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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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Der aktuelle Straßenreibwert ist eine von mehreren wesentlichen Größen mit Einfluss auf die Sicherheit im Straßenverkehr. Für den Fahrer ist ein reduzierter Reibwert, z.B. aufgrund von Nässe und/oder überfrierender Glätte, eine sehr wichtige Information zur Anpassung seines Fahrverhaltens. Herkömmlich basiert diese Warnung nur auf der Außentemperatur statt auf tatsächlichen Gegebenheiten.
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Statistische Untersuchungen haben gezeigt, dass Eisglätte auf Straßen eine wesentliche Ursache für glättebedingte Unfälle darstellt. Dabei werden die glättebedingten Unfälle zu ca. 78% durch Eisglätte, zu ca. 14% durch Aquaplaning, zu ca. 3,7% durch Hagel, zu ca. 3% durch Schneewehen und nur zu ca. 0,6% durch Schneematsch verursacht.
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DE 37 28 708 A1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen eines Reibbeiwerts zwischen der Fahrbahn und dem Reifen eines Kraftfahrzeugs, bei dem Abrollgeräusche wenigstens eines Reifens mit einem Mikrofon aufgenommen und das aufgenommene Signal in der Frequenz analysiert wird. Aus dem Frequenzspektrum kann man auf einen Fahrbahnzustand schließen.
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DE 102 59 979 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines Straßenzustands während des Fahrbetriebs eines Kraftfahrzeugs, bei dem der beim Abrollen eines Fahrzeugreifens auf einer Fahrbahn erzeugte Schall erfasst und ausgewertet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs, aufweisend die Schritte:
- - Detektieren eines Rollgeräuschs des Fahrzeugs mittels wenigstens einer Detektionseinrichtung;
- - Bestimmen eines Fahrbahnzustands durch Analysieren und Klassifizieren des detektierten Rollgeräuschs mittels wenigstens eines definierten akustischen Kriteriums, wobei für das Analysieren des Rollgeräuschs zusätzlich Wetterdaten und/oder Fahrzeugbetriebsdaten verwendet werden.
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Vorteilhaft wird auf diese Weise ein umfassender akustischer Fingerabdruck des Fahrzeugs im Fahrbetrieb erzeugt, mit dem eine zuverlässige Analyse des Fahrbahnzustands ermöglicht ist. Insbesondere ist es dadurch möglich, mittels einer akustischen Auswertung des Rollgeräuschs eine Detektion von überfrierender Nässe der Fahrbahn im Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu realisieren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs, aufweisend:
- - wenigstens eine Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Rollgeräuschs des Fahrzeugs mittels wenigstens einer Detektionseinrichtung; und
- - eine Ermittlungseinrichtung zum Bestimmen des Fahrbahnzustands durch Analysieren und Klassifizieren des detektierten Rollgeräuschs mittels wenigstens eines definierten akustischen Kriteriums, wobei für das Analysieren des Rollgeräuschs zusätzlich Wetterdaten und/oder Fahrzeugbetriebsdaten verwendbar sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass als akustisches Kriterium wenigstens eines aus Folgendem verwendet wird: Geräuschpegel, spektrale Charakteristik, Impulshaftigkeit, Rauheit, Schärfe, Crest-Faktor, Kurtosis, spektraler Schwerpunkt, Tonalität, Schwankungsstärke, Modulationsspektren. Dadurch werden umfassende akustische Kriterien ausgewertet, mittels derer eine zuverlässige Erkennung des Fahrbahnzustands ermöglicht ist.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass eine überfrierende Nässe der Fahrbahn erkannt wird, wenn die Analyse des Rollgeräuschs eine definierte Impulshaftigkeit und/oder Rauheit und/oder Kurtosis des Rollgeräuschs ergibt. Vorteilhaft kann auf diese Weise mittels spezifischer akustischer Parameter eine überfrierende Nässe bzw. Eisglätte der Fahrbahn erkannt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ergebnis der Ermittlung zum Trainieren eines neuronalen Netzes verwendet wird. Vorteilhaft wird dadurch ein selbstlernendes System bereitgestellt, mit dem das Verfahren im Laufe der Zeit immer zuverlässiger durchgeführt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass ein Ergebnis der Ermittlung in die Cloud hochgeladen wird. Vorteilhaft ist auf diese Weise eine zentrale Instanz geschaffen, die die Ergebnisse der Analyse verwaltet und an weitere Verkehrsteilnehmer verteilen kann. Im Ergebnis ist dadurch eine erhöhte Verkehrssicherheit, insbesondere bei kritischen Fahrbahnzuständen unterstützt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ergebnis der Ermittlung zum definierten Beeinflussen wenigstens einer Fahrfunktion des Fahrzeugs verwendet wird. Dadurch kann während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs eine Information des Fahrers durchgeführt werden, und/oder es kann ein Fahrassistenzsystem in Abhängigkeit vom erkannten Fahrzustand definiert gesteuert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von drei Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen.
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Figurenliste
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In den Figuren zeigt:
- 1 ein prinzipielles Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer vorgeschlagenen Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs;
- 2 ein prinzipielles Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer vorgeschlagenen Vorrichtung zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs; und
- 3 einen prinzipiellen Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Beim Fahren eines Fahrzeugs auf einer vereisten Fahrbahn verändert sich das Rollgeräusch im Vergleich zum Fahren auf einer trockenen oder auch regennassen Fahrbahn deutlich. Beim Fahren über eine stabile Eisschicht nimmt das Rollgeräusch des Fahrzeugs deutlich ab und zeigt dabei eine eigene, charakteristische Rollgeräuschsignatur. Das brechende Eis bei dünnschichtiger, überfrierender Nässe erzeugt dagegen ein relativ lautes, sehr charakteristisch knackendes Geräuschmuster, das auch über eine Entfernung von mehreren 10m gut hörbar ist. Dies unterscheidet sich deutlich vom Fahrgeräusch auf einer nassen Straße, oder auf Matsch, das ein eher zischendes oder schmatzendes Geräusch erzeugt.
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Dadurch können beide genannten Fahrszenarien akustisch auf einfache Weise voneinander getrennt werden, wobei unter Umständen auch ein vorausfahrendes Fahrzeug hörbar ist. Da brechendes Eis ähnlich klingen kann, wie ein Schotterweg, kann für eine Auswertung eine Kombination des Rollgeräuschs mit Wetterdaten und/oder Straßenkarten mit Straßentyp sinnvoll sein.
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1 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer vorgeschlagenen Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines Fahrbahnzustands während eines Betriebs des Fahrzeugs (nicht dargestellt). Das Fahrzeug kann z.B. als ein manuelles oder ein wenigstens teilweise automatisiertes Fahrzeug ausgebildet sein, welches wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Detektionseinrichtungen 10 (z.B. in Form eines Mikrofons) aufweist, die zum Erfassen eines Rollgeräuschs S während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Detektionseinrichtung 10 zusätzlich auch noch zum Erfassen von Signaltönen von Einsatzfahrzeugen und/oder für eine Durchführung von noise cancellation verwendet werden.
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Die wenigstens eine Detektionseinrichtung 10 ist außen am Fahrzeug, vorzugsweise in Radnähe, im Radkasten, an der Stoßstange oder am Unterboden angeordnet, damit sie möglichst nahe an der Geräuschquelle positioniert ist und dadurch effizient akustisch detektieren kann. Das Rollgeräusch S bereitet sich über einen Luftpfad im Umfeld des Fahrzeugs aus und gelangt an die akustische Detektionseinrichtung 10.
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Auf diese Weise kann das Rollgeräusch S mit dem wenigstens einen außerhalb der Fahrerkabine angeordneten Mikrofon aufgezeichnet und kontinuierlich während der Fahrt des Fahrzeugs bezüglich charakteristischer Größen bewertet werden. Funktional verbunden mit der Detektionseinrichtung 10 ist zu diesem Zweck eine Ermittlungseinrichtung 20, die das erfasste Rollgeräusch S auf wenigstens ein definiertes akustisches Kriterium analysiert und klassifiziert.
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Die Ermittlungseinrichtung 20 ist vorzugsweise als ein Softwareprogramm ausgebildet, kann alternativ aber auch aus diskreten Hardwarekomponenten (nicht dargestellt) aufgebaut sein.
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Erkennbar ist, dass an die Ermittlungseinrichtung 20 optional auch Wetterdaten bzw. Straßendaten P1 und/oder Fahrzeugbetriebsdaten P2 zugeführt werden, wobei die Fahrzeugbetriebsdaten P2 einen aktuellen Fahrzeugzustand im Betrieb des Fahrzeugs spezifizieren, wie z.B. Geschwindigkeit, Drehmoment, Außentemperatur, Regensensorstatus, Lenkwinkel, Gierwinkel, GPS-Position, usw. Im Ergebnis ergeben die Daten P1, P2 in Kombination mit dem erfassten Rollgeräusch S einen situationsbeschreibenden akustischen Fingerabdruck des im Betrieb befindlichen Fahrzeugs.
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Das von der Detektionseinrichtung 10 erfasste Rollgeräusch S wird an die Ermittlungseinrichtung 20 übermittelt, die eine Auswertung des akustischen Rollgeräuschs S auf wenigstens einen der oben genannten akustischen Parameter durchführt, insbesondere eine Ermittlung einer Impulshaftigkeit bzw. Ermittlung von Lautstärkespitzen des Rollgeräuschs S. Als Ergebnis der Analyse steht am Ausgang der Ermittlungseinrichtung 20 ein Ergebnissignal E bereit, welches z.B. an ein oder mehrere übergeordnete Systeme des Fahrzeugs, z.B. an eine Informationsanzeige, Fahrassistenzsystem, Reibwertkarte, usw. des Fahrzeugs übermittelt wird.
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Auf diese Weise kann mittels der Vorrichtung 100 ein definierter, aktuell vorliegender Fahrbahnzustand mit einer definierten Wahrscheinlichkeit ermittelt werden, z.B. trockene Fahrbahn, nasse Straße, Matsch, Eis, usw. Insbesondere beim Fahren des Fahrzeugs auf einer vereisten Fahrbahn wird im Wesentlichen kein Wasser verdrängt, sondern es wird Eis gebrochen und Eissplitter verdrängt, wodurch ein knackendes Rollgeräusch S generiert wird, was insbesondere durch eine Erfassung der genannten Impulshaftigkeit und/oder der Rauheit und/oder der Kurtosis des Rollgeräuschs S ermittelt werden kann.
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Ferner kann mittels des Ergebnissignals E ein Fahrverhalten des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom detektierten Fahrbahnzustand geeignet adaptiert werden. Dadurch kann für das Fahrzeug ein effizientes Degradationskonzept realisiert werden, mit dem ein Fahrverhalten in Abhängigkeit vom erkannten Fahrbahnzustand angepasst werden kann.
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Die Veränderung des Rollgeräuschs S beim Fahren auf Eis lässt sich insbesondere mittels spezifischer akustischer Kriterien beschreiben, wie zum Beispiel Geräuschpegel, spektrale Charakteristik (FFT(t) (engl. Fast Fourier Transform), MFCC (engl. Mel Frequency Cepstral Coefficients), usw.), Impulshaftigkeit, Rauheit, Schärfe, Crest-Faktor, Kurtosis, spektraler Schwerpunkt, Tonalität (z.B. spectral flatness), Schwankungsstärke (z.B. spectral flux) und Modulationsspektren.
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Die Kombination der genannten Merkmale dient entweder einer direkten Geräuschbewertung oder dem Training eines neuronalen Netzes (nicht dargestellt) mit Messdaten und die spätere Klassifikation, vergleichbar mit einem akustischen Fingerabdruck) im Betrieb des Fahrzeugs. Das genannte Training des neuronalen Netzwerks wird vorzugsweise offline durchgeführt und dessen Ergebnis kann nach Beendigung der Fahrt nachträglich in die Bewertungseinrichtung 20 eingespielt werden. Auf diese Weise wird eine künstliche Intelligenz trainiert, mittels derer die Genauigkeit und Effizienz der Bewertungseinrichtung 20 im Laufe der Zeit weiter verbessert werden kann.
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Sobald von der Bewertungseinrichtung 20 überfrierende Nässe erkannt wird, wird diese Information vorzugsweise im Fahrzeug signalisiert (z.B. mittels eines Displays). Optional kann diese Information auch zusammen mit einem Zeitstempel und einer Position des Fahrzeugs in einer Karte hinterlegt und anderen Fahrzeugen, die auf der gleichen Straße unterwegs sind und in naher Zukunft an der erkannten glatten Stelle vorbeifahren, bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck kann es vorgesehen sein, das Ergebnis mittels einer drahtlosen Verbindung (nicht dargestellt) in die Cloud zu übertragen, wo die genannte Verteilung der Daten stattfindet.
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Das Blockschaltbild der vorgeschlagenen Vorrichtung 100 von 2 unterscheidet sich von den vorhergehenden von 1 nur dadurch, dass nunmehr am Ausgang der Ermittlungseinrichtung 20 eine Kommunikationseinrichtung 30 vorgesehen ist, mittels derer das Ergebnis der Analyse vorzugsweise funkbasiert in die Cloud mit einer zentralen Rechnervorrichtung (nicht dargestellt) hochgeladen wird. Auf diese Weise kann das Ergebnis der Analyse zentral verwaltet und an weitere Fahrzeuge verteilt werden, sodass auch die weiteren Fahrzeuge von der Analyse profitieren.
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3 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben eines wenigstens teilweise automatisiert fahrenden Fahrzeugs.
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In einem Schritt 200 erfolgt ein Detektieren eines Rollgeräuschs S des Fahrzeugs mittels wenigstens einer Detektionseinrichtung 10.
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In einem Schritt 210 wird ein Bestimmen eines Fahrbahnzustand durch Analysieren und Klassifizieren des detektierten Rollgeräuschs S mittels wenigstens eines definierten akustischen Kriteriums durchgeführt, wobei für das Analysieren des Rollgeräuschs S zusätzlich Wetterdaten P1 und/oder Fahrzeugbetriebsdaten P2 verwendet werden.
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Das Rollgeräusch S ist eine wichtige zusätzliche Informationsquelle zur Einschätzung des Fahrbahnzustandes, insbesondere bezüglich überfrierender Nässe. Denkbar sich auch Fälle, in denen ein vorausfahrendes Fahrzeug das hörbare Rollgeräusch S erzeugt und vom nachfahrenden Fahrzeug erfasst und ausgewertet wird. In diesem Fall steht diese Information auch vorausschauend zur Verfügung und kann zum Beispiel den auf dem Radschlupf basierenden Reibwert des nachfahrenden Fahrzeugs ergänzen und breiter anwendbar machen.
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Das vorgeschlagene Verfahren wird vorzugsweise in einem Steuergerät als ein Computerprogramm implementiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3728708 A1 [0004]
- DE 10259979 A1 [0005]
