-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Niederschlags im Bereich eines Fahrzeugs mit einer Strahlungsquelle zum Abstrahlen von Strahlung, einer optischen Erfassungseinheit zum Erfassen von durch den Niederschlag reflektierter Strahlung der Strahlungsquelle, einer Auswerteeinheit zur Auswertung einer von der optischen Erfassungseinheit bereitgestellten Detektionssignals.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung eines Niederschlags im Bereich eines Fahrzeugs, wobei eine optische Detektion einer Strahlung an dem Niederschlag erfolgt.
-
Aus der
DE 10 2012 111 339 B4 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Niederschlags bekannt, bei der von einer Laserstrahlungsquelle ein Laserstrahl in Richtung eines Niederschlags, nämlich Regen, ausgesandt wird. Der von dem Regen reflektierte Laserstrahl wird mittels einer optischen Erfassungseinheit detektiert und in einer Auswerteeinheit ausgewertet.
-
Regensensoren sind im Übrigen aus der
DE 10 2018 125 125 A1 bekannt, wobei die Reflexion von Licht an einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs ausgewertet wird, so dass in Abhängigkeit von dem Auswerteergebnis ein Scheibenwischer des Fahrzeugs angesteuert werden kann.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung eines Niederschlags derart anzugeben, dass auf einfache Weise sicher unterschiedliche Niederschlagsintensitäten ermittelt werden können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eingerichtet ist zur Abstrahlung der Strahlung auf ein Fahrzeugvorfeld, dass die optische Erfassungseinheit eingerichtet ist zum Erfassen einer Niederschlagsoberfläche auf dem Fahrzeugvorfeld, dass die Auswerteeinheit Auswertemittel aufweist, derart, dass aus einer Oberflächenstruktur der Niederschlagsoberfläche auf dem Fahrzeugvorfeld eine Niederschlagsintensität berechnet wird.
-
Die Erfindung ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine Vergrößerung eines Erfassungsbereiches, der nicht auf eine definierte Fläche einer Windschutzscheibe beschränkt ist. Vorteilhaft kann eine vergleichsweise große Fläche, nämlich eine Detektionsfläche eines Fahrzeugvorfeldes, genutzt werden, um einen Grad der Niederschlagsintensität zu bestimmen. Die Bestimmung der Niederschlagsintensität basiert auf einer optischen Detektion einer Oberflächenstrukturierung auf einen infolge des Niederschlags nassen Fahrzeugvorfeld bzw. Bereich desselben. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass groß dimensionierte Regentropfen sich unterschiedlich zu klein dimensionierten Regentropfen auf die Oberflächenstrukturierung des Fahrzeugvorfeldes oder einer sich auf demselben bildenden Wasserschicht auswirken. Eine relativ hohen Niederschlagsintensität liegt vor, wenn die Oberflächenstruktur des Fahrzeugvorfeldes relativ rau und/oder groß ist. Eine vergleichsweise geringe Niederschlagsintensität liegt vor, wenn die Oberflächenstrukturierung der sich auf dem Fahrzeugvorfeld bildenden Wasseroberfläche relativ fein ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass der Niederschlag in einem Abstand zu dem Fahrzeug bzw. vor dem Fahrzeug detektiert wird, so dass die Niederschlagsintensität erfasst wird, bevor der Niederschlag auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs trifft. Die erfindungsgemäße Sensorik ermöglicht somit ein relativ schnelles Reagieren auf geänderte Umweltbedingungen, was das Risiko durch plötzlich auftretende Regenfronten minimiert. Der Fahrer bzw. die Fahrzeugsensorik kann hierdurch schneller informiert werden.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden aus einem Detektionssignal der optischen Erfassungseinheit Reflexionswerte extrahiert, so dass über eine vorgegebene Detektionsrichtung und/oder Detektionsfläche aus der Änderung der Reflexionswerte Gradientenwerte berechnet werden. Es lässt sich eine Gradientenverteilung über die Detektionsrichtung bzw. Detektionsfläche berechnen. Aus der Gradientenverteilung können Gradientenwerte und/oder mehrere Gradientenwerte aufweisende Gradientenbereiche unterschiedlicher Flächengröße ermittelt werden, wobei die Anzahl und/oder Flächengröße der so gebildeten Gradientenbereiche ein Maß für die Niederschlagsintensität bildet. Vorteilhaft kann die Berechnung relativ schnell und sicher durch eine ohnehin implementierten Recheneinheit (Mikroprozessor), beispielsweise einer Ansteuerung des Scheinwerfers oder einer zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs, erfolgen.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Niederschlagsermittlungskennlinie in einem Speicher der Auswerteeinheit gespeichert. Nach Detektion und Ermittlung einer mittleren Flächengröße der Gradienten (Gradientenwerte) und/oder eines Mittelwertes der Gradienten (Gradientenwerte) je Detektionsrichtung und/oder je Detektionsfläche kann auf rechnerisch einfache Weise die Niederschlagsintensität in Höhe pro Zeiteinheit bestimmt werden.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung setzt sich die Detektionsrichtung und/oder die Detektionsfläche aus einer Anzahl von gleich großen Pixeln zusammen, wobei jedes Pixel einen Gradientenwert darstellt. Die Anzahl von nebeneinander angeordneten Gradientenwerten, die betragsmäßig oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegen, werden ermittelt, so dass in Abhängigkeit von der Anzahl und Größe der Gradientenbereiche die Niederschlagsintensität berechnet werden kann. Somit ergibt sich hieraus, dass je größer die Anzahl und Flächengröße der Gradientenbereiche ist, desto größer die Niederschlagsintensität ist.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Strahlungsquelle durch einen Scheinwerfer gebildet, der somit eine Doppelfunktion hat. Zum einen dient der Scheinwerfer zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wie beispielsweise einer Abblendlichtverteilung. Zum anderen wird das abgestrahlte Licht als Teil eines Niederschlagsensors genutzt.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die optische Erfassungseinheit als eine fahrzeugeigene Kamera ausgebildet, die als Teil einer Fahrzeugsensorik zur Erfassung des Umgebungsbereiches des Fahrzeugs dient. Somit kann für die erfindungsgemäße Vorrichtung auf ohnehin vorhandene fahrzeugeigene Kamera zurückgegriffen werden.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das die Niederschlagsintensität repräsentierende Auswertesignal als Eingangssignal für eine Stelleinrichtung des Fahrzeugs genutzt. Beispielsweise kann das Auswertesignal für eine Ansteuerung des Scheibenwischers genutzt werden, so dass der Scheibenwischer verzögerungsfrei automatisch bei Niederschlag eingeschaltet werden kann. Beispielsweise kann das Auswertesignal für eine Ansteuerung des Scheinwerfers genutzt werden, um bei Niederschlag beispielsweise eine Schlechtwetterlichtverteilung dahingehend zu modifizieren, dass die Beleuchtungsstärke unmittelbar vor dem Fahrzeug verringert wird, um eine störende Blendung des Fahrers zu vermeiden. Beispielsweise kann das Auswertesignal für eine Bremssteuerung genutzt werden, um eine Aquaplaninggefahr des Fahrzeugs zu vermeiden. Beispielsweise kann das Auswertesignal als Stellsignal für eine Sensoreinheit, wie beispielsweise LiDAR-Sensoreinheit etc., dienen, so dass die Entfernungsmessung bei ungünstigen Wetterverhältnissen verbessert wird.
-
Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Patentanspruchs 11 auf.
-
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus einer Gradientenwerteverteilung von Reflexionen an einer Oberfläche des Fahrzeugvorfeldes bzw. eines Teilbereiches des Fahrzeugvorfeldes eine Niederschlagsintensität abgeleitet. Als Maß kann hier die Gradientenwertdichte über eine bestimmte Detektionsfläche und/oder Detektionslinie dienen. Ausgewertet werden insbesondere die Anzahl und die Anzahl von benachbarten Gradientenwerte. Wenn die Detektionsfläche bzw. die Detektionslinie in gleich große Felder bzw. Pixel unterteilt wird, dient vorzugsweise eine Anzahl von unmittelbar benachbart zueinander angeordneten Gradientenwerten im Vergleich zu einer Mindestschwellwertgröße als Maß für die Niederschlagsintensität.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Gradientenwerte in Intervallbereichen gruppiert bestimmt, wobei die Intervallbereiche durch einen ersten und zweiten unterschiedlichen Schwellwert begrenzt sind. Je mehr diese beiden Schwellwerte annähern bzw. der Intervallbereich infinitesimal klein wird, kann eine lineare Niederschlagsbestimmungskennlinie gebildet werden, die bei der Auswertung als Maß für die Niederschlagsintensität dient.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2a eine Darstellung eines Scheinwerfers und einer Kamera bei starkem Niederschlag,
- 2b eine Gradientenverteilung über eine Detektierfläche bei starkem Niederschlag,
- 2c ein Graph der Anzahl der Gradientenbereiche über eine Größe der Gradientenbereiche bei starkem Niederschlag,
- 3a eine Darstellung eines Scheinwerfers und einer Kamera bei leichtem Niederschlag,
- 3b eine Gradientenverteilung über die Detektierfläche bei starkem Niederschlag,
- 3c ein Graph der Anzahl der Gradientenbereiche über eine Größe der Gradientenbereiche bei leichtem Niederschlag und
- 4 eine Niederschlagsbestimmungskennlinie.
-
Eine Vorrichtung zur Erfassung eines Niederschlags im Bereich eines Fahrzeugs weist im Wesentlichen eine Strahlungsquelle 1, eine optische Erfassungseinheit 2 sowie eine Auswerteeinheit 3 auf.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einem nicht dargestellten Fahrzeug integriert angeordnet. Die Strahlungsquelle 1 kann beispielsweise durch einen Scheinwerfer gebildet sein, der Licht zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung abstrahlt. Alternativ kann die Strahlungsquelle 1 als eine Infrarotstrahlungsquelle ausgebildet sein.
-
Die optische Erfassungseinheit 2 ist vorzugsweise als eine Kamera ausgebildet, die sichtbares Licht detektiert. Alternativ kann die optische Erfassungseinheit 2 als eine Erfassungseinheit zur Detektion von Infrarotstrahlung dienen.
-
Der Scheinwerfer 1 strahlt üblicherweise mit seinem Licht 4 einen Lichtkegel auf einem Fahrzeugvorfeld 5 ab, wobei die erzeugte Lichtverteilung beispielsweise eine Abblendlichtverteilung, eine Stadtlichtverteilung, Landstraßenlichtverteilung oder dergleichen sein kann. Hierbei ist der Scheinwerfer 1 auf das Fahrzeugvorfeld 5 gerichtet ausgebildet.
-
Die Kamera 2 ist zur Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs so angeordnet, dass sie zumindest zum Teil das Fahrzeugvorfeld 5 erfasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass eine vorgegebene Detektionsfläche 6 des Fahrzeugvorfeldes 5 durch den Scheinwerfer 1 beleuchtet und durch die Kamera 2 erfasst wird.
-
Liegt ein Niederschlag, beispielsweise in Form eines Regens vor, wird ein Boden 20 des Fahrzeugvorfeldes 5 mit einer Wasserschicht 7 benetzt. Eine Oberflächenstrukturierung der Wasserschicht bzw. einer Konturierung einer Oberfläche 8 der Wasserschicht 7 (Wasseroberfläche) wird optisch detektiert und ausgewertet, um ein Maß für die Niederschlagsintensität zu erhalten. Die Verarbeitung der von der Kamera 2 ermittelten Reflexionslichtwerte 9 des von dem Scheinwerfer abgestrahlten Lichtes 4 an der Wasseroberfläche 8 wird in der Auswerteeinheit 3 ausgewertet. Hierzu weist die Auswerteeinheit 3 einen Mikroprozessor und einen Speicher auf, wobei in dem Speicher ein Niederschlagsbestimmungsprogramm zur Ausführung der für die Bestimmung der aktuellen Niederschlagsintensität erforderlichen Berechnungsschritte abgespeichert ist.
-
In 2a ist ein Zustand dargestellt, bei dem ein starker Niederschlag vorliegt, wobei beispielsweise starker Regen auf das Fahrzeugvorfeld 5 trifft. Regentropfen 10 des Niederschlags sind relativ groß dimensioniert. In 3a ist der Zustand bei schwachem bzw. leichtem Niederschlag dargestellt, wobei Regentropfen 10' relativ klein dimensioniert sind. Aufgrund der relativ großen Regentropfen 10 gemäß 2a ist die Oberfläche 8 der Wasserschicht 7 relativ rau und mit Erhabenheiten versehen. Im Vergleich dazu ist eine Oberfläche 8' gemäß 3 mit weniger starken Erhabenheiten weniger ausgeprägt.
-
Bei starkem Niederschlag gemäß 2a erfasst die Erfassungseinheit 2 ein Detektionssignal 11, das an die Auswerteeinheit 3 zur Auswertung übertragen wird. Hierbei wird das von der Erfassungseinheit 2 auf der Detektionsfläche 6, der Teil des Fahrzeugvorfeldes 5 ist und die durch die Strahlungsquelle 1 bestrahlt wird, derart ausgewertet, dass pixelweise von dem detektierten Bild der spiegelnden Oberfläche 8 Gradientenwerte ermittelt werden. Das Bild der Detektionsfläche 6 ist in gleich große Pixel bzw. Bildpunkte unterteilt, denen Reflexionslichtwerte zugewiesen sind. Die aus den durch das Detektionssignal 11 ermittelten Reflexionswerte extrahierten Gradientenwerte 12 bei starkem Niederschlag sind in 2b als Gradientenverteilung G1 dargestellt. Benachbarte Gradientenwerte 12 bilden Gradientenbereiche 13, die mehrere Pixel bzw. Bildpunkte enthalten. Sie sind insofern größer dimensioniert ausgebildet als die einzelnen Gradientenwerte 12.
-
In 2c und 3c sind jeweils die Anzahl der Gradientenbereiche 13 über die Größe der Gradientenbereiche dargestellt. Hieraus ist zu erkennen, dass bei relativ starkem Niederschlag relativ viel große Gradientenbereiche 13 vorhanden sind, während kleine Gradientenbereiche 13' signifikant in geringer Anzahl vorhanden sind.
-
Im Gegensatz hierzu ergibt sich bei einem relativ leichten Niederschlag aus dem durch die Erfassungseinheit 2 ermittelten Detektionssignal 11' eine Auswertung des Bildes der gleichen Detektionsfläche 6 wie bei hohem Niederschlag, dass relativ kleine Gradientenbereiche 13' häufig vorkommen, was sich insbesondere auch aus der Kennlinie gemäß 3c ergibt.
-
Bei starkem Niederschlag sind insbesondere die Anzahl der Gradientenwerte 12 sowie die Anzahl und/oder Größe der Gradientenbereiche 13 größer als die Anzahl der Gradientenwerte 12 bzw. Anzahl und/oder Größe der Gradientenbereiche 13' bei leichtem Niederschlag. In der Auswerteeinheit 3 werden hierbei Gradientenwerte 12 ermittelt, die größer sind als ein vorgegebener festgelegter Schwellwert, wie sich aus der Gradientenverteilung G1 bei starkem Niederschlag gemäß 2b und einer Gradientenverteilung G2 bei schwachem Niederschlag gemäß 3b ergibt.
-
Empirisch lässt sich aus den unterschiedlichen Niederschlagsstärken eine Niederschlagsintensitätskennlinie 14 gemäß 4 ermitteln, die linear verläuft und bei der über einen Mittelwert der Gradientenwerte bzw. einer mittleren Größe der Gradientenbereiche in Pixel die Niederschlagsintensität in MMH bestimmbar ist. Aus dem Mittelwert der Gradientenwerte 12 bzw. aus der mittleren Größe der Gradientenbereiche 13, 13', wie es aus den 2b und 3b ersichtlich ist, lässt sich somit die Niederschlagsbestimmungskennlinie 14 ableiten.
-
Alternativ kann die Niederschlagsintensitätskennlinie 14 auch stufenförmig verlaufen, wenn die Gradientenwerte 12 durch Vergleich mit einer Folge von oberen Schwellwerten und unteren Schwellwerten ermittelt werden.
-
In Abhängigkeit von den Detektionssignalen 11, 11' erfolgt in der Auswerteinheit 3 mittels des Niederschlagsintensitätsprogramms die Berechnung des Mittelwertes der Gradientenwerte 12 bzw. der Gradientenbereiche 13, 13', so dass als Auswertesignal 15 die Niederschlagsintensität ausgegeben werden kann. Dieses Auswertesignal 15 kann als Eingangsgröße oder Stellgröße für eine weitere Stelleinrichtung, beispielsweise eine Steuereinrichtung 16 zur Ansteuerung einer Schlechtwetterlichtverteilung und/oder eine Steuereinrichtung 17 zur Ansteuerung eines Scheibenwischers und/oder beispielsweise zur Steuereinrichtung 18 zur Ansteuerung von Bremsen des Fahrzeugs dienen.
-
Die Steuereinrichtung 16 für die Schlechtwetterlichtverteilung dient vorzugsweise auch zur Steuerung des Scheinwerfers 1.
-
Alternativ kann die Strahlungsquelle 1 auch als Infrarotlichtquelle ausgebildet sein.
-
Bei starkem Niederschlag kann das Auswertesignal 15 in der Steuereinrichtung 16 dazu genutzt werden, die Beleuchtungsstärke im fahrzeugnahen Bereich des Fahrzeugvorfeldes 5 zu reduzieren, um eine Blendung des Fahrers zu verhindern.
-
Die Steuereinrichtung 17 für denn Scheibenwischer kann das Auswertesignal 15 zu einer verzögerungsfreien Ansteuerung des Scheibenwischers nutzen, da der Niederschlag früher erkannt wird als wenn auf die Windschutzscheibe fällt.
-
Die Steuereinrichtung 18 für die Bremse kann das Auswertesignal 15 dazu einsetzen, die Bremskraft bei Niederschlag genauer einzustellen, so dass kein Blockieren der Räder des Fahrzeugs eintritt.
-
Es sei angemerkt, dass die Strahlungsquelle 1 als Infrarotstrahlungsquelle ausgebildet sein kann, während die Erfassungseinheit 2 als Infrarotstrahlungslichtempfänger ausgebildet sein kann.
-
Es sei angemerkt, dass statt der Detektionsfläche 6 auch lediglich eine Detektionslinie oder Detektionsstreifen erfasst werden kann. Beispielsweise können auch zwei senkrecht zueinander angeordnete Detektionsstreifen, also in Fahrtrichtung einerseits und quer zur Fahrtrichtung andererseits, verlaufen.
-
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Strahlungsquelle 1 und/oder die optische Erfassungseinheit 2 auch außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein.
-
Beispielsweise kann die optische Erfassungseinheit 2 mit einer schaltbaren Blende versehen sein, so dass die Kameraöffnung in Abhängigkeit von der Ansteuerung der Strahlungsquelle 1 geschlossen oder geöffnet ist.
-
Statt oder zusätzlich zu dem in 2c und 3c dargestellten Graphen der „Anzahl von Gradientenbereichen“ über die „Größe der zusammenhängenden Gradientenbereiche in Pixel“ kann ein Graph zur Auswertung dienen, bei dem die „Gradientenwerte“ (auf der Koordinate aufgetragen) in Abhängigkeit von der „Anzahl der Gradientenwerte“ (auf der Abszisse aufgetragen) dargestellt sind. Der Verlauf dieser Graphen verläuft ähnlich zu den in 2c bzw. 3c dargestellten Graphen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Strahlungsquelle/Scheinwerfer
- 2
- Erfassungseinheit
- 3
- Auswerteeinheit
- 4
- Licht
- 5
- Fahrzeugvorfeld
- 6
- Detektionsfläche
- 7
- Wasserschicht
- 8,8'
- Oberfläche
- 9
- Reflexion
- 10,10'
- Regentropfen
- 11,11'
- Detektionssignal
- 12
- Gradientenwerte
- 13,13'
- Gradientenbereiche
- 14
- Niederschlagsermittlungskennlinie
- 15
- Auswertesignal
- 16
- Steuereinrichtung
- 17
- Steuereinrichtung
- 18
- Steuereinrichtung
- 20
- Boden
- G1,G2
- Gradientenverteilung
-
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
-
- DE 102012111339 B4 [0003]
- DE 102018125125 A1 [0004]
