EP4453521A1 - Verfahren zur erkennung von einer umgebungslichtbedingung - Google Patents

Verfahren zur erkennung von einer umgebungslichtbedingung

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Publication number
EP4453521A1
EP4453521A1 EP22830382.2A EP22830382A EP4453521A1 EP 4453521 A1 EP4453521 A1 EP 4453521A1 EP 22830382 A EP22830382 A EP 22830382A EP 4453521 A1 EP4453521 A1 EP 4453521A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
sensor
photo sensors
ambient light
photo
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22830382.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg BRUNNHOFER
Andreas Klug
Christof LEITGEB
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.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List 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 AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of EP4453521A1 publication Critical patent/EP4453521A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4204—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors with determination of ambient light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/0242—Control or determination of height or angle information of sensors or receivers; Goniophotometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0403—Mechanical elements; Supports for optical elements; Scanning arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4228—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors arrangements with two or more detectors, e.g. for sensitivity compensation

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting an ambient light condition in the vicinity of a vehicle.
  • US 5,100,000 also relates to a sensor arrangement for mounting on a vehicle and for determining ambient light conditions with a plurality, preferably four, photosensors directed in different directions.
  • driver assistance systems usually have a large number of sensors, including optical sensors, the ambient light conditions can be problematic for the function of the driver assistance system.
  • object detection due to backlighting, solar radiation, sudden and strong changes in the level of illumination, for example when entering/exiting tunnel tubes, or constant and rapid changes in light and shadow, for example when driving through forests can make the measured values of the optical sensors less useful. This can lead to very different data situations in different conditions such as strong sunlight from the front, cloudy sky, driving in a tunnel, etc.
  • DEO 10 2015 200 583 A1 discloses a method for detecting the ambient light of a vehicle, in which a planar image sensor and a single photocell are provided, and in which the measured values of these components are evaluated and compared in order to check the signals for plausibility. This alone provides insufficient information about the ambient light.
  • DE 10 2017 000 474 A1 discloses a device for determining the ambient light of a vehicle, with two light sensors being arranged parallel to one another but having different opening angles. In this way, different positions of the sun can be identified. However, the identification of some environmental conditions is still difficult and imprecise.
  • EP 1 566 654 A2 discloses a sensor unit for a motor vehicle for measuring light with a number of sensor elements. A sensor element is used for this for measuring the light in the direction of travel of the motor vehicle and a sensor element for measuring the light in the vicinity of the motor vehicle.
  • EP 2 570 964 A2 discloses a method in which an object is illuminated by a headlight of the vehicle and image data from a camera and relative position data from a receiving unit are evaluated together so that the illuminated object can be recognized as self-luminous or as reflective. Again, this gives little information about the ambient light conditions.
  • US 2014/277939 A1 describes how the current weather and ambient light conditions around the vehicle are determined by recordings by a camera of the vehicle, supported by additional data from GPS, online weather data and the time.
  • the camera is primarily used to check the weather data that is already available and retrieved online. This causes an inexact result.
  • detection is highly dependent on the quality of the data available online.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for detecting ambient light conditions in the vicinity of a vehicle and a sensor arrangement for mounting on a vehicle and for determining ambient light conditions, which enables the ambient light condition to be detected exactly and as independently as possible.
  • the dimension can be calculated, for example, by means of a calculation unit.
  • the measure therefore indicates how much the measured values of the different photo sensors deviate from each other, i.e. how scattered they are.
  • the sensor arrangement has a calculation unit connected to the photosensors for calculating at least one measure of the scatter, preferably the standard deviation or the variance, from at least some of the measured brightness values of the photosensors, and that the sensor arrangement has a calculation unit connected to the calculation unit Has a detection unit, which is designed to detect an ambient light condition on the basis of at least one absolute brightness value based on the measured brightness values of the photo sensors and the index.
  • the absolute brightness value and at the same time the measure for the scattering it is surprisingly possible to determine exactly what lighting conditions the vehicle's sensors are exposed to. If the incidence of light is diffuse, for example when it is very cloudy, the measured values are in a narrow range.
  • the brightness value of at least one photo sensor is higher than that of at least a second one. This is due to the different position and possibly also alignment of the photo sensors to the light source. In this way, the current ambient light conditions can also be recognized in real time. Rapid changes in the ambient light conditions are also easily recognizable.
  • the detection of the ambient light condition can also include the identification of one or more light sources and/or the type of these light sources, for example the sun, street lights or vehicle lights of other vehicles.
  • the spectral light components can preferably also be distinguished, preferably between ultraviolet (UV), visible (Vis) and infrared (IR) light components. This allows diffuse Distinguish lighting conditions such as heavy cloud cover from, for example, shady conditions in otherwise sunny conditions.
  • UV ultraviolet
  • Visibility visible
  • IR infrared
  • the recognition unit and the calculation unit can also be implemented together, for example in a common microcontroller or common computer system.
  • the recognition unit can also be connected directly to the photosensors or can receive measured brightness values of the photosensors in processed or unprocessed form via the calculation unit.
  • Photo sensors are any type of sensors that can convert the characteristics of light falling on the sensor into a signal that can be processed, preferably an electrical signal.
  • This can be, for example, a simple photodiode, a diode array, a camera, or also large-area photosensitive elements on rigid or flexible carrier materials, structures or mats, so-called large-area (flexible) electronics units.
  • Provision can also be made for a single sensor element, for example a sensor foil, to be provided, with this sensor element having a plurality of measuring areas which supply measured values which are independent of one another. In this case, these measuring ranges correspond to the photo sensors.
  • the measured brightness value can be the illuminance, measured in lux, and/or the light intensity and/or another physical variable or a combination of these variables that characterizes the light falling on the vehicle from a specific direction.
  • the ambient light conditions can be weather conditions, ie, for example, bright sunshine, cloudy situations during the day, sunrise or sunset, or no solar radiation during the nighttime.
  • the ambient light conditions can also be caused by other factors of the environment or traffic, for example low lighting due to driving in a tunnel, repeated strong changes in the frontal lighting when driving overland at night and oncoming traffic, area-specific illumination by street lighting, etc.
  • the photo sensors are preferably arranged outside the vehicle and/or are at least directed outwards.
  • At least some of the measured brightness values and/or the differences in at least some of the measured brightness values at the point in time can be used as absolute Brightness values are included in the detection of an ambient light condition.
  • the measure for the scattering is essentially invariant to a rotation of the photo sensors about a vertical axis of the vehicle.
  • the measure remains essentially unchanged when the vehicle rotates about its vertical axis, even if the sun or another strong light source shines from a certain direction.
  • the exact position of the light source can be calculated from the absolute brightness readings, while the metric can be used to identify other conditions such as cloudiness.
  • the vertical axis means an axis of the vehicle which runs vertically when the vehicle is level, ie which is essentially transverse to the wheel plane.
  • the wheel plane means a substantially horizontal plane when the vehicle is intended to be lying on a level surface and the wheels are on the same plane, the wheel plane.
  • the mean value of at least part of the measured values of the photo sensors is calculated and used as an absolute brightness value for detecting an ambient light condition.
  • the measured values from a selection of the photo sensors can be used. Provision can also be made for the measured values of at least one specific wavelength and/or at least one specific wavelength spectrum to be used to calculate the mean value. It can also be advantageous for the measured values from specific points in time to be used to calculate the mean value.
  • the mean value can be calculated easily and quickly and is a good indicator for estimating the absolute overall brightness. It thus enables a subdivision of the ambient light condition on the basis of typical illuminance levels, but also an initial assessment of the type of light source and its current state, e.g. street lighting, the sun on a clear sky and the sun on a cloudy sky.
  • a measured, absolute brightness value measured by a photosensor preferably the highest brightness value measured at the time
  • the highest brightness value measured best reflects the brightness of the strongest light source, allowing it to be accurately identified. It is particularly advantageous if the photo sensors point in different directions.
  • the measurement of brightness values of the surroundings of the vehicle can be carried out with several photo sensors from several, preferably four, different directions. This causes large differences in the brightness readings when light is emitted from a specific direction, making it easier to identify the ambient light condition.
  • the brightness value of the photosensors directed towards the source is significantly higher than those that are further away or inclined from it. This simplifies the detection of the ambient light condition and in particular the detection and positioning of light sources and leads to higher accuracy.
  • the photo sensors of the sensor arrangement are at least partially directed in different directions and the further photo sensor is preferably directed in a different direction than the photo sensors. If the additional photosensor is directed in a different direction than the photosensors, the information content is expanded in that information that is not partially redundant is recorded between at least one photosensor and the additional photosensor.
  • the different irradiation angles of the photosensors by the light sources can be sufficient to generate differences in the measured brightness values, which make it possible to recognize the ambient light condition.
  • At least two, preferably four, photosensors are arranged essentially rotationally symmetrically around a vertical axis of the vehicle.
  • one photo sensor points in the direction of travel, one against the direction of travel and one photo sensor each to the left and right.
  • the photosensors are arranged in a sensor unit and are preferably arranged essentially rotationally symmetrically about a vertical axis of the sensor unit.
  • the sensor unit can require a compact form which can be easily mounted on a vehicle, for example on the roof of the vehicle.
  • the sensor unit can also be designed as a sensor housing or can include a sensor housing.
  • a detection unit receives at least the absolute brightness value and the metric, and compares the absolute brightness value and the metric with value ranges of stored, categorized ambient light conditions to identify the ambient light condition. Provision can preferably also be made for the detection unit to select that stored ambient light condition for the point in time whose pre-stored values best match those of the measured ones.
  • At least one value range for the absolute brightness value and one for the standard deviation is stored for each ambient light condition. If both measured values fall within the range, it is recognized that the relevant ambient light condition is present.
  • the prevailing ambient light condition can be divided into a defined category, for example "strong sunshine” (high mean value with high standard deviation), “shady driving condition” (low mean value with medium-high standard deviation), or “minimal lighting” (very low mean value with low standard deviation). ).
  • these processes can also be automatically carried out with finer categorization by means of self-learning, self-calibrating and/or self-adapting systems.
  • further measurement data preferably the time in the area of the vehicle, the position of the vehicle, particularly preferably the GPS position, and/or the location and/or geographic orientation of the vehicle, are used in the detection of the ambient light conditions are taken into account.
  • the sensor arrangement has a locating device, preferably a GPS locating device, and/or a clock and/or at least one position sensor or a compass.
  • the other measurement data does not necessarily have to be measured by the vehicle itself.
  • the time can be queried via wireless transmission from a clock that is further away, for example an atomic clock, or can come from GPS data.
  • the position of the vehicle means the inclination along the longitudinal and/or transverse axis of the vehicle, i.e. the pitch or roll angle.
  • the measured values of the photo sensors can be combined with the respective further data.
  • this allows the ambient light conditions to be better determined, for example by including the prevailing time and possibly also the date of the observation in the assessment of the light sources.
  • the detected ambient light condition can also be assigned to a location or a time, thus facilitating further processing or analysis after the journey.
  • support can be provided by self-learning systems.
  • At least one additional photo sensor which is essentially directed in the direction of travel of the vehicle, measures at least one measured brightness value at the at least one point in time and this measured brightness value is included in the detection of an ambient light condition.
  • the sensor arrangement has a further photosensor, which is designed to be attached in the direction of travel of the vehicle.
  • the sensor arrangement can also have a further photosensor, which is designed to be attached in the opposite direction to the direction of travel of the vehicle. It is preferably provided that the further photo sensor is arranged in the area of a photo sensor of the driving assistance system.
  • the additional photosensor is spaced apart from the sensor unit.
  • the additional photosensor can be arranged in the area of the hood, while the sensor unit can be arranged on the roof of the vehicle.
  • the additional photo sensor can be connected to the other parts of the sensor arrangement by cable or wirelessly, for example by radio, Bluetooth or wireless LAN.
  • the further photo sensor is essentially parallel to a vertical axis of the vehicle.
  • the change in the absolute brightness value and/or the dimension number between a number of points in time is included in the detection of the ambient light condition at a specific point in time. This is particularly useful when the light changes rapidly and these indicate a specific light situation, for example driving into or out of a tunnel in bright sunshine.
  • at least one of the photo sensors preferably all photo sensors, determines measured brightness values for at least two different wavelengths or wavelength ranges of the light and particularly preferably if all photo sensors determine measured brightness values for the same wavelengths or wavelength ranges of the light . In this way, different light sources, which have different characteristic spectra, can be distinguished from one another.
  • At least one of the photo sensors measures at least one brightness measurement value each in the infrared range, in the ultraviolet range and in the visible light range.
  • information about the light source or light sources can be recorded in a particularly simple and comprehensive manner and light sources can be differentiated from one another and/or identified, but also the ambient light conditions.
  • the photo sensors preferably at least all four photo sensors, comprise at least one infrared sensor, one ultraviolet sensor and one sensor for visible light.
  • the relative position of at least one light source, preferably at least the sun, to the vehicle is determined from the measured brightness values of the photo sensors. This can help to identify the lighting situation, since, for example, a low-lying sun provides strong backlight in the direction of travel, while driving in the opposite direction, i.e. away from the sun, puts a different load on the sensors of the driver assistance system.
  • the position of the photosensors to those of the sun on the horizon in the part of the world in which the invention is carried out will be ideally adjusted.
  • an arrangement at an angle of approximately 47° is particularly advantageous when used in Central Europe, since as much sunlight as possible falls on the sensors in this way.
  • the sensor unit has at least one main contact surface for resting on the vehicle and at least one photo sensor of the sensor unit points away from the main contact surface and at an angle of between 10° and 70°, particularly preferably between 25° and 55°, very particularly preferably between 40° and 50°.
  • the horizontal plane is a plane which is horizontal when the vehicle is arranged on a level surface. So it corresponds to or is parallel to the wheel plane of the vehicle and is normal to the vertical axis of the vehicle.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular partially or fully autonomous vehicles, with at least one driver assistance system (ADAS, Advanced Driver Assistance System'), the ADAS having at least one photosensor and the vehicle having a sensor arrangement according to the invention in addition to the ADAS.
  • ADAS Driver Assistance System
  • the sensor arrangement or at least the photo sensors are preferably arranged on the roof and/or the hood of the vehicle.
  • the photo sensor of the ADAS is a camera.
  • vehicle is to be understood broadly, it can also be a rail vehicle such as a train, a watercraft such as a ship, an aircraft such as a helicopter or airplane, or another vehicle.
  • the further photo sensor points essentially in the direction of travel of the vehicle and is preferably located in the area of the at least one photo sensor of the ADAS. This enables particularly good detection of light falling on the vehicle from the front.
  • the measurement of a measured brightness value of the surroundings of the vehicle at the time is provided by a sky light photo sensor, and that the sky light photo sensor is shielded from direct solar radiation.
  • the sensor arrangement can also be made for the sensor arrangement to have at least one skylight photosensor, which is shielded from direct solar radiation.
  • Such shielding can be achieved, for example, by means of a corresponding cover, or by directing the skylight photosensor in the direction of the underground, with a light-reflecting surface preferably being arranged opposite the skylight photosensor in this case.
  • the indirect, diffuse sunlight that has been scattered by the atmosphere, the so-called skylight can be better determined. This can occur with a clear sky in combination with direct sunshine as well as without direct sunshine, for example when it is cloudy. This makes it easier to distinguish shadow conditions from cloudy skies.
  • At least two photosensors are designed as a common sensor film, which have at least two sensor areas that are preferably directed in different directions. All photo sensors are preferably designed as a common sensor film.
  • Such sensor foils generally have a very large number of individual photosensors, which are usually arranged in a matrix-like manner.
  • This sensor film can be essentially flat, at least in sections, so the photo sensors can be directed in essentially the same direction, at least in sections. An ambient light condition can thus be detected on the basis of the intensity differences of the brightness measurement values of the photo sensors. Provision can also be made for the sensor film to be essentially bent, at least in sections. In other words, it can therefore be provided that the photo sensors of the sensor film are essentially directed in different directions, at least in sections.
  • the sensor film is bent in at least one direction of extension.
  • the sensor film can be made hemispherical. In this way, the positions of light sources can be determined even more precisely.
  • the sensor film is aligned essentially parallel to a horizontal plane of the vehicle and points away from the vehicle, preferably points upwards, i.e. points away from the base of the vehicle in the intended use position.
  • FIG. 1a shows a sensor arrangement according to the invention in a schematic oblique view in one embodiment
  • FIG. 1b shows part of a section through a sensor arrangement according to the embodiment, arranged on a vehicle roof;
  • FIG. 2 shows part of the sensor unit of the sensor arrangement in FIG. 1 in a plan view
  • FIG. 3 shows a diagram of the measured brightness values over time during a test drive and the calculated mean values and standard deviations compared to this.
  • FIG. 1a shows a sensor arrangement 1 with a sensor unit 2 on which four photosensors 3 are arranged.
  • two photosensors 3 are opposite each other at a 90° angle to the other two photosensors.
  • the photo sensors are thus arranged in a rotationally symmetrical manner about a vertical axis A of the sensor unit 2 .
  • the vertical axis A is oriented normal to a main bearing surface 4 of the sensor unit, which is used for attaching the sensor arrangement
  • the vertical axis of the vehicle then corresponds to that of the vertical axis A or is at least parallel to it.
  • the photo sensors 3 are inclined at an angle 5 of 47° in relation to the main bearing surface 4 and point away from the center of the sensor unit 2 . Thus, the photo sensors 3 are all pointing away from each other and in different directions.
  • the sensor arrangement has a cable 6 for the power supply.
  • the sensor unit 2 can be connected via the cable 6 to a further sensor that is not arranged in the sensor unit 2 .
  • the sensor unit 2 has an energy store such as a battery, which supplies it with energy.
  • the photo sensor 3 is oriented to the altitude of the sun in Europe and North America. Depending on the place of use, this angle can be varied.
  • FIG. 2 shows a support part 2e of the sensor unit 2, on which the photosensors
  • the support part 2e has four receiving surfaces 2a-2d, each of which is pivoted by 90° about the vertical axis A relative to its adjacent receiving surfaces 2a-2d.
  • the photosensor 3 on the bearing surface 2b is irradiated the most and will deliver the highest measured brightness value.
  • the photosensor 3 on the supporting surface 2a is irradiated more weakly and those on the supporting surfaces 2c and 2d even weaker. In this way, the direction of the light can be determined from the measured brightness values.
  • the sensor arrangement 1 is preferably mounted on the vehicle in such a way that the photosensor 3 on the contact surface 2a is directed in the direction of travel and that on the contact surface 2c is directed counter to the direction of travel.
  • the measured brightness values of the sensor arrangement from the previous figures are shown as illuminance in lux over time in seconds.
  • the calculated mean value m of all four measured brightness values and the associated standard deviation s around the mean value m in a separate diagram for a better overview.
  • the photo sensor 2 directed in the direction of travel supplies the measured brightness value 8a
  • the photo sensor 2 directed to the left supplies the measured brightness value 8b
  • the photo sensor 2 directed in the opposite direction of travel supplies the measured brightness value 8c
  • the photo sensor 2 directed to the right supplies the measured brightness value 8d.
  • a first driving phase 9a strong value changes can be seen in the mean value m and in the standard deviation s. This suggests movement in strong sunshine through an area where the sun is consistently obscured by objects such as tall buildings.
  • the mean value m and the standard deviation s are very high. This occurs in strong sunshine and clear skies.
  • the mean value m and the standard deviation s are minimal. This indicates a tunnel journey, especially in combination with a time when sunshine can be expected.
  • the mean value m is at a low level and the standard deviation s is also very low. This can be interpreted as driving during the day under very cloudy skies or shadows cast by objects such as houses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von einer Umgebungslichtbedingung in der Umgebung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Messung von Helligkeitsmesswerten der Umgebung des Fahrzeugs mit mehreren, vorzugsweise vier, Photosensoren (3) zu zumindest einem Zeitpunkt; Berechnung zumindest einer Maßzahl für die Streuung, vorzugsweise die Standardabweichung (s) oder der Varianz, zumindest eines Teils der Messwerte der Photosensoren (3) zu dem Zeitpunkt; Erkennung einer Umgebungslichtbedingung zu dem Zeitpunkt auf Grundlage zumindest eines absoluten Helligkeitswertes auf Basis der Helligkeitsmesswerte (8a-8d) der Photosensoren (3) und der Maßzahl

Description

Verfahren zur Erkennung von einer Umgebungslichtbedingung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von einer Umgebungslichtbedingung in der Umgebung eines Fahrzeugs. Die betrifft auch eine Sensoranordnung zum Anbringen auf ein Fahrzeug und zur Bestimmung von Umgebungslichtbedingungen mit mehreren, vorzugsweise vier, Photosensoren, die in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind.
Insbesondere bei Testfahrten von Fahrzeugen mit zumindest einem Fahrassistenzsystem ist es sehr wichtig, die momentane Umgebungslichtbedingung um das Fahrzeug unabhängig vom Fahrassistenzsystem festzustellen. Da Fahrassistenzsysteme meist eine Vielzahl an Sensoren und darunter auch optische Sensoren aufweisen, kann die Umgebungslichtbedingung problematisch für die Funktion des Fahrassistenzsystems sein. Etwa kann die Objekterkennung durch Gegenlicht, Sonnenstrahlung, plötzliche und starke Wechsel der Beleuchtungsstärke etwa bei Ein-/Ausfahrten in Tunnelröhren oder ständige und schnelle Licht-Schatten-Wech- sel etwa bei Fahrten durch Wälder die Messwerte der optischen Sensoren weniger brauchbar machen. Dies kann zu stark unterschiedlichen Datenlagen bei verschiedenen Bedingungen wie starke Sonneneinstrahlung von vorne, Bewölkter Himmel, einer Tunnelfahrt usw. führen. Während der Validierung dieser Fahrassistenzsysteme ist daher wesentlich, dass verschiedene Beleuchtungsszenarien durchgemacht werden und auch nachvollziehbar ist, wann welches Beleuchtungsszenario vorgelegen ist, um die Reaktion des Fahrassistenzsystems und dessen Robustheit beurteilen zu können und in weiterer Folge die Entwicklung robusterer Fahrassistenzsysteme zu ermöglichen.
In der DEO 10 2015 200 583 Al wird Verfahren zur Erkennung von Umgebungslicht eines Fahrzeugs offenbart, bei dem ein flächenhafter Bildsensor und eine einzige Fotozelle vorgesehen sind, und bei dem die Messwerte dieser Bauteile ausgewertet und verglichen werden, um die Signale zu plausibilisieren. Dies allein bietet eine unzureichende Information über das Umgebungslicht.
In der DE 10 2017 000 474 Al wird eine Vorrichtung zur Ermittlung von Umgebungslicht eines Fahrzeugs offenbart, wobei zwei Lichtsensoren parallel zueinander angeordnet werden, aber unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen. So können unterschiedliche Sonnenstände identifiziert werden. Jedoch ist die Identifikation mancher Umgebungsbedingungen nach wie vor schwierig und ungenau.
In der EP 1 566 654 A2 offenbart eine Sensoreinheit für ein Kraftfahrzeug zum Messen von Licht mit mehreren Sensorelementen. Dabei dient ein Sensorelement zum Messen des Lichts in der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und ein Sensorelement zum Messen des Lichts in der Umgebung des Kraftfahrzeugs.
Die EP 2 570 964 A2 offenbart ein Verfahren, bei dem ein Objekt von einem Scheinwerfer des Fahrzeugs angestrahlt wird, sowie Bilddaten einer Kamera und Relativpositionsdaten einer Empfangseinheit miteinander ausgewertet werden, sodass dass beleuchtete Objekt als selbstleuchtend oder als reflektierend erkannt werden kann. Auch dies gibt wenig Auskunft über die Umgebungslichtbedingungen.
In der US 2014/277939 Al wird beschrieben, dass durch Aufnahmen einer Kamera des Fahrzeugs, unterstützt von weiteren Daten durch GPS, online Wetterdaten und der Uhrzeit die aktuelle Wetter- und Umgebungslichtbedingung um das Fahrzeug festgestellt wird. Dabei dient die Kamera vor Allem der Kontrolle der ohnehin vorliegenden, online abgerufenen Wetterdaten. Dies bedingt ein inexaktes Ergebnis. Darüber hinaus ist die Erkennung stark von der Qualität der online verfügbaren Daten abhängig.
In der US 4,760,772 A wird eine Sensoranordnung vorgestellt, welche die Position der Sonne im Bezug zum Fahrzeug identifiziert, um eine Klimaanlage entsprechend zu regeln. Dabei reicht dies allein aber noch nicht aus, um eine Umgebungslichtbedingung des Fahrzeugs festzustellen, da weitere Lichtquellen nicht identifiziert werden. Weiters kann nicht festgestellt werden, ob beispielsweise ein diffuser Lichteinfall durch einen bewölkten Himmel vorliegt.
Aufgabe der Erfindung ist damit, ein Verfahren zur Erkennung von Umgebungslichtbedingungen in der Umgebung eines Fahrzeugs und eine Sensoranordnung zum Anbringen auf ein Fahrzeug und zur Bestimmung von Umgebungslichtbedingungen bereitzustellen, die eine exakte und möglichst unabhängige Erkennung der Umgebungslichtbedingung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte umfasst:
Messung von Helligkeitsmesswerten der Umgebung des Fahrzeugs mit mehreren, vorzugsweise vier, Photosensoren zu zumindest einem Zeitpunkt;
Berechnung zumindest einer Maßzahl für die Streuung, vorzugsweise die Standardabweichung oder die Varianz, zumindest eines Teils der Messwerte der Photosensoren zu dem Zeitpunkt; Erkennung einer Umgebungslichtbedingung zu dem Zeitpunkt auf Grundlage zumindest eines absoluten Helligkeitswertes auf Basis der Helligkeitsmesswerte der Photosensoren und der Maßzahl.
Die Berechnung der Maßzahl kann beispielsweise mittels einer Berechnungseinheit erfolgen.
Die Maßzahl gibt also an, wie stark die Messwerte der unterschiedlichen Photosensoren voneinander abweichen, also gestreut sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung drei Photosensoren aufweist, welche in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. Dadurch kann bereits durch Triangulation die exakte Position einer Lichtquelle bestimmt werden.
Sie wird auch dadurch gelöst, dass die Sensoranordnung eine mit den Photosensoren verbundene Berechnungseinheit zur Berechnung zumindest einer Maßzahl für die Streuung, vorzugsweise die Standardabweichung oder der Varianz, aus zumindest einem Teil der Helligkeitsmesswerte der Photosensoren aufweist, und dass die Sensoranordnung eine mit der Berechnungseinheit verbundene Erkennungseinheit aufweist, welche zur Erkennung einer Umgebungslichtbedingung auf Grundlage zumindest eines absoluten Helligkeitswertes auf Basis der Helligkeitsmesswerte der Photosensoren und der Maßzahl ausgebildet ist.
Durch die Miteinbeziehung des absoluten Helligkeitswertes und gleichzeitig der Maßzahl für die Streuung kann überraschend exakt bestimmt werden, welchen Lichtverhältnissen die Sensoren des Fahrzeugs ausgesetzt sind. Liegt diffuser Lichteinfall vor, beispielsweise bei starker Bewölkung, so sind die Messwerte in einem engen Bereich. Bei starker Bestrahlung von einer bestimmten Seite hingegen, also bei starker Sonneneinstrahlung oder einer starken, künstlichen, punktuellen Lichtquelle, ist der Helligkeitswert zumindest eines Photosensors höher als jener von zumindest einem zweiten. Dies wird durch die Unterschiedliche Position und eventuell auch Ausrichtung der Photosensoren zur Lichtquelle bedingt. So kann auch in Echtzeit erkannt werden, welche Umgebungslichtbedingung gerade vorliegt. Auch sind schnelle Wechsel der Umgebungslichtbedingung gut erkennbar. Die Erkennung der Umgebungslichtbedingung kann dabei auch die Identifikation einer oder mehrerer Lichtquellen und/oder die Art dieser Lichtquellen umfassen, beispielsweise die Sonne, Straßenbeleuchtungen oder Fahrzeugbeleuchtung anderer Fahrzeuge.
Zur verbesserten Unterscheidbarkeit der Umgebungslichtbedingungen und/oder Identifikation einer Lichtquelle kann vorzugsweise weiters eine Unterscheidung der spektralen Lichtanteilen vorgenommen werden, vorzugsweise zwischen Ultraviolett (UV), sichtbarem (Vis) und Infrarot (IR) Lichtanteil. Dadurch lassen sich diffuse Lichtbedingungen wie etwa starke Bewölkung von, zum Beispiel, Schattenbedingungen bei sonst sonnigen Verhältnissen unterscheiden.
Die Erkennungseinheit und die Berechnungseinheit können auch gemeinsam ausgeführt sein, beispielsweise in einem gemeinsamen Mikrocontroller oder gemeinsamen Computersystem. Dabei kann die Erkennungseinheit auch direkt mit den Photosensoren verbunden sein oder über die Berechnungseinheit Helligkeitsmesswerte der Photosensoren in bearbeiteter oder unbearbeiteter Form erhalten.
Photosensoren sind dabei jede Art von Sensoren, welche die Charakteristik von auf den Sensor fallenden Lichtes in ein verarbeitbares Signal, vorzugsweise elektrisches Signal umwandeln können. Dies kann beispielsweise eine einfache Photodiode sein, ein Dioden-Array, eine Kamera, oder auch großflächige photosensitive Elemente auf rigiden oder flexiblen Trägermaterialien, Strukturen oder Matten sein, sogenannte Large-Area (Flexible) Electronics Einheiten. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein einzelnes Sensorelement, beispielsweise eine Sensorfolie, vorgesehen ist, wobei dieses Sensorelement mehrere Messbereiche aufweist, welche voneinander unabhängige Messwerte liefern. In diesem Fall entsprechen diese Messbereiche den Photosensoren.
Der Helligkeitsmesswert kann die Beleuchtungsstärke, gemessen in Lux, und/oder die Lichtstärke und/oder eine andere physikalische Größe oder eine Kombination dieser Größen sein, die das Licht, das aus einer bestimmten Richtung auf das Fahrzeug fällt, charakterisiert.
Es können auch mehrere Maßzahlen und/oder mehrere absolute Helligkeitswerte berechnet und in verschiedenen Kombinationen zur Erkennung mit einbezogen werden.
Die Umgebungslichtbedingungen können einerseits Wetterbedingungen sein, also beispielsweise strahlender Sonnenschein, bewölkte Situationen unter Tags, Son- nenauf- oder Untergang oder keine Sonnenstrahlung während der Nachtzeit. Andererseits können die Umgebungslichtbedingungen auch durch andere Faktoren der Umgebung bzw. des Verkehrs bedingt sein, also beispielsweise eine geringe Beleuchtung wegen einer Tunnelfahrt, eine wiederholte starke Änderung der frontalen Beleuchtung bei einer Überlandfahrt bei Nacht und Gegenverkehr, bereichsweise Ausleuchtung durch Straßenbeleuchtung etc.
Die Photosensoren sind vorzugsweise außerhalb des Fahrzeugs angeordnet und/ oder zumindest nach außen gerichtet.
Dabei können zumindest teilweise die Helligkeitsmesswerte und/oder die Differenzen zumindest eines Teils der Helligkeitsmesswerte zu dem Zeitpunkt als absolute Helligkeitswerte in die Erkennung einer Umgebungslichtbedingung miteinbezogen werden.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Maßzahl für die Streuung im Wesentlichen invariant gegen eine Verdrehung der Photosensoren um eine Hochachse des Fahrzeugs ist. So bleibt die Maßzahl im Wesentlichen unverändert, wenn sich das Fahrzeug um seine Hochachse dreht, auch wenn die Sonne oder eine andere starke Lichtquelle aus einer bestimmten Richtung scheint. Die genaue Position der Lichtquelle kann aus den absoluten Helligkeitsmesswerten berechnet werden, während die Maßzahl jedoch zur Identifikation anderer Zustände wie den Bewölkungsgrad verwendet werden kann.
Mit Hochachse ist dabei eine Achse des Fahrzeugs gemeint, welche bei ebenem Stand des Fahrzeugs vertikal verläuft, welche also im Wesentlichen quer zur Radebene liegt. Mit Radebene ist dabei eine im Wesentlichen horizontale Ebene gemeint, wenn das Fahrzeug bestimmungsgemäß auf einem ebenen Untergrund liegt und die Räder auf der gleichen Ebene, der Radebene liegen.
Weiters kann vorgesehen sein, dass der Mittelwert zumindest eines Teils der Messwerte der Photosensoren berechnet wird und als absoluter Helligkeitswert zur Erkennung einer Umgebungslichtbedingung herangezogen wird. Dabei können die Messwerte von einer Auswahl der Photosensoren herangezogen werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Messwerte zumindest einer bestimmten Wellenlänge und/oder zumindest eines bestimmten Wellenlängenspektrums zur Berechnung des Mittelwertes herangezogen wird. Es kann auch vorteilhaft sein, dass die Messwerte von bestimmten Zeitpunkten zur Berechnung des Mittelwerts herangezogen werden. Der Mittelwert ist einfach und schnell berechenbar und ist ein guter Indikator, um die absolute Gesamthelligkeit einzuschätzen. Damit ermöglicht er eine Unterteilung der Umgebungslichtbedingung auf Basis typischer Beleuchtungsstärken, aber auch eine erste Abschätzung der Art der Lichtquelle und dessen derzeitigen Zustand, also beispielsweise eine Straßenbeleuchtung, die Sonne bei klarem Himmel und die Sonne bei bewölktem Himmel festzustellen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass ein gemessener, absoluter Helligkeitsmesswert eines Photosensors, vorzugsweise der zu dem Zeitpunkt gemessene, höchste Helligkeitsmesswert, als absoluter Helligkeitswert zur Erkennung einer Umgebungslichtbedingung herangezogen wird. Damit ist keine oder nur unwesentliche Berechnung oder Filterung des Messwertes zur Verwendung notwendig, was besonders schnell ist. Der höchste gemessene Helligkeitswert gibt am besten die Helligkeit der stärksten Lichtquelle wieder, wodurch diese genau identifiziert werden kann. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Photosensoren in unterschiedliche Richtungen zeigen. So kann die Messung von Helligkeitsmesswerten der Umgebung des Fahrzeugs mit mehreren Photosensoren aus mehreren, vorzugsweise vier, unterschiedlichen Richtungen erfolgen. Dies bedingt starke Unterschiede in den Helligkeitsmesswerten, wenn Licht aus einer bestimmten Richtung ausgestrahlt wird und erleichtert damit die Erkennung der Umgebungslichtbedingung. Bei starker Sonneneinstrahlung oder einer starken, künstlichen, punktuellen Lichtquelle, ist der Helligkeitswert der zu der Quelle gerichteten Photosensoren wesentlich höher als jener, die von ihr stärker abgewandt oder abgeneigt sind. Dies vereinfacht die Erkennung der Umgebungslichtbedingung und insbesondere die Erkennung und Positionsbestimmung von Lichtquellen und führt zu einer höheren Genauigkeit. Dies gilt auch, wenn vorgesehen ist, dass die Photosensoren der Sensoranordnung zumindest teilweise in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind und der weitere Photosensor vorzugsweise in eine andere Richtung gerichtet ist als die Photosensoren. Wenn der weitere Photosensor in eine andere Richtung gerichtet ist als die Photosensoren, so wird der Informationsgehalt erweitert, indem nicht teilweise redundante Information zwischen zumindest einem Photosensor und dem weiteren Photosensor aufgenommen wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Photosensoren zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest überwiegend in die gleiche Richtung zeigen, oder, dass die Photosensoren der Sensoranordnung zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest überwiegend in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. Dies ergibt eine möglichst flache Ausführungsform, die beispielsweise besonders einfach auch einem Fahrzeugdach angeordnet werden kann. Die Unterschiedlichen Bestrahlungswinkel der Photosensoren durch die Lichtquellen können dabei ausreichen, um Unterschiede in den Helligkeitsmesswerten zu erzeugen, die die Erkennung der Umgebungslichtbedingung möglich machen.
Um eine möglichst exakte Abbildung der Umgebungshelligkeit zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei, vorzugsweise vier Photosensoren im Wesentlichen drehsymmetrisch um eine Hochachse des Fahrzeugs angeordnet werden. Vorzugsweise weist dabei ein Photosensor in Fahrtrichtung, einer entgegen der Fahrtrichtung und jeweils ein Photosensor nach links und rechts. Entsprechendes gilt auch, wenn die Photosensoren in einer Sensoreinheit angeordnet sind und vorzugsweise im Wesentlichen drehsymmetrisch um eine senkrechte Achse der Sensoreinheit angeordnet sind. Die Sensoreinheit kann dabei eine kompakte Form bedingen, welche einfach auf einem Fahrzeug, beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs angebracht werden kann. Die Sensoreinheit kann auch als ein Sensorgehäuse ausgeführt sein oder ein Sensorgehäuse umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Erkennungseinheit zumindest den absoluten Helligkeitswert und die Maßzahl empfängt, und zur Erkennung der Umgebungslichtbedingung den absoluten Helligkeitswert und die Maßzahl mit Wertbereichen von gespeicherten, kategorisierten Umgebungslichtbedingungen vergleicht. Vorzugsweise kann weiters vorgesehen sein, dass die Erkennungseinheit jene gespeicherte Umgebungslichtbedingung für den Zeitpunkt auswählt, deren vorgespeicherte Werte mit jenen der gemessenen am besten übereinstimmt.
In der Regel ist für jede Umgebungslichtbedingung zumindest ein Wertebereich für den absoluten Helligkeitswert und einer für die Standardabweichung abgespeichert. Fallen beide gemessenen Werte in den Bereich, so wird damit erkannt, dass die betreffende Umgebungslichtbedingung vorliegt. So kann die herrschende Umgebungslichtbedingung in eine definierte Kategorie eingeteilt werden, beispielsweise in "starker Sonnenschein" (hoher Mittelwert bei hoher Standardabweichung), "schattige Fahrbedingung" (geringer Mittelwert bei mittelhoher Standardabweichung), oder "minimale Beleuchtung" (sehr geringer Mittelwert bei geringer Standardabweichung). Diese Prozesse können zukünftig durch selbstlernende, selbstkalibrierende und/oder selbstadaptierende Systeme auch eine feinere Kategorisierung automatisiert durchgeführt werden.
So kann sehr einfach und schnell eine Kategorisierung der Umgebungslichtbedingung durchgeführt werden und jeder untersuchte Zeitpunkt einer Kategorie zugeordnet werden. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Verarbeitung und Beurteilung einer Testfahrt. Diese gespeicherten Umgebungslichtbedingungen können in einer Datenbank oder in einem Datenspeicher gespeichert werden, die mit der Erkennungseinheit verbunden sein können.
Um ein exakteres Ergebnis zu erlangen kann vorgesehen sein, dass weitere Messdaten, vorzugsweise die Uhrzeit im Bereich des Fahrzeugs, die Position des Fahrzeugs, besonders vorzugsweise die GPS-Position, und/oder die Lage und/oder geografische Ausrichtung des Fahrzeugs, bei der Erkennung der Umgebungslichtbedingung mit einbezogen werden. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung eine Ortungseinrichtung, vorzugsweise eine GPS-Ortungseinrichtung, und/oder eine Uhr und/oder zumindest einen Lagesensor oder einen Kompass aufweist. Die weiteren Messdaten müssen dabei nicht zwangsläufig vom Fahrzeug selbst gemessen werden. So kann beispielsweise die Uhrzeit per drahtloser Übertragung von einer weiter entfernten Uhr, beispielsweise einer Atomuhr abgefragt werden oder von GPS Daten stammen. Mit der Lage des Fahrzeugs wird die Neigung entlang der Längs- und/oder Querachse des Fahrzeugs gemeint, also Nickoder Wankwinkel. Die Messwerte der Photosensoren können mit den jeweiligen weiteren Daten kombiniert werden. Damit kann einerseits die Umgebungslichtbedingung besser festgestellt werden, etwa indem die vorherrschende Uhrzeit und eventuell auch das Datum der Beobachtung in die Beurteilung der Lichtquellen mit einfließt. Andererseits kann auch damit die erkannte Umgebungslichtbedingung einem Ort oder einer Uhrzeit zugeordnet werden und so die Weiterverarbeitung oder Analyse nach der Fahrt erleichtert werden. Auch hier kann eine Unterstützung durch selbstlernende Systeme erfolgen.
Weiters kann vorgesehen sein, dass zumindest ein weiterer Photosensor, der im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gerichtet ist, zumindest einen Helligkeitsmesswert zu dem zumindest einem Zeitpunkt misst und dieser Helligkeitsmesswert in die Erkennung einer Umgebungslichtbedingung mit einbezogen wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um Gegenlichtsituationen oder sonstige Beleuchtungssituationen durch andere Verkehrsteilnehmer zu erkennen, da diese für visuell basierte Fahrtassistenzsysteme besonders schwierig bewältigbar sind. Entsprechendes gilt auch, wenn die Sensoranordnung einen weiteren Photosensor aufweist, welcher zum Anbringen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgebildet ist. Es kann auch die Sensoranordnung einen weiteren Photosensor aufweisen, welcher zum Anbringen entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgebildet ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der weitere Photosensor im Bereich eines Photosensors des Fahrtassistenzsystems angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Sinne, wenn der weitere Photosensor von der Sensoreinheit beabstandet ist. So kann der weitere Photosensor beispielsweise im Bereich der Motorhaube angeordnet sein, während die Sensoreinheit auf dem Dach des Fahrzeugs angeordnet sein kann. Der weitere Photosensor kann mit den übrigen Teilen der Sensoranordnung über Kabel oder drahtlos, beispielsweise per Funk, Bluetooth oder Wireless LAN miteinander verbunden sein.
Um ein besonders gutes Ergebnis bezüglich der Gegenlichtsituation zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der weitere Photosensor im Wesentlichen parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs steht.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Änderung des absoluten Helligkeitswertes und/oder der Maßzahl zwischen mehreren Zeitpunkten in die Erkennung der Umgebungslichtbedingung zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einbezogen wird. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn schnelle Lichtwechsel vorliegen und diese eine bestimmte Lichtsituation anzeigen, beispielsweise das Ein- oder Ausfahren in einen Tunnel bei starkem Sonnenschein. Um eine noch exaktere Erkennung der Umgebungslichtbedingung zu erreichen ist vorteilhaft, wenn zumindest einer der Photosensoren, vorzugsweise alle Photosensoren, Helligkeitsmesswerte für zumindest zwei unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des Lichts ermittelt und besonders vorzugsweise, dass alle Photosensoren Helligkeitsmesswerte für die gleichen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des Lichts ermitteln. So können verschiedene Lichtquellen, welche unterschiedliche charakteristische Spektren aufweisen, voneinander unterschieden werden. Darüber hinaus kann beispielsweise auf den Bewölkungsstatus rückgeschlossen werden, da sich das Spektrum der Sonne durch Bewölkung verändert. Des Weiteren wird die Unterscheidbarkeit von zum Beispiel Schattensituationen gegenüber genereller Bewölkung dadurch eindeutig möglich. Entsprechendes gilt auch, wenn vorgesehen ist, dass Helligkeitsmesswerte für zumindest zwei unterschiedliche Wellenlängen des Lichtes durch zumindest ein Photosensor, vorzugsweise zumindest alle vier Photosensoren messbar sind.
Besonders vorteilhaft ist in diesem Sinne, wenn zumindest einer der Photosensoren, vorzugsweise alle Photosensoren, zumindest je einen Helligkeitsmesswert im Infrarotbereich, im Ultraviolettbereich und im Bereich des sichtbaren Lichts misst. Dadurch kann besonders einfach und umfassend Informationen über die Lichtquelle oder Lichtquellen erfasst werden und Lichtquellen voneinander unterschieden werden und/oder identifiziert werden, aber auch die Umgebungslichtverhältnisse. Entsprechendes gilt auch wenn vorgesehen ist, dass die Photosensoren, vorzugsweise zumindest alle vier Photosensoren zumindest einen Infrarotsensor, einen Ultraviolettsensor und einen Sensor für sichtbares Licht umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass aus den gemessenen Helligkeitsmesswerten der Photosensoren die relative Position zumindest einer Lichtquelle, vorzugsweise zumindest der Sonne, zum Fahrzeug ermittelt wird. Dies kann zur Erkennung der Beleuchtungssituation beitragen, da beispielsweise eine tief stehende Sonne in Fahrtrichtung starkes Gegenlicht liefert, die Fahrt in die entgegengesetzte Richtung, also von der Sonne weg, die Sensoren des Fahrassistenzsystems anders belastet.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Erfindung die Berechnung der Leuchtdichte zumindest einer Lichtquelle umfasst. Dies ist insbesondere dann gut möglich, wenn eine große Zahl an Photosensoren zur Verfügung stehen.
Wenn die Photosensoren in Bezug zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs geneigt angeordnet werden und vorzugsweise in einem Winkel zwischen 10° und 70°, besonders vorzugsweise zwischen 25° und 55°, ganz besonders vorzugsweise zwischen 40° und 50° angeordnet werden, so kann die Stellung der Photosensoren an jene der Sonne am Horizont in dem Erdteil, in dem die Erfindung ausgeführt wird, ideal angepasst werden. Beispielsweise ist eine Anordnung in einem Winkel von etwa 47° bei einer Verwendung in Mitteleuropa besonders vorteilhaft, da so möglichst viel Sonnenlicht auf die Sensoren fällt. Entsprechendes gilt auch, wenn die Sensoreinheit zumindest eine Hauptauflagefläche zum Aufliegen am Fahrzeug aufweist und zumindest ein Photosensor der Sensoreinheit von der Hauptauflagefläche weg zeigt und in einem Winkel zwischen 10° und 70°, besonders vorzugsweise zwischen 25° und 55°, ganz besonders vorzugsweise zwischen 40° und 50° steht.
Die Horizontalebene ist dabei eine Ebene, welche bei ebener Anordnung des Fahrzeugs auf flachem Boden horizontal liegt. Sie entspricht also oder liegt parallel zur Radebene des Fahrzeugs und steht normal zur Hochachse des Fahrzeugs.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere teil- oder vollautonome Fahrzeuge, mit zumindest einem Fahrassistenzsystem (ADAS, Advanced Driver Assistance System'), wobei das ADAS zumindest einen Photosensor aufweist und wobei das Fahrzeug zusätzlich zu dem ADAS eine erfindungsgemäße Sensoranordnung aufweist. Dadurch kann einfach und schnell während einer Fahrt mit dem Fahrzeug, vorzugsweise ein Personenkraftwagen, die Umgebungslichtbedingung zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Fahrt erkannt werden. Vorzugsweise ist die Sensoranordnung oder sind zumindest die Photosensoren auf dem Dach und/oder der Motorhaube des Fahrzeugs angeordnet. In der Regel ist der Photosensor des ADAS eine Kamera. Der Begriff Fahrzeug ist dabei breit zu verstehen, es kann sich dabei auch ein Schienenfahrzeug wie ein Zug, ein Wasserfahrzeug wie ein Schiff, ein Luftfahrzeug wie ein Helikopter oder Flugzeug, oder ein anderes Fahrzeug sein.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der weitere Photosensor im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs zeigt und vorzugsweise im Bereich des zumindest einen Photosensors des ADAS liegt. Dies ermöglicht eine besonders gute Erkennung von Licht, das frontal auf das Fahrzeug fällt.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Messung eines Helligkeitsmesswerts der Umgebung des Fahrzeugs zu dem Zeitpunkt von einem Himmelslicht-Photosensor vorgesehen ist, und dass der Himmelslicht-Photosensor vor direkter Sonneneinstrahlung abgeschirmt ist. Dem entsprechend kann auch vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung zumindest einen Himmelslicht-Photosensor aufweist, der gegenüber direkter Sonneneinstrahlung abgeschirmt ist. Eine solche Abschirmung kann beispielsweise durch eine entsprechende Abdeckung erreicht werden, oder in dem der Himmelslicht-Photosensor in Richtung des Untergrunds gerichtet ist, wobei vorzugsweise in diesem Fall gegenüber dem Himmelslicht-Photosensor eine lichtreflektierende Oberfläche angeordnet ist. Durch einen solchen Himmelslicht-Photosensor kann das indirekte, diffuse Sonnenlicht, das durch die Atmosphäre gestreut wurde, das sogenannte Himmelslicht, besser bestimmt werden. Dieses kann bei klarem Himmel in Kombination mit direktem Sonnenschein als auch ohne direkten Sonnenschein, beispielsweise bei Bewölkung, auftreten. So können Schattenverhältnisse von bewölktem Himmel leichter unterschieden werden.
Weiters kann vorteilhaft sein, dass zumindest zwei Photosensoren als gemeinsame Sensorfolie ausgeführt sind, welche zumindest zwei Sensorbereiche aufweisen, die vorzugsweise in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. Vorzugsweise sind alle Photosensoren als gemeinsame Sensorfolie ausgeführt. Solche Sensorfolien weisen in der Regel eine sehr große Zahl an einzelnen Photosensoren auf, welche meist matrixartig angeordnet sind. Diese Sensorfolie kann dabei zumindest abschnittsweise im Wesentlichen flach sein, die Photosensoren können also zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in die gleiche Richtung gerichtet sein. Anhand der Intensitätsunterschiede der Helligkeitsmesswerte der Photosensoren kann so eine Umgebungslichtbedingung erkannt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sensorfolie zumindest abschnittsweise im Wesentlichen gebeugt ist. Mit anderen Worten kann also vorgesehen sein, dass die Photosensoren der Sensorfolie zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. Somit kann eine Vielzahl an Informationen aus verschiedensten Richtungen gesammelt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Sensorfolie in zumindest eine Erstreckungsrichtung gebeugt ist. Beispielsweise kann die Sensorfolie halbkugelförmig ausgeführt werden. So können die Positionen von Lichtquellen noch genauer bestimmt werden. Insbesondere bei einer flachen Ausführungsform der Folie ist vorteilhaft, wenn die Sensorfolie dabei im Wesentlichen parallel zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs ausgerichtet ist und vom Fahrzeug weg zeigt, vorzugsweise nach oben zeigt, also in bestimmungsgemäßer Gebrauchsstellung vom Untergrund des Fahrzeugs weg zeigt.
Weiter wird die Erfindung anhand nicht einschränkender, erfindungsgemäßer Ausführungen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. la eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in einer schematischen Schrägansicht in einer Ausführungsform;
Fig. lb einen Teil eines Schnittes durch eine Sensoranordnung gemäß der Ausführungsform, angeordnet auf einem Fahrzeugdach;
Fig. 2 einen Teil der Sensoreinheit der Sensoranordnung in Fig. 1 in einer Draufsicht; Fig. 3 ein Diagramm der Helligkeitsmesswerte entlang der Zeit während einer Testfahrt und dem gegenübergestellt die errechneten Mittelwerte und Standardabweichungen.
Fig. la zeigt eine Sensoranordnung 1 mit einer Sensoreinheit 2, an dem vier Photosensoren 3 angeordnet sind. Dabei stehen sich jeweils zwei Photosensoren 3 gegenüber zu den jeweils anderen zwei Photosensoren im 90° Winkel. Damit sind die Photosensoren drehsymmetrisch um eine senkrechte Achse A der Sensoreinheit 2 angeordnet. Dabei ist die senkrechte Achse A normal zu einer Hauptauflagefläche 4 der Sensoreinheit orientiert, die zum Anbringen der Sensoranordnung
1 am Fahrzeug dient. In der Regel entspricht dann die Hochachse des Fahrzeugs der der senkrechten Achse A oder ist zumindest parallel zu ihr.
Die Photosensoren 3 stehen in Bezug zur Hauptauflagefläche 4 schräg in einem Winkel 5 von 47° und zeigen vom Zentrum der Sensoreinheit 2 weg. Damit sind die Photosensoren 3 alle voneinander weg und in unterschiedliche Richtungen gerichtet. Die Sensoranordnung weist ein Kabel 6 zur Stromversorgung auf. In einer alternativen Ausführungsform kann die Sensoreinheit 2 über das Kabel 6 mit einem weiteren Sensor verbunden sein, der nicht in der Sensoreinheit 2 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit 2 einen Energiespeicher wie eine Batterie aufweist, die sie mit Energie versorgt.
In Fig. 1b ist ein Schnitt durch die Sensoranordnung 1 dargestellt, wobei gut sichtbar ist, dass der Photosensor 3 auf einer schrägen Seitenfläche der Sensoreinheit
2 angeordnet ist und damit in einem Winkel 5 zu einer Querachse der senkrechten Achse A steht. Somit ist der Photosensor 3 auf den Höhenstand der Sonne im europäischen und nordamerikanischen Raum orientiert. Abhängig vom Verwendungsort kann dieser Winkel variiert werden.
In Fig. 2 zeigt einen Auflageteil 2e der Sensoreinheit 2, auf dem die Photosensoren
3 (in Fig. 2 nicht dargestellt) angeordnet werden. Das Auflageteil 2e weist dafür vier Aufnahmeflächen 2a-2d auf, wobei jede gegenüber dessen benachbarten Aufnahmeflächen 2a-2d um die senkrechte Achse A um 90° verschwenkt ist. Wenn Licht aus einer Richtung 7 auf die Sensoranordnung fällt, so wird der Photosensor 3 auf der Auflagefläche 2b am stärksten bestrahlt und wird den höchsten Helligkeitsmesswert liefern. Der Photosensor 3 auf der Auflagefläche 2a wird schwächer bestrahlt und die jene auf den Auflageflächen 2c und 2d noch schwächer. So kann durch die Helligkeitsmesswerte die Richtung des Lichts bestimmt werden. Die Sensoranordnung 1 wird vorzugsweise derart auf das Fahrzeug angebracht, dass der Photosensor 3 auf der Auflagefläche 2a in Fahrtrichtung und jener auf der Auflagefläche 2c entgegen der Fahrtrichtung gerichtet ist. In Fig. 3 sind entlang der Zeit in Sekunden die Helligkeitsmesswerte der Sensoranordnung aus den vorangegangenen Figuren als Beleuchtungsstärke in Lux dargestellt. Darunter ist der errechnete Mittelwert m aller vier Helligkeitsmesswerte und die dazugehörige Standardabweichung s um den Mittelwert m dargestellt, zur besseren Übersicht in einem eigenen Diagramm. Der in Fahrtrichtung gerichtete Photosensor 2 liefert den Helligkeitsmesswert 8a, der nach links gerichtete Photosensor 2 liefert den Helligkeitsmesswert 8b, der nach entgegen der Fahrtrichtung gerichtete Photosensor 2 liefert den Helligkeitsmesswert 8c, und der nach rechts gerichtete Photosensor 2 liefert den Helligkeitsmesswert 8d. In einer ersten Fahrphase 9a sind sowohl starke Wertewechsel bei dem Mittelwert m als auch bei der Standardabweichung s erkennbar. Dies lässt auf eine Bewegung bei starkem Sonnenschein durch ein Gebiet schließen, bei dem die Sonne immer wieder durch Objekte wie Hochhäuser verdeckt wird. In einer zweiten Fahrphase 9b ist der Mittelwert m als auch die Standardabweichung s sehr hoch. Dies liegt bei starkem Sonnenschein und klarem Himmel vor. In einer dritten Fahrphase 9c ist der Mittelwert m als auch die Standardabweichung s minimal. Dies deutet auf eine Tunnelfahrt hin, insbesondere in Kombination mit einer Uhrzeit, bei der Sonnenschein zu erwarten ist. In einer vierten Fahrphase 9d liegt der Mittelwert m auf einem niedrigen Niveau und die Standardabweichung s ebenso sehr niedrig. Dies kann als Fahrt unter tags bei stark bewölktem Himmel oder Schatten, die durch Objekte wie Häuser geworfen werden, interpretiert werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Verfahren zur Erkennung von einer Umgebungslichtbedingung in der Umgebung eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Messung von Helligkeitsmesswerten der Umgebung des Fahrzeugs mit mehreren, vorzugsweise vier, Photosensoren (3) zu zumindest einem Zeitpunkt;
Berechnung zumindest einer Maßzahl für die Streuung, vorzugsweise die Standardabweichung (s) oder der Varianz, zumindest eines Teils der Messwerte der Photosensoren (3) zu dem Zeitpunkt;
Erkennung einer Umgebungslichtbedingung zu dem Zeitpunkt auf Grundlage zumindest eines absoluten Helligkeitswertes auf Basis der Helligkeitsmesswerte (8a-8d) der Photosensoren (3) und der Maßzahl. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßzahl für die Streuung im Wesentlichen invariant gegen eine Verdrehung der Photosensoren (3) um eine Hochachse des Fahrzeugs ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert (m) zumindest eines Teils der Messwerte der Photosensoren (3) berechnet wird und als absoluter Helligkeitswert zur Erkennung einer Umgebungslichtbedingung herangezogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemessener, absoluter Helligkeitsmesswert (8a-8d) eines Photosensors (3), vorzugsweise der zu dem Zeitpunkt gemessene, höchste Helligkeitsmesswert (8a-8d), als absoluter Helligkeitswert zur Erkennung einer Umgebungslichtbedingung herangezogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosensoren (3) in unterschiedliche Richtungen zeigen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, vorzugsweise vier Photosensoren (3) im Wesentlichen drehsymmetrisch um eine Hochachse des Fahrzeugs angeordnet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kategorisiereinheit zumindest den absoluten Helligkeitswert und die Maßzahl empfängt, und zur Erkennung der Umgebungslichtbedingung den absoluten Helligkeitswert und die Maßzahl mit Wertbereichen von gespeicherten, kategorisierten Umgebungslichtbedingungen vergleicht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Messdaten, vorzugsweise die Uhrzeit im Bereich des Fahrzeugs, die Position des Fahrzeugs, besonders vorzugsweise die GPS-Position, und/ oder die Lage und/oder geografische Ausrichtung des Fahrzeugs, bei der Erkennung der Umgebungslichtbedingung mit einbezogen werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiterer Photosensor (3), der im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gerichtet ist, zumindest einen Helligkeitsmesswert zu dem zumindest einem Zeitpunkt misst und dieser Helligkeitsmesswert in die Erkennung einer Umgebungslichtbedingung mit einbezogen wird. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Photosensor (3) im Wesentlichen parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs steht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des absoluten Helligkeitswertes und/oder der Maßzahl zwischen mehreren Zeitpunkten in die Erkennung der Umgebungslichtbedingung zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einbezogen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Photosensoren (3), vorzugsweise alle Photosensoren (3), Helligkeitsmesswerte für zumindest zwei unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des Lichts ermittelt und besonders vorzugsweise, dass alle Photosensoren (3) Helligkeitsmesswerte für die gleichen Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des Lichts ermitteln. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Photosensoren (3), vorzugsweise alle Photosensoren (3), zumindest je einen Helligkeitsmesswert im Infrarotbereich, im Ultraviolettbereich und im Bereich des sichtbaren Lichts misst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Helligkeitsmesswerten der Photosensoren (3) die relative Position zumindest einer Lichtquelle, vorzugsweise zumindest der Sonne, zum Fahrzeug ermittelt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosensoren (3) in Bezug zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs geneigt angeordnet werden und vorzugsweise in einem Winkel zwischen 10° und 70°, besonders vorzugsweise zwischen 25° und 55°, ganz besonders vorzugsweise zwischen 40° und 50° angeordnet werden. - 16 - Sensoranordnung (1) zum Anbringen auf ein Fahrzeug und zur Bestimmung von Umgebungslichtbedingungen mit mehreren, vorzugsweise vier, Photosensoren (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) eine mit den Photosensoren (3) verbundene Berechnungseinheit zur Berechnung zumindest einer Maßzahl für die Streuung, vorzugsweise die Standardabweichung (s) oder der Varianz, aus zumindest einem Teil der Helligkeitsmesswerte der Photosensoren (3) aufweist, und dass die Sensoranordnung (1) eine mit der Berechnungseinheit verbundene Erkennungseinheit aufweist, welche zur Erkennung einer Umgebungslichtbedingung auf Grundlage zumindest eines absoluten Helligkeitswertes auf Basis der Helligkeitsmesswerte der Photosensoren und der Maßzahl ausgebildet ist. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) einen weiteren Photosensor aufweist, welcher zum Anbringen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgebildet ist. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosensoren (3) in einer Sensoreinheit (2) angeordnet sind und vorzugsweise im Wesentlichen drehsymmetrisch um eine senkrechte Achse (A) der Sensoreinheit (2) angeordnet sind. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Photosensor von der Sensoreinheit (2) beabstandet ist. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Helligkeitsmesswerte für zumindest zwei unterschiedliche Wellenlängen des Lichtes durch zumindest einen Photosensor (3), vorzugsweise zumindest alle vier Photosensoren (3) messbar sind. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosensoren (3), vorzugsweise zumindest alle vier Photosensoren (3) zumindest einen Infrarotsensor, einen Ultraviolettsensor und einen Sensor für sichtbares Licht umfassen. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (2) zumindest eine Hauptauflagefläche (4) zum Aufliegen am Fahrzeug aufweist und zumindest ein Photosensor (3) in der Sensoreinheit (2) von der Hauptauflagefläche (4) weg zeigt und in einem Winkel (5) zwischen 10° und 70°, besonders vorzugsweise zwischen 25° und 55°, ganz besonders vorzugsweise zwischen 40° und 50° steht. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Photosensoren (3) als gemeinsame - 17 -
Sensorfolie ausgeführt sind, welche zumindest zwei Sensorbereiche aufweisen, die vorzugsweise in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind.
24. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosensoren (3) zumindest teilweise in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind und der weitere Photosensor vorzugsweise in eine andere Richtung gerichtet ist als die Photosensoren (3).
25. Fahrzeug mit zumindest einem Fahrassistenzsystem (ADAS, Advanced Driver Assistance System}, wobei das ADAS zumindest einen Photosensor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zusätzlich zu dem ADAS eine Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 24 aufweist.
26. Fahrzeug nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Photosensor der Sensoranordnung (1) im Wesentlichen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs zeigt und vorzugsweise im Bereich des zumindest einen Photosensors des ADAS liegt.
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