DE102022121307A1

DE102022121307A1 - Strassenoberflächenzustands-bestimmungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022121307A1
Application number: DE102022121307.2A
Authority: DE
Inventors: Fumiya Sato
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2022-08-23
Publication date: 2023-03-09
Also published as: JP2023039045A; US20230078087A1

Abstract

Eine Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100), die eine berührungslose Bestimmung eines Zustands einer Straßenoberfläche ausführt, weist einen oder mehrere Prozessoren (50) auf. Der eine oder die mehreren Prozessoren (50) steuern eine Lichtquelle (47), die jeweils drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweils voneinander verschiedenen Wellenlängen emittiert, so dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht von der Lichtquelle (47) auf die Straßenoberfläche aufgebracht werden, und veranlassen einen Lichtempfangssensor (32), die drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht zu empfangen. Der eine oder die mehreren Prozessoren (50) führen eine primäre Bestimmung dahingehend, ob ein Typ der Straßenoberfläche ein Zustand mit Schneeansammlung ist, vorrangig gegenüber anderen Typen aus, und zwar auf der Basis eines von dem Lichtempfangssensor (32) ermittelten Lichtempfangsergebnisses, und führen danach auf der Basis des Lichtempfangsergebnisses eine sekundäre Bestimmung dahingehend aus, welcher Typ von den anderen Typen bei der Straßenoberfläche vorliegt.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine berührungslose Bestimmung eines Zustands einer Straßenoberfläche auszuführen, auf der ein Fahrzeug fährt.
2. Einschlägiger Stand der Technik
Ein Fahrzeug bietet ausgezeichneten Komfort für die Fortbewegung. Zum Beispiel ermöglicht das Fahren eines Automobils den Besuch von verschiedenen Orten. Um die Sicherheit des Fahrens in einem solchen Fall weiter zu verbessern, kann es wichtig sein, einen Zustand einer Straßenoberfläche in Fahrtrichtung eines Fahrzeugs vorab exakt zu bestimmen.
In der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2006- 46 936 A wird zum Beispiel die folgende Technik vorgeschlagen. Es werden zumindest drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweiligen Wellenlängen von einer Lichtquelle auf ein Ziel gerichtet. Die drei Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen Wellenlängen umfassen einen Typ von Nahinfrarotlicht mit einer Wellenlänge, die weder von Eis noch von Wasser leicht absorbiert wird, einen Typ von Nahinfrarotlicht mit einer Wellenlänge, die von Eis nicht leicht absorbiert wird, aber von Wasser leicht absorbiert wird, und einen Typ von Nahinfrarotlicht mit einer Wellenlänge, die von Eis und Wasser in gleichem Maße absorbiert wird.
Die Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen Wellenlängen, die auf das Ziel gerichtet und von diesem reflektiert wurden, werden erfasst. Ein Berechnungsprozess wird unter Verwendung der Mengen des jeweiligen erfassten reflektierten Lichts durchgeführt, und der Zustand der Straßenoberfläche wird dadurch bestimmt.
Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2010- 164 521 A schlägt beispielsweise folgende Technik vor. Es werden Bandpassfilter bereitgestellt, die den jeweiligen Lichttypen mit bestimmten, voneinander verschiedenen Wellenlängenbändern entsprechen. Ein Straßenzustand wird auf der Basis eines Ausgangswerts, den man durch Aufbringen der jeweiligen Lichttypen mit den bestimmten Wellenlängenbändern erhält, als trocken, nass, Wasserfilm, gefroren oder schneebedeckt bestimmt.
KURZBESCHREIBUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung angegeben, die dazu ausgebildet ist, eine berührungslose Bestimmung eines Zustands einer Straßenoberfläche auszuführen. Die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung weist einen oder mehrere Prozessoren sowie einen oder mehrere Speicher auf, die mit dem einen oder den mehreren Prozessoren in kommunikationsfähiger Weise verbunden sind. Der eine oder die mehreren Prozessoren sind dazu ausgebildet, eine Lichtquelle zu steuern, die dazu ausgebildet ist, jeweils drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zu emittieren und dadurch bewirkt, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht von der Lichtquelle auf die Straßenoberfläche aufgebracht werden.
Der eine oder die mehreren Prozessoren sind dazu ausgebildet, einen Lichtempfangssensor zu veranlassen, die drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht zu empfangen. Der eine oder die mehreren Prozessoren sind dazu ausgebildet, auf der Basis eines von dem Lichtempfangssensor ermittelten Lichtempfangsergebnisses eine primäre Bestimmung dahingehend, ob es sich bei einem Typ der Straßenoberfläche um einen Zustand mit Schneeansammlung handelt, vorrangig gegenüber anderen Typen auszuführen. Der eine oder die mehreren Prozessoren sind dazu ausgebildet, nach der primären Bestimmung eine sekundäre Bestimmung dahingehend, um welchen Typ es sich bei den anderen Typen der Straßenoberfläche handelt, auf der Basis des von dem Lichtempfangssensor ermittelten Lichtempfangsergebnisses auszuführen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung angegeben, die dazu ausgebildet ist, eine berührungslose Bestimmung eines Zustands einer Straßenoberfläche auszuführen. Die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung besitzt einen oder mehrere Prozessoren sowie einen oder mehrere Speicher, die mit dem einen oder mehreren Prozessoren in kommunikationsfähiger Weise verbunden sind. Der eine oder die mehreren Prozessoren sind dazu ausgebildet, eine Lichtquelle zu steuern, die dazu ausgebildet ist, jeweils drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zu emittieren und dadurch bewirkt, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht von der Lichtquelle auf die Straßenoberfläche aufgebracht werden.
Der eine oder die mehreren Prozessoren sind dazu ausgebildet, einen Lichtempfangssensor zu veranlassen, die drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht zu empfangen. Der eine oder die mehreren Prozessoren sind dazu ausgebildet, den Zustand der Straßenoberfläche anhand eines Bestimmungsschwellenwerts bestimmen, der auf einem Polarkoordinatensystem basiert, dessen Achsen die jeweiligen Wellenlängen der drei von dem Lichtempfangssensor empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht darstellen.
Figurenliste
Die Begleitzeichnungen sind beigefügt, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu vermitteln, und bilden einen integralen Bestandteil der vorliegenden Beschreibung. Die Zeichnungen veranschaulichen exemplarische Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer exemplarischen Konfiguration eines Fahrzeugs mit einer Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung.
2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer exemplarischen Konfiguration der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung und peripherer Vorrichtungen.
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsverfahrens, das von der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ausgeführt werden kann.
4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Absorption von Eis und Wasser in Bezug auf drei Typen von Nahinfrarotlicht zur Verwendung bei einer exemplarischen Ausführungsform.
5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels von Polarkoordinatendaten zur Verwendung bei einer exemplarischen Ausführungsform.
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels eines Berechnungsergebnisses eines euklidischen Abstands (eines Radius) in einem Polarkoordinatensystem, das bei der Bestimmung eines Zustands mit Schneeansammlung (SCHNEE) verwendbar ist.
7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels eines Berechnungsergebnisses von Polarkoordinaten (θ) in einem Polarkoordinatensystem, das bei der Bestimmung eines Gefrierzustands (EIS) verwendbar ist.
8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels eines Feuchtigkeitsindexes und eines Bestimmungsschwellenwerts für die Bestimmung hinsichtlich eines trockenen (TROCKEN) und eines nassen (NASS) Zustands.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Herkömmliche Techniken, einschließlich der in der JP 2006- 46 936 A und der JP 2010- 164 521 A dargelegten Techniken, haben noch Spielraum, wie folgt, um kommerzielle Bedürfnisse in angemessener Weise zu erfüllen.
Die in der JP 2006- 46 936 A offenbarte Technik bestimmt beispielsweise einen Zustand einer Straßenoberfläche unter Verwendung von drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen und ist somit dahingehend von Nutzen, dass ein Straßenoberflächenzustand in einfacher und berührungsloser Weise bestimmt werden kann.
Es kann jedoch wichtig sein, die Genauigkeit bei der Bestimmung eines Straßenoberflächenzustands weiter zu verbessern, um dadurch auch die Fahrsicherheit eines Fahrzeugs weiter zu verbessern.
In einem Fall, in dem der Zustand der Straßenoberfläche unter Verwendung von drei Typen von Nahinfrarotlicht mit unterschiedlichen Wellenlängen bestimmt werden soll, ist es beispielsweise schwierig, einen nassen (NASS) und einen gefrorenen (EIS) Zustand zu unterscheiden. Es kann daher eine Bestimmungstechnik wünschenswert sein, die in der Lage ist, eine fehlerhafte Bestimmung eines Straßenoberflächenzustandes zu verhindern und dennoch eine einfache Konfiguration ermöglicht.
Es ist wünschenswert, eine Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Zustand einer Straßenoberfläche in einem vorderen Bereich in Fahrtrichtung ohne fehlerhafte Bestimmung genau zu bestimmen, während gleichzeitig die Kosten der Vorrichtung niedrig gehalten werden können.
Nachfolgend wird eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Für andere als die nachfolgend im Detail beschriebenen Konfigurationen kann beispielsweise zusätzlich eine allgemein bekannte Fahrzeugstruktur oder ein allgemein bekanntes, an einem Fahrzeug angebrachtes System mit verschiedenen allgemein bekannten, an Fahrzeugen angebrachten Sensoren vorgesehen sein, sofern dies sinnvoll ist.
Fahrzeug 200
1 zeigt ein Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugs 200 gemäß der exemplarischen Ausführungsform. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf ein Automobil mit Vierrad- bzw. Allradantrieb als Beispiel für ein Fahrzeug, das bei der exemplarischen Ausführungsform verwendbar ist; die exemplarische Ausführungsform kann jedoch auch bei einem anderen Fahrzeug als einem Automobil mit Allradantrieb, wie z.B. einem Motorrad, verwendet werden, soweit das Wesen einer Ausführungsform der Erfindung nicht beeinträchtigt wird.
Gesamtkonfiguration des Fahrzeugs
1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Konfigurationsbeispiels des Fahrzeugs 200, das eine Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 gemäß der exemplarischen Ausführungsform aufweist. Das in 1 dargestellte Fahrzeug 200 kann als Fahrzeug mit Allradantrieb ausgebildet sein, das ein Antriebsdrehmoment auf ein linkes Vorderrad 3LF, ein rechtes Vorderrad 3RF, ein linkes Hinterrad 3LR und ein rechtes Hinterrad 3RR überträgt (im Folgenden kollektiv als „Räder 3“ bezeichnet, sofern nicht zwischen diesen unterschieden werden soll).
Das Antriebsdrehmoment kann von einer Antriebskraftquelle 9 abgegeben werden, die das Antriebsdrehmoment des Fahrzeugs 200 erzeugt. Bei der Antriebskraftquelle 9 kann es sich um einen Verbrennungsmotor oder einen elektrischen Antriebsmotor handeln, oder sie kann sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen elektrischen Antriebsmotor aufweisen. Nicht einschränkende Beispiele für einen Verbrennungsmotor können ein Benzinmotor und ein Dieselmotor sein.
Bei dem Fahrzeug 200 kann es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug mit zwei Antriebsmotoren handeln, d.h. einem Vorderrad-Antriebsmotor und einem Hinterrad-Antriebsmotor; oder um ein Elektrofahrzeug, das mit für die jeweiligen Räder 3 vorgesehenen Antriebsmotoren ausgestattet ist. Wenn es sich bei dem Fahrzeug 200 um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug handelt, kann das Fahrzeug 200 beispielsweise mit einer Sekundärbatterie ausgestattet sein, die die dem Antriebsmotor zuzuführende elektrische Energie speichert, oder mit einem Stromgenerator, der elektrische Energie erzeugt, die zum Laden der Batterie verwendet wird. Nicht einschränkende Beispiele für den Stromgenerator können ein Motor und eine Brennstoffzelle sein.
Als Ausrüstungen, die für die Antriebssteuerung des Fahrzeugs 200 verwendet werden, kann das Fahrzeug 200 die Antriebskraftquelle 9, ein elektrisches Lenksystem 15 und eine hydraulische Bremssteuereinheit 20 umfassen. Die Antriebskraftquelle 9 kann das Antriebsdrehmoment abgeben, das über ein nicht dargestelltes Getriebe, einen Vorderrad-Differentialmechanismus 7F und einen Hinterrad-Differentialmechanismus 7R auf eine Vorderrad-Antriebswelle 5F und eine Hinterrad-Antriebswelle 5R übertragen wird. Der Betrieb von Komponenten, die die Antriebskraftquelle 9 und das Getriebe beinhalten, kann durch eine Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 gesteuert werden, die eine oder mehrere elektronische Steuereinheiten (ECUs) aufweist.
Die Vorderrad-Antriebswelle 5F kann mit dem elektrischen Lenksystem 15 ausgestattet sein. Das elektrische Lenksystem 15 kann zum Beispiel einen nicht dargestellten Elektromotor und einen nicht dargestellten Getriebemechanismus aufweisen. Das elektrische Lenksystem 15 kann von der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 gesteuert werden, um einen Lenkwinkel des linken Vorderrads 3LF und des rechten Vorderrads 3RF einzustellen. Während des manuellen Fahrens kann die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 das elektrische Lenksystem 15 auf der Basis eines Lenkwinkels eines Lenkrads 13 steuern, das von einem Fahrer betätigt wird, der das Fahrzeug 200 fährt.
Ein Bremssystem des Fahrzeugs 200 kann als hydraulisches Bremssystem ausgebildet sein. Die hydraulische Bremssteuereinheit 20 kann den Hydraulikdruck einstellen, der den Bremssätteln 17LF, 17RF, 17LR und 17RR zugeführt wird, die an dem linken Vorderrad 3LF, dem rechten Vorderrad 3RF, dem linken Hinterrad 3LR bzw. dem rechten Hinterrad 3RR angeordnet sind, um dadurch Bremskraft zu erzeugen. Der Betrieb der hydraulischen Bremssteuereinheit 20 kann von der Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 gesteuert werden. Wenn das Fahrzeug 200 ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Elektrofahrzeug ist, kann die hydraulische Bremssteuereinheit 20 in Kombination mit einem regenerativen Bremsvorgang unter Einsatz des Antriebsmotors verwendet werden.
Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 kann eine oder mehrere elektronische Steuereinheiten umfassen, die den Betrieb der Antriebskraftquelle 9, die das Antriebsdrehmoment für das Fahrzeug 200 ausgibt, des elektrischen Lenksystems 15, das den Lenkwinkel des Lenkrads 13 oder der gelenkten Räder steuert, und der hydraulischen Bremssteuereinheit 20, die die Bremskraft des Fahrzeugs 200 steuert, steuern. Bei einem Beispiel kann die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 dazu ausgebildet sein, den Betrieb des Getriebes zu steuern, das eine von der Antriebskraftquelle 9 ausgegebene Ausgangsleistung in der Geschwindigkeit ändert und die in der Geschwindigkeit geänderte Ausgangsleistung auf die Räder 3 überträgt.
Die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 kann dazu ausgebildet sein, Information zu ermitteln, die von der nachfolgend beschriebenen Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 übermittelt wird, und einen Fahrzeugsteuerungsvorgang auf der Basis eines Ergebnisses der von der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 ausgeführten Bestimmung des Zustands der Straßenoberfläche auszuführen.
Das Fahrzeug 200 kann beispielsweise einen Umgebungssensor 31, einen Lichtempfangssensor 32, einen Insassenüberwachungssensor 33, einen Biosensor 34, einen Fahrzeugzustandssensor 35, einen GPS- (Global Positioning System) Sensor 37, eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinheit 39, ein Navigationssystem 40, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 43 und eine Lichtquelle 47 aufweisen. Die Lichtquelle 47 kann dazu ausgebildet sein, jeweils drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen auf die Straßenoberfläche aufzubringen.
Unter den vorstehend genannten Komponenten kann der Umgebungssensor 31 einen Straßenoberflächen-Temperatursensor, der die Temperatur einer Straßenoberfläche erfasst, einen Unebenheitserfassungssensor, der dazu ausgebildet ist, Unebenheiten einer Straßenoberfläche zu erfassen, sowie einen Feuchtigkeitsmengensensor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine Feuchtigkeitsmenge einer Straßenoberfläche zu erfassen, wie dies später noch beschrieben wird. Als Sensor, der die Temperatur der Fahrbahnoberfläche erfasst, kann jeder beliebige, allgemein bekannte Temperatursensor verwendet werden.
Nicht einschränkende Beispiele für einen solchen allgemein bekannten Temperatursensor können denjenigen umfassen, der in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2015- 38 516 A offenbart ist. Als Unebenheitserfassungssensor, der dazu ausgebildet ist, Unebenheit einer Straßenoberfläche zu erfassen, kann beispielsweise eine Vorrichtung (ein Sensor zur Erfassung von Straßenoberflächenunebenheiten), die in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2004- 138 549 A offenbart ist, eine beliebige von verschiedenen allgemein bekannten Methoden, die in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2013- 61 690 A offenbart sind, oder ein Laser-Entfernungsmesser verwendet werden.
Als Feuchtigkeitsmengensensor, der dazu ausgebildet ist, eine Feuchtigkeitsmenge einer Straßenoberfläche zu erfassen, kann zum Beispiel ein beliebiger von verschiedenen allgemein bekannten Feuchtigkeitsmengen-Erfassungssensoren verwendet werden. Nicht einschränkende Beispiele eines solchen allgemein bekannten Feuchtigkeitsmengen-Erfassungssensors können den Sensor umfassen, der in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2006-046936 offenbart ist.
Bei einem Beispiel kann der Umgebungssensor 31 gemäß der exemplarischen Ausführungsform auch vordere Bildaufnahmekameras 31LF und 31RF, eine hintere Bildaufnahmekamera 31R und einen Lichterfassungs- und Entfernungsmesser (LiDAR) 31S aufweisen.
Die vorderen Bildaufnahmekameras 31LF und 31RF, die hintere Bildaufnahmekamera 31R und das LiDAR 31 S können als Umgebungssensor dienen, der dazu ausgebildet ist, Information über die Umgebung des Fahrzeugs 200 zu ermitteln. Die vorderen Bildaufnahmekameras 31LF und 31RF können eine Bildaufnahme einer Region vor dem Fahrzeug 200 ausführen, um Bilddaten zu erzeugen. Die hintere Bildaufnahmekamera 31R kann eine Bildaufnahme einer Region hinter dem Fahrzeug 200 ausführen, um Bilddaten zu erzeugen. Die vorderen Bildaufnahmekameras 31LF und 31RF und die hintere Bildaufnahmekamera 31R können jeweils einen Abbildungssensor, wie z.B. eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder einen komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS), aufweisen und die erzeugten Bilddaten an die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 übermitteln.
Bei dem in 1 dargestellten Fahrzeug 200 können die vorderen Bildaufnahmekameras 31LF und 31RF als Stereokamera mit einem Paar aus einer linken und einer rechten Kamera ausgebildet sein, und die hintere Bildaufnahmekamera 31R kann als sogenannte monokulare Kamera ausgebildet sein. Die vorderen Bildaufnahmekameras 31LF und 31RF und die hintere Bildaufnahmekamera 31R können jedoch jeweils entweder eine Stereokamera oder eine monokulare Kamera sein. Zusätzlich zu den vorderen Bildaufnahmekameras 31LF und 31RF und der hinteren Bildaufnahmekamera 31R kann das Fahrzeug 200 beispielsweise auch eine allgemein bekannte Kamera aufweisen, die an einem Seitenspiegel angebracht ist, um eine linke hintere Region oder eine rechte hintere Region abzubilden.
Das LiDAR 31 S kann eine optische Welle abgeben bzw. senden und eine reflektierte Welle der gesendeten optischen Welle empfangen und ein Objekt und eine Entfernung zu dem Objekt auf der Basis einer Zeit ab dem Senden der optischen Welle bis zum Empfang der reflektierten Welle erfassen. Das LiDAR 31 S kann dazu ausgebildet sein, Erfassungsdaten an die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 zu übermitteln. Anstelle des LiDAR 31 S oder zusammen mit dem LiDAR 31 S kann das Fahrzeug 200 einen oder mehrere allgemein bekannte Sensoren, die Radarsensoren und Ultraschallsensoren beinhalten, als Umgebungssensor 31 enthalten, der dazu ausgebildet ist, die Information über die Umgebung zu ermitteln. Nicht einschränkende Beispiele für Radarsensoren können Millimeterwellen-Radare sein.
Der Lichtempfangssensor 32 kann dazu ausgebildet sein, drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweiligen Wellenlängen zu empfangen, die von der Lichtquelle 47 ausgesendet und von der Straßenoberfläche reflektiert worden sind. Die Lichtquelle 47 kann die drei Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen Wellenlängen emittieren, wie diese in der JP 2006- 46 936 A offenbart sind. Ein solcher Lichtempfangssensor 32 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, solange er in der Lage ist, die genannten Typen von Nahinfrarotlicht zu empfangen, und kann einen beliebigen von verschiedenen allgemein bekannten Sensoren umfassen.
Es sei erwähnt, dass die Lichtquelle 47 beispielsweise eine allgemein bekannte lichtemittierende Diode oder eine allgemein bekannte Halbleiterlaservorrichtung aufweisen kann, die dazu ausgebildet ist, die vorstehend beschriebenen Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen Wellenlängen zu emittieren.
Wie in 4 als Beispiel dargestellt, können die von der Lichtquelle 47 emittierten Typen von Nahinfrarotlicht die folgenden jeweiligen Wellenlängen aufweisen:

eine erste Wellenlänge λ_A, die weniger von Feuchtigkeit beeinflusst wird; eine zweite Wellenlänge λ_B, die nicht leicht von Eis absorbiert wird und leicht von Wasser absorbiert wird, d.h. die stärker von Feuchtigkeit und weniger von Eis beeinflusst wird; und eine dritte Wellenlänge λ_C, die leicht von Eis absorbiert wird und nicht leicht von Wasser absorbiert wird, d.h. die weniger von Wasser und
stärker von Eis beeinflusst wird. Die erste Wellenlänge λ_A kann beispielsweise 980 nm betragen, die zweite Wellenlänge λ_B kann in einem Bereich von 1370 nm bis 1450 nm, jeweils einschließlich, gewählt werden, und die dritte Wellenlänge λ_C kann in einem Bereich von 1470 nm bis 1550 nm, jeweils einschließlich, gewählt werden.

Die zumindest drei Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen Wellenlängen können von der Lichtquelle 47 zu einem beliebigen Zeitpunkt auf die Fahrbahn- bzw. Straßenoberfläche aufgebracht werden, zum Beispiel zu einem Zeitpunkt, der in der JP 2006-46 936 A offenbart ist.
Der Insassenüberwachungssensor 33 kann eine fahrzeuginterne Bildaufnahmekamera 33c aufweisen. Die fahrzeuginterne Bildaufnahmekamera 33c kann einen oder mehrere allgemein bekannte Sensoren enthalten, die Information über den Fahrer des Fahrzeugs 200 erfassen. Die fahrzeuginterne Bildaufnahmekamera 33c kann eine Bildaufnahmevorrichtung, wie z.B. eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder eine CMOS-Vorrichtung, enthalten und einen Innenraum des Fahrzeugs 200 aufnehmen, um Bilddaten zu erzeugen.
Die fahrzeuginterne Bildaufnahmekamera 33c kann dazu ausgebildet sein, die erzeugten Bilddaten an die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 zu übermitteln. Bei der exemplarischen Ausführungsform kann die fahrzeuginterne Bildaufnahmekamera 33c derart angeordnet sein, dass sie eine Bildaufnahme des das Fahrzeug 200 fahrenden Fahrers vornimmt. Die vorgesehene fahrzeuginterne Bildaufnahmekamera 33c kann aus nur einer, aber auch aus zwei oder mehr Kameras bestehen.
Der Biosensor 34 kann dazu ausgebildet sein, biometrische Information des Fahrers zu erfassen und Erfassungsdaten an die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 zu übermitteln. Als Biosensor 34 kann jeder beliebige von verschiedenen, allgemein bekannten Sensoren verwendet werden. Der Biosensor 34 kann beispielsweise einen Elektrowellen-Dopplersensor umfassen, der zum Erfassen der Herzfrequenz des Fahrers ausgebildet ist, oder kann ein nicht am Körper getragener Pulssensor sein, der zum Erfassen des Pulses des Fahrers ausgebildet ist. Der Biosensor 34 kann z.B. ein in das Lenkrad 13 eingebettetes Elektrodenpaar zur Messung der Herzfrequenz oder zur Erstellung eines Elektrokardiogramms des Fahrers sein.
Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann einen oder mehrere allgemein bekannte Sensoren aufweisen, die den Betriebszustand und das Verhalten des Fahrzeugs 200 erfassen. Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann zum Beispiel einen oder mehrere von einem Lenkwinkelsensor, einem Gaspedalstellungssensor, einem Bremshubsensor, einem Bremsdrucksensor oder einem Motordrehzahlsensor aufweisen. Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann somit den Betriebszustand des Fahrzeugs 200 erfassen, wie z.B. den Lenkwinkel des Lenkrads 13 oder der gelenkten Räder, eine Gaspedalstellung, ein Bremsbetätigungsausmaß oder eine Motordrehzahl.
Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann zum Beispiel einen oder mehrere von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einem Beschleunigungsratensensor oder einem Winkelgeschwindigkeitssensor aufweisen. Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann somit das Verhalten des Fahrzeugs 200 erfassen, wie z.B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigungsrate, eine Querbeschleunigungsrate oder eine Gierrate.
Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann auch einen Sensor aufweisen, der einen an einer Blinkerleuchte ausgeführten Betätigungsvorgang erfasst und einen Betriebszustand der Blinkerleuchte erfasst. Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann auch einen Sensor aufweisen, der einen Neigungszustand des Fahrzeugs 200 erfasst und einen Neigungszustand einer Straße erfasst. Der Fahrzeugzustandssensor 35 kann ein Sensorsignal, das die erfasste Information enthält, an die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 übermitteln.
Die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinheit 39 kann eine Schnittstelle sein, die zum Ausführen einer Kommunikation mit einem anderen Fahrzeug ausgebildet ist, das im Umfeld des Fahrzeugs 200 fährt.
Das Navigationssystem 40 kann ein allgemein bekanntes Navigationssystem sein, das eine Fahrtroute zu einem von einem Insassen vorgegebenen Ziel festlegt und dem Fahrer die festgelegte Fahrtroute mitteilt. Mit dem Navigationssystem 40 kann der GPS-Sensor 37 gekoppelt sein. Das Navigationssystem 40 kann Satellitensignale von GPS-Satelliten über den GPS-Sensor 37 empfangen, um Positionsinformation des Fahrzeugs 200 auf Kartendaten zu ermitteln. Anstelle des GPS-Sensors 37 kann eine Antenne vorhanden sein, um Satellitensignale von einem anderen Satellitensystem zu empfangen, das eine Position des Fahrzeugs 200 identifiziert.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 43 kann von der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 angesteuert werden, um dem Fahrer verschiedene Informationen zur Verfügung zu stellen, z.B. durch die Anzeige eines Bildes oder die Ausgabe von Ton. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 43 kann beispielsweise eine Anzeige in einem Armaturenbrett sowie einen in dem Fahrzeug 200 vorgesehenen Lautsprecher umfassen. Die Anzeige kann beispielsweise als Anzeige des Navigationssystems 40 dienen. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 43 kann ein Head-up-Display aufweisen, das ein Bild auf einer Frontscheibe des Fahrzeugs 200 anzeigt.
Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 gemäß der exemplarischen Ausführungsform beschrieben. Die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 kann einen Straßenoberflächenzustand (Typ) für das fahrende Fahrzeug 200 bestimmen.
2 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Konfigurationsbeispiels der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 gemäß der exemplarischen Ausführungsform.
Sensoren SR können über eine spezielle Leitung oder ein Kommunikationssystem, wie etwa ein CAN (Controller Area Network) oder ein LIN (Local Interconnect Network) mit der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 verbunden sein. Die Sensoren SR können beispielsweise den Umgebungssensor 31, den Insassenüberwachungssensor 33, den Biosensor 34, den Fahrzeugzustandssensor 35 und den GPS-Sensor 37 umfassen.
Die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinheit 39, das Navigationssystem 40, die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 und die Mensch-Maschine-Schnittstelle 43, wie sie vorstehend beschrieben wurden, können ebenfalls über eine spezielle Leitung oder ein Kommunikationssystem, wie etwa CAN oder LIN mit der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 verbunden sein. Die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 kann über ein allgemein bekanntes Kommunikationssystem 45 mit einem externen Netzwerk NET, wie etwa dem Internet verbindbar sein.
Eine solche Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 gemäß der exemplarischen Ausführungsform kann einen Controller 50 und eine allgemein bekannte Speichereinrichtung mit einem Speicher 60 und einer Datenbank 70 aufweisen. Der Controller 50 kann einen oder mehrere Prozessoren aufweisen. Nicht einschränkende Beispiele für den einen oder die mehreren Prozessoren können eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder CPUs umfassen.
Der Controller 50 kann ganz oder teilweise aus aktualisierbarer Software, wie z.B. Firmware, oder einem Programmmodul bestehen, das gemäß einem von der CPU oder den CPUs erteilten Befehl ausgeführt wird. Der Speicher 60 der Speichereinrichtung kann eine allgemein bekannte Speichervorrichtung, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder einen Festwertspeicher (ROM) aufweisen.
Die Datenbank 70 des Speichers kann ein allgemein bekanntes, wiederbeschreibbares Aufzeichnungsmedium, wie etwa ein Solid-State-Laufwerk (SSD), ein Festplattenlaufwerk (HDD), einen USB-Flash oder eine Speichervorrichtung aufweisen. Es sei erwähnt, dass die Speichereinrichtung bei der exemplarischen Ausführungsform in ihrer Anzahl oder Art keinen besonderen Einschränkungen unterliegt. Zumindest ein Teil der Information in der Datenbank 70 kann in einem allgemein bekannten, externen Server gespeichert sein. Bei einem Beispiel kann die Speichereinrichtung der exemplarischen Ausführungsform ein von dem Controller 50 auszuführendes Computerprogramm, verschiedene in einem Berechnungsprozess zu verwendende Parameter, Erfassungsdaten sowie solche Information, wie etwa ein Berechnungsergebnis enthalten.
Die Datenbank 70 der exemplarischen Ausführungsform kann beispielsweise erste Schwellenwertdaten FTD in Bezug auf einen euklidischen Abstand (einen Radius) enthalten, die bei der Bestimmung eines Zustands mit Schneeansammlung (SCHNEE) in einem Polarkoordinatensystem zu verwenden sind; zweite Schwellenwertdaten STD in Bezug auf Polarkoordinaten (θ) enthalten, die bei der Bestimmung eines Gefrierzustands (EIS) in dem Polarkoordinatensystem zu verwenden sind; sowie dritte Schwellenwertdaten TTD in Bezug auf einen Feuchtigkeitsindex enthalten, die bei der Bestimmung eines trockenen Zustands (TROCKEN) oder eines nassen Zustands (NASS) in einem Polarkoordinatensystem zu verwenden sind. Im Folgenden werden der Zustand mit Schneeansammlung (SCHNEE), der Gefrierzustand (EIS), der trockene Zustand (TROCKEN) und der nasse Zustand (NASS) manchmal einfach als Zustand SCHNEE, Zustand EIS, Zustand TROCKEN bzw. Zustand NASS bezeichnet.
Wie in 2 dargestellt, kann der Controller 50 der exemplarischen Ausführungsform eine Nahinfrarotlicht-Aufbring- und -Empfangseinheit 51, eine Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 und eine Fahrzeugsteuereinheit 55 aufweisen.
Die Nahinfrarotlicht-Aufbring- und -Empfangseinheit 51 kann dazu ausgebildet sein, die Lichtquelle 47 zu steuern, die dazu ausgebildet ist, jeden der drei Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen voneinander verschiedenen Wellenlängen zu emittieren und dadurch zu bewirken, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht von der Lichtquelle 47 auf eine Straßenoberfläche aufgebracht werden, auf der das Fahrzeug 200 fährt. Darüber hinaus kann die Nahinfrarotlicht-Aufbring- und Empfangseinheit 51 dazu ausgebildet sein, die drei Typen von Nahinfrarotlicht, die von der Lichtquelle 47 ausgesendet und von der vorstehend beschriebenen Straßenoberfläche reflektiert wurden, mittels einer nicht dargestellten allgemein bekannten Lichtempfangseinheit zu empfangen.
D.h., der Controller 50 kann die Lichtquelle 47 steuern, die dazu ausgebildet ist, die jeweiligen drei Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen voneinander verschiedenen Wellenlängen zu emittieren und dadurch zu bewirken, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht von der Lichtquelle 47 auf die Straßenoberfläche aufgebracht werden, auf der das Fahrzeug 200 fährt. Der Controller 50 kann die Nahinfrarotlicht-Aufbring- und Empfangseinheit 51 veranlassen, die drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht zu empfangen.
Die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 kann dazu ausgebildet sein, einen Zustand der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug 200 fährt, auf der Basis eines Lichtempfangsergebnisses zu bestimmen, das von der Nahinfrarotlicht-Aufbring- und Empfangseinheit 51 in Bezug auf die drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht erhalten wird. In diesem Fall, wie später noch beschrieben wird, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 eine primäre Bestimmung dahingehend, ob es sich bei einem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand SCHNEE handelt, vorrangig gegenüber anderen Typen ausführen, und kann nach der primären Bestimmung eine sekundäre Bestimmung dahingehend ausführen, um welchen der anderen Typen (TROCKEN, EIS und NASS) es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche handelt.
Ferner kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 bei der Ausführung der sekundären Bestimmung vorranging bestimmen, ob der Typ der Straßenoberfläche der Zustand EIS ist, und danach bestimmen, ob der Typ der Straßenoberfläche der Zustand TROCKEN oder der Zustand NASS ist.
Wie in 5 dargestellt, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 dazu ausgebildet sein, den Zustand der Straßenoberfläche anhand eines Bestimmungsschwellenwerts zu bestimmen, der auf einem Polarkoordinatensystem mit Achsen basiert, die die jeweiligen Wellenlängen der drei Typen von Nahinfrarotlicht darstellen, und zwar auf der Basis der jeweiligen Mengen der drei Typen von Nahinfrarotlicht, die von der Straßenoberfläche reflektiert und von der Nahinfrarotlicht-Aufbring- und Empfangseinheit 51 empfangen worden sind.
In dem in 5 dargestellten Polarkoordinatensystem kann die Menge des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der durch die jeweilige Achse dargestellten Wellenlänge durch einen in eine Spannung umgewandelten Wert dargestellt werden, zum Beispiel in einem Bereich von einigen Millivolt bis zu mehreren tausend Millivolt.

Auf der Basis von Überlegungen des Erfinders wird die Schlussfolgerung getroffen, dass bei der exemplarischen Ausführungsform ein Beitrag zur Verbesserung der Genauigkeit geleistet werden kann, indem ein Bestimmungsschwellenwert zur Bestimmung jedes der Zustände der Straßenoberfläche auf der Basis von Merkmalen festgelegt wird, die von den Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen Wellenlängen auf der Straßenoberfläche gezeigt werden, wie dies in Tabelle 1 aufgeführt ist. Die Zustände der Straßenoberfläche können zum Beispiel den Zustand SCHNEE, den Zustand EIS, den Zustand TROCKEN und den Zustand NASS umfassen. Tabelle 1

	Merkmal des Typs von Nahinfrarotlicht auf der jeweiligen Straßenoberfläche	Verhältnis zwischen den Mengen der empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht
TROCKEN	• Eine Streulichtkomponente nimmt aufgrund von Unebenheiten der Straßenoberfläche zu. • Kaum durch Feuchtigkeit absorbiert.	Wellenlänge λ_A: mittel Wellenlänge λ_B: mittel Wellenlänge λ_C: mittel
NASS	• Eine regelmäßige Reflexionskomponente nimmt zu und Mengen des empfangenen Lichts nehmen aufgrund eines Wasserfilms ab. • Durch Feuchtigkeit absorbiert.	Wellenlänge λ_A: mittel Wellenlänge λ_B: klein bis mittel Wellenlänge λ_C: klein
SCHNEE	• Mengen des empfangenen Lichts sind aufgrund des hohen Anteils an Streulicht groß.	Wellenlänge λ_A: mittel Wellenlänge λ_B: mittel bis groß Wellenlänge λ_C: klein
EIS	• Die Streulichtkomponente ist vorhanden, aber eine langwellige Komponente (Wellenlängen λ_B und λ_C) wird durch Wasser und Eis stark absorbiert.	Wellenlänge λ_A: mittel Wellenlänge λ_B: klein Wellenlänge λ_C: klein

Die Auswertung für den Zustand TROCKEN kann z.B. so aussehen, dass eine Streulichtkomponente zunimmt, weil die Unebenheit der Straßenoberfläche ausgeprägter ist als in anderen Zuständen; und dass die Typen von Nahinfrarotlicht durch Feuchtigkeit auf der Straßenoberfläche kaum absorbiert werden. Die Auswertung für den Zustand NASS kann so aussehen, dass eine regelmäßige Reflexionskomponente der Typen von Nahinfrarotlicht zunimmt, während Mengen des jeweils empfangenen Lichts aufgrund eines auf der Straßenoberfläche gebildeten Wasserfilms abnehmen; und dass die Typen von Nahinfrarotlicht durch Feuchtigkeit auf der Straßenoberfläche absorbiert werden.
Die Auswertung für den Zustand SCHNEE kann so aussehen, dass die Mengen des jeweils empfangenen Lichts relativ zunehmen, weil die Typen von Nahinfrarotlicht stärker gestreut werden als in anderen Zuständen, zum Beispiel unter dem Einfluss von Schneeflocken. Die Auswertung für den Zustand EIS kann darin bestehen, dass die Komponente auf der langwelligen Seite durch Wasser und Eis stark absorbiert wird, obwohl die Streulichtkomponente vorhanden ist.
Somit kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 der exemplarischen Ausführungsform zunächst bei der primären Bestimmung die jeweiligen Mengen bzw. Anteile der drei von dem Lichtempfangssensor 32 empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht im Ausdruck (1) einbeziehen, um einen euklidischen Abstand (einen Radius) in dem Polarkoordinatensystem zu berechnen. Im Ausdruck (1) kann „x(n)“ die Menge des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge λ_A darstellen, „y(n)“ kann die Menge des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge λ_B darstellen und „z(n)“ kann die Menge des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge λ_C darstellen. $γ (n) = \sqrt{x {(n)}^{2} + y {(n)}^{2} + z {(n)}^{2}}$
Danach, bei der sekundären Bestimmung, kann die Straßenoberflächen-Zustandsbestimmungseinheit 52 die jeweiligen Mengen der drei Typen von Nahinfrarotlicht, die von dem Lichtempfangssensor 32 empfangen werden, im Ausdruck (2) einbeziehen, um Polarkoordinaten (einen Winkel θ(n)) in dem Polarkoordinatensystem zu berechnen. Im Ausdruck (2) kann „x(n)“ die Menge des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge λ_A darstellen, „y(n)“ kann die Menge des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge λ_B darstellen, und „z(n)“ kann die Menge des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge λ_C darstellen. $θ (n) = a r c t a n (\frac{z (n)}{\sqrt{x {(n)}^{2} + y {(n)}^{2}}})$
Bei einem Beispiel kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 den Typ der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug 200 fährt, unter Verwendung eines Feuchtigkeitsindexes MI bestimmen. Der Feuchtigkeitsindex MI kann ein Verhältnis zwischen der Menge des empfangenen Lichts mit einer Wellenlänge, die leichter von Wasser absorbiert wird, und der Menge des empfangenen Lichts mit einer Wellenlänge, die weniger leicht von Wasser absorbiert wird, darstellen.
In Bezug auf die drei vorstehend beschriebenen Typen von Nahinfrarotlicht kann der Feuchtigkeitsindex MI beispielsweise ein Verhältnis sein zwischen einer Menge RA₁ des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge, die leichter von Wasser absorbiert wird, d.h. der zweiten Wellenlänge λ_B, und einer Menge RA₂ des empfangenen Nahinfrarotlichts mit der Wellenlänge, die weniger leicht von Wasser absorbiert wird, d.h. der ersten Wellenlänge λ_A.
Die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 kann diesen Feuchtigkeitsindex MI für die Bestimmung verwenden, ob es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand TROCKEN oder den Zustand NASS handelt. Dieser Feuchtigkeitsindex MI kann durch folgenden Ausdruck (3) ausgedrückt werden. $M 1 = \frac{R A_{2}}{R A_{1}}$
Die Fahrzeugsteuereinheit 55 kann dazu ausgebildet sein, das Fahrzeug 200 auf der Basis des von der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 bestimmten Straßenoberflächenzustands zu steuern. Nicht einschränkende Beispiele für eine solche Fahrzeugsteuerung auf der Basis des Straßenoberflächenzustands können eine Steuerung zum Erwecken der Aufmerksamkeit eines Insassen mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle 43 oder eine Steuerung zum Einstellen des Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs 200 in Abhängigkeit von dem Straßenoberflächenzustand mittels der Fahrzeugsteuervorrichtung 41 umfassen.
Verfahren zum Bestimmen des Zustands der zu befahrenden Straßenoberfläche
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 ein Verfahren zum Bestimmen des Zustands der Straßenoberfläche beschrieben, auf der das Fahrzeug 200 bei der exemplarischen Ausführungsform fährt. Nachfolgend wird ein Beispiel für die Bestimmung beschrieben, zu welchem der vier vorstehend geschilderten Straßenoberflächenzustände, d.h. dem Zustand TROCKEN, dem Zustand NASS, dem Zustand SCHNEE und dem Zustand EIS die Straßenoberfläche gehört. Diese Straßenoberflächenzustände sind jedoch nur Beispiele für allgemein bekannte Straßenoberflächenzustände.
Somit kann z.B. jeder beliebige andere allgemein bekannte Straßenoberflächenzustand, wie z.B. ein Zustand mit verdichtetem Schnee, verwendet werden, solange der Zustand der Straßenoberfläche unter Verwendung der Mengen der drei empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht bestimmt werden kann. Bei der Bestimmung des Zustands der Straßenoberfläche bei der exemplarischen Ausführungsform kann ein Zustand bestimmt werden, der eine Kombination aus zwei oder mehr der Straßenoberflächenzustände umfasst, z.B. ein Zustand, der eine Kombination aus dem Zustand SCHNEE und dem Zustand NASS aufweist.
Das nachfolgende Verfahren zum Bestimmen des Zustands der Straßenoberfläche kann von der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 berührungslos ausgeführt werden.
Zunächst kann in einem Schritt 10 die Nahinfrarotlicht-Aufbring- und -Empfangseinheit 51 die Lichtquelle 47 steuern und dadurch jeden der drei Typen von Nahinfrarotlicht mit den jeweiligen voneinander verschiedenen Wellenlängen auf die Straßenoberfläche aufbringen.
Anschließend kann die Nahinfrarotlicht-Aufbring- und Empfangseinheit 51 in einem Schritt 11 bestimmen, ob jeder der drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht mittels des Lichtempfangssensors 32 empfangen worden ist.
Wenn im Schritt 11 festgestellt wird, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht empfangen worden sind (Schritt 11: Ja), kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 in einem Schritt 12 zunächst bestimmen, ob der Typ der Straßenoberfläche der Zustand „SCHNEE“ ist.
Mit anderen Worten, die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 kann die primäre Bestimmung, ob es sich bei der Art der Straßenoberfläche um den Zustand „SCHNEE“ handelt, vorrangig vor anderen Arten auf der Basis der drei Typen von Nahinfrarotlicht ausführen, die von der Straßenoberfläche reflektiert und von dem Lichtempfangssensor 32 empfangen worden sind. Wenn nicht festgestellt wird, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht im Schritt 11 (Schritt 11: Nein) empfangen worden sind, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 in einen Standby-Zustand versetzt werden.
Beispielsweise kann die Straßenoberflächen-Bestimmungseinheit 52 die primäre Bestimmung ausführen, indem sie die jeweiligen Mengen bzw. Beträge der drei von dem Lichtempfangssensor 32 empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht in den Ausdruck (1) einsetzt, um den euklidischen Abstand (den Radius) in dem in 5 dargestellten Polarkoordinatensystem zu berechnen.
In diesem Fall kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 bestimmen, ob der mit Ausdruck (1) berechnete Wert von r(n) die ersten Schwellenwertdaten FTD überschreitet, und zwar auf der Basis der ersten Schwellenwertdaten FTD, die eine Unterscheidung zwischen dem Zustand SCHNEE und den übrigen Straßenoberflächenzuständen ermöglichen, wie in 6 dargestellt.
Die ersten Schwellenwertdaten FTD können vorab berechnet werden, z.B. durch ein Experiment oder eine Simulation, und können z.B. in der Datenbank 70 gespeichert werden. Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Durchschnittswert für jeden Zustand auf der Basis eines Experiments usw. berechnet werden, und die ersten Schwellenwertdaten FTD können auf der Basis eines Bereichs des Durchschnittswerts von ± 2σ festgelegt werden.
Wenn der im Schritt 12 berechnete Wert von r(n) die ersten Schwellenwertdaten FTD überschreitet, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 den Zustand der Straßenoberfläche als den „SCHNEE-Zustand“ bestimmen (Schritt 12: Ja), und der Prozess kann mit Schritt 16 fortfahren.
Wenn dagegen der im Schritt 12 berechnete Wert von r(n) die ersten Schwellenwertdaten FTD nicht überschreitet (Schritt 12: Nein), kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 in dem anschließenden Schritt 13 die sekundäre Bestimmung dahingehend ausführen, welcher der anderen Typen als der Zustand SCHNEE bei der Straßenoberfläche vorliegt.
Beispielsweise kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 bei der sekundären Bestimmung zunächst bestimmen, ob der Typ der Straßenoberfläche der Zustand EIS ist, indem sie die jeweiligen Beträge der drei Typen von Nahinfrarotlicht, die von dem Lichtempfangssensor 32 empfangen werden, in den Ausdruck (2) einsetzt, um die Polarkoordinaten (den Winkel θ) in dem in 5 dargestellten Polarkoordinatensystem zu berechnen.
In diesem Fall kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 bestimmen, ob der mit Ausdruck (2) berechnete Winkel θ(n) die zweiten Schwellenwertdaten STD überschreitet, und zwar auf der Basis der zweiten Schwellenwertdaten STD, die eine Unterscheidung zwischen dem Zustand EIS und den übrigen Straßenoberflächenzuständen, d.h. dem Zustand TROCKEN und dem Zustand NASS, ermöglichen, wie dies in 7 dargestellt ist.
Die zweiten Schwellenwertdaten STD können vorab berechnet werden, z.B. durch ein Experiment oder eine Simulation, und können z.B. in der Datenbank 70 gespeichert werden. Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Durchschnittswert für jeden Zustand auf der Basis eines Experiments usw. berechnet werden, und Winkelinformation, bei der es sich um den vorstehend beschriebenen Schwellenwert handelt, kann auf der Basis eines Bereichs des Durchschnittswerts von ± 2σ festgelegt werden.
In einem Fall, in dem der im Schritt 13 berechnete Wert θ(n) die zweiten Schwellenwertdaten STD überschreitet, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 den Zustand der Straßenoberfläche als den „Zustand EIS“ bestimmen (Schritt 13: Ja), und das Verfahren kann mit einem Schritt 16 fortfahren.
Dagegen kann in einem Fall, in dem der im Schritt 13 berechnete Wert θ(n) die zweiten Schwellenwertdaten STD nicht überschreitet (Schritt 13: Nein), die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 in den nachfolgenden Schritten 14 und 15 die sekundäre Bestimmung dahingehend ausführen, ob es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand TROCKEN oder um den Zustand NASS handelt. In der exemplarischen Ausführungsform kann die Bestimmung dahingehend, ob der Typ der Straßenoberfläche der Zustand NASS ist, vor der Bestimmung ausgeführt werden, ob der Typ der Straßenoberfläche der Zustand TROCKEN ist. Die Bestimmung, ob es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand TROCKEN handelt, kann jedoch vor der Bestimmung ausgeführt werden, ob es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand NASS handelt, oder sie können im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt ausgeführt werden.
Bei der exemplarischen Ausführungsform kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 die Bestimmung, ob es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand NASS oder um den Zustand TROCKEN handelt, unter Verwendung des Feuchtigkeitsindexes MI in den Schritten 14 und 15 ausführen. In diesem Fall kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 bestimmen, ob der mit Ausdruck (3) berechnete Feuchtigkeitsindex MI die dritten Schwellenwertdaten TTD überschreitet (oder unterschreitet), und zwar auf der Basis der dritten Schwellenwertdaten TTD, die eine Unterscheidung zwischen dem Zustand TROCKEN und dem Zustand NASS ermöglichen, wie in 8 dargestellt.
Die dritten Schwellenwertdaten TTD können vorab berechnet werden, beispielsweise durch ein Experiment oder eine Simulation, und können beispielsweise in der Datenbank 70 gespeichert werden. Bei dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel kann ein Durchschnittswert für jeden Zustand auf der Basis eines Experiments usw. berechnet werden, und ein Schwellenwert für den vorstehend beschriebenen Feuchtigkeitsindexes MI kann auf der Basis eines Bereichs des Durchschnittswerts von ±2σ festgelegt werden.
Wenn der berechnete Feuchtigkeitsindex MI die dritten Schwellenwertdaten TTD überschreitet, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 den Zustand der Straßenoberfläche als „Zustand TROCKEN“ bestimmen (Schritt 14: Nein). Wenn der berechnete Feuchtigkeitsindex MI die dritten Schwellenwertdaten TTD nicht überschreitet, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 den Zustand der Straßenoberfläche als den „Zustand NASS“ bestimmen (Schritt 14: Ja).
Wie vorstehend beschrieben, kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 bei einem Beispiel bei der sekundären Bestimmung vorrangig bestimmen, ob es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand EIS handelt, und anschließend bestimmen, ob es sich bei dem Typ der Straßenoberfläche um den Zustand TROCKEN oder um den Zustand NASS handelt.
Nachdem der Zustand der zu befahrenden Straßenoberfläche auf diese Weise bestimmt worden ist, kann im Schritt 16 der bestimmte Zustand der Straßenoberfläche in der Fahrzeugsteuerung für das fahrende Fahrzeug 200 reflektiert werden bzw. Niederschlag finden. Beispielsweise kann die Fahrzeugsteuerungsvorrichtung 41 eine Steuerung zum Einstellen des Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs 200 auf der Basis des mit höherer Genauigkeit ermittelten Zustands der Fahrbahnoberfläche ausführen.
Danach kann im Schritt 20 bestimmt werden, ob das System des Fahrzeugs 200 gestoppt hat. Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass das System AUS ist (Schritt 20: Ja), kann der Prozess beendet werden. Wenn das Fahrzeug 200 noch fährt (Schritt 20: Nein), kann der Prozess zu Schritt 10 zurückspringen, und der vorstehend beschriebene Prozess kann wiederholt werden. Somit kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 beispielsweise in einem Fall, in dem das Wetter während der Fahrt des Fahrzeugs 200 von regnerisch auf sonnig wechselt, den Straßenoberflächenzustand neu bestimmen.
Bei der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 für das Fahrzeug 200 und dem Verfahren zum Bestimmen eines Straßenoberflächenzustands gemäß der vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsform ist es möglich, den Zustand der Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug 200 fährt, in Übereinstimmung mit verschiedenen Fahrumgebungen genau zu bestimmen. Gemäß der exemplarischen Ausführungsform kann vorrangig vor anderen Punkten bestimmt werden, ob die Straßenoberfläche rutschig ist, d.h. ob der Zustand der Fahrbahnoberfläche der Zustand SCHNEE oder EIS ist. Dadurch wird die Antriebskraft des Fahrzeugs auch bei einer fälschlichen Bestimmung unterdrückt, so dass die Fahrsicherheit weiter verbessert werden kann.
In der vorstehenden Beschreibung sind einige exemplarische Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, dass die vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen der Erfindung lediglich der Erläuterung dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Auch versteht es sich, dass verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Modifikationen bei den hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass man den Umfang der Erfindung verlässt. Die Erfindung soll solche Modifikationen und Änderungen mit umfassen, soweit sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalenten fallen.
So kann beispielsweise für die ersten Schwellenwertdaten FTD, die zweiten Schwellenwertdaten STD und die dritten Schwellenwertdaten TTD in der exemplarischen Ausführungsform jeweils ein optimaler Schwellenwert in Abhängigkeit von der Region vorliegen. Daher kann die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung 100 beispielsweise den Zustand der Straßenoberfläche auf der Basis von Schwellenwertdaten für die entsprechende der vorbestimmten Teilregionen,, wie etwa Präfekturen oder Gebiete, auf der Basis der von dem GPS-Sensor 37 erhaltenen Positionsinformation des Fahrzeugs 200 bestimmen.
Bei der vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsform kann der Prozess, nachdem der Zustand der Straßenoberfläche im Schritt 12 als der Zustand SCHNEE bestimmt wurde, mit dem Schritt 16 fortfahren. Die Ausführungsform der Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann zwischen dem Schritt 12 und dem Schritt 16 der folgende zusätzliche Bestimmungsprozess vorgesehen sein.
Der Zustand SCHNEE kann einem Zustand von „Beton“ oder einer „Fahrspurlinie“ dahingehend ähnlich sein, als die Straßenoberfläche die Farbe Weiß hat. Daher kann auch eine Unterscheidung zwischen dem Zustand SCHNEE und den vorstehend beschriebenen Zuständen vorgenommen werden.
Zum Beispiel kann in einem solchen zusätzlichen Bestimmungsprozess der Feuchtigkeitsindex MI berechnet werden, und der berechnete Feuchtigkeitsindex MI kann mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, um dadurch zu bestimmen, ob der Zustand der Straßenoberfläche der „Zustand SCHNEE“ oder der „Zustand Beton oder Fahrbahnlinie“ ist. Wenn der Feuchtigkeitsindex MI bei der vorläufigen Bestimmung des Zustands der Straßenoberfläche als Zustand SCHNEE eine Feuchtigkeitsmenge von einem vorbestimmten Wert oder mehr anzeigt, kann der Zustand der Straßenoberfläche in dem zusätzlichen Bestimmungsprozess endgültig als „Zustand SCHNEE“ bestimmt werden.
Wie bei anderen Schwellenwerten kann der in dem zusätzlichen Bestimmungsprozess zu verwendende Schwellenwert vorab berechnet werden, beispielsweise durch ein Experiment oder eine Simulation, und kann beispielsweise in der Datenbank 70 gespeichert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, einen Zustand einer Straßenoberfläche in einem vorderen Bereich in Fahrtrichtung eines Fahrzeugs ohne fehlerhafte Bestimmung exakt zu bestimmen, während zugleich die Kosten niedrig gehalten werden können.
Die Nahinfrarotlicht-Aufbring- und Empfangseinheit 51, die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 und die Fahrzeugsteuereinheit 55, die in 2 dargestellt sind, sind jeweils durch Schaltungseinrichtungen implementierbar, die zumindest eine integrierte Halbleiterschaltung, wie z.B. zumindest einen Prozessor (z.B. eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)), zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder zumindest ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) aufweisen.
Zumindest ein Prozessor kann durch Lesen von Anweisungen von zumindest einem maschinenlesbaren, nicht-flüchtigen, greifbaren Medium zum Ausführen von allen oder einem Teil der Funktionen jeweils der Nahinfrarotlicht-Aufbring- und Empfangseinheit 51, der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 und der Fahrzeugsteuereinheit 55, die in 2 dargestellt sind, konfiguriert werden.
Ein solches Medium kann in viele Formen vorliegen, die einen beliebigen Typ eines magnetischen Mediums, wie z.B. eine Festplatte, einen beliebigen Typ eines optischen Mediums, wie z.B. eine CD und eine DVD, einen beliebigen Typ eines Halbleiterspeichers (d.h. eine Halbleiterschaltung), wie z.B. einen flüchtigen Speicher und einen nicht-flüchtigen Speicher beinhalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Der flüchtige Speicher kann einen DRAM und einen SRAM beinhalten, und der nicht-flüchtige Speicher kann einen ROM und einen NVRAM beinhalten.
Bei dem ASIC handelt es sich um eine integrierte Schaltung (IC) und bei dem FPGA um eine integrierte Schaltung für die Konfiguration nach der Herstellung, um alle oder einen Teil der Funktionen der Nahinfrarotlicht-Aufbring- und - Empfangseinheit 51, der Straßenoberflächenzustands-Bestimmungseinheit 52 und der Fahrzeugsteuereinheit 55 auszuführen, wie diese in 2 dargestellt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200646936 A [0003, 0011, 0012, 0034, 0037]
JP 2010164521 A [0005, 0011]
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Claims

Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100), die dazu ausgebildet ist, eine berührungslose Bestimmung eines Zustands einer Straßenoberfläche auszuführen, wobei die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100) Folgendes aufweist: - einen oder mehrere Prozessoren (50); und - einen oder mehrere Speicher (60), die mit dem einen oder den mehreren Prozessoren (50) in kommunikationsfähiger Weise verbunden sind, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren (50) dazu ausgebildet sind, - eine Lichtquelle (47) zu steuern, die dazu ausgebildet ist, jeweils drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zu emittieren und dadurch zu bewirken, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht von der Lichtquelle (47) auf die Straßenoberfläche aufgebracht werden, - einen Lichtempfangssensor (32) zu veranlassen, die drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht zu empfangen, - eine primäre Bestimmung (52) dahingehend, ob es sich bei einem Typ der Straßenoberfläche um einen Zustand mit Schneeansammlung handelt, vorrangig gegenüber anderen Typen auf der Basis eines von dem Lichtempfangssensor (32) ermittelten Lichtempfangsergebnisses auszuführen, und - nach der primären Bestimmung (52) eine sekundäre Bestimmung (52) dahingehend, welcher Typ von den anderen Typen bei der Straßenoberfläche vorliegt, auf der Basis des von dem Lichtempfangssensor (32) ermittelten Lichtempfangsergebnisses auszuführen.
Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren (50) dazu ausgebildet sind, beim Ausführen der sekundären Bestimmung vorrangig zu bestimmen, ob der Typ der Straßenoberfläche ein Gefrierzustand ist, und anschließend zu bestimmen, ob der Typ der Straßenoberfläche ein trockener Zustand oder ein nasser Zustand ist.
Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100), die dazu ausgebildet ist, eine berührungslose Bestimmung eines Zustands einer Straßenoberfläche auszuführen, wobei die Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100) Folgendes aufweist: - einen oder mehrere Prozessoren (50); und - einen oder mehrere Speicher (60), die mit dem einen oder den mehreren Prozessoren (50) in kommunikationsfähiger Weise verbunden sind, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren (50) dazu ausgebildet sind, - eine Lichtquelle (47) zu steuern, die dazu ausgebildet ist, jeweils drei Typen von Nahinfrarotlicht mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen zu emittieren und dadurch zu bewirken, dass die drei Typen von Nahinfrarotlicht von der Lichtquelle (47) auf die Straßenoberfläche aufgebracht werden, - einen Lichtempfangssensor (32) zu veranlassen, die drei von der Straßenoberfläche reflektierten Typen von Nahinfrarotlicht zu empfangen, und - den Zustand der Straßenoberfläche (52) anhand eines Bestimmungsschwellenwerts zu bestimmen, der auf einem Polarkoordinatensystem mit Achsen basiert, die die jeweiligen Wellenlängen der drei von dem Lichtempfangssensor (32) empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht darstellen.
Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren (50) dazu ausgebildet sind, die drei von dem Lichtempfangssensor (32) empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht in einen Ausdruck (1) einzubeziehen, um einen euklidischen Abstand zu berechnen, der einen Radius in dem Polarkoordinatensystem darstellt, und dadurch eine Primärbestimmung auszuführen: $γ (n) = \sqrt{x {(n)}^{2} + y {(n)}^{2} + z {(n)}^{2}}$
Straßenoberflächenzustands-Bestimmungsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren (50) dazu ausgebildet sind, die drei von dem Lichtempfangssensor (32) empfangenen Typen von Nahinfrarotlicht in einen Ausdruck (2) einzubeziehen, um Polarkoordinaten zu berechnen, die einen Winkel in dem Polarkoordinatensystem darstellen, und dadurch eine Bestimmung auszuführen, die sich auf einen Gefrierzustand bei einer Sekundärbestimmung bezieht. $θ (n) = a r c t a n (\frac{z (n)}{\sqrt{x {(n)}^{2} + y {(n)}^{2}}})$