DE19749372A1 - Elektronisches Erkennungssystem und -verfahren für akustische Signale - Google Patents

Elektronisches Erkennungssystem und -verfahren für akustische Signale

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DE19749372A1
DE19749372A1 DE19749372A DE19749372A DE19749372A1 DE 19749372 A1 DE19749372 A1 DE 19749372A1 DE 19749372 A DE19749372 A DE 19749372A DE 19749372 A DE19749372 A DE 19749372A DE 19749372 A1 DE19749372 A1 DE 19749372A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Erkennungssystem für akustische Signale nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 wobei die akustischen Signale insbesondere aber nicht ausschließlich Warnzeichen von anderen Fahrzeugen und ungewöhnliche Geräusche vom eigenen Fahrzeug beinhalten. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeugüberwachungsverfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.
Nahezu alle modernen Fahrzeuge sind mit Einrichtungen wie Parksensoren und Abstandssensoren ausgestattet. Ihre Funktionsweise basiert auf dem Aussenden von Signalen und dem Empfangen des rückgestreuten Signals. Dazu umfaßt die Einrichtung neben einem Sender einen Empfänger für optische oder akustische Signale. Die Signale, die von dem Empfänger aufgefangen werden, werden zur Weiterverarbeitung durch eine Auswerteeinheit der Einrichtung nur dann zugelassen, wenn sie mit dem ausgesendeten Signal in irgendeiner Form korreliert sind, d. h. die gleiche Frequenz haben oder eine gleiche Pulsform haben.
Des weiteren sind Systeme bekannt, bei denen auch zufällige Ereignisse wie Hup- oder sonstige Warnsignale erfaßt werden und so eine Kommunikation zwischen mehreren Fahrzeugen stattfindet. Ein solches System ist z. B. in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 94 10 485 als Einrichtung zur richtungsabhängigen Wahrnehmung schwacher akustischer Signale beschrieben. Diese Einrichtung umfaßt einen in einem Winkel bis zu 110 Grad arbeitenden richtungskonstanten Sender, mit dem ein Einsatzfahrzeug ausgestattet ist. Das jeweilige Kraftfahrzeug der übrigen Verkehrsteilnehmer ist mit einem oder mehreren, die Signale des Senders aufnehmenden Empfängern ausgestattet, die jeweils mit einem elektrischen Umsetzer gekoppelt sind, der seinerseits mit den einen Brummton auf den Lautsprecher übertragenden Lautsprecherleitungen verbunden ist.
Eine weitere Einrichtung der oben genannten Art ist aus DE 30 46 862 bekannt. Die dort beschriebene Lautstärkesteuerung für Geräte zur elektro-akustischen Tonwiedergabe in Fahrzeugen weist einen Detektor auf, der beim Auftreten akustischer Warnsignale von bevorrechtigten Wegebenutzern ein Ausgangssignal an ein Stellglied abgibt, durch das die Lautstärke des elektro-akustischen Tonwiedergabegerätes verringert oder ganz auf null gestellt wird.
Die Systeme nach dem Stand der Technik berücksichtigen aber jeweils nur einen Teilaspekt der akustischen Informationen im Straßenverkehr. Sie dienen nur zur Unterstützung des Fahrers bei der Wahrnehmung von Warnsignalen, indem sie die Einstellung einer Wiedergabeeinrichtung im Fahrzeug beeinflussen. Akustische Signale im Straßenverkehr können aber vielfältig genutzt werden und zu einer umfassenden und vollständigeren Beurteilung der augenblicklichen Verkehrssituation herangezogen werden, als dies z. B. nur mit optischen Mitteln möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erkennungssystem für akustische Signale und Warnzeichen zu schaffen, mit dem die Fahrsituation und der Fahrzeugzustand vollständig ermittelt und bei der Steuerung des Fahrzeugs berücksichtigt werden kann, sowie ein Verfahren zur akustischen Überwachung eines Fahrzeugs und Aufbereitung akustischer Signale anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Erkennungssystem für akustische Signale mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur akustischen Überwachung eines Fahrzeugs und Aufbereitung akustischer Signale nach Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf jeweilige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Erkennungssystem für akustische Signale, das mindestens einen Empfänger zum Erfassen von akustischen Signalen außerhalb des Fahrzeugs und im Innenraum des Fahrzeugs und mindestens eine Ausgabeeinheit für die Ausgabe von Informations- und Steuerungssignalen in Abhängigkeit von den akustischen Signalen umfaßt, ist gekennzeichnet durch einen Analog-Digital-Umwandler für die Umwandlung der akustischen Signale in digitale Daten, eine Auswerteeinheit für die Erfassung von Klassifizierungsmerkmalen aus den Daten und eine Recheneinheit mit einer Speichervorrichtung zum Abspeichern von Vergleichssignalen und einer Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der erfaßten Klassifizierungsmerkmale mit vorher abgespeicherten Klassifizierungsmerkmalen und zur Erzeugung der Informations- und Steuerungssignale in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnisses.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Fahrzeugs mit den Schritten Erfassen akustischer Signale im und außerhalb des Fahrzeug und Ausgeben von Informations- und Steuerungssignalen in Abhängigkeit von den erfaßten akustischen Signalen ist gekennzeichnet durch die Schritte Umwandeln der erfaßten akustischen Signale in digitale Daten, Erfassen von Klassifizierungsmerkmalen in den Daten, Vergleichen der erfaßten Klassifizierungsmerkmale mit vorher abgespeicherten Klassifizierungsmerkmalen und Erzeugen der Informations- und Steuerungssignale in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß über Mikrophone, die jeweils mit einem Vorverstärker am Fahrzeug angebracht sind und deren Ausgangssignale mit einem Analog- Digital-Umsetzung (ADU) in digitale Daten umgewandelt werden, eine optimale akustische Überwachung des Fahrzeugs möglich ist. Dazu werden die Daten von dem ADU zu einer Auswerte- bzw. Verarbeitungseinheit zur Gewinnung der Klassifizierungsmerkmale in den Daten transferiert. Die Ergebnisse nach der Durchführung der Klassifizierung werden in einer Recheneinheit mit vorgegebenen Klassifizierungsmerkmalen verglichen und dann entweder für den Fahrer dargestellt, zum Beispiel auf einer LED- oder LCD-Anzeige, oder bei einem autonom geführten Fahrzeug über eine Schnittstelle, zum Beispiel einem CAN- Bus-Interface, zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet. Neben ihrer Visualisierung und ihrer Verwendung für Stellglieder und Aktoren können die Daten auch über ein Computer- Interface an einen externen (Fahrzeug-) Computer zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden.
Der Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, daß die akustischen Signale in einem Fahrzeug detektiert und (speziell bezüglich Warnzeichen) klassifiziert werden und eine auf das jeweilig klassifizierte Signale abgestimmte Reaktion unter Berücksichtigung der vorhandenen Randbedingungen (Fahrzeug mit oder ohne Fahrzeugführer) erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird nach Erkennung eines klassifizierten Signals durch eine grobe Richtungsdetektion unterschieden, ob es sich um ein Signal aus entgegengesetzter bzw. gleicher Fahrtrichtung oder aus seitlicher Richtung handelt. Dazu ist die Anbringung mehrerer Mikrophone oder Schallaufnehmer am Fahrzeug vorgesehen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird das Frequenzspektrum des erfaßten akustischen Signals analysiert und/oder eine Spracheingabe von Steuerungsbefehlen durch den Nutzer zugelassen.
Als Ausgabesignale sind Signale zur optischen oder zur akustischen Wiedergabe für den Fahrer oder Signale zum direkten Eingriff in die Fahrzeugsteuerung möglich. Die Darstellung der Signale im ersten Fall kann eine Richtungsanzeige beim Martinshorn, oder Informationsanzeigen, wie eine Lokalisierungsdarstellung im Fahrzeug bei einem Ausfall einer Komponente, beinhalten.
Die Erfindung wird zum besseren Verständnis im folgenden unter Angabe weiterer Merkmale und Vorteile anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erkennungssystems,
Fig. 2 zeigt einen Teil des Blockschaltbildes nach Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines elektronischen Erkennungssystems für akustische Warnzeichen und Signale gemäß der Erfindung umfaßt zur Aufnahme von akustischen Signalen Mikrophone 1, die unmittelbar mit jeweils einem Vorverstärker 2 verbunden sind. Der Vorverstärker 2 hebt das vom Mikrophon 1 aufgefangene Signal über eine Rauschschwelle und macht es für die weitere Verarbeitung zugänglich.
In Fig. 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei Mikrophone 1 mit Vorverstärker 2 dargestellt, vorzugsweise weist das Erkennungssystem jedoch vier Mikrophone 1 auf, die außen an am Fahrzeug angebracht sind, oder zumindest so, daß sie akustische Signale außerhalb des Fahrzeugs aufnehmen können. Die vier Mikrophone 1 decken von den Ecken des Fahrzeugs aus die Umgebung des Fahrzeugs ab und erlauben so eine genaue Ortung von Schallquellen in der Umgebung. Bei zwei Mikrophonen anstelle von vier Mikrophonen kann das System dagegen nur Schallquellen vor und hinter dem Fahrzeug unterscheiden, nicht aber eine seitliche Ortung vornehmen. Zusätzlich können innen im Fahrzeug Mikrophone 1 angeordnet werden, entweder für die Überwachung der Fahrgastzelle oder für die Überwachung des Motorraumes oder anderer Fahrzeugabschnitte, wie Radar u. dgl.. Anstelle der äußeren Mikrophone 1 können u. U. auch bereits vorhandene Mikrophone verwendet werden, wenn sie in dem entsprechenden Frequenzbereich empfindlich genug sind.
Die von den Mikrophonen 1 aufgefangenen und durch die Vorverstärker 2 aufbereiteten Signale werden einem AD-Wandler 3 zugeführt, der die analogen Signale in digitale Daten umwandelt. Dies hat den Vorteil, daß die Übertragungsqualität ab dem AD-Wandler 3 deutlich verbessert ist (Rauschquellen spielen keine nennenswerte Rolle mehr) und die Verarbeitung der Daten sehr vereinfacht wird bzw. eine Verarbeitung unter Berücksichtigung vieler Aspekte möglich wird. Die Funktionsweise der AD-Wandler ist allgemein bekannt und wird hier nicht weiter erläutert.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des Erkennungssystems ist ein AD-Wandler 3 für alle Mikrophone 1 vorgesehen, mit anderen Worten, der AD-Wandler 3 ist ein Mehrkanal- AD-Wandler, der über einen Multiplexer am Eingang die einzelnen Mikrophonsignale nacheinander einliest und sie anschließend einzeln wandelt. Die digitalen Daten werden dann in der Reihenfolge ihrer AD-Umwandlung aus dem akustischen Signal weiterverarbeitet werden. Der Aufbau mit einem (Mehrkanal-) AD-Wandler und einem Multiplexer hat den Vorteil, daß nur ein AD-Wandler benötigt wird.
Es kann statt dessen aber auch jedes Mikrophon 1 mit einem eigenen AD-Wandler, einem Einkanal-AD-Wandler ausgestattet sein. Dann entfällt der Multiplexer, und die einzelnen Mikrophon-Ausgangssignale werden direkt gewandelt. Ihre weitere Verarbeitung wird auf der digitalen Seite zeitlich gestaffelt.
In jedem Fall wird vorzugsweise der Systemtakt von dem AD-Wandler vorgegeben, damit bei der weiteren Verarbeitung Laufzeitunterschiede zwischen dem vom ersten Mikrophon 1 aufgenommenen und dem vom zweiten Mikrophon 1 aufgenommenen Signal feststellbar sind. D. h. die digitalen Daten werden mit einer Information vom AD-Wandler ausgegeben, die den Zeitpunkt ihrer Erzeugung in bezug auf einen Systemtakt angibt. Die Ortung der Schallquelle aus Laufzeitunterschied der einzelnen Daten wird weiter unten in Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert.
Die Leitungen in Fig. 1 und Fig. 2 ab dem AD-Wandler 3 sind mit kleinen Querstrichen dargestellt. Damit soll angedeutet werden, daß es sich um Leitungen für digitale Daten handelt. Diese Leitungen stellen Datenbusse mit z. B. 8 Bit Breite dar. Insbesondere können als Datenleitungen hierbei im Fahrzeug bereits vorhandene Busse, wie ein CAN-Bus etc. verwendet werden.
Die Daten, die über den AD-Wandler 3 aus den akustischen Signalen gebildet wurden, werden in einer Auswerteeinheit 4 analysiert, und es werden Klassifizierungsmerkmale der Daten bestimmt. Die Funktion der Auswerteeinheit 4 und die wesentlichen Klassifizierungsmerkmale werden in Fig. 2 näher erläutert.
Die Klassifizierungsmerkmale der mit den aufgefangenen akustischen Signalen korrelierten Daten, die durch die Auswerteeinheit 4 bestimmt wurden, werden in eine Recheneinheit 5 eingespeist. In der Recheneinheit 5 werden die Klassifizierungsmerkmale mit vorgegebenen und vorher abgespeicherten Mustern oder mit zwischengespeicherten vorhergehenden Daten verglichen. Die wesentlichen Klassifizierungsmerkmale sind dabei der Frequenzgang des Signals und weitere Auffälligkeiten der Signale wie ihre Wiederholungsrate. Diese Eigenschaften werden vorzugsweise über eine Fourier-Transformation der Signale in der Auswerteeinheit 4 ermittelt. Darüber hinaus kann über einen vorgegebenen Zeitraum der Amplitudenverlauf des Signals verfolgt werden. Dies ist insbesondere für die Entscheidung, ob sich der Signalsender nähert oder entfernt, von Bedeutung. Weitere Einzelheiten der Funktionen der Recheneinheit 5 werden in Fig. 2 erläutert.
Zusätzlich umfaßt die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung eine Spracheingabe 14. Mit der Spracheingabevorrichtung 14 können im weitesten Sinne Muster vorgegeben werden, mit denen die Klassifizierungsmerkmale des digitalisierten Signals verglichen werden. Insbesondere können mit der Spracheingabevorrichtung 14 Befehls- oder Schlüsselwörter abgespeichert werden, bei deren Wiederholung z. B. durch den Fahrer eine vorher festgelegte Funktion durch das Erkennungssystem ausgeführt wird. Es können aber auch spezielle Geräusche auf diese Art abgespeichert werden, die z. B. einer Fehlfunktion einer Komponente des Fahrzeuges zugeordnet werden.
Das Vergleichsergebnis der Recheneinheit 5 wird über eine Schnittstelle 9 als Informations- und Steuerungssignal an eine Ausgabe ausgegeben. In der dargestellten Ausführungsform ist eine akustische Ausgabevorrichtung 15 für eine Sprachwiedergabe und eine optische Anzeigevorrichtung 16 für die Visualisierung der Auswertungsergebnisse Teil des Erkennungssystems. Dabei dient die Ausgabe der Information des Fahrers bzw. einem direkten Eingriff in die Steuerung des Fahrzeugs, insbesondere bei autonom geführten Fahrzeugen.
Die akustische Ausgabevorrichtung 15 umfaßt dabei einen (nicht dargestellten) Sprachgenerator für die Zusammensetzung von Sprachsequenzen je nach Auswertungsergebnis der Recheneinheit 5. Außerdem umfaßt die Ausgabevorrichtung 15 einen Lautsprecher, wobei dieser Teil einer bereits vorhandenen Wiedergabevorrichtung im Fahrzeug sein kann.
Die Anzeigevorrichtung 16 ist vorzugsweise eine LCD- oder eine LED-Anzeige.
In Fig. 2 sind Einzelheiten der Auswerteeinheit 4 und der Recheneinheit 5 gezeigt, die beide gestrichelt dargestellt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Fig. 2 noch einmal der AD-Wandler 3, die Spracheingabevorrichtung 14 und die Schnittstelle 9 mit Anzeige- und Ausgabevorrichtung 15 und 16 dargestellt.
In der Auswerteeinheit 4 wird in einem Spektrumanalysator 6 eine Spektralanalyse des akustischen Signals (genauer der entsprechenden Daten) vorgenommen. Im wesentlichen kann dies durch Bandpaßschaltkreise oder Schaltkreise für eine Fourier-Transformation erfolgen.
Die in dem Spektrumanalysator 6 gewonnenen Klassifizierungsmerkmale werden in einer Spektrumvergleichsschaltung 10 mit den Klassifizierungsmerkmalen eines vorgegebenen Spektrums verglichen. So kann über die Tonfrequenz und ihren zeitlichen Verlauf z. B. ein Martinshorn eindeutig identifiziert werden. Dazu ist die Tonfrequenz mit ihrem zeitlichen Verlauf für ein Martinshorn in einem Spektrumspeicher 13 abgelegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Speichervorrichtung 13 für Klassifizierungsmerkmale eines Spektrums mit der Spracheingabevorrichtung 14 verbunden. Mit dieser Konstellation ist es möglich, individuelle Vorgaben in bezug auf die abgespeicherten Klassifizierungsmerkmale zu machen. Insbesondere können Schlüsselwörter bzw. die Spektren von gesprochenen Befehlen abgespeichert und später mit von den Mikrophonen erfaßten akustischen Signalen verglichen werden. Das System reagiert dann bei den Befehlen entsprechend dem Wunsch des Fahrers. Die Spracheingabevorrichtung 14 kann dabei insbesondere mit dem Spektrumanalysator 6 und der Spektrumvergleichsschaltung 10 in einem neuronalen Netz verknüpft sein, so daß ein Lernalgorithmus durchgeführt werden kann, um eine zuverlässige Erkennung von gesprochenen Befehlen zu gewährleisten.
Um die Richtung zu bestimmen, aus der ein akustisches Signal aufgenommen wird, wird in einer dem Spektrumanalysator nachgeschalteten Markierungsschaltung 7 zur Erfassung von Laufzeitunterschieden von akustischen Signalen ein Referenzzeitpunkt in jedem Signal festgelegt. Mit dieser Markierung in den einem akustischen Signal entsprechenden Daten kann der durch eine Laufzeiterfassungsschaltung 11 der Gangunterschied eines Signals zwischen zwei Mikrophonen 1 ermittelt werden. Daneben kann auch die Rate der Wiederkehr des erfaßten Tons bestimmt werden, d. h. von niederfrequenten Tonänderungen. So können neben der Ortung die Klassifizierungsmerkmale, die mit dem Spektrumanalysator 6 und der Markierungsschaltung 7 herausgefiltert wurden, z. B. zusammen dazu herangezogen werden, ein Signal eines Martinshorns zu identifizieren, das in einem ersten Intervall ein akustisches Signal mit einer niedrigeren Frequenz aussendet und in einem zweiten Intervall ein akustisches Signal mit einer (um eine Quinte) höheren Frequenz aussendet.
Die Ortung einer Schallquelle kann noch dadurch verbessert werden, daß die Amplitude zweier aufgenommener Signale zusätzlich zu ihrem Laufzeitunterschied verglichen wird. Die Amplitude des von der Schallquelle etwas weiter entfernten Mikrophons 1 ist etwas niedriger als die Amplitude des der Schallquelle näheren Mikrophons 1. Ein entsprechender Vergleich erfolgt über einen Amplitudenanalysator 8 und einen Amplitudenvergleicher 12. Von dem Amplitudenanalysator 8 wird zu einem von der Markierungsschaltung 7 festgelegten Zeitpunkt die Amplitude des Signals bestimmt. Sie wird in dem Amplitudenvergleicher 12 mit einer zum entsprechenden Zeitpunkt in dem Signal vom anderen Mikrophon 1 verglichen. Je nachdem, ob sie größer oder kleiner ist, läßt sich die Richtung der Schallquelle mit großer Sicherheit bestimmen.
Insbesondere werden in der Recheneinheit 5 auch zeitliche Veränderungen der Klassifizierungsmerkmale über größere zeitliche Bereiche berücksichtigt, d. h. zum Beispiel wird die erste zeitliche Ableitung gebildet, so daß man Informationen über Relativbewegungen der Schallquelle gegenüber dem Fahrzeug erhält.
Stellt das Erkennungssystem aufgrund der Auswertung der akustischen Signale in der Auswerteeinheit 4 und der Vergleichs mit vorgegebenen Mustern fest, daß ein Eingreifen des Fahrers notwendig wird oder bei einem autonom geführten Fahrzeug eine Änderung der Fahrgrößen erforderlich ist, so werden die entsprechenden Informations- und Steuerungssignale akustisch oder optisch ausgegeben, bzw. es wird über Schnittstellen direkt in die Fahrzeugsteuerung eingegriffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die folgenden Schritte, die zur Steuerung der oben genannten Komponenten des Erkennungssystems notwendig sind.
In einem ersten Schritt werden die durch die Vorverstärker aufbereiteten Signale in digitale Daten gewandelt. In dem folgenden Verfahrensschritt werden die Daten auf Klassifizierungsmerkmale untersucht. Dies geschieht in der Auswerteeinheit 4. Die Ergebnisse nach der Durchführung der Klassifizierung werden in der Recheneinheit 5 mit vorgegebenen Klassifizierungsmerkmalen verglichen.
Die Ergebnisse werden dann entweder für den Fahrer dargestellt, zum Beispiel auf einer LED- oder LCD-Anzeige 16, oder bei einem autonom geführten Fahrzeug über eine (nicht dargestellte) Schnittstelle, zum Beispiel einem CAN-Bus-Interface, zur Steuerung des Fahrzeugs verwendet. Neben ihrer Visualisierung und ihrer Verwendung für Stellglieder und Aktoren können die Daten auch über ein (nicht dargestelltes) Computer-Interface an einen externen Computer zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden. Außerdem ist auch eine Sprachwiedergabe mit einer akustischen Ausgabevorrichtung 15 möglich.
Das Verfahren für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erkennungssystems mit einer Spracheingabevorrichtung 14 umfaßt zusätzlich einen Lernalgorithmus zur Aufnahme und Erkennung von benutzerspezifischen akustischen Auslösern für das System.
Im folgenden werden einige der mit dem erfindungsgemäßen Erkennungssystem möglichen Reaktionen aufgeführt. Dabei wird nach den Randbedingungen unterschieden, d. h. ob es sich bei dem Fahrzeug um ein autonom geführtes Fahrzeug (1) (elektronisches Fahrsystem) oder ein manuell geführtes Fahrzeug (2) handelt.
Wenn das erfindungsgemäße Erkennungssystem z. B. ein Martinshorn erkennt, so ordnet es dies als Warneinrichtung für bevorrechtigte Wegebenutzer ein:
  • (1) Bei entgegenkommenden Einsatzfahrzeug wird die Geschwindigkeit verringert und das System in einen Zustand erhöhter Aufmerksamkeit versetzt. Bei Einsatzfahrzeugen, die in die gleiche Richtung fahren, wird durch das System eine Möglichkeit zum linken Vorbeifahren lassen des Einsatzfahrzeuges gesucht. Wenn keine konkrete Richtungsdetektion möglich ist, wird das System in den Zustand erhöhter Aufmerksamkeit versetzt und durch optische Sensoren und das akustische Erkennungssystem versucht die Richtung des Einsatzfahrzeuges zu detektieren.
  • (2) Nach der Erkennung des Warnzeichens (egal aus welcher Richtung) wird dem Fahrzeugführer mittels akustischer bzw. optischer Signaleinrichtungen (LED bzw. LCD) mitgeteilt, daß ein Fahrzeug mit bevorrechtigter Wegebenutzung detektiert wurde. Außerdem wird über Stellglieder bzw. Aktoren der Lautstärkepegel der im Fahrzeug vorhandenen Audioanlage auf einen bestimmten Pegel verringert, so daß die Aufmerksamkeit des Fahrzeugführers auf das Einsatzfahrzeug gelenkt wird. Weiterhin ist es vorgesehen, eine optische Anzeige oder akustische Ansage der Richtung des Einsatzfahrzeuges zu geben.
Wenn das System dagegen eine Hupe bzw. eine sonstige Einrichtung für Schallzeichen an Straßenfahrzeugen wie Fahrradklingeln, Warnzeichen von Schienenfahrzeugen, allgemeine Warnzeichen (Baustellen, Betriebe u. a.) erkennt, so werden die folgenden Reaktionen ausgelöst:
  • (1) Unabhängig von der Richtung der Ursache wird das System in eine Zustand erhöhter Aufmerksamkeit versetzt und mittels (nicht dargestellter) sonstiger, insbesondere optischer Sensoren versucht, die Ursache zu erkennen. Außerdem wird abhängig von der Eigengeschwindigkeit diese reduziert. Weiterhin kann dem Fahrer bzw. den Passagieren mittels akustischer bzw. optischer Einrichtungen 15, 16 mitgeteilt werden, daß eine erhöhte Gefahrensituation besteht. Wenn erforderlich kann bei einem halbautomatisch geführten Fahrzeug, z. B. bei eingestelltem Tempomat die Automatik abgeschaltet werden, so daß ein manueller Eingriff ermöglicht wird.
  • (2) Nach der Erkennung des Warnzeichens wird unabhängig von der Richtung, aus der das akustische Signal kommt, dem Fahrzeugführer mittels akustischer bzw. optischer Signaleinrichtungen 15, 16 mitgeteilt, daß ein Gefahrensignal detektiert wurde. Außerdem wird bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung über Stellglieder bzw. Aktoren der Lautstärkepegel der im Fahrzeug vorhandenen Audioanlage auf einen bestimmten Pegel verringert, so daß die Aufmerksamkeit des Fahrzeugführers auf das Einsatzfahrzeug gelenkt wird. Darüber hinaus kann über die akustische und optische Ausgabevorrichtung 15 und 16 eine optische Anzeige oder akustische Ansage der Richtung des Ursprungsortes des Gefahrensignals angegeben werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Erkennungssystem auch zur Sprachsteuerung verwendet werden, d. h. menschliche Befehlswörter (Hilferufe, Stop, Codewörter) können in das System einprogrammiert werden und zur Auslösung eines Befehls dienen:
(1) und (2) Ausführung des Befehls (wie zum Beispiel "STOP"), aber auch Reaktion auf festgelegte, eventuell personenbezogene Codewörter (beispielsweise zur Türöffnung, Deaktivierung der Diebstahlsicherung und/oder der Wegfahrsperre)
Ferner kann das aufgenommene akustische Signal auch zur Erkennung von anomalen Fahrgeräuschen (quietschende Reifen, Geräusch bei einer Reifenpanne, Motoren- bzw. Auspuff-Defekte) dienen und so zur rechtzeitigen Erkennung von Fehlfunktionen des Fahrzeugs und Frühwarnung vor einer Wartung eingesetzt werden.
  • (1)
  • (1) Das System reagiert je nach Ursache, z. B. wird bei dem Geräusch einer Reifenpanne angehalten und eine entsprechende Meldung an eine Servicezentrale abgesendet. Dagegen wird bei quietschenden Reifen die Geschwindigkeit reduziert. Darüber hinaus kann das System in den Zustand erhöhter Aufmerksamkeit versetzt werden.
  • (2) Dem Fahrer wird mittels optischer bzw. akustischer Ausgabevorrichtungen 15 und 16 eine Ursachenmeldung gegeben.
Auch zur Erkennung von Witterungsbedingung (Regen, Schneefall) kann das Erkennungssystem dienen:
  • (1) Fahrzeuggeschwindigkeit wird an die entsprechende Witterungssituation angepaßt, d. h. verringert und ein entsprechender Systemzustand eingenommen.
  • (2) Der Fahrer wird mittels optischer bzw. akustischer Ausgabevorrichtungen 15 und 16 über die jeweilige Witterungsbedingung informiert.
Bezugszeichenliste
1
Mikrophon
2
Vorverstärker
3
AD-Wandler
4
Auswerteeinheit
5
Recheneinheit
6
Spektrumanalysator
7
Markierungsschaltung
8
Amplitudenanalysator
9
Schnittstelle für Anzeige, Weiterverarbeitung und Fahrzeugsteuerung
10
Spektrumvergleichsschaltung
11
Laufzeiterfassungsschaltung
12
Amplitudenvergleicher
13
Spektrumspeicher
14
Spracheingabevorrichtung
15
akustische Ausgabevorrichtung
16
optische Anzeigevorrichtung

Claims (10)

1. Erkennungssystem für akustische Signale, das umfaßt
mindestens einen Empfänger (1, 2) zum Erfassen von akustischen Signalen außerhalb des Fahrzeugs und/oder im Innenraum des Fahrzeugs,
mindestens eine Ausgabeeinheit (9) für die Ausgabe von Informations- und/oder Steuerungssignalen in Abhängigkeit von den akustischen Signalen,
gekennzeichnet durch
einen Analog-Digital-Umwandler (3) für die Umwandlung der akustischen Signale in digitale Daten,
eine Auswerteeinheit (4) für die Erfassung von Klassifizierungsmerkmalen aus den Daten,
eine Recheneinheit (5) mit mindestens einer Speichervorrichtung (13) zum Abspeichern von Vergleichssignalen und mindestens einer Vergleichsvorrichtung (10) zum Vergleichen der erfaßten Klassifizierungsmerkmale mit vorher abgespeicherten Klassifizierungsmerkmalen und zur Erzeugung der Informations- und/oder Steuerungssignale in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnisses.
2. Erkennungssystem für akustische Signale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit Filtervorrichtungen (6) zum Erfassen der Frequenzverteilung des akustischen Signals umfaßt.
3. Erkennungssystem für akustische Signale nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit Ortungsvorrichtungen (7, 8, 11, 12) zum Bestimmen der Entfernung und/oder der Relativgeschwindigkeit der Signalquelle des akustischen Signals umfaßt.
4. Erkennungssystem für akustische Signale nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Spracheingabevorrichtung (14) zur Aufnahme und Abspeicherung von Nutzerbefehlen.
5. Erkennungssystem für akustische Signale nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (16) zur Visualisierung und/oder eine Tonwiedergabeeinrichtung (15) zur akustischen Wiedergabe der Auswerteschritte.
6. Erkennungssystem für akustische Signale nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Stellglieder zum automatischen Steuern des Fahrzeugs in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Recheneinheit.
7. Erkennungssystem für akustische Signale nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rechner-Schnittstelle an der Recheneinheit.
8. Verfahren zur akustischen Überwachung eines Fahrzeugs und Aufbereitung akustischer Signale mit den Schritten:
Erfassen akustischer Signale im und außerhalb des Fahrzeugs, Ausgeben von Informations- und Steuerungssignalen in Abhängigkeit von den erfaßten akustischen Signalen,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Umwandeln der erfaßten akustischen Signale in digitale Daten,
Erfassen von Klassifizierungsmerkmalen in den Daten,
Vergleichen der erfaßten Klassifizierungsmerkmale mit vorher abgespeicherten Klassifizierungsmerkmalen und
Erzeugen der Informations- und Steuerungssignale in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen von Klassifizierungsmaßnahmen die Filterung der akustischen Signale zur Erzeugung eines Frequenzspektrums des Signals umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Lernalgorithmus zum Abspeichern ausgewählter Klassifizierungsmerkmale.
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