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Die
Erfindung geht aus von einer Überwachungseinrichtung
für ein
Fahrzeug nach der Gattung des Anspruchs 1. Aus der
DE 44 39 048 A1 ist ein
Feuchtesensor in Form eines Piezo-Wandlers bekannt, der entweder
an einer Windschutzscheibe oder an einem Teil der Karosserie-Oberfläche angeordnet
ist. Der elektro-akustische Wandler wird in einer ersten Ausführungsform
in Resonanz betrieben, wobei aus der Verstimmung der Resonanz ein
Signal über
das Vorliegen von Feuchte abgeleitet wird. In einer anderen Ausführungsform
wird in einem Messintervall das Ausgangssignal des elektroakustischen Wandlers
in der Weise ausgewertet, dass in der Ausgangsspannung des elektro-akustischen
Wandlers enthaltene Impulse gezählt
oder deren Amplitude und/oder deren Dauer bewertet wird, um festzustellen,
wie viele Regentropfen auf die Fläche des elektro-akustischen
Wandlers auftreffen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung
für ein
Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den
Vorteil, dass Ultraschallsensoren zur Abstandsüberwachung auch zur Regenerkennung
eingesetzt werden können.
Hierdurch können
zusätzliche
Sensoren zur Regenerkennung am Fahrzeug vermieden werden. Damit
können die
Kosten für
eine Regenerkennung einerseits gesenkt werden und andererseits kann
für eine
Abstandserkennung mittels Ultraschallsensoren ein zusätzlicher
Nutzwert gegeben werden. Insbesondere kann der Fahrer bei nasser
Fahrbahn gewarnt werden oder es können Fahrzeugsysteme auf Regen eingestellt
werden. So können
z.B. Fenster geschlossen werden oder das Fahrverhalten des Fahrzeugs kann
an eine nasse Fahrbahn angepasst werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Überwachungseinrichtung
möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, eine Filtereinheit zur Ermittlung von
Regentropfensignalen vorzusehen. Indem Schallsignale, die von Regentropfen
herrühren,
herausgefiltert werden, ist einerseits eine sichere Regendetektion
möglich.
Andererseits wird das Ergebnis einer Abstandsmessung nicht durch
auf die Überwachungseinrichtung
auftreffende Regensignale gestört.
Damit kann eine Abstandsmessung sicherer und zugleich genauer ausgeführt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann auch eine Umschalteinrichtung vorgesehen sein, die zwischen
einer Abstandsmessung und einer Regendetektion umschaltet. Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn z.B. während einer Fahrt eine Abstandsmessung
mit Ultraschallsignalen nicht möglich oder
sinnvoll ist. Insbesondere kann während einer reinen Regendetektion
auch das Aussenden von Schallsignalen durch den Ultraschallabstandssensor unterdrückt werden.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, bei der Detektion von Regen die Abstandsmessung
an eine höhere Luftfeuchte
bzw. an störende
Regentropfen anzupassen. Hierzu kann insbesondere ein Schwellwert
für eine
Detektion eines reflektierten Signals erhöht werden. Ferner kann die
Schalllaufzeit an eine höhere Luftfeuchtigkeit
angepasst werden. Hierdurch ist ebenfalls eine genauere Abstandsbestimmung
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenigstens ein weiteres Fahrzeugsystem
in Abhängigkeit von
einer Detektion von Regentropfen anzusteuern. Hierdurch können Gefahren
für das
Fahrzeug, z.B. für
das Fahrzeuginnere durch eindringenden Regen, vermieden werden,
indem z.B. Fenster automatisch geschlossen werden.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung
in einer Frontansicht,
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2 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung
in einer Aufsicht,
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3 ein
Beispiel für
einen Betrag einer Hüllkurve
eines von einem erfindungsgemäß betriebenen
Ultraschallsensor empfangenen Schallsignals,
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4 einen erfindungsgemäß betriebenen Sensor in einer
Detaildarstellung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In
der 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt,
bei dem an einem Stoßfänger 2 vier
in Fahrtrichtung ausgerichtete Ultraschallsensoren 3 angeordnet
sind. Die Ultraschallsensoren 3 dienen dazu, Hindernisse
im Bereich vor dem Fahrzeug zu detektieren. Sie senden ein Ultraschallsignal
aus, das von möglichen
Hindernissen vor dem Fahrzeug reflektiert wird. Die Ultraschallsensoren 3 detektieren
dabei entweder die von ihnen jeweils selbst ausgesendeten oder von
einem benachbarten Sensor ausgestrahlten Ultraschallsignale. Die
Laufzeit der reflektierten Signale wird gemessen. Unter Einbeziehung
der Schallgeschwindigkeit wird aus der Laufzeit der Abstand zu Hindernissen
in der Fahrbahnumgebung bestimmt.
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In
der 4 ist ein Ultraschallsensor im
Detail dargestellt. In den Stoßfänger 2 ist
ein Sensorkopf 4 eingelassen, der an der Vorderseite des
Stoßfängers 2 eine
Membran 5 aufweist. Die Membran 5 kann durch ein
an der Rückseite
der Membran 5 angeordnetes Piezoelement 6 zu Schwingungen
angeregt werden. Infolge der Anregung sendet die Membran 5 Ultraschallwellen
aus. Ferner kann die Membran 5 aber auch durch auftreffende
Ultraschallwellen zu einer Schwingung angeregt werden. Diese Schwingungen
führen
zu einer Verformung des Piezoelements 6, wobei infolge
der Verformung eine Spannung an dem Piezoelement 6 abgegriffen
und einer Auswerteschaltung 7 zugeführt werden kann. Durch Wind,
insbesondere durch Fahrtwind, werden bei Regen Regentropfen auf
die Membran 5 geschleudert. Die auftreffenden Regentropfen
regen ebenfalls die Membran 5 zu einer Schwingung an. Durch
die Regentropfen wird die Membran 5 jedoch nur kurz zu
einer Schwingung angeregt. Damit erzeugen die auftreffenden Regentropfen
charakteristische, sehr kurze elektrische Pulse an dem an die Membran 5 angekoppelten
Piezoelement 6. Die Auswerteschaltung 7 umfasst
eine Verstärkungseinheit 50,
die das von dem Piezoelement 6 erzeugte elektrische Signal
so verstärkt,
dass es im Weiteren elektronisch ausgewertet werden kann. Zur Auswertung des
empfangenen Signals weist die Auswerteschaltung 7 eine
Recheneinheit 51 auf, die dazu in der Lage ist, den Betrag
einer Hüllkurve
des verstärkten Spannungssignals
mit einem vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen und eine digitale
Information auf einen Datenbus 8 zu geben.
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In
der 2 ist das Fahrzeug 1 mit den Ultraschallsensoren 3 schematisch
dargestellt. Die Ultraschallsensoren 3 können ergänzend oder
anstelle einer Anordnung an der Vorderseite auch an der Rückseite
des Fahrzeugs angeordnet sein. Die an der Rückseite des Fahrzeugs angeordneten
Ultraschallsensoren werden zur Regendetektion bevorzugt nur dann
herangezogen, wenn das Fahrzeug steht oder wenn es sich rückwärts bewegt.
Gegebenenfalls könne
auch an der rechten und/oder der linken Fahrzeugseite angeordnete
Ultraschallsensoren zur Detektion verwendet werden
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In
der 2 ist als Ausführungsbeispiel
eine Montage der Ultraschallsensoren an einem Stoßfänger 2 an
der Fahrzeugvorderseite dargestellt. Die Ultraschallsensoren 3 sind über einen
Datenbus 8 mit einer Auswerteeinheit 9 im Fahrzeug
verbunden. Die Auswerteeinheit 9 beinhaltet bevorzugt auch
eine Ansteuerung der Ultraschallsensoren 3 für eine Anregung
zum Aussenden von Messsignalen. In der 2 ist lediglich
eine Auswertung der empfangenen Signale mittels der Auswerteeinheit 9 dargestellt.
Die Auswerteschaltung 7 übermittelt über den Datenbus 8 bevorzugt
ein digitales Signal, das angibt, ob die Membran 5 über ein
bestimmtes Maß hinaus
zu einer Schwingung angeregt wird. Die maximalen Amplituden der
Schwingung können
durch eine Hüllkurve des
von dem Piezoelement abgegebenen Wechselspannungssignals beschrieben
werden. Überschreitet
der Betrag der Amplitude der Hüllkurve
einen vorgegebenen Schwellwert, so wird ein digitales Signal von
der Auswerteschaltung 7 bestimmt und an die Auswerteeinheit 9 übertragen,
z.B. ein Datensignal „high". Ist die Amplitude
der Hüllkurve
unterhalb dieses Schwellwertes, so wird ein Datensignal „low" bzw. kein Signal übertragen.
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In
der 3 ist ein Beispiel für ein Empfangssignal eines
Ultraschallsensors dargestellt. Über
einer Zeitachse 10 ist ein Betrag einer Hüllkurve des
Spannungssignals 11 des Piezoelementes 6 aufgetragen.
In einem Ausschnitt sind die einzelnen Schwingungen 12 des
Piezoelementes 6 betragsmäßig schematisch dargestellt.
Ausgehend von einem ersten Zeitpunkt 21 wird die Membran 5 zunächst von dem
Piezoelement, das mit einer Betriebsspannung beaufschlagt wird,
zu einer Schwingung angeregt. Ab einem anschließenden zweiten Zeitpunkt 22 klingt die
Schwingung zunächst
ab. Zwischen dem ersten Zeitpunkt 21 und bis zu einem Zeitpunkt 16,
bei dem die Kurve 11 den Schwellwert 15 unterschreitet,
wird jedoch ein empfangenes Signal 17 detektiert. Zur Übermittlung
des Messergebnisses wird ein digitales, an die Auswerteeinheit 9 zu übertragendes
Datensignal 55, das ebenfalls in der 3 unterhalb
des empfangenen Ultraschallsignals aufgetragen ist, auf „high" gesetzt. Damit wird
ein Signal 17 „high" bis zu dem Zeitpunkt 16 übertragen.
Die Auswerteeinheit 9 wird jedoch dieses Signal mit dem
Aussenden des Ultraschallsignals korrelieren und feststellen, dass kein
reflektiertes Signal empfangen wurde.
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Nach
dem Abklingen der Schwingung zu einem dritten Zeitpunkt 23 wird
die Membran 5 durch Schallsignale in der Fahrzeugumgebung
im Rahmen eines Grundrauschens 13 zu sehr geringen Schwingungen
angeregt. Zu einem vierten Zeitpunkt 24 trifft ein Bodenecho 14 auf
die Membran 5 und wird detektiert. Ein Schwellwert 15 für eine Erkennung
eines Signals ist dabei jedoch so hoch eingestellt, dass das Bodenecho 14 ein Übertragen
eines digitalen Signals für
einen Signalempfang nicht veranlasst. Ab einem fünften Zeitpunkt 25 wird
ein von einem Hindernis reflektiertes Signal 18 empfangen,
bis die Hüllkurve
zu einem sechsten Zeitpunkt 26 wieder unter den Schwellwert 15 fällt. Entsprechend
wird ein Ausgangssignal 19 abgegeben. Die Auswerteeinheit 9 detektiert
das von dem Hindernis zurückgeworfene Signal
und berechnet aus der Laufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfangen
unter Einbeziehung der Schallgeschwindigkeit den Abstand zu dem
Hindernis. Gegebenenfalls kann eine Warnung vor dem Hindernis über eine
Anzeige 31 oder über
eine akustische Ausgabe 32 ausgegeben werden, z.B. über einen
Lautsprecher im Fahrzeug.
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Zu
einem siebten Zeitpunkt 27 wird ein sehr kurzes Signal 39 detektiert.
Entsprechend wird auch nur ein kurzer Puls 20 an die Auswerteeinheit übertragen.
Daran anschließend
werden zu einem achten Zeitpunkt 28, zu einem neunten Zeitpunkt 29 und
zu einem zehnten Zeitpunkt 30 ebenfalls kurze Pulse 33, 34, 35 detektiert.
Weitere Pulse 36, 37 überschreiten den Schwellwert 15 nicht.
Entsprechend den Pulsen 33, 34, 35 werden
Signale 36, 37, 38 an die Auswerteeinheit 9 übertragen.
Die Pulse 39, 33, 34, 35, 36, 37 sind
sehr kurze Schallpulse, die durch auf die Membran 5 auftreffende
Regentropfen hervorgerufen werden. Sie unterscheiden sich von einem
von einem Hindernis reflektierten Schallsignal insbesondere in ihrer
Pulsbreite. Da das reflektierte Schallsignal aufgrund seiner Pulsdauer
und aufgrund seiner Signalausbreitung deutlich länger andauert, können hiervon
die kurzen, durch Regentropfen hervorgerufenen Pulse deutlich unterschieden
werden.
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Ein
normales, reflektiertes Signal dauert im Allgemeinen länger als
125 μs.
Dabei ist die Pulsbreite umso größer, je
geringer die Entfernung zu dem Hindernis ist, von dem es reflektiert
wurde. Die maximale Amplitude des reflektierten Signals und damit die
maximale Amplitude der Hüllkurve
ist von den Reflexionseigenschaften des Hindernisses abhängig und
nimmt ebenfalls mit annehmender Entfernung zu. Ein Regensignal ist
dagegen im Mittel kürzer
als 125 μs,
z.B. etwa 80 μs.
Weiterhin ist die Amplitude eines Regensignals im Allgemeinen signifikant
größer als
die Amplitude eines reflektierten Signals. Da der Sensor zyklisch
den gesamten messbaren Entfernungsbereich auswertet, die Regensignale
jedoch zu einem beliebigen Zeitpunkt auftreten können, werden die Regensignale
im Sensorsignal statistisch über
die Entfernung verteilt sein. Eine Unterscheidung zwischen einem
normalen, reflektierten Signal und einem Regensignal ist also über die
Auswertung der Impulsbreite und/oder der Amplitude möglich. Gegebenenfalls
kann auch die Messzeit, also die quasi dem Signal jeweils zugeordnete
Entfernung, mit einbezogen werden.
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Bevorzugt
werden über
den Datenbus 8 der Empfangszeitpunkt eines Signals und
die Dauer des Signals an die Auswerteeinheit 9 übertragen.
Von einer Empfangs- und Ansteuereinheit 40 werden die einzelnen
Signale den einzelnen Sensoren zugeordnet und an eine Verarbeitungs-
und Umschalteinheit 41 weitergeleitet. Pulssignale, die
eine vorgegebene Pulsdauer von z.B. 125 μs überschreiten, werden an eine
Abstandsauswerteeinheit 42 weitergeleitet. In der Abstandsauswerteeinheit 42 werden
die empfangenen Schallsignale unter Einbeziehung der Signalaussendung
verarbeitet, so dass eine Laufzeit des Signals erhalten wird. Die
Signallaufzeit wird unter Einbeziehung der Schallgeschwindigkeit
in eine Abstandsinformation umgerechnet. In Abhängigkeit von der Abstandsinformation
wird eine Warnung über
die Anzeige 31 und/oder über den Lautsprecher 32 ausgegeben,
insbesondere bei einer Unterschreitung einer vorgegebenen Abstandsgrenze.
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Schallimpulse,
die die vorgegebene Grenze von 125 μs unterschreiten, werden an
eine Regendetektionseinheit 44 weitergeleitet. In der Regendetektionseinheit
wird überprüft, ob mehrere
dieser Impulse insbesondere innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne
von z.B. 1 s detektiert werden. Wird nur ein einzelnes Signal detektiert,
so liegt möglicherweise ein
Fehler vor. Werden jedoch schnell aufeinander folgend mehrere Signale
detektiert, so stellt die Regendetektionseinheit 44 fest,
dass Regen fällt.
Diese Information wird an die Recheneinheit 43 weitergeleitet.
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Liegt
der Recheneinheit 43 die Information vor, dass es regnet,
so wird in einer ersten Ausführungsform
an die Empfangs- und Ansteuereinheit 40 diese Information
weitergeleitet. Die Abstandsmessung kann dabei für den Fall, dass auftreffende
Regentropfen detektiert werden, z.B. durch eine Anpassung des Schwellwertes
für die
Amplitude des Betrages der Hüllkurve,
aber auch durch eine Korrektur der Schallgeschwindigkeit unter Berücksichtigung
einer höheren
Luftfeuchte angepasst werden. Die Empfangs- und Ansteuereinheit 40 übermittelt
an die Ultraschallsensoren 3 eine Information dahingehend, den
Schwellwert 15 zu erhöhen.
Damit können
mögliche
Störungen
insbesondere bei einem starken Regen durch auftreffende Regentropfen
verhindert werden. In einer weiteren Ausführungsform wird die Abstandsinformation
durch die Recheneinheit 43 in Bezug auf eine Änderung
der bei zunehmender Luftfeuchte veränderten Schallgeschwindigkeit
korrigiert.
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Ferner
ist die Recheneinheit 43 dazu ausgelegt, über einen
weiteren Fahrzeugdatenbus 45 Fahrzeugsysteme anzusteuern.
Insbesondere kann ein Fensterstellmotor 46 derart angesteuert
werden, dass Fahrzeugfenster geschlossen werden. In einer weiteren
Ausführungsform
kann auch einem Bremsensteuergerät 47 die
Information übermittelt
werden, dass es regnet und dass entsprechend eine an eine nasse
Fahrbahn angepasste Bremsenansteuerungscharakteristik gewählt wird.
Weiterhin ist es auch möglich, über den
Fahrzeugdatenbus 45 die Scheibenwischer automatisch zu
betätigen.
Ferner kann auch ein Cabrio-Verdeck oder ein Schiebedach automatisch
geschlossen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Fahrwerksabstimmung
an die nasse Fahrbahn erfolgen. Ferner ist es möglich, auch das Licht bei Regen
automatisch einzuschalten.
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Die
Regendetektion kann bei einer langsamen Fahrt des Fahrzeugs zusammen
mit der Abstandsmessung aktiviert werden. Die Umschalteinheit 41 gibt
dabei die relevanten Informationen sowohl an die Abstandsauswerteeinheit 42 als
auch an die Regendetektionseinheit 44 weiter. Wird eine
vorgegebene Geschwindigkeit des Fahrzeugs, z.B. 25 km/h, überschritten,
so ist eine Abstandsdetektion mit Ultraschallsensoren möglicherweise
nicht mehr genau genug. In diesem Fall kann die Abstandsauswerteeinheit 42 durch
die Umschalteinheit 41 von den übertragenen Informationen abgeschnitten
werden. In diesem Fall unterbleibt auch ein Aussenden von Ultraschallsignalen.
Die Ultraschallsensoren 3 werden nun nur in einem Empfangsmodus
betrieben, bis die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter die genannte
Grenze oder auch unter eine Grenze von z.B. 20 km/h fällt. Die
Umschalteinheit 41 ist dabei derart ausgeführt, dass
sie entweder eine Regentropfendetektion und eine Abstandsmessung
oder nur eine Regendetektion bzw. nur eine Abstandsmessung durchführen lässt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann eine Regendetektion auch bei einem stehenden Fahrzeug, gegebenenfalls
auch bei einem abgestellten Fahrzeug in regelmäßigen Zeitabständen, so
z.B. alle 20s, erfolgen. Eine entsprechende Detektion dient dazu,
z.B. bei einem abgestellten Fahrzeug mit offenem Verdeck oder mit
offenen Scheiben bei erkanntem Regen auf den Regen zu reagieren
und die Scheiben bzw. das Verdeck automatisch zu schließen. Hierzu
werden die Sensoren von der Empfangs- und Ansteuereinheit 40 in
dem regelmäßigen Zeitabstand
in einem reinen Empfangsmodus für
z.B. 2s aktiviert. Wird von der Regendetektionseinheit 44 kein Signal
empfangen, das auf Regen hindeuten könnte, so werden die Ultraschallsensoren
nach 2s wieder deaktiviert. Wird ein Signal empfangen, so wird die Messung
fortgesetzt. Wird tatsächlich
Regen festgestellt, so werden die Fenster und/oder das Verdeck geschlossen,
auch bei einem Fahrzeug mit abgestelltem Motor und bevorzugt auch
mit abgestellter Zündung.
Eine Beschädigung
des Fahrzeugs durch eindringendes Regenwasser kann damit vermieden werden.