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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Einsatzfahrzeug sowie eine Auswerteeinheit, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium zum Ausführen des Verfahrens. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeugsystem mit einer solchen Auswerteeinheit.
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Ein Fahrzeug kann mit akustischen Sensoren zur Erfassung von Umgebungsgeräuschen ausgestattet sein. Durch Auswertung von Audiosignalen der akustischen Sensoren können herannahende Fahrzeuge in der Umgebung des Fahrzeugs verortet werden. Beispielsweise kann eine Annäherungsrichtung oder Annäherungsgeschwindigkeit des herannahenden Fahrzeugs durch Auswerten eines Doppler-Effekts bestimmt werden. Weiterhin können Audiosignale durch geeignete Algorithmen klassifiziert werden, um bestimmte Frequenzmuster wie etwa ein Sondersignal eines Einsatzfahrzeugs zu erkennen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erkennung einer Änderung eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Einsatzfahrzeug zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Einsatzfahrzeug. Das Einsatzfahrzeug weist eine Sondersignalanlage zum Aussenden von Signaltönen auf. Das Fahrzeug weist mindestens ein Mikrofon zum Erfassen der Signaltöne sowie eine Auswerteeinheit zum Auswerten von Audiodaten auf.
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Unter einem Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Pkw, Lkw, Bus oder ein Motorrad verstanden werden. Unter einem Einsatzfahrzeug kann beispielsweise ein Rettungs-, Feuerwehr- oder Polizeifahrzeug verstanden werden.
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Ein Signalton kann ein akustisches Sondersignal sein, etwa eine Tonfolge aus einem tiefen Ton und einem hohen Ton oder ein an- und abschwellender Heulton, auch Yelp- oder Wail-Signal genannt.
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Unter einem Mikrofon kann ein Schallwandlerelement zum Umwandeln von Schallwechseldruckschwingungen in ein elektrisches Signal verstanden werden. Es ist möglich, dass das Fahrzeug mehrere Mikrofone aufweist, die an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs platziert sein können, beispielsweise vorn rechts, vorn links, hinten rechts oder hinten links.
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Unter Audiodaten können durch das Mikrofon beim Aufnehmen von Schallwechseldruckschwingungen erzeugte elektrische Signale verstanden werden. Beispielsweise können die elektrischen Signale durch das Mikrofon in geeigneter Weise vorverarbeitet werden, etwa gefiltert oder digitalisiert werden, bevor sie der Auswerteeinheit als Audiodaten bereitgestellt werden.
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Das Verfahren kann beispielsweise automatisch von einer Komponente des Fahrzeugs, etwa der Auswerteeinheit, einem Bordcomputer oder einem Fahrzeugsystem, ausgeführt werden. Die Auswerteeinheit kann Teil des Bordcomputers sein. Das Fahrzeugsystem kann die Auswerteeinheit, den Bordcomputer oder ein Fahrerassistenzsystem umfassen. Das Fahrzeugsystem kann ausgeführt sein, um das Fahrzeug zu steuern, etwa zu lenken, zu beschleunigen, zu bremsen oder zu navigieren. Hierzu kann das Fahrzeugsystem eine entsprechende Aktorik, etwa in Form eines Lenk- oder Bremsaktors oder eines Motorsteuergeräts, umfassen. Das Fahrzeug kann beispielsweise durch die Auswerteeinheit gesteuert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: Empfangen von durch das mindestens eine Mikrofon erzeugten Audiodaten in der Auswerteeinheit; Bestimmen eines Frequenzspektrums basierend auf den Audiodaten in mehreren aufeinanderfolgenden Zeitschritten. Das Frequenzspektrum kann ein durch eine Fourier-Transformation, etwa eine Fast-Fourier-Transformation, berechnetes Amplituden- oder Betragsspektrum sein. Zusätzlich kann basierend auf dem Frequenzspektrum und/oder den Audiodaten ein Cepstrum berechnet werden. Dadurch ist es möglich, höhere Harmonische der Signaltöne auch bei kleineren Intensitäten zuverlässig zu erkennen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: Bestimmen mindestens einer Signaltonfrequenz der Signaltöne und einer der mindestens einen Signaltonfrequenz zugeordneten Intensität basierend auf dem Frequenzspektrum in jedem der Zeitschritte. Dazu können beispielsweise Peaks in einem bestimmten, bekannte Frequenzen der Signaltöne umfassenden Frequenzbereich des Frequenzspektrums gesucht und ausgewertet werden. Auch können dabei beispielsweise Frequenzverschiebungen infolge des Doppler-Effekts berücksichtigt werden. Eine Intensität kann als ein Funktionswert einer Fourier-Transformierten aufgefasst werden. Die Intensität kann etwa ein Schalldruckpegelwert oder ein Wert einer sonstigen geeigneten Größe zur Beschreibung einer Stärke der Signaltöne sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: Vergleichen einer Intensität eines aktuellen Zeitschritts mit einer Intensität eines früheren Zeitschritts, wobei der Intensität des aktuellen Zeitschritts und der Intensität des früheren Zeitschritts zumindest annähernd gleiche Signaltonfrequenzen zugeordnet sind; wenn die Intensität des aktuellen Zeitschritts größer als die Intensität des früheren Zeitschritts ist: Ausgeben eines Ergebniswerts, der eine Annäherung des Einsatzfahrzeugs an das Fahrzeug anzeigt; wenn die Intensität des aktuellen Zeitschritts kleiner als die Intensität des früheren Zeitschritts ist: Ausgeben eines Ergebniswerts, der eine Entfernung des Einsatzfahrzeugs vom Fahrzeug anzeigt.
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Jede der Intensitäten kann mit einer bestimmten Signaltonfrequenz, etwa einer Grundfrequenz und/oder mindestens einer höheren Harmonischen, verknüpft sein. Unter annähernd gleichen Signaltonfrequenzen können Signaltonfrequenzen verstanden werden, die höchstens um einen vorgegebenen Prozentsatz, etwa höchstens um 1 %, 2 % oder 5 %, voneinander abweichen.
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Der Ergebniswert kann beispielsweise 1, 0 oder -1 sein. Dabei kann beispielsweise 1 für eine erkannte Annäherung, -1 für eine erkannte Entfernung und 0 für einen erkannten gleichbleibenden Abstand stehen. Alternativ kann der Ergebniswert eine Wahrscheinlichkeit für eine Entfernung, eine Annäherung bzw. einen gleichbleibenden Abstand angeben. Beispielsweise ist es möglich, dass die Annäherung bzw. die Entfernung nur dann erkannt wird, wenn die Intensität des aktuellen Zeitschritts von der Intensität des früheren Zeitschritts mindestens um einen vorgegebenen Prozentsatz abweicht.
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Beispielsweise kann die mindestens eine Signaltonfrequenz in einer Frequenzliste gespeichert werden. Ferner kann die Intensität zusammen mit der mindestens einen Signaltonfrequenz, die ihr zugeordnet ist, in einer Intensitätsliste gespeichert werden. Aus der Frequenzliste kann mindestens eine Signaltonfrequenz eines aktuellen Zeitschritts ausgewählt werden. Durch Vergleichen der mindestens einen ausgewählten Signaltonfrequenz mit Signaltonfrequenzen in der Intensitätsliste können nun eine Intensität des aktuellen Zeitschritts sowie eine Intensität eines früheren Zeitschritts ausgewählt werden, wobei der Intensität des früheren Zeitschritts mindestens eine Signaltonfrequenz zugeordnet ist, die mit der mindestens einen Signaltonfrequenz der Intensität des aktuellen Zeitschritts übereinstimmt oder von dieser maximal um einen vorgegebenen Toleranzbetrag abweicht.
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Aufgrund des Abstandsgesetzes besteht zwischen der Amplitude der Signaltöne und der Entfernung des Einsatzfahrzeugs relativ zum Fahrzeug ein gesetzmäßiger Zusammenhang. So kann aus einer Erhöhung der Amplitude, d. h. der den Signaltonfrequenzen zugeordneten Werten in der Fourier-Transformation, geschlossen werden, dass sich das Einsatzfahrzeug annähert, und umgekehrt.
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Bei den Signaltönen kann es sich beispielsweise um eine Tonfolge aus einem hohen Ton und einem tiefen Ton handeln. Die Töne können sich frequenzabhängig in ihrer Intensität unterscheiden. Bei Betrachtung eines Zeitverlaufs eines Schalldruckpegels in einem Szenario, in dem sich das Einsatzfahrzeug und das Fahrzeug aufeinander zubewegen, kann beispielsweise festgestellt werden, dass der Schalldruckpegel konstant ansteigt, aber kurzzeitig immer wieder abfällt. Dies liegt daran, dass sich die unterschiedlich lauten Signaltonfrequenzen einander abwechseln.
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Um zu erkennen, ob sich das Einsatzfahrzeug annähert, kann nun beispielsweise ein aktueller Schalldruckpegel betrachtet und mit einem früher gemessenen Schalldruckpegel verglichen werden. Werden dabei Schalldruckpegel unterschiedlicher Signaltonfrequenzen miteinander verglichen, etwa der Schalldruckpegel des tiefen Tons mit dem Schalldruckpegel des hohen Tons, so kann dies die Genauigkeit der Erkennung beeinträchtigen.
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Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann sichergestellt werden, dass jeweils nur Intensitäten ein und desselben Signaltons miteinander verglichen werden. Vereinfacht ausgedrückt wird dazu ein Zeitpunkt in der Vergangenheit gesucht, zu dem die gleiche oder zumindest eine ähnliche Frequenz wie zu einem aktuellen Zeitpunkt gemessen wurde. Die jeweiligen Intensitäten der gefundenen Frequenzen werden dann miteinander verglichen.
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Ein solches Verfahren bietet den Vorteil einer hohen Genauigkeit und Robustheit, ohne dass ein rechenaufwendiger Machine-Learning-Algorithmus, etwa ein künstliches neuronales Netzwerk oder Ähnliches, verwendet werden muss. Dadurch kann das Verfahren beispielsweise von einem Mikrocontroller ausgeführt und damit besonders kostengünstig implementiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die mindestens eine Signaltonfrequenz mindestens zwei Obertonfrequenzen. Für jede der Obertonfrequenzen wird eine Obertonintensität basierend dem Frequenzspektrum bestimmt. Die der mindestens einen Signaltonfrequenz zugeordnete Intensität wird dann durch Mitteln der Obertonintensitäten bestimmt.
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Basierend auf dem Frequenzspektrum können beispielsweise als Signaltöne ein Grundton mit einer Grundfrequenz und mindestens ein Oberton mit einer Obertonfrequenz bestimmt werden. Die Obertonfrequenz kann eine höhere Harmonische, d. h. ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz sein. Beispielsweise können eine zweite, dritte und vierte Harmonische und deren Intensitäten bestimmt werden.
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Die Intensität der Grundfrequenz kann stark schwanken. Diese Schwankungen können vermieden werden, indem die Intensität der Signaltöne basierend auf den Intensitäten der zugehörigen Obertonfrequenzen bestimmt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Speichern des Ergebniswerts für eine vorgegebene Anzahl von Zeitschritten; Bestimmen eines Gesamtergebniswerts basierend auf einer Menge gespeicherter Ergebniswerte und Ausgeben des Gesamtergebniswerts.
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Der Gesamtergebniswert kann mit einem oder mehreren der gespeicherten Ergebniswerte identisch sein. Alternativ kann der Gesamtergebniswert basierend auf zwei oder mehr gespeicherten Ergebniswerten berechnet werden. In diesem Fall kann der Gesamtergebniswert beispielsweise ein statistischer Wert sein.
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Somit können Sprünge in den Ergebniswerten und Falschvorhersagen vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein in der Menge der gespeicherten Ergebniswerte am häufigsten vorkommender Ergebniswert als der Gesamtergebniswert bestimmt und ausgegeben.
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Dazu kann in jedem Zeitschritt eine Häufigkeit für jeden der gespeicherten Ergebniswerte bestimmt werden. Die Häufigkeiten können miteinander verglichen werden. Der Ergebniswert mit der größten Häufigkeit kann dann als Gesamtergebniswert ausgewählt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird immer dann ein Ergebniswert, der eine Entfernung des Einsatzfahrzeugs vom Fahrzeug anzeigt, als der Gesamtergebniswert bestimmt und ausgegeben, wenn die Intensität des aktuellen Zeitschritts um mehr als einen vorgegebenen Betrag kleiner als die Intensität des früheren Zeitschritts ist.
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Ein starker Abfall der Intensität tritt typischerweise dann auf, wenn das Einsatzfahrzeug und das Fahrzeug gerade aneinander vorbeifahren. Ein solcher Abfall der Intensität kann somit einen zuverlässigen Hinweis darauf liefern, dass sich das Einsatzfahrzeug vom Fahrzeug entfernt. Wird ein solcher Abfall der Intensität erkannt, so kann beispielsweise ignoriert werden, welcher der gespeicherten Ergebniswerte am häufigsten vorkommt, und stattdessen unmittelbar eine Entfernung des Einsatzfahrzeugs vom Fahrzeug erkannt werden.
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Es ist möglich, dass das Fahrzeug mindestens zwei Mikrofone zum Erfassen der Signaltöne aufweist. Gemäß einer Ausführungsform wird für jedes der Mikrofone ein Ergebniswert basierend auf durch das jeweilige Mikrofon erzeugten Audiodaten ausgegeben. Einer der Ergebniswerte wird ausgewählt und gespeichert.
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Beispielsweise kann der zu speichernde Ergebniswert abhängig von einem jeweiligen Pegel der Mikrofone ausgewählt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der zu speichernde Ergebniswert abhängig von einem zeitlichen Verlauf des Gesamtergebniswerts ausgewählt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ermittelt, mit welchem der mindestens zwei Mikrofone die größte Intensität bestimmt wurde und mit welchem der mindestens zwei Mikrofone die zweitgrößte Intensität bestimmt wurde. Dabei wird entweder der Ergebniswert desjenigen Mikrofons, mit dem die größte Intensität bestimmt wurde, oder der Ergebniswert desjenigen Mikrofons, mit dem die zweitgrößte Intensität bestimmt wurde, ausgewählt und gespeichert.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Ergebniswert desjenigen Mikrofons, mit dem die größte Intensität bestimmt wurde, ausgewählt und gespeichert, wenn ein aktueller Gesamtergebniswert von einem früheren Gesamtergebniswert abweicht.
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Dies ist typischerweise dann der Fall, wenn das Einsatzfahrzeug und das Fahrzeug gerade aneinander vorbeigefahren sind, wobei zunächst eine Annäherung und anschließend eine Entfernung erkannt wird. In dem Moment, in dem die beiden Fahrzeuge aneinander vorbeifahren, kann die Intensität des Signaltons stark abfallen. Um die Signaltöne in diesem Fall dennoch mit ausreichender Genauigkeit erkennen zu können, kann das Mikrofon, mit dem die größte Intensität gemessen wird, zur Erkennung verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Ergebniswert desjenigen Mikrofons, mit dem die zweitgrößte Intensität bestimmt wurde, ausgewählt und gespeichert, wenn ein aktueller Gesamtergebniswert mit einem früheren Gesamtergebniswert übereinstimmt.
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Ein aktueller Gesamtergebniswert kann ein zuletzt bestimmter Gesamtergebniswert sein. Der frühere Gesamtergebniswert kann in einem Zeitschritt bestimmt worden sein, der einem Zeitschritt, in dem der aktuelle Gesamtergebniswert bestimmt wurde, vorangeht, beispielsweise unmittelbar vorangeht.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Ergebniswert ausgegeben, der einen konstanten Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Einsatzfahrzeug anzeigt, wenn die Intensität des aktuellen Zeitschritts um weniger als einen vorgegebenen Betrag von der Intensität des früheren Zeitschritts abweicht.
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Der konstante Abstand kann beispielsweise auch bei einer sehr geringen Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Einsatzfahrzeug erkannt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Cepstrum basierend auf dem Frequenzspektrum bestimmt. Dabei werden zum Bestimmen der mindestens einen Signaltonfrequenz und/oder der der mindestens einen Signaltonfrequenz zugeordneten Intensität Peaks im Cepstrum ausgewertet.
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Das Cepstrum kann ein Spektrum des logarithmierten Frequenzspektrums sein. Damit können Obertöne der Signaltöne zuverlässig erkannt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird zum Bestimmen der mindestens einen Signaltonfrequenz und/oder der der mindestens einen Signaltonfrequenz zugeordneten Intensität eine Korrekturfunktion, die einen zeitlichen Verlauf der Intensität vorgibt, verwendet.
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Die Korrekturfunktion kann beispielsweise eine mathematische Funktion zweiten oder höheren Grades sein. Die Korrekturfunktion kann etwa einen zeitlichen Verlauf von Cepstrumwerten vorgeben. Der zeitliche Verlauf kann mindestens drei aufeinanderfolgende Zeitschritte umfassen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Auswerteeinheit, die ausgeführt ist, um ein Verfahren, wie es oben und im Folgenden beschrieben wird, auszuführen. Merkmale des Verfahrens, wie es oben und im Folgenden beschrieben wird, können auch Merkmale der Auswerteeinheit sein und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeugsystem. Das Fahrzeugsystem umfasst mindestens ein Mikrofon und eine Auswerteeinheit, die ausgeführt ist, um das Verfahren, wie es oben und im Folgenden beschrieben wird, auszuführen. Merkmale des Verfahrens, wie es oben und im Folgenden beschrieben wird, können auch Merkmale des Fahrzeugsystems sein und umgekehrt.
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Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Computerprogramm, das, wenn es auf einem Prozessor, etwa der oben und im Folgenden beschriebenen Auswerteeinheit, ausgeführt wird, das oben und im Folgenden beschriebene Verfahren ausführt, sowie ein computerlesbares Medium, auf dem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist. Das computerlesbare Medium kann ein flüchtiger oder nicht flüchtiger Datenspeicher sein, etwa eine Festplatte, ein USB-Speichergerät, ein RAM, ROM, EPROM oder Flash-Speicher. Das computerlesbare Medium kann auch ein einen Download eines Programmcodes ermöglichendes Datenkommunikationsnetzwerk wie etwa das Internet oder eine Datenwolke (Cloud) sein.
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Merkmale des oben und im Folgenden beschriebenen Verfahrens können auch Merkmale des Computerprogramms und/oder des computerlesbaren Mediums sein.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein Fahrzeugsystem gemäß einem Ausführungsbespiel der Erfindung.
- 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zeitlichen Verlaufs von Intensitäten unterschiedlicher Signaltonfrequenzen, bestimmt durch eine Auswerteeinheit aus 1.
- 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zeitlichen Verlaufs einer Erkennung einer Änderung eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Einsatzfahrzeug durch eine Auswerteeinheit aus 1.
- 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen einer Änderung eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Einsatzfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Fahrzeug 100, dem ein Einsatzfahrzeug 102 folgt. Das Einsatzfahrzeug 102 weist eine Sondersignalanlage 104 zum Aussenden von Signaltönen 106a, 106b auf, etwa einer kontinuierlichen Tonfolge aus einem tiefen Signalton 106a und einem hohen Signalton 106b. Das Fahrzeug 100 weist ein Fahrzeugsystem 107 mit einem Mikrofon 108 zum Erfassen der Signaltöne 106a, 106b und einer Auswerteeinheit 110 auf. Beispielsweise kann an einem vorderen Ende des Fahrzeugs 100 ein vorderes Mikrofon 108a und an einem hinteren Ende des Fahrzeugs 100 ein hinteres Mikrofon 108b angebracht sein. Denkbar ist auch, dass an jeder Ecke des Fahrzeugs 100, also vorn rechts, vorn links, hinten rechts und hinten links, ein Mikrofon 108 platziert ist. Die Auswerteeinheit 110 empfängt Audiodaten 112, die durch die Mikrofone 108a, 108b erzeugt werden, und wertet diese in einem nachfolgend beschriebenen Verfahren aus, um zu erkennen, ob sich das Einsatzfahrzeug 102 annähert, entfernt oder auf Abstand bleibt.
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Basierend auf den Audiodaten 112 bestimmt die Auswerteeinheit 110 in mehreren aufeinanderfolgenden Zeitschritten, beispielsweise zehnmal pro Sekunde, ein Frequenzspektrum 114. In jedem der Zeitschritte wird mindestens eine Signaltonfrequenz des Signaltons 106a bzw. 106b basierend auf dem Frequenzspektrum 114 bestimmt. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 110 eine Grundfrequenz 116a eines Grundtons des Signaltons 106a bzw. 106b und zusätzlich eine erste Obertonfrequenz 116b eines ersten Obertons, eine zweite Obertonfrequenz 116c eines zweiten Obertons und eine dritte Obertonfrequenz 116d eines dritten Obertons des Signaltons 106a bzw. 106b bestimmen.
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Ferner wird in jedem Zeitschritt eine den Signaltonfrequenzen 116a bis 116d zugeordnete Intensität 118, beispielsweise ein Schalldruckpegel, basierend auf dem Frequenzspektrum 114 bestimmt. Die Intensität 118 kann beispielsweise durch Mitteln von Intensitäten mindestens zweier der Signaltonfrequenzen 116a bis 116d berechnet werden.
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Optional kann in jedem Zeitschritt ein Cepstrum 119 basierend auf dem Frequenzspektrum 114 und/oder den Audiodaten 112 berechnet werden. Die Signaltonfrequenzen 116a bis 116d und/oder deren Intensitäten 118 können dann basierend auf dem Cepstrum 119 bestimmt werden, wie es im Folgenden anhand von 4 näher beschrieben wird.
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Die Auswerteeinheit 110 vergleicht die in einem aktuellen Zeitschritt t1 gemessene Intensität 118 mit einer Intensität 118, die in einem dem aktuellen Zeitschritt t1 vorangehenden früheren Zeitschritt tn gemessen wurde. Hierbei werden nur Intensitäten 118 miteinander verglichen, die jeweils den gleichen Signaltonfrequenzen 116a bis 116d oder zumindest sehr ähnlichen Signaltonfrequenzen 116a bis 116d zugeordnet sind. Anders ausgedrückt werden die Intensitäten 118 unterschiedlicher Zeitschritte frequenzabhängig miteinander verglichen. Somit kann beispielsweise vermieden werden, dass die Intensität 118 des hohen Signaltons 106b mit der Intensität 118 des tiefen Signaltons 106a verglichen wird.
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Ist die Intensität 118 des aktuellen Zeitschritts t1 größer als die Intensität 118 des früheren Zeitschritts tn, so erzeugt die Auswerteeinheit 110 einen Ergebniswert 120, der eine Annäherung des Einsatzfahrzeugs 102 an das Fahrzeug 100 anzeigt.
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Ist die Intensität 118 des aktuellen Zeitschritts t1 hingegen kleiner als die Intensität 118 des früheren Zeitschritts tn, so erzeugt die Auswerteeinheit 110 einen Ergebniswert 120, der eine Entfernung des Einsatzfahrzeugs 102 vom Fahrzeug 100 anzeigt.
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Die Signaltonfrequenzen 116a bis 116d können beispielsweise in einer Frequenzliste 122 abgespeichert werden. Ebenso kann die Intensität 118 zusammen mit den ihr zugeordneten Signaltonfrequenzen 116a bis 116d in einer Intensitätsliste 124 abgespeichert werden. Die Frequenzliste 122 und die Intensitätsliste 124 können in jedem Zeitschritt jeweils um einen Datensatz erweitert werden.
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Aus der Frequenzliste 122 können die Signaltonfrequenzen 116a bis 116d des aktuellen Zeitschritts t1 ausgewählt werden. Durch Vergleichen der ausgewählten Signaltonfrequenzen 116a bis 116d mit den in der Intensitätsliste 124 abgespeicherten Signaltonfrequenzen 116a bis 116d kann zum einen die Intensität 118 des aktuellen Zeitschritts t1 und zum anderen die Intensität 118 des früheren Zeitschritts tn ausgewählt werden.
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Ferner kann der Ergebniswert 120 in einer Ergebnisliste 126 abgespeichert werden. Die Ergebnisliste 126 kann in jedem Zeitschritt aktualisiert werden. Die Ergebnisliste 126 kann beispielsweise auf einem Ringspeicher 128 liegen, der die Ergebniswerte 120 jeweils nur für eine bestimmte Anzahl von Zeitschritten speichert und anschließend überschreibt.
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Aus der Menge der Ergebniswerte 120 kann beispielsweise ein am häufigsten vorkommender Ergebniswert 120 als Gesamtergebniswert 130 ausgewählt werden. Ebenso wie die Ergebniswerte 120 kann der Gesamtergebniswert 130 eines jeden Zeitschritts in einer Gesamtergebnisliste 132 abgespeichert werden. Die Gesamtergebnisliste 132 ermöglicht einen Vergleich zwischen Gesamtergebniswerten 130 unterschiedlicher Zeitschritte. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob der Gesamtergebniswert 130 des aktuellen Zeitschritts t1 von dem Gesamtergebniswert 130 eines früheren Zeitschritts tn, etwa eines dem aktuellen Zeitschritt t1 unmittelbar vorangehenden Zeitschritts, abweicht oder mit diesem identisch ist.
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Beispielsweise ist es möglich, dass für jedes der Mikrofone 108a, 108b ein eigener Ergebniswert 120 pro Zeitschritt erzeugt wird. Dabei wird jedoch pro Zeitschritt nur einer der beiden Ergebniswerte 120 in der Ergebnisliste 126 gespeichert. Welche der beiden Ergebniswerte 120 gespeichert wird, kann unter anderem in Abhängigkeit von einer jeweiligen Intensität, mit der die Mikrofone 108a, 108b den Signalton 106a bzw. 106b erfasst haben, entschieden werden. Dies wird weiter unten näher beschrieben.
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Das Fahrzeug 100 kann ferner eine Fahrerassistenzfunktion 134 aufweisen, die konfiguriert ist, um basierend auf dem Ergebniswert 120 und/oder dem Gesamtergebniswert 130 eine Aktorik 136 des Fahrzeugs 100 anzusteuern. Die Aktorik 136 kann einen Lenk- und/oder Bremsaktor, ein Motorsteuergerät und/oder einen Antrieb des Fahrzeugs 100 umfassen. Die Fahrerassistenzfunktion 134 kann beispielsweise als Software-Modul implementiert sein. Das Software-Modul kann beispielsweise von der Auswerteeinheit 110 ausgeführt werden. Die Auswerteeinheit 110 kann beispielsweise Teil eines Bordcomputers 138 des Fahrzeugs 100 sein.
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2 zeigt beispielhaft einen zeitlichen Verlauf eines Schalldruckpegels („SPL“) der Signaltonfrequenzen 116b bis 116d, d. h. der zweiten, dritten und vierten Harmonischen des Signaltons 106a bzw. 106b. Der Schalldruckpegel kann mit den Mikrofonen 108a, 108b aus 1 gemessen worden sein.
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Der Verlauf beginnt zu einem Zeitpunkt t = 0 s. Zunächst ist der Schalldruckpegel im Wesentlichen konstant. Ungefähr ab einem Zeitpunkt t = 1,2 s nimmt der Schalldruckpegel zu, d. h., das Einsatzfahrzeug 102 nähert sich dem Fahrzeug 100 an. Um einen Zeitpunkt t = 6,5 s herum fällt der Schalldruckpegel schlagartig stark ab. Das ist der Moment, in dem sich das Fahrzeug 100 und das Einsatzfahrzeug 102 in etwa auf gleicher Höhe befinden, wie es auch aus 3 ersichtlich ist. Erkennt die Auswerteeinheit 110 einen solchen abrupten Abfall des Schalldruckpegels, d. h. der Intensität 118, so kann sie einen Ergebniswert 120 ausgeben, der anzeigt, dass sich das Einsatzfahrzeug 102 vom Fahrzeug 100 entfernt. Dieser Ergebniswert 120 kann beispielsweise eine höhere Priorität als ein aktuell im Ringspeicher 128 am häufigsten vorkommender Ergebniswert 120 haben.
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3 zeigt einen Verlauf der durch die Auswerteeinheit 110 bestimmten Ergebniswerte 120 entsprechend dem in 2 gezeigten Verlauf des Schalldruckpegels. Ebenfalls in 3 eingezeichnet sind ein Verlauf einer Ground Truth 300 bezüglich der Annäherung bzw. Entfernung des Einsatzfahrzeugs 102 und ein Verlauf eines Abstands 302 („s“) zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Einsatzfahrzeug 102.
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Die Auswerteeinheit 110 kann beispielsweise die Zahlen 1, 0 und -1 als Ergebniswerte 120 ausgeben, wobei 1 für „Annäherung“, 0 für „konstanter Abstand“ und -1 für „Entfernung“ steht. Analog zu den Ergebniswerten 120 kann auch die Ground Truth 300 die Werte 1, 0 und -1 annehmen.
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Zum Zeitpunkt t = 0 s sind der Ergebniswert 120 und die Ground Truth 300 gleich 0. Ungefähr zu einem Zeitpunkt t = 1,4 s springt die Ground Truth 300 auf 1. Ungefähr zu einem Zeitpunkt t = 2,0 s, d. h. verzögert zur Ground Truth 300, springt auch der Ergebniswert 120 von 0 auf 1. Ungefähr zu einem Zeitpunkt t = 6,5 s springt die Ground Truth 300 von 1 auf -1 und bleibt für die restliche Zeit auf -1. Ungefähr zu einem Zeitpunkt t = 8,0 s, wiederum verzögert zur Ground Truth 300, springt auch der Ergebniswert 120 von 1 auf -1 und bleibt für die restliche Zeit auf -1.
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Der Abstand 302 zwischen dem Fahrzeug 100 und dem Einsatzfahrzeug 102 ist zunächst konstant, fällt ungefähr ab einem Zeitpunkt t = 1,8 s linear ab und erreicht ungefähr zu einem Zeitpunkt t = 6,5 s ein Minimum. Von diesem Zeitpunkt an nimmt der Abstand 302 wieder linear zu.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400, wie es von der in 1 gezeigten Auswerteeinheit 110 ausgeführt werden kann.
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In einem Schritt 410 werden in der Auswerteeinheit 110 Audiodaten 112 von unterschiedlichen Kanälen, d. h. von unterschiedlichen Mikrofonen 108a, 108b, empfangen.
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Zumindest die nachfolgenden Schritte 420 bis 470 können für jeden Kanal separat ausgeführt werden.
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Die Audiodaten 112 können beispielsweise durch einen Tiefpass gefiltert werden und anschließend in einem Schritt 420 einer Fourier-Transformation unterzogen werden, um ein Betragsspektrum als das Frequenzspektrum 114 zu erhalten.
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In einem Schritt 430 kann mit einem Grundfrequenzschätzer die Grundfrequenz 116a geschätzt werden. Zusätzlich können dabei die Obertonfrequenzen 116b bis 116d, d. h. die zweite, dritte und vierte Harmonische der Grundfrequenz 116a, bestimmt werden.
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Beispielsweise kann die Grundfrequenz 116a mithilfe der Mittelwerte aller Kanäle des Frequenzspektrums 114 geschätzt werden.
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Zusätzlich kann das Cepstrum 119 gebildet werden. Die Grundfrequenz 116a kann beispielsweise durch Finden eines Maximums in einem eingegrenzten Suchbereich im Cepstrum 119 bestimmt werden. Zuvor kann das Cepstrum 119 im relevanten Bereich geglättet worden sein.
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Um ein Zittern des Grundfrequenzschätzers zu vermeiden, kann beispielweise zu den drei größten Peaks im Cepstrum 119 eine Frequenz ermittelt werden. Anhand der Frequenzen kann nun diejenige Frequenz geschätzt werden, die einer in einem früheren Zeitschritt geschätzten Frequenz am nächsten ist, solange der zugehörige Cepstrumwert nicht zu stark abweicht. Ist der richtige Peak gefunden, so kann optional mithilfe einer Korrekturfunktion, beispielsweise durch Anlegen einer Parabel an einen vorherigen, gefundenen und nachfolgenden Cepstrumwert, ein noch genauerer Cepstrumwert und damit eine noch genauere Frequenz geschätzt werden. In einem Schritt 440 werden die Signaltonfrequenzen 116a bis 116d in der Frequenzliste 122 abgespeichert.
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In einem Schritt 450 kann aus den jeweiligen Intensitäten 118 der Obertonfrequenzen 116b des 116d ein Intensitätsmittelwert 118 berechnet werden. Der Intensitätsmittelwert 118 kann zusammen mit der zugehörigen Grundfrequenz 116a und/oder den zugehörigen Obertonfrequenzen 116b des 116d in der Intensitätsliste 124 abgespeichert werden.
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Mit anderen Worten können die Intensitäten der Obertöne in der Fouriertransformation ermittelt werden, nachdem der Grundton, d. h. die Grundfrequenz 116a, geschätzt worden ist. Die Intensität des Grundtons kann stark schwanken. Deshalb kann stattdessen im Schritt 450 der Intensitätsmittelwert 118 aus den Intensitäten des ersten, zweiten und dritten Obertons abgespeichert werden.
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Der Intensitätsmittelwert 118 kann mit einem früheren Intensitätsmittelwert 118, dem zuletzt die gleiche bzw. eine sehr ähnliche Grundfrequenz 116a und/oder Obertonfrequenz 116b, 116c bzw. 116d zugeordnet wurde, verglichen werden, um eine Annäherung, Entfernung oder einen konstanten Abstand zu erkennen.
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Dazu können in einem Schritt 460 aus der Frequenzliste 122 die Signaltonfrequenzen 116a bis 116d eines aktuellen Zeitschritts t1, beispielsweise die Grundfrequenz 116a, ausgewählt werden. Anhand der ausgewählten Signaltonfrequenzen 116a bis 116d kann aus der Intensitätsliste 124 ein entsprechender Intensitätsmittelwert 118 des aktuellen Zeitschritts t1 ausgewählt werden.
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Ebenfalls anhand der ausgewählten Signaltonfrequenzen 116a bis 116d kann in einem Schritt 470 aus der Intensitätsliste 124 ein Intensitätsmittelwert 118 eines früheren Zeitschritts t0 ausgewählt werden.
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In einem Schritt 480 werden der aktuelle und der frühere Intensitätsmittelwert 118, die jeweils den gleichen oder zumindest sehr ähnlichen Signaltonfrequenzen 116a bis 116d zugeordnet sind, miteinander verglichen.
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Für diesen Vergleich kann beispielsweise ein Kanal mit dem insgesamt größten Intensitätsmittelwert 118 und/oder dem insgesamt größten Peak im Frequenzspektrum 114 verwendet werden.
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Ist der frühere Intensitätsmittelwert 118 um mehr als einen bestimmten Prozentsatz größer als der aktuelle Intensitätsmittelwert 118, so wird eine Entfernung des Einsatzfahrzeugs 102 erkannt. Ist der frühere Intensitätsmittelwert 118 hingegen um mehr als einen bestimmten Prozentsatz kleiner als der aktuelle Intensitätsmittelwert 118, so wird eine Annäherung des Einsatzfahrzeugs 102 erkannt. Trifft beides nicht zu, so wird ein konstanter Abstand erkannt.
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In einem Schritt 490 kann der aus diesem Vergleich resultierende Ergebniswert 120 der Ergebnisliste 126 angehängt werden.
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In einem Schritt 500 kann aus der Ergebnisliste 126 ein Ergebniswert 120 als Gesamtergebniswert 130 ausgewählt werden. Beispielsweise kann dabei derjenige Ergebniswert 120 ausgewählt werden, der in den letzten 19 Zeitschritten am häufigsten vorgekommen ist. Der Gesamtergebniswert 130 kann der Gesamtergebnisliste 132 angehängt werden.
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Im Folgenden kann unter einem Ergebnis ein Ergebniswert 120, unter einem Gesamtergebnis ein Gesamtergebniswert 130 verstanden werden.
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Sobald die Klassifizierung für jeden der Kanäle abgeschlossen ist, wird ein Kanal bestimmt, dessen Ergebnis ausgewählt werden soll. Beispielsweise kann der Kanal mit dem insgesamt zweitgrößten Intensitätsmittelwert 118 und/oder dem insgesamt zweitgrößten Peak im Frequenzspektrum 114 ausgewählt werden, wenn ein aktuelles (Gesamt-)Ergebnis der Klassifizierung mit einem vorherigen (Gesamt-)Ergebnis der Klassifizierung identisch ist. Andernfalls kann der Kanal mit dem insgesamt größten Intensitätsmittelwert 118 und/oder dem insgesamt größten Peak im Frequenzspektrum 114 ausgewählt werden. Der mit dem ausgewählten Kanal bestimmte Intensitätsmittelwert 118 kann dann an die Intensitätsliste 124 angehängt werden. Zuvor kann dieser Intensitätsmittelwert 118 beispielsweise noch durch einen Tiefpassfilter geleitet werden.
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Schließlich kann das Ergebnis der Ergebnisliste 126, die alle bisherigen Ergebnisse der Klassifizierung enthält, angehängt werden.
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Anschließend kann beispielsweise eine Mehrheitsentscheidung anhand einer bestimmten Anzahl vorheriger Ergebnisse durchgeführt werden, um starkes Springen zu vermeiden und Falschvorhersagen auszugleichen. Das Ergebnis der Mehrheitsentscheidung kann dann als Gesamtergebnis ausgegeben werden.
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Beispielsweise kann das Gesamtergebnis überschrieben werden, wenn der Intensitätsmittelwert 118 in der Intensitätsliste 124 sehr stark fällt. In diesem Fall kann für eine bestimmte Zeit angenommen werden, dass sich das Einsatzfahrzeug 102 vom Fahrzeug 100 entfernt.
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Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer der obigen Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- Einsatzfahrzeug
- 104
- Sondersignalanlage
- 106a
- tiefer Signalton
- 106b
- hoher Signalton
- 107
- Fahrzeugsystem
- 108
- Mikrofon
- 108a
- vorderes Mikrofon
- 108b
- hinteres Mikrofon
- 110
- Auswerteeinheit
- 112
- Audiodaten
- 114
- Frequenzspektrum
- 116a
- Grundfrequenz
- 116b
- erste Obertonfrequenz
- 116c
- zweite Obertonfrequenz
- 116d
- dritte Obertonfrequenz
- 118
- Intensität/Intensitätsmittelwert
- 119
- Cepstrum
- 120
- Ergebniswert
- 122
- Frequenzliste
- 124
- Intensitätsliste
- 126
- Ergebnisliste
- 128
- Ringspeicher
- 130
- Gesamtergebniswert
- 132
- Gesamtergebnisliste
- 134
- Fahrerassistenzfunktion
- 136
- Aktorik
- 138
- Bordcomputer
- 300
- Ground Truth
- 302
- Abstand
- 400
- Verfahren zum Erkennen einer Änderung eines Abstands zwischen einem Fahrzeug und einem Einsatzfahrzeug
- 410
- Empfangen von Audiodaten
- 420
- Bestimmen eines Frequenzspektrums
- 430
- Bestimmen mindestens einer Signaltonfrequenz
- 440
- Speichern mindestens einer Signaltonfrequenz
- 450
- Bestimmen und Speichern einer Intensität
- 460
- Auswählen einer aktuellen Intensität
- 470
- Auswählen einer früheren Intensität
- 480
- Vergleichen einer aktuellen Intensität mit einer früheren Intensität
- 490
- Speichern eines Ergebniswerts
- 500
- Bestimmen eines Gesamtergebniswerts
