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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Warnung anderer Verkehrsteilnehmer vor gefährlichen Fahrbahnbeschaffenheiten oder gefährlichen Fahrbahnzuständen. Das System und die Vorrichtung sind insbesondere dazu ausgelegt an einem Fahrzeug angebracht beziehungsweise ausgeführt zu werden.
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Moderne Fahrzeuge sowohl aus dem Nutzfahrzeug- als aus dem Personenkraftwagenbereich verfügen heute teilweise über Systeme, welche es erlauben Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der Fahrbahn beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche zu treffen. Solche Systeme sind beispielsweise dazu ausgelegt Fahrbahnreibwerte bzw. vereiste, schneebedeckte oder nasse Fahrbahnen zu erkennen, welche ein besonderes Gefahrenpotential darstellen. Diese Information ist dann in dem Fahrzeug verfügbar und eine entsprechende Glättewarnung kann dem Fahrer angezeigt werden. Ein solches System ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 018 088 A1 bekannt.
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Um die Verkehrsicherheit weiter zu erhöhen, kann es jedoch auch wünschenswert sein diese Information nicht nur in dem Fahrzeug selbst bereitzuhalten, sondern auch andere Verkehrsteilnehmer darüber zu informieren. Die ermittelten Daten könne anderen Verkehrsteilnehmern bereit gestellt werden, wie beispielsweise aus der
DE 101 26 459 C1 bekannt. Es kann auch eine Fahrzeug-zu-Fahrzeugkommunikation, sogenannte car-to-car communication (C2CC) Systeme verwendet werden, wie beispielsweise in der
WO 2005/007973 A1 beschrieben.
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Die Übermittlung der Daten zu einem anderen Fahrzeug oder einer zentralen Rechenstelle kann jedoch nur dann erfolgreich angewendet werden, wenn ein Großteil der Verkehrsteilnehmer mit entsprechenden Kommunikationssystemen ausgerüstet sind, welche diese Informationen auch Empfangen können. Dies ist jedoch bisher nicht der Fall.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die oben genannten Nachteile zu überwinden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Warnung anderer Verkehrsteilnehmer vor einer gefährlichen Fahrbahnoberfläche gemäß Anspruch 7. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrzeug, welches mit einer entsprechenden Vorrichtung ausgerüstet ist und/oder in welchem das Verfahren ausgeführt wird.
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Das Verfahren umfasst die Schritte des Aussendens von Licht zumindest einer Wellenlänge auf die Fahrbahnoberfläche, ein Detektieren von an der Fahrbahnoberfläche reflektiertem Licht der zumindest einen Wellenlänge, ein Ermitteln anhand des detektierten reflektierten Lichtes ob eine Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche gefährlich ist und ein Ausgeben eines Signals für nachfolgende Fahrzeuge, wenn die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche als gefährlich ermittelt wurde.
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Die Vorrichtung umfasst einen optischen Oberflächensensor zur Bestimmung einer Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche und einer Ausgabeeinrichtung, welche ein Signal für nachfolgende Fahrzeuge ausgibt, wenn die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche als gefährlich ermittelt wurde.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise der Vorrichtung kann eine Warnung direkt für nachfolgende Verkehrsteilnehmer, insbesondere für nachfolgende Fahrzeuge ausgegeben werden, ohne dass diese Fahrzeuge mit speziellen Einrichtungen ausgestattet sein müssten. Das Verfahren und die Vorrichtung dienen damit auch der Verkehrssicherheit von älteren Fahrzeugen beziehungsweise einfacheren Fahrzeugen wie Fahrrädern, Leichtkrafträdern oder auch Fußgängern, welche nicht über komplexe elektronische Systeme verfügen.
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Der Begriff nachfolgende Verkehrsteilnehmer umfasst jede Art von Fahrzeugen, Motorräder, Fahrräder, Fußgänger und jede andere Art von Verkehrsteilnehmern.
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Das Ermitteln der Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche kann insbesondere das Ermitteln eines Fahrbahnzustandes, insbesondere das Ermitteln von Wasser, Schnee und/oder Eis auf der Fahrbahnoberfläche oder ob die Fahrbahnoberfläche trocken ist umfassen. Das Ermitteln, ob die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche gefährlich ist kann auch das Ermitteln der Art einer Fahrbahnoberfläche umfassen, insbesondere welche Rauhigkeit die Fahrbahnoberfläche besitzt und ob diese Fahrbahnoberfläche aus Asphalt, Beton oder einem anderen Material besteht beziehungsweise ob die Fahrbahnoberfläche eventuell verschmutzt ist oder größere Unebenheiten, wie Schlaglöcher oder Spurrillen aufweist. Das Ermitteln der Beschaffenheit kann vorzugsweise mit einem optischen Oberflächensensor erfolgen, welcher berührungslos und somit wartungsarm arbeitet. Ein optischer Sensor bietet zudem eine hohe Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit für ein zuverlässiges Erkennen der Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche.
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Das ausgegebene Signal kann ein Warnzeichen, insbesondere ein Symbol und/oder eine Schrift umfassen. Damit kann die ermittelte Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche dargestellt beziehungsweise schriftlich gekennzeichnet werden, so dass für die nachfolgenden Verkehrsteilnehmer nicht nur einfach und schnell ersichtlich ist, dass eine Warnung angezeigt wird, sondern auch warum das Warnzeichen ausgegeben wurde und warum ein gefährlicher Fahrbahnzustand erkannt wurde.
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Die Anzeige des Warnsignals kann über eine Anzeige dargestellt werden, insbesondere über eine Leuchtanzeige, welche ein Piktogramm umfasst. Das Piktogramm kann beispielsweise aus einer Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) oder aus einer anderen geeigneten Leuchtanzeige bestehen. Die Leuchtanzeige mittels eines Piktogramms bietet den Vorteil, das verschiedene Symbole und Schriftzeichen leicht dargestellt werden können und somit entsprechend vor verschiedenen gefährlichen Situationen differenziert gewarnt werden kann.
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Die Leuchtanzeige kann im hinteren Bereich eines Fahrzeugs angeordnet sein. Insbesondere kann die Leuchtanzeige am Heck des Fahrzeugs angebracht sein, so dass sie für nachfolgende Verkehrsteilnehmer gut sichtbar ist. Bei Nutzfahrzeugen bietet sich dafür insbesondere die Fahrzeugrückwand an, beispielsweise eines Lastkraftwagens oder eines Omnibusses an. Verfügt das Fahrzeug über einen Anhänger oder Trailer, kann die Leuchtanzeige auch vorteilhaft an der Rückwand des Anhängers angeordnet sein.
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Die Leuchtanzeige kann auch in bestehenden Leuchten integriert sein, beispielsweise in Rückleuchten oder Bremsleuchten eines Fahrzeugs, wobei Leuchtelemente gegebenenfalls eine Vielzahl von Funktionen zugeordnet sein kann Beispielhaft könnten LED's die als Parkleuchten dienen auch die hier gegenständliche Anzeige übernehmen.
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Der optische Oberflächensensor ist zur zuverlässigen Ermittlung der Beschaffenheit der Fahrbahn geeignet.
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Der optische Oberflächensensor kann über eine Lichtquelleneinheit zum Aussenden von Licht von zumindest einer Wellenlänge auf den Untergrund und zumindest einen Detektor umfassen, um von dem Untergrund reflektiertes Licht zu detektieren.
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Der Oberflächensensor kann neben dem ersten Detektor einen zweiten Detektor umfassen, wobei der erste Detektor zum Erfassen von diffus reflektiertem Licht und der zweite Detektor zum Erfassen von spiegelnd reflektiertem Licht geeignet sind. Es können zumindest zwei Polarisatoren vorgesehen sein, wobei ein erster Polarisator mit einer ersten Polarisationseinrichtung dem ersten Detektor zugeordnet ist. Der Lichtquelleneinheit kann ein Lichtquellenpolarisator und/oder dem zweiten Detektor kann ein zweiter Polarisator zugeordnet sein, dessen Polarisierungsrichtung(en) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisierungsrichtung des ersten Polarisators ausgerichtet ist/sind. Sind zumindest zwei Polarisatoren bzw. Polarisationsfilter vorgesehen, ist der erste Polarisator an dem ersten Detektor angeordnet, welcher nur Lichtwellen in der ersten Polarisationsrichtung zu dem ersten Detektor durchlässt. Ist ein Lichtquellenpolarisator an der Lichtquelleneinheit vorgesehen, ist dessen Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung des ersten Polarisators angeordnet, und das von dem Sensor ausgesandte Licht ist in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung polarisiert, so dass an dem ersten Detektor polarisiertes, spiegelnd reflektiertes Licht herausgefiltert und nur diffus reflektiertes Licht detektiert wird. Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn ein zweiter Polarisator vor dem zweiten Detektor angeordnet ist, dessen Polarisationsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisationsrichtung ausgerichtet ist. Der zweite Polarisator kann alternativ oder zusätzlich zu dem Lichtquellenpolarisator verwendet werden. Es kann auch vorgesehen sein, in der Lichtquelleneinheit bereits polarisiertes Licht zu erzeugen.
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Die Lichtquelleneinheit kann zum Aussenden von Licht von zumindest zwei voneinander verschiedenen Wellenlängen oder zum Aussenden von mehreren Wellenlängen auf den Untergrund bzw. die Fahrbahnoberfläche ausgelegt sein. Dazu kann die Lichtquelleneinheit beispielsweise mehrere Lichtquellen umfassen. Die Verwendung mindestens zweier, vorzugsweise drei von einander verschiedener Wellenlängen erlaubt es, den Sensor in spektraler Weise zu betreiben. Durch die Verwendung von Wellenlängen, welche z. B. von Eis oder Wasser besonders gut absorbiert werden, können Eis bzw. Wasser auf der Fahrbahn bzw. Fahrbahnoberfläche erkannt werden, wenn das reflektierte Licht der vom Wasser bzw. Eis absorbierten Wellenlänge mit dem einer Referenzwellenlänge verglichen wird. Es ist somit möglich, die Prinzipien der Spektralanalyse und der Diffus- und Spiegelndreflexion in nur einem Gerät, bzw. einem einzigen Gehäuse auszuführen. Die zumindest eine Lichtquelleneinheit, der erste Detektor und gegebenenfalls der zweite Detektor können dazu in einem gemeinsamen einzigen und/oder einstückigen Gehäuse beispielsweise unmittelbar nebeneinander angeordnet sein.
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Es kann Licht in zumindest drei voneinander verschiedenen Wellenlängen im Infrarotbereich verwendet werden. Die Lichtquelleneinheit kann dazu mehrere Lichtquellen umfassen. Z. B. kann die Lichtquelleneinheit dazu ausgelegt sein, Infrarotlicht der Wellenlängen 1300 nm, 1460 nm und 1550 nm auszusenden. Während Licht der Wellenlänge 1460 nm besonders gut von Wasser absorbiert wird, wird Licht der Wellenlänge 1550 nm gut von Eis absorbiert. Licht im Bereich von ungefähr 1300 nm kann dann als Referenzwellenlänge verwendet werden. Es können jedoch auch andere Wellenlängen verwendet werden. Insbesondere für die Referenzwellenlänge kann jede andere Wellenlänge verwendet werden, welche weder von Eis noch Wasser nennenswert absorbiert wird. Als wassersensitive Wellenlänge kann auch jede andere Wellenlänge verwendet werden, welche in Wasser erhöht absorbiert wird. Genauso kann als eissensitive Wellenlänge jede Wellenlänge gewählt werden, welche in Eis erhöht absorbiert wird. Andere interessante Wellenlängen umfassen z. B. 1190, 1040, 970, 880 und 810 nm im Infrarotbereich, sowie die sichtbaren Wellenlängen 625, 530 und 470 nm.
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Die Lichtquelleneinheit kann dazu ausgelegt sein, Licht genau drei verschiedener Wellenlängen auszusenden. Dazu kann die Lichtquelleneinheit drei Lichtquellen, eine Lichtquelle für jede Wellenlänge aufweisen. Es werden nur die drei Wellenlängen verwendet, um sowohl spektral als auch spiegelnd/diffus reflektiertes Licht zu erfassen, um sowohl die Fahrbahnbeschaffenheit als auch die Art der Fahrbahn zu ermitteln bzw. zu erkennen. Jede der Lichtquellen kann einzeln ansteuerbar und unabhängig von den anderen an- und abschaltbar sein bzw. in der Intensität regulierbar sein.
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Darüber hinaus können auch mehr als die oben genannten zwei oder drei voneinander verschiedenen Wellenlängen verwendet werden. Beispielsweise kann die Wellenlänge 625 nm auch zur Messung des diffus und spiegelnd reflektierten Lichts verwendet werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, das ausgesendete Licht in der Intensität bzw. Amplitude zu modulieren. Das Modulieren der Intensität oder Amplitude kann durch An- und Ausschalten aller oder einzelner Lichtquellen der Lichtquelleneinheit erfolgen. Das Modulieren der Intensität bzw. das An- und Abschalten kann für jede Wellenlänge der Lichtquelleneinheit oder für jede Lichtquelle der Lichtquelleneinheit separat erfolgen. Beispielsweise kann das Modulieren der Amplitude oder Intensität bzw. das An- und Abschalten für jede Wellenlänge mit der gleichen Frequenz, jedoch phasenverschoben und/oder mit unterschiedlichen Frequenzen erfolgen. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass das Licht unterschiedlicher Wellenlängen zeitlich versetzt oder sequentiell ausgesandt wird. Z. B. kann vorgesehen sein, Licht einer ersten Wellenlänge für ein bestimmtes Zeitintervall auszusenden, dann das Licht der ersten Wellenlänge abzuschalten und eine zweite Wellenlänge einzuschalten usw. In den Detektoren wird dann jeweils Licht von nur einer Wellelänge detektiert. Dadurch kann eine spektrale Analyse oder Aufspaltung des einfallenden Lichts an den Detektoren vermieden werden. Es sind auch Mischformen verschiedener Modulationstechniken anwendbar, insbesondere frequenz- und amplitudenmodulierte optische Signalzüge mit oder ohne Unterbrechungen.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt es daher auch, einfache Detektoren als ersten oder zweiten Detektor zu verwenden. Beispielsweise können Photodioden verwendet werden. Der erste Detektor und der zweite Detektor können jeweils eine oder mehrere Photodioden umfassen. Zumindest der erste Detektor kann dazu ausgelegt sein, Licht aller von der Lichtquelleneinheit ausgesendeten Wellenlängen zu erfassen. Der Detektor kann auch alternativ oder ergänzend einen optoelektronischen Chip (z. B. CCD) oder eine andere optische Aufnahmeeinrichtung umfassen.
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Der erste und der zweite Detektor können zur Erfassung bzw. zur Ermittlung von spiegelnd reflektiertem und diffus reflektiertem Licht verwendet werden. Zudem kann zumindest einer aus dem ersten und dem zweiten Detektor auch für die spektrale Ermittlung verwendet werden. Zumindest dieser Detektor ist dann dazu ausgelegt, Licht mehrerer Wellenlängen zu detektieren. In diesem Beispiel verfügt der Sensor über genau den ersten Detektor und den zweiten Detektor und es sind keine weiteren Detektoren vorgesehen.
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Der Oberflächensensor kann ferner eine Auswerteinrichtung umfassen, welche eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche bzw. des Untergrunds ausgibt.
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Die Vorrichtung kann insbesondere auch dazu ausgelegt sein, nachträglich an einem Fahrzeug angeordnet zu werden. Somit können bestehende Fahrzeuge entsprechend nachgerüstet werden. Gegebenenfalls kann auch ein schon vorhandener Oberflächensensor einbezogen werden und lediglich eine entsprechende Steuerung und die Leuchtanzeige hinzugefügt werden.
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Im Weiteren werden weitere Einzelheiten und Beispiele der Erfindung lediglich beispielhaft und nicht einschränkend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren angegeben, welche zeigen:
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1a–e ein Fahrzeug, welches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist;
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2 ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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4 ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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Die 1a zeigt ein Fahrzeug 60, welches mit einer Vorrichtung 9 zur Warnung nachfolgender Verkehrsteilnehmer ausgestattet ist. Im dargestellten Beispiel ist das Fahrzeug 60 als Lastkraftwagen dargestellt, es kann sich bei dem Fahrzeug 60 jedoch auch um ein anderes Nutzfahrzeug, beispielsweise einen Omnibus, einen Anhänger, Auflieger oder Trailer eines Lastwagens oder auch um einen Personenkraftwagen handeln. Die Vorrichtung 9 kann prinzipiell mit jeder Art von Fahrzeugen verwendet werden.
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An der Rückwand 61 beziehungsweise am Heck des Fahrzeugs 60 ist eine Anzeige 80 angeordnet, welche als Leuchtanzeige ausgeführt sein kann und zur Darstellung verschiedener Symbole und Schriftzeichen ausgelegt ist. Beispielsweise kann die Anzeigeeinrichtung 80, welche als Ausgabeeinrichtung 80 für ein Signal ist, als Leuchtanzeige mit einer Anordnung von Leuchtdioden ausgeführt sein, so dass auf der Leuchtanzeige beliebige Piktogramme und/oder Schrift darstellbar sind. In der 1a ist eine beispielhafte Warnung vor eisglatter Fahrbahn 72 dargestellt. In den 1b–1d sind andere Symbole für eine schneebedeckte Oberfläche (1b) oder für eine allgemeine Warnung vor winterlichen Straßenverhältnissen (1c) oder vor Aquaplaning bei Nässe (1d) beispielhaft aufgezeigt. Es können jedoch beliebige andere Symbole und Schriftzeichen verwendet werden. Vorteilhafterweise sind die Symbole und Schriftzeichen jedoch so gestaltet, dass sie ohne weiteres von nachfolgenden Verkehrsteilnehmern erkannt werden können.
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Neben der Anzeigeeinrichtung 80 am Heck 61 des Fahrzeugs 60 umfasst das Fahrzeug 60 ferner einen optischen Oberflächensensor 2, welcher an einer Stelle an der Unterseite des Fahrzeugs 60 angeordnet ist. Der optische Oberflächensensor 2 ist so angeordnet, dass ein ausgesendeter Lichtstrahl 11 im Wesentlichen senkrecht auf die Fahrbahnoberfläche 1a der Fahrbahn 1 trifft und von dieser reflektiert wird, wie im Detail mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
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Alternativ oder zusätzlich zu der in der 1a dargestellten Anzeigeeinrichtung 80 am Heck 61 des Fahrzeugs 60 können auch andere Anzeigen vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein die Warnsymbole in der linken 82 und/oder rechten 83 Rückleuchte des Fahrzeugs 60 vorzusehen, wie in der 1e beispielhaft dargestellt. Zur Darstellung von Piktogrammen sind insbesondere LED-Rückleuchten geeignet. Die Rückleuchten können Bremsleuchten und/oder andere Warnleuchten umfassen.
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Mit dem Oberflächensensor 2 wird eine gefährlicher Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a, beispielsweise Eis 72, schneebedeckte oder auch ein Wasserfilm 71 unter dem Fahrzeug 60 erkannt und kann angezeigt werden, bevor ein nachfolgendes Fahrzeug eines nachfolgenden Verkehrsteilnehmers auf die gefährliche Fahrbahnoberfläche 1a fährt. Somit kann der nachfolgende Verkehrsteilnehmer rechtzeitig auf veränderte Fahrbahnverhältnisse reagieren.
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Die Vorrichtung 9 umfasst den optischen Sensor 2 und die Anzeigeeinrichtung 80. Die Vorrichtung 9 kann weitere Elemente umfassen.
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2 zeigt eine Vorrichtung 9. Die Vorrichtung 9 verfügt über den Oberflächensensor 2 und die Ausgabe- beziehungsweise Anzeigerichtung 80 zur Anzeige beziehungsweise Ausgabe eines Signals für nachfolgende Verkehrsteilnehmer.
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Der Oberflächensensor 2, hierein auch als Sensors 2 zur Erkennung der Beschaffenheit, insbesondere eines Zustands und der Art der Oberfläche einer Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a bezeichnet, ist dazu ausgelegt, an einem Kraftfahrzeug 60 angebracht zu werden.
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Der Sensor 2 umfasst in einem Gehäuse 4 drei Einrichtungen, eine Lichtemittereinrichtung 10, eine erste Detektoreinrichtung 20 und eine zweite Detektoreinrichtung 30. Der Lichtemittereinrichtung 10 weist ein Lichtemitterfenster oder eine Lichtemitteröffnung 18 in dem Gehäuse 4 auf, die erste Detektoreinrichtung 20 weist ein erstes Detektorfenster oder eine erste Detektoröffnung 28 in dem Gehäuse 4 auf und die zweite Detektoreinrichtung 30 weist ein zweites Detektorfenster oder eine zweite Detektoröffnung 38 in dem Gehäuse 4 auf. Die Lichtemitteröffnung 18, die erste Detektoröffnung 28 und die zweite Detektoröffnung 38 sind an der gleichen Seite 4a des Gehäuses 4 angeordnet und zu der Fahrbahn 1 hin ausgerichtet, wenn der Sensor 2 betriebsbereit an einem Fahrzeug montiert ist. Der Sensor 2 ist so ausgerichtet, dass der ausgesendete Lichtstrahl 11 ungefähr senkrecht auf die Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a fällt, d. h. die optische Achse des Lichtemitterabschnitts 10a, bzw. die Lichtemitterachse 11a steht im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a. Im dargestellten Beispiel befindet sich ein Wasserfilm 71 der Dicke d1 auf der Fahrbahnoberfläche 1a. Die Fahrbahnoberfläche kann jedoch auch schneebedeckt, vereist oder trocken sein oder eine andere Beschaffenheit haben.
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In dem in den 2 und 3 dargestellten Beispielen sind die Lichtemittereinrichtung 10, die erste Detektoreinrichtung 20 und die zweite Detektoreinrichtung 30 in einer Reihe angeordnet und die Lichtemittereinrichtung 10 ist zwischen der ersten Detektoreinrichtung 20 und der zweiten Detektoreinrichtung 30 angeordnet.
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Die Lichtemittereinrichtung 10, die erste Detektoreinrichtung 20 und die zweite Detektoreinrichtung 30 können jedoch auch getrennt voneinander angeordnet sein und müssen nicht in einem Gehäuse zusammengefasst sein.
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In der Lichtemittereinrichtung 10 ist eine Lichtquelleneinheit 12 angeordnet, welche zur Aussendung von Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen ausgelegt ist. Die Lichtquelleneinheit 12 kann dazu eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden, eine andere geeignete Lichtquelle oder eine Kombination daraus umfassen und ist dazu geeignet, Licht mehrerer voneinander verschiedener Wellenlängen auszusenden. Beispielsweise kann die Lichtquelleneinheit 12 Licht zumindest mit den Wellenlängen 1300 nm, 1460 nm und 1550 nm aussenden. Die vorgesehenen Wellenlängen können jedoch dem jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden.
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Der Lichtquelleneinheit 12 ist im in der 2 dargestellten Beispiel in Richtung des ausgesandten Lichtstrahls 11 ein Lichtquellenpolarisator oder Lichtquellenpolarisationsfilter 14 nachgeschaltet, welcher das von der Lichtquelleneinheit 12 ausgesandte Licht in eine vorbestimmte Richtung polarisiert.
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Ferner ist eine Emitteroptik 16 vorgesehen, um das ausgesendete Licht entlang eines emittierten Lichtstrahls 11 auf einen bestimmten Bereich auf dem Untergrund oder der Fahrbahn 1 bzw. der Fahrbahnoberfläche 1a unter dem Fahrzeug 60 auszurichten bzw. zu fokussieren. Die optische Achse der Emitteroptik, 16 kann die optische Achse 10a des Lichtemitterabschnitts 10 definieren. Die Emitteroptik 16 kann aus einer Emitterlinse bestehen oder mehrere Linsen und/oder andere optische Element umfassen.
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Der erste Detektorabschnitt 20 umfasst einen ersten Detektor 22, beispielsweise eine oder mehrere Photodioden, dazu ausgelegt, Licht aller von der Lichtquelleneinheit 10 ausgesandten Wellenlängen zu detektieren. Der erste Detektor 22 kann dazu auch mehrere nebeneinander angeordnete Photodioden oder einen oder mehrere optoelektronische Einheiten (z. B. CCD, CMOS) umfassen.
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An dem ersten Detektor 22 ist eine erste Sammeloptik 2 und ein erster Polarisator oder erster Polarisationsfilter 24 angeordnet. Die erste Sammeloptik 26 kann aus einer einzelnen ersten Sammellinse bestehen oder mehrere Linsen und/oder weitere optische Elemente umfassen. Die Polarisierungsrichtung des ersten Polarisationsfilters 24 ist senkrecht zu der des Lichtquellenpolarisationsfilters 14 und damit im Wesentlichen senkrecht zu der vorbestimmten Polarisierungsrichtung. Spiegelnd reflektiertes, in der vorbestimmten Richtung polarisiertes Licht wird damit herausgefiltert und lediglich diffus reflektiertes Licht gelangt zu dem ersten Detektor 22. Der erste Detektor 22 dient somit als „Streuungsdetektor”.
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Eine erste Achse 20a kann im Wesentlichen der optischen Achse der ersten Sammeloptik 26 und/oder des ersten Detektorabschnitts 20 entsprechen und im Wesentlichen parallel zu der Emitterachse 10a, welche im Wesentlichen der optischen Achse der Emitteroptik 16 und/oder des Lichtemitterabschnitts 10 entspricht, ausgerichtet sein.
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In dem zweiten Detektorabschnitt 30, welcher auf der dem ersten Detektorabschnitt 20 gegenüberliegenden Seite des Lichtemitterabschnitts 10 in dem Gehäuse 4 des Sensors 2 angeordnet ist, ist ein zweiter Detektor 32 angeordnet.
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Der zweite Detektor 32 kann ebenfalls eine Photodiode umfassen, welche dazu ausgelegt ist, zumindest Licht einer von der Lichtquelleneinheit 12 ausgesandten Wellenlängen zu detektieren. Der zweite Detektor 32 kann jedoch ebenfalls mehrere nebeneinander angeordnete Photodioden umfassen und dazu ausgelegt sein, Licht mehrerer verschiedener Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche zu detektieren.
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Dem zweiten Detektor 32 ist eine zweite Sammeloptik 36 zugeordnet, um das reflektierte Licht auf den zweiten Detektor 32 zu fokussieren und in diesem zu detektieren. Die zweite Sammeloptik 36 kann aus einer einzelnen zweiten Sammellinse bestehen oder mehrere Linsen und/oder weitere optische Elemente umfassen. Im Gegensatz zu dem ersten Detektor 22, weist der zweite Detektor 32 im in der 1 dargestellten Beispiel keinen Polarisator oder Polarisationsfilter auf. Da bereits das emittierte Licht polarisiert ist, ist dies auch nicht notwendig. Von dem zweiten Detektor wird somit diffus reflektiertes und spiegelnd reflektiertes Licht detektiert, welches entlang des zweiten Detektorstrahlengangs 31 reflektiert wird. Jedoch kann auch der zweite Detektor 32 einen Polarisationsfilter (nicht dargestellt) aufweisen, dessen Polarisationsrichtung parallel zu derjenigen des Emitterpolarisators 16 ist, um lediglich spiegelnd reflektiertes Licht in der zweiten Photodiode 36 zu detektieren.
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Eine zweite Achse 30a kann im Wesentlichen der optischen Achse der zweiten Sammeloptik 36 und oder des zweiten Detektorabschnitts 30 entsprechen und im Wesentlichen parallel zu der Emitterachse 10a, welche im Wesentlichen der optischen Achse der Emitteroptik 16 und/oder des Lichtemitterabschnitts 10 entspricht, ausgerichtet sein.
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Der beschriebene Sensor kann im sichtbaren Lichtbereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von ungefähr 625 nm betrieben werden, um spiegelnd reflektiertes Licht und diffus reflektiertes Licht zu messen. Aus dem Verhältnis von dem im ersten Detektor 22 gemessenen diffus reflektierten Licht zu dem im zweiten Detektor 32 zusätzlich gemessenen spiegelnd reflektierten Licht kann auf die Fahrbahnhelligkeit und Fahrbahnrauhigkeit geschlossen werden und damit bestimmt werden, ob sich das Fahrzeug beispielsweise auf einer Asphalt- oder Betonfahrbahn befindet.
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Der beschriebene Sensor kann auch im Infrarotbereich bei verschiedenen Wellenlängen verwendet werden. Hierzu kann der erste Detektor 22 und/oder der zweite Detektor 32 verwendet werden. Beispielsweise wird Infrarotlicht der Wellenlänge 1460 nm besonders gut von Wasser absorbiert, so dass Licht dieser Wellenlänge bei nasser Fahrbahn nur in geringem Maße zu dem ersten Detektor 22 bzw. dem zweiten Detektor 32 zurückreflektiert wird. Bei trockener Fahrbahn wird diese Wellenlänge dahingegen normal reflektiert. Infrarotlicht der Wellenlänge 1550 nm wird dahingegen gut von Eis absorbiert. Durch Vergleich der Reflexion dieser beiden Wellenlängen und Berücksichtigung einer Referenzwellenlänge kann auf Eis oder Wasser auf der Fahrbahn geschlossen werden. Die Referenzwellenlänge, welche weder von Eis noch von Wasser nennenswert absorbiert wird, z. B. 1300 nm, dient als Bezugsgröße zur Bewertung des Absorptionsgrades der beiden anderen Wellenlängen. Dann können die gemessenen Intensitätsverhältnisse bei den Wellenlängen 1550 nm/1300 nm mit dem Verhältnis 1460 nm/1300 nm in bekannter Weise in Relation gesetzt werden, um Informationen über Wasser und Eis auf der Fahrbahn oder eine trockene Fahrbahn zu erlangen.
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Die verschiedenen Wellenlängen können parallel, insbesondere aber sequentiell zeitlich versetzt, ausgesandt werden. Somit wird jeweils nur Licht einer Wellenlänge zu einem Zeitpunkt ausgesandt und dementsprechend detektiert. Dies erlaubt es, auf eine aufwändige spektrale Analyse oder Strahlaufteilung zu verzichten.
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Der Sensor 2 verfügt ferner über eine Auswerteinrichtung 50, mit welcher die von dem ersten Detektor 22 und dem zweiten Detektor 32 erfassten bzw. ermittelten Daten verarbeitet werden. Die Auswerteinrichtung 50 kann außerhalb des Gehäuses 4 angeordnet sein und sich beispielsweise an einem anderen Ort in dem Fahrzeug 60 befinden. Die Auswerteinrichtung 50 kann mit dem ersten Detektor 22 und dem zweiten Detektor 32 über ein Kabel oder eine drahtlose Verbindung verbunden sein. Die Auswerteinrichtung kann auch eine Steuerung für die Lichtquelleneinheit 21 umfassen oder mit einer Steuerung verbunden sein. Die Auswerteinheit 50 und/oder die Steuerung können jedoch auch an oder in dem Gehäuse 4 angeordnet sein bzw. in diese integriert sein, wie mit Bezug auf die 2 dargestellt.
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Mit dem beschriebenen Sensor 2 können mit einem kompakten und kostengünstigen Aufbau sowohl spektrale Reflexion, als auch spiegelnde und diffuse Reflexion in kurzer zeitlicher Abfolge gemessen und auf dieser Basis auf Fahrbahnart und -zustand geschlossen werden. Dadurch entsteht eine bessere und genauere Information über die Art und den tatsächlichen Zustand der Fahrbahn 1 bzw. Fahrbahnoberfläche 1a unter dem Fahrzeug 60. Für die Messung ist nur der eine Sensor 2 erforderlich.
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Soll nur spektrale Reflexion gemessen werden, da beispielsweise die Messgenauigkeit dafür ausreichend ist, kann gegebenenfalls der zweite Detektorabschnitt 30 weggelassen werden.
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Die Auswerteinrichtung 50 kann mit der Anzeigeeinrichtung 80 verbunden sein und an diese den ermittelten Zustand beziehungsweise die ermittelte Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a ausgeben. Wurde zum Beispiel eine schneebedeckte Fahrbahn 1 durch die Auswerteinrichtung 50 ermittelt, so kann ein entsprechendes Symbol an der Ausgabeeinrichtung 80 angezeigt werden. Wurde eine nasse Fahrbahn mit einer bestimmten Wasserfilmdicke erfasst, so kann ein entsprechendes Warnsymbol für Aquaplaning oder Nässe ausgegeben werden. Wurde eine eisbedeckte Fahrbahn ermittelt, so kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden um nachfolgende Verkehrsteilnehmer vor der vereisten Fahrbahn zu warnen.
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Der Sensor 2 ist insbesondere dazu geeignet die Dicke eines Wasserfilms und/oder einer Eisschicht zu bestimmen. Es kann vorgesehen sein, eine nur dann Anzuzeigen, wenn der Wasserfilm eine vorbestimmte Dicke, beispielsweise mehr als 5 mm oder mehr als 2 mm aufweist.
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Die 3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Vorrichtung 9. Die mit Bezug auf die 3 dargestellten und beschriebenen Merkmale können je nach Anwendung mit den mit Bezug auf die 2 dargestellten und beschriebenen Merkmalen kombiniert oder ausgetauscht werden.
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Der in der 3 dargestellte Sensor 2 entspricht dem mit Bezug auf die 2 beschriebenen Sensor mit dem Unterschied, dass kein Lichtquellenpolarisator vorgesehen ist. Der ausgesandte Lichtstrahl 110 ist in diesem Fall nicht polarisiert. Um dennoch spiegelnd reflektiertes Licht herausfiltern zu können, ist ein zweiter Polarisationsfilter 34 im Strahlengang vor dem zweiten Detektor 32 angeordnet. Die Polarisationsrichtung des zweiten Polarisationsfilters 34 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Polarisationsrichtung des ersten Polarisationsfilters 24. Alle übrigen Elemente des Sensors 2 können denen des mit Bezug auf die 1 dargestellten Sensors entsprechen.
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Im in der 3 dargestellten Beispiel befindet sich weder ein Wasserfilm 71 noch eine Eisschicht 72 auf der Fahrbahnoberfläche 1a.
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Im in der 3 dargestellten Beispiel ist die erste Achse 20b, welche der optischen Achse der ersten Sammeloptik 26 und/oder des gesamten ersten Detektorabschnitts 20 entsprechen kann, in einem Winkel ☐ zur Emitterachse 10a ausgerichtet, wobei der Winkel ☐ maximal ungefähr 10° beträgt. Entsprechend kann die zweite Achse 30b, welche der optischen Achse der zweiten Sammeloptik 36 und/oder des gesamten zweiten Detektorabschnitts 30 entsprechen kann, in einem Winkel ☐ zur Emitterachse 10a ausgerichtet sein, wobei der Winkel ☐ ebenfalls maximal ungefähr 10° beträgt. Der Schnittpunkt 40 der Emitterachse 10a mit der ersten Achse 20b und/oder der zweiten Achse 30b kann auf der Fahrbahnoberfläche 1a liegen oder in einem Abstand von bis zu 50 cm von der Fahrbahnoberfläche 1a liegen.
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Es besteht ferner die Möglichkeit, sowohl einen Lichtquellenpolarisator oder Lichtquellenpolarisationsfilter 14 an der Lichtquelleneinheit 12 vorzusehen, wie mit Bezug auf die 1 beschrieben, als auch einen zweiten Polarisator oder zweiten Polarisationsfilter 34 an dem zweiten Detektor 32. Typischerweise sind dann die Polarisationsrichtungen des Lichtquellenpolarisationsfilters 14 und des zweiten Polarisationsfilters 34 parallel zueinander ausgerichtet. Die Polarisationsrichtungen des Lichtquellenpolarisationsfilters 14 und des zweiten Polarisationsfilters 34 des zweiten Detektors 32 sind jedoch im Wesentlichen senkrecht zu der Polarisationsrichtung des ersten Polarisators oder ersten Polarisationsfilters 24 angeordnet.
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In der 3 ist ferner die Auswerteinrichtung 50 innerhalb des Gehäuses 4 des Sensors 2 angeordnet bzw. in das Gehäuse 2 integriert dargestellt. Es versteht sich, dass die Auswerteinheit auch, wie in 1 dargestellt, außerhalb des Sensors 2 vorgesehen sein kann.
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Der Sensor 2 und insbesondere die Emitteroptik 16 und die erste Sammeloptik 26 beziehungsweise gegebenenfalls auch die zweite Sammeloptik 36 können dazu ausgelegt sein in einer bestimmten Höhe oder einem bestimmten Höhenbereich über der Fahrbahnoberfläche 1a angeordnet zu werden. Beispielsweise kann der Sensor 2 dazu ausgelegt sein in einer Höhe h beziehungsweise einem Abstand von ungefähr 10 cm bis ungefähr 1 m von der Fahrbahnoberfläche 1a angeordnet zu werden, wobei der Abstand einen jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden kann. Für die Verwendung des Sensors 2 in einem Personenkraftwagen kann die Höhe h im Bereich von ungefähr 10 cm bis 40 cm liegen. Bei einer Verwendung des Sensors 2 in einem Nutzfahrzeug, einem Omibus oder einem Geländefahrzeug kann die Höhe h ungefähr 30 cm bis ungefähr 100 cm betragen, insbesondere in einem Bereich von 50 cm bis 80 cm.
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Neben der im Gehäuse 4 des Sensors 2 angeordneten Auswerteinrichtung 50 kann auch eine Anzeigesteuerung 52 innerhalb des Gehäuses 4 des Sensors 2 angeordnet sein. Die Anzeigesteuerung 52 kann mit der Auswerteinrichtung 50 verbunden sein oder in diese integriert sein. Die Anzeigeeinrichtung ist dazu ausgelegt, ein entsprechendes Anzeigesignal an die Anzeigeeinrichtung 80 auszugeben beispielsweise um anzuzeigen, dass die Fahrbahn vereist, schneebedeckt oder nass ist.
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Die 4 zeigt beispielhaft ein Verfahren zur Abgabe eines Warnsignals für nachfolgende Verkehrsteilnehmer bei einem gefährlichen Untergrund. Das Verfahren umfasst den Schritt 100 des Erfassens einer Information über die Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche 1a. Das Erfassen der Information 100 umfasst das Aussenden von Licht 110 von zumindest einer Wellenlänge, bevorzugt von mindestens drei voneinander verschiedenen Wellenlängen im Infrarotbereich und das Detektieren 120 von an der Fahrbahnoberfläche 1a reflektiertem Licht. Wie oben beschrieben kann das Licht der unterschiedlichen Wellenlängen zeitlich versetzt, beispielsweise mit unterschiedlicher Frequenz moduliert oder phasenverschoben mit gleicher Frequenz moduliert ausgesendet und dementsprechend detektiert werden. Dadurch kann das Licht aller ausgesendeten Wellenlängen und die eventuell vorhandene Hintergrundstrahlung mit nur einem Detektor erfasst werden.
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Aus dem Verhältnis der Lichtintensitäten des reflektierten Lichts der unterschiedlichen Wellenlängen beziehungsweise des Verhältnisses aus diffus reflektiertem und spiegelnd reflektiertem Licht wird in Schritt 150 eine Information über die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 1a ermittelt, das heißt ob die Fahrbahn 1a trocken, nass, vereist, schneebedeckt ist oder eine andere Beschaffenheit hat. In diesem Schritt kann ebenfall die Dicke eines Wasserfilms oder die Dicke einer Eisschicht auf der Fahrbahnoberfläche 1a ermittelt werden.
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Wurde eine eisbedeckte oder schneebedeckte Fahrbahnoberfläche 1a erkannt, so kann gegebenenfalls unter Hinzunahme weiterer Parameter bestimmt werden, ob ein Warnsignal mittels der Anzeigeeinrichtung 80 ausgegeben werden soll, das heißt ob eine gefährliche Situation vorliegt beziehungsweise ob eine zuvor erkannte gefährliche Situation weiterhin vorliegt.
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Liegt eine gefährliche Situation vor, kann in einem Anzeigeschritt 300 die Anzeigeeinrichtung 80 angewiesen werden eine entsprechende Leuchtanzeige anzuzeigen. Auch kann, wenn erkannt wurde, dass ein gefährlicher Untergrund oder eine gefährliche Fahrbahnoberfläche nicht mehr vorliegt im Schritt 300 die Anzeigeeinrichtung angewiesen werden ein Anzeigesignal abzuschalten oder ein anders Symbol oder Signal anzuzeigen.
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Die vorangehende Beschreibung wurde im Hinblick auf die in den Figuren dargestellten Beispiele gegeben. Jedoch wird der Fachmann die angegebenen Beispiele ohne weiteres modifizieren oder kombinieren und die Streugutart und Menge entsprechend anpassen. Auch wird der Fachmann weitere Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens finden, beispielsweise die Anbringung an anderen Stellen eines Fahrzeugs.
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Der Fachmann wird ebenfalls andere als die angegebenen Wellenlängen in Erwägung ziehen um die Messergebnisse an unterschiedliche Anforderungen anzupassen. Es versteht sich, dass die angegebenen Wellenlängen nicht auf genau die Werte eingeschränkt sind, sondern einen Wellenlängenbereich umfassen können, welcher die angegebenen diskreten Wellenlängen enthält.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004018088 A1 [0002]
- DE 10126459 C1 [0003]
- WO 2005/007973 A1 [0003]
