DE19543137A1 - Sensor zum Erfassen der Benetzung einer Fahrbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen der Benetzung einer Fahrbahn nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Führung eines Fahrzeuges erfolgt ausschließlich durch den Kraftschluß zwischen Fahrbahn und Reifen des Fahrzeuges. Diesem Kraftschluß sind physikalische Grenzen gesetzt, die durch verbesserte Straßenführung und höhere Antriebsleistungen der Fahrzeuge immer leichter erreicht werden können. Aus diesem Grundes ist es zur Verbesserung der Sicherheit von Fahrzeugen wünschenswert, ein System zur Kraftschlußerkennung zwischen Fahrbahn und Reifen zu entwickeln.

Ein Teil eines solchen Systemes ist beispielsweise aus der DE 42 13 221 A1 bekannt. Dort ist ein Verfahren zu Erfassung der Benetzung einer Fahrbahnoberfläche gezeigt, bei der mit Hilfe eines im Radinnenkotflügel an geschützter Stelle angeordneten Körperschallaufnehmers das Abroll- und Spritzwassergeräusch erfaßt wird. Anschließend wird hieraus in einem für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbereich, vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 4,5 kHz, die mittlere Schallintensität bestimmt. Mit den Eingangsgrößen Schallintensität und Fahrgeschwindigkeit wird dann schließlich mittels eines Kennfeldes die Ausgangsgröße "Benetzung der Fahrbahn" bestimmt und an im Fahrzeug vorhandene Steuergeräte ausgegeben.

Ferner zeigt die DE 42 35 809 C1 ein Sensorsystem an Kraftfahrzeugen zur Erkennung von Nässe an der Fahrbahn, bei der hinter einem Rad des Fahrzeuges ein Plattensensor angeordnet ist, der während der Fahrt bei nasser Fahrbahn den von dem Rad hochgeschleuderten Wassertropfen ausgesetzt ist. Dieser Plattensensor besteht aus einer Grundplatte, die an der Rückseite einen Beschleunigungsaufnehmer aufweist. Dieser Beschleunigungsaufnehmer erzeugt Rohsignale, die nach Verstärkung und Aufbereitung die Fahrbahnnässe anzeigen. Dieses Sensorsystem soll vorzugsweise an einem Spritzlappen, der am Kotflügel eines Kraftfahrzeuges angebracht ist oder direkt am Kotflügel angebaut sein.

Gegenüber diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der Erfindung, einen Sensor zum Erfassen der Benetzung einer Fahrbahn zu schaffen, der in jedes beliebige Fahrzeug eingebaut werden kann und ohne zusätzlichen Aufwand bezüglich der Anpassung an den Fahrzeugtyp immer genau die gleiche Funktion hat.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Dort wird vorgeschlagen, eine aus einem schwingungsfähigen Körper, z. B. einer Prallplatte, und einem an diesem Körper angeordneten Signalaufnehmer bestehenden Sensor an einem Aufbau des Fahrzeuges so anzuordnen, daß der Körper gegenüber dem Aufbau schwingungstechnisch entkoppelt ist, so daß die nicht von Fahrbahnnässe herrührenden Geräusche wie Motorgeräusch, Fahrbahnsplitt und Flattern bzw. Vibrieren von Teilen des Aufbaues nicht erfaßt werden. Dadurch kann der Sensor ohne individuelle Kalibrierung in der Serie eingesetzt und in Betrieb genommen werden. Diese Anordnung zeichnet sich zudem durch geringe Kosten, ein geringes Bauteilgewicht sowie ein geringes Bauteilvolumen aus.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. So wird vorgeschlagen, zwischen dem Körper und dem Aufbau des Fahrzeuges ein schwingungsdämpfendes Medium vorzusehen. Dieses kann in vorteilhafter Weise als Membran aus schwingungsdämpfendem Material ausgebildet sein, wobei der Körper in dieser Membran gehalten ist.

Um den Pegel des von dem Sensor gelieferten Signales zu erhöhen, ist der Körper aus einem schwingungsfähigen Material gebildet, dessen Eigenfrequenz in einem Frequenzbereich liegt, der von Spritzwasser besonders gut angeregt wird, vorzugsweise zwischen 2,5 und 4,5 kHz. Eine weitere Erhöhung des Signalpegels erhält man, wenn der Signalaufnehmer, wie vorgeschlagen, an einem Schwingungsbauch der Prallplatte angeordnet ist.

Als Anbauort des Sensors wird zum einen die Radhausinnenverkleidung vorgeschlagen. Alternativ wird vorgeschlagen, den Sensor in einem Schweller des Fahrzeuges hinter einem Vorderrad anzuordnen. Durch die Anordnung hinter dem Vorderrad wird die Benetzung der Fahrbahn zum frühestmöglichen Zeitpunkt erfaßt. Durch die Lage unterhalb des Schwellers ist der Sensor vor Verschmutzung durch hochgewirbelten Schnee oder Schmutz geschützt.

Um eine vorzeitige Zerstörung des Sensors durch Splitt, hochgewirbelte Steine etc. zu verhindern, ist der Sensor, d. h. Prallplatte und Membran, von einer Schutzeinrichtung wie z. B. einem Schutzgifter überdeckt. Das Schutzgitter ist dabei so ausgebildet, daß Wassertropfen noch passieren können.

Schließlich wird vorgeschlagen, den schwingungsfähigen Körper und den Signalaufnehmer in ihrem Schwingungsverhalten so abzustimmen, daß nicht nur der Aufprall von Wassertropfen, sondern auch das vom Abrollen des Rades auf nasser Fahrbahn hervorgerufene Zischgeräusch erfaßbar ist. Durch diese Maßnahme kann der Anbauort des Sensors in weiten Grenzen frei gewählt werden, und es ist insbesondere möglich, den Sensor auch außerhalb des Aufprallbereiches der Wassertropfen anzuordnen, der prinzipbedingt gleichzeitig auch immer der Aufprallort von sonstigen auf der Fahrbahn liegenden Teilchen (Splitt, Steine, Schnee, Schmutz) ist. Störungen durch diese Teilchen können daher weitgehend ausgeschlossen werden.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sensor,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Übersichtsskizze mit Anbauorten des Sensors.

Der dargestellte Sensor 1 zum Erfassen der Benetzung einer Fahrbahn besteht aus einer elastischen Membran 2, die einen als Resonator wirkenden, schwingungsfähigen Körper, hier eine Prallplatte 3, umgibt. Auf der Prallplatte 3 ist ein Signalaufnehmer 4 angeordnet. Mittels einer Befestigung 5 ist der Sensor 1 in einer Öffnung 6 einer Radhausinnenverkleidung 7 gehalten. Das vom Signalaufnehmer 4 erzeugte Signal wird über ein Kabel 8 zu einer nicht dargestellten Auswerteeinheit weitergeleitet, wie sie beispielsweise aus der DE 42 13 221 A1 bekannt ist.

Die Membran 2 kann hierbei eben oder auch kalottenförmig ausgeführt sein und aus Kunststoff, Metall, Elastomer und anderen elastischen Materialien oder einer Kombination hieraus bestehen.

Mit der Befestigung 5 wird der Sensor 1 in die Radhausinnenverkleidung 7 eingesetzt. An der Befestigung 5 ist als Abdeckung 9 ein Gitter oder ein Drahtnetz befestigt, das den Innenteil des Sensors 1 überspannt und ihn so vor Beschädigung durch Steinschlag und vor Anregung durch Splitt schützt. Innerhalb der Befestigung 5 ist als akustisches Dämpfungsmedium die elastische Membran 2 befestigt, das die Prallplatte 3 vom Körperschall der Befestigung 5 akustisch abkoppelt.

Um dies zu erreichen, muß die elastische Membran 2 folgende Eigenschaft besitzen: Körperschallschwingungen aus der Befestigung 5 dürfen nicht auf die Prall- oder Resonatorplatte 3 übertragen werden. Dies gilt besonders für Schwingungen, die in der Prallplatte für auftreffende Wassertropfen charakteristisch sind. Nach heutigem Stand ist dies ein Frequenzbereich von 2,5 kHz bis 4,5 kHz, wobei dies aber in starkem Maß von der Ausbildung der Prallplatte abhängt, d. h. die elastische Membran 2 darf von der Befestigung 5 keine Schwingungen auf die Prallplatte 3 in diesem speziellen Frequenzbereich passieren lassen. Andere Körperschallfrequenzen außerhalb des für Wassertropfen charakteristischen Frequenzbereichs werden entweder ebenfalls durch die elastische Membran, durch spezielle schwingungstechnische Ausbildung der Prallplatte oder durch die Bandpaßfilterung des Signales des Signalaufnehmers 4 ausgeblendet, der auf der Prallplatte 3 befestigt ist. Frequenzen außerhalb des charakteristischen Frequenzbereichs stören aus diesem Grund nicht.

Die im Zentrum des Sensors 1 sitzende Prallplatte 3 ist so ausgebildet, daß in diesem Körper Wassertropfen durch ihr Auftreffen charakteristische Schwingungen anregen. Um diese Schwingungen in elektrische Signale umzuwandeln sind Signalaufnehmer 4 vorgesehen, mit deren Hilfe Schwingungen gemessen werden können, beispielsweise Beschleunigungsaufnehmer, Wegaufnehmer oder piezoelektrische Bauteile. Der Signalaufnehmer 4 wird vorzugsweise an einem Ort auf der Prallplatte 3 angeordnet, der durch die von Wassertropfen angeregten Schwingungen besonders stark angeregt wird (Schwingungsbauch).

Die zur Auswertung der Sensorsignale notwendige, nicht gezeigte Auswerteeinheit, bestehend aus Signalverstärkung, Bandpaßfilterung, Effektivwertbildung und Umrechnung in Fahrbahnwasserhöhe mit Hilfe des Fahrgeschwindigkeitssignals, kann entweder direkt im Sensor 1 (smart sensor) oder räumlich getrennt im Fahrzeug angebracht sein.

Fig. 3 zeigt verschiedene Anbauorte für den Sensor 1. Der Anbauort A liegt im Bereich der Radhausinnenverkleidung 7 und ist so gewählt, daß von einem Rad 10 abgeschleuderte Wassertröpfchen 11 direkt die Prallplatte 3 des Sensors 1 treffen. Die Abdeckung 9 läßt die Wassertropfen 11 passieren, verhindert jedoch den Aufprall von mitgeschleuderten Festkörpern auf den Sensor 1. Der Anbauort B ist so gewählt, daß der Sensor 1 im Bereich eines Schwellers 12 des Fahrzeuges zu liegen kommt. Auch hier kann der Sensor 1 im direkten Aufprallbereich der Wassertropfen 11 angeordnet sein, wobei diese, ebenso wie mit den Wassertropfen zusammen hochgeschleuderter Schmutzteilchen sich jedoch leichter vom Sensor 1 durch die Wirkung der Schwerkraft wieder lösen. Wegen der Gefahr des Hochwirbelns von Festkörpern ist auch hier ein Schutzgitter 9 vorzusehen.

In einer schmutzgeschützten Ausführung ist beim Anbauort B vor dem Sensor ein Spritzschutz 13 vorgesehen, der in Form einer Spoilerlippe oder eines Spritzlappens vorhanden sein kann. Der Sensor 1 nimmt nun nur noch das vom Reifen 10 auf einer benetzten Fahrbahn 14 erzeugte Zischgeräusch auf.

Bei einer weiteren, nicht gezeigten Ausfertigung ist der Sensor nicht mit einer Öffnung 6 am Aufbau des Fahrzeugs, sondern frei an einer beliebigen Halterung angeordnet.

Das vom Sensor 1 gelieferte, die Fahrbahnnässe charakterisierende Signal wird in der nachgeschalteten Auswerteeinheit in eine der Fahrbahngriffigkeit äquivalente Größe, beispielsweise den Reibungsbeiwert zwischen Reifen und aktuell befahrenem Fahrbahnzustand, umgerechnet. Zur Ermittlung des Reibungsbeiwerts werden mit Hilfe geeigneter Sensorik sämtliche relevanten, die Fahrbahngriffigkeit beeinflussenden Parameter erfaßt. Dazu gehört insbesondere eine Sensorik zur Erkennung von Fahrbahnglätte.

Claims (11)

1. Sensor zum Erfassen der Benetzung einer Fahrbahn mit einem schwingungsfähigen Körper (3), und einem an diesem Körper angeordneten Signalaufnehmer (4), dadurch gekennzeichnet, daß dieser Körper (3) gegenüber dem Aufbau (7) des Fahrzeuges schwingungstechnisch entkoppelt ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur schwingungstechnischen Entkopplung zwischen dem Körper und dem Aufbau des Fahrzeuges ein schwingungsdämpfendes Medium (2) vorgesehen ist.

3. Sensor nach Anspruch (2), dadurch gekennzeichnet, daß zur schwingungstechnischen Entkopplung eine Membran (2) aus einem schwingungsdämpfendes Material vorgesehen ist und der Körper in dieser Membran (2) gehalten ist.

4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Körpers (3) in einem Frequenzbereich liegt, der von Spritzwasser oder dem von Spritzwasser herrührenden Geräusch besonders gut angeregt wird, vorzugsweise von 2,5 bis 4,5 kHz.

5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalaufnehmer (4) an einem Schwingungsbauch des Körpers (3) angeordnet ist.

6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor am Aufbau selbst, durch eine Halterung am Aufbau oder in einer Öffnung (6) am Aufbau des Fahrzeuges angeordnet ist.

7. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Aufbaues des Fahrzeuges im Kotflügel oder der Radhausinnenverkleidung (A) des Fahrzeuges vorgesehen ist.

8. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Aufbaues des Fahrzeuges in einem Schweller (B) des Fahrzeuges vorgesehen ist.

9. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor vor Schmutz und aufgewirbelten Steinen geschützt ist.

10. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor von auftreffendem Wasser gereinigt wird.

11. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) für sich allein aber auch an jedem Fahrzeuganbauort, in jedem Fahrzeug eines Fahrzeugtyps und in jedem verbindlichen Fahrzeugtyp immer genau gleiche Funktion hat.