DE102010025704A1

DE102010025704A1 - Warnsystem, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgabe einer Warnung an einen Fahrer eines Fahrzeuges bei gefährlichen Fahrbahnzuständen

Info

Publication number: DE102010025704A1
Application number: DE102010025704A
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

Abstract

Die Beschreibung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Information eines Fahrers (66) eines Fahrzeugs (60) über eine gefährliche Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche (1a). Das Verfahren umfasst ein Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge auf die Fahrbahnoberfläche (1a) unter dem Fahrzeug (60), ein Detektieren von an der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektiertem Licht der zumindest einen Wellenlänge, ein Ermitteln (200) anhand des detektieren reflektierten Lichts, ob eine gefährliche Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) vorliegt und ein Ausgeben einer Rückmeldung (300) über ein Lenkrad (65) an den Fahrer (66), wenn die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) als gefährlich ermittelt wurde.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Warnsysteme, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgabe einer Warnung an einen Fahrer eines Fahrzeugs bei gefährlichen Fahrbahnzuständen.
Zur Warnung vor Fahrbahnglätte oder anderen gefährlichen Fahrbahnzuständen verfügen moderne Kraftfahrzeuge meist standardmäßig über Außentemperatursensoren mit einer entsprechenden Anzeige, um dem Fahrer oder Fahrzeuginsassen einen optischen oder akustischen Warnhinweis zu geben, wenn die Außentemperatur beispielsweise unter z. B. +3°C sinkt. Damit soll vornehmlich der Fahrer vor dem Auftreten von möglicher Eisglätte oder winterlichen Straßenverhältnissen gewarnt werden. Solche Warnhinweise sind jedoch nur allgemeiner Natur und sind unabhängig vom tatsächlichen Fahrbahnzustand, so dass sie vom Fahrer und/oder einem Fahrzeuginsassen, wenn überhaupt, nur als Randinformation wahrgenommen werden. In der Praxis werden solche Temperaturhinweise häufig ignoriert.
Aus der DE 10 2005 018 471 A1 ist bekannt, ein Lenkraddrehmoment in Abhängigkeit eines instabilen Fahrzustandes zu reduzieren. Der instabile Fahrzustand kann unter anderem anhand der Auswertung der Gierraten erkannt werden. Es ist auch möglich zusätzlich die Querbeschleunigung für die Erkennung des instabilen Fahrzustandes heranzuziehen. Die Beeinflussung des Lenkraddrehmomentes erfolgt jedoch erst, wenn bereits ein instabiler Fahrzustand besteht.
Die DE 10 2007 050 188 A1 beschreibt ebenfalls die Beeinflussung eines Lenkmomentes zur Stabilisierung eines Fahrzeugs. Zur Bestimmung des Lenkmoments kann auch auf unterschiedliche Reibwerte zwischen der Fahrbahn eingegangen werden.
Die im Stand der Technik genannten Vorrichtungen und Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass eine Warnung des Fahrers erst erfolgt, wenn bereits eine kritische Fahrsituation erreicht wurde.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 zur Information eines Fahrers eines Fahrzeugs über eine gefährliche Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug, welches mit solch einer Vorrichtung ausgerüstet ist, beziehungsweise welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Das Verfahren umfasst die Schritte eines Aussendens von Licht zumindest einer Wellenlänge auf die Fahrbahnoberfläche 1a unter dem Fahrzeug, ein Detektieren von einer Fahrbahnoberfläche reflektiertem Licht der zumindest einen Wellenlänge, ein Ermitteln anhand des detektierten reflektierten Lichts, ob eine gefährliche Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche vorliegt und ein Ausgeben einer Rückmeldung über ein Lenkrad an den Fahrer, wenn er die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche als gefährlich ermittelt wurde.
Die Vorrichtung umfasst einen optischen Oberflächensensor zur Ermittlung zumindest einer Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche und einer Ausgabeeinrichtung, welche eine Rückmeldung über ein Lenkrad an den Fahrer ausgibt, wenn die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche als gefährlich ermittelt wurde.
Mit dem optischen Oberflächensensor kann berührungsfrei die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche erfasst werden und dem Fahrer eine entsprechende Information über das Lenkrad vermittelt werden. Die Verwendung des optischen Oberflächensensors erlaubt es die Warnung vor einem gefährlichen Fahrbahnzustand abzugeben, sobald sich das Fahrzeug auf der gefährlichen Fahrbahnoberfläche befindet. Die Information kann somit an den Fahrer ausgegeben werden, bevor eine instabile Fahrsituation entsteht, wie sie durch Gierratensensoren und/oder Querbeschleunigungssensoren detektiert wird. Eine instabile und gefährliche Fahrsituation kann somit vermieden werden. Die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche kann als gefährlich ermittelt werden, wenn die Fahrbahnoberfläche beispielsweise als schneebedeckt, vereist und/oder auch als nass ermittelt wurde, das heißt das der Fahrbahnzustand auf einen verringerten Reibwert schließen lässt. Die Fahrbahnbeschaffenheit kann jedoch auch die Art einer Fahrbahn, wie Beton, Asphalt oder eine Fahrbahnverschmutzung oder die Rauhigkeit der Fahrbahnoberfläche umfassen.
Die Rückmeldung an den Fahrer kann beispielsweise durch eine Vibration des Lenkrads, an oder im Lenkrad vermittelt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, die Rückmeldung durch eine Veränderung der Lenkkräfte beziehungsweise des Lenkmomentes am Lenkrad an den Fahrer zu übermitteln. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein auf einem rutschigen Untergrund mit geringem Reibwert, wie auf einer vereisten oder schneebedeckten Fahrbahn, vorzusehen die Lenkkraft beziehungsweise das Lenkmoment spürbar abzusenken. Beispielsweise kann der ohnehin auftretende Effekt einer Verringerung der Lenkkräfte auf einer Fahrbahnoberfläche mit geringem Reibwert noch zusätzlich zu verstärkt werden, um dem Fahrer intuitiv das Gefühl einer rutschigen Fahrbahn zu vermitteln.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein die Lenkkräfte zu erhöhen, um z. B. das Risiko eines Übersteuerns zu verringern.
Die Verwendung eines optischen Oberflächensensors hat den Vorteil, dass die tatsächliche Fahrbahnbeschaffenheit besonders zuverlässig und berührungsfrei gemessen werden kann. Ferner liefert der optische Oberflächensensor auch bei einem stehenden Fahrzeug eine Information über die Fahrbahnbeschaffenheit.
Der optische Oberflächensensor 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.
Der Oberflächensensor ist auch dazu geeignet, die Dicke eines Wasserfilms auf der Fahrbahnoberfläche oder die Dicke einer Eisschicht zu erkennen, so dass zum Beispiel bei einer nassen Fahrbahn erst ab einer bestimmten Wasserfilmdicke, ab welcher zum Beispiel Aquaplaning entstehen kann, die Information an den Fahrer übermittelt wird.
Auch können vor der Abgabe der Information an den Fahrer weitere Informationen einfließen. Beispielsweise kann die Warnung beziehungsweise Information an den Fahrer nur abgegeben werden, wenn sich das Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, die Warnung bei nasser Fahrbahn nur abzugeben, wenn die Wasserfilmdicke größer als beispielsweise 5 mm oder größer als 1 cm ist und gleichzeitig die Fahrgeschwindigkeit größer als beispielsweise 60 km/h oder beispielsweise 80 km/h ist. Damit kann sichergestellt werden, dass die Warnung beziehungsweise die Information an den Fahrer auch nur in solchen Situationen abgegeben wird, wenn Aquaplaning tatsächlich auftreten kann.
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 Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine erstes Beispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung;
3 eine zweites Beispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Beschreibung; und
4 schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren.
1 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung 9 zur Information eines Fahrers 66 eines Fahrzeugs 60 über eine gefährliche Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche 1a. Das Fahrzeug 60 kann jede Art von Kraftfahrzeug sein, beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug, ein Nutzfahrzeug wie ein Lastwagen, ein Omnibus aber auch jedes andere Fahrzeug.
Wie bei Kraftfahrzeugen üblich, steuert der Fahrer 66 das Fahrzeug 60 über ein Lenkrad 65. Um das Steuern beziehungsweise Lenken zu erleichtern, ist das Fahrzeug 60 mit einer Lenkunterstützung ausgestattet. Dazu sind elektrische beeinflussbare Servolenkungen üblich, die Beschreibung kann jedoch auch auf andere beispielsweise mechanische oder hydraulische oder pneumatische Servolenkungen oder andere regelbare Lenkkraftunterstützungen angewendet werden. Das System ist dazu ausgelegt mittels einer Steuerung 7 die Lenkkraft zu verändern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass durch eine manuelle Betätigung der Steuerung 7 die Lenkkräfte beispielsweise zum Einparken des Fahrzeugs 60 erheblich reduziert werden können. Solche Systeme sind dem Fachmann bekannt.
Das dargestellte Fahrzeug 60 ist mit einem optischen Oberflächensensor 2 beziehungsweise einem Sensor 2 ausgestattet, welcher an der Unterseite des Fahrzeugs 60 so angeordnet ist, dass ein ausgesendeter Lichtstrahl 11 im Wesentlichen senkrecht auf die Fahrbahnoberfläche 1a der Fahrbahn 1 gerichtet ist.
Der Sensor 2 kann im vorderen Bereich des Fahrzeugs, insbesondere in Fahrtrichtung 6 vor den Vorderrädern 63 des Fahrzeugs 60 angeordnet sein, wodurch eine frühzeitige Warnung beziehungsweise Information bezüglich der Fahrbahnbeschaffenheit erreicht werden kann.
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 Detektoreinrichutung 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 sich 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.
Die Auswerteinrichtung 50 kann mit der Steuerung 7 verbunden sein und an diese den ermittelten Zustand beziehungsweise die ermittelte Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a ausgeben. Wurde zum Beispiel eine schneebedeckte oder vereiste Fahrbahn 1 durch die Auswerteinrichtung 50 ermittelt und diese Information an die Steuerung 7 weitergegeben, kann die Steuerung 7 das Lenkmoment beziehungsweise die Lenkkraft um einen vorgegebenen Wert reduzieren, indem vorzugsweise die Lenkmomentunterstützung einer Servolenkung entsprechend geändert wird, so dass dem Fahrer das Gefühl einer unsicheren Fahrbahn vermittelt wird. Der Fahrer verspürt ein geringeres Lenkmoment und interpretiert damit unsichere Fahrbahnverhältnisse. Gegebenenfalls kann diese Information mit einer entsprechenden Warnleuchte und/oder einem Warnton kombiniert werden.
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 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 ☐ zur Emitterachse 10a ausgerichtet, wobei der Winkel ☐ 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 ☐ zur Emitterachse 10a ausgerichtet sein, wobei der Winkel ☐ 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 2 102 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.
Neben der im Gehäuse 4 des Sensors 2 angeordneten Auswerteinrichtung 50 kann auch die Steuerung 7 innerhalb des Gehäuses 4 des Sensors 2 angeordnet sein. Die Steuerung 7 kann mit der Auswerteinrichtung 50 verbunden sein oder in diese integriert sein. Dadurch kann das Steuersignal für die Lenkmomenteinstellung direkt von dem Sensor 2 abgegeben werden.
Die 4 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur Information eines Fahrers 66 eines Fahrzeugs 60 über eine gefährliche Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche 1a. Das Verfahren umfasst den Schritt 100 des Erfassens einer Information über die Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche 1a. Das Erfassen der Information 100 umfasst das Aussenden von Licht 110 von zumindest einer Wellenlänge, bevorzugt von mindestens drei voneinander verschiedenen Wellenlängen im Infrarotbereich und das Detektieren 120 von an der Fahrbahnoberfläche 1a reflektiertem Licht. Wie oben beschrieben kann das Licht der unterschiedlichen Wellenlängen zeitlich versetzt, beispielsweise mit unterschiedlicher Frequenz moduliert oder phasenverschoben mit gleicher Frequenz moduliert ausgesendet und dementsprechend detektiert werden. Dadurch kann das Licht aller ausgesendeten Wellenlängen und die eventuell vorhandene Hintergrundstrahlung mit nur einem Detektor erfasst werden.
Aus dem Verhältnis der Lichtintensitäten des reflektierten Lichts der unterschiedlichen Wellenlängen beziehungsweise des Verhältnisses aus diffus reflektiertem und spiegelnd reflektiertem Licht wird in Schritt 150 eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a ermittelt, das heißt ob die Fahrbahn 1a trocken, nass, vereist, schneebedeckt ist oder eine andere Beschaffenheit hat. In diesem Schritt kann ebenfall die Dicke eines Wasserfilms oder die Dicke einer Eisschicht auf der Fahrbahnoberfläche 1a ermittelt werden.
Wurde eine eisbedeckte oder schneebedeckte Fahrbahnoberfläche 1a erkannt, so kann gegebenenfalls unter Hinzunahme weiterer Parameter bestimmt werden, ob die Lenkkraft beziehungsweise das Lenkmoment der Lenkung 65 verändert werden soll, das heißt ob die gefährliche Situation vorliegt und diese Information dem Fahrer über das Lenkmoment mitgeteilt werden soll. Diese Entscheidung erfolgt im Schritt 300.
Wurde in Schritt 200 bestimmt, den Fahrer über die gefährliche Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a zu informieren, so wird im Ausgabeschritt 300 ein Steuersignal an die Lenkung 65 ausgegeben, das Lenkmoment beziehungsweise die Lenkkraft zu verändern, insbesondere spürbar für den Fahrer 66 zu verringern.
Natürlich kann andersherum, wenn die Lenkkraft beziehungsweise das Lenkmoment verringert ist und eine trockne oder nasse Fahrbahnoberfläche 1a mit geringem Risiko ermittelt wurde die Lenkkraft beziehungsweise das Lenkmoment wieder entsprechend erhöht werden.
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. 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
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005018471 A1 [0003]
DE 102007050188 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Information eines Fahrers (66) eines Fahrzeugs (60) über eine gefährliche Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche (1a), wobei das Verfahren umfasst: – Aussenden von Licht zumindest einer Wellenlänge auf die Fahrbahnoberfläche (1a) unter dem Fahrzeug (60); – Detektieren von an der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektiertem Licht der zumindest einen Wellenlänge; – Ermitteln (200) anhand des detektieren reflektierten Lichts, ob eine gefährliche Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) vorliegt; und – Ausgeben einer Rückmeldung (300) über ein Lenkrad (65) an den Fahrer (66), wenn die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) als gefährlich ermittelt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln (200), ob die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) gefährlich ist, ein Ermitteln von Wasser, Schnee und/oder Eis auf der Fahrbahnoberfläche (1a) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ausgeben der Rückmeldung (300) eine Vibration an oder im Lenkrad umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ausgeben der Rückmeldung (300) die Veränderung von Lenkkräften des Lenkrades umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aussenden von Licht und das Detektieren von an der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektiertem Licht Licht von drei unterschiedlichen Wellenlängen im Infrarotbereich umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Detektieren von an der Fahrbahnoberfläche (1a) reflektiertem Licht, das Detektieren von diffus reflektiertem und spiegelnd reflektiertem Licht umfasst.
Vorrichtung (9) zur Information eines Fahrers (66) eines Fahrzeugs (60) über eine gefährliche Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche (1a), wobei die Vorrichtung (9) umfasst: einen optischen Oberflächensensor (2) zur Ermittlung zumindest einer Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a), und eine Ausgabeeinrichtung (80), welche eine Rückmeldung über ein Lenkrad an den Fahrer (66) ausgibt, wenn die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) als gefährlich ermittelt wurde.
Vorrichtung (9) nach Anspruch 7, wobei die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche (1a) die Zustände nass, vereist, schneebedeckt und/oder trocken umfasst.
Vorrichtung (9) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Ausgabeeinrichtung (80) ein Vibrationssignal an das Lenkrad abgibt.
Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Ausgabeeinrichtung (80) die Lenkkraft der Lenkung beeinflussen kann.
Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 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 11, wobei die Lichtquelleneinheit (12) und der zumindest eine Detektor (20, 30) in einem Gehäuse (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, zudem umfassen zumindest eine zweiten Detektor (30) zum Erfassen von spiegelnd reflektiertem Licht.
Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Lichtquelleneinheit (12) drei Lichtquellen zur Aussendung von Licht dreier unterschiedlicher Wellenlängen umfasst.
Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, welcher zur Anbringung an einem Fahrzeug (60) mit Lenkunterstützung geeignet ist.
Fahrzeug (60) mit einer Vorrichtung (9) nach einem der Ansprüche 7 bis 15.