EP3788398A1 - Ultraschallsystem eines fahrzeugs zur bestimmung des zustands der fahrbahn - Google Patents

Ultraschallsystem eines fahrzeugs zur bestimmung des zustands der fahrbahn

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EP3788398A1
EP3788398A1 EP19721242.6A EP19721242A EP3788398A1 EP 3788398 A1 EP3788398 A1 EP 3788398A1 EP 19721242 A EP19721242 A EP 19721242A EP 3788398 A1 EP3788398 A1 EP 3788398A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
variance
section
state
roadway
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19721242.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Koenig
Michael Schumann
Simon Weissenmayer
Markus Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3788398A1 publication Critical patent/EP3788398A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • G01S2015/932—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles for parking operations

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasound system of a vehicle.
  • the invention relates to a vehicle comprising such a
  • the invention relates to a method for detecting a condition of a roadway section.
  • DE 10 2004 018 088 A1 discloses such a system. This can be concluded with the help of an ultrasonic sensor and the data of a camera on a state of a roadway.
  • DE 10 2013 discloses
  • ultrasound systems are known in vehicles. These are usually used to determine a distance of objects to the sensor.
  • Detected emitted signal in the echo determine.
  • the ultrasound system of a vehicle allows a safe and reliable determination of a condition of a roadway section.
  • an ultrasonic sensor is needed.
  • Such an ultrasonic sensor usually sends an output signal with a defined amplitude curve
  • the ultrasound system of a vehicle comprises at least one ultrasound sensor for determining a distance of objects from the vehicle.
  • the ultrasonic sensor is preferably set up, a
  • the ultrasound system comprises a computing device for evaluating a measurement signal of the ultrasound sensor. It is envisaged that the
  • a computing device is configured to determine a variance of a ground echo distribution within a roadway section on which the vehicle is moving. For example, in ultrasonic sensors attached to vehicles, in addition to reflecting on objects, it is also usually a reflection on the object
  • These signals are usually filtered out as a disturbance variable in order to enable a distance measurement to objects.
  • these signals are to be used to estimate a roughness of the surface of the roadway, whereby a state of the roadway can be determined.
  • the computing device is set up to determine the state of the lane section based on at least one predefined classifier which assigns a lane state to individual values of the variance.
  • the predefined classifier is, in particular, historically learned values.
  • variances of the ground echo distribution for different road conditions can be recorded and stored.
  • the computing device is designed to determine the variance, in particular proportionally, from a frequency of the received ground echoes.
  • an echo rate flows into the calculation of the variance of the ground echo distribution.
  • an amplitude of the bottom echoes is used.
  • the variance is determined from a clutter level by the computing device. Furthermore, the variance can be determined from the noise level. Likewise, a determination of all peak values in the measurement signal in a certain distance range of the ultrasonic sensor, where the
  • Occurrence probability of the bottom echoes is greatest, possible.
  • the static features maximum, minimum, variance, median, mean and / or oblique curvature are evaluated. From all these parameters in particular a restlessness of the measuring signals of the ultrasonic sensor can be determined.
  • the rest is dependent on the condition of the road section on which the vehicle is currently moving. Therefore, the restlessness of the measurement signal of the ultrasonic sensor can be assigned to a road condition based on the at least one predefined classifier. Thus, the road condition of the road section being traveled can be determined easily and with little effort.
  • the invention also relates to a vehicle.
  • the vehicle includes a
  • Ultrasonic sensors of the ultrasound system mounted on a front side and / or on a rear side.
  • the ultrasonic sensors of the ultrasound system serve in particular as parking assistance for detecting obstacles during parking.
  • the vehicle has a control unit.
  • the control unit is used to execute a driver assistance function, in particular one Vehicle dynamics control, and / or autonomous driving of the vehicle.
  • the driver assistance function is to be understood in particular as meaning that an intervention in driving dynamics of the vehicle takes place when the vehicle is being guided by a driver. This can in particular be a steering intervention, a braking intervention and / or an acceleration intervention.
  • the control unit is advantageously set up to adapt the driver assistance function and / or the autonomous driving to the determined state of the roadway section.
  • the driver assistance function and / or the autonomous driving can be carried out optimally and adapted to current environmental conditions.
  • the wheels of the vehicle are brought to a complete standstill during full braking. In this way, builds up before each tire a brake wedge, with the additional braking effect can be achieved.
  • a conventional control for avoiding wheel lock during braking can be adopted.
  • the controller can be used to adjust the maximum speed with which the vehicle can be moved. For example, on slippery road sections and / or at
  • the vehicle optimally has a warning device. This makes it possible to warn the driver of poor road conditions.
  • the issuance of a warning to a driver of the vehicle takes place, in particular, if there is a danger to the vehicle due to the condition of the roadway section. On the one hand, this can be damage to the vehicle itself, for example due to potholes, or alternatively a risk of a loss of control of the vehicle by a driver.
  • the warning may prompt the driver to heightened awareness and / or adapt his driving style to the current states of the traffic lane sections.
  • the invention further relates to a method for detecting a condition of a roadway section. The detection takes place on the basis of at least one ultrasonic sensor of a vehicle. It is intended that the
  • Ultrasonic sensor for determining a distance of objects from the vehicle by means of comparison of a transmitted signal and a reflected echo is formed. It is envisaged that the method comprises the following steps: First of all, a variance is determined
  • Road segment based on a classifier, which assigns each value of the variance to a road condition.
  • the predefined classifier is a historically learned value determined by measuring the variance at different road conditions.
  • Method is carried out in particular with an ultrasound system as described above.
  • the variance is determined in a preferred embodiment, in particular proportionally, from a frequency of the received ground echoes. This corresponds in particular to an echo rate. Alternatively or additionally, the variance is determined proportionally from an amplitude of the bottom echo. Likewise, it is alternatively or additionally provided that the variance is determined proportionally from a matching factor of the emitted signal and the ground echo. Finally, it is alternatively or additionally provided that the variance is determined proportionally from a clutter level. Likewise, the variance can be determined from the noise level. Furthermore, a determination of all peak values in the measurement signal in a certain distance range of the ultrasonic sensor, where the
  • Occurrence probability of the bottom echoes is greatest, possible.
  • the statistical features maximum, minimum, variance, median, mean and / or oblique curvature are evaluated.
  • the variance can be determined easily and with little effort.
  • the condition of the roadway section can be determined on the basis of measurement data which can be detected by means of the ultrasound sensor. Additional information that must be provided by other sensor types is not necessary.
  • the method is advantageously carried out in such a way that the classifier is stored in a higher-level, central control entity and is called up to determine the roadway section.
  • Lane section are either determined by the parent central control instance by the measurement signals are transmitted from the ultrasonic sensor to the parent, central control instance.
  • the variance of the ground echo distribution is determined beforehand
  • Measuring signals of the ultrasonic sensor wherein only said variance is transmitted to the parent, central control instance.
  • the vehicle carrying the ultrasonic sensor itself may also be said
  • a position of the vehicle carrying the ultrasonic sensor is determined, it being possible to determine from the position which classifier is to be used to determine the road condition from the variance.
  • Figure 1 is a schematic illustration of a vehicle according to a
  • FIG. 1 shows a vehicle 10 according to an embodiment of the invention.
  • the vehicle 10 includes an ultrasound system 1 according to a
  • the vehicle 10 is in particular configured to use the ultrasound system 1 to determine a current state of a roadway section 4 on which the vehicle 10 is currently moving.
  • the ultrasound system 1 comprises at least one ultrasound sensor 2. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, three ultrasound sensors 2 are provided
  • the ultrasound system 1 comprises a
  • the computing device 3 is connected to the ultrasonic sensors 2 for signal transmission. Each ultrasonic sensor 2 transmits
  • each ultrasonic sensor 2 emits a signal with a different frequency response, so that the echoes also have a different frequency response, whereby an assignment is made possible, which echo originally from which
  • Ultrasonic sensor 2 was emitted.
  • the measurement signals are, in particular, a conversion of the echo received by the ultrasonic sensor 2 into an electrical signal.
  • the computing device 3 is designed to determine a state of the roadway section 4 based on a restlessness of the measurement signals of the ultrasonic sensors 2.
  • the restlessness of the measurement signals corresponds to the variance of the ground echo distribution within the lane section 4. This is calculated proportionally from a frequency of received ground echoes, an amplitude of the bottom echoes, the degree of agreement between emitted sound signal and reflected bottom echo (matching factor) and the clutter level level).
  • a determination of all peak values in the measurement signal in a specific distance range of each ultrasonic sensor 2 is possible, where the probability of occurrence of the ground echoes is greatest. In this case, the statistical features maximum, minimum, variance, median, mean and / or oblique curvature are evaluated.
  • a dry and clean roadway section 4 due to corresponding roughness and / or unevenness and / or potholes, causes a characteristic restlessness of the measuring signal of the ultrasonic sensors 2.
  • a dry surface can be inferred if there was no precipitation in a predefined time interval and a
  • the coefficient of friction in such a state of the road section 4 is in the range of the maximum possible coefficient of friction.
  • various cases can be distinguished as follows: Liquid water has the property to close the pores of a road surface and thereby reduce the restlessness of the measurement signal. It is furthermore known from the prior art that water generates an increased noise level in the measurement signal at higher speeds on the surface of the roadway section. On the other hand, ice frozen water does not produce an increased level of noise even at higher speeds. Even ice closes the pores of the road surface and thus ensures a low coefficient of friction.
  • attached ultrasonic sensors 2 can detect increased agitation. Also, is the ambient temperature for a predefined minimum
  • Tire marks can also lead to increased recognition of objects on the roadway section 4.
  • the coefficient of friction is very low or low.
  • split can only be recognized by the fact that the restlessness is increased. Usually, split is repaired at temperatures above freezing
  • the computing device 3 individually for each individual lane section 4 a probability, in particular an intensity and a
  • the condition of the roadway section 4 can be concluded. From the measurement signals of the ultrasonic sensors 2, the state of the roadway section 4 can therefore be determined on the basis of the restlessness with the aid of the at least one predefined classifier. This can be done in particular in a higher-level, central control instance 7.
  • the computing device 3 only calculates the variance of the ground echo distribution of the current road section 4 and sends the calculated data to the higher-level, central control entity 7.
  • the at least one predefined classifier is stored in the higher-level, central control entity 7. Look at one
  • Comparison of the received variance and the classifier is thus a state of the lane section 4 determinable.
  • This particular road condition can be transmitted back to the computing device 3 and thus is the
  • Control entity transmits current classifiers to the computing device 3.
  • the computing device 3 can then itself perform the comparison of the calculated variance with the classifier so as to determine the state of the lane section 4. As previously described, can be different
  • the vehicle 10 has a control unit 5 for executing a driver assistance function and / or autonomous driving of the vehicle 10.
  • the vehicle 10 advantageously has a warning device 6.
  • a warning of poor conditions of the road section 4 can be transmitted to a driver of the vehicle 10 via the warning device 6.
  • Warning device 6 is issued a warning. The driver can then adapt his driving style to the prevailing conditions.
  • control unit 5 is arranged to brake wheels 9 of the vehicle 10 via brakes 8.
  • the control unit 5 executes a control in the normal state, which prevents locking of the wheels 8 during braking. If, however, as described above, a high snowpack detected with existing tire marks and issued as the condition of the lane section 4, the control unit 5 controls the brakes 9 of the wheels 8 so that they block in a full braking. This creates a brake wedge of snow in front of the blocking wheels 8, which adds an extra
  • controller 5 perform various assistance functions that are effective and / or reliable only in certain states of the lane section 4. If other states of the roadway section 4 are detected on the basis of the ultrasound system 1, then the states are deactivated
  • the vehicle 10, in particular the ultrasound system 1, thus enables a reliable and reliable detection of a condition of a roadway section 4 on which the vehicle is currently moving. This allows an optimization of control devices 5 of the vehicle 10, which intervene in a driving dynamics of the vehicle 10. For determining the condition of the roadway section 4, no additional sensors are necessary for this purpose. Rather, the determination of the road section 4 can be carried out solely on the basis of the ultrasonic sensors 2. In particular, can be dispensed with additional cameras as in the prior art.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallsystem (1) eines Fahrzeugs (10) umfassend zumindest einen Ultraschallsensor (2) zum Ermitteln eines Abstands von Objekten von dem Fahrzeug (10) mittels Vergleichs eines ausgesandten Signals und eines reflektierten Echos, sowie eine Rechenvorrichtung (3) zum Auswerten eines Messsignals des Ultraschallsensors (2), wobei die Rechenvorrichtung (3) eingerichtet ist, eine Varianz einer Bodenechoverteilung innerhalb eines Fahrbahnabschnitts (4), auf dem sich das Fahrzeug (10) bewegt, zu bestimmen und anhand zumindest eines vordefinierten Klassifikators, der einzelnen Wertender Varianz einen Fahrbahnzustand zuordnet, den Zustand des Fahrbahnabschnitts (4) zu ermitteln.

Description

Beschreibung
Titel
ULTRASCHALLSYSTEM EINES FAHRZEUGS ZUR BESTIMMUNG DES ZUSTANDS DER FAHRBAHN
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallsystem eines Fahrzeugs.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug umfassend ein derartiges
Ultraschallsystem. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen eines Zustands eines Fahrbahnabschnitts.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrbahnerkennungssysteme bekannt.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2004 018 088 A1 ein solches System. Hierbei kann mit Hilfe eines Ultraschallsensors und den Daten einer Kamera auf einen Zustand einer Fahrbahn geschlossen werden. Ebenso offenbart die DE 10 2013
226 631 A1 ein Verfahren zur Ermittlung eines lokalen Fahrbahnzustands.
Grundsätzlich sind Ultraschallsysteme in Fahrzeugen bekannt. Diese dienen üblicherweise zur Ermittlung eines Abstands von Objekten zu dem Sensor.
Hierzu wird ein Schallsignal ausgesandt und der Empfang eines Echos
ausgewertet. Daraus lässt sich eine Entfernung zu dem Objekt, das das
ausgesandte Signal in dem Echo reflektiert, ermitteln.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ultraschallsystem eines Fahrzeugs erlaubt ein sicheres und zuverlässiges Ermitteln eines Zustands eines Fahrbahnabschnitts. Hierzu ist lediglich ein Ultraschallsensor vonnöten. Ein solcher Ultraschallsensor sendet üblicherweise ein Ausgangssignal mit einem definierten Amplitudenverlauf
und/oder Frequenzverlauf aus. Wird von dem Ultraschallsensor ein Echo
empfangen, so wird überprüft, ob dieses Echo einen Frequenzverlauf
entsprechend dem ausgesandten Signal aufweist. Insbesondere lässt sich ein Übereinstimmungsfaktor des ausgesandten Signals und des Echos, der sogenannte„matching Faktor“ ermitteln. Zusätzlich lassen sich die
Amplitudenverläufe des ausgesandten Signals und des Echos auswerten. Wenn eine Amplitude des Echos und/oder der matching Faktor größer als ein vordefinierter Schwellenwert sind, dann wird ein Objekt erkannt.
Das erfindungsgemäße Ultraschallsystem eines Fahrzeugs umfasst zumindest einen Ultraschallsensor zum Ermitteln eines Abstands von Objekten von dem Fahrzeug. Hierzu ist der Ultraschallsensor bevorzugt eingerichtet, einen
Vergleich zwischen dem ausgesandten Signal und einem reflektierten Echo durchzuführen. Dies erfolgt insbesondere wie zuvor beschrieben. Des Weiteren umfasst das Ultraschallsystem eine Rechenvorrichtung zum Auswerten eines Messsignals des Ultraschallsensors. Dabei ist vorgesehen, dass die
Rechenvorrichtung eingerichtet ist, eine Varianz einer Bodenechoverteilung innerhalb eines Fahrbahnabschnitts, auf dem sich das Fahrzeug bewegt, zu bestimmen. So ist bei Ultraschallsensoren, die an Fahrzeugen angebracht sind, üblicherweise neben einer Reflexion an Objekten auch eine Reflexion am
Untergrund vorhanden, so dass Echos von dem Boden empfangen werden können. Diese Signale werden zumeist als Störgröße ausgefiltert, um eine Abstandsmessung zu Objekten zu ermöglichen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen diese Signale jedoch verwendet werden, um eine Rauigkeit der Oberfläche der Fahrbahn abzuschätzen, wodurch ein Zustand der Fahrbahn ermittelt werden kann. Es ist dazu vorgesehen, dass die Rechenvorrichtung eingerichtet ist, anhand zumindest eines vordefinierten Klassifikators, der einzelnen Werten der Varianz einen Fahrbahnzustand zuordnet, den Zustand des Fahrbahnabschnitts zu ermitteln. Bei dem vordefinierten Klassifikator handelt es sich insbesondere um historisch erlernte Werte. So lassen sich insbesondere Varianzen der Bodenechoverteilung für verschiedene Fahrbahnzustände aufzeichnen und Abspeichern. Lässt sich eine derartige Varianz später detektieren, so ist davon auszugehen, dass die Bodenrauigkeit, d.h. der Zustand der Fahrbahn, gleich ist wie zum Zeitpunkt der Aufzeichnung. Auf diese Weise ist die Ermittlung des Zustands desjenigen Fahrbahnabschnitts, auf dem sich das Fahrzeug gerade befindet, allein anhand eines Ultraschallsystems ermöglicht. Zusätzliche Sensoren, wie beispielsweise die im Stand der Technik benötigten Kameras, sind bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallsystem nicht notwendig. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Vorteilhafterweise ist die Rechenvorrichtung ausgebildet, die Varianz, insbesondere proportional, aus einer Häufigkeit der empfangenen Bodenechos zu bestimmen. Somit fließt eine Echorate in die Berechnung der Varianz der Bodenechoverteilung ein. Alternativ oder zusätzlich wird eine Amplitude der Bodenechos verwendet. Weiterhin wird alternativ oder zusätzlich ein
Übereinstimmungsfaktor (matching Faktor) des ausgesandten Signals und des Bodenechos verwendet. Schließlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Varianz aus einem Stördatenpegel (clutter level) durch die Rechenvorrichtung bestimmt wird. Des Weiteren kann die Varianz aus dem Rauschlevel bestimmt werden. Ebenso ist eine Bestimmung aller Spitzenwerte im Messsignal in einem bestimmten Abstandsbereich des Ultraschallsensors, wo die
Auftrittswahrscheinlichkeit der Bodenechos am größten ist, möglich. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die statischen Merkmale Maximum, Minimum, Varianz, Median, Mittelwert und/oder schiefe Wölbung ausgewertet werden. Aus allen diesen Parametern ist insbesondere eine Unruhe der Messsignale des Ultraschallsensors ermittelbar.
Die Unruhe ist abhängig von dem Zustand des Fahrbahnabschnitts, auf dem sich das Fahrzeug gerade bewegt. Daher kann die Unruhe des Messsignals des Ultraschallsensors anhand des zumindest einen vordefinierten Klassifikators einem Fahrbahnzustand zugeordnet werden. Somit lässt sich einfach und aufwandsarm der Fahrbahnzustand des gerade befahrenen Fahrbahnabschnitts ermitteln.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst ein
Ultraschallsystem wie zuvor beschrieben. Insbesondere sind mehrere
Ultraschallsensoren des Ultraschallsystems an einer Frontseite und/oder an einer Heckseite angebracht. Die Ultraschallsensoren des Ultraschallsystems dienen insbesondere als Einparkunterstützung zum Detektieren von Hindernissen während des Einparkens. Zusätzlich lässt sich anhand der Ultraschallsensoren ein Zustand eines aktuell gefahrenen Fahrbahnabschnitts ermitteln.
Vorteilhafterweise weist das Fahrzeug ein Steuergerät auf. Das Steuergerät dient zum Ausführen einer Fahrassistenzfunktion, insbesondere einer Fahrdynamikregelung, und/oder einem autonomen Fahren des Fahrzeugs. Unter Fahrassistenzfunktion ist insbesondere zu verstehen, dass ein Eingriff in eine Fahrdynamik des Fahrzeugs erfolgt, wenn das Fahrzeug von einem Fahrer geführt wird. Dies können insbesondere ein Lenkeingriff, ein Bremseingriff und/oder ein Beschleunigungseingriff sein. Das Steuergerät ist vorteilhafterweise eingerichtet, die Fahrassistenzfunktion und/oder das autonome Fahren an den ermittelten Zustand des Fahrbahnabschnitts anzupassen. Somit kann die Fahrassistenzfunktion und/oder das autonome Fahren optimal ausgeführt werden und an aktuelle Umgebungsbedingungen angepasst sein. Beispielsweise kann bei erkannten Schneedecken, die so hoch sind, dass sich deutliche Reifenspuren erkennen lassen, bei einer Vollbremsung die Räder des Fahrzeugs komplett zum Stehen gebracht werden. Auf diese Weise baut sich vor jedem Reifen ein Bremskeil auf, mit dem eine zusätzliche Bremswirkung erzielt werden kann. Wird eine trockene Straße ohne Beschädigung detektiert, so kann eine übliche Regelung zum Vermeiden eines Blockierens von Rädern während des Bremsens angewandt werden.
Besonders vorteilhaft ist das Steuergerät zum Festlegen einer
Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs anhand des ermittelten Zustands des Fahrbahnabschnitts ausgebildet. Somit ist durch das Steuergerät anpassbar, mit welcher Geschwindigkeit das Fahrzeug maximal bewegt werden kann. So ist beispielsweise bei glatten Fahrbahnabschnitten und/oder bei
Fahrbahnabschnitten mit Schlaglöchern oder ähnlichem von geringeren
Maximalgeschwindigkeiten auszugehen als bei trockenen, unbeschädigten Fahrbahnabschnitten. Durch das Festlegen der Maximalgeschwindigkeit anhand des ermittelten Zustands des Fahrbahnabschnitts ist somit die Sicherheit beim Betrieb des Fahrzeugs erhöht.
Das Fahrzeug weist optimalerweise eine Warnvorrichtung auf. So ist ermöglicht, den Fahrer vor schlechten Fahrbahnzuständen zu warnen. Die Ausgabe einer Warnung an einen Fahrer des Fahrzeugs erfolgt insbesondere dann, wenn durch den Zustand des Fahrbahnabschnitts eine Gefährdung des Fahrzeugs vorliegt. Dies kann einerseits eine Beschädigung des Fahrzeugs selbst, beispielsweise durch Schlaglöcher, alternativ auch eine Gefahr eines Kontrollverlusts des Fahrzeugs durch einen Fahrer sein. Durch die Warnung kann der Fahrer zur erhöhten Achtsamkeit aufgefordert werden und/oder seine Fahrweise an die aktuellen Zustände der befahrenen Fahrbahnabschnitte anpassen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Erfassen eines Zustands eines Fahrbahnabschnitts. Das Erfassen erfolgt anhand von zumindest einem Ultraschallsensor eines Fahrzeugs. Es ist vorgesehen, dass der
Ultraschallsensor zum Ermitteln eines Abstands von Objekten von dem Fahrzeug mittels Vergleichs eines ausgesandten Signals und eines reflektierten Echos ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Zunächst erfolgt ein Bestimmen einer Varianz einer
Bodenechoverteilung innerhalb eines Fahrbahnabschnitts, auf dem sich das Fahrzeug bewegt. Anschließend erfolgt ein Ermitteln des Zustands des
Fahrbahnabschnitts anhand eines Klassifikators, der jeden Wert der Varianz einem Fahrbahnzustand zuordnet. Bei dem vordefinierten Klassifikator handelt es sich insbesondere um einen historisch gelernten Wert, der durch Messung der Varianz bei unterschiedlichen Fahrbahnzuständen ermittelt wurde. Das
Verfahren wird insbesondere mit einem Ultraschallsystem wie eingangs beschrieben ausgeführt.
Die Varianz wird in einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere proportional, aus einer Häufigkeit der empfangenen Bodenechos ermittelt. Dies entspricht insbesondere einer Echorate. Alternativ oder zusätzlich wird die Varianz proportional aus einer Amplitude des Bodenechos ermittelt. Ebenso ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Varianz proportional aus einem Übereinstimmungsfaktor (matching Faktor) des ausgesandten Signals und des Bodenechos ermittelt wird. Schließlich ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Varianz proportional aus einem Stördatenpegel (clutter level) bestimmt wird. Ebenso kann die Varianz aus dem Rauschlevel bestimmt werden. Des Weiteren ist eine Bestimmung aller Spitzenwerte im Messsignal in einem bestimmten Abstandsbereich des Ultraschallsensors, wo die
Auftrittswahrscheinlichkeit der Bodenechos am größten ist, möglich. Dabei werden insbesondere die statistischen Merkmale Maximum, Minimum, Varianz, Median, Mittelwert und/oder schiefe Wölbung ausgewertet. Somit lässt sich die Varianz einfach und aufwandsarm bestimmen. Insbesondere lässt sich anhand von Messdaten, die mittels des Ultraschallsensors erfasst werden können, der Zustand des Fahrbahnabschnitts ermitteln. Zusätzliche Informationen, die von anderen Sensortypen geliefert werden müssen, sind nicht notwendig. Das Verfahren wird vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass der Klassifikator in einer übergeordneten, zentralen Steuerinstanz gespeichert ist und zum Ermitteln des Fahrbahnabschnitts abgerufen wird. Somit kann der Zustand des
Fahrbahnabschnitts entweder von der übergeordneten zentralen Steuerinstanz ermittelt werden, indem die Messsignale von dem Ultraschallsensor an die übergeordnete, zentrale Steuerinstanz übertragen werden. Insbesondere erfolgt zuvor das Bestimmen der Varianz der Bodenechoverteilung aus den
Messsignalen des Ultraschallsensors, wobei lediglich besagte Varianz an die übergeordnete, zentrale Steuerinstanz übermittelt wird. In einer Alternative kann auch das den Ultraschallsensor tragende Fahrzeug selbst besagten
Fahrbahnzustand ermitteln. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die übergeordnete, zentrale Steuerinstanz den Klassifikator an das Fahrzeug überträgt. Insbesondere können Klassifikatoren verwendet werden, die sich räumlich verändern. So lässt sich insbesondere ein aktueller Zustand eines bestimmten Fahrbahnabschnitts detailliert unterscheiden. Hierzu ist
insbesondere vorgesehen, dass eine Position des den Ultraschallsensor tragenden Fahrzeugs ermittelt wird, wobei anhand der Position bestimmt werden kann, welcher Klassifikator zum Ermitteln des Fahrbahnzustands aus der Varianz zu verwenden ist.
Anhand des Zustands des Fahrbahnabschnitts lässt sich vorteilhafterweise ein Reibwert des Fahrbahnabschnitts ermitteln. Hierbei ist wiederum vorgesehen, dass der Reibwert historisch bestimmt wird, das bedeutet, dass der Reibwert für bestimmte Zustände der Fahrbahn gemessen wird. Somit kann jedem
Fahrbahnzustand ein entsprechender Reibwert zugeordnet werden. Anhand des Reibwerts kann optimal abgeschätzt werden, welche Auswirkungen
Bremseingriffe und/oder Lenkeingriffe auf die Führung des Fahrzeugs haben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Abbildung eines Fahrzeugs gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, umfassend ein
Ultraschallsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Ultraschallsystem 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 10 ist insbesondere dazu ausgebildet, anhand des Ultraschallsystems 1 einen aktuellen Zustand eines Fahrbahnabschnitts 4 zu bestimmen, auf dem sich das Fahrzeug 10 aktuell bewegt.
Das Ultraschallsystem 1 umfasst zumindest einen Ultraschallsensor 2. In dem im Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Ultraschallsensoren 2
beispielhaft dargestellt. Außerdem umfasst das Ultraschallsystem 1 eine
Rechenvorrichtung 3. Die Rechenvorrichtung 3 ist zur Signalübertragung mit den Ultraschallsensoren 2 verbunden. Jeder Ultraschallsensor 2 sendet
vorteilhafterweise ein Signal aus, das von einem Objekt in der Umgebung des Fahrzeugs 10 oder von der Oberfläche des Fahrbahnabschnitts 4 als Echo reflektiert wird. Es ist vorgesehen, dass jeder Ultraschallsensor 2 ein Signal mit einem unterschiedlichen Frequenzverlauf aussendet, so dass die Echos ebenfalls einen unterschiedlichen Frequenzverlauf aufweisen, wodurch eine Zuordnung ermöglicht ist, welches Echo ursprünglich von welchem
Ultraschallsensor 2 ausgesandt wurde.
Von jedem Ultraschallsensor 2 lassen sich Messsignale an die
Rechenvorrichtung 3 übertragen. Bei den Messsignalen handelt es sich insbesondere um eine Wandlung des von dem Ultraschallsensor 2 empfangenen Echos in ein elektrisches Signal. Die Rechenvorrichtung 3 ist ausgebildet, anhand einer Unruhe der Messsignale der Ultraschallsensoren 2 einen Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 zu ermitteln. Die Unruhe der Messsignale entspricht der Varianz der Bodenechoverteilung innerhalb des Fahrbahnabschnitts 4. Diese berechnet sich proportional aus einer Häufigkeit von empfangenen Bodenechos (Echorate), einer Amplitude der Bodenechos, des Übereinstimmungsgrads zwischen ausgesandtem Schallsignal und reflektiertem Bodenecho (matching Faktor) und des Stördatenpegels (clutter level). Ebenso ist eine Bestimmung aller Spitzenwerte im Messsignal in einem bestimmten Abstandsbereich jedes Ultraschallsensors 2 möglich, wo die Auftrittswahrscheinlichkeit der Bodenechos am größten ist. Hierbei werden die statistischen Merkmale Maximum, Minimum, Varianz, Median, Mittelwert und/oder schiefe Wölbung ausgewertet.
Beispielsweise sorgt ein trockener und sauberer Fahrbahnabschnitt 4 durch entsprechende Rauigkeit und/oder Unebenheiten und/oder Schlaglöcher für eine charakteristische Unruhe des Messsignals der Ultraschallsensoren 2. Auf eine trockene Oberfläche kann geschlossen werden, wenn es keinen Niederschlag in einem vorausgegangenen vordefinierten Zeitintervall gab und eine
Luftfeuchtigkeit während dieses Zeitintervalls gering war. Der Reibwert bei einem derartigen Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 liegt im Bereich des maximal möglichen Reibwerts.
Befinden sich Wasser und/oder Eis auf dem Fahrbahnabschnitt 4, so erzeugen diese eine niedrigere Unruhe im Echo und damit im Messsignal der
Ultraschallsensoren 2 als eine trockene Oberfläche des Fahrbahnabschnitts 4. Insbesondere lassen sich verschiedene Fälle wie folgt unterscheiden: Flüssiges Wasser hat die Eigenschaft, die Poren eines Fahrbahnbelags zu schließen und dadurch die Unruhe des Messsignals zu reduzieren. Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass Wasser auf der Oberfläche des Fahrbahnabschnitts bei höheren Geschwindigkeiten einen erhöhten Rauschlevel im Messsignal erzeugt. Dahingegen erzeugt zu Eis gefrorenes Wasser auch bei höheren Geschwindigkeiten keinen erhöhten Rauschlevel. Auch Eis schließt die Poren des Fahrbahnbelags und sorgt somit für einen geringen Reibwert.
Befinden sich Split und/oder Geröll und/oder Reifenspuren im Schnee und/oder Schneematschbrocken auf dem Fahrbahnabschnitt 4, so erzeugen diese eine größere Unruhe im Messsignal als bei einem trockenen Fahrbahnabschnitt 4. Beispielhaft ist angegeben, wie anhand von weiteren Informationen eine
Unterscheidung der einzelnen Fälle vorgenommen werden kann: Schneematsch sorgt ebenso wie eine feuchte oder nasse Oberfläche für einen erhöhten
Rauschlevel bei hohen Geschwindigkeiten, wobei die Unruhe erhöht ist. Auch hier kann die Umgebungstemperatur zur Plausibilisierung herangezogen werden. Der Reibwert bei Schneematsch ist sehr gering. Dahingegen erzeugt gefrorener Schneematsch keinen höheren Rauschlevel, wobei die Unruhe ebenso wie bei (nicht gefrorenem) Schneematsch erhöht ist. Der Reibwert nimmt mit sinkender Temperatur zu. Befindet sich Eis und/oder gefrorene Schneematschbrocken auf dem Fahrbahnabschnitt 4, führt dies zu einer erhöhten Unruhe. Eine erhöhte Anzahl plattgefahrener Schneematschbrocken sorgt für schnell wechselnde Reibwerte.
Sind Erdbrocken und/oder Geröll auf die Straße gespült, so kann auf deren Vorhandensein insbesondere dann geschlossen werden, wenn die
Niederschlagsmenge in einem vorausgegangenen Zeitabschnitt sehr hoch war. Größere Geröllelemente können auch zu vermehrten Erkennungen von Objekten auf der Fahrbahn führen. Der Reibwert ist schnell wachsend: Normal, wenn der Reifen direkten Kontakt zur Fahrbahn hat und Niedrig oder sehr Niedrig, wenn Geröll zwischen Reifen und Fahrbahn gelangt.
Reifenspuren im Schnee sind nur bei Umgebungstemperaturen nahe dem Gefrierpunkt zu erwarten. Außerdem hat Schnee eine dämpfende Eigenschaft auf die Unruhe, während die Spuren im Schnee für eine Erhöhung der Unruhe sorgen. Derjenige Ultraschallsensor 2, der mittig am Fahrzeug 10 angebracht ist, sollte demnach eine reduzierte Unruhe erkennen, während die außen
angebrachten Ultraschallsensoren 2 eine erhöhte Unruhe erkennen können. Ist außerdem die Umgebungstemperatur für einen vordefinierten minimalen
Zeitabschnitt unterhalb oder an dem Gefrierpunkt, dann kann auf eine hohe Schneedecke mit Reifenspuren geschlossen werden. Besonders tiefe
Reifenspuren können ebenfalls zur vermehrten Erkennung von Objekten auf dem Fahrbahnabschnitt 4 führen. Der Reibwert ist sehr niedrig oder niedrig.
Split kann allein daran erkannt werden, dass die Unruhe erhöht ist. Üblicherweise wird Split bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt auf eine ausbesserte
Fahrbahn aufgebracht. Auf Split kann daher auch geschlossen werden, wenn der Fahrbahnabschnitt 4 zuvor gesperrt war. Der Reibwert ist niedrig oder sehr niedrig.
Nicht alle Kriterien wie zuvor beschrieben müssen erfüllt sein, um auf einen jeweiligen Zustand rückschließen zu können. Die Zustände können auch gegenseitig überlagert vorliegen. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass die Rechenvorrichtung 3 individuell für jeden einzelnen Fahrbahnabschnitt 4 eine Wahrscheinlichkeit, insbesondere auch eine Intensität und eine
Standardabweichung, berechnet. Anhand dieser Wahrscheinlichkeit lässt sich der Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 rückschließen. Aus den Messsignalen der Ultraschallsensoren 2 lässt sich daher anhand der Unruhe unter Zuhilfenahme des zumindest einen vordefinierten Klassifikators der Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 ermitteln. Dies kann insbesondere in einer übergeordneten, zentralen Steuerinstanz 7 erfolgen. Hierzu berechnet die Rechenvorrichtung 3 lediglich die Varianz der Bodenechoverteilung des aktuellen Fahrbahnabschnitts 4 und sendet die berechneten Daten an die übergeordnete, zentrale Steuerinstanz 7. In der übergeordneten, zentralen Steuerinstanz 7 ist der zumindest eine vordefinierte Klassifikator gespeichert. Anhand eines
Vergleichs der empfangenen Varianz und des Klassifikators ist somit ein Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 bestimmbar. Dieser bestimmte Fahrbahnzustand lässt sich zurück an die Rechenvorrichtung 3 übertragen und steht somit dem
Fahrzeug 10 zur Verfügung.
In einer Alternative ist ebenso möglich, dass die übergeordnete, zentrale
Steuerinstanz aktuelle Klassifikatoren an die Rechenvorrichtung 3 überträgt. Die Rechenvorrichtung 3 kann dann selbst den Vergleich der berechneten Varianz mit den Klassifikator ausführen, um so den Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 zu bestimmen. Wie zuvor bereits beschrieben, lassen sich unterschiedliche
Reibwerte den unterschiedlichen Zuständen der Fahrbahnabschnitte zuordnen. Somit ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass in der übergeordneten, zentralen Steuerinstanz 7 jedem Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 ein entsprechender Reibwert zugeordnet ist. Diese Reibwerte werden ebenfalls an die
Rechenvorrichtung 3 übertragen. Somit stehen dem Fahrzeug 10 neben dem aktuellen Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 auch Informationen über einen zu erwartenden Reibwert der Oberfläche des Fahrbahnabschnitts 4 zur Verfügung.
Das Fahrzeug 10 weist insbesondere ein Steuergerät 5 zum Ausführen einer Fahrassistenzfunktion und/oder zum autonomen Fahren des Fahrzeugs 10 auf. Ebenso weist das Fahrzeug 10 vorteilhafterweise eine Warnvorrichtung 6 auf. Somit ist ermöglicht, die Fahrassistenzfunktion und/oder das autonome Fahren an den aktuellen Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 anzupassen. Auch kann einem Fahrer des Fahrzeugs 10 über die Warnvorrichtung 6 eine Warnung vor schlechten Zuständen des Fahrbahnabschnitts 4 übermittelt werden. Somit ist einerseits ermöglicht, die Fahrassistenzfunktion und/oder das autonome Fahren gefährliche Situationen zu vermeiden, indem beispielsweise eine
Maximalgeschwindigkeit angepasst wird oder indem vorgesehene Bremseingriffe früher als im Normalzustand durchgeführt werden. Andererseits ist es möglich, den Fahrer zur erhöhten Aufmerksamkeit anzuhalten, indem über die
Warnvorrichtung 6 eine Warnung ausgegeben wird. Der Fahrer kann seine Fahrweise dann an die herrschenden Bedingungen anpassen.
Beispielsweise ist das Steuergerät 5 eingerichtet, Räder 9 des Fahrzeugs 10 über Bremsen 8 abzubremsen. Dabei führt das Steuergerät 5 im Normalzustand eine Regelung aus, die ein Blockieren der Räder 8 während des Bremsens verhindert. Wird hingegen, wie zuvor beschrieben, eine hohe Schneedecke mit vorhandenen Reifenspuren erkannt und als Zustand des Fahrbahnabschnitts 4 ausgegeben, so steuert das Steuergerät 5 die Bremsen 9 der Räder 8 derart an, dass diese bei einer Vollbremsung blockieren. Dadurch entsteht ein Bremskeil aus Schnee vor den blockierenden Rädern 8, was eine zusätzliche
Bremswirkung bewirkt.
Auch kann das Steuergerät 5 verschiedene Assistenzfunktionen ausführen, die nur bei bestimmten Zuständen des Fahrbahnabschnitts 4 wirksam und/oder zuverlässig sind. Werden anhand des Ultraschallsystems 1 andere Zustände des Fahrbahnabschnitts 4 erkannt, so erfolgt eine Deaktivierung der
Assistenzsysteme.
Das Fahrzeug 10, insbesondere das Ultraschallsystem 1 , ermöglicht somit ein sicheres und zuverlässiges Erkennen eines Zustands eines Fahrbahnabschnitts 4, auf dem sich das Fahrzeug aktuell bewegt. Dies erlaubt ein Optimieren von Steuergeräten 5 des Fahrzeugs 10, die in eine Fahrdynamik des Fahrzeugs 10 eingreifen. Zum Ermitteln des Zustands des Fahrbahnabschnitts 4 sind hierzu keine zusätzlichen Sensoren notwendig. Vielmehr kann das Ermitteln des Fahrbahnabschnitts 4 allein anhand der Ultraschallsensoren 2 ausgeführt werden. Insbesondere kann auf zusätzliche Kameras wie im Stand der Technik verzichtet werden.

Claims

Ansprüche
1. Ultraschallsystem (1 ) eines Fahrzeugs (10) umfassend zumindest einen Ultraschallsensor (2) zum Ermitteln eines Abstands von Objekten von dem Fahrzeug (10) mittels Vergleichs eines ausgesandten Signals und eines reflektierten Echos, sowie eine Rechenvorrichtung (3) zum Auswerten eines Messsignals des Ultraschallsensors (2), wobei die Rechenvorrichtung (3) eingerichtet ist, eine Varianz einer Bodenechoverteilung innerhalb eines Fahrbahnabschnitts (4), auf dem sich das Fahrzeug (10) bewegt, zu bestimmen und anhand zumindest eines vordefinierten Klassifikators, der einzelnen Werten der Varianz einen Fahrbahnzustand zuordnet, den Zustand des Fahrbahnabschnitts (4) zu ermitteln.
2. Ultraschallsystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorrichtung (3) ausgebildet ist, die Varianz, insbesondere
proportional, zu bestimmen aus
• einer Häufigkeit der empfangenen Bodenechos und/oder
• einer Amplitude der Bodenechos und/oder
• einem Übereinstimmungsfaktor des ausgesandten Signals und des
Bodenechos und/oder
• aus einem Stördatenpegel und/oder
• aus einem Rauschlevel.
3. Fahrzeug (10) umfassend ein Ultraschallsystem (1 ) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
4. Fahrzeug (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zumindest ein
Steuergerät (5) zum Ausführen einer Fahrassistenzfunktion und/oder eines autonomen Fahrens des Fahrzeugs (10), wobei das Steuergerät (5) eingerichtet ist, die Fahrassistenzfunktion und/oder das autonome Fahren an den Zustand des Fahrbahnabschnitts (4) anzupassen.
5. Fahrzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steuergerät (5) zum Festlegen einer Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) anhand des Zustands des Fahrbahnabschnitts (4) ausgebildet ist.
6. Fahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Warnvorrichtung (6) zur Ausgabe einer Warnung an einen Fahrer des Fahrzeugs (10), wenn durch den Zustand des Fahrbahnabschnitts (4) eine Gefährdung des Fahrzeugs (10) vorliegt.
7. Verfahren zum Erfassen eines Zustands eines Fahrbahnabschnitts (4)
anhand zumindest eines Ultraschallsensors (2) eines Fahrzeugs (10), wobei der Ultraschallsensor (2) zum Ermitteln eines Abstands von Objekten von dem Fahrzeug (10) mittels Vergleichs eines ausgesandten Signals und eines reflektierten Echos ausgebildet ist, umfassend die Schritte:
• Bestimmen eine Varianz einer Bodenechoverteilung innerhalb eines Fahrbahnabschnitts (4), auf dem sich das Fahrzeug (10) bewegt, und
• Ermitteln des Zustands des Fahrbahnabschnitts (4) anhand zumindest eines vordefinierten Klassifikators, der einzelnen Werten der Varianz einen Fahrbahnzustand zuordnet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Varianz, insbesondere proportional, bestimmt wird aus
• einer Häufigkeit der empfangenen Bodenechos und/oder
• einer Amplitude der Bodenechos und/oder
• einem Übereinstimmungsfaktor des ausgesandten Signals und des
Bodenechos und/oder
• aus einem Stördatenpegel und/oder
• einem Rauschlevel.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Klassifikator in einer übergeordneten, zentralen Steuerinstanz (7) gespeichert und für das Ermitteln des Zustands des Fahrbahnabschnitts (4) abgerufen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Zustands des Fahrbahnabschnitts (4) ein Reibwert des
Fahrbahnabschnitts (4) ermittelt wird.
EP19721242.6A 2018-05-02 2019-04-25 Ultraschallsystem eines fahrzeugs zur bestimmung des zustands der fahrbahn Withdrawn EP3788398A1 (de)

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