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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Off-Road Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Umfelderfassung für ein Off-Road Fahrzeug.
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Ein Off-Road Fahrzeug ist dazu eingerichtet, abseits eines ausgebauten Verkehrswegs betrieben zu werden. Beispielsweise kann ein solches Fahrzeug auf einer unbefestigten Straße, einer Naturstraße, auf einer Piste oder sogar querfeldein gefahren werden. Anforderungen an das Fahrzeug sind dabei signifikant anders als für eine Fahrt auf einer üblichen Straße. Einerseits müssen Unebenheiten und unterschiedlich griffige oder viskose Untergründe überwunden werden, wozu das Fahrzeug üblicherweise über große Bodenfreiheit, lange Federwege und einen drehmomentstarken Antrieb verfügt. Andererseits können eine Navigation oder das Wählen eines Fahrwegs gegenüber einem Straßenbetrieb erschwert sein.
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Üblicherweise ist eine Route vorgesehen, der das Fahrzeug folgen soll. Diese Route kann als Folge von geographischen Wegpunkten oder als Kurve in einem Vermessungssystem bestimmt sein. In Abhängigkeit von einem Zustand eines Geländes muss gelegentlich von der vorbestimmten Route abgewichen werden. Einem kleineren Hindernis wie einem Baum kann eventuell lokal ausgewichen werden, während ein größeres Hindernis wie ein Wassergraben eine Änderung der Route erfordern kann.
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Ein Fahrer kann bei der Steuerung des Fahrzeugs durch die vielfältigen Anforderungen überfordert sein, insbesondere wenn es sich um ein Nutzfahrzeug mit einer während des Fahrens ausgeführten Funktion handelt, die durch den Fahrer überwacht wird.
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Aus
DE 10 2012 112 724 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrbahnzustands aus Umfeldsensordaten bekannt.
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Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer verbesserten Technik zur Steuerung eines Off-Road Fahrzeugs. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Verfahren zum Abtasten eines Umfelds eines Fahrzeugs, umfasst Schritte des Aussendens von Radarwellen vom Fahrzeug auf einen Untergrund des Fahrzeugs; des Erfassens eines Radarechos von am Untergrund zurückgeworfenen Radarwellen; des Bestimmens eines Abschnitts des Untergrunds, von dem ein Radarecho erfasst wurde, das eine vorbestimmte Stärke unterschreitet; und des Bestimmens einer Wasserfläche in dem Abschnitt.
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Es wurde erkannt, dass eine auf dem Untergrund befindliche Wasserfläche die Radarwellen derart effizient vom Fahrzeug weg reflektieren kann, dass aus dem Bereich der Wasserfläche praktisch keine Radarechos zu bestimmen sind. Die totale Reflektion kann selbst bei einer leicht bewegten Wasserfläche funktionieren, beispielsweise bei einer Pfütze, deren Oberfläche von Wind überstrichen wird.
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Das Verfahren kann insbesondere vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der Untergrund unbefestigt ist. Das Fahrzeug umfasst bevorzugt ein Off-Road Fahrzeug, beispielsweise einen Geländewagen, ein Baustellenfahrzeug, ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, ein Militärfahrzeug oder ein Bodenbearbeitungsfahrzeug. Außerhalb eines Straßennetzes kann eine Wasserfläche auf eine unter ihr verborgene Gefahrenstelle hinweisen. Beispielsweise könnte sie eine Wasserstelle begrenzen, die tief genug ist, um das Fahrzeug an einer Weiterfahrt zu hindern. Öfter noch kann die Wasserfläche auf einen losen oder morastigen Untergrund hinweisen, in dem das Fahrzeug stecken bleiben kann.
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Der Abschnitt kann bestimmt werden, falls er eine vorbestimmte Größe überschreitet. Die Größe kann bezüglich einer Fahrzeugachse oder einer Bewegung des Fahrzeugs bestimmt werden. Beispielsweise kann der Abschnitt nur dann bestimmt werden, wenn seine Länge, seine Breite oder ein Verhältnis von Länge zu Breite einen zugeordneten Schwellenwert überschreitet. Der Abschnitt kann auch nur dann bestimmt werden, wenn er eine vorbestimmte Form aufweist. Die Form kann insbesondere breiter als eine Spur des Fahrzeugs sein oder zwei Wasserflächen umfassen, zwischen denen ein Abstand im Bereich der Spurbreite des Fahrzeugs liegt.
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Der Abschnitt kann bestimmt werden, falls eine räumliche Dichte von Radarechos im Abschnitt ein vorbestimmtes Maß unterschreitet. Die beschriebene Abtastung des Untergrundes kann Radarechos ergeben, deren Reflektionsorte tatsächlich nicht dem Untergrund zuzurechnen sind; es kann sich um eine spezielle Form des Messrauschens handeln. Sind weniger Radarechos zu bestimmen als durch ein vorbestimmtes Messrauschen zu erwarten wären, so kann auf den Abschnitt geschlossen werden. Die räumliche Dichte kann zweidimensional bezüglich des Untergrundes oder dreidimensional in einem Raum, der das Fahrzeug umgibt, bestimmt werden.
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Der Abschnitt kann auch bestimmt werden, falls auf ihm Abstände benachbarter Radarechos, beziehungsweise Abstände von Orten, an denen jeweils eine Reflektion der Radarwellen stattgefunden hat, eine vorbestimmte Distanz überschreiten.
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Der Untergrund kann in aneinander angrenzende Flächen unterteilt werden, wobei eine Fläche als nicht vom Abschnitt umfasst bestimmt wird, falls von ihm wenigstens ein Radarecho erfasst wurde. Die Flächen können beliebige Formen aufweisen, insbesondere rechteckig oder quadratisch. Die Größe einer Fläche kann in Abhängigkeit einer Auflösung gewählt werden, die mittels der Radarsignale erzielbar ist. Der Abschnitt kann somit aus Flächen zusammengesetzt werden. Fehlmessungen können weniger ins Gewicht fallen und die Wasserfläche kann verbessert bestimmt werden. Dies kann insbesondere gelten, falls sich in der Wasserfläche ein reflektierendes Objekt befindet, beispielsweise eine Pflanze oder ein Ast.
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Für die Bestimmung des Abschnitts können nur Radarechos berücksichtigt werden, die von Punkten unterhalb einer vorbestimmten Höhe über dem Untergrund ausgehen. Bewuchs, mit dem insbesondere abseits befestigter Straßen gerechnet werden muss, kann so von der Bestimmung der Wasserfläche ausgeschlossen werden.
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Bevorzugt wird ein Signal ausgegeben, um auf die bestimmte Wasserfläche hinzuweisen. Das Signal kann nur eine Existenz oder zusätzlich eine Größe oder ein anderes bestimmtes Charakteristikum der Wasserfläche umfassen. Das Signal kann an einen Fahrer des Fahrzeugs gerichtet sein und beispielsweise optisch, akustisch oder haptisch an ihn ausgegeben werden.
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In einer weiteren Ausführungsform werden eine Längs- und/oder Quersteuerung des Fahrzeugs beeinflusst, um ein Befahren der bestimmten Wasserfläche durch das Fahrzeug zu vermeiden. Das Verfahren kann nach Art eines Fahrassistenten einen menschlichen Fahrer bei der Steuerung des Fahrzeugs unterstützen oder im Rahmen einer automatischen oder autonomen Steuerung eingesetzt werden.
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Eine Vorrichtung zur Abtastung eines Umfelds eines Fahrzeugs umfasst: eine Sendeeinrichtung zur Aussendung von Radarwellen vom Fahrzeug auf einen Untergrund des Fahrzeugs; eine Empfangseinrichtung zur Erfassung eines Radarechos von am Untergrund zurückgeworfenen Radarwellen; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, einen Abschnitt des Untergrunds zu bestimmen, von dem ein Radarecho erfasst wurde, das eine vorbestimmte Stärke unterschreitet; und eine Wasserfläche in dem Abschnitt zu bestimmen.
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Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können in Form eines bekannten Radarsensors miteinander integriert sein. Es ist bevorzugt, keinen polarimetrischen Radarsensor zu verwenden, dessen Radarwellen von Wasser zurückgeworfen werden können. Der Radarsensor kann beispielsweise im C-Band bei ca. 5,6 GHz arbeiten, im K-Band bei ca. 24 GHz, im Bereich zwischen 76 und 77 GHz oder zwischen ca. 77 und ca. 81 GHz. Auch das W-Band bei ca. 96 GHz ist möglich. Ein Doppler-Signal der Radarwellen muss üblicherweise nicht ausgewertet werden.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 ein System mit einem Fahrzeug;
- 2 eine schematische Darstellung eines Off-Road Fahrzeugs;
- 3 beispielhafte Radarechos vor einem Off-Road Fahrzeug; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens
darstellt.
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1 zeigt ein System 100 mit einem Fahrzeug 105. Das Fahrzeug 105 ist bevorzugt ein Off-Road Fahrzeug, das dazu eingerichtet ist, auf einer unbefestigten Straße, einer Naturstraße, auf einer Piste oder querfeldein gefahren zu werden. An Bord des Fahrzeugs 105 ist eine Vorrichtung 110 angebracht, die dazu eingerichtet ist, ein Umfeld des Fahrzeugs 105 abzutasten. Insbesondere ist die Vorrichtung 110 dazu eingerichtet, einen Untergrund 115 abzutasten, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug 105 auf dem Untergrund 115 fahren kann.
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Die Vorrichtung 110 umfasst eine Sendeeinrichtung 120 zur Aussendung von Radarwellen in Richtung des Untergrunds 115, eine Empfangseinrichtung 125 für Radarwellen und eine Verarbeitungseinrichtung 130, die dazu eingerichtet ist, auf der Basis von ausgesandten und empfangenen Radarwellen eine Wasserfläche 135 auf dem Untergrund 115 zu bestimmen. Bevorzugt ist eine Schnittstelle 140 zur Bereitstellung eines Bestimmungsergebnisses vorgesehen.
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In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind die Sendeeinrichtung 120 und die Empfangseinrichtung 125 miteinander integriert ausgeführt oder wenigstens in relativer räumlicher Nähe zueinander angeordnet.
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Die Radarwellen werden bevorzugt in einen Bereich des Umfelds ausgesandt, den das Fahrzeug 105 befahren soll. Ausgesandte Radarwellen können allgemein an einem Untergrund gestreut und reflektiert werden, sodass ein Radarecho entsteht, das mittels der Empfangseinrichtung 125 empfangen und ausgewertet werden kann.
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Eine Wasserfläche 135 kann für ausgesandte Radarwellen wie ein Spiegel wirken, der einfallende Radarwellen annähernd vollständig reflektiert. Ein Einfallwinkel von einfallenden Radarwellen zur Senkrechten ist üblicherweise so groß wie ein Ausfallwinkel des Radarechos, sodass Radarwellen, die nach schräg unten vom Fahrzeug 105 weg ausgesandt werden, nach schräg oben vom Fahrzeug 105 weg gerichtete Radarechos erzeugt. In diesem Fall werden keine Radarwellen von der Empfangseinrichtung 125 empfangen.
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Die Vorrichtung 110 ist bevorzugt dazu eingerichtet, zu bestimmen, an welchem Ort ein empfangenes Radarecho reflektiert wurde. Ein Abschnitt, des Untergrundes 115, von dem kein Radarecho zu empfangen ist, kann als Wasserfläche 135 bestimmt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Fahrzeugs 105 in einer seitlichen Ansicht, 4 eine korrespondierende Darstellung in einer Draufsicht. Es wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Untergrund 115 auf einer vorbestimmten Breite mittels Radarwellen abgetastet wird. Im Wesentlichen soll eine Entfernung zu einem Ort bestimmt werden, an dem eine ausgesandte Radarwelle in ein Radarecho reflektiert wird. Die Entfernung wird hier entlang der Fahrtrichtung des Fahrzeugs 105 bestimmt. Optional können noch eine Richtung des reflektierenden Ortes, beispielsweise bezüglich der Fahrtrichtung, und/oder eine Höhe, beispielsweise bezüglich der Horizontalen, bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden nur empfangene Radarechos weiter behandelt, deren reflektierende Orte unterhalb einer vorbestimmten Höhe 205 liegen.
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In 4 sind schematisch Orte 305 eingezeichnet, an denen Reflektionen der Radarwellen bestimmt wurden. In einem horizontalen Abschnitt 310 sind auf dem Untergrund 115 keine solchen Orte bestimmbar, sodass bestimmt werden kann, dass sich in dem Abschnitt 310 eine Wasserfläche 135 befindet.
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Zur Bestimmung kann in einer Ausführungsform ein vor dem Fahrzeug 105 liegender Bereich in vorbestimmte Flächen 210 oder Entfernungen unterteilt werden, wie in 3 angedeutet ist. Kann in einer der Flächen 210 ein Ort 310 bestimmt werden, so kann bestimmt werden, dass im Bereich der Fläche 210 keine Wasserfläche 135 liegt. Eine Wasserfläche 135 kann umgekehrt aus Flächen 210 zusammengesetzt werden, in denen kein reflektierender Ort 310 bestimmt werden konnte.
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In einer anderen Ausführungsform kann ein Abschnitt 310, in dem eine örtliche Dichte von bestimmten Orten 305 einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet, als Wasserfläche 135 bestimmt werden. Weitere Herangehensweisen zur Bestimmung der Wasserfläche 135 auf der Basis nicht bestimmbarer Reflektionsorte 305 sind denkbar.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Bestimmung einer Wasserfläche 135 im Bereich eines Fahrzeugs 105. Das Verfahren 400 kann insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung 110, und weiter bevorzugt an Bord eines Fahrzeugs 105 ausgeführt werden.
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In einem Schritt 405 können Radarwellen ausgesandt werden. Die Radarwellen werden bevorzugt vom Fahrzeug 105 aus in Fahrtrichtung nach schräg unten ausgesandt. Dazu ist die Sendeeinrichtung 120 weiter bevorzugt in einer vorbestimmten Höhe über dem Untergrund 115 am Fahrzeug 105 angebracht.
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In einem Schritt 410 kann ein Radarecho empfangen werden, das entsteht, wenn eine ausgesandte Radarwelle an einem Ort 305 zumindest teilweise in Richtung der Empfangseinrichtung 125 reflektiert wird. In einer Ausführungsform wird ein Winkel, in dem die Radarwellen nach unten ausgesandt werden, variiert, sodass die Radarwellen auf unterschiedlich weit vom Fahrzeug 105 entfernte Orte 305 fallen. Wird ein Radarecho empfangen, so kann auf der Basis des Winkels, unter dem die Radarwellen ausgesandt wurden, bestimmt werden, in welcher Entfernung sich der reflektierende Ort 305 befindet.
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In einem Schritt 415 kann bestimmt werden, ob ein Radarecho empfangen werden konnte, beziehungsweise welche Intensität es aufweist. Wurde ein Radarecho mit einer ausreichenden Intensität empfangen, so kann bestimmt werden, dass sich in einer Entfernung, die zum Winkel der ausgesandten Radarwellen korrespondiert, bestimmt werden, ein befahrbarer Untergrund 115 befindet.
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In einem Schritt 420 kann für einen vorbestimmten Sendewinkel bestimmt werden, dass entweder gar kein Radarecho empfangen wurde, oder dass ein empfangenes Radarecho so schwach ist, dass es sich von einem üblichen Messrauschen nicht signifikant unterscheidet. In diesem Fall kann auf der Basis des Winkels bestimmt werden, in welcher Entfernung sich eine Wasserfläche 125 befindet.
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In einem Schritt 425 kann die Wasserfläche 125 genauer charakterisiert werden. Beispielsweise kann ein Abschnitt bestimmt werden, in dem sich die Wasserfläche 125 erstreckt. Es können auch eine Ausdehnung, eine Form oder eine Entfernung der Wasserfläche 125 bestimmt werden. Erfüllt die Wasserfläche 125 ein vorbestimmtes Charakteristikum, beispielsweise bezüglich ihrer Entfernung, ihrer Größe oder ihrer Form, so kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden. Das Signal kann darauf hinweisen, dass das Befahren des bestimmten Abschnitts nicht als sicher angesehen werden kann. Das Signal kann insbesondere an eine Person gerichtet sein, die das Fahrzeug 105 steuert und beispielsweise optisch, akustisch und/oder haptisch ausgegeben werden.
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Optional kann das Fahrzeug 105 in einem Schritt 430 auf der Basis des Signals auch gesteuert werden. Insbesondere kann das Fahrzeug 105 in Abhängigkeit eines bestimmten Charakteristikum der Wasserfläche 135 gesteuert werden, beispielsweise derart, dass ein Einfahren des Fahrzeugs 105 auf die bestimmte Wasserfläche 135 verhindert wird. Dazu kann das Fahrzeug 105 die Wasserfläche 135 umfahren oder anhalten, um beispielsweise durch eine menschliche Bedienperson weiter gesteuert zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- System
- 105
- Fahrzeug
- 110
- Vorrichtung
- 115
- Untergrund
- 120
- Sendeeinrichtung
- 125
- Empfangseinrichtung
- 130
- Verarbeitungseinrichtung
- 135
- Wasserfläche
- 210
- Fläche
- 305
- Ort
- 310
- Abschnitt
- 400
- Verfahren
- 405
- Aussenden Radarwelle
- 410
- Empfangen Radarecho
- 415
- Bestimmen Ort / Intensität einer Reflektion
- 420
- Bestimmen Abschnitt mit schwachem Radarecho
- 425
- Bestimmen Wasserfläche
- 430
- Steuern Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012112724 A1 [0005]
