DE102017208239A1

DE102017208239A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Formeigenschaft eines von einem Kraftfahrzeug überfahrenen Einzelhindernisses auf einer Straße sowie Steuervorrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017208239A1
Application number: DE102017208239.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Noll
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-05-17
Also published as: DE102017208239B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Formeigenschaft (37) eines von einem Kraftfahrzeug (10) überfahrenen Einzelhindernisses (30) einer Straße (17), wobei aus einem Straßenbeobachtersignal (24) mittels einer Filterung (26) ein erstes Straßenhöhensignal (34) erzeugt wird, das einen Verlauf eines Straßenprofils (25) für Signalanteile oberhalb einer ersten unteren Grenzfrequenz (27) beschreibt. Die Erfindung sieht vor, dass anhand des ersten Straßenhöhensignals (34) ein Anfang (31) und ein Ende (32) des Einzelhindernisses (30) daran erkannt werden, dass das erste Straßenhöhensignal (34) eine vorbestimmte Mindeständerung (44) des Straßenprofils (25) signalisiert, und auf der Grundlage des Straßenbeobachtersignals (24) ein zweites Straßenhöhensignal (34) bereitgestellt wird, das einen Verlauf des Straßenprofils (25) für Signalanteile oberhalb einer zweiten unteren Grenzfrequenz (35) beschreibt, die kleiner als die erste untere Grenzfrequenz (27) ist, und anhand des ermittelten Anfangs (31) und Endes (32) ein Signalabschnitt (46) in dem zweiten Straßenhöhensignal (34) festgelegt wird, aus dem die Formeigenschaft (37) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer auf eine Form eines Einzelhindernisses bezogene Eigenschaft auf einer Straße. Das Einzelhindernis kann beispielsweise ein Schlagloch oder eine Bremsschwelle sein. Die Form wird ermittelt, nachdem das Kraftfahrzeug das Einzelhindernis überfahren hat. Zu der Erfindung gehören auch eine Steuervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens sowie ein Kraftfahrzeug.
In einem Kraftfahrzeug kann eine sogenannte vernetzte Funktion bereitgestellt sein, mittels welcher über eine Funkverbindung Informationen betreffend einen vor dem Kraftfahrzeug vorausliegenden Straßenabschnitt empfangen werden. So können beispielsweise aktuelle Informationen über Verkehrszeichen oder lokale Gefahren bereitgestellt werden. Hierzu werden Möglichkeiten gesucht, den Straßenzustand bezogen auf Einzelhindernisse wie Schlaglöcher oder Brems-/Temposchwellen zu ermitteln, um ihn an andere Kraftfahrzeuge mitteilen zu können. Dazu können Straßenzustände in unterschiedlichen Straßenabschnitten zum Beispiel mittels einer zentralen Servervorrichtung des Internets aggregiert und dann Kraftfahrzeugen zum Beispiel in Form von Einträgen in einer digitalen Karte bereitgestellt werden. Auf diese Weise können zum Beispiel Fahrwerksregelsysteme, wie beispielsweise eine Dämpferregelung oder eine elektrische Wankstabilisierung, auf ein Einzelhindernis vorbereitet werden, dem sich ein Kraftfahrzeug nähert.
Aus der DE 10 2015 011 517 B3 ist ein Verfahren bekannt, mittels welchem in einem Kraftfahrzeug aus dem Signal eines Federwegsensors eine Niveaulage des Kraftfahrzeugs ermittelt werden kann. Das Signal wird hierzu mittels eines Hochpassfilters gefiltert, um Eigenbewegungen des Kraftfahrzeugs zu eliminieren, und dieses gefilterte Signal wird dann von dem Rohsignal subtrahiert, um hierdurch ein nur die Eigenbewegung des Kraftfahrzeugs beschreibendes Signal zu erhalten, welches somit die Niveaulage, d.h. die Lage des Aufbaus des Kraftfahrzeugs relativ zu dessen Reifen zu ermitteln.
Aus der US 2009/0319123 A1 ist ein Verfahren bekannt, um zu erkennen, ob Unebenheiten einer Straße ein darüber fahrendes Kraftfahrzeug momentan mit einer Eigenfrequenz des Kraftfahrzeugs anregen und dieses somit aufschaukeln. Hierzu wird eine Radfederwegemessung als Grundlage verwendet.
Aus der DE 196 26 398 A1 ist ein Verfahren bekannt, um bei einem Kraftfahrzeug anhand eines Signals einer Raddrehzahl von Rädern zu erkennen, wie uneben eine Straße ist. Hierzu wird die statistische Verteilung der Signalwerte des Signals ausgewertet. Zuvor muss dieses Signal aber gefiltert werden, um Hochfrequenzkomponenten zu extrahieren.
Mit den bekannten Verfahren lässt sich nicht auf eine Formeigenschaft eines einzelnen Hindernisses, wie z.B. eines Schlagloches oder einer Bremsschwelle, schließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, während einer Fahrt auf einer Straße von einem Einzelhindernis, das von einem Kraftfahrzeug überfahren wird, eine Formeigenschaft zu ermitteln.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt, um die besagte Formeigenschaft des von den Kraftfahrzeug überfahrenen Einzelhindernisses auf einer Straße zu ermitteln. Das Verfahren sieht vor, dass durch eine Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs mittels einer Beobachtereinrichtung ein Signal erzeugt wird, dass hier als Straßenbeobachtersignal bezeichnet ist. Das Straßenbeobachtersignal hängt insbesondere von Unebenheiten der Straße ab, die von den Kraftfahrzeug überrollt werden. Aus dem Straßenbeobachtersignal wird mittels einer Filterung ein erstes, gefiltertes Straßenhöhensignal erzeugt. Das Straßenhöhensignal ist ein Zeitsignal und beschreibt über der Zeit einen von der Beobachtereinrichtung ermittelten Verlauf eines Straßenprofils, aber nur für Signalanteile oberhalb und bis zu einer ersten unteren Grenzfrequenz. Es sind also Signalanteile vorhanden, deren Frequenz in einem Bereich liegt, der bei der Grenzfrequenz beginnt und größere Frequenzen als die Grenzfrequenz umfasst. Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz sind durch die Filterung unterdrückt. Die erste Grenzfrequenz ist natürlich größer als 0Hz. Ein Beispiel für ein Straßenbeobachtersignal ist das in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebene Signal eines Federwegsensors.
Während im Stand der Technik damit die beschriebene Niveaulage ermittelt werden kann, lässt sich aber mit einem solchen gefilterten Straßenhöhensignal nicht auf eine Formeigenschaft eines Einzelhindernisses schließen. Grund dafür ist die Filterung oder Frequenzunterdrückung von 0Hz bis zur unteren Grenzfrequenz. Das gefilterte Straßenhöhensignal weist wegen der Filterung eine Welligkeit auf, die nicht durch das Einzelhindernis hervorgerufen wird, sondern durch das Unterdrücken oder Herausfiltern von Signalteilen unterhalb der Grenzfrequenz.
Durch die Steuervorrichtung wird deshalb erfindungsgemäß mittels des ersten Höhensignals nur ein Anfang und ein Ende des Einzelhindernisses auf der Straße daran erkannt, dass das gefilterte erste Straßenhöhensignal eine vorbestimmte Mindeständerung des Straßenprofils signalisiert. Mit anderen Worten wird in dem Zeitsignal ein Anfangszeitpunkt und ein Endzeitpunkt festgelegt, der jeweils das Erreichen und Verlassen des Einzelhindernisses beschreibt. Es wird also nur überhaupt eine Unebenheit anhand des ersten Straßenhöhensignales erkannt.
In einem weiteren Schritt bezieht sich die Steuervorrichtung wieder auf das Rohsignal, nämlich das Straßenbeobachtersignal. Auf der Grundlage des Straßenbeobachtersignals wird ein zweites Straßenhöhensignal bereitgestellt, das über der Zeit einen von der Beobachtereinrichtung ermittelten Verlauf des Straßenprofils für Signalanteile oberhalb und bis zu einer zweiten unteren Grenzfrequenz beschreibt, die aber kleiner als die erste untere Grenzfrequenz ist. Das zweite Straßenhöhensignal umfasst also Signalanteile, die tieferfrequent sind als alle Signalanteile des ersten Straßenhöhensignals, nämlich den Frequenzbereich zwischen der zweiten und der ersten Grundfrequenz. Die zweite Grenzfrequenz kann auch 0 betragen.
Anhand des ermittelten Anfangs und des ermittelten Endes wird nun ein Signalabschnitt in dem zweiten Straßenhöhensignal festgelegt. Es wird also anhand des ersten Höhensignals ermittelt, in welchem Zeitintervall das Einzelhindernisses überfahren wurde, und daraufhin in den zweiten Straßenhöhensignal ein korrespondierender Signalabschnitt ausgewählt oder festgelegt. Die Formeigenschaft kann nun aus dem Signalabschnitt des zweiten Straßenhöhensignals ermittelt werden.
Mit anderen Worten wird also durch die Steuervorrichtung eine Mehrfachfilterung durchgeführt, indem zunächst das erste, gefilterte Straßenhöhensignal zum Ermitteln des Anfangs und des Endes des Einzelhindernisses erzeugt wird und dann mit dieser Information in dem zweiten Straßenhöhensignal die Formeigenschaft aus dem durch den Anfang und das Ende definierten oder abgegrenzten Signalabschnitt extrahiert wird. Das zweite Straßenhöhensignal ist das ungefilterte Straßenbeobachtersignal oder schwächer gefiltert als das erste Straßenhöhensignal und enthält somit die gewünschte Information über die Formeigenschaft.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass sowohl erkannt wird, dass das Kraftfahrzeug über ein Einzelhindernis gefahren ist, als auch daraufhin die Formeigenschaft ermittelt werden kann. Mittels des Verfahrens kann als ein Einzelhindernis jeweils ein Schlagsloch und/oder eine Bremsschwelle (auch bezeichnet als „Sleeping Policeman“ oder Temposchwelle) ermittelt werden. Allgemein wird davon ausgegangen, dass das Einzelhindernis kürzer als 20 m ist, insbesondere kleiner als 10 m, und/oder dass eine Überfahrdauer bei mindestens 20 km/h Fahrgeschwindigkeit kleiner als 4 s, insbesondere kleiner als 2 s, ist. Eine Höhe oder Tiefe des Einzelhindernisses bezogen auf den angrenzenden Straßenbereich kann bis zu 40 cm betragen.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Die besagte Formeigenschaft des Einzelhindernisses kann eine Höhe des Einzelhindernisses sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Formeigenschaft ein relatives Höhenprofil des Einzelhindernisses bezüglich des angrenzenden Straßenbereichs der Straße umfassen. Ein Höhenprofil beschreibt die vertikale Erhöhung oder Absenkung bezüglich des angrenzenden Straßenbereichs als Funktion der Zeit oder (nach Umrechnung anhand der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs) als Funktion des Wegs. Die Formeigenschaft kann somit eine Information darüber geben, wie weit ein Federsystem des Kraftfahrzeugs beim Überfahren des Einzelhindernisses belastet wird. Dies kann für ein anderes Kraftfahrzeug eine Information darstellen, um beispielsweise ein aktives Dämpfersystem dieses anderen Kraftfahrzeugs vor dem Überfahren des Einzelhindernisses für die Überfahrt anzupassen.
Um eine Fehlalarm-Rate beim Detektieren von Einzelhindernissen gering zu halten, ist die erste Filterung bevorzugt eine Hochpassfilterung oder Bandpassfilterung mit der unteren Grenzfrequenz in einem Bereich von 0,4 Hz bis 1 Hz. Beispielsweise kann die untere Grenzfrequenz 0,5 Hz betragen. Das zweite Straßenhöhensignal kann das ungefilterte Straßenbeobachtersignal sein oder aus dem Straßenbeobachtersignal mittels einer zweiten Filterung erzeugt werden. Insgesamt liegt die zweite untere Grenzfrequenz des zweiten Straßenhöhensignals bevorzugt in einem Bereich von 0 Hz bis 0,5 Hz. Beispielsweise kann die zweite untere Grenzfrequenz 0,05 Hz betragen. Dann ist als zweite Filterung eine Hochpass- oder Bandpassfilterung mit der zweiten unteren Grenzfrequenz nötig. Die Bandpassfilterung für das erste und/oder das zweite Straßenhöhensignal kann eine obere Grenzfrequenz in einem Bereich von 10 Hz bis 20 Hz aufweisen, beispielsweise 15 Hz betragen. Das zweite Straßenhöhenprofil ist also insgesamt zur unteren Grenzfrequenz hin schwächer gefiltert als das erste Straßenhöhenprofil.
Um anhand des ersten Straßenhöhensignals den Anfang und das Ende des Einzelhindernisses zu erkennen, wird die Mindeständerung erkannt. Die Mindeständerung umfasst gemäß einer Weiterbildung, dass das erste gefilterte Straßenhöhensignal Signalwerte außerhalb eines vorbestimmten Schwellenwertbandes aufweist.
Da die erste Grenzfrequenz größer als Null ist, ist das erste Straßenhöhensignal mittelwertfrei, sodass also auch das Schwellenwertband in einem Bereich um den Wert 0 herum angeordnet ist und einen oberen und einen unteren Schwellenwert als Grenze aufweist. Der Anfang des Einzelhindernisses kann beispielsweise daran erkannt werden, dass das erste Straßenhöhensignal das Schwellenwertband verlässt, also größer als der obere Schwellenwert oder kleiner als der untere Schwellenwert des Schwellenwertbandes ist. Das Ende kann dann daran erkannt werden, dass das Straßenhöhensignal für eine vorbestimmte Mindestzeitdauer wieder ausschließlich Signalwerte innerhalb des Schwellenwertbandes aufweist.
Der obere und/oder der untere Schwellenwert des Schwellenwertbandes kann gemäß einer Weiterbildung jeweils in Abhängigkeit von einer Straßenkategorie der Straße eingestellt werden. Mit anderen Worten ist die Mindestabweichung abhängig davon, wie die Straße beschaffen ist. Die Straßenkategorie kann etwas über die Bauweise der Straße angeben, z.B. die Art des Straßenbelags. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Fehlalarm-Rate reduziert werden kann, da bei einer unebenen Straße, beispielsweise bei Kopfsteinpflaster, ein anderes Schwellenwertband verwendet werden kann als auf einer ebenen Straße, beispielsweise einer Autobahn oder einer asphaltierten Straße. Die Straßenkategorie kann beispielsweise in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeugposition aus einer digitalen Karte extrahiert werden oder beispielsweise durch optische Detektion mittels einer Kamera erkannt werden.
Mittels des ersten Straßenhöhensignals werden in der beschriebenen Weise nur der Anfang und das Ende des Einzelhindernisses erkannt. Zum Ermitteln der Formeigenschaft aus dem Signalabschnitt des zweiten Straßenhöhensignals wird dann gemäß einer Weiterbildung mittels einer vorbestimmten Form-Entzerrfunktion eine Kontur des Einzelhindernisses extrahiert. Die Kontur beschreibt die Höhenlinie des Einzelhindernisses. Die hierzu verwendete Form-Entzerrfunktion kann eine Offsetkorrektur vorsehen, bei welcher der Anfang und das Ende auf einen vorbestimmten Nullhöhenwert verschoben werden, also beispielsweise auf den Höhenwert 0 oder den Höhenwert des an das Einzelhindernis angrenzenden Straßenbereichs. Die Beschreibung der Form, also die Formeigenschaft, beginnt also am Anfang bei dem Nullhöhenwert, beschreibt dann den Verlauf der Kontur des Einzelhindernisses und endet wieder bei dem Nullhöhenwert. Dazwischenliegende Bereiche können derart durch die Offsetkorrektur verändert werden, dass sie proportional zum Anfang und das Ende verschoben werden, d.h. eine Verschiebungsweite ist proportional zum Abstand des jeweiligen Signalwerts des Signalabschnitts zum Anfang und zum Ende hin. Die Form-Entzerrfunktion kann zusätzlich oder alternativ zur Offsetkorrektur eine Trendkompensation umfassen, bei welcher der Signalabschnitt mittels eines Hochpassfilters mittelwertfrei gemacht wird. Dies kann vor der Offsetkorrektur erfolgen und kompensiert einen Fehler im Signalabschnitt, wie er aufgrund der niedrigeren zweiten Grenzfrequenz des zweiten Straßenhöhensignals (zum Beispiel durch eine Schwingung oder ein Nicken des Aufbaus des Kraftfahrzeugs, d.h. der gefederten Masse des Kraftfahrzeugs) verursacht werden kann.
Das Verfahren beruht auf dem Straßenbeobachtersignal. Die besagte Beobachtereinrichtung kann dieses Straßenbeobachtersignal auf der Grundlage einer Inertialsensorik des Fahrzeugaufbaus und einer Radeinfedersensorik einer Radaufhängung des Kraftfahrzeugs erzeugen. Die Inertialsensorik signalisiert die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus im Raum. Die Radeinfedersensorik beschreibt eine Relativbewegung eines Rads des Kraftfahrzeugs bezüglich des Fahrzeugaufbaus. Mittels der Inertialsensorik kann dann derjenige Anteil des Signals der Radeinfedersensorik erkannt und beseitigt werden, der nicht durch das Überrollen des Einzelhindernisses, sondern durch ein Wanken oder Nicken des Fahrzeugaufbaus verursacht ist. Die Beobachtereinrichtung kann zusätzlich ein Fahrzeugmodell umfassen. Um ein solches Fahrzeugmodell zusammen mit der Inertialsensorik und der Radeinfedersensorik zu kombinieren, kann die Beobachtereinrichtung zum Beispiel ein Kalman-Filter umfassen. Allgemein kombiniert also die Beobachtereinrichtung die Aufbaubewegung oder Aufbaubeschleunigung mit der Radeinfederung, um die von dem Rad überrollte Unebenheit, d.h. das Einzelhindernis, in dem Straßenbeobachtersignal beschreiben oder signalisieren zu können. Somit wird also das Einzelhindernis auf der Grundlage der Fahrzeugreaktion beim Überfahren des Einzelhindernisses erkannt. Das Verfahren ist also insbesondere kameraunabhängig, da es nicht auf eine optische Auswertung der Straße angewiesen ist. Natürlich kann das Verfahren für mehr als ein einzelnes Rad, also für mehrere Räder jeweils durchgeführt werden. So kann also ein Einzelhindernis zum Beispiel auf der Grundlage der Radaufstandsflächen von einem oder 2 oder 3 oder 4 Rädern rekonstruiert oder vermessen oder die Formeigenschaft ermittelt werden.
Liegt dann die Formeigenschaft vor, sollte sie in dem Kraftfahrzeug oder in zumindest einem anderen Kraftfahrzeug genutzt werden können. Hierzu sieht eine Weiterbildung vor, dass Formdaten, welche die Formeigenschaft beschreiben, an eine fahrzeugexterne, zentrale Servervorrichtung, zum Beispiel einen Server des Internets, und/oder an ein nachfolgendes, anderes Kraftfahrzeug ausgesendet werden. Somit wird also die Formeigenschaft für die Servervorrichtung oder das andere Kraftfahrzeug oder die Straßenkarte ermittelt. Die Formdaten können zusätzlich oder alternativ dazu auch in eine digitale Straßenkarte des Kraftfahrzeugs selbst eingetragen werden. Anhand der Formdaten kann dann bei einem nochmaligen Überrollen oder Überfahren des Einzelhindernisses in der beschriebenen Weise ein Fahrwerkregelsystem auf das Überfahrereignis vorbereitet oder angepasst werden, also beispielsweise eine Dämpferregelung und/oder eine elektrische Wankstabilisierung oder eine elektrische aktive Aufbaukontrolle (eABC - electric active body control) angesteuert und z.B. eine Dämpferhärte verringert werden.
Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, ist durch die Erfindung auch die besagte Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Steuervorrichtung kann als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen Mikroprozessor aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung einen Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung auf. Das Kraftfahrzeug kann als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, ausgestaltet sein.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
2 eine Skizze zur Veranschaulichung, wie das Kraftfahrzeug von 1 ein Einzelhindernis überfährt und hierdurch ein erstes Straßenhöhensignal erzeugt werden kann;
3 ein Diagramm mit einem schematisierten Verlauf eines zweiten Straßenhöhensignals; und
4 ein Diagramm mit einem schematisierten Verlauf eines Signalabschnitts nachdem eine Form-Entzerrfunktion angewendet wurde.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Dargestellt ist eine Fahrzeugfront 11 mit einem Vorderrad 12, das über ein Fahrwerk 13 mit einem Fahrzeugaufbau 14 verbunden sein kann. Von dem Fahrwerk 13 ist ein Federbein 14 dargestellt. Aufgrund des Federbeins 14 kann sich das Rad 12 relativ zum Fahrzeugaufbau 14 bewegen, wobei eine Bewegungsweite einen Radeinfederweg 15 ergibt. Der Radeinfederweg 15 kann mittels eines Sensors eine Radeinfedersensorik 16 erfasst werden. Das Kraftfahrzeug 10 kann über eine Straße 17 rollen. Der Fahrzeugaufbau 14 bewegt sich hierbei insgesamt aufgrund der Relativbewegung des Rads 12 bezüglich des Fahrzeugaufbaus 14 und aufgrund von Unebenheiten einer Straße 17 im Raum. Diese Aufbaubeschleunigung 18 kann mittels eines Sensors einer Inertialsensorik 19 erfasst werden.
Eine Steuereinrichtung 20 kann von der Radeinfedersensorik 16 das Radeinfedersignal 21 und von der Inertialsensorik 19 das Aufbaubeschleunigungssignal 22 erfassen. Eine Beobachtereinrichtung 23 des Steuergeräts 20 kann aus dem Aufbaubeschleunigungssignal 22 und dem Radeinfederwegsignal 21 ein Straßenbeobachtersignal 24 erzeugen, welches einen zeitlichen Verlauf aufweist, der von einem Straßenprofil 25 der Straße 17 abhängig ist.
Die Steuervorrichtung 20 kann eine erste Filterung 26 aufweisen, mittels welcher das Straßenbeobachtersignal 24 gefiltert werden kann. Eine untere Grenzfrequenz 27 der Filterung 26 kann in einem Bereich von 0,4 Hz bis 1 Hz liegen, insbesondere 0,5 Hz betragen. Ein Ausgangssignal der Filterung 26 ist ein erstes Straßenhöhensignal 28. Mittels einer Detektionseinrichtung 29 können aus dem ersten Straßenhöhensignal 28 zu einem Einzelhindernis 30, dass von dem Kraftfahrzeug 10 überfahren worden ist, ein Anfang 31 und ein Ende 32 jeweils als ein Zeitpunkt ermittelt werden, zu welchem eine Anfangsposition 31' und eine Endposition 32' von dem Rad 12 erreicht worden ist. Das Einzelhindernis 30 kann zum Beispiel ein Schlagloch oder eine Temposchwelle oder Bremsschwelle sein.
Mittels einer zweiten Filterung 33 kann aus dem Straßenbeobachtersignal 24 ein zweites Straßenhöhensignal 34 erzeugt werden. Eine untere Grenzfrequenz 35 der zweiten Filterung 33 kann in einem Bereich von 0 Hz (keine Filterung, d.h. Filterung 33 ist transparent) bis 0,5 Hz liegen. Als das zweite Straßenhöhensignal 34 kann auch das Straßenbeobachtersignal 24 selbst verwendet werden. Eine Eigenschaftsermittlung 36 kann aus dem zweiten Straßenhöhensignal 34 unter Verwendung des Anfangs 31 und des Endes 32 eine Formeigenschaft 37 des Einzelhindernisses 30 extrahieren oder ermitteln und diese ausgeben. Beispielsweise kann die Formeigenschaft 37 von der Steuervorrichtung 20 an eine Fahrzeugkomponente 38 ausgegeben werden. Die Fahrzeugkomponente 38 kann beispielsweise eine Kommunikationseinrichtung sein, um Formdaten 39, welche die Formeigenschaft 37 beschreiben, an ein nachfolgendes Kraftfahrzeug oder an eine zentrale Servervorrichtung des Internets auszusenden. Die Fahrzeugkomponente 38 kann die Formdaten 39 zusätzlich oder alternativ auch in einer digitalen Straßenkarte des Kraftfahrzeugs 10 selbst eintragen, um bei nochmaligem Passieren des Einzelhindernisses 30 dieses schon im Voraus erkennen zu können und beispielsweise das Fahrwerk 13 vor Erreichen des Einzelhindernisses 30 in Abhängigkeit von den Formdaten 39 einzustellen oder zu konfigurieren.
Die Steuervorrichtung 20 kann beispielsweise als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs 10 ausgestaltet sein. Die beschriebenen Komponenten der Steuervorrichtung 20 können jeweils als ein Programmodul einer Prozessoreinrichtung 40 der Steuervorrichtung 20 realisiert sein.
2 zeigt noch einmal den Vorgang des Überfahrens des Einzelhindernisses 30 durch das Kraftfahrzeug 10. Hierdurch wird als erstes Straßenhöhensignal 28 ein Zeitsignal erzeugt, was über der Zeit t den Verlauf des Straßenprofils 25 als Höhenangabe H signalisiert. Durch die Detektionseinrichtung 29 kann mittels eines Schwellenwertbandes 41 mit einem oberen Schwellenwert 42 und einem unteren Schwellenwert 43 erkannt werden, ab wann sich eine Mindeständerung 44 ergibt, durch welche das Straßenhöhensignal 28 außerhalb des Schwellenwertbandes 41 verläuft. Hierdurch ergibt sich der Anfang 31. Nach Verlassen des Einzelhindernisses 30 ergibt sich ein Verlauf ausschließlich innerhalb des Schwellenwertbandes 41, sodass hierdurch das Ende 32 detektiert werden kann. Das Ende 32 kann von einem Durchschwingen durch das Schwellenwertband 41 dadurch unterschieden werden, dass das Straßenhöhensignal 28 für eine vorbestimmte Mindestzeitdauer 45 nach dem Eintritt in das Schwellenwertband 41 innerhalb desselben bleibt.
3 veranschaulicht das zweite Straßenhöhensignal 34 für die Überfahrt über das Einzelhindernis 30. Anhand der Angabe zum Anfang 31 und zum Ende 32 kann in diesem Straßenhöhensignal 34 ein Signalabschnitt 46 identifiziert werden, der den Höhenverlauf H des Einzelhindernisses 30 beschreibt oder von diesem geprägt oder abhängig ist. Dargestellt ist auch, dass der Anfang 31 und das Ende 32 um einen Zeitversatz 47 korrigiert wurden, der sich aufgrund der unterschiedlichen Grenzfrequenzen 27, 35 unterschiedliche Phasenverschiebungen oder Zeitverzögerungen der Filterungen 26, 33 ergeben. Dieser Zeitversatz 47 ist in Abhängigkeit von den verwendeten Filterungen 26, 33 in an sich bekannter Weise ermittelbar.
Der Signalabschnitt 46 beschreibt aber nicht direkt die Formeigenschaft 37 des Einzelhindernisses 30. Es gibt zum einen Trend 48 durch zum Beispiel die Trägheit des Fahrzeugaufbaus 14, d.h. niederfrequente Aufbaubewegung 18. Des Weiteren gibt es einen Offset 49 bezüglich der Nulllinie 50, d.h. des Niveaus oder der Höhe des an das Einzelhindernis 30 anschließenden Straßenabschnitts 52 vor und hinter dem Einzelhindernis 30 (siehe 1).
4 veranschaulicht, wie durch eine Form-Entzerrfunktion 53 der Eigenschaftsermittlung 36 der Trend 48 und der Offset 49 korrigiert werden können, sodass bei dem Signalabschnitt 46 der Anfang 31 und das Ende 32 auf einen Nullhöhenwert 53 (N) eingestellt sind, beispielsweise auf den Wert 0. Der Signalabschnitt 46 beschreibt dann die Formeigenschaft 37. Beispielsweise kann eine Höhe 54 des Einzelhindernisses 30 bezüglich des angrenzenden Straßenabschnitts 52 ermittelt werden oder auch die gezeigte Kontur 55 als Formeigenschaft 37 angegeben werden. Die Kontur 55 stellt ein Höhenprofil im Sinne der Erfindung dar.
Um die Einzelhinderniserkennung unabhängig von einem Kamera- bzw. Videosignal zu gestalten, wird also die Fahrzeugreaktion beim Überfahren eines Hindernisses 30 ausgewertet bzw. das Kraftfahrzeug 10 als eine Art Straßenbeobachter betrachtet, mit dessen Hilfe sich das vertikale Straßenhöhenprofil kontinuierlich über den vier Radaufstandspunkten rekonstruieren lässt. Hierfür wird insbesondere nur die Inertial- und Radeinfederungssensorik benötigt. Der betrachtete Frequenzbereich der geschätzten Höhensignale beträgt dabei ca. 0.5 bis 15 Hz, was ebenso Einzelhindernisse 30 wie bspw. Temposchwellen und Schlaglöcher mit einschließt. Die Schätzung eines absoluten (niederfrequenten) Höhenprofils, wie es teilweise von Navigationssystemen zur Verfügung gestellt wird, ist mit dieser Methode jedoch nicht möglich.
Das bedeutet, dass mit einem Straßenbeobachter 23 zwar Einzelhindernisse 30 abgedeckt werden, jedoch wird aufgrund der unteren Frequenzbereichsgrenze oder Grenzfrequenz 27 (0.5 Hz) die Form des Hindernisses verfälscht, siehe 2.
Um dieses Problem zu lösen und die korrekte Form des Hindernisses 30 zu erhalten, wird ein Verfahren zur Detektion von Einzelhindernissen 30 durch Mehrfach-Filterung des Straßenbeobachtersignals 24 verwendet. Dabei wird anhand des gefilterten Straßenhöhensignals 28 die Position (Anfang 31 und Ende 32) des Hindernisses 30 detektiert und aus dem ungefilterten bzw. gering gefilterten Straßenhöhensignal 34 die Form extrahiert.
Wie anhand des gefilterten Straßenhöhenverlaufs 28 (siehe 2) zu erkennen ist, lässt sich die Form des Hindernisses 30 nicht eindeutig/korrekt aus dem Signalverlauf erkennen. Betrachtet man das Straßenhöhensignal 34 jedoch im Frequenzbereich von 0.05 bis 15 Hz (untere Grenzfrequenz 35 bei 0,05 Hz) so ist die Form des Hindernisses 30 weniger verfälscht, siehe 3.
Das Problem ist jedoch, dass das Straßenhöhensignal 34 vor und hinter dem Hindernis 30 in 3 nicht mehr der Realität entspricht, vergleiche 2. Aus diesem Grund können die jeweiligen gefilterten Straßenhöhensignale 28, 34 in 2 und 3 nicht einzeln ausgewertet werden, sondern müssen im Verbund betrachtet werden.
Man legt einen Schwellwert 42, 43 für die Hindernishöhe 54 fest (siehe gestrichelte Linien in 2), dabei kann jeder Schwellenwert 42, 43 auch von der Straßenkategorie abhängig sein. So lässt sich anhand des gefilterten Straßenhöhensignals 28 der Anfang 31 und das Ende 32 des Einzelhindernisses 30 detektieren, siehe 2. Für das ungefilterte bzw. gering gefilterte Straßenhöhensignal 34 (siehe 3) würde dieses Vorgehen zu Fehldetektionen führen, da das Höhenprofil nicht um die Nulllage schwingt.
Sind der Anfang 31 und das Ende 32 des Hindernisses 30 detektiert, so lässt sich der gleiche Signalabschnitt 46 aus dem ungefilterten bzw. gering gefilterten Straßenhöhensignal 34 (siehe 3) extrahieren und durch Offsetkorrektur und Trendkompensation nachverarbeiten. Das Ergebnis kann der 4 entnommen werden, wo ebenfalls der Signalabschnitt 46 dargestellt ist.
Auf diese Weise kann das korrekte Hindernisprofil 55 detektiert werden, wobei die Vorteile beider gefilterten Straßenhöhenprofile 28, 34 ausgenutzt werden.
Vorteile sind somit die folgenden:

- kameraunabhängige Einzelhindernisdetektion
- Verwendung fahrzeugtypscher Sensorik
- Plausibilisierung des Hindernis durch Fahrzeug

Die technische Umsetzung ist z.B. wie folgt möglich:

- Auswerte- bzw. Detektionsalgorithmus kann auf Grund seiner Effizienz als Softwarekomponente eines Steuergerätes integriert werden.
- Notwendige Fahrzeugsensorik für den Straßenbeobachter ist in vielen Fahrzeugmodellen bereits für andere Funktionen vorhanden sein.
- Schnittstelle zum Backend/Server kann hergestellt werden, um Formdaten 39 zu übermitteln.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Detektion von Einzelhindernissen durch Mehrfachfilterung eines Straßenbeobachtersignals bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015011517 B3 [0003]
US 2009/0319123 A1 [0004]
DE 19626398 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Formeigenschaft (37) eines von einem Kraftfahrzeug (10) überfahrenen Einzelhindernisses (30) einer Straße (17), wobei durch eine Steuervorrichtung (20) des Kraftfahrzeugs (10) mittels einer Beobachtereinrichtung (23) ein Straßenbeobachtersignal (28) erzeugt wird und aus dem Straßenbeobachtersignal (24) mittels einer Filterung (26) ein erstes Straßenhöhensignal (34) erzeugt wird, das über der Zeit (t) einen von der Beobachtereinrichtung (23) ermittelten Verlauf eines Straßenprofils (25) für Signalanteile oberhalb und bis zu einer ersten unteren Grenzfrequenz (27) beschreibt, dadurch gekennzeichnet, dass - anhand des ersten Straßenhöhensignals (34) ein Anfang (31) und ein Ende (32) des Einzelhindernisses (30) auf der Straße (17) daran erkannt werden, dass das erste Straßenhöhensignal (34) eine vorbestimmte Mindeständerung (44) des Straßenprofils (25) signalisiert, und - auf der Grundlage des Straßenbeobachtersignals (24) ein zweites Straßenhöhensignal (34) bereitgestellt wird, das über der Zeit (t) einen von der Beobachtereinrichtung (23) ermittelten Verlauf des Straßenprofils (25) für Signalanteile oberhalb und bis zu einer zweiten unteren Grenzfrequenz (35) beschreibt, die kleiner als die erste untere Grenzfrequenz (27) ist, und - anhand des ermittelten Anfangs (31) und des ermittelten Endes (32) in dem zweiten Straßenhöhensignal (34) ein Signalabschnitt (46) festgelegt wird und - die Formeigenschaft (37) aus dem Signalabschnitt (46) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Formeigenschaft (37) eine Höhe (54) des Einzelhindernisses (30) und/oder ein relatives Höhenprofil (55) des Einzelhindernisses (30) bezüglich des angrenzenden Straßenbereichs (52) der Straße (17) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Filterung (26) eine Hochpassfilterung oder Bandpassfilterung mit der ersten unteren Grenzfrequenz (27) in einem Bereich von 0,4 Hz bis 1 Hz vorsieht und wobei das zweite Straßenhöhensignal (34) das ungefilterte Straßenbeobachtersignal (34) ist oder mittels einer zweiten Hochpassfilterung oder Bandpassfilterung erzeugt wird und die zweite untere Grenzfrequenz (35) in einem Bereich von 0 Hz bis 0,5 Hz liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mindeständerung (44) umfasst, dass das erste gefilterte Straßenhöhensignal (28) Signalwerte außerhalb eines vorbestimmten Schwellenwertbandes (41) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein oberer Schwellenwert (42) und/oder ein unterer Schwellenwert (43) des Schwellenwertbandes (41) jeweils in Abhängigkeit von eine Straßenkategorie der Straße (17) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ermitteln der Formeigenschaft (37) aus dem Signalabschnitt (46) mittels einer vorbestimmten Form-Entzerrfunktion (53) eine Kontur (55) des Einzelhindernisses (30) extrahiert wird, wobei die Form-Entzerrfunktion (53) eine Offsetkorrektur umfasst, bei welcher der Anfang (31) und das Ende (32) auf einen vorbestimmten Nullhöhenwert (N) verschoben werden, und/oder wobei die Form-Entzerrfunktion (53) eine Trendkompensation umfasst, bei welcher der Signalabschnitt (46) mittels eines Hochpassfilters mittelwertfrei gemacht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beobachtereinrichtung (23) das Straßenbeobachtersignal (24) auf der Grundlage einer Inertialsensorik (19) des Fahrzeugaufbaus (14) und einer Radeinfedersensorik (16) einer Radaufhängung (13) des Kraftfahrzeugs (10) erzeugt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Formeigenschaft (37) beschreibende Formdaten (39) an eine fahrzeugexterne, zentrale Servervorrichtung und/oder ein nachfolgendes, anderes Kraftfahrzeug ausgesendet und/oder in eine digitale Straßenkarte des Kraftfahrzeugs eingetragen werden.
Steuervorrichtung (20) für ein Kraftfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, das die Steuervorrichtung (20) eine Prozessoreinrichtung (40) aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Steuervorrichtung (20) nach Anspruch 9.