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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
DE 10 2010 008 079 A1 bekannt. Hierbei ist an jedem der vier Ecken des Fahrzeugs ein Paar von Ultraschallsendern und Ultraschallempfängern angeordnet und es ist vorgesehen, dass der jeweilige Ultraschallsender ein Ultraschallsignal zu dem Ultraschallempfänger sendet. Die Größe des Seitenwinds wird aus der Differenz der Signallaufzeiten zwischen den Ultraschallsendern und den Ultraschallempfängern einer Längsseite des Fahrzeugs zu der Laufzeit der Ultraschallsignale von dem Ultraschallsender zu dem Ultraschallempfänger der anderen Längsseite berechnet. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch der sehr hohe konstruktive Aufwand, der mit erheblichen Kosten verbunden ist.
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Die
DE 10 2004 033 731 A1 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Korrektur des Einflusses von Seitenwind auf ein Kraftfahrzeug, bei welchem ausschließlich Signale eines bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Systems zur Warnung beim Verlassen einer bestimmten Fahrspur verwendet werden.
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Ein Verfahren zur Berücksichtigung von Windeinflüssen ist in der
DE 10 2010 019 761 A1 beschrieben. Dieses Verfahren soll insbesondere zur Anzeige eines Energieverbrauchs eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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Eine weitere Vorrichtung zum Messen des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds ist in der
FR 2 909 176 A1 beschrieben. Hierbei sind im Bereich des vorderen Stoßfängers jeweilige Sendeeinheiten und im Bereich des Spiegels oder am Unterboden jeweilige Empfangseinheiten angeordnet.
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Die
JP 61 004 967 A beschreibt eine Seitenwinderkennungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welcher jeweilige Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten in einem Gehäuse angeordnet sind.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind des Weiteren die verschiedensten Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung bzw. Erfassung der Höhe bzw. der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds bekannt. Beispielsweise kann zu einer solchen Berechnung die Gierrate und/oder der Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs einbezogen werden, was jedoch zu einer teilweise erheblichen Verzögerung beim Erhalt des Messsignals führt.
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Des Weiteren ist es bekannt, an der Karosserie des Kraftfahrzeugs Drucksensoren anzubringen, wobei über den Differenzdruck auf die Seitenwindgeschwindigkeit geschlossen wird.
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Zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds ist es außerdem bekannt, aus dem Rauschsignal von Ultraschallsensoren auf die Höhe des Seitenwinds zu schließen.
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Allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist jedoch gemeinsam, dass sie einen verhältnismäßig großen Aufwand erfordern und nur sehr ungenaue Ergebnisse liefern.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds zu schaffen, die exakte Ergebnisse liefert und möglichst geringe Kosten verursacht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sehr einfach und damit kostengünstig ausgeführt werden und gewährleistet eine sichere Funktionsweise eines Verfahrens zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds.
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Dadurch, dass der Ultraschallempfänger in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs versetzt zu dem Ultraschallsender angeordnet ist, können möglicherweise im Bereich des Ultraschallempfängers bzw. des Ultraschallsensors auftretende Verwirbelungen verringert werden.
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Es ist konstruktiv besonders einfach, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger auf einem Dach des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
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Wenn dabei vorgesehen ist, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger an einer Dachreling angebracht sind, so führt dies nur zu einer unwesentlichen Störung des Designs des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs.
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Um eine exakte Berechnung der Geschwindigkeit des Seitenwinds zu ermöglichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger mit einer Auswerteeinheit verbunden sind.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass sowohl der Ultraschallsender als auch der Ultraschallempfänger als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten ausgebildet sind.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs aus 1; und
- 3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 1.
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1 zeigt eine sehr schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 ist mit einer Vorrichtung 2 zur Ermittlung der Höhe bzw. der Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds ausgestattet. Im vorliegenden Fall ist die Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds bzw. die unter einem Winkel von 90° auf die mit „x“ bezeichnete Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 wirkende Komponente des Seitenwinds mit dem Pfeil vs bezeichnet. Die Vorrichtung 2 weist in ihrer allgemeinen Ausführungsform einen an dem Kraftfahrzeug 1 angebrachten Ultraschallsender 3 und einen mit Abstand von dem Ultraschallsender 3 ebenfalls an dem Kraftfahrzeug 1 angebrachten Ultraschallempfänger 4 auf. Hierbei ist der Ultraschallempfänger 4 in der mit „y“ bezeichneten Querrichtung des Kraftfahrzeugs 1 versetzt zu dem Ultraschallsender 3 angeordnet. Des Weiteren ist der Ultraschallempfänger 4 auch in der Längsrichtung x des Kraftfahrzeugs 1 versetzt zu dem Ultraschallsender 3 angeordnet.
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Bei der einfachsten Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds sendet der Ultraschallsender 3 ein Ultraschallsignal aus, das von dem Ultraschallempfänger 4 empfangen wird. Die Verarbeitung dieser Signale wird zu einem späteren Zeitpunkt detaillierter beschrieben.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl der Ultraschallsender 3 als auch der Ultraschallempfänger 4 jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ausgebildet, so dass ein Verfahren durchgeführt werden kann, bei dem jede Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 in zeitlichem Abstand jeweils ein Ultraschallsignal aussendet, das die andere Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 empfängt.
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Wie aus der Seitenansicht von 2 hervorgeht, sind im vorliegenden Fall die beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 auf einem Dach 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, es wäre jedoch auch möglich, diese an einem anderen Ort des Kraftfahrzeugs 1 anzubringen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 an einer auf dem Dach 6 des Kraftfahrzeugs 1 befestigten Dachreling 7 angebracht. Die Dachreling 7 sollte so konstruiert sein bzw. die Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 sollten so an der Dachreling 7 angebracht sein, dass der Seitenwind möglichst gut auf die offene Strecke zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 einströmen kann. Dabei ist es besonders zu bevorzugen, die Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 seitlich an einem Fuß 7a der Dachreling 7 anzubringen, da auf diese Weise eine einfache Befestigung der Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ermöglicht wird, aber dennoch sichergestellt werden kann, dass der auf die Strecke zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 wirkende Seitenwind nicht gestört wird.
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Obwohl in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 der Ultraschallsender 3 und der Ultraschallempfänger 4 jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ausgebildet sind, ist es auch möglich, eine ähnliche oder identische Anordnung vorzusehen, wenn der Ultraschallsender 3 lediglich zum Senden und der Ultraschallempfänger 4 lediglich zum Empfangen der Ultraschallsignale dient.
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Oben wurde ein mit der Vorrichtung 2 durchführbares Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds kurz beschrieben. In 3 ist die Vorrichtung 2 detaillierter dargestellt und es wird ausführlicher auf dieses Verfahren eingegangen. Dabei sind der Ultraschallsender 3 und der Ultraschallempfänger 4 wiederum jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ausgebildet, die im vorliegenden Fall über einen Umschalter 8 mit einem Empfänger 9, einer Auswerteelektronik 10 und einem Generator 11 verbunden sind. Der Umschalter 8, der Empfänger 9, die Auswerteelektronik 10 und der Generator 11 können zu einem Steuergerät zusammengefasst werden. Des Weiteren sind in 3 die Längsrichtung x und die Querrichtung y des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Wie oben beschrieben sendet jeweils eine Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 ein Ultraschallsignal, das von der gegenüberliegenden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 empfangen wird. Mithilfe der Laufzeit des Ultraschallsignals zu der gegenüberliegenden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 kann die Geschwindigkeit vs des Seitenwinds ermittelt werden. Beispielsweise kann diese Laufzeit mit einer Laufzeit verglichen werden, die ein Ultraschallsignal für dieselbe Strecke bei Bedingungen ohne Seitenwind benötigt. Vorzugsweise wird jedoch, wie oben kurz beschrieben, in kurzem zeitlichem Abstand ein Ultraschallsignal in die eine Richtung und dann in die Gegenrichtung gesendet, d. h. die zuerst als Empfänger wirkende Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 wird dann zum Sender des Ultraschallsignals und umgekehrt, wodurch die Schallgeschwindigkeit eliminiert und die Temperaturabhängigkeit der Messung kompensiert wird.
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Nachfolgend wird der mathematische Zusammenhang zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Seitenwinds dargelegt:
- Grundsätzlich wird dabei nur die senkrecht auf das Kraftfahrzeug 1 wirkende Geschwindigkeitskomponente vs des Seitenwinds betrachtet. Die Strömungsrichtung verläuft unter einem Winkel α gegen die Messstrecke zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5, deren Länge mit „I“ bezeichnet ist. Mit vc ist die Projektion der Strömungsgeschwindigkeit vs des Seitenwinds auf die Messstrecke bezeichnet. Wenn die linke Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 zu der rechten Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 sendet, beträgt die Geschwindigkeit cs - vc bei einer mit t1 bezeichneten Laufzeit.
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Damit gilt: cs - vc = I/t1 mit vc = vs × cosα, wobei cs die Schallgeschwindigkeit, vs die Komponente des Seitenwinds, vc die Projektion von vs auf die Messstrecke, I der Abstand der beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 voneinander, t1 die Laufzeit des Ultraschallsignals und a der Winkel zwischen der Messstrecke und der Querrichtung y des Kraftfahrzeugs 1 ist.
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Um die Abhängigkeit der Messung von der Temperatur zu kompensieren, wird die Schallgeschwindigkeit eliminiert. Dazu wird, wie oben kurz beschrieben, die Senderichtung zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 in kurzen Abständen gewechselt, d. h. jede Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 wird zunächst als Sender und dann als Empfänger betrieben. Dadurch, dass der Seitenwind dann zu der Schallgeschwindigkeit hinzuaddiert werden muss, gilt: cs + vc = l/t2.
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Durch Subtraktion der beiden oben genannten Formeln kann die Schallgeschwindigkeit eliminiert werden. Für die Geschwindigkeit des Seitenwinds folgt also:
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Die Laufzeiten t1 und t2 werden in der Auswerteelektronik 10 ermittelt und anschließend wird zum Beispiel in der Auswerteelektronik 10 mit der oben genannten Formel die Geschwindigkeit des Seitenwinds berechnet. Bei der Ermittlung der beiden Laufzeiten t1 und t2 kann die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 mitberechnet werden. Die berechnete Geschwindigkeit des Seitenwinds kann anschließend einer nicht dargestellten Stabilisierungseinrichtung für das Kraftfahrzeug 1 zur Verfügung gestellt werden, welche durch Warnung und/oder Korrektur auf die mögliche Abweichung des Kraftfahrzeugs 1 von der gewünschten Fahrtrichtung reagieren kann.
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Wenn in einer vereinfachten Ausführungsform die beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 in der Längsrichtung x des Kraftfahrzeugs 1 nicht zueinander versetzt sind, kann die oben genannten Formel ebenfalls angewendet werden, da in diesem Fall der Winkel α 0° beträgt, was dann zu einem Wert cosa = 1 führt.
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Die Länge der Messstrecke, d. h. der Abstand der beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 voneinander sollte so gewählt werden, dass die Auswerteelektronik 10 problemlos in der Lage ist, aus der gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals die Geschwindigkeit des Seitenwinds zu berechnen. Grundsätzlich gilt dabei, dass ein größerer Abstand der beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 zu einer exakteren Auswertung führt.