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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Informationen zu einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Als Windschutzscheibe wird eine Scheibe, bspw. eine Glasscheibe, bezeichnet, die dem Fahrer eines Fahrzeugs die Sicht nach vorne ermöglicht und ihn gleichzeitig vor Wind, Wetter und Teilchen schützt.
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In Fahrzeugen werden automatische Systeme eingesetzt, die die Benetzung der Windschutzscheibe durch Regen oder Schnee erkennen und daraufhin das Scheibenwischersystem aktivieren. Diese Systeme sind üblicherweise mit einem Infrarotsender/Empfängersystem ausgerüstet, das die Veränderung der Reflexion an der Scheibe bei aufliegender Nässe, bspw. durch Regen oder Schnee, nutzen, um ein Signal für eine übergeordnete Steuereinheit zu generieren, die dann wiederum die Steuerung der Wischer bedarfsgerecht regelt. Zu beachten hierbei ist, dass bedingt durch das Messprinzip Störungen, bspw. durch Fremdlicht, z. B. durch die Sonne, auftreten können, die zu Fehlauslösungen führen können.
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Im Umfeld des automatisierten oder hochautomatisierten Fahrens kommt der Windschutzscheibe eine zusätzliche wichtige Funktion zu. Diese muss immer sauber und reflexionsfrei sein, um den dahinter angebrachten zusätzlichen Kamerasystemen einen ungestörten Blick auf das Geschehen vor dem Fahrzeug zu ermöglichen.
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Es hat sich nunmehr gezeigt, dass derzeit verwendte Systeme nicht zwischen Regen, Schnee und Staub unterscheiden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Bestimmen von Informationen zu einer Windschutzscheibe, bspw. zum Erfassen von Informationen zu dem Zustand der Windschutzscheibe, und sieht vor, dass mit mindestens einem ersten Sensor erste Daten erfasst werden, die Schwingungen der Windschutzscheibe repräsentieren, und mit mindestens einem optischen Sensor Bilddaten erfasst werden. Es werden dann die ersten Daten und die ersten Bilddaten ausgewertet, um die Informationen zu der Windschutzscheibe zu bestimmen.
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Die Informationen zu der Windschutzscheibe können sich auf den Zustand der Windschutzscheibe beziehen und/oder bspw. auch darauf, ob diese Schnee, Regen, Graupel, Hagel, Teilchen usw. ausgesetzt ist.
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Der erste bzw. die ersten Sensoren sind dazu eingerichtet Schwingungen, insbesondere mechanische Schwingungen, der Windschutzscheibe aufzunehmen. Hierzu können bspw. auch Mikrofone eingesetzt werden. Als optische Sensoren können bspw. Kameras eingesetzt werden, die Bilddaten liefern, die den Bereich um die Windschutzscheibe oder auch den Sichtbereich, den die Windschutzscheibe einem Fahrer bietet, beschreiben.
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Die ersten Daten und die Bilddaten können miteinander verknüpft bzw. fusioniert werden, so dass zweite Daten erzeugt werden, die zum Bestimmen der Informationen ausgewertet werden.
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Die ersten Daten können ein akustisches Signal repräsentieren. D. h. die Schwingungen liegen im hörbaren Bereich. Zu deren Aufnahme bietet sich der Einsatz von Mikrofonen an.
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Weiterhin kann wenigstens ein erster Sensor von dem mindestens einen ersten Sensor im Bereich der Windschutzscheibe vorgesehen sein. Der erste Sensor befindet sich dann in der Nähe der Scheibe oder sogar kontaktbehaftet an der Scheibe.
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In einer weiteren Ausführungsform werden Daten spektral analysiert, so dass Spektraldaten erzeugt werden, die zum Bestimmen der Informationen ausgewertet werden. In diesem Fall können die ersten Daten, die Bilddaten und/oder die zweiten Daten spektral analysiert werden. Für die weitere Verarbeitung werden dann die erzeugten Spektraldaten zumindest ergänzend herangezogen.
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Es wurde somit ein Verfahren bzw. eine Methode entwickelt, das bzw. die zusätzliche Informationen über den Zustand der Windschutzscheibe liefern kann und somit eine erhöhte Sicherheit für autonom fahrende und auch herkömmliche Fahrzeuge bietet.
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Insbesondere für den Fall, dass die Sicht durch Sand und/oderStaub getrübt wird, kann mit einer Sensorfusion mit den optischen Daten eine Erkennung von schleichendem Belag auf der Scheibe erkannt werden.
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Zu diesem Zweck existieren in heutigen Fahrzeugen Regensensoren. Mit Hilfe von Sensorfusion aus optischem Sensor, bspw. Kamera, und dem mindestens einen vorgeschlagenen ersten Sensor ist es langfristig möglich, auf einen speziellen Regensensor zu verzichten.
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Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, ein Verfahren bzw. ein System für eine automatische Scheibenreinigung zu realisieren. Das vorgestellte Verfahren kann auch in bestehenden Fahrzeugen implementiert werden, wozu typischerweise lediglich eine nachträgliche Software-Aufrüstung erforderlich ist, ohne die Hardware des Fahrzeugs zu ändern.
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Auf diese Weise kann eine Erweiterung der Funktionalität vorgenommen werden. Die ermöglichten zusätzlichen Features der Detektion sind insbesondere im Bereich von Carsharing und für Flottenbetreiber von Interesse.
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Für die Detektion des Zustands der Windschutzscheibe wird in Ausgestaltung das akustische Signal bzw. eine akustische Information der Vibrationen bzw. Schwingungen herangezogen und entsprechend verarbeitet. Eine mögliche Variante ist die Anbringung eines oder mehrerer zusätzlicher Sensoren an der Windschutzscheibe oder in unmittelbare Nähe der Windschutzscheibe.
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Durch eine spektrale Analyse des akustischen Signals lassen sich die unterschiedlichen Situationen erkennen. Dadurch können unterschiedliche Objekte, wie bspw. Regen, Schnee, Staub, Sand, Steinschlag, Insekten, Glasbruch, Verschleiß der Scheibenwischer-Blätter, gewaltsames Öffnen des Fahrzeugs und andere Ereignisse, detektiert werden.
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Zum Teil lassen sich die Zusatzfunktionen auch schon mit im Fahrzeug vorhandenen Mitteln detektieren, z. B. wenn das Mikrofon-Signal einer Freisprecheinrichtung bzw. eines Navigationssystems benutzt und entsprechend verarbeitet wird.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Windschutzscheibe mit einer Ausführungsform der Anordnung zum Durchführen einer möglichen Ausführung des vorgestellten Verfahrens.
- 2 zeigt in einem Flussdiagramm einen weiteren möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Windschutzscheibe, zu der Informationen gemäß dem vorgestellten Verfahren erfasst werden und die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Windschutzscheibe 10 ist in diesem Fall aus einem Verbundglas gefertigt.
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An der Windschutzscheibe 10 wird an mehreren Stellen jeweils ein erster Sensor 12 angebracht, wobei die ersen Sensoren 12 die mechanischen Schwingungen der Windschutzscheibe 10 erfassen bzw. detektieren. Die Schwingungen werden üblicherweise als Körperschall bezeichnet. Grundsätzlich kann auch nur ein erster Sensor 12 vorgesehen sein.
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Weiterhin ist ein optischer Sensor 14 vorgesehen, der Bilddaten zu der Windschutzscheibe 10 erfasst. In diesem Fall ist der optische Sensor 14, bspw. eine Kamera, hinter der Windschutzscheibe 10 so angeordnet, so dass dieser das Sichtfeld des Fahrers abdeckt. Die Darstellung zeigt weiterhin eine Anordnung 16 zum Durchführen des vorgestellten Verfahrens, die die durch die Sensoren 12 und 14 erfassten Daten auswertet. Des Weiteren ist ein Scheibenwischer 22 dargestellt.
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Zu beachten ist, dass Objekte, die auf die Windschutzscheibe 10 auftreffen, Schwingungen erzeugen, die durch das Verbundglas zu diesem Sensor geführt. Diese Schwingungen werden hierin im weiteren als „Geräusch“ bezeichnet.
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Die ersten Sensoren 12, die auch als Messaufnehmer bezeichnet werden, können mit verschiedenen Systemen umgesetzt sein. So können bspw. Tauchspulensysteme, wie bei Mikrofonen, oder auch Piezo-Aufnehmer eingesetzt werden. Als neues mögliches Prinzip sind hier auch MEMS-Sensoren/Mikrofone (MEMS: Micro-Electro-Mechanical-Systems) nutzbar. Die Daten bzw. Signale werden dann einer elektronischen Auswerteeinheit 18 in der Anordnung 16 zugeführt, die die Signalanalyse übernimmt und daraus Informationen gewinnt und diese z. B. an eine übergeordnete Einheit 20, bspw. einen Bodycomputer, weiterleitet.
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Aus den Signalen der ersten Sensoren 12, die auch als Körperschallmessaufnehmer bezeichnet werden können, lassen sich durch gezielte Filterung oder durch auf die Windschutzscheibe 10 trainierte Kl-Algorithmen (Kl: Künstliche Intelligenz) Informationen berechnen.
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Die primäre Funktion ist das Detektieren des Auftreffen von Hydrometeoren auf die Windschutzscheibe 10:
- Hierbei handelt es sich um Regen, Schnee und/oder Graupelteilchen. Aus den Daten bzw. Signalen lässt sich die Stärke und Anzahl bzw. Menge ermitteln, was dann übergeordnet der Einstellung der Wischerhäufigkeit dienen kann.
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Die Information kann auch genutzt werden, um die automatisierte Reaktion zu verfeinern. Bei Staub-oder Insekten-Erkennung kann bspw. das Wischen mit Befeuchtung durch die Scheibenreinigungsanlage erfolgen.
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Als sekundäre Funktionen ergeben sich vier Fälle:
- Die Erkennung von größeren Objekten, die auf die Windschutzscheibe 10 während der Fahrt auftreffen. Hierbei handelt es sich bspw. um Steinschlag oder um größere Teile, wie bspw. Metall, Holz oder Kunststoffteile, die von der Fahrbahn auf die Windschutzscheibe 10 treffen.
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Mithilfe der Sensorsignale lassen sich Einschläge, auftretende Krater oder Risse im Glas bzw. Verbundglas sowie ein Glasbruch bereits während der Fahrt ermitteln. Damit ist frühzeitig eine Information des Fahrers oder der Assistenzsysteme möglich, so das gefährliche Momente vermieden werden können.
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Für Flottenbetreiber, Carsharing-Unternehmen bietet sich dann sogar die Möglichkeit, im Feld direkt bei Rückgabe des Fahrzeugs eine Reparatur oder einen Tausch der Scheibe zu veranlassen. Eine Rückmeldung durch den Fahrer ist daher nicht mehr erforderlich.
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Die zweite sekundäre Funktion ist die Überwachung des Scheibenwischers 22:
- Falls der Scheibenwischer 22 auf einer trockenen Scheibe wischt, kann dies anhand des Geräusch frühzeitig erkannt und per Scheibenwischanlage durch Befeuchtung vermieden werden. Der Scheibenwischer 22 hat damit eine längere Lebensdauer. Wenn sich die Geräusche des Wischvorganges ändern, kann ebenso auf einen Verschleiß des Scheibenwischers 22 geschlossen werden.
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Für Flottenbetreiber, Carsharing-Unternehmen bietet sich damit die Möglichkeit, im Feld direkt bei Rückgabe des Fahrzeugs eine Reparatur oder einen Tausch des Scheibenwischers 22, wenn dies nötig ist, zu veranlassen. Eine Rückmeldung durch den Fahrer ist damit nicht mehr notwendig.
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Die dritte sekundäre Funktion kann in der Überwachung der Windschutzscheibe 10 im abgestellten Zustand des Fahrzeugs sein und als Zusatzinformation für eine Alarmanlage den Glasbruch erkennen.
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Die vierte sekundäre Funktion ist die Erkennung von insbesondere lauten Umgebungsgeräuschen, die sich von der großen Windschutzscheibe 10, wie bspw. ein großes Mikrofon als erster Sensor 12 auf den Messaufnehmer übertragen. Ein Ausfiltern von z. B. Signalhörnern, nämlich Hup-Geräusche eines anderen Fahrzeugs oder Folgetonhörner, bspw. Martinshorn, von Einsatzfahrzeugen, ist damit möglich und kann dem Fahrer oder den Fahrerassistenzsystemen weitere Informationen liefern, noch bevor Radar oder Kamerasysteme ein solches Fahrzeug im Einsatz sehen.
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Aufgrund des geringen benötigten Bauraums und der Ausbreitung des Körperschalls in der Windschutzscheibe 10 kann der erste Sensor 12 flexibel an verschiedenen Stellen befestigt sein so das z. B. auch auf Design-Wünsche beim Fahrzeugbau Rücksicht genommen werden kann.
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Bei Regen wird der Scheibenwischer 22 aktiviert. Dies stellt die Primärfunktion dar. Alternativ oder ergänzend können sekundäre Funktionen, wie bspw. die Wischerüberwachung oder ähnliche Funktionen genutzt werden, die nicht durch rein optische Systeme, bspw. ein herkömmlicher Regensensor mit optischer Detektion oder Kamerasystem, realisiert werden können.
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2 zeigt in einem Flussdiagramm eine mögliche Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens. In einem ersten Schritt 50 werden erste Daten 52 erzeugt, die Schwingungen einer Winschutzscheibe beschreiben. In einem zweiten Schritt 54 werden optische Daten bzw. Bilddaten 56 erfasst. Die ersten Daten 52 und die Bilddaten 56 werden in einem Schritt 58 miteinander verknüpft, so dass zweite Daten 60 erzeugt werden, die in einem abschließenden Schritt 62 ausgewertet werden.
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Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass Daten, bspw. die ersten Daten, zweiten Daten und/oder Bilddaten spektral analysiert werden. Es können dann die erzeugten Spektraldaten bei der weiteren Verarbeitung und insbesondere bei der Auswertung verwendet werden.
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Das vorgestellte Verfahren kann in jedem Fahrzeug eingesetzt werden, das aus den erzeugten Daten durch Sensorfusion weiteren Nutzen für Fahrerassistenzsysteme ziehen kann. Der Einsatz von automatisierten und hochautomatisierten Fahrzeugen wird auf diese Weise unterstützt.