, um diesem Seitenwind zu begegnen. Zu diesen Mitteln zählen dann beispielsweise Fahrwerksfunktion, Lenkung, Bremsen, Antriebsstrang usw.
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Die erste Schnittstelle kann Hardware- und/oder Softwarekomponenten aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, dass ein Baustein vorliegt, an den die Leitungsverbindung zu den Mikrofonen angeschlossen wird und dieser Baustein überträgt dann die Daten beispielsweise an einen Prozessor im Steuergerät. Es kann sich jedoch auch um eine direkte Schnittstelle in einen Prozessor, beispielsweise eine Analogschnittstelle handeln oder es kann sich auch um eine Softwareschnittstelle handeln, bei der lediglich Daten übergeben werden. Vorliegend stellt diese Schnittstelle die Signale von wenigstens zwei Mikrofonen bereit, um sie dann weiterzuverarbeiten. Die Signale werden von wenigstens zwei Mikrofonen, die an der Außenhaut des Fahrzeugs angebracht sind, erzeugt.
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Mikrofone sind Schallwandler, die Schall in ein elektrisches Signal wandeln. Darunter sind auch Körperschallsensoren zu verstehen. Die Mikrofone sind vorliegend an der Außenhaut des Fahrzeugs angebracht, um Geräusche aufzunehmen. Dies kann für verschiedene Funktionen von Vorteil sein, wie beispielsweise die Erkennung von Rettungsfahrzeugen, um rechtzeitig diesen Fahrzeugen Platz zu machen. Die Signale können von den Mikrofonen in digitaler oder analoger Form zu dem Steuergerät übertragen werden. Dies kann leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen. Mit der Außenhaut des Fahrzeugs ist die Karosserieaußenhaut gemeint.
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Unter dem ersten und zweiten Beurteilungsmodul sind beispielsweise Softwaremodule zu verstehen, beispielsweise Funktionen in einem größeren Programmablauf. Es ist jedoch möglich, diese Module teilweise oder komplett auch hardwaremäßig zu implementieren. Dies bedeutet dann beispielsweise durch eine entsprechende integrierte Schaltung. Die Mustererkennung im ersten Beurteilungsmodul ist beispielsweise durch Schwellwertabfragen, insbesondere adaptive Schwellwerte, gekennzeichnet. Damit soll auf den zeitlichen Verlauf der Signale eingegangen werden, um daraus die Parameter zu ermitteln. Dabei können beispielsweise die Windgeräusche der verschiedenen Mikrofone miteinander verglichen werden hinsichtlich beispielsweise des Pegels oder ihres zeitlichen Verlaufs oder auch einer transformierten Struktur. Dann können modellbasiert Aussagen über die Windeigenschaften abgeleitet werden, z.B. die Windrichtung oder die Geschwindigkeit.
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Das zweite Beurteilungsmodul, das strukturell ähnlich gestaltet ist wie das erste, weist aber ein neuronales Netzwerk auf, das aus den Signalen ebenfalls Parameter bestimmt, die den Seitenwind charakterisieren. Solch ein maschinenlernbasierter Ansatz wird auf einer Vielzahl von Testfahrzeugen erhobenen und anhand gekenzeichneter Daten ein neuronales Netz trainiert, das selbstständig die Windcharakteristika erkennen kann, also Windrichtung, Endgeschwindigkeit usw. Die gekennzeichneten Daten müssen in den Kennzeichnungen präzise Informationen über Windrichtung, Windstärke, Böigkeit usw. enthalten. In einem sogenannten Post-Processing wird dann im Fusionsmodul, was ebenfalls ein Softwaremodul oder ein Hardwaremodul ist, diese Parameter miteinander fusioniert. Werden gleiche Parameter erkannt, zumindest von der Art her, könnte beispielsweise durch eine Mittelwertbildung ein Parameter bestimmt werden, der dann für die weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt wird. Damit werden dann durch zwei unabhängige Verfahren die Eigenschaften des Seitenwindes bestimmt. Dies führt zu einer verbesserten und zuverlässigeren Bestimmung.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Steuergeräts bzw. Verfahrens zur Beurteilung eines Seitenwinds für ein Fahrzeug möglich.
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Es ist vorgesehen, dass der wenigstens eine erste, zweite und dritte Parameter eine Windrichtung und/oder eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Böigkeit und/oder eine Häufigkeit der Richtungsänderungen sind. Diese Parameter haben sich als nützlich erwiesen, um dem Einfluss des Seitenwindes Rechnung zu tragen und entsprechend entgegenzuwirken.
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Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass zwischen der ersten Schnittstelle und dem ersten und zweiten Beurteilungsmodul ein Trennungsmodul vorgesehen ist, das die Signale derart verarbeitet, dass im Wesentlichen Windgeräusche an das erste und zweite Beurteilungsmodul als die Signale übergeben werden. Hiermit wird demnach eine Filterung vorgenommen, um andere Geräusche, die nicht vom Wind stammen, zu eliminieren bzw. wenigstens zu minimieren. Damit wird die Verarbeitungsqualität der Signale deutlich erhöht.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Trennungsmodul, das ebenfalls hardware- und/oder softwaretechnisch hergestellt ist, für die Verarbeitung eine Filterung hinsichtlich einer Frequenz der Signale und/oder des zeitlichen Verlaufs der Signale durchführt. Ergibt es sich, dass die Geräusche des Winds und anderer Geräusche sich frequenzmäßig gut trennen lassen, dann kann das durch das Trennungsmodul erfolgen. Anstatt oder zusätzlich kann auch eine zeitliche Filterung erfolgen, indem der zeitliche Verlauf von Windgeräuschen und anderen Geräuschen zur Trennung der Signale verwendet wird, indem dann nur die Windgeräusche weitergegeben werden.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine zweite Schnittstelle vorgesehen ist, die wenigstens einen dritten Parameter bereitstellt. Auch diese dritte Schnittstelle kann hardware- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein und ist vorliegend dafür da, diesen dritten Parameter für die weitere Verarbeitung bereitzustellen. Dafür kann beispielsweise diese zweite Schnittstelle mit anderen Funktionen verbunden sein, beispielsweise des Antriebsstrangs oder der Fahrwerkregelung oder der Fahrdynamikregelung oder der Mensch-Maschinen-Schnittstelle im Fahrzeug. Die Mensch-Maschinen-Schnittstelle ist hier genannt, weil eine Audioausgabe der Mensch-Maschinen-Schnittstelle im Innenraum am windbedingte Störgeräusche angepasst werden kann. Die Fahrdynamikregelung bzw. die Fahrwerkregelung können verwendet werden, um die Fahrtrajektorie zu verbessern. Aber auch der Antriebsstrang kann angesteuert werden, um ihn auf die Windsituation einzustellen, beispielsweise dass bei Rückenwind in einen höheren Gang geschaltet wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert und diese Beispiele werden in der Zeichnung dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 eine Fahrsituation aufgrund des Seitenwinds;
- 2 den Aufbau des Steuergeräts im Fahrzeug als Blockdiagramm;
- 3 die Verknüpfung des Steuergeräts im Fahrzeug mit angeschlossenen Komponenten;
- 4 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Verarbeitung der Signale; und
- 5 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Wie in 1 dargestellt, trifft Seitenwind W auf einen Lkw LKW mit Anhänger A, wobei der Lkw die Fahrzeuge FZ1 und FZ2, die in Fahrtrichtung FR sich bewegen, ganz oder teilweise verdeckt und damit vor dem Seitenwind W abschirmt. Die Fahrzeuge haben mehrere Mikrofone MI an ihrer Außenhaut, um über diese Mikrofone Signale zu erhalten, die kennzeichnend für den Seitenwind W sind.
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In 2 wird dies genauer in einem Blockschaltbild dargestellt. Im Fahrzeug befinden sich an der Außenhaut auf beiden Seiten jeweils drei Mikrofone, nämlich M1, M2 und M3 auf der einen Seite und M4, M5 und M6 auf der anderen Seite. Diese Mikrofone sind signaltechnisch an eine Schnittstelle IF1 im Steuergerät SG angeschlossen. Von der Schnittstelle IF1 werden diese Signale an ein Trennungsmodul T übertragen. Dort geschieht die frequenzmäßige und/oder zeitliche Trennung der Windgeräusche von anderen Geräuschen. Die so bereinigten Signale werden an die beiden Beurteilungsmodule B1 und B2 im Steuergerät SG übertragen. Im Beurteilungsmodul B1 erfolgt die Charakterisierung der Signale durch eine Mustererkennung, indem dann wenigstens ein erster Parameter ermittelt wird. Im Beurteilungsmodul B2 wird dafür ein trainiertes neuronales Netz verwendet, das ebenfalls wenigstens einen zweiten Parameter bestimmt. Diese Parameter werden dann an ein Fusionsmodul F übergeben und dort fusioniert, beispielsweise durch eine Mittelwertbildung oder andere bekannte Techniken aus der Sensorfusion. Das so fusionierte Signal wird an die zweite Schnittstelle IF2 übertragen, um diesen Parameter dann für eine weitere Verarbeitung verwenden zu können. Dies wird in 3 dargestellt.
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3 zeigt wiederum das Fahrzeug, aber nunmehr das Steuergerät mit den angeschlossenen Komponenten. Wieder sind die Mikrofone M1 bis M6 an das Steuergerät SG angeschlossen. Das Ausgangssignal, was über die zweite Schnittstelle ausgegeben, also der wenigstens eine dritte Parameter, wird an andere Fahrzeugsteuergeräte übertragen, nämlich an die Fahrdynamikregelung ESP, an das Getriebesteuergerät TR und das Steuergerät für die Mensch-Maschinen-Schnittstelle HMI.
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4 zeigt die Signalverarbeitung der Signale, die im Steuergerät SG abläuft. Die Signale kommen erst zu einem Filter FI, der als Bandpass oder Tiefpass oder Hochpass ausgebildet ist, um frequenzmäßig die Geräusche von den Windgeräuschen zu trennen, die bereits durch solche eine frequenzmäßige Filterung trennbar sind. Der Filter kann insbesondere als Digitalfilter ausgebildet sein. Die so gefilterten Signale gehen dann an einen zeitlichen Filter, der die Zeitverläufe des Signals analysiert und nur die Signalverläufe passieren lässt, die zu Windgeräuschen passen. Dies geschieht im Block ZF. Das so gefilterte Signal wird dann auf die beiden Beurteilungsmodule ME die Mustererkennung und NN für das neuronale Netzwerk gegeben, um die jeweiligen Parameter zu bestimmen. Die Signale werden dann wiederum im Fusionsmodul F fusioniert, um dann den dritten Parameter als Ergebnisparameter ausgeben zu können.
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5 zeigt in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren. In Verfahrensschritt 500 werden die Signale von den Mikrofonen durch die Schnittstelle IF1 bereitgestellt. Dann könnte bereits die Filterung wie oben angegeben erfolgen. Dargestellt sind jedoch die beiden parallelen Signalverarbeitungen, zum einen die Mustererkennung und zum anderen das neuronale Netzwerk, die jeweils wenigstens einen Parameter zur Charakterisierung des Windes bestimmen. Dies geschieht in den Blöcken 501 und 502. Die beiden Parameter werden dann im Block 503 fusioniert, sodass am Ausgang der Ergebnisparameter oder die Ergebnisparameter 504 zur weiteren Verarbeitung vorliegen.
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Bezugszeichenliste
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- W
- Wind
- LKW
- Lastkraftwagen
- A
- Anhänger
- MI
- Mikrofon
- FZ1, 2
- Fahrzeug
- M1 - M6
- Mikrofon
- SG
- Steuergerät
- T
- Trennungsmodul
- IF1, IF2
- Schnittstelle
- B1, B2
- Beurteilungsmodul
- F
- Fusionsmodul
- ESP
- Fahrdynamikregelung
- TR
- Getriebesteuergerät
- HMI
- Mensch-Maschinen-Schnittstelle
- FI
- Filter
- ZF
- zeitlicher Filter
- ME
- Mustererkennung
- NN
- neuronales Netzwerk
- 500 - 504
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0529258 B1 [0002]
- DE 102004017638 A1 [0002]
