DE102022214203A1

DE102022214203A1 - Verfahren zum Detektieren einer Tunnelumgebung außerhalb eines Fahrzeugs, Erfassungssystem und Fahrzeug mit dem Erfassungssystem

Info

Publication number: DE102022214203A1
Application number: DE102022214203.9A
Authority: DE
Inventors: Milan Stojiljkovic
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2022-12-21
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2024-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer Tunnel(4)-Umgebung (3) um ein Fahrzeug (1) herum durch Erfassen einer akustischen Umgebung (3) des Fahrzeugs (1), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen einer akustischen Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum durch wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung (11) eines Erfassungssystems (2) des Fahrzeugs (1) und Erzeugen eines entsprechenden Audiosignals (10); Extrahieren wenigstens eines akustischen Merkmals (9) des Audiosignals (10); Detektieren einer Erfüllung einer die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (6) durch das wenigstens eine akustische Merkmal (9) des Audiosignals (10); und Versetzen der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung (13) in einen vordefinierten Zustand bei der Detektion der Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (8).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer Tunnelumgebung außerhalb eines Fahrzeugs, ein Erfassungssystem und das Fahrzeug mit dem Erfassungssystem und wenigstens einer Fahrzeugvorrichtung.
Ein Kraftfahrzeug kann Fahrzeugvorrichtungen zur Umgebungserfassung umfassen, von denen einige als Radarvorrichtungen ausgebildet sein können, um eine Umgebung des Fahrzeugs zu analysieren. Eine Radarvorrichtung sendet Radarsignale in die Umgebung des Fahrzeugs und empfängt reflektierte Signale der Radarsignale aus der Umgebung. Durch Analysieren der reflektierten Signale kann es möglich sein, Objekte in der Umgebung, welche die Radarsignale reflektiert haben, zu detektieren. Die Detektion von Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs erlaubt eine Unterstützung eines Fahrers - durch Zeigen von Abständen im Zuge von Parkmanövern oder durch ein automatisches Einstellen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit anderer Fahrzeuge in der Umgebung.
Im Allgemeinen erlauben Radarvorrichtungen eine korrekte und zuverlässige Detektion einer Umgebung außerhalb des Fahrzeugs. Die Verlässlichkeit von Radarvorrichtungen wird jedoch in komplexen Umgebungen, wie etwa Kellerräumen oder tunnelartigen Umgebungen, eingeschränkt. Die geringere Zuverlässigkeit von Radardetektionen in diesen Umgebungen ist den zahlreichen Reflexionen von Radarsignalen von statischen und dynamischen Elementen der Umgebung des Fahrzeugs geschuldet. Einer Radarvorrichtung kann durch das Vorhandensein einer Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs und somit von zusätzlichen klärungsbedürftigen Radarreflexionen eine Zunahme der Verarbeitungslast aufgebürdet werden. Eine Radarvorrichtung allein ist möglicherweise nicht dazu ausgebildet, solchen Verarbeitungszuständen mit hoher Last standzuhalten, und kann aus Gründen wie etwa Überhitzung letztlich versagen. Außerdem ist eine vordefinierte Speicherkapazität einer Radarvorrichtung möglicherweise nicht ausreichend, um die unvorhersehbaren Verarbeitungs-/Speicherungsmehrbedarfe, die typischerweise mit extremen Tunnelfahrbedingungen, wie etwa einem Fahren durch sehr lange Tunnel und/oder entlang von Routen mit vielen Tunneln, einhergehen, zu bewältigen. Auch kann eine Radarvorrichtung unter ungünstigen Bedingungen einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Umgebung des Fahrzeugs, wie etwa Tunnel mit großer Krümmung, kurze Tunnel und Umgebungen, die einer erheblichen Beeinflussung durch den Verkehr im Tunnel unterliegen, einen Tunnel nicht detektieren. In solchen Szenarios müssen Radardaten möglicherweise überschrieben werden und gehen folglich verloren - ungeachtet ihres Potenzials, anderweitig nützliche Informationen zu beinhalten. Selbst günstige Bedingungen der innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Umgebung des Fahrzeugs sind nicht ausreichend, um die Komplexität der Tunneldetektionsalgorithmen des Standes der Technik, die derzeit in modernen Radarvorrichtungen eingesetzt werden, zu rechtfertigen - in erster Linie aufgrund der geringen Verlässlichkeit von Tunneldetektionsergebnissen, die im Feldeinsatz beobachtet wurde.
Daher ist es üblich, bestimmte Funktionen einer Radarvorrichtung in tunnelartigen Umgebungen zu deaktivieren, um die vorliegend beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Dazu ist es notwendig, den Einfahrt- und Ausfahrtpunkt einer Tunnelumgebung, die durch ein Fahrzeug mit einer Radarvorrichtung durchquert wird, korrekt zu identifizieren, sodass Radarfunktionen entsprechend den Bedingungen der Umgebung des Fahrzeugs deaktiviert und reaktiviert werden können. Es ist wichtig, die Deaktivierung und Reaktivierung der Radarfunktionen schnell genug auszuführen, sodass die vordefinierten Reaktionszeiten der Radarvorrichtung für alle betroffenen Radarfunktionen, wie etwa Sicherheitsfunktionen, automatische Ausrichtungsfunktionen und Komfortfunktionen, eingehalten werden. Zur Unterstützung dessen kann in dem Fahrzeug, das bereits die Radarvorrichtung umfasst, ein zusätzliches Fahrzeugsystem installiert sein, wobei das zusätzliche Fahrzeugsystem als ein Erfassungssystem verkörpert sein kann, das dazu ausgestaltet ist, eine Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs durch Erfassen einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs zu detektieren.
Bezüglich der Schallerfassung im Inneren tunnelartiger Umgebungen sind akustische Erfassungsvorrichtungen verfügbar, die spezifisch auf die Erfordernisse einer unfallbezogenen Überwachung von Tunneln über dauerhafte statische Installationen im Inneren der Tunnel zugeschnitten sind. In gewissem Maße beruhen alle kommerziell verfügbaren Lösungen auf der Fusion von Schall mit Radarvorrichtungsdaten, Kameravorrichtungsdaten, Informationen, die aus digitalen Karten und Leitsystemen stammen, und komplexen Maschinenlernalgorithmen, die auf jahrelang aufgezeichneten Trainingsdaten basieren. In den meisten Fällen ist der einzige Zweck dieser Systeme, ein Tunnelinneres auf anormale Ereignisse wie Unfälle hin zu überwachen, darunter Notbremsungen, Kollisionsgeräusche, Sirenen von Einsatzfahrzeugen oder Ähnliches.
Die US 2017 305 427 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen von Schalldetektionsinformationen, eine Einrichtung, die Schall um ein Fahrzeug herum detektiert, und ein Fahrzeug, das diese umfasst. Die Einrichtung ist dazu ausgestaltet, den Schall um das Fahrzeug herum zu detektieren, um eine korrekte Erkennung eines Einfahrens des Fahrzeugs in einen Tunnel zu ermöglichen. Die Einrichtung ist dazu ausgestaltet, basierend auf einem Ergebnis der Schalldetektion eine Änderungsrate zu berechnen und durch Vergleichen einer Änderungsrate mit einem Schwellenwert ein Ergebnis der Tunneldetektion zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges und schnelles Verfahren zum Detektieren einer Tunnelumgebung außerhalb eines Fahrzeugs durch Erfassen einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen mit zweckdienlichen und nicht belanglosen weiteren Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen spezifiziert.
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Detektieren einer Tunnelumgebung außerhalb eines Fahrzeugs durch Erfassen einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs, wobei das Erfassen der akustischen Umgebung eine Analyse von Soundscapes der Umgebung, eine Extraktion akustischer Merkmale aus den Soundscapes, eine Detektion von Übergängen zwischen innerhalb eines Bauwerks und im Freien vorliegenden akustischen Umgebungen und eine Bestätigung gleichbleibender Nachhallfelder von innerhalb von Bauwerken vorliegenden akustischen Umgebungen umfassen kann. Das Verfahren kann auf stark ausgeprägten Aspekten einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs beruhen, die sich gleich gut auf alle ähnlichen nicht überbauten und tunnelartigen Verkehrsumfelder übertragen lassen, ohne die Notwendigkeit, diese über das, was ausschließlich für Tunneldetektionszwecke notwendig ist, hinausgehend detailliert zu beschreiben.
Der erste Schritt des Verfahrens umfasst ein Erfassen einer akustischen Umgebung eines Fahrzeugs durch wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung des Erfassungssystems des Fahrzeugs. Die wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung kann als ein Mikrofon ausgebildet sein, das an einer Karosserie des Fahrzeugs angeordnet und zur Umgebung hin ausgerichtet ist. Die wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung kann ein akustisches Signal in ein elektrisches Signal umwandeln. Wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems kann das elektrische Signal digitalisieren und ein Audiosignal erzeugen, wobei das Audiosignal einer Aufzeichnung eines Soundscapes einer Umgebung des Fahrzeugs entsprechen kann. Mit anderen Worten: Ein temporäres Schallereignis aus der Umgebung eines Fahrzeugs kann durch das Erfassungssystem des Fahrzeugs detektiert und analysiert werden, um ein Soundscape zu erzeugen, welches das jeweilige Schallereignis verkörpert. Ein Soundscape kann Vor-Tunnel-, Im-Tunnel- und Nach-Tunnel-Segmente des Soundscapes umfassen, wobei die Vor-Tunnel- und Nach-Tunnel-Segmente Soundscapes einer im Freien vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs ergeben und die Im-Tunnel-Segmente Soundscapes einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs ergeben.
Im nächsten Schritt kann die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems gemäß wenigstens einer vordefinierten Zeitbereichsanalyse und/oder Zeit-Frequenz-Analyse wenigstens ein akustisches Merkmal aus dem Soundscape extrahieren. Das wenigstens eine akustische Merkmal kann ein physikalisches oder ein wahrnehmungsbezogenes Merkmal eines Audiosignals sein. Ein physikalisches Merkmal kann diejenigen Aspekte eines Soundscapes analysieren, die mit physikalischen Phänomenen zusammenhängen, und zwar über akustische Parameter, die eine Energiefunktion, ein Frequenzspektrum, ein Spektrogramm, einen Cepstrum-Koeffizienten, eine Grundfrequenz oder Ähnliches umfassen. Ein wahrnehmungsbezogenes Merkmal kann mit einem Soundscape über Schallqualitätsparameter, wie etwa Lautstärke, Klarheit, Tonhöhe, Klangfarbe oder eine rhythmische Komponente des analysierten Schalls, zusammenhängen.
Das wenigstens eine akustische Merkmal kann eine Eigenschaft eines Soundscapes beschreiben, die durch statische und dynamische Aspekte einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs beeinflusst wird. Ein statischer Aspekt kann einen Schallfeldcharakter und eine Schallreflektivität einer Umgebung außerhalb des Fahrzeugs umfassen. Ein dynamischer Aspekt kann einen temporären Einfluss von Schallquellen der Umgebung, während diese Schallfelder um das Fahrzeug herum modifizieren, widerspiegeln. Ein Empfänger von Schall trägt ebenfalls als ein dynamischer Aspekt zur akustischen Umgebung des Fahrzeugs bei - aufgrund eines räumlich-zeitlichen Verhaltens eines Fahrzeugs, das den Empfänger mitführt, wobei der Empfänger das Erfassungssystem des Fahrzeugs sein kann. Die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems kann statische Aspekte nur untersuchen, wenn die Umgebung des Fahrzeugs zuerst durch wenigstens einen dynamischen Aspekt angeregt wird. Daher kann es möglich sein, eine Umgebung außerhalb des Fahrzeugs zu charakterisieren, indem das wenigstens eine akustische Merkmal eines Soundscapes untersucht wird, das die Einflüsse statischer und dynamischer Aspekte einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs kombiniert.
Ein statischer Aspekt einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs kann die Bedingungen der Schallausbreitung außerhalb des Fahrzeugs beschreiben, unter denen ein Charakter eines Schallfelds durch das Erfassungssystem detektiert und als ein breitbandiges akustisches Merkmal eines Soundscapes einer Umgebung des Fahrzeugs extrahiert werden kann. Folglich kann das wenigstens eine breitbandige akustische Merkmal dazu konfiguriert werden, ein Schallfeld außerhalb des Fahrzeugs als ein im Freien vorliegendes Halbfreifeld oder ein innerhalb eines Bauwerks vorliegendes Nachhallfeld zu detektieren. Ein statischer Aspekt kann auch die Schallreflektivität einer Umgebung außerhalb des Fahrzeugs beschreiben, um im Freien vorliegende akustische Umgebungen besser von innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebungen des Fahrzeugs zu unterscheiden. Anders ausgedrückt: Das wenigstens eine akustische Merkmal eines Soundscapes kann mit der Schallreflektivität einer Umgebung des Fahrzeugs zusammenhängen, aber nur innerhalb eines vordefinierten Frequenzbereichs, der die Extraktion eines schmalbandigen akustischen Merkmals des Soundscapes ermöglicht. Folglich kann das wenigstens eine schmalbandige akustische Merkmal dazu konfiguriert werden, die Schallreflektivität einer Umgebung des Fahrzeugs zu untersuchen, um zwischen kaum schallreflektierenden, im Freien vorliegenden Umgebungen und stark schallreflektierenden, innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Umgebungen des Fahrzeugs zu unterscheiden.
Eine vollständige Beschreibung einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs ist für das vorliegend vorgestellte Tunneldetektionsverfahren nicht notwendig. Es kann ausreichend sein, nur diejenigen akustischen Merkmale zu extrahieren, welche die Extremfälle des Schallfeldcharakters und der Schallreflektivität einer Umgebung des Fahrzeugs oder - konkreter - plötzliche Übergänge zwischen den Extremen der statischen Aspekte der akustischen Umgebung des Fahrzeugs identifizieren. Eine Analyse einer plötzlichen Änderung zwischen im Freien und innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Schallausbreitungsbedingungen der Umgebung muss jedoch von einem dynamischen Kontext der akustischen Umgebung des Fahrzeugs aufgrund des Einflusses von Schallquellen aus der Umgebung ausgehen. Zu diesem Zweck kann die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems dazu ausgestaltet werden, das wenigstens eine akustische Merkmal eines Soundscapes zu extrahieren, das wenigstens eine Schallquelle in der Umgebung des Fahrzeugs detektieren kann. Ferner kann das wenigstens eine akustische Merkmal dazu konfiguriert werden, die detektierten Schallquellen im Hinblick auf ihren zeitlichen Charakter, spektralen Charakter und ihren Beitrag zur akustischen Umgebung des Fahrzeugs insgesamt zu beschreiben.
In den bisher beschriebenen Schritten kann eine vorübergehende Natur einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs, die in der Nähe von Tunnelöffnungen gegeben ist, durch das Erfassungssystem ausgenutzt werden, um den Einfahrt- und Ausfahrtpunkt eines Tunnels zu detektieren. Daher kann eine Detektion einer Änderung des Schallfeldcharakters außerhalb des Fahrzeugs von einem im Freien vorliegenden Halbfreifeld zu einem innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Nachhallfeld, die mit einer Zunahme der Schallreflektivität einer Umgebung des Fahrzeugs einhergeht, einen Beginn einer Tunnelumgebung anzeigen. In ähnlicher Weise kann eine Detektion einer Änderung des Schallfeldcharakters außerhalb des Fahrzeugs von einem innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Nachhallfeld zu einem im Freien vorliegenden Halbfreifeld, die mit einer Abnahme der Schallreflektivität der Umgebung des Fahrzeugs einhergeht, ein Ende der Tunnelumgebung anzeigen.
Genau genommen, sind Tunnelumgebungen aufgrund eines Fehlens fester Grenzen an den Tunnelöffnungen keine vollständig umschlossenen Volumina. Akustisch gesprochen, ermöglichen Tunnelöffnungen, dass Schallwellen zwischen der innerhalb eines Bauwerks und im Freien vorliegenden Umgebung des Fahrzeugs hin- und herwechseln, und schaffen so einen Übergangsbereich mit gemischten Bedingungen für die Schallausbreitung. Auf einer Seite eines Übergangsbereichs befindet sich eine nicht überbaute Umgebung mit unvorhersagbaren und instabilen Bedingungen für die Schallausbreitung im Freien. Auf der anderen Seite des Übergangsbereichs befindet sich eine Tunnelumgebung mit vorhersagbaren und stabilen Bedingungen für die Schallausbreitung innerhalb eines Bauwerks.
In einem Zwischenschritt kann eine Detektion eines gleichbleibenden Charakters eines innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Nachhallfelds das Vorhandensein eines Tunnels außerhalb des Fahrzeugs bestätigen, wobei der Tunnel ein Segment einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Umgebung darstellt, die an beiden Enden durch Tunnelöffnungen beendet wird. Das wenigstens eine akustische Merkmal eines Im-Tunnel-Segments eines Soundscapes kann somit dazu konfiguriert werden, einen dynamischen Charakter einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs erkennen zu lassen. Der dynamische Charakter kann eine vorübergehende oder gleichbleibende Natur eines Nachhallfelds einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Umgebung des Fahrzeugs beschreiben. Mit anderen Worten: Ein Im-Tunnel-Soundscape kann erzeugt werden, wenn eine Tunnelumgebung durch temporäre Schallquellen einer Umgebung außerhalb des Fahrzeugs zu einer Reaktion angeregt wird.
Wenn von den Schallquellen ein Impulsschall ausgeht, kann sich im Inneren eines Tunnels ein vorübergehendes Nachhallfeld, in dem die Schallenergie im Zeitverlauf nachlässt, ausbilden. Mit solchen vorübergehenden akustischen Phänomenen einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung eines Fahrzeugs befasst sich das vorliegend vorgestellte Verfahren nicht. Wenn die Schallquellen konstant aktiv sind, wie etwa Fahrzeuge, die einen Tunnel durchqueren und Geräusche in eine Tunnelumgebung abgeben, entwickelt ein innerhalb eines Bauwerks vorliegendes Nachhallfeld der Tunnelumgebung einen gleichbleibenden Charakter. Die aufgebaute Schallenergie eines gleichbleibenden, innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Nachhallfelds bleibt relativ konstant, es sei denn, die Schallquellen aus der Umgebung werden modifiziert oder der Verkehrsfluss durch den Tunnel hört auf. Eine Analyse einer Zeitreihe des wenigstens einen akustischen Merkmals eines Im-Tunnel-Soundscapes kann somit eine charakteristische Zunahme der Schallenergie einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs beim Einfahren des Fahrzeugs in den Tunnel erkennen lassen. Mit anderen Worten: Die Schallenergie erreicht rasch ein gleichbleibendes Niveau, das mit einem Einfluss des Fahrzeugs, wenn es ein Geräusch in eine Tunnelumgebung abgibt, zusammenhängen kann. Das Erfassungssystem kann somit dazu ausgestaltet werden, ein gleichbleibendes, innerhalb eines Bauwerks vorliegendes Nachhallfeld um das Fahrzeug herum zu detektieren, um zu bestätigen, dass das Fahrzeug sich im Inneren eines Tunnels befindet und zum Tunnelausfahrpunkt unterwegs ist.
Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann eine Erfüllung einer die akustische Umgebung betreffenden Bedingung durch das wenigstens eine akustische Merkmal des Audiosignals detektieren.
Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung in einen vordefinierten Zustand versetzen, indem sie bei der Detektion der Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung ein Steuersignal an die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung sendet.
Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, die zusätzliche technische Vorteile bereitstellen.
Basierend auf den zuvor beschriebenen Schritten zum Erfassen und Analysieren einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs kann das vorliegend vorgestellte Verfahren eine erste die akustische Umgebung betreffende Bedingung, eine zweite die akustische Umgebung betreffende Bedingung und eine dritte die akustische Umgebung betreffende Bedingung ableiten, um das Vorhandensein einer Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs zu bestätigen.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Detektion der Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung durch das wenigstens eine akustische Merkmal des Audiosignals durch die wenigstens eine Steuervorrichtung eine Detektion der ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung, wobei die erste die akustische Umgebung betreffende Bedingung mit einem Übergang von einer im Freien vorliegenden akustischen Umgebung zu einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs zusammenhängt.
In einem Schritt kann das Erfassungssystem dazu ausgestaltet werden, eine Erfüllung einer ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung unter Verwendung des wenigstens einen akustischen Merkmals des Soundscapes, das einen Übergang von einer im Freien vorliegenden akustischen Umgebung zu einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs detektieren kann, zu detektieren. Anders ausgedrückt: Die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems bestimmt, ob das wenigstens eine akustische Merkmal, das dazu konfiguriert ist, die kombinierten statischen und dynamischen Aspekte einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs widerzuspiegeln, die erste die akustische Umgebung betreffende Bedingung erfüllt. Die erste die akustische Umgebung betreffende Bedingung kann spezifische Werte des wenigstens einen akustischen Merkmals der Vor-Tunnel- und Im-Tunnel-Segmente des Soundscapes umfassen. Wenn die erste die akustische Umgebung betreffende Bedingung unter Verwendung des wenigstens einen akustischen Merkmals erfüllt wird, wird eine akustische Umgebung außerhalb des Fahrzeugs als von im Freien zu innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Bedingungen für die Schallausbreitung übergehend detektiert.
Unter den oben beschriebenen Bedingungen einer akustischen Umgebung hat das Fahrzeug möglicherweise eine Tunnelöffnung, die als der Tunneleinfahrtpunkt bezeichnet wird, passiert und ist in den Tunnel eingefahren.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Detektion der Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung durch das wenigstens eine akustische Merkmal des Audiosignals durch die wenigstens eine Steuervorrichtung eine Detektion der zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung, wobei die zweite die akustische Umgebung betreffende Bedingung die Umgebung außerhalb des Fahrzeugs als eine gleichbleibende hallige akustische Umgebung des Fahrzeugs identifiziert.
Im folgenden Schritt kann das Erfassungssystem dazu ausgestaltet werden, eine Erfüllung der zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung unter Verwendung des wenigstens einen akustischen Merkmals des Soundscapes, das die akustische Umgebung außerhalb des Fahrzeugs als eine gleichbleibende hallige, innerhalb eines Bauwerks vorliegende akustische Umgebung identifizieren kann, zu detektieren. Mit anderen Worten: Die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems bestimmt, ob das wenigstens eine akustische Merkmal, das zuvor dazu konfiguriert wurde, einen gleichbleibenden Charakter eines innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Nachhallfelds um das Fahrzeug herum zu detektieren, die zweite die akustische Umgebung betreffende Bedingung erfüllt. Die zweite die akustische Umgebung betreffende Bedingung kann spezifische Werte des wenigstens einen akustischen Merkmals des Im-Tunnel-Segments des Soundscapes umfassen. Wenn die zweite die akustische Umgebung betreffende Bedingung unter Verwendung des wenigstens einen akustischen Merkmals erfüllt wird, wird die akustische Umgebung außerhalb des Fahrzeugs als die innerhalb eines Bauwerks vorliegende akustische Umgebung des Fahrzeugs mit einem ausgebildeten gleichbleibenden Nachhallfeld außerhalb des Fahrzeugs detektiert.
Unter den oben beschriebenen Bedingungen der akustischen Umgebung kann das Fahrzeug sich im Inneren des Tunnels befinden und zu einer Tunnelöffnung, die als der Ausfahrtpunkt des Tunnels bezeichnet wird, unterwegs sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Detektion der Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung durch das wenigstens eine akustische Merkmal des Audiosignals durch die wenigstens eine Steuervorrichtung eine Detektion der dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung, wobei die dritte die akustische Umgebung betreffende Bedingung mit einem Übergang von einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs zu einer im Freien vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs zusammenhängt.
In dem abschließenden Analyseschritt kann das Erfassungssystem dazu ausgestaltet werden, eine Erfüllung der dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung unter Verwendung des wenigstens einen akustischen Merkmals des Soundscapes, das einen Übergang von der innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung zu der im Freien vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs detektieren kann, zu detektieren. Mit anderen Worten: Die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems bestimmt, ob das wenigstens eine akustische Merkmal, das dazu konfiguriert ist, die kombinierten statischen und dynamischen Aspekte der akustischen Umgebung des Fahrzeugs widerzuspiegeln, die dritte die akustische Umgebung betreffende Bedingung erfüllt. Die dritte die akustische Umgebung betreffende Bedingung kann spezifische Werte des wenigstens einen akustischen Merkmals der Im-Tunnel- und Nach-Tunnel-Segmente des Soundscapes umfassen. Wenn die dritte die akustische Umgebung betreffende Bedingung unter Verwendung des wenigstens einen akustischen Merkmals erfüllt wird, wird die akustische Umgebung außerhalb des Fahrzeugs als von den innerhalb eines Bauwerks zu den im Freien vorliegenden Bedingungen für die Schallausbreitung übergehend detektiert.
Unter den oben beschriebenen Bedingungen der Umgebung hat das Fahrzeug möglicherweise eine Tunnelöffnung, die als der Tunnelausfahrtpunkt bezeichnet wird, passiert und ist aus dem Tunnel ausgefahren.
Bei der Detektion der Erfüllung der ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung, zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung und/oder dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung kann die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung durch Empfangen wenigstens eines Steuersignals von der wenigstens einen Steuervorrichtung des Erfassungssystems des Fahrzeugs in einen vordefinierten Zustand versetzt werden.
Die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung kann beispielsweise eine Radarvorrichtung eines Fahrzeugs umfassen. Bestimmte Funktionen der Radarvorrichtung können beim Detektieren eines Einfahrtpunkts einer Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs durch die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems deaktiviert werden. Die Radarfunktionen bleiben deaktiviert, solange das Fahrzeug den Tunnel durchquert und das Erfassungssystem das Vorhandensein der Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs meldet. Die Reaktivierung der Radarfunktionen erfolgt bei der Detektion eines Ausfahrtpunkts des Tunnels durch das Erfassungssystem.
Daher kann es möglich sein, das Vorhandensein einer Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs durch Untersuchen der akustischen Umgebung des Fahrzeugs zu detektieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ergänzt die Beschreibung von Anspruch 2 Anspruch 1 bezüglich der statischen Aspekte einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs, wobei ein statischer Aspekt einen Schallfeldcharakter oder eine Schallreflektivität einer Umgebung des Fahrzeugs widerspiegeln kann.
Der erste statische Aspekt einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs hängt mit einem Charakter eines Schallfelds außerhalb des Fahrzeugs in seiner Abhängigkeit von der Geometrie einer Umgebung und den akustischen Eigenschaften von Materialien, welche die schallreflektierenden Oberflächen der Umgebung ausbilden, zusammen. Daher kann der erste statische Aspekt der akustischen Umgebung des Fahrzeugs ein Schallfeld außerhalb des Fahrzeugs als ein Halbfreifeld einer im Freien vorliegenden akustischen Umgebung oder ein Nachhallfeld einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs charakterisieren. Mit anderen Worten: Ein im Freien vorliegendes, nicht überbautes Gebiet erlaubt eine ungehinderte Ausbreitung von Schall in der Umgebung und stellt somit die Bedingungen zum Detektieren eines Halbfreifelds außerhalb des Fahrzeugs bereit. Innerhalb von Bauwerken vorliegende Umgebungen erlauben zahlreiche Reflexionen von Schall in einer umschlossenen Umgebung und stellen somit die Bedingungen zum Detektieren von innerhalb eines Bauwerks vorliegenden Nachhallfeldern außerhalb des Fahrzeugs bereit.
Ein anderer statischer Aspekt der akustischen Umgebung des Fahrzeugs umfasst die Schallreflektivität der Umgebung, um besser zwischen im Freien und innerhalb von Bauwerken vorliegenden akustischen Umgebungen des Fahrzeugs zu unterscheiden. Eine Analyse der Schallreflektivität kann besonders zum Charakterisieren der Schallfelder von Übergangsbereichen nützlich sein, die in der Nähe von Tunnelöffnungen ausgebildet sind, wo gemischte Bedingungen für die Schallausbreitung gegeben sind. Auf der einen Seite einer Tunnelöffnung, kann außerhalb des Fahrzeugs eine im Freien vorliegende Umgebung existieren, wo nur wenige Objekte außer dem Boden, wie etwa die umgebenden Fahrzeuge und statische Straßeninfrastruktur, Schall uneinheitlich in die Umgebung zurückreflektieren. Auf der anderen Seite der Tunnelöffnung kann außerhalb des Fahrzeugs eine innerhalb eines Bauwerks vorliegende Umgebung existieren, wobei die innerhalb eines Bauwerks vorliegende Umgebung eine einhausungsartige Tunnelumgebung des Fahrzeugs verkörpert, wo die meisten Objekte und Oberflächen, welche die Umgebung ausmachen, Schall einheitlich und stark reflektieren.
Daher kann das wenigstens eine akustische Merkmal, das aus einem Soundscape einer Umgebung des Fahrzeugs extrahiert wird, wenigstens einen statischen Aspekt der akustischen Umgebung des Fahrzeugs untersuchen, wenn dieser durch wenigstens einen dynamischen Aspekt, in erster Linie ein Fahrzeug, welches das Erfassungssystem mitführt, modifiziert wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ergänzt die Beschreibung von Anspruch 3 Anspruch 1 bezüglich der Analyse von Schallquellen aus einer Umgebung des Fahrzeugs. Eine Schallquelle kann eine stationäre Schallquelle, wie etwa ein decken montierter Lüftungsventilator im Inneren eines Tunnels, oder eine sich bewegende Schallquelle, wie das die Umgebung durchquerende Fahrzeug, sein. Schallquellen können auch basierend auf ihrer Aktivität und dem Ausmaß der Geräusche, die zur Umgebung hin abgegeben werden, unterschieden werden, wobei eine Schallquelle einen temporären oder einen konstanten Charakter aufweisen kann.
Im Allgemeinen fügen Schallquellen der akustischen Umgebung des Fahrzeugs einen dynamischen Aspekt hinzu, ohne den die zuvor beschriebenen statischen Aspekte durch das Erfassungssystem nicht detektierbar wären. Anders ausgedrückt: Aufgrund des Einflusses wenigstens einer Schallquelle aus der Umgebung wird die akustische Umgebung des Fahrzeugs dynamisch, was zur Ausbildung temporärer Soundscapes der Umgebung führt. Dementsprechend stellt ein Soundscape einer Umgebung eine Untergruppe der akustischen Umgebung des Fahrzeugs dar, wobei das Soundscape nur unter dem temporären Einfluss von Schallquellen aus der Umgebung erzeugt wird.
Die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems kann eine Zeitbereichs- und/oder eine Zeit-Frequenz-Analyse des Soundscapes durchführen, wobei die Analyse das wenigstens eine akustische Merkmal des Soundscapes, das Schallquellen aus der Umgebung des Fahrzeugs detektiert oder charakterisiert, extrahieren kann. Das wenigstens eine akustische Merkmal kann zwischen dem Geräusch, das durch das Fahrzeug als der primären Schallquelle der Umgebung erzeugt wird, und den Geräuschen, die durch andere Verkehrsteilnehmer und statische Infrastruktur als den sekundären Schallquellen der Umgebung erzeugt wird, unterscheiden. Das wenigstens eine akustische Merkmal kann untersuchen, wie die Umgebung des Fahrzeugs Schall im Zuge seiner Ausbreitung von einer Schallquelle und hin zu einem Empfänger modifiziert, wobei der Empfänger das Erfassungssystem des Fahrzeugs sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das wenigstens eine akustische Merkmal aus einer Zeitbereichsdarstellung eines Audiosignals extrahiert werden, wobei das Audiosignal einer Aufzeichnung eines Soundscapes einer Umgebung des Fahrzeugs entspricht. Das wenigstens eine akustische Merkmal kann durch wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems im Zeitbereich analysiert werden, um wenigstens ein temporäres akustisches Merkmal des Soundscapes zu extrahieren. Das wenigstens eine temporäre akustische Merkmal kann ein physikalisches Merkmal sein, das eine Energiefunktion, wie etwa ein Frequenzspektrum, oder eine Schalldruckpegelfunktion umfasst. Das wenigstens eine temporäre akustische Merkmal kann in einer Zeitreihe angeordnet werden, um Datentrends erkennen zu lassen, oder verwendet werden, um wenigstens einen einzahligen Parameter abzuleiten, der ein gemitteltes temporäres akustisches Merkmal des Soundscapes beschreibt.
Mit anderen Worten: Eine Zeitreihe des wenigstens einen temporären akustischen Merkmals kann durch die wenigstens eine Steuervorrichtung so analysiert werden, dass ein Im-Tunnel-Segment der erzeugten Zeitreihe sichtbar wird. Unter ungünstigen Umständen einer Umgebung des Fahrzeugs ist eine solche Herangehensweise an eine Zeitreihenanalyse jedoch möglicherweise nicht robust genug für eine erfolgreiche Detektion von Tunneln außerhalb des Fahrzeugs gemäß dem vorliegend beschriebenen Verfahren. Als ein Beispiel kann ein kurzer Tunnel in einer Zeitreihe des wenigstens einen temporären akustischen Merkmals einen Trend erzeugen, der möglicherweise nur schwer von Trends, welche die Nicht-Tunnel-Segmente derselben Zeitreihe abbilden, zu unterscheiden ist.
Die Bedingungen einer Zeitreihenanalyse des wenigstens einen temporären akustischen Merkmals können auch durch laute und beständige Schallquellen aus der Umgebung des Fahrzeugs beeinflusst werden. In solchen Fällen kann eine Zeitreihe eines Im-Tunnel-Segments eines Soundscapes der Zeitreihe eines Vor-Tunnel- oder eines Nach-Tunnel-Segments desselben Soundscapes sehr ähnlich sein. Unter solchen Bedingungen stellt eine reine Zeitbereichsanalyse des Soundscapes möglicherweise nicht die gewünschte Tunneldetektionsfähigkeit für eine Ausführungsform des Erfassungssystems des Fahrzeugs bereit.
Als eine Verbesserung kann das Audiosignal vor einer Extraktion des wenigstens einen temporären akustischen Merkmals in seiner Frequenzbandbreite begrenzt werden. Zu diesem Zweck kann ein Zeit-Frequenz-Bewertungsfilter an das Audiosignal angelegt werden, um die Menge an Schallenergie mit Frequenzen von geringer Relevanz für die Zeitbereichsanalyse zu reduzieren. In dem in 6 gezeigten Beispiel wurden die Audiosignale durch die Steuervorrichtung des Erfassungssystems durch Realisieren eines graduellen Frequenzbewertungsfilters im Zeitbereich und durch Legen der Filterfunktion über die Audiosignale modifiziert, bevor irgendeine weitere Analyse durch die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems durchgeführt wurde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst wenigstens eine vordefinierte Analyse, die durch die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems ausgeführt wird, eine Zeit-Frequenz-Analyse eines Audiosignals, wobei das Audiosignal einem Soundscape einer Umgebung des Fahrzeugs entspricht. Das Signalverarbeitungsverfahren, das als die Basis für die Zeit-Frequenz-Analyse eingesetzt wird, stützt sich auf die 2D-Kurzzeit-Fourier-Transformation (Short-Time Fourier Transform - STFT).
Im nächsten Schritt wird aus einer Zeit-Frequenz-Darstellung des Audiosignals als ein Ergebnis der Ausführung des STFT-Algorithmus wenigstens ein spektrales akustisches Merkmal extrahiert. Die resultierende STFT-Transformation ergibt das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal, abgebildet als ein Spektrogramm des Audiosignals. Das Spektrogramm kann durch die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems weiter analysiert werden, um das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal des Spektrogramms zu extrahieren. Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal des Spektrogramms kann in einer Zeitreihe angeordnet werden, um Datentrends erkennen zu lassen, oder verwendet werden, um wenigstens einen einzahligen Parameter abzuleiten, der ein gemitteltes spektrales akustisches Merkmal des Spektrogramms beschreibt. Anders ausgedrückt: Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann einzahlige Kenngrößen umfassen, die spektrale Merkmale und ihre Trends beschreiben, wie etwa Spektrumsschwerpunkt, Schärfe, Rauheit, Mel-Koeffizienten, Tonalität und Ähnliches. Einzahlige Kenngrößen können in tunnelartigen Umgebungen beobachtbar sein und können zum Bereitstellen der erforderlichen Funktionalität des Erfassungssystems, wie in dem vorliegend vorgestellten Verfahren angestrebt, ausreichend sein. Die erforderliche Funktionalität des Erfassungssystems kann eine rasche und korrekte Detektion von Tunneln für die Zwecke eines vorübergehenden Außerbetriebsetzens der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung, die eine Radarvorrichtung sein kann, umfassen.
Eine weitere Untersuchung des wenigstens einen spektralen akustischen Merkmals kann eine Analyse von Zeit-Frequenz-Spektren des Soundscapes umfassen, sodass markante Verschiebungen des spektralen Charakters eines Schallfelds außerhalb des Fahrzeugs durch das Erfassungssystem detektiert werden können. Mit anderen Worten: Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann dazu konfiguriert werden, einen Frequenzbereich des Soundscapes zu extrahieren, der spektrale Muster erkennen lassen kann, die einem vorübergehenden Charakter von Schallfeldern von innerhalb eines Bauwerks und im Freien vorliegenden akustischen Umgebungen des Fahrzeugs zugeordnet sind.
Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann auch eine Analyse im Zeit-Frequenz-Bereich umfassen, sodass ein gleichbleibendes Nachhallfeld außerhalb des Fahrzeugs für die gesamte Länge der durch das Fahrzeug durchquerten Tunnelstruktur bestätigt wird. Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann somit einen Frequenzbereich des Soundscapes extrahieren, in dem spektrale Muster, die für gleichbleibende Nachhallfelder einer innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs spezifisch sind, durch das Erfassungssystem detektierbar sind.
Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann eine Analyse im Zeit-Frequenz-Bereich umfassen, sodass der Rollgeräuschcharakter, der mit der Wechselwirkung von Reifen und Fahrbahn zusammenhängt, hervorgehoben und durch das Erfassungssystem des Fahrzeugs korrekt detektiert wird. Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann somit einen Frequenzbereich des Soundscapes extrahieren, in dem das Rollgeräusch des Fahrzeugs durch das Erfassungssystem detektierbar ist.
Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann eine Analyse im Zeit-Frequenz-Bereich umfassen, sodass Stehwelleneffekte einer Tunnelumgebung mit dem tieftonigen Geräusch, das durch den Motor des Fahrzeugs erzeugt wird, korreliert werden können. Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann somit einen Frequenzbereich des Soundscapes extrahieren, in dem sowohl das Motorgeräusch des Fahrzeugs als auch Stehwellenmuster der Tunneleinhausung durch das Erfassungssystem detektierbar sind.
Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann eine Analyse im Zeit-Frequenz-Bereich umfassen, sodass das Hintergrundgeräusch der Umgebung und das spezifische Geräusch des Fahrzeugs durch das Erfassungssystem detektierbar sind. Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann somit einen Frequenzbereich des Soundscapes extrahieren, in dem das spezifische Geräusch und das Hintergrundgeräusch der Umgebung durch das Erfassungssystem detektierbar sind. Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann das wenigstens eine Verfahren zum Analysieren des Hintergrundgeräuschs der Umgebung und Kompensieren seiner nachteiligen Auswirkungen auf das spezifische Geräusch des Audiosignals eliminieren.
Schließlich kann das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal eine Analyse im Zeit-Frequenz-Bereich umfassen, sodass ein aerodynamisches Geräusch der Umgebung des Fahrzeugs durch das Erfassungssystem detektiert wird. Das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal kann eine Analyse des aerodynamischen Geräuschs in Bezug auf den Einfluss, den dieses auf den beabsichtigten Betrieb der wenigstens einen Schalldrucksensorvorrichtung des Erfassungssystems haben kann, umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die wenigstens eine vordefinierte Zeit-Frequenz-Analyse eines Audiosignals und anschließende Zeitreihenanalyse des wenigstens einen extrahierten akustischen Merkmals des Audiosignals auf den vorkonfigurierten Frequenzbereich des Audiosignals beschränkt sein. Mit anderen Worten: Es kann nur der vorkonfigurierte Frequenzbereich im Zeit-Frequenz-Bereich durch die wenigstens eine Steuervorrichtung des Erfassungssystems analysiert werden. Die Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass durch eine Beschränkung auf den vorkonfigurierten Frequenzbereich der Arbeitsaufwand der Analyse reduziert werden kann, wobei der vorkonfigurierte Frequenzbereich Frequenzen umfassen kann, die zur schnellen Detektion der Änderung des Schallfeldcharakters oder der Schallreflektivität einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs geeignet sind. Der vorkonfigurierte Frequenzbereich kann auch Frequenzen umfassen, die zum Analysieren eines gleichbleibenden Charakters einer halligen, innerhalb eines Bauwerks vorliegenden akustischen Umgebung des Fahrzeugs geeignet sind.
Die Erfindung umfasst das Erfassungssystem, das zum Detektieren einer Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs durch Erfassen der akustischen Umgebung des Fahrzeugs ausgestaltet ist.
Das Erfassungssystem umfasst wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, die akustische Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Das Erfassungssystem umfasst wenigstens eine Steuervorrichtung, die zum Erzeugen eines Audiosignals - als Verkörperung eines Soundscapes einer Umgebung des Fahrzeugs - ausgestaltet ist. Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann dazu ausgestaltet werden, wenigstens ein akustisches Merkmal des Audiosignals zu extrahieren, das mit einem statischen Aspekt und/oder einem dynamischen Aspekt der akustischen Umgebung des Fahrzeugs zusammenhängt, und zwar gemäß wenigstens einer Zeitbereichs- und/oder Zeit-Frequenz-Analyse des Audiosignals. Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann dazu ausgestaltet werden, das wenigstens eine akustische Merkmal gemäß wenigstens einer vordefinierten Zeitreihenanalyse zu untersuchen, wobei die wenigstens eine Zeitreihenanalyse dazu konfiguriert ist, eine Erfüllung der ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung, zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung und/oder dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung gemäß dem vorliegend beschriebenen Verfahren zu detektieren.
Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann zum Erzeugen wenigstens eines Steuersignals basierend auf den Informationen, die aus dem wenigstens einen akustischen Merkmal des Audiosignals stammen, ausgestaltet werden. Das wenigstens eine Steuersignal kann zwischen dem Erfassungssystem und wenigstens einer Fahrzeugvorrichtung übermittelt werden. Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann dazu ausgestaltet werden, die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung in einen vordefinierten Zustand zu versetzen, indem bei der Detektion der Erfüllung der ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung, zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung und/oder dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung das wenigstens eine Steuersignal gesendet wird.
Die wenigstens eine Steuervorrichtung kann eine Recheneinheit umfassen. Eine Recheneinheit kann insbesondere als eine Verarbeitungsschaltungen umfassende Datenverarbeitungsvorrichtung verstanden werden. Die Recheneinheit kann daher Daten verarbeiten, um Rechenvorgänge durchzuführen. Dazu können auch Vorgänge zum Durchführen von Zugriffen per Index auf eine Datenstruktur, beispielsweise eine Lookup-Tabelle (look-up table - LUT), zählen. Die Recheneinheit kann einen oder mehrere Computer, einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder eine oder mehrere integrierte Schaltungen, beispielsweise eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (application-specific integrated circuits - ASIC), eine oder mehrere vor Ort programmierbare Gatter-Anordnungen (field-programmable gate arrays - FPGA) und/oder ein oder mehrere Systeme auf einem Chip (systems on a chip - SoC), umfassen. Die Recheneinheit kann auch einen oder mehrere Prozessoren, beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (central processing units - CPU), eine oder mehrere Grafikverarbeitungseinheiten (graphics processing units - GPU) und/oder einen oder mehrere Signalprozessoren, insbesondere einen oder mehrere digitale Signalprozessoren (digital signal processors - DSP), umfassen. Die Recheneinheit kann auch einen physischen oder einen virtuellen Cluster von Computern oder anderen dieser Einheiten umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Software-Schnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten. Eine Speichereinheit kann als flüchtiger Datenspeicher, beispielsweise ein dynamischer Direktzugriffsspeicher (dynamic random access memory - DRAM) oder ein statischer Direktzugriffsspeicher (static random access memory - SRAM) implementiert sein, oder als nichtflüchtiger Datenspeicher, beispielsweise ein Nur-Lese-Speicher (read-only memory - ROM), ein programmierbarer Nur-Lese-Speicher (programmable read-only memory - PROM), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (erasable programmable read-only memory - EPROM), ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (electrically erasable programmable read-only memory - EEPROM), Flash-Speicher oder Flash-EEPROM, ein ferroelektrischer Direktzugriffsspeicher (ferroelectric random access memory - FRAM), ein magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher (magnetoresistive random access memory - MRAM) oder ein Phasenwechsel-Direktzugriffsspeicher (phase-change random access memory - PCRAM).
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die im Rahmen des Verfahrens auftreten können und die vorliegend nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass - verfahrensgemäß - eine Fehlermeldung und/oder eine Eingabeaufforderung für Benutzerfeedback ausgegeben wird und/oder Standardeinstellungen und/oder ein vorgegebener Anfangszustand eingestellt wird/werden.
Insgesamt umfasst die Erfindung ein Fahrzeug, das mit einem Erfassungssystem ausgestattet ist, das zum Detektieren einer akustischen Umgebung außerhalb des Fahrzeugs ausgestaltet ist. Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Implementierung der Erfindung beschrieben. Die Figuren zeigen Folgendes:

1 schematische Darstellungen einer konzeptionellen Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit dem Erfassungssystem SonAD und einer Fahrzeugvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer hoch entwickelten, dem Machbarkeitsnachweis dienenden Ausführungsform des Erfassungssystems SonAD;
3 schematische Darstellungen der Vor-Tunnel-, Im-Tunnel- und Nach-Tunnel-Umgebungen, die für Straßentests einer dem Machbarkeitsnachweis dienenden Ausführungsform des Erfassungssystems verwendet wurden;
4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Detektieren einer Tunnelumgebung außerhalb des Fahrzeugs;
5 schematische Darstellungen von zeitbereichsbezogenen Wellenformen von Audiosignalen, welche die innerhalb eines Bauwerks und im Freien vorliegenden Soundscapes, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen des Fahrzeugs aufgezeichnet wurden, abbilden;
6 schematische Darstellungen einer Zeitreihe eines temporären akustischen Merkmals der Audiosignale, die den innerhalb eines Bauwerks und im Freien vorliegenden Soundscapes, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen des Fahrzeugs aufgezeichnet wurden, entsprechen;
7 schematische Darstellungen linearer Spektrogramme der Audiosignale, die den innerhalb eines Bauwerks und im Freien vorliegenden Soundscapes, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen des Fahrzeugs aufgezeichnet wurden, entsprechen;
8 eine schematische Darstellung logarithmischer Spektrogramme von Audiosignalen, die den innerhalb eines Bauwerks und im Freien vorliegenden Soundscapes, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen aufgezeichnet wurden, entsprechen;
9 eine schematische Darstellung logarithmischer Spektrogramme von Audiosignalen, welche die im Freien vorliegenden Soundscapes von zwei ähnlichen akustischen Umgebungen abbilden.

Die nachfolgend erläuterte Ausführungsform ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform stellen jedoch die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne Merkmale der Erfindung dar, die unabhängig voneinander zu betrachten sind und die jeweils auch unabhängig voneinander die Erfindung weiterentwickeln und dadurch auch für sich genommen oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als eine Komponente der Erfindung anzusehen sind. Ferner kann die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere Merkmale der Erfindung, die bereits beschrieben wurden, ergänzt werden.
In den Figuren sind Elemente, welche die gleiche Funktion bereitstellen, mit gleichen Bezugszeichen markiert.
1 zeigt schematische Darstellungen einer konzeptionellen Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1, welches das SonAD-System 2 und eine Fahrzeugvorrichtung 13 umfasst.
Eine Ausführungsform des in 1 gezeigten SonAD-Systems 2 implementiert ein hoch entwickeltes Konzept eines Erfassungssystems 2, das eine Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für ein Fahrzeug 1 bereitstellt.
Das Fahrzeug 1 kann ein Personenkraftwagen 1 oder ein Nutzfahrzeug 1 sein, das wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung 13 umfasst, wobei die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung 13 eine Radarvorrichtung 13 sein kann, die dazu ausgestaltet ist, eine Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zu analysieren. Es kann notwendig sein, bestimmte Funktionen der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung 13 zu deaktivieren, wenn das Fahrzeug 1 sich in spezifischen Umgebungen 3, wie etwa Tunneln 4 befindet, da die Verlässlichkeit von Daten, die durch die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung 13 bereitgestellt werden, in tunnelartigen 4 Umgebungen 3 reduziert wird. Die Einschränkungen bezüglich der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung 13 können reduziert werden, wenn die Fusion von Daten von der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung 13 und einem zusätzlichen, die Umgebung 3 erfassenden Fahrzeugsystem 2 realisiert wird.
Dazu kann dem die Umgebung 3 erfassenden Netzwerk des Fahrzeugs 1 ein Erfassungssystem 2 hinzugefügt werden, um Tunnel(4)-Umgebungen 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 und Tunnel(4)-Öffnungen 5 an den Einfahrt(5)- und Ausfahrt(5)-Punkten der Tunnel(4)-Umgebungen 3 korrekt zu detektieren. Das Erfassungssystem 2 soll keiner Beeinflussung durch Tunnel(4)-Geometrien, Krümmungen der Tunnel(4)-Seitenwände oder interne Infrastrukturen von Tunneln 4 unterliegen.
Das Erfassungssystem 2 kann wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung 11, die zum Erfassen einer akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 ausgestaltet ist, und wenigstens eine Steuervorrichtung 12, die zum Analysieren eines Audiosignals 10, das ein Soundscape 10 einer Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 verkörpert, umfassen.
Die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 kann einen Mikroprozessor 12 oder einen Mikrocontroller 12 umfassen. Die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 kann wenigstens eine Analyse des Audiosignals 10 im Zeitbereich und/oder Zeit-Frequenz-Bereich durchführen und wenigstens ein akustisches Merkmal 9 des Soundscapes 10 des Fahrzeugs 1 detektieren. Die wenigstens eine Analyse des wenigstens einen akustischen Merkmals 9 kann die Grundlage zum Erfüllen der ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung 6, zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung 7 und/oder dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung 8, wie explizit für das vorliegend vorgestellte Verfahren definiert, bilden. Die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 kann wenigstens ein Steuersignal 14 für das Fahrzeug 1 bereitstellen, um die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung 13 in wenigstens einen vordefinierten Zustand zu versetzen.
Die wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung 11 kann als ein Druckfeldmikrofon 11 mit Kugelcharakteristik ausgebildet werden. Das Erfassungssystem 2 kann unterschiedliche Anordnungen der wenigstens einen Schalldrucksensorvorrichtung 11 an der Karosserie des Fahrzeugs 1 spezifizieren. Eine gegebene Konfiguration des Erfassungssystems 2 kann eine Einzelsensor-Anordnung an einer einzigen Stelle zur Montage eines Sensors 11, eine Einzelsensor-Anordnung an mehreren, beliebig verteilten Stellen zur Montage eines Sensors 11 und eine Mehrsensor-Anordnung in linearen und flächigen Anordnungen von Sensoren 11 ergeben.
Wenn das Erfassungssystem 2 mehr als eine Schalldrucksensorvorrichtung 11 spezifiziert, wird genau eine Schalldrucksensorvorrichtung 11 zur primären, die akustische Umgebung erfassenden Vorrichtung 11 des Erfassungssystems 2 bezüglich der Bereitstellung einer Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für das Fahrzeug 1 erklärt.
Eine genaue Montagestelle der wenigstens einen Schalldrucksensorvorrichtung 11 kann eine Strategie zum Umgang mit dem Einfluss von Hintergrundgeräuschen aus einer Umgebung 3 des Fahrzeugs 1, die in erster Linie aerodynamischer Natur sind, widerspiegeln, sodass Hintergrundgeräusche in einem spezifizierten Frequenzbereich und/oder dynamischen Bereich des Audiosignals 10 minimiert oder entfernt werden. Die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 kann Signalverarbeitung anwenden, um die Hintergrundgeräusche vom spezifischen Geräusch des Audiosignals 10 zu trennen, sodass das spezifische Geräusch durch die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 unabhängig analysiert werden kann.
Schließlich kann das Erfassungssystem 2 mit dem die Umgebung 3 erfassenden Netzwerk des Fahrzeugs 1 verbunden werden, um eine Übertragung von Daten von dem Erfassungssystem 2 an die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung 13, die als eine Radarvorrichtung 13 ausgebildet sein kann, zu ermöglichen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer hoch entwickelten, dem Machbarkeitsnachweis dienenden Ausführungsform des SonAD-Erfassungssystems 2.
2 bildet die dem Machbarkeitsnachweis dienende (proof-of-concept - PoC) Ausführungsform des SonAD-Erfassungssystems 2 ab, die für eine auf der Straße durchgeführte Validierung der konzeptionellen Ausführungsform des Erfassungssystems 2, die in 1 gezeigt ist und die Bereitstellung einer Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für das Fahrzeug 1 betrifft, entwickelt wurde. Die PoC-Ausführungsform des Erfassungssystems 2 umfasst eine Schalldrucksensorvorrichtung 11, die zum Erfassen einer akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 verwendet wird, und eine Steuervorrichtung 12, die zum Erzeugen und Analysieren von Audiosignalen 10 im Zeitbereich und/oder Zeit-Frequenz-Bereich verwendet wird.
Die Schalldrucksensorvorrichtung 11 wird über Magnethalterungen im hinteren Teil eines Personenkraftwagens 1 und unterhalb des Griffs der Hintertür als Stelle der ersten Wahl für einen Sensor 11 angeordnet. Auf diese Weise wird der Einfluss von Hintergrundgeräuschen, die in erster Linie aerodynamischer Natur sind, auf ein Audiosignal 10 reduziert, ohne die Fähigkeit des Erfassungssystems 2 zum Detektieren von Tunneln 4 um das Fahrzeug 1 herum zu beeinträchtigen. Die Schalldrucksensorvorrichtung 11 ist fähig, den auf der Straße gegebenen Bedingungen, was die Widerstandsfähigkeit gegen Erschütterungen, Vibrationen, extreme Temperaturen, Staub, Spritzwasser und andere Einwirkungen aus der Umgebung 3 angeht, welche die Funktionsfähigkeit der Schalldrucksensorvorrichtung 11 beeinträchtigen können, zu widerstehen.
Ferner ist die Schalldrucksensorvorrichtung 11 so ausgewählt, dass sie die für einen Sensor 11 spezifizierte Mindestleistung bezüglich der Bereitstellung einer Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für das Fahrzeug 1 aufweist. Der Frequenzbereich der gewählten Schalldrucksensorvorrichtung 11 erstreckt sich somit über den durch das Verfahren spezifizierten Mindestfrequenzbereich von 100 Hz bis 10 kHz. Der dynamische Bereich der gewählten Schalldrucksensorvorrichtung 11 entspricht ebenfalls dem durch das Verfahren spezifizierten dynamischen Mindestbereich von 40 dB.
Die Schalldrucksensorvorrichtung 11 ist direkt mit der PoC-Ausführungsform der Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 verbunden. Für die PoC-Ausführungsform des Erfassungssystems 2 wird keine dedizierte Steuervorrichtung 12 eingesetzt. Vielmehr wird eine straßentaugliche mobile Testausrüstung gewählt, um dem Erfassungssystem 2 die Signalerfassungs- und -verarbeitungsfunktionsfähigkeit bereitzustellen, die mit derjenigen der projektierten Funktionsfähigkeit der tatsächlichen Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 vergleichbar ist. Die mobile Testausrüstung, die als die PoC-Steuervorrichtung 12 eingesetzt wird, umfasst ein digitales Erfassungssystem 12, das fähig ist, die notwendige Signalaufbereitung für die Schalldrucksensorvorrichtung 11 bereitzustellen, und eine autarke Recheneinheit 12, die fähig ist, die Zeitbereichs- und Zeit-Frequenz-Analyse von Audiosignalen 10 in Echtzeit auszuführen.
Da die PoC-Ausführungsform des Erfassungssystems 2 nicht mit dem die Umgebung 3 erfassenden Netzwerk des Fahrzeugs 1 verbunden werden kann, sind keine Steuersignale 14 zwischen dem Erfassungssystem 2 und der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung 13, wie etwa einer Radarvorrichtung 13, zu übermitteln.
3 zeigt schematische Darstellungen der Vor-Tunnel-, Im-Tunnel(4)- und Nach-Tunnel-Umgebungen 3, die für Straßentests eines dem Machbarkeitsnachweis dienenden Ausführungsbeispiels des Erfassungssystems 2 verwendet wurden.
Das PoC-Ausführungsbeispiel des Erfassungssystems 2 wurde in einem realistischen Straßentestszenario evaluiert, um seine Bereitstellung einer Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für das Fahrzeug 1 nachzuweisen. 4 zeigt eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht von zwei Tunneln 4, die real in einer mittelgroßen Stadt existieren und dahingehend, dass sie den Anforderungen an eine zivile Straßenverkehrstrasse, die eine ländliche Verkehrsumgebung 3 mit einer städtischen Verkehrsumgebung 3 verbindet, gerecht werden, voll funktionsfähig sind. Mit anderen Worten: Die in 3 gezeigten Tunnel 4 verbinden die Stadt und das ländliche, nicht überbaute Gebiet unmittelbar außerhalb der Stadt.
Die Tunnel 4 sind dazu ausgewählt, die Vorteile des Erfassungssystems 2 gegenüber einer Radarvorrichtung 13 des Fahrzeugs 1 beim Detektieren von Tunneln 4 unter ungünstigen Bedingungen einer Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 aufzuzeigen. Im Unterschied zu Radarvorrichtungen 13 ist das Erfassungssystem 2 nicht empfindlich für die Einschränkungen einer Umgebung 3, die Tunnel 4 mit Krümmungen, kurze Tunnel 4, verkehrsflussbedingte Einwirkungen oder das Vorhandensein anderer komplexer Umgebungen 3 um das Fahrzeug 1 herum umfasst. Alle aufgezählten Einschränkungen sind den zwei in 3 gezeigten Tunnelstrukturen 4 eigen. Die jeweiligen Tunnel 4 weichen in der Länge und im Krümmungswinkel leicht voneinander ab, weisen aber ansonsten die gleichen Konstruktionsmerkmale auf, was sich in der Höhe und Breite einer Tunnel(4)-Struktur, der Bauart, den Baumaterialien und den statischen Elementen der Infrastruktur widerspiegelt. Die Infrastruktur ist minimal 4 und umfasst Axiallüfter, welche die Lüftungsanforderungen der Tunnel 4 erfüllen.
Jeder Tunnel 4 versorgt über zwei, Straßenfahrzeugen 1 vorbehaltene Spuren eine einzige Verkehrsrichtung. Auf der einen Seite erstrecken sich beide Tunnel(4)-Umgebungen 3 hin zu einer nicht überbauten Umgebung 3 jenseits der Tunnel(4)-Öffnungen 5. Auf der gegenüberliegenden Seite erstrecken sich die Tunnel(4)-Umgebungen 3 hin zu einer ähnlichen nicht überbauten Umgebung 3, gefolgt von einer Brücke 3, die sich in nur geringer Entfernung von den Tunnel(4)-Öffnungen 5 befindet. Die Innenflächen der Tunnel(4)-Wände und -Decken sind aus verputztem Beton ausgeführt und stellen somit die Bedingungen zum Ausbilden einer halligen akustischen Umgebung 3 im Inneren der Tunnel 4 bereit.
Im nächsten Schritt wurde die PoC-Ausführungsform des Erfassungssystems 2 dazu verwendet, eine akustische Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zu erfassen und Soundscapes 10 zu erzeugen, welche die Schritte einer vordefinierten Abfolge von Fahrmanövern widerspiegeln. Während der Straßentests durchquerte das Fahrzeug 1 mit dem Erfassungssystem 2 - wobei das Fahrzeug 1 eine primäre Schallquelle der Umgebung 3 verkörpert - beide Tunnel 4 unter normalen Fahrbedingungen und einem stetigen Verkehrsfluss folgend, der Personenkraftwagen 1 und Nutzfahrzeuge 1, die als sekundäre Schallquellen der Umgebung 3 verkörpert und mit Geschwindigkeiten zwischen 80 km/h und 90 km/h unterwegs waren, umfasste.
Die Straßentests wurden in einer vordefinierten Abfolge von Schritten ausgeführt, welche die Fahrmanöver widerspiegelten, die für beide Tunnel(4)-Fahrtrouten galten: tagsüber und einem stetigen Verkehrsfluss folgend sowie unter Fahrbedingungen bei trockenem Wetter.
Der erste Schritt umfasste, dass das Fahrzeug 1 durch eine nicht überbaute, im Freien vorliegende Umgebung 3 fuhr und sich einer dem Einfahrt(5)-Punkt eines Tunnels 4 entsprechenden Tunnel(4)-Öffnung 5 näherte.
Der zweite Schritt umfasste, dass das Fahrzeug 1 die dem Einfahrt(5)-Punkt des Tunnels 4 entsprechende Tunnel(4)-Öffnung 5 passierte und in eine Tunnel(4)-Umgebung 3 einfuhr, wobei die Tunnel(4)-Umgebung 3 eine innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegende Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 war.
Der dritte Schritt umfasste, dass das Fahrzeug 1 die Tunnel(4)-Umgebung 3 hin zu der dem Ausfahrt(5)-Punkt des Tunnels 4 entsprechenden Tunnel(4)-Öffnung 5 durchquerte.
Der vierte Schritt umfasste, dass das Fahrzeug 1 die dem Ausfahrt(5)-Punkt des Tunnels 4 entsprechende Tunnel(4)-Öffnung 5 passierte und aus der Tunnel(4)-Umgebung 3 ausfuhr.
Der fünfte Schritt umfasste, dass das Fahrzeug 1 von der dem Ausfahrt(5)-Punkt des Tunnels 4 entsprechenden Tunnel(4)-Öffnung 5 weg und hin zu der nicht überbauten, im Freien vorliegenden Umgebung 3 fuhr.
Damit stellte das PoC-Straßentestszenario die Bedingungen bereit, um die PoC-Ausführungsform des Erfassungssystems 2 im Hinblick auf seine Fähigkeit für Folgendes zu testen: Erfassen einer akustischen Umgebung des Fahrzeugs 1, Erzeugen einer Aufzeichnung eines Soundscapes 10 einer Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 und Analysieren der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1, um einen Tunnel 4 außerhalb des Fahrzeugs 1 zu detektieren. Beschreibung von 4: Schritte des Verfahrens. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Detektieren einer Tunnel(4)-Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1.
4 bildet die Aspekte ab, die zum Ausführen der Schritte, die durch das vorliegend vorgestellte Verfahren vorgeschrieben sind, um eine Tunnel(4)-Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 mit dem Erfassungssystem 2 zu detektieren, relevant sind. Die in 4 gezeigten Schritte spiegeln auch die Anforderungen des PoC-Straßentestszenarios und der Fahrmanöver, die in 3 gezeigt sind, wider. Außerdem bildet 4 die Hauptbestandteile einer Analyse einer akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 ab.
4 zeigt eine matrixartige grafische Darstellung mit einem horizontalen und einem vertikalen Betrachtungskontext. Der horizontale Betrachtungskontext zeigt fünf vertikale Schichten, die fünf konzeptionelle Segmente einer Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 abbilden, die zwei im Freien vorliegende Segmente, ein innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegendes Segment und zwei Übergangsbereichssegmente umfassen. Der vertikale Betrachtungskontext umfasst sechs horizontale Schichten, welche die sechs Schritte abbilden, die durch das Verfahren, das die Bereitstellung einer Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für das Fahrzeug 1 betrifft, spezifiziert werden. Die Schritte des Verfahrens umfassen folgende: Erfassen einer akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1, Erzeugen von Soundscapes 10 einer Umgebung 3 des Fahrzeugs 1, Extrahieren wenigstens eines akustischen Merkmals 9 aus den Soundscapes 10 der Umgebung 3, Detektieren der Erfüllung der drei Bedingungen bezüglich der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 und Versetzen wenigstens einer Fahrzeugvorrichtung 13, die eine Radarvorrichtung 13 sein kann, in wenigstens einen vordefinierten Zustand.
In dem horizontalen Betrachtungskontext bildet 4 die fünf konzeptionellen vertikalen Schichten ab, die den Vor-Tunnel-, Im-Tunnel(4)- und Nach-Tunnel-Segmenten der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 entsprechen. Diese sind als im Freien vorliegende akustische Umgebung (OutdoorAE) und innerhalb eines Bauwerks vorliegende akustische Umgebung (IndoorAE) bezeichnet, wobei jeweilige statische Aspekte der akustischen Umgebung 3 im gleichen Bereich der Figur vermerkt sind. Im Freien vorliegende Segmente können somit einem Halbfreifeld einer kaum schallreflektierenden, im Freien vorliegenden akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zugeordnet werden. Ein innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegendes Segment kann einem Nachhallfeld einer stark schallreflektierenden, innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zugeordnet werden. Übergangsbereichssegmente schließlich können den gemischten Bedingungen der Schallausbreitung in der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zugeordnet werden.
Die obenstehende Beschreibung des horizontalen Betrachtungskontexts in 4 beschreibt auch die obere horizontale Schicht des vertikalen Betrachtungskontexts, die in weißer Farbe abgebildet und mit Textvermerken zum Unterscheiden zwischen innerhalb eines Bauwerks 4 und im Freien vorliegenden Segmenten der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 versehen sind. Kleine Kreise, in denen „S“ vermerkt ist, stellen dynamische Aspekte der akustischen Umgebung 3, die als Schallquellen der Umgebung 3 verkörpert sind, dar.
Die zweite horizontale Schicht ist in dunkeloranger Farbe abgebildet, um ein einzelnes Soundscape 10 der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zu zeigen, das sich über zwei im Freien vorliegende Segmente, ein innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegendes Segment und zwei Übergangsbereichssegmente hinweg erstreckt. Kleine gelbe Kreise, in denen „R“ vermerkt ist, stellen einen dynamischen Aspekt der akustischen Umgebung 3, der als ein Empfänger 2 verkörpert ist, dar, wobei der Empfänger 2 dem Erfassungssystem 2 des Fahrzeugs 1 entspricht.
Die dritte horizontale vertikale Schicht ist in helloranger Farbe abgebildet, um das Soundscape 10 in seine Vor-Tunnel-, Im-Tunnel(4)- und Nach-Tunnel-Abschnitte zu segmentieren. Jeder der zwei grau unterlegten Übergangsbereiche umfasst zwei mit Quadraten, in denen „T“ vermerkt ist, markierte Teilbereiche, von denen einer mit einem im Freien vorliegenden Segment und ein anderer mit einem innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden Segment der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zusammenhängt.
Die vierte horizontale Schicht ist in weißer Farbe abgebildet und es sind Symbole zum Bezeichnen der aus den jeweiligen Segmenten eines Soundscapes 10 extrahierten akustischen Merkmale 9 vermerkt. Die drei stark ausgeprägten akustischen Merkmale 9, die den Übergangsbereichen zugeordnet sind, können dazu konfiguriert werden, die statischen und dynamischen Aspekte der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 unter gemischten Bedingungen der Schallausbreitung zu analysieren. Das vierte stark ausgeprägte akustische Merkmal 9 ist einem innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden Segment der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zugeordnet und kann dazu konfiguriert werden, einen gleichbleibenden Hallaspekt der innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zu analysieren.
Die fünfte horizontale Schicht ist in zwei Farben abgebildet, wobei die weiße Farbe die im Freien vorliegenden Segmente der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 als für diesen Analyseschritt irrelevant markiert. Die gelbe Farbe zeigt drei Segmente des Soundscapes 10 an, welche mit der Erfüllung der ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung 6, zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung 7 und/oder dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung 8 zusammenhängen. Der horizontale Kontext der drei Bedingungen bezüglich der akustischen Umgebung zeigt, dass die erste 6, zweite 7 und dritte 8 die akustische Umgebung 3 betreffende Bedingung nur innerhalb der zwei Übergangsbereichssegmente und des innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden Segments der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 erfüllt werden können, wohingegen die im Freien vorliegenden Segmente mit einer solchen Analyse nichts zu tun haben.
Die sechste horizontale Schicht ist in weißer Farbe abgebildet und stellt den finalen Schritt des Verfahrens dar, in dem Steuersignale 13, die durch das Erfassungssystem 2 erzeugt werden, an das Fahrzeug 1 übermittelt und zum Versetzen der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung 13 in den wenigstens einen vordefinierten Zustand verwendet werden können.
Die oben beschriebenen Schritte des Verfahrens können wir folgt zusammengefasst werden:

- Ein erster Schritt S1 kann ein Erfassen einer akustischen Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 durch wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung 11 des Erfassungssystems 2 des Fahrzeugs 1 umfassen;
- Ein zweiter Schritt S2 kann eine Erzeugung eines entsprechenden Audiosignals 10 durch wenigstens eine Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 umfassen, wobei das Audiosignal 10 eine Aufzeichnung eines Soundscapes 10 der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 verkörpert;
- Ein dritter Schritt S3 kann die Extraktion wenigstens eines akustischen Merkmals 9, das mit den statischen und/oder dynamischen Aspekten der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zusammenhängt, aus dem Soundscape 10 umfassen;
- Ein vierter Schritt S4 kann eine Untersuchung des wenigstens einen akustischen Merkmals 9 des Soundscapes 10 gemäß wenigstens einer vordefinierten Zeitbereichs- und/oder Zeit-Frequenz-Analyse umfassen, um den Charakter der akustischen Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 zu extrahieren;
- Ein fünfter Schritt S5 kann die Detektion einer Erfüllung der ersten 6, zweiten 7 und/oder dritten 8 die akustische Umgebung 3 betreffenden Bedingung unter Verwendung des wenigstens einen akustischen Merkmals 9 des Soundscapes 10 umfassen; und
- Ein sechster Schritt S6 kann ein Versetzen wenigstens einer Fahrzeugvorrichtung 13 in einen vordefinierten Zustand durch Senden wenigstens eines Steuersignals 14 durch die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 bei der Detektion der Erfüllung der ersten 6, zweiten 7 und/oder dritten 8 die akustische Umgebung 3 betreffenden Bedingung umfassen.

Insgesamt kann die von dem Erfassungssystem 2 verlangte Funktionalität eine rasche und korrekte Detektion von Tunnel(4)-Umgebungen 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 umfassen, sodass die spezifische Funktionalität der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung 13, wie etwa einer Radarvorrichtung 13, ausgesetzt wird.
5 zeigt schematische Darstellungen von zeitbereichsbezogenen Wellenformen 9 der Audiosignale 10, welche die innerhalb eines Bauwerks 4 und im Freien vorliegenden Soundscapes 10, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen 3 des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet wurden, abbilden.
Gemäß dem vorliegend vorgestellten Verfahren kann ein akustisches Signal, das von der wenigstens einen Schalldrucksensorvorrichtung 11 des Erfassungssystems 2 stammt, durch die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 verarbeitet werden, um eine zeitbereichsbezogene Wellenform 9 eines Audiosignals 10 zu erzeugen.
Dementsprechend wurde die PoC-Ausführungsform des Erfassungssystems 2 dazu verwendet, die in 5 gezeigten zeitbereichsbezogenen Wellenformen 9 zu erzeugen, wobei die Wellenformen 9 die Audiosignale 10 - skaliert auf die Einheiten normalisierter Schalldruckamplituden im Zeitverlauf - abbilden. Die Audiosignale 10 entsprechen den Vor-Tunnel-, Im-Tunnel(4)- und Nach-Tunnel-Segmenten der Soundscapes 10, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen 3 des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet wurden.
Aus 5 ist ersichtlich, wie eine Wellenform(9)-Darstellung eines Audiosignals 10 ein Im-Tunnel(4)-Segment eines Soundscapes 10 maskieren und somit beim Bereitstellen der Bedingungen für eine korrekte Detektion nur derjenigen Segmente des Soundscapes 10, die eine Tunnel(4)-Umgebung 3 betreffen, versagen kann.
Die in 5 gezeigten Wellenformen 9 sind manuell durch Anlegen eines blauen Farbschemas an die Im-Tunnel(4)-Segmente der Soundscapes 10 markiert, da diese andernfalls von den Vor-Tunnel- und Nach-Tunnel-Segmenten derselben Soundscapes 10 ununterscheidbar wären.
6 zeigt schematische Darstellungen einer Zeitreihe eines temporären akustischen Merkmals 9 der Audiosignale 10, die den innerhalb eines Bauwerks 4 und im Freien vorliegenden Soundscapes 10, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen 3 des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet wurden, entsprechen.
Gemäß dem vorliegend vorgestellten Verfahren kann ein Audiosignal 10, das von der wenigstens einen Schalldrucksensorvorrichtung 11 des Erfassungssystems 2 stammt, durch die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 im Zeitbereich analysiert werden, um eine Zeitreihe wenigstens eines temporären akustischen Merkmals 9 des Audiosignals 10 zu erzeugen.
Die Zeitreihenplots in 6 bilden die frequenzbewerteten Breitband-Schalldruckpegel 9 der in 5 gezeigten Audiosignale 10 ab. Damit umfassen die jeweiligen Zeitreihenplots die Ergebnisse wenigstens einer Zeitbereichsanalyse des wenigstens einen temporären akustischen Merkmals 9 der zwei frequenzbewerteten Audiosignale 10. Wie aus 6 ersichtlich ist, kann eine Zeitreihenanalyse des wenigstens einen akustischen Merkmals 9 das Vorhandensein eines Tunnels 4 außerhalb eines Fahrzeugs 1 erkennen lassen, jedoch nur unter den Bedingungen einer auf das Herausstellen der Datentrends, welche die Im-Tunnel(4)-Segmente einer Zeitreihe anzeigen, zugeschnittenen Analyse.
Damit kann eine Zeitreihenanalyse des wenigstens einen temporären akustischen Merkmals 9 eines Audiosignals 10 nur teilweise die Grundlage zum Unterscheiden eines Im-Tunnel(4)-Segments eines Soundscapes 10 von einem Vor-Tunnel-Segment oder einem Nach-Tunnel-Segment desselben Soundscapes 10 bilden.
7 zeigt schematische Darstellungen linearer Spektrogramme 9 der Audiosignale 10, die den innerhalb eines Bauwerks 4 und im Freien vorliegenden Soundscapes 10, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen 3 des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet wurden, entsprechen.
Gemäß dem vorliegend beschriebenen Verfahren kann ein Audiosignal 10 durch die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 des Fahrzeugs 1 im Zeit-Frequenz-Bereich analysiert werden, um ein Spektrogramm 9 des Audiosignals 10 zu erzeugen.
Die in 7 gezeigten Plots mit den Spektrogrammen 9 bilden die absoluten Schalldruckpegel 9 der zwei in 5 gezeigten Audiosignale 10, abgebildet auf einer linearen Frequenzskala, ab. Damit umfassen die jeweiligen Spektrogramme 9 die Ergebnisse wenigstens einer Zeit-Frequenz-Analyse der Audiosignale 10. Die Spektrogramme 9 werden durch eine diskrete Kurzzeit-Fourier-Transformation (Short-Time Fourier Transform - STFT) als eine Zeit-Frequenz-Herangehensweise an das Analysieren der Audiosignale 10 erzeugt, wobei ein Spektrogramm 9 die spektrale Leistungsdichte 9 einer Funktion als das Magnitudenquadrat der STFT abbildet. Die in den Spektrogrammen 9 gezeigten Schallpegel 9 sind als absolute Schalldruckpegel 9 angegeben und entsprechen einem vordefinierten dynamischen Bereich von 80 dB, wobei die absoluten Schalldruckpegel 9 in schmalen Frequenzbändern analysiert werden, die durch die Analyseeinstellungen definiert sind.
Zwar sind Spektrogramme 9 praktisch für eine visuelle Prüfung, sie sind jedoch rechentechnisch aufwendig und erfordern typischerweise eine gewisse manuelle Bearbeitung von Daten, bis ein geeignetes Format für die STFT-Analyse erreicht ist. Hier ist für aussagekräftige Ausführungsformen des Erfassungssystems 2 jenseits des PoC-Ausführungsbeispiels ebenfalls ein automatisiertes Detektions- und Extraktionsverfahren einzusetzen.
Allgemein gesagt, umfassen spektrale Informationen eines Soundscapes 10, die als ein Spektrogramm 9 verkörpert sind, eine Abfolge von Frequenzspektren 9, die für jedes vordefinierte Zeitsegment des Soundscapes 10 extrahiert werden. Mit anderen Worten: Eine Dauer eines Soundscapes 10 und eine vorkonfigurierte Dauer eines Datensegments, die gemeinsam durch die STFT zu analysieren sind, bestimmen die Anzahl gemittelter Spektren, die zum Erzeugen eines Spektrogramms 9 des Soundscapes 10 zu verwenden sind.
Im nächsten Schritt können aus dem Spektrogramm 9 mehrere akustische Merkmale 9 extrahiert werden, um numerisch zu implementieren, was zu diesem Zeitpunkt nur visuell aus den Plots, wie den in 7 gezeigten und im folgenden Text beschriebenen, ersichtlich ist. Mit anderen Worten: Die Extraktion wenigstens eines akustischen Merkmals 9 aus dem Spektrogramm 9 kann für eine automatisierte Extraktion wenigstens eines spektralen akustischen Merkmals 9 - entweder durch leicht verfügbare akustische Parameter 9 oder durch zur Unterstützung des vorliegend vorgestellten Verfahrens eigens entwickelte Kenngrößen - und eine sekundäre oder zur Validierung dienende Extraktion wenigstens eines temporären akustischen Merkmals 9, das ein Ergebnis einer reinen Zeitbereichsanalyse des Soundscapes 10 umfasst, eingesetzt werden.
Die zwei in 7 gezeigten Spektrogramme 9 zeigen die Vor-Tunnel-, Im-Tunnel(4)- und Nach-Tunnel-Segmente der Soundscapes 10, die durch die PoC-Ausführungsform des Erfassungssystems 2 und den in 3 abgebildeten PoC-Testszenarios folgend erzeugt wurden. Die Segmente der Spektrogramme 9, die den Im-Tunnel(4)-Soundscapes 10 entsprechen, können leicht identifiziert und von den Vor-Tunnel- und Nach-Tunnel-Segmenten derselben Spektrogramme 9 unterschieden werden.
Ferner gestatten die in 7 gezeigten Spektrogramme 9, die folgenden Beobachtungen vorzunehmen - als ein Beispiel für die Abfolge einer teilweisen Analyse, die durch die wenigstens eine Steuervorrichtung 12 des Erfassungssystems 2 ausgeführt werden kann. Wie bereits zuvor konstatiert, hängt eine beobachtete Verschiebung des spektralen Inhalts der Im-Tunnel(4)-Segmente der Spektrogramme 9 zweifellos mit den innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden Bedingungen der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zusammen. Trotz dieser spektralen Verschiebung bleibt der Charakter des Rollgeräuschs, das durch das Fahrzeug 1 erzeugt wird, erhalten und sticht weiterhin hervor und ist somit für die Extraktion des wenigstens einen spektralen akustischen Merkmals 9 aus den Spektrogrammen 9 verfügbar. Außerdem zeigen die absoluten Schalldruckpegel 9 der Spektrogramme 9 eine Zunahme von mehreren Dezibel aufgrund des Einflusses eines Hallenergieaufbaus, der für innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegende akustische Umgebungen 3, wie etwa Tunnel(4)-Umgebungen 3, typisch ist.
Eine plötzliche Änderung der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 ist aufgrund einer Verschiebung der Frequenzspektren 9 der zwei Soundscapes 10, die durch die Schalldrucksensorvorrichtung 11 erfasst werden, nahezu sofort detektierbar. Daher kann das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal 9 mit dem Frequenzspektrum 9 der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zusammenhängen. Es können statische Aspekte der akustischen Umgebung 3 mit dem Frequenzspektrum 9 in Zusammenhang gebracht werden, um die Detektion eines Schallfeldcharakters und einer Schallreflektivität der Umgebung 3 um das Fahrzeug 1 herum basierend auf dem jeweiligen Frequenzspektrum 9 der Umgebung 3 zu gestatten. Dieses Spektrum 9 bleibt typischerweise konstant, während das Fahrzeug 1 eine im Freien vorliegende Umgebung 3 außerhalb eines Tunnels 4 durchquert.
Wenn das Fahrzeug 1 in einen Tunnel 4 einfährt, ändern sich die Bedingungen der Umgebung 3. Eine Tunnel(4)-Umgebung 3 kann als eine hallige, innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegende akustische Umgebung 3 beschrieben werden. Die Bedingungen für die Schallausbreitung in einer Tunnel(4)-Umgebung 3 können ein Frequenzspektrum 9 ergeben, das sich mit einer spezifischen Verschiebung von dem Frequenzspektrum 9 einer im Freien vorliegenden Umgebung 3 unterscheidet. Das Erfassungssystem 2 des Fahrzeugs 1 kann dazu ausgestaltet werden, die jeweilige Verschiebung des Frequenzspektrums 9 des Audiosignals 10 als in einem Nachhallfeld der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 üblich zu detektieren. Es ist somit möglich, einen Punkt der Einfahrt (5) in einen Tunnel 4 durch das Fahrzeug 1 zu detektieren, indem eine charakteristische Verschiebung des Frequenzspektrums 9 des Audiosignals 10 detektiert wird, die mit den statischen und dynamischen Bedingungen der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 in Zusammenhang gebracht werden kann.
Folglich kann ein Frequenzspektrum 9 einer innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zu seinem im Freien vorliegenden Charakter zurückkehren, wenn das Fahrzeug 1 aus dem Tunnel 4 ausfährt. Die Verschiebung des Frequenzspektrums 9 einer innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 kann sich von einer Tunnel(4)-Umgebung 3 zu einer anderen Tunnel(4)-Umgebung 3 unterscheiden, sollte aber nicht viel Einfluss darauf haben, was ansonsten durch ein menschliches Gehör beobachtet werden kann und psychoakustisch durch den Fahrer des Fahrzeugs 1 empfunden werden würde. Wenn der/die Fahrer(in) eine Geräuschlandschaft der Vor-Tunnel- und Nach-Tunnel-Bedingungen der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 hört, ist er/sie sich einer Größe eines Tunnels 4 außerhalb des Fahrzeugs 1 oder irgendwelcher der in dessen Inneren vorliegenden Eigenschaften nicht bewusst, des Vorhandenseins des Tunnels 4 ist er/sie sich jedoch bewusst - über dessen gesamte innere Länge und mit einer Reaktionszeit, die durch das Gehör des/r Fahrers/in definiert ist. Die Erfassungsvorrichtung 2 ahmt diese menschenartige Fähigkeit zur schnellen und korrekten Detektion, die eng mit den spektralen Verschiebungen der als Spektrogramme 9 verkörperten Soundscapes 10 zusammenhängt, nach.
Lineare Spektrogramme 9 können untere und obere Grenzen eines Frequenzbereichs erkennen lassen, der die plötzlichen Übergänge zwischen innerhalb eines Bauwerks 4 und im Freien vorliegenden akustischen Umgebungen 3 des Fahrzeugs 1 korrekt detektiert. Eine visuelle Hervorhebung absoluter Schalldruckpegel 9, abgebildet auf einer Zeit-Frequenz-Skala des Spektrogramms 9, kann anzeigen, dass ein beobachteter Frequenzbereich, der für das Detektieren von Tunneln 4 relevant ist, stark von den Einstellungen der STFT-Analyse abhängig ist. Als eine Verbesserung kann der Frequenzbereich sowie der dynamische Bereich der Audiosignale 10 angepasst werden, indem Nachverarbeitungs- und Filterungstechniken angewendet werden, um den Frequenzbereich, der zum Detektieren von Übergängen von innerhalb eines Bauwerks 4 zu im Freien vorliegenden akustischen Umgebungen 3 des Fahrzeugs 1, und umgekehrt, von Interesse ist, hervorzuheben.
Die akustischen Umgebungen 3 von kurzen Tunneln 4 und langen Tunneln 4 sind zur gleichen Zeit sowohl gleich als auch verschieden, abhängig von der Art der akustischen Phänomene, die zum Gewinnen der Informationen aus der Umgebung 3 ausgenutzt werden. Beispielsweise sind plötzliche Änderungen der Schalldruckpegel 9 und charakteristische Verschiebungen der Frequenzspektren 9 vorhanden und für alle Tunnel(4)-Umgebungen 3 recht typisch. Kenngrößen 9, die auf dem Schallenergieaufbau oder Schallenergieabbau beruhen, wie etwa die Nachhallzeit 9 oder die laufende frühe Abklingzeit 9, werden hingegen durch die Länge einer Tunnel(4)-Umgebung 3 beeinflusst. Das Leistungsverhalten solcher akustischen Merkmale 9 beim Detektieren tunnelartiger 4 Umgebungen 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 kann sich verbessern, wenn dem Schallfeld um das Fahrzeug 1 herum genug Zeit gelassen wird, seinen halligen Charakter, der einem langen Tunnel 4 zugeordnet ist, zu entwickeln.
Daneben können große Schwankungen der Geometrien von Tunnel(4)-Umgebungen 3 eine andere untere Grenze eines Frequenzbereichs, der die Übergänge zwischen den akustischen Umgebungen des Fahrzeugs 1 verdeutlicht, ergeben. Die untere Grenze eines Frequenzbereichs, der von Interesse ist, kann auch durch eine Hinzufügung eines anderen komplexen Szenarios der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1, wie etwa urbane Szenarios oder ein Autobahnszenario mit parallelen Absperrungen auf beiden Seiten einer Fahrbahn, beeinflusst werden. Trotz solcher Unterschiede kann eine charakteristische, einheitliche und erhebliche Verschiebung der Schallenergiepegel über 1500 Hz, wie in den linearen Spektrogrammen 9 von 7 abgebildet, immer dem Umstand zuschreibbar sein, dass das Fahrzeug 1 mit dem Erfassungssystem 2 zwischen den kaum schallreflektierenden im Freien vorliegenden Umgebungen 3, wie etwa nicht überbauten Landschaften, und stark schallreflektierenden, innerhalb eines Bauwerks 4 vorliegenden Umgebungen 3, wie etwa Tunnel(4)-Umgebungen 3, wechselt.
Daher ist es möglich, das wenigstens eine spektrale akustische Merkmal 9, das aus den Spektrogrammen 9 extrahiert wird, zu verwenden, um den Frequenzbereich des Audiosignals 10 zu definieren, in dem die statischen und dynamischen Aspekte der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 durch das Erfassungssystem 2 korrekt detektiert werden können.
Die Hintergrundgeräusche der Audiosignale 10, die in den Spektrogrammen 9 abgebildet ist, umfassen den kumulierten Einfluss von Umgebungsgeräuschen, Verkehrsgeräuschen und Strömungsgeräuschen aerodynamischer Natur und sind meistenteils im Frequenzbereich unter 500 Hz konzentriert. Daher können Frequenzen unter 500 Hz aus den Audiosignalen 10 entfernt werden, um den Einfluss der Hintergrundgeräusche auf die Soundscapes 10 zu reduzieren, indem ein Zeitbereichs-Hochpassfilter an die Audiosignale 10 angelegt wird. Bei einer anderen Herangehensweise, wie etwa einer STFT, können Spektrallinien unter 500 Hz nach dem Umwandeln der Zeitbereichs-Audiosignale 10 in den Frequenzbereich derselben Signale aus der Analyse verworfen werden.
Folglich können Frequenzbereiche der Audiosignale 10 über 500 Hz verwendet werden, um die Übergänge zwischen innerhalb eines Bauwerks 4 und im Freien vorliegenden Schallfeldern der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zu detektieren.
Außerdem kann eine erhebliche Zunahme der absoluten Schalldruckpegel 9 über 500 Hz einen Beginn einer Tunnel(4)-Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 anzeigen. In ähnlicher Weise kann eine erhebliche Abnahme der absoluten Schalldruckpegel 9 ein Ende 5 einer Tunnel(4)-Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 anzeigen. Schließlich kann ein gleichbleibender Charakter der absoluten Schalldruckpegel 9 das Vorhandensein einer Tunnel(4)-Umgebung 3 außerhalb des Fahrzeugs 1 anzeigen. Zu diesem Zweck kann das wenigstens eine temporäre akustische Merkmal 9 aus den Audiosignalen 10 extrahiert werden, um die akustische Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 im Zeitbereich zu evaluieren und die Ergebnisse der Frequenzbereichsanalyse des wenigstens einen spektralen akustischen Merkmals 9 der Audiosignale 10 zu bestätigen.
8 zeigt eine schematische Darstellung logarithmischer Spektrogramme 9 der Audiosignale 10, die den innerhalb eines Bauwerks 4 und im Freien vorliegenden Soundscapes 10, die in zwei ähnlichen akustischen Umgebungen 3 des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet wurden, entsprechen.
8 umfasst die Segmente der zwei Soundscapes 10, die zuvor in 7 als lineare Spektrogramme 9 abgebildet sind. Die Spektrogramme 9 von 8 umfassen dieselben akustischen Informationen, abgebildet auf einer logarithmischen Frequenzskala statt der linearen Frequenzskala. Der Zweck der logarithmischen Spektrogramme 9 ist, einige der Merkmale der Soundscapes 10, die für das vorliegend vorgestellte Verfahren relevant sind, wie etwa die Tunnel(4)-Einfahrt(5)- und -Ausfahrt(5)-Punkte, den Druckkammer(4)-Effekt des Tunnels 4, Tunnel(4)-Resonanzen und Windgeräusche, um einige zu nennen, besser abzubilden. Außerdem werden die logarithmischen Spektrogramme 9 zum Untersuchen von Hintergrundgeräuschen der Soundscapes 10 verwendet, die - wie in 8 der Fall - vorwiegend auf tiefe Frequenzen der Soundscapes 10 beschränkt sein können, wobei als tiefe Frequenzen alle Frequenzen unter ungefähr 500 Hz eingestuft werden. Diese Informationen können zum Verwerfen des tieffrequenten Inhalts der Audiosignale 10 als für die Bereitstellung einer Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für das Fahrzeug 1, welches das Erfassungssystem 2 mitführt, irrelevant relevant sein.
Die Kontinuität der Daten, die für die Im-Tunnel- und im Freien vorliegenden Segmente der Spektrogramme 9 repräsentativ sind und über Messungen ermittelt wurden, ist eng mit dem stetigen Verkehrsfluss verbunden, der für alle Tunnel(4)-Umgebungen 3 gesetzlich vorgeschrieben ist. Damit können günstige Bedingungen für das Funktionieren des vorgeschlagenen Erfassungssystems 2 wie beabsichtigt erreicht werden. Ein breiter Frequenzbereich, der etwa 2000 Hz abdeckt und über den Tunnel durch das Erfassungssystem 2 wirksam detektiert werden können, ist in etwa zwischen 500 Hz und 2500 Hz enthalten und hat sein Zentrum bei etwa 1 kHz. Dies weist auf die Rollgeräuschkomponente des Immissionsspektrums 9, die durch die Wechselwirkung von Reifen und Fahrbahn des Fahrzeugs 1, das den Tunnel 4 durchquert, zustandekommt.
Die logarithmischen Spektrogramme 9 lassen auch eine erhebliche Zunahme der Schalldruckpegel 9 im Frequenzbereich des Soundscapes 10, der sein Zentrum bei etwa 1 kHz hat, die beobachtbar ist, wenn das Fahrzeug 1 sich im Inneren des Tunnels 4 befindet, erkennen. Die Schalldruckpegel 9 nehmen jedoch an den Tunnel(4)-Einfahrt(5)-Punkten und hin zu den Tunnel(4)-Ausfahrt(5)-Punkten allmählich zu ihren finalen Pegeln hin zu bzw. ab, im Gegensatz zu der spektralen Verschiebung der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1, die nahezu sofort, nachdem das Fahrzeug 1 in den Tunnel 4 einfährt, detektierbar ist. Dieses Phänomen hängt mit einem Druckkammereffekt von Tunnel(4)-Umgebungen 3 zusammen, der mehrere Dezibel zu den Gesamt-Schalldruckpegeln 9, die in einer im Freien vorliegenden Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 aufgezeichnet werden, hinzufügen kann, wenn das Fahrzeug 1 sich weiter in das Innere des Tunnels 4 hinein bewegt. Unter solchen Bedingungen beginnt ein halliger Aufbau von Schallenergie des Tunnels 4, zu der akustischen Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 beizutragen, die ansonsten durch den Einfluss der Schallquellen der Tunnel(4)-Umgebung 3 dominiert wird. Dieser charakteristische Aufbau des Schalldruckpegels 9 sowie dessen spektraler Charakter wird in erster Linie durch die Geometrie einer Tunnel(4)-Umgebung 3 und die Details ihres Aufbaus, wie etwa Eigenschaften der Wandmaterialien und die diesen eigene Fähigkeit zum Absorbieren, Reflektieren und diffusem Reflektieren von Schall, bestimmt. Für eine beliebige gegebene Tunnel(4)-Umgebung 3 wird bei isolierter Betrachtung der Druckkammereffekt 9 auch durch die Anzahl und den Charakter von Schallquellen aus der Tunnel(4)-Umgebung 3 forciert. Der Unterschied ist jedoch nicht so deutlich, wie man annehmen würde, und kann sich auf nur einige Dezibel belaufen, wenn die Anzahl an Schallquellen der Tunnel(4)-Umgebung 3 zunimmt, wobei die Schallquellen durch die den Verkehrsstrom ausbildenden Fahrzeuge 1 verkörpert sind.
Basierend auf den in 8 dargestellten Tunnel(4)-Soundscapes 10 beträgt ein Breitband-Druckkammereffekt 9 schätzungsweise etwa 4 dB der A-bewerteten Skala. Wenn die Beobachtungen auf den Frequenzbereich zwischen 500 Hz und 2 kHz, wie aus den Spektrogrammen 9 detektiert, gerichtet sind, liegt der Druckkammereffekt 9 im ungefähren Bereich zwischen 2 dB und 8 dB, berechnet in 1/1-Oktavfrequenzbändern 9, die aus den Audiosignalen 10 extrahiert werden. Als Bezugspunkt steht eine Zunahme der Schalldruckpegel 9 von 3 dB für eine Verdopplung einer in Schallleistungspegeln 9 angegebenen Quellstärke.
9 zeigt eine schematische Darstellung logarithmischer Spektrogramme 9 der Audiosignale 10, welche die Segmente der im Freien vorliegenden Soundscapes 10 der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 abbilden.
9 bildet die im Freien vorliegenden Segmente der logarithmischen Spektrogramme 9 der in den vorherigen Figuren gezeigten Soundscapes 10 ab. Der Zweck dieser Darstellungen ist, die akustischen Ereignisse der Umgebung 3 des Fahrzeugs 1 zu zeigen, die nichts mit den Merkmalen, die für die Bereitstellung einer Fähigkeit zur Detektion von Tunneln 4 für das Fahrzeug 1 relevant sind, zu tun haben. Die logarithmischen Spektrogramme zeigen akustische Ereignisse, die typisch für Straßenverkehrsszenarios sind, wobei die abgebildeten akustischen Ereignisse eine Sirene eines Verkehrsteilnehmers, ein Überholen durch einen Verkehrsteilnehmer, einen Gangwechsel eines Lkw und ein Langsamerwerden des Fahrzeugs 1, welches das Erfassungssystem 2 mitführt, umfassen.
Bezugszeichen

1: Kraftfahrzeug
2: Erfassungssystem
3: akustische Umgebung des Fahrzeugs
4: Tunnelumgebung
5: Tunnelenden
6: erste die akustische Umgebung betreffende Bedingung
7: zweite die akustische Umgebung betreffende Bedingung
8: dritte die akustische Umgebung betreffende Bedingung
9: akustisches Merkmal
10: Audiosignal
11: Schalldrucksensorvorrichtung
12: Steuervorrichtung
13: Fahrzeugvorrichtung
14: Steuersignal
S1-S6: Schritte zum Ausführen des Verfahrens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017305427 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Detektieren einer Tunnelumgebung (4) um ein Fahrzeug (1) herum durch Erfassen einer akustischen Umgebung (3) des Fahrzeugs (1), folgende Schritte umfassend: - Erfassen der akustischen Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum durch wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung (11) eines Erfassungssystems (2) des Fahrzeugs (1) und Erzeugen eines entsprechenden Audiosignals (10) durch wenigstens eine Steuervorrichtung (12) des Erfassungssystems (2) des Fahrzeugs (1); - Extrahieren wenigstens eines akustischen Merkmals (9) des Audiosignals (10) durch die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) des Erfassungssystems (2), wobei das Audiosignal (10) einem Soundscape der akustischen Umgebung (3) des Fahrzeugs (1) entspricht; - Untersuchen des wenigstens einen akustischen Merkmals (9) des Audiosignals (10), das mit vordefinierten statischen akustischen Aspekten und vordefinierten dynamischen akustischen Aspekten der akustischen Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum zusammenhängt, durch die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) des Erfassungssystems (2) des Fahrzeugs (1); - Detektieren einer Erfüllung einer die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (6) durch das wenigstens eine akustische Merkmal (9) des Audiosignals (10) durch die wenigstens eine Steuervorrichtung (12); und - Versetzen der wenigstens einen Fahrzeugvorrichtung (13) in einen vordefinierten Zustand durch Senden eines Steuersignals (14) durch die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) des Erfassungssystems (2) an die wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung (13) bei der Detektion der Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (8).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion einer Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (6) durch das wenigstens eine akustische Merkmal (9) des Audiosignals (10) durch die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) eine Detektion einer ersten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (6) umfasst, wobei die erste die akustische Umgebung betreffende Bedingung (6) mit einem Übergang von einer im Freien vorliegenden akustischen Umgebung (3) zu einer innerhalb eines Bauwerks (4) vorliegenden akustischen Umgebung (3) des Fahrzeugs (1) zusammenhängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion einer Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (6) durch das wenigstens eine akustische Merkmal (9) des Audiosignals (10) durch die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) eine Detektion einer Erfüllung einer zweiten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (7) umfasst, wobei die zweite die akustische Umgebung betreffende Bedingung (7) die Umgebung (3) außerhalb des Fahrzeugs (1) als eine gleichbleibende hallige akustische Umgebung (3) des Fahrzeugs (1) identifiziert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Detektion einer Erfüllung der die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (6) durch das wenigstens eine akustische Merkmal (9) des Audiosignals (10) durch die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) eine Detektion einer Erfüllung einer dritten die akustische Umgebung betreffenden Bedingung (8) durch das wenigstens eine akustische Merkmal (9) des Audiosignals (10) umfasst, wobei die dritte die akustische Umgebung betreffende Bedingung (8) mit einem Übergang von einer innerhalb eines Bauwerks (4) vorliegenden akustischen Umgebung (3) des Fahrzeugs (1) zu einer im Freien vorliegenden akustischen Umgebung (3) des Fahrzeugs (1) zusammenhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierten statischen akustischen Aspekte der akustischen Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum einen Charakter eines Schallfelds der akustischen Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum und/oder eine Schallreflektivität der akustischen Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum umfassen, wobei der Charakter des Schallfelds durch das Erfassungssystem (2) des Fahrzeugs (1) als ein vordefiniertes, im Freien vorliegendes Halbfreifeld oder als ein vordefiniertes, innerhalb eines Bauwerks (4) vorliegendes Nachhallfeld bestimmt wird; und die Schallreflektivität des Schallfelds durch das Erfassungssystem (2) des Fahrzeugs als eine vordefinierte, kaum schallreflektierende, im Freien vorliegende akustische Umgebung (3) oder als eine vordefinierte, stark schallreflektierende, innerhalb eines Bauwerks vorliegende akustische Umgebung (3) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierten dynamischen akustischen Aspekte der akustischen Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum Schallquellen und/oder Schallempfänger (2) der Umgebung (3) des Fahrzeugs (1), die durch das Erfassungssystem (2) des Fahrzeugs (1) erfasst werden, umfassen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, folgende Schritte umfassend: - Durchführen einer vordefinierten Zeitbereichsanalyse des Audiosignals (10), das dem detektierten Soundscape (10) der Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum entspricht, durch das Erfassungssystem (2) des Fahrzeugs (1); - wobei die Zeitbereichsanalyse ein Extrahieren wenigstens eines vordefinierten temporären akustischen Merkmals (9) des Audiosignals (10) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, folgende Schritte umfassend: Durchführen einer vordefinierten Zeit-Frequenz-Analyse des Audiosignals (10), das dem detektierten Soundscape (10) der Umgebung (3) um das Fahrzeug (1) herum entspricht, wobei die Zeit-Frequenz-Analyse ein Extrahieren wenigstens eines vordefinierten spektralen akustischen Merkmals (9) des Audiosignals (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, folgende Schritte umfassend: - Modifizieren des Audiosignals gemäß der vordefinierten Zeitbereichsanalyse des Audiosignals (10), umfassend eine Reduzierung eines Frequenzbereichs des Audiosignals (10) auf einen beschränkten Frequenzbereich und/oder eine Entfernung von Hintergrundgeräuschen aus dem Audiosignal (10); - wobei der beschränkte Frequenzbereich manuell vorkonfiguriert oder durch ein automatisiertes Prozedere, das Teil des Erfassungssystems (2) ist, eingestellt wird; - wobei die Analyse des Audiosignals in dem beschränkten Frequenzbereich durchgeführt wird.
Erfassungssystem (2) für ein Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass - das Erfassungssystem (2) wenigstens eine Schalldrucksensorvorrichtung (11) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, eine akustische Umgebung (3) außerhalb des Fahrzeugs (1) zu erfassen und ein entsprechendes Audiosignal (10) zu erzeugen; - das Erfassungssystem (2) wenigstens eine Steuervorrichtung (12) umfasst, die dazu ausgestaltet ist, wenigstens ein akustisches Merkmal (9) des Audiosignals (10), das mit statischen Aspekten und dynamischen Aspekten der akustischen Umgebung (3) des Fahrzeugs (1) zusammenhängt, zu untersuchen; die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) des Erfassungssystems (2) dazu ausgestaltet ist, basierend auf dem wenigstens einen akustischen Merkmal (9), das aus dem Audiosignal (10) extrahiert wird, eine Erfüllung einer die akustische Umgebung (3) betreffenden Bedingung zu untersuchen; und - die wenigstens eine Steuervorrichtung (12) dazu ausgestaltet ist, durch Senden eines Steuersignals (14) bei der Detektion der Erfüllung der die Umgebung betreffenden Bedingung (8) wenigstens eine Fahrzeugvorrichtung (13) in einen vordefinierten Zustand zu versetzen.
Fahrzeug, das ein Erfassungssystem (2) nach Anspruch 10 umfasst.