DE102010025703A1

DE102010025703A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausbringung von Streugut auf eine Fahrbahn und mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102010025703A1
Application number: DE201010025703
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-05
Also published as: DE102010025703A8

Abstract

Die Beschreibung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Streugutausbringung auf eine Fahrbahnoberfläche (1a). Die Vorrichtung umfasst einen optischen Oberflächensensor (2) zur Ermittlung zumindest einer Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) und eine Steuerung (7) zur Streugutmengeneinstellung, welche mit dem optischen Oberflächensensor (2) verbunden ist und anhand der zumindest einer Information über die Fahrbahnoberfläche (1a) die auszubringende Streugutmenge einstellt.

Description

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbringung von Streugut auf eine Fahrbahn und auf ein mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Fahrzeug zur Anpassung der auszubringenden Streugutmenge an die tatsächliche Fahrbahnbeschaffenheit.
Bei winterlichen Straßenverhältnissen mit einer schneebedeckten und/oder vereisten Fahrbahn ist es häufig notwendig, Streumittel, wie Rollsplitt oder Salz auszubringen, um die Straßen und Fahrbahnen sicher zu gestalten. Dabei kann Salz (Streusalz) oder ein anderes Enteisungsmittel verwendet werden, um die Fahrbahn eis- und schneefrei zu halten. Es kann auch Split, Sand oder ein anderes Streugut verwendet werden, um vereiste und/oder schneebedeckte Fahrbahnen, Straßen oder Wege befahrbar und begehbar zu halten.
Die Menge des auszubringenden Streumittels hängt dabei von der Schneemenge beziehungsweise der Eisdecke und/oder von der Dicke des Wasserfilms auf der Fahrbahn ab, wenn bei Temperaturen nahe des Gefrierpunkts sich Wasser auf der Fahrbahn befindet. Um eine Fahrbahn vollständig eis- und schneefrei zu halten oder trotz Schnee oder Eisschicht die Griffigkeit zu erhöhen, muss eine ausreichende Menge Streumittel ausgebracht werden. Auf der anderen Seite ist es jedoch im Sinne des Umweltschutzes und zur Kostenersparnis wünschenswert, die Menge des ausgebrachten Streumittels so gering wie möglich zu halten. Dies gilt sowohl für Salz als auch reibungserhöhende Streumittel.
Straßenmeistereien und Räumdienste müssen daher abwägen, wie viel Streumittel bei welchen Gegebenheiten auszubringen sind. Um jedoch ein möglichst geringes Risiko für den Verkehr zu erreichen, wird die auszubringende Streumittelmenge im Normalfall eher zu hoch festgelegt, um eine zuverlässige Enteisung bzw. Sicherung zu erreichen. Ein weiteres Problem ist, dass die Eis- und Schneemenge beziehungsweise die Dicke des Wasserfilms auf der Fahrbahn je nach Niederschlagsmenge oder Straßenzustand bzw. -art stark variieren kann. Um zu gewährleisten, dass immer ausreichend Streumittel ausgebracht wird, wird daher die Streumittelmenge eher zu hoch gewählt werden. Dies führt jedoch zur erhöhten Kosten und zu einer erhöhten Belastung für die Umwelt. Es besteht daher der Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung, mit welcher die tatsächlich notwendige Streugutmenge besser bestimmt werden kann.
Aus der WO 2004 069561 ist ein mechanischer Reibwertsensor bekannt, bei welchem ein zusätzliches nicht angetriebenes Rad vorgesehen ist, welches bezüglich der Fahrtrichtung verdreht angeordnet ist, um eine axiale Kraft auf das Rad zu erzeugen und zu detektieren. Solche mechanischen Sensoren sind jedoch bei kalten Bedingungen oftmals nicht zuverlässig.
Die DE 10 2004 001 046 A1 beschreibt ein optisches Verfahren zur Ermittlung der Dicke von Wasser, Eis, Match oder Schnee auf einer Fahrbahn anhand von an der Fahrbahn reflektiertem Licht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches eine optimierte Anpassung der erforderlichen Streugutmenge erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 7 und ein Fahrzeug nach Anspruch 14.
Das Verfahren zur Steuerung von Streugutausbringung auf eine Fahrbahnoberfläche umfasst ein Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge auf die Fahrbahnoberfläche, ein Detektieren von an der Fahrbahnoberfläche reflektierten Lichts der zumindest einen Wellenlänge, ein Ermitteln zumindest einer Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche anhand des detektierten reflektierten Lichts der zumindest einen Wellenlänge und ein Anpassen einer auf die Fahrbahnoberfläche auszubringende Streugutmenge in Abhängigkeit von der zumindest einen Information.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen optischen Oberflächensensor zur Ermittlung zumindest einer Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche und eine Steuerung zur Streugutmengeneinstellung, welche mit dem optischen Oberflächensensor verbunden ist und anhand der zumindest einen Information über die Fahrbahnoberfläche die auszubringende Streugutmenge einstellt.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Fahrzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung. Die Vorrichtung kann auch dazu ausgelegt sein, nachträglich an ein Fahrzeug, welches zur Ausbringung von Streugut geeignet ist, angebracht zu werden.
Der Begriff Fahrbahn bezieht sich dabei auf den Untergrund, auf dem sich das Fahrzeug bewegt und umfasst neben Autostraßen auch Radwege, Fußwege, Plätze und Anlagen, aber auch jede andere Art von Fläche, welche zur Sicherung des Personen- und/oder Güterverkehrs durch Streumittel abgesichert werden kann.
Das Aussenden und Detektieren von Licht der zumindest einen Wellenlänge durch den optischen Oberflächensensor, um zumindest eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche zu ermitteln, hat den Vorteil, dass die Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche ohne mechanischen Fahrbahnkontakt und damit ohne verschmutzende und wartungsintensive mechanische Einrichtungen auskommt. Die zumindest eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche kann eine Information über den Zustand der Fahrbahnoberfläche umfassten, dass heißt, ob die Fahrbahnoberfläche nass, vereist, schneebedeckt und/oder trocken ist. Die zumindest eine Information kann auch eine Information über eine Dicke eines Wasserfilms oder eine Dicke einer Eisschicht umfassen. Ferner kann das Verfahren und der optische Oberflächensensor dazu ausgelegt sein, eine Information über die Art, insbesondere die Rauhigkeit der Fahrbahnoberfläche zu erhalten, dass heißt eine Information, ob es sich bei der Fahrbahnoberfläche um Asphalt, Beton oder eine andere Oberfläche handelt.
Der Sensor kann an der Unterseite eines Fahrzeugs zur Streugutausbringung angeordnet werden. Die Anordnung des Sensors kann so gewählt werden, dass eine Verschmutzung des Sensors möglichst vermieden wird. Durch die Anordnung des Sensors an der Unterseite des Fahrzeugs kann der aktuelle und tatsächliche Fahrbahnzustand, beziehungsweise die Fahrbahnbeschaffenheit unter dem Fahrzeug erfasst werden. Wenn beispielsweise eine Eisschicht einer bestimmten Dicke ermittelt wurde, kann die Steuerung die auszubringende Streugutmenge entsprechend einstellen, um ein sicheres Abtauen der Eisfläche zu gewährleisten, ohne unnötig viel Streugut auszubringen. Entsprechend kann bei einer bestimmten Wasserfilmdicke und einer Temperatur nahe des Gefrierpunkts eine angemessene Menge an Streumittel ausgebracht werden, um ein Vereisen der Fahrbahnoberfläche zu verhindern.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit die Menge an auszubringendem Streumittel optimal an die tatsächlichen Bedingungen angepasst werden.
Die Anpassung der Streugutmenge in einer Einrichtung zur Ausbringung von Streumitteln, wie sie an Streufahrzeugen üblich ist, ist dem Fachmann an sich bekannt und wird hier nicht im Detail ausgeführt. Es wird jedoch angemerkt, dass die Streugutmenge variabel einstellbar ist, so dass eine bestimmte Streugutmenge pro Intervallfahrbahn ausgebracht werden kann.
Die Informationen über die Fahrbahnbeschaffenheit werden von dem optischen Oberflächensensor bereitgestellt.
Der optische Oberflächensensor der Vorrichtung kann über eine Lichtquelleneinheit zum Aussenden von Licht von zumindest einer Wellenlänge auf den Untergrund und zumindest einen Detektor umfassen, um von dem Untergrund reflektiertes Licht zu detektieren.
Der Oberflächensensor kann neben dem ersten Detektor einen zweiten Detektor umfassen, wobei der erste Detektor zum Erfassen von diffus reflektiertem Licht und der zweite Detektor zum Erfassen von spiegelnd reflektiertem Licht geeignet sind. Es können zumindest zwei Polarisatoren vorgesehen sein, wobei ein erster Polarisator mit einer ersten Polarisationseinrichtung dem ersten Detektor zugeordnet ist. Der Lichtquelleneinheit kann ein Lichtquellenpolarisator und/oder dem zweiten Detektor kann ein zweiter Polarisator zugeordnet sein, dessen Polarisierungsrichtung(en) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisierungsrichtung des ersten Polarisators ausgerichtet ist/sind. Sind zumindest zwei Polarisatoren bzw. Polarisationsfilter vorgesehen, ist der erste Polarisator an dem ersten Detektor angeordnet, welcher nur Lichtwellen in der ersten Polarisationsrichtung zu dem ersten Detektor durchlässt. Ist ein Lichtquellenpolarisator an der Lichtquelleneinheit vorgesehen, ist dessen Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung des ersten Polarisators angeordnet, und das von dem Sensor ausgesandte Licht ist in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung polarisiert, so dass an dem ersten Detektor polarisiertes, spiegelnd reflektiertes Licht herausgefiltert und nur diffus reflektiertes Licht detektiert wird. Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn ein zweiter Polarisator vor dem zweiten Detektor angeordnet ist, dessen Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung ausgerichtet ist. Der zweite Polarisator kann alternativ oder zusätzlich zu dem Lichtquellenpolarisator verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, in der Lichtquelleneinheit bereits polarisiertes Licht zu erzeugen
Die Lichtquelleneinheit kann zum Aussenden von Licht von zumindest zwei voneinander verschiedenen Wellenlängen oder zum Aussenden von mehreren Wellenlängen auf den Untergrund bzw. die Fahrbahnoberfläche ausgelegt sein. Dazu kann die Lichtquelleneinheit beispielsweise mehrere Lichtquellen umfassen. Die Verwendung mindestens zweier, vorzugsweise drei von einander verschiedener Wellenlängen erlaubt es, den Sensor in spektraler Weise zu betreiben. Durch die Verwendung von Wellenlängen, welche z. B. von Eis oder Wasser besonders gut absorbiert werden, können Eis bzw. Wasser auf der Fahrbahn bzw. Fahrbahnoberfläche erkannt werden, wenn das reflektierte Licht der vom Wasser bzw. Eis absorbierten Wellenlänge mit dem einer Referenzwellenlänge verglichen wird. Es ist somit möglich, die Prinzipien der Spektralanalyse und der Diffus- und Spiegelndreflexion in nur einem Gerät, bzw. einem einzigen Gehäuse auszuführen. Die zumindest eine Lichtquelleneinheit, der erste Detektor und gegebenenfalls der zweite Detektor können dazu in einem gemeinsamen einzigen und/oder einstückigen Gehäuse beispielsweise unmittelbar nebeneinander angeordnet sein.
Es kann Licht in zumindest drei voneinander verschiedenen Wellenlängen im Infrarotbereich verwendet werden. Die Lichtquelleneinheit kann dazu mehrere Lichtquellen umfassen. Z. B. kann die Lichtquelleneinheit dazu ausgelegt sein, Infrarotlicht der Wellenlängen 1300 nm, 1460 nm und 1550 nm auszusenden. Während Licht der Wellenlänge 1460 nm besonders gut von Wasser absorbiert wird, wird Licht der Wellenlänge 1550 nm gut von Eis absorbiert. Licht im Bereich von ungefähr 1300 nm kann dann als Referenzwellenlänge verwendet werden. Es können jedoch auch andere Wellenlängen verwendet werden. Insbesondere für die Referenzwellenlänge kann jede andere Wellenlänge verwendet werden, welche weder von Eis noch Wasser nennenswert absorbiert wird. Als wassersensitive Wellenlänge kann auch jede andere Wellenlänge verwendet werden, welche in Wasser erhöht absorbiert wird. Genauso kann als eissensitive Wellenlänge jede Wellenlänge gewählt werden, welche in Eis erhöht absorbiert wird. Andere interessante Wellenlängen umfassen z. B. 1190, 1040, 970, 880 und 810 nm im Infrarotbereich, sowie die sichtbaren Wellenlängen 625, 530 und 470 nm.
Die Lichtquelleneinheit kann dazu ausgelegt sein, Licht genau drei verschiedener Wellenlängen auszusenden. Dazu kann die Lichtquelleneinheit drei Lichtquellen, eine Lichtquelle für jede Wellenlänge aufweisen. Es werden nur die drei Wellenlängen verwendet, um sowohl spektral als auch spiegelnd/diffus reflektiertes Licht zu erfassen, um sowohl die Fahrbahnbeschaffenheit als auch die Art der Fahrbahn zu ermitteln bzw. zu erkennen. Jede der Lichtquellen kann einzeln ansteuerbar und unabhängig von den anderen an- und abschaltbar sein bzw. in der Intensität regulierbar sein.
Darüber hinaus können auch mehr als die oben genannten zwei oder drei voneinander verschiedenen Wellenlängen verwendet werden. Beispielsweise kann die Wellenlänge 625 nm auch zur Messung des diffus und spiegelnd reflektierten Lichts verwendet werden.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, das ausgesendete Licht in der Intensität bzw. Amplitude zu modulieren. Das Modulieren der Intensität oder Amplitude kann durch An- und Ausschalten aller oder einzelner Lichtquellen der Lichtquelleneinheit erfolgen. Das Modulieren der Intensität bzw. das An- und Abschalten kann für jede Wellenlänge der Lichtquelleneinheit oder für jede Lichtquelle der Lichtquelleneinheit separat erfolgen. Beispielsweise kann das Modulieren der Amplitude oder Intensität bzw. das An- und Abschalten für jede Wellenlänge mit der gleichen Frequenz, jedoch phasenverschoben und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgen. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass das Licht unterschiedlicher Wellenlängen zeitlich versetzt oder sequentiell ausgesandt wird. Z. B. kann vorgesehen sein, Licht einer ersten Wellenlänge für ein bestimmtes Zeitintervall auszusenden, dann das Licht der ersten Wellenlänge abzuschalten und eine zweite Wellenlänge einzuschalten usw.. In den Detektoren wird dann jeweils Licht von nur einer Wellelänge detektiert. Dadurch kann eine spektrale Analyse oder Aufspaltung des einfallenden Lichts an den Detektoren vermieden werden. Es sind auch Mischformen verschiedener Modulationstechniken anwendbar, insbesondere frequenz- und amplitudenmodulierte optische Signalzüge mit oder ohne Unterbrechungen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es daher auch, einfache Detektoren als ersten oder zweiten Detektor zu verwenden. Beispielsweise können Photodioden verwendet werden. Der erste Detektor und der zweite Detektor können jeweils eine oder mehrere Photodioden umfassen. Zumindest der erste Detektor kann dazu ausgelegt sein, Licht aller von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Wellenlängen zu erfassen. Der Detektor kann auch alternativ oder ergänzend einen optoelektronischen Chip (z. B. CCD) oder eine andere optische Aufnahmeeinrichtung umfassen.
Der erste und der zweite Detektor können zur Erfassung bzw. zur Ermittlung von spiegelnd reflektiertem und diffus reflektiertem Licht verwendet werden. Zudem kann zumindest einer aus dem ersten und dem zweiten Detektor auch für die spektrale Ermittlung verwendet werden. Zumindest dieser Detektor ist dann dazu ausgelegt, Licht mehrerer Wellenlängen zu detektieren. In diesem Beispiel verfügt der Sensor über genau den ersten Detektor und den zweiten Detektor und es sind keine weiteren Detektoren vorgesehen.
Der Oberflächensensor kann ferner eine Auswerteinrichtung umfassen, welche eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche bzw. des Untergrunds ausgibt.
Mit dem optischen Oberflächensensor kann eine besonders gute Genauigkeit erreicht werden, insbesondere in Bezug auf die Dicke eines Wasserfilms oder die Dicke einer Eisschicht auf der Fahrbahn.
Der Sensor kann insbesondere auch dazu ausgelegt sein, nachträglich an einem vorhandenen Fahrzeug angebracht zu werden.
Der Oberflächensensor kann dabei an einer beliebigen Stelle an der Unterseite des Streufahrzeugs angeordnet sein, und es können hier auch mehrere Oberflächensensoren verwendet werden, um beispielsweise unterschiedliche Fahrbahnbeschaffenheiten auf der rechten Fahrbahnseite, der linken Fahrbahnseite und gegebenenfalls in der Fahrbahnmitte zu erfassen.
Die optischen Oberflächensensoren können im Bereich der Vorderräder, insbesondere auch in der Spur vor den Vorderrädern angeordnet werden, um vor Spritzwasser geschützt zu sein und einen möglichst guten Wert über die tatsächlichen Fahrbahnverhältnisse, beispielsweise auch über Spurrillen zu erhalten.
Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Beispiele der Erfindung lediglich beispielhaft und nicht einschränkend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren angegeben, welche zeigen:
1 ein Streufahrzeug, welches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist;
2 ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
4 ein erfindungsgemäßes Verfahren.
1 zeigt ein Beispiel wie eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung von Streugutausbringung auf eine Fahrbahnoberfläche 1a an einem Streufahrzeug 60 angeordnet sein kann. Das Streufahrzeug 60 kann ein herkömmliches Streufahrzeug sein, wie es im Winterdienst eingesetzt wird. Das Streufahrzeug 60 hat einen Streugutvorratsbehälter 61, beispielsweise auf der Ladefläche und eine Streugutausbringeinrichtung 62. Diese kann gebräuchlichen Streugutausbringeinrichtungen entsprechen, welche für die variable Einstellung der Streugutmenge geeignet sind. Das Streufahrzeug 60 kann weiterhin über weitere für den Winterdienst typische Vorrichtungen wie einen Schneepflug 65, eine Schneefräse oder ähnliches verfügen.
An dem Streufahrzeug 60 ist ferner ein optischer Oberflächensensor 2 so angeordnet, dass der ausgesandte Lichtstrahl 11 im Wesentlichen senkrecht auf die Fahrbahnoberfläche 1a trifft. Im dargestellten Beispiel befindet sich eine Eisschicht 72 der Dicke d2 auf der Fahrbahnoberfläche 1a. Die Fahrbahnoberfläche kann jedoch auch schneebedeckt, nass oder trocken sein oder eine andere Beschaffenheit haben.
Im dargestellten Beispiel ist der optische Oberflächensensor 2 im Bereich der vorderen Stoßstange vor dem Vorderrad 63 angeordnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, den optischen Oberflächensensor 2 an einer anderen Stelle des Streufahrzeugs 60 anzubringen.
Zur Vorrichtung 9 umfasst neben dem optischen Oberflächensensor 2 eine Streumittelsteuerung 7.
2 zeigt eine Vorrichtung 9. Die Vorrichtung 9 verfügt über den Oberflächensensor 2 und eine Steuerung 7 zur Streugutmengeneinstellung. Die Steuerung 7 zur Streugutmengeneinstellung ist mit dem Oberflächensensor 2 verbunden und erhält von diesem eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a. Im dargestellten Beispiel befindet sich ein Wasserfilm 71 der Dicke d1 auf der Fahrbahnoberfläche 1a. Die Fahrbahnoberfläche kann jedoch auch schneebedeckt, vereist oder trocken sein oder eine andere Beschaffenheit haben.
Der Oberflächensensor 2 hierein auch als Sensors 2 zur Erkennung der Beschaffenheit, insbesondere eines Zustands und der Art der Oberfläche einer Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a bezeichnet, ist dazu ausgelegt, an einem Kraftfahrzeug 60 angebracht zu werden.
Der Sensor 2 umfasst in einem Gehäuse 4 drei Einrichtungen, eine Lichtemittereinrichtung 10, eine erste Detektoreinrichtung 20 und eine zweite Detektoreinrichtung 30. Der Lichtemittereinrichtung 10 weist ein Lichtemitterfenster oder eine Lichtemitteröffnung 18 in dem Gehäuse 4 auf, die erste Detektoreinrichtung 20 weist ein erstes Detektorfenster oder eine erste Detektoröffnung 28 in dem Gehäuse 4 auf und die zweite Detektoreinrichtung 30 weist ein zweites Detektorfenster oder eine zweite Detektoröffnung 38 in dem Gehäuse 4 auf. Die Lichtemitteröffnung 18, die erste Detektoröffnung 28 und die zweite Detektoröffnung 38 sind an der gleichen Seite 4a des Gehäuses 4 angeordnet und zu der Fahrbahn 1 hin ausgerichtet, wenn der Sensor 2 betriebsbereit an einem Fahrzeug montiert ist. Der Sensor 2 ist so ausgerichtet, dass der ausgesendete Lichtstrahl 11 ungefähr senkrecht auf die Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a fällt, d. h. die optische Achse des Lichtemitterabschnitts 10a, bzw. die Lichtemitterachse 11a steht im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a.
In dem in den 2 und 3 dargestellten Beispielen sind die Lichtemittereinrichtung 10, die erste Detektoreinrichtung 20 und die zweite Detektoreinrichtung 30 in einer Reihe angeordnet und die Lichtemittereinrichtung 10 ist zwischen der ersten Detektoreinrichtung 20 und der zweiten Detektoreinrichtung 30 angeordnet.
Die Lichtemittereinrichtung 10, die erste Detektoreinrichtung 20 und die zweite Detektoreinrichtung 30 können jedoch auch getrennt voneinander angeordnet sein und müssen nicht in einem Gehäuse zusammengefasst sein.
In der Lichtemittereinrichtung 10 ist eine Lichtquelleneinheit 12 angeordnet, welche zur Aussendung von Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen ausgelegt ist. Die Lichtquelleneinheit 12 kann dazu eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden, eine andere geeignete Lichtquelle oder eine Kombination daraus umfassen und ist dazu geeignet, Licht mehrerer voneinander verschiedener Wellenlängen auszusenden. Beispielsweise kann die Lichtquelleneinheit 12 Licht zumindest mit den Wellenlängen 1300 nm, 1460 nm und 1550 nm aussenden. Die vorgesehenen Wellenlängen können jedoch dem jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.
Der Lichtquelleneinheit 12 ist im in der 2 dargestellten Beispiel in Richtung des ausgesandten Lichtstrahls 11 ein Lichtquellenpolarisator oder Lichtquellenpolarisationsfilter 14 nachgeschaltet, welcher das von der Lichtquelleneinheit 12 ausgesandte Licht in eine vorbestimmte Richtung polarisiert.
Ferner ist eine Emitteroptik 16 vorgesehen, um das ausgesendete Licht entlang eines emittierten Lichtstrahls 11 auf einen bestimmten Bereich auf dem Untergrund oder der Fahrbahn 1 bzw. der Fahrbahnoberfläche 1a unter dem Fahrzeug 60 auszurichten bzw. zu fokussieren.
Die optische Achse der Emitteroptik 16 kann die optische Achse 10a des Lichtemitterabschnitts 10 definieren. Die Emitteroptik 16 kann aus einer Emitterlinse bestehen oder mehrere Linsen und/oder andere optische Element umfassen.
Der erste Detektorabschnitt 20 umfasst einen ersten Detektor 22, beispielsweise eine oder mehrere Photodioden, dazu ausgelegt, Licht aller von der Lichtquelleneinheit 10 ausgesandten Wellenlängen zu detektieren. Der erste Detektor 22 kann dazu auch mehrere nebeneinander angeordnete Photodioden oder einen oder mehrere optoelektronische Einheiten (z. B. CCD, CMOS) umfassen.
An dem ersten Detektor 22 ist eine erste Sammeloptik 26 und ein erster Polarisator oder erster Polarisationsfilter 24 angeordnet. Die erste Sammeloptik 26 kann aus einer einzelnen ersten Sammellinse bestehen oder mehrere Linsen und/oder weitere optische Elemente umfassen. Die Polarisierungsrichtung des ersten Polarisationsfilters 24 ist senkrecht zu der des Lichtquellenpolarisationsfilters 14 und damit im Wesentlichen senkrecht zu der vorbestimmten Polarisierungsrichtung. Spiegelnd reflektiertes, in der vorbestimmten Richtung polarisiertes Licht wird damit herausgefiltert und lediglich diffus reflektiertes Licht gelangt zu dem ersten Detektor 22. Der erste Detektor 22 dient somit als „Streuungsdetektor”.
Eine erste Achse 20a kann im Wesentlichen der optischen Achse der ersten Sammeloptik 26 und/oder des ersten Detektorabschnitts 20 entsprechen und im Wesentlichen parallel zu der Emitterachse 10a, welche im Wesentlichen der optischen Achse der Emitteroptik 16 und/oder des Lichtemitterabschnitts 10 entspricht, ausgerichtet sein.
In dem zweiten Detektorabschnitt 30, welcher auf der dem ersten Detektorabschnitt 20 gegenüberliegenden Seite des Lichtemitterabschnitts 10 in dem Gehäuse 4 des Sensors 2 angeordnet ist, ist ein zweiter Detektor 32 angeordnet.
Der zweite Detektor 32 kann ebenfalls eine Photodiode umfassen, welche dazu ausgelegt ist, zumindest Licht einer von der Lichtquelleneinheit 12 ausgesandten Wellenlängen zu detektieren. Der zweite Detektor 32 kann jedoch ebenfalls mehrere nebeneinander angeordnete Photodioden umfassen und dazu ausgelegt sein, Licht mehrerer verschiedener Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche zu detektieren.
Dem zweiten Detektor 32 ist eine zweite Sammeloptik 36 zugeordnet, um das reflektierte Licht auf den zweiten Detektor 32 zu fokussieren und in diesem zu detektieren. Die zweite Sammeloptik 36 kann aus einer einzelnen zweiten Sammellinse bestehen oder mehrere Linsen und/oder weitere optische Elemente umfassen. Im Gegensatz zu dem ersten Detektor 22, weist der zweite Detektor 32 im in der 1 dargestellten Beispiel keinen Polarisator oder Polarisationsfilter auf. Da bereits das emittierte Licht polarisiert ist, ist dies auch nicht notwendig. Von dem zweiten Detektor wird somit diffus reflektiertes und spiegelnd reflektiertes Licht detektiert, welches entlang des zweiten Detektorstrahlengangs 31 reflektiert wird. Jedoch kann auch der zweite Detektor 32 einen Polarisationsfilter (nicht dargestellt) aufweisen, dessen Polarisationsrichtung parallel zu derjenigen des Emitterpolarisators 16 ist, um lediglich spiegelnd reflektiertes Licht in der zweiten Photodiode 36 zu detektieren.
Eine zweite Achse 30a kann im Wesentlichen der optischen Achse der zweiten Sammeloptik 36 und oder des zweiten Detektorabschnitts 30 entsprechen und im Wesentlichen parallel zu der Emitterachse 10a, welche im Wesentlichen der optischen Achse der Emitteroptik 16 und/oder des Lichtemitterabschnitts 10 entspricht, ausgerichtet sein.
Der beschriebene Sensor kann im sichtbaren Lichtbereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von ungefähr 625 nm betrieben werden, um spiegelnd reflektiertes Licht und diffus reflektiertes Licht zu messen. Aus dem Verhältnis von dem im ersten Detektor 22 gemessenen diffus reflektierten Licht zu dem im zweiten Detektor 32 zusätzlich gemessenen spiegelnd reflektierten Licht kann auf die Fahrbahnhelligkeit und Fahrbahnrauhigkeit geschlossen werden und damit bestimmt werden, ob sich das Fahrzeug beispielsweise auf einer Asphalt- oder Betonfahrbahn befindet.
Der beschriebene Sensor kann auch im Infrarotbereich bei verschiedenen Wellenlängen verwendet werden. Hierzu kann der erste Detektor 22 und/oder der zweite Detektor 32 verwendet werden. Beispielsweise wird Infrarotlicht der Wellenlänge 1460 nm besonders gut von Wasser absorbiert, so dass Licht dieser Wellenlänge bei nasser Fahrbahn nur in geringem Maße zu dem ersten Detektor 22 bzw. dem zweiten Detektor 32 zurückreflektiert wird. Bei trockener Fahrbahn wird diese Wellenlänge dahingegen normal reflektiert. Infrarotlicht der Wellenlänge 1550 nm wird dahingegen gut von Eis absorbiert. Durch Vergleich der Reflexion dieser beiden Wellenlängen und Berücksichtigung einer Referenzwellenlänge kann auf Eis oder Wasser auf der Fahrbahn geschlossen werden. Die Referenzwellenlänge, welche weder von Eis noch von Wasser nennenswert absorbiert wird, z. B. 1300 nm, dient als Bezugsgröße zur Bewertung des Absorptionsgrades der beiden anderen Wellenlängen. Dann können die gemessenen Intensitätsverhältnisse bei den Wellenlängen 1550 nm/1300 nm mit dem Verhältnis 1460 nm/1300 nm in bekannter Weise in Relation gesetzt werden, um Informationen über Wasser und Eis auf der Fahrbahn oder eine trockene Fahrbahn zu erlangen.
Die verschiedenen Wellenlängen können parallel, insbesondere aber sequentiell zeitlich versetzt, ausgesandt werden. Somit wird jeweils nur Licht einer Wellenlänge zu einem Zeitpunkt ausgesandt und dementsprechend detektiert. Dies erlaubt es, auf eine aufwändige spektrale Analyse oder Strahlaufteilung zu verzichten.
Der Sensor 2 verfügt ferner über eine Auswerteinrichtung 50, mit welcher die von dem ersten Detektor 22 und dem zweiten Detektor 32 erfassten bzw. ermittelten Daten verarbeitet werden. Die Auswerteinrichtung 50 kann außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet sein und sich beispielsweise an einem anderen Ort in dem Fahrzeug 60 befinden. Die Auswerteinrichtung 50 kann mit dem ersten Detektor 22 und dem zweiten Detektor 32 über ein Kabel oder eine drahtlose Verbindung verbunden sein. Die Auswerteinrichtung kann auch eine Steuerung für die Lichtquelleneinheit 21 umfassen oder mit einer Steuerung verbunden sein. Die Auswerteinheit 50 und/oder die Steuerung können jedoch auch an oder in dem Gehäuse 4 angeordnet sein bzw. in diese integriert sein, wie mit Bezug auf die 2 dargestellt.
Mit dem beschriebenen Sensor 2 können mit einem kompakten und kostengünstigen Aufbau sowohl spektrale Reflexion, als auch spiegelnde und diffuse Reflexion in kurzer zeitlicher Abfolge gemessen und auf dieser Basis auf Fahrbahnart und -zustand geschlossen werden. Dadurch entsteht eine bessere und genauere Information über die Art und den tatsächlichen Zustand der Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a unter dem Fahrzeug 60. Für die Messung ist nur der eine Sensor 2 erforderlich.
Soll nur spektrale Reflexion gemessen werden, da beispielsweise die Messgenauigkeit dafür ausreichend ist, kann gegebenenfalls der zweite Detektorabschnitt 30 weggelassen werden.
Der Sensor 2 liefert eine Information über tatsächlich auf der Fahrbahn vorhandenes Eis, und welche Dicke d diese Eisschicht hat, beziehungsweise ob ein Wasserfilm auf der Fahrbahn vorhanden ist und gegebenenfalls welche Dicke d er aufweist. Die Steuerung 7 ermittelt beispielsweise anhand einer gespeicherten Tabelle in Abhängigkeit von der mit dem optischen Oberflächensensor 2 ermittelten Information ob, und welche Menge an Streugut mit der Streugutausbringeinrichtung 62 ausgebracht werden soll. Die Streugutausbringeinrichtung 62 wird dann entsprechend angewiesen und die ausgebrachte Menge an Streugut erhöht, verringert oder auch ganz gestoppt.
Es kann auch vorgesehen sein, das unterschiedliche Streumittel für unterschiedliche Fahrbahnbedingungen auf dem Streufahrzeug 60 bevorratet werden, und das je nach Fahrbahnbeschaffenheit und Fahrbahnzustand beispielsweise Split oder Streusalz ausgebracht werden kann.
Wie in der 2 dargestellt, kann die Steuerung 7 als separate Einrichtung zu dem Oberflächensensor 2 ausgeführt sein, und beispielsweise an einem anderen Ort im Streufahrzeug 60 oder an der Streumittelausgabeeinrichtung 62 angeordnet sein. Die Steuerung 7 kann auch in eine der Streumittelausgabeeinrichtung 62 zugeordneten Steuerung integriert sein.
Die 3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Vorrichtung 9. Die mit Bezug auf die 3 dargestellten und beschriebenen Merkmale können je nach Anwendung mit den mit Bezug auf die 2 dargestellten und beschriebenen Merkmalen kombiniert oder ausgetauscht werden.
Der in der 3 dargestellte Sensor 2 entspricht dem mit Bezug auf die 2 beschriebenen Sensor mit dem Unterschied, dass kein Lichtquellenpolarisator vorgesehen ist. Der ausgesandte Lichtstrahl 110 ist in diesem Fall nicht polarisiert. Um dennoch spiegelnd reflektiertes Licht herausfiltern zu können, ist ein zweiter Polarisationsfilter 34 im Strahlengang vor dem zweiten Detektor 32 angeordnet. Die Polarisationsrichtung des zweiten Polarisationsfilters 34 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Polarisationsrichtung des ersten Polarisationsfilters 24. Alle übrigen Elemente des Sensors 2 können denen des mit Bezug auf die 1 dargestellten Sensors entsprechen.
Im in der 3 dargestellten Beispiel befindet sich weder ein Wasserfilm 71 noch eine Eisschicht 72 auf der Fahrbahnoberfläche 1a.
Im in der 3 dargestellten Beispiel ist die erste Achse 20b, welche der optischen Achse der ersten Sammeloptik 26 und/oder des gesamten ersten Detektorabschnitts 20 entsprechen kann, in einem Winkel α zur Emitterachse 10a ausgerichtet, wobei der Winkel α maximal ungefähr 10° beträgt. Entsprechend kann die zweite Achse 30b, welche der optischen Achse der zweiten Sammeloptik 36 und/oder des gesamten zweiten Detektorabschnitts 30 entsprechen kann, in einem Winkel β zur Emitterachse 10a ausgerichtet sein, wobei der Winkel β ebenfalls maximal ungefähr 10° beträgt. Der Schnittpunkt 40 der Emitterachse 10a mit der ersten Achse 20b und/oder der zweiten Achse 30b kann auf der Fahrbahnoberfläche 1a liegen oder in einem Abstand von bis zu 50 cm von der Fahrbahnoberfläche 1a liegen.
Es besteht ferner die Möglichkeit, sowohl einen Lichtquellenpolarisator oder Lichtquellenpolarisationsfilter 14 an der Lichtquelleneinheit 12 vorzusehen, wie mit Bezug auf die 1 beschrieben, als auch einen zweiten Polarisator oder zweiten Polarisationsfilter 34 an dem zweiten Detektor 32. Typischerweise sind dann die Polarisationsrichtungen des Lichtquellenpolarisationsfilters 14 und des zweiten Polarisationsfilters 34 parallel zueinander ausgerichtet. Die Polarisationsrichtungen des Lichtquellenpolarisationsfilters 14 und des zweiten Polarisationsfilters 34 des zweiten Detektors 32 sind jedoch im Wesentlichen senkrecht zu der Polarisationsrichtung des ersten Polarisators oder ersten Polarisationsfilters 24 angeordnet.
In der 3 ist ferner die Auswerteinrichtung 50 innerhalb des Gehäuses 4 des Sensors 2 angeordnet bzw. in das Gehäuse 2 integriert dargestellt. Es versteht sich, dass die Auswerteinheit auch, wie in 1 dargestellt, außerhalb des Sensors 2 vorgesehen sein kann.
Der Sensor 2 und insbesondere die Emitteroptik 16 und die erste Sammeloptik 26 beziehungsweise gegebenenfalls auch die zweite Sammeloptik 36 können dazu ausgelegt sein in einer bestimmten Höhe oder einem bestimmten Höhenbereich über der Fahrbahnoberfläche 1a angeordnet zu werden. Beispielsweise kann der Sensor 2 dazu ausgelegt sein in einer Höhe h beziehungsweise einem Abstand von ungefähr 10 cm bis ungefähr 1 m von der Fahrbahnoberfläche 1a angeordnet zu werden, wobei der Abstand einen jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden kann. Für die Verwendung des Sensors 2 in einem Personenkraftwagen kann die Höhe h im Bereich von ungefähr 10 cm bis 40 cm liegen. Bei einer Verwendung des Sensors 2 in einem Nutzfahrzeug, einem Omibus oder einem Geländefahrzeug kann die Höhe h ungefähr 30 cm bis ungefähr 100 cm betragen, insbesondere in einem Bereich von 50 cm bis 80 cm.
Im in der 3 dargestellten Beispiel ist die Steuerung 7 zur Einstellung der Streugutmenge in dem Gehäuse 4 des optischen Sensors 2 angeordnet, und kann auch in der Auswerteinrichtung 50 integriert sein beziehungsweise mit dieser direkt verbunden sein. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Montage der Vorrichtung 9 an einem bereits vorhandenen Streufahrzeug 60. In diesem Fall gibt die Vorrichtung 9 direkt aus dem Gehäuse 4 ein Steuersignal für die Streugutausbringeinrichtung 62 ab.
4 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur Ermittlung der auszubringenden Streugutmenge. Das Verfahren umfasst den Schritt des Erfassens einer Information 100 über eine Fahrbahnbeschaffenheit beziehungsweise die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a. Das Erfassen der Information 100 über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a umfasst das Aussenden von Licht 110 von zumindest einer Wellenlänge, bevorzugt von mindestens drei voneinander unterschiedlichen Wellenlängen im Infrarotbereich und das Detektieren 120 von an der Fahrbahnoberfläche 1a reflektiertem Licht der drei voneinander unterschiedlichen Wellenlängen. Wie oben beschrieben, kann das Licht der unterschiedlichen Wellenlängen zeitlich versetzt, beispielsweise mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert oder phasenverschoben mit gleicher Frequenz moduliert ausgesendet und dementsprechend detektiert werden.
Aus dem Verhältnis der Intensitäten des reflektieren Lichts der unterschiedlichen Wellenlängen, beziehungsweise des Verhältnisses aus diffus reflektierten und spiegelnd reflektierten Licht wird dann ermittelt, 150 ob die Fahrbahnoberfläche 1a trocken, nass, eisig, schneebedeckt ist oder eine andere Beschaffenheit hat. Es wird ebenfalls in diesem Schritt die Dicke d1 des Wasserfilms 71 ermittelt, wenn die Fahrbahn nass ist, beziehungsweise die Dicke d2 der Eisschicht 72 ermittelt, wenn die Fahrbahn eisbedeckt ist.
Wurde eine eisbedeckte Fahrbahnoberfläche 1a erkannt und die Dicke d2 der Eisschicht 72 ermittelt, wird in einem Auswertschritt 200 bestimmt, welche Streugutmenge für die Dicke d2 der Eisschicht 72 auszubringen ist und in einem Anweisungsschritt 300 die Streugutausbringeinrichtung 62 entsprechend angewiesen diese Menge an Streumittel auszubringen.
Entsprechend wird, wenn die Fahrbahn 1 als nass erkannt wurde, eine bestimmte Wasserfilmdicke d1 bestimmt wurde und gegebenenfalls die Temperatur in der Nähe des Gefrierpunktes, beispielweise unter +3°C, liegt, eine entsprechende Streumittelmenge im Auswertschritt 200 bestimmt und eine entsprechende Anweisung 300 an die Streumittelausbringeinrichtung 62 übermittelt. Entsprechend kann eine bestimmte Streumittelmenge bei einer schneebedeckten Fahrbahn und einer bestimmten Schneedickenschicht bestimmt werden.
Die Bestimmung der Streumittelmenge kann anhand einer gespeicherten Tabelle erfolgen.
Die vorangehende Beschreibung wurde im Hinblick auf die in den Figuren dargestellten Beispiele gegeben. Jedoch wird der Fachmann die angegebenen Beispiele ohne weiteres modifizieren oder kombinieren und die Streugutart und Menge entsprechend anpassen. Auch wird der Fachmann weitere Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens finden, beispielsweise die Anbringung an anderen Stellen eines Fahrzeugs.
Der Fachmann wird ebenfalls andere als die angegebenen Wellenlängen in Erwägung ziehen um die Messergebnisse an unterschiedliche Anforderungen anzupassen. Es versteht sich, dass die angegebenen Wellenlängen nicht auf genau die Werte eingeschränkt sind, sondern einen Wellenlängenbereich umfassen können, welcher die angegebenen diskreten Wellenlängen enthält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004069561 [0005]
DE 102004001046 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Steuerung von Streugutausbringung auf eine Fahrbahnoberfläche (1a), wobei das Verfahren umfasst: – Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge auf die Fahrbahnoberfläche (1a); – Detektieren von an der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektiertem Licht der zumindest einen Wellenlänge; – Ermitteln zumindest einer Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) anhand des detektierten, reflektierten Lichts der zumindest einen Wellenlänge; und – Anpassen einer auf die Fahrbahnoberfläche (1a) auszubringenden Streugutmenge in Abhängigkeit von der zumindest einen Information.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Information umfasst, ob die Fahrbahnoberfläche (1a) nass, vereist, schneebedeckt und/oder trocken ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest eine Information eine Dicke (d1) eines Wasserfilms (71) oder eine Dicke (d2) einer Eisschicht (72) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aussenden von Licht und das Detektieren des an der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektierten Lichts Licht von drei unterschiedlichen Wellenlängen im Infrarotbereich umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Detektieren des an der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektierten Lichts das Detektieren von diffus reflektiertem und spiegelnd reflektiertem Licht umfasst.
Verwendung eines optischen Oberflächensensors (2) zur Anpassen einer auszubringenden Streugutmenge.
Vorrichtung (9) zur Steuerung von Streugutausbringung auf eine Fahrbahnoberfläche (1a), wobei die Vorrichtung umfasst: einen optischen Oberflächensensor (2) zur Ermittlung zumindest einer Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a), und eine Steuerung (7) zur Streugutmengeneinstellung, welche mit dem optischen Oberflächensensor (2) verbunden ist und anhand der zumindest einen Information über die Fahrbahnoberfläche (1a) die auszubringende Streugutmenge einstellt.
Vorrichtung (9) nach Anspruch 7, wobei die zumindest eine Information über die Beschaffenheit umfasst, ob die Fahrbahnoberfläche (1a) nass, vereist, schneebedeckt und/oder trocken ist.
Vorrichtung (9) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die zumindest eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) eine Dicke (d1) eines Wasserfilms (71) oder eine Dicke (d2) einer Eisschicht (72) umfasst.
Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der optische Oberflächensensor (2) umfasst: – eine Lichtquelleneinheit (12) zum Aussenden von Licht von zumindest einer Wellenlänge auf den Untergrund (1) und – zumindest einen ersten Detektor (20, 30), um von der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektiertes Licht zu detektieren
Vorrichtung (9) nach Anspruch 10, wobei die Lichtquelleneinheit (12) und der zumindest eine Detektor (20) in einem Gehäuse (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, zudem umfassend zumindest einen zweiten Detektor zum Erfassen von spiegelnd reflektiertem Licht.
Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Lichtquelleneinheit (12) drei Lichtquellen zur Aussendung von Licht dreier unterschiedlicher Wellenlängen umfasst.
Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, welcher zur Anbringung an einem Streufahrzeug (60) geeignet ist.
Fahrzeug (60) mit einer Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 10 bis 14.