DE102006032735A1

DE102006032735A1 - Vorrichtung zum Messen der Beschaffenheit einer Fahrbahn

Info

Publication number: DE102006032735A1
Application number: DE200610032735
Authority: DE
Inventors: Anja Neubert; Ivica Durdevic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radarsensor (1) zum Messen der Beschaffenheit (epsilon1, epsilon2) einer Fahrbahn (2), der eine Radarwelle (8) auf die Fahrbahnoberfläche ausstrahlt und das reflektierte Signal (9-11) auswertet. Aufbau und Beschaffenheit (epsilon1, epsilon2) der Fahrbahnoberfläche können sehr genau und einfach bestimmt werden, indem der Radarsensor (1) zumindest die Stärke einer ersten Reflexionsamplitude (6) auswertet und daraus die Beschaffenheit (epsilon1) einer Oberflächenschicht (3) bestimmt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Beschaffenheit einer Fahrbahn gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Moderne Fahrzeuge sind oftmals mit aktiven Systemen, wie z.B. einem aktiven Fahrwerk oder einem Fahrzeugregler (z. B. ESP), ausgestattet. Die Funktion solcher Systeme hängt dabei wesentlich von der Beschaffenheit der Fahrbahn (Wasser, Eis, Schnee, Asphalt, Bodenwellen, etc.) ab. Die Eigenschaften der Fahrbahn, insbesondere deren Reibwert oder deren Oberflächenform (Welligkeit, Hindernisse) werden daher bei vielen dieser Systeme messtechnisch erfasst.
Bekannte Fahrdynamikregler umfassen beispielsweise Algorithmen, mit denen der Reibwert der Fahrbahn aus verschiednen Messgrößen geschätzt wird. Die Schätzung des Reibwerts ist jedoch relativ kompliziert und ungenau. Aus dem Stand der Technik sind außerdem eine Vielzahl von Sensoren und Messverfahren bekannt, mit denen der Zustand der Fahrbahnoberfläche gemessen werden kann. Dabei ist im Wesentlichen zwischen stationären (erdgebundenen) und mobilen Systemen, die am Fahrzeug montiert sind, zu unterscheiden. Ein bekanntes stationäres System umfasst beispielsweise mehrere in der Fahrbahnoberfläche eingelassene Sender, die Signale im Radiowellenbereich (bis in den GHz-Bereich) an die Oberfläche senden und die von der Oberfläche bzw. an einer Grenzschicht (z.B. Wasser oder Eis) reflektierten Wellen messen und auswerten. Durch einen Phasenvergleich mit Referenzsignalen wird die Dicke der oberen Grenzschicht ermittelt (siehe DE-100 16 315 A1 ). Dieses Verfahren ist auch als interferrometrische Methode bekannt. Ein anderes erdgebundenes System umfasst Lichtleiter, die in die Fahrbahnoberfläche eingebracht sind. Die temperaturabhängige Veränderung der optischen Eigenschaften der Lichtleiter in Kombination mit meteorologischen Daten ermöglicht eine Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit. Andere bekannte Systeme arbeiten mit Kameras und Verfahren der Bilderkennung oder mit Infrarotsensoren, die Wärmebilder der Fahrbahnoberfläche aufnehmen.
Stationäre Systeme haben grundsätzlich den Nachteil, dass die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche nur an einem Ort, nämlich dort wo der Sensor angeordnet ist, bestimmt werden kann. Der Zustand der Fahrbahn kann jedoch in einiger Entfernung vom Sensor völlig unterschiedlich sein. Die bekannten mobilen Systeme sind dagegen meist sehr aufwendig konstruiert und darüber hinaus meist nicht in der Lage, auch dünne Wasser-, Eis- oder Schneeschichten auf der Fahrbahn zu detektieren.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mobiles Messsystem zu schaffen, mit dem die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche während der Fahrt einfach und genau gemessen werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 angegebenen Merkmale.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einen mobilen Radarsensor zu verwenden, der eine Radarwelle auf die Fahrbahnoberfläche ausstrahlt und das reflektierte Signal auswertet. Durch Auswertung der Stärke einer Reflexionsamplitude ist es im Grunde bereits möglich, die Beschaffenheit einer Schicht, wie z.B. Wasser, Eis oder Asphalt zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens die Stärke einer ersten und einer phasenverschobenen zweiten Reflexionsamplitude ausgewertet und daraus die Beschaffenheit einer ersten bzw. zweiten Schicht der Fahrbahn bestimmt.
Eine Auswerteeinheit des Radarsensors bestimmt aus dem reflektierten Signal vorzugsweise einen Reflexionskoeffizienten R, wobei gilt:
Mit Hilfe des Reflexionskoeffizienten R ist es im Prinzip bereits möglich, die Beschaffenheit der Oberflächenschicht zu bestimmen. Vorzugsweise wird auch das Vorzeichen des Reflexionskoeffizienten berücksichtigt, um daraus die Reihenfolge verschiedener Schichten zu bestimmen.
Der erfindungsgemäße Radarsensor wertet vorzugsweise auch die Phasenverschiebung der ersten und zweiten Signalamplitude aus und bestimmt daraus vorzugsweise die Dicke der ersten Schicht.
Der Radarsensor arbeitet vorzugsweise mit Frequenzen im GHz-Bereich, insbesondere mit Frequenzen kleiner als 77 GHz. Der Radarsensor kann wahlweise mit einer festen Sendefrequenz oder mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten. Grundsätzlich gilt, dass die Auflösung des Sensors mit zunehmender Frequenz besser wird, jedoch die Dämpfung zunimmt. Je nach Dicke und Art der Fahrbahnschichten kann es daher sinnvoll sein, unterschiedliche Frequenzen zu nutzen.
Der erfindungsgemäße Radarsensor ist vorzugsweise zur Montage am Fahrzeug vorgesehen.
Die Information über die Beschaffenheit der Fahrbahn kann verschiedenen Fahrzeugsystemen, wie z.B. einem aktiven Fahrwerk oder einem Fahrdynamikregler, zur Verfügung gestellt werden, um das System an die aktuellen Fahrbedingungen anzupassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines mobilen Radarsensors zur Messung der Beschaffenheit einer Fahrbahn; und
2 die von einem Radarsensor erzeugten und an den Oberflächen reflektieren elektrischen Signale mit zwei Reflexionsamplituden.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen Radarsensor 1 zum Messen der Beschaffenheit einer Fahrbahn 2, insbesondere der Oberflächenschicht 3, wie z. B. Wasser, Eis, Schnee, Schotter, Asphalt, etc.. Der Radarsensor 1 ist vorzugsweise auch in der Lage, die Form der Fahrbahnoberfläche 3, 4, wie z. B. Wellen oder Hindernisse (Steine, Schlaglöcher), zu erkennen. Der Radarsensor 1 ist hier als mobiles System konzipiert, das vorzugsweise im vorderen Bereich eines Fahrzeugs montiert ist.
Im Betrieb strahlt der Radarsensor 1 eine Radarwelle 8 auf die Fahrbahnoberfläche 3, 4 aus und wertet die reflektierte Strahlung 9, 10, 11 aus, um daraus die Beschaffenheit und/oder Form der Fahrbahnoberfläche 3, 4 zu bestimmen. Die Ausstrahlrichtung ist vorzugsweise etwa normal auf die Fahrbahnoberfläche.
Der Radarsensor 1 arbeitet im GHz-Bereich und insbesondere bei Frequenzen unterhalb von 77 GHz. Der Radarsensor 1 arbeitet vorzugsweise im GHz-Bereich auf einer vorgegebenen Frequenz. Wahlweise können aber auch verschiedene Frequenzen verwendet werden.
Die Fahrbahnoberfläche umfasst hier zwei übereinander angeordnete Schichten 3, 4, wobei es sich bei der Schicht 3 beispielsweise um einen Wasserfilm, Eis, Schnee, Sand, Schmutz, Schotter etc. und bei der zweiten Schicht 4 beispielsweise um Asphalt handeln kann.
Die vom Sensor 1 ausgestrahlte Radarwelle 8 wird jeweils an den Grenzflächen zweier aufeinander folgender Schichten 13, 3 und 3, 4 teilweise reflektiert. Die reflektierten Strahlen 9, 10, 11 werden vom Radarsensor 1 erfasst und ausgewertet. Der reflektierte Anteil ist dabei abhängig vom Reflexionskoeffizienten, der wiederum von den Dielektrizitätskonstanten ε₁, ε₂ der einzelnen Medien 13, 3, 4 abhängig ist. Für den Reflexionskoeffizienten R gilt:
Der durch die Oberflächenschicht 3 transmittierte Anteil dringt tiefer in das Medium ein und wird dabei gedämpft. Die Höhe der Dämpfung ist abhängig vom Medium und der Wellenlänge der Strahlung, wobei grundsätzlich gilt, dass die Strahlung mit zunehmender Frequenz stärker gedämpft wird. Andererseits wird die Auflösung des Sensors mit zunehmender Frequenz höher. Die grundlegenden Prinzipien der Signalauswertung werden im Folgen anhand von 2 näher erläutert.
2 zeigt ein von der Auswerteeinheit 12 erzeugtes elektrisches Empfangssignal 5. Das Empfangssignal 5 umfasst hier zwei zeitlich verschobene Amplituden 6, 7, wobei die erste, höhere Amplitude 6 von der Reflexion an der oberen Grenzschicht 3, und die zweite, niedrigere Amplitude 7 von der Reflexion der Strahlung an der Oberfläche der zweiten Grenzschicht 4 stammt.
Aus der Stärke der ersten Reflexionsamplitude 6 kann grundsätzlich bereits die Beschaffenheit ε₁ der ersten Schicht 3 bestimmt werden. Die Beschaffenheit ε₂ der zweiten Schicht 4 wird aus der Stärke und Phasenlage der zweiten Amplitude 7 ermittelt.
Aus der Zeitverschiebung der ersten 6 und der zweiten 7 Amplitude und dem Verhältnis der Amplituden kann z. B. die Dicke der Oberflächenschicht 3 ermittelt werden. Für tiefere Schichten gilt entsprechendes.
Die Auswerteeinheit 12 berechnet vorzugsweise den Reflexionskoeffizienten, wie vorstehend angegeben, und ermittelt anhand des Vorzeichens des Reflexionskoeffizienten R die Reihenfolge der Schichten 3, 4.

Claims

Vorrichtung zum Messen der Beschaffenheit (ε₁, ε₂) einer Fahrbahn (2), gekennzeichnet durch einen Radarsensor (1), der eine Radarwelle (8) auf die Fahrbahnoberfläche ausstrahlt und zumindest die Stärke einer ersten Reflexionsamplitude (6) auswertet und daraus die Beschaffenheit (ε₁) einer Oberflächenschicht (3) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (1) die Stärke einer zweiten Reflexionsamplitude (7) auswertet und daraus die Beschaffenheit (ε₂) einer zweiten Schicht (4) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (1) einen Reflexionskoeffizienten (R) ermittelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (1) einen Reflexionskoeffizienten (R) ermittelt und anhand des Vorzeichens des Reflexionskoeffizienten (R) die Reihenfolge zweier Schichten (3, 4) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (1) die Ersteinsatzzeiten und die Phasenlage der ersten und zweiten Signalamplitude (6, 7) bestimmt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (1) im GHz-Bereich arbeitet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (1) zur Montage an einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (1) mit unterschiedlichen Sendefrequenzen arbeitet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Fahrbahnmessung an ein Fahrzeugsystem, wie z.B. ein aktives Fahrwerk oder einen Fahrzeugregler, weitergegeben wird, und das Fahrzeugsystem sein Steuer- oder Regelverhalten entsprechend anpasst.
Verwendung eines Radarsensors zur Messung der Beschaffenheit einer Fahrbahn.