DE102009055190A1

DE102009055190A1 - Verfahren zum Erkennen von vor einem Fahrzeug liegenden Pfützen

Info

Publication number: DE102009055190A1
Application number: DE102009055190A
Authority: DE
Inventors: Thomas 71409 Lich; Uwe 71686 Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: DE102009055190B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von vor einem Kraftfahrzeug liegenden Pfützen (5) während der Fahrt. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, mit Hilfe einer Lichtquelle (3) einen flächigen Fahrbahnbereich zu bestrahlen und das vom Fahrbahnbereich reflektierte Licht sensorisch zu erfassen, wobei eine Pfütze (5) erkannt wird, wenn das vom Sensor empfangene Licht eine vorgegebene Eigenschaft erfüllt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von vor einem Fahrzeug liegenden Pfützen während der Fahrt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei nasser Fahrbahn bilden sich in vertieften Bereichen der Fahrbahn, wie z. B. Spurrillen, Pfützen aus. Die Wassertiefe in solchen Pfützen ist vom Fahrer meist nur schwer einschätzbar. Darüber hinaus werden Pfützen üblicherweise zu spät erkannt. Sie stellen daher ein erhebliches Sicherheitsrisiko durch Auftreten von Aquaplaning dar.
Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Systeme bekannt, mit denen vor dem Fahrzeug liegende Pfützen erkannt werden können. Eines dieser Systeme umfasst beispielsweise einen Laserstrahl, der auf die Fahrbahnebene vor dem Fahrzeug gerichtet ist, wobei das von der Straßenoberfläche zurück gestrahlte Licht gemessen wird. Trifft der Laserstrahl beispielsweise auf eine Pfütze, ist der Anteil des in Richtung der Lichtquelle zurück gestrahlten Lichts kleiner als bei einer nur feuchten Fahrbahn. Somit kann zwischen nassen Fahrbahnbereichen und tieferen Pfützen unterschieden werden. Nachteilig bei den bekannten Systemen ist jedoch, dass sie nur einen linearen Bereich der Fahrbahn abtasten. Fahrbahnbereiche, die neben der vom Laserstrahl beleuchteten Spur liegen, werden nicht erfasst. Gerade bei Spurrillen kann es daher vorkommen, dass sie nicht erkannt werden, wenn der Laserstrahl mittig auf die Fahrbahn gerichtet ist.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erkennung von vordem Fahrzeug liegenden Pfützen zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, einen vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahnbereich mit Hilfe einer Lichtquelle zu bestrahlen, die einen quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Fahrbahnbereich ausleuchtet. Dies kann beispielsweise mit einer Lichtquelle erreicht werden, die einen Lichtstrahl aussendet, der quer zur Fahrrichtung geschwenkt wird. Alternativ könnte die Lichtquelle auch einen lang gestreckten Bereich ausleuchten, der quer zur Fahrtrichtung verläuft. Eine weitere Alternative besteht darin, mehrere Lichtquellen nebeneinander anzuordnen, die jeweils einen punktförmigen oder lang gestreckten Bereich ausleuchten, oder eine Scanbewegung eines Strahles durchzuführen. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs wird dadurch eine größere Fläche bestrahlt, so dass auch Pfützen erkannt werden können, die sich nur über einen Teil der Fahrbahnbreite erstrecken.
Bei der Lichtquelle handelt es sich vorzugsweise um einen oder mehrere Laserquellen.
Der von der Lichtquelle ausgeleuchtete Bereich erstreckt sich vorzugsweise zumindest über die gesamte Breite und/oder zusätzlich über einen Bereich in Längsrichtung des Fahrzeugs. Somit werden zumindest solche Pfützen erkannt, die im Bereich des z. B. in der nächsten Sekunde durchfahrenen Fahrschlauches des Fahrzeugs liegen.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird die Fahrbahn mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt, die in Wasser unterschiedlich stark absorbiert werden. Dadurch kann die Qualität der Erkennung verbessert und über die Auswertung der Anteile der spektralen Rückstreuintensitäten Informationen über die Tiefe der vor dem Fahrzeug liegenden Pfütze erhalten werden.
Zur besseren Erkennung von Pfützen kann auch die Form eines Fahrbahnbereichs, in dem aufgrund der Lichtreflexion eine Pfütze vermutet wird, mit einer vorgegebenen pfützen-typischen Form verglichen werden. Wenn die Form der sensorisch erfassten Lichtverteilung beispielsweise lang gestreckt ist und in Fahrtrichtung verläuft, und diese Form mit einer vorgegebenen lang gestreckten Pfützenform, wie sie beispielsweise in Spurrillen auftritt, ausreichend gut übereinstimmt, kann eine Pfütze noch zuverlässiger und zwar als „Spurrille” erkannt werden.
Wenn an einem Rad Aquaplaning auftritt, fängt der Reifen auf einem Wasserfilm einer nassen Fahrbahn zu schwimmen an. Dabei schiebt sich ein Wasserkeil unter die Aufstandsfläche und sorgt somit für den Verlust der Haftung und damit der Lenkbarkeit. Es ist nun häufig zu beobachten, dass der Fahrer bei Aquaplaning aufgrund des Aufschwimmens die Lenkung zu intensiv betätigt. Da das Fahrzeug bei Aquaplaning seine Lenkfähigkeit verliert, sind die Räder dann im Verhältnis zur Fahrtrichtung viel zu stark eingeschlagen. Kommt das Rad in diesem Lenkzustand wieder in Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche, ist sehr häufig eine Überreaktion des Fahrzeugs zu beobachten, wobei es in Folge zur Instabilität des Fahrzeugs und schließlich zum Unfall kommt. Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die Lenkwinkeländerung in einer Fahrsituation, in der sich das Fahrzeug auf einer Pfütze bewegt und Aquaplaning auftritt, zu begrenzen. In diesem Fall ist es dem Fahrer nicht mehr möglich, den Lenkwinkel weiter zu verändern als bis zu einem vorgegebenen maximalen Winkel. Die Gefahr eines Folgeunfalls kann somit erheblich verringert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Antriebsmoment des Fahrzeugs automatisch reduziert oder das Fahrzeug automatisch antriebslos geregelt werden, sobald eine Pfütze erkannt wurde. Der automatische Stelleingriff erfolgt vorzugsweise während oder kurz bevor das Fahrzeug eine Pfütze erreicht. Der Stelleingriff kann beispielsweise durch eine Momentenregelung im Antrieb erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein automatischer Bremsvorgang ausgelöst werden, sobald eine Pfütze erkannt wurde, vorzugsweise noch bevor das Fahrzeug die Pfütze erreicht hat. Durch die vorbeugende Verzögerung des Fahrzeugs wird die Gefahr von Aquaplaning verringert.
Das Ergebnis der vorstehend beschriebenen Pfützenerkennung kann plausibilisiert werden, indem zusätzlich mittels einer anderen Sensorik überprüft wird, ob Aquaplaning auftritt. Zu diesem Zweck kann z. B. der Radschlupf wenigstens eines Rades, z. B. durch Auswertung von Rad-Drehzahlsensoren, überwacht werden.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann nach dem Erkennen einer vor dem Fahrzeug liegenden Pfütze auch ein Fahrzeugsicherheitssystem, wie z. B. ein reversibler Gurtstraffer, aktiviert werden. Als Fahrzeugsicherheitssysteme sind neben aktiven Fahrsicherheitssystemen auch passive Systeme, wie reversible (z. B. elektromotorischer Gurtstraffer) und/oder irrreversible Sicherheitssysteme (z. B. Airbag) zu verstehen.
Alternativ oder zusätzlich können auch andere Systeme wie Komfortsysteme, z. B. ein Sitzsteuergerät oder ein Abstandsregelsystem angesteuert oder umparametriert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Information über die Aquaplaningsituation über ein Bus-System, wie z. B. dem CAN Bus anderen Steuergeräten, z. B. einem Fahrdynamikregelsystem ESP zur Verfügung gestellt werden.
Die vorstehend genannten Maßnahmen zur Verbesserung der Fahrsicherheit bei Aquaplaning werden vorzugsweise nur durchgeführt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Fahrzeug in einer ersten Fahrsituation;
2 ein Fahrzeug, das sich auf einer Pfütze befindet;
3 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeug-Sicherheitssystems;
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen einer Pfütze;
1 zeigt eine Fahrsituation, in der sich ein Fahrzeug 1 einer Pfütze 5 annähert. Das Fahrzeug 1 umfasst ein System zur Pfützenerkennung, das im vorliegenden Beispiel mit einem Laserstrahl arbeitet, der die Fahrbahn 2 quer zur Fahrtrichtung abtastet. Das von der Fahrbahn zurück reflektierte Licht wird von einem optischen Sensor erfasst und ausgewertet. Die Lichtquelle und der optische Sensor sind hier gemeinsam als ein Block 3 dargestellt.
Wenn das von der Lichtquelle 3 (z. B. Laserscanner) ausgestrahlte Licht auf eine Pfütze 5 trifft, ist der Anteil des Lichts, der in Richtung des Fahrzeugs 1 zurück reflektiert wird, geringer als außerhalb der Pfütze 5. Dieser Bereich kann daher durch entsprechende Signalauswertung als Pfütze 5 erkannt werden. Bei einem Laserscanner wird quasi ein Rückstreuprofil eines senkrecht vor dem Fahrzeug verlaufenden Bereiches aufgenommen, das in mehreren aufeinander folgenden Messzyklen zu einem zwei-dimensionalen Rückstreuprofil zusammengesetzt und hinsichtlich der Erkennung von flächigen Pfützenbereichen ausgewertet werden kann. Bei Verwendung eines zweidimensional scannenden Laserscanners (3d-Laserlmager) kann ein größerer Bereich vor dem Fahrzeug in einem Messzyklus ausgewertet werden. Zusätzliche Informationen, z. B. über die Tiefe von pfützenförmigen Bereichen können z. B. aus der Auswertung der spektralen Rückstreuintensitäten von Strahlen mindestens zweier Wellenlängen, die in Wasser unterschiedlich stark absorbiert werden, abgeleitet werden.
In 2 befindet sich das Fahrzeug 1 mit dem linken Vorderrad auf der Pfütze 5, wobei Aquaplaning auftritt. Der Fahrer lenkt stark nach rechts, um der Pfütze 5 auszuweichen. Der Lenkwinkel der Vorderräder zwischen Fahrzeuglängsrichtung 8 und Rad-Längsrichtung 7 ist mit dem Bezugszeichen 6 versehen. Wenn das linke Vorderrad mit der Fahrbahn in Kontakt kommt, besteht die Gefahr, dass das Fahrzeug stark nach rechts ausbricht. Um dies zu vermeiden, ist hier ein Sicherheitsmechanismus vorgesehen, mit dem der Lenkwinkel 6 bzw. die Lenkwinkeländerung begrenzt wird. Die Lenkwinkelbegrenzung wird vorzugsweise nur bei Vorliegen wenigstens einer der folgenden Bedingungen aktiv, nämlich dass eine Pfütze 5 erkannt wurde, dass das Fahrzeug mit einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit fährt und/oder dass an wenigstens einem Rad Aquaplaning auftritt. Dem Fahrer ist es dann nicht mehr möglich, die Räder bei Auftreten von Aquaplaning zu stark aus der ursprünglichen Fahrtrichtung auszulenken.
3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer ersten möglichen Ausführung des Sicherheitssystems zum Durchführen verschiedener Sicherheitsmaßnahmen bei Aquaplaning. Das Sicherheitssystem umfasst eine Umfeldsensorik 10 zum Erkennen von Pfützen 5, wie beispielsweise ein LIDAR-System (Light Detection and Ranging). Die Signale der Umfeldsensorik 10 werden von einer Elektronik 11 verarbeitet.
Zur Erkennung von Aquaplaning sind beispielhaft Rad-Drehzahlsensoren 12 vorgesehen, deren Signale in Block 13 verarbeitet werden. In Block 13 wird vorzugsweise auch eine Plausibilisierung der beiden Signale aus Block 11 und Block 12 durchgeführt. Wenn der Radschlupf an wenigstens einem Rad eine vorgegebene Schwelle überschreitet und die Sensorik 10 außerdem eine Pfütze 5 erkannt hat, wird der Zustand ”Aquaplaning” angenommen. Das Ergebnis der Aquaplaning-Überwachung wird an eine Einheit 19, z. B. ein Steuergerät weitergeleitet. Wahlweise kann der Zustand ”Aquaplaning” auch mit den Sensoren 14 und 15 eines Fahrdynamikregelungssystems erkannt werden.
Die Sensoren 14 und 15 umfassen beispielsweise die Sensoren eines ESP-Systems und dienen primär zum Erkennen einer Überreaktion des Fahrers bei Aquaplaning. Die Sensorik 15 enthält vorzugsweise einen Lenkwinkelsensor.
Die Einheit 19 verarbeitet die Sensorsignale der Sensoren 14 und 15 und entscheidet, ob eine Überreaktion des Fahrers vorliegt. Sofern Aquaplaning und ggf. eine Überreaktion vorliegen, können verschiedene Maßnahmen 16, 17 und 18 eingeleitet werden, um den Fahrer über die Gefahrensituation zu informieren oder die Fahrsicherheit zu verbessern.
So kann beispielsweise eine Warnung in Form einer Kontrollleuchte, eines Warntons oder einer haptischen Warnung 16 im Cockpit aktiviert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein reversibles Sicherheitssystem, wie z. B. ein reversibler Gurtstraffer 17 oder eine andere passive Sicherheitseinrichtung aktiviert oder vorkonditioniert werden, z. B. durch die Absenkung von Auslöseschwellen von irreversiblen Schutzmitteln (z. B. Airbag). Weiterhin können im Aquaplaningfall Komfortfunktionen wie z. B. ein Abstandsregeltempomat umparametriert oder abgeschaltet werden. Darüber hinaus wird im vorliegenden Fall die zulässige Lenkwinkeländerung auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Servomotor 18 ein Lenkmoment aufbringen, das der Lenkbewegung des Fahrers entgegenwirkt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung von Sicherheitsmaßnahmen bei Aquaplaning. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem ggf. Variablen initialisiert werden. In Schritten S2 wird die Fahrbahn mittels der Umfeldsensorik 10 nach Pfützen 5 abgetastet. In Schritt S3 werden die Sensorsignale der Umfeldsensorik 10 erfasst und in Schritt S4 ausgewertet. Falls keine Pfütze 5 erkannt wird (Fall N) verzweigt das Verfahren zurück zu Schritt S2. Falls in Schritt S4 eine Pfütze erkannt wird (Y), folgt Schritt S6.
Parallel zur optischen Pfützenerkennung (Schritte S2–S4) werden in Schritt S5 die Signale der Rad-Drehzahlsensoren (12 oder 14) ausgewertet, um das Auftreten von Radschlupf zu erkennen.
In Schritt S6 wird schließlich eine Plausibilisierung der Signale der optischen Pfützenerkennung und der Signale der Rad-Drehzahlsensoren durchgeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Zustand „Aquaplaning” angenommen, wenn in Schritt S4 eine Pfütze erkannt wurde und zusätzlich ein überhöhter Radschlupf auftritt. Falls eine der Voraussetzungen nicht erfüllt ist (Fall N) verzweigt das Verfahren zurück zu Schritt S2.
Falls in Schritt S6 Aquaplaning festgestellt wurde (Fall Y), können in Schritt 87 eine oder mehrere der vorstehend genannten Maßnahmen 16–18 ausgeführt werden. Außerdem kann die zulässige Lenkwinkeländerung auf einen vorgegebenen Maximalwert beschränkt werden, um zu verhindern, dass der Fahrer die Lenkung zu weit einschlägt betätigt. Der Fahrer kann in diesem Fall die Stellung der Räder nicht weiter verändern als dies vom System zugelassen wird. Dadurch können Fahrfehler bei Aquaplaning erheblich reduziert werden. Das Verfahren endet schließlich mit Schritt S8.

Claims

Verfahren zum Erkennen von vor einem Kraftfahrzeug liegenden Pfützen (5) während der Fahrt, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Lichtquelle (3) ein flächiger Fahrbahnbereich bestrahlt und das vom Fahrbahnbereich reflektierte Licht sensorisch erfasst wird, wobei eine Pfütze (5) erkannt wird, wenn das vom Sensor empfangene Licht eine vorgegebene Eigenschaft erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) einen quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Fahrbahnbereich ausleuchtet oder abtastet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrbahnbereich mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form eines Bereichs ermittelt wird, in dem auf Grund der Lichtverteilung eine Pfütze (5) vermutet wird, und die geometrische Form mit einer vorgegebenen pfützen-typischen Form verglichen wird, um eine Pfütze (5) zu erkennen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erkennung einer Pfütze (5) die zulässige Lenkwinkeländerung begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erkennung einer Pfütze (5) eine Motordrosselung, eine Motormoment-Entkopplung oder ein automatischer Bremsvorgang ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position einer vor dem Fahrzeug (1) liegenden Pfütze (5) ermittelt und überprüft wird, ob Aquaplaning auftritt, wenn sich das Fahrzeug (1) an der ermittelten Position befindet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten von Radschlupf durch Auswerten des Signals wenigstens eines Rad-Drehzahlsensors ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erkennen einer vor dem Fahrzeug liegenden Pfütze (5) wenigstens ein Fahrzeug-Sicherheitssystem aktiviert wird.
Vorrichtung, enthaltend Mittel, die zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahren ausgestaltet sind.