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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dynamischen Messung der Reflexionseigenschaften von Fahrbahnoberflächen und ein entsprechendes Verfahren hierzu.
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Aktuelle Scheinwerfersysteme bieten die Möglichkeit einer situativen Lichtsteuerung:
Im Rahmen der adaptiven Frontbeleuchtungssysteme sind verschiedene Situationen definiert worden, für die jeweils eine andere, statische Lichtverteilung aktivierbar ist. Bei den meisten dieser Situationen dient die Eigengeschwindigkeit und der Lenkwinkel des Fahrzeugs als Aktivierungskriterium für die jeweilige Lichtverteilung (Stadtlicht, Landstraßenlicht und Autobahnlicht). Als einzige Lichtverteilung wird die Schlechtwetterlichtverteilung auf Umfelddaten beruhend eingeschaltet. Hier liefert ein Regensensor das entsprechende Signal. Bei dem Schlechtwetterlicht handelt es sich aber nur um eine einzelne statische Lichtverteilung, die alle Witterungsbedingungen abzudecken hat.
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Zur Vermeidung der direkten Blendung von anderen Verkehrsteilnehmern trotz hoher Leuchtweite existieren zwei verschiedene Ansätze: Die gleitende Leuchtweite (adaptive Hell-Dunkel-Grenze) und das blendfreie Fernlicht (vertikale Hell-Dunkel-Grenze). Bei beiden Funktionen wird auf Umfelddaten in Form von Verkehrsteilnehmern reagiert, die z.B. von einem Mono-Kamerasystem geliefert werden.
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Nachteilig am Stand der Technik ist, dass in keinem modernen Scheinwerfersystem Umfelddaten bezüglich der Fahrbahneigenschaften berücksichtigt werden, obwohl diese einen direkten Einfluss auf die Umfeldleuchtdichte und somit auf den Schwellenkontrast, die Erkennbarkeitsentfernung und die indirekte Blendung anderer Verkehrsteilnehmer haben. Einen bedeutenden Faktor für die Sichtbedingungen von Fahrzeuginsassen stellen die Reflexionseigenschaften der Fahrbahn dar, die in erheblichem Maße von den Witterungsbedingungen abhängig sind. Bisher können diese Einflüsse nicht in geeigneten Scheinwerfer-Beleuchtungsstrategien berücksichtigt werden, da diese nicht detektiert werden.
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Aus der
DE 11 2010 005 669 T5 ist ein System zur Straßenoberflächenreflektivitätsklassifizierung bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß Patentanspruchs 1 eine Vorrichtung zur dynamischen Mesung der Reflexionseigenschaften von Fahrbahnoberflächen vorgesehen, aufweisend
- – mindestens zwei Sensoreinheiten und
- – mindestens eine Einheit zur Strahlungserzeugung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinheiten und die Einheit zur Strahlungserzeugung so an einem Fahrzeug angeordnet sind, dass sowohl eine Vorwärts- als auch eine Rückwärtsreflexion erfolgen und quantifiziert werden kann,
wobei die Einheit zur Strahlungserzeugung eingerichtet ist, Strahlung auf die Fahrbahnoberfläche zu projizieren,
wobei eine erste Sensoreinheit eingerichtet ist, aus Sicht der Einheit zur Strahlungserzeugung nach vorne reflektierte Strahlung, welche von der Fahrbahnoberfläche in Richtung der ersten Sensoreinheit reflektiert wird, zu detektieren und
wobei eine zweite Sensoreinheit eingerichtet ist, aus Sicht der Einheit zur Strahlungserzeugung wieder zurück reflektierte Strahlung, welche von der Fahrbahnoberfläche in Richtung der zweiten Sensoreinheit reflektiert wird, zu detektieren.
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Bevorzugt wird die aus der Sicht der Einheit zur Strahlungserzeugung nach vorne reflektierte Strahlung als Vorwärtsreflexion oder als vorwärts reflektierte Strahlung bezeichnet.
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Bevorzugt wird die aus der Sicht der Einheit zur Strahlungserzeugung wieder zurück reflektierte Strahlung als Rückwärtsreflexion oder als rückwärts reflektierte Strahlung bezeichnet.
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Bevorzugt ist die erste Sensoreinheit eingerichtet, vorwärts reflektierte Strahlung, welche von der Fahrbahnoberfläche nach vorne in Richtung einer Fahrzeugfront eines Fahrzeugs reflektiert wird, zu detektieren, wobei die zweite Sensoreinheit eingerichtet ist, rückwärts reflektierte Strahlung, welche von der Fahrbahnoberfläche nach hinten in Richtung eines Fahrzeughecks des Fahrzeugs reflektiert wird, zu detektieren.
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Besonders bevorzugt sind die Sensoreinheiten unterhalb des Fahrzeugs angeordnet.
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Der Trend in der Fahrzeugbeleuchtung geht seit über einem Jahrzehnt hin zu situationsgerechter Anpassung der fahrzeugeigenen Beleuchtungseinrichtungen. In Bezug auf die Hauptlichtfunktionen bestimmt allerdings nicht nur allein das eingesetzte Scheinwerfersystem, in welchem Adaptationszustand sich die Fahrzeuginsassen befinden und wie stark die Blendung für andere Verkehrsteilnehmer ausfällt. Eine entscheidende Rolle spielen hier die Reflexionseigenschaften der Fahrbahnoberfläche.
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Die vom Fahrer wahrgenommene Umfeldhelligkeit – erzeugt durch die fahrzeugeigenen Scheinwerfer – ist hauptsächlich auf die Rückwärtsreflexion des Lichts an der Fahrbahnoberfläche zurückzuführen. Eine indirekte Blendung anderer Verkehrsteilnehmer kann bei erhöhter Vorwärtsreflexion vorliegen. Diese Eigenschaften hängen primär von der Art der Deckschicht der Fahrbahnoberfläche ab. In Deutschland kommen im Straßenbau in Abhängigkeit der Fahrbahnbeanspruchung Asphalt- und Betondeckschichten zum Einsatz, die sich bereits in ihrem jeweiligen Reflexionsverhalten unterscheiden können. Eine zusätzliche, unberechenbare Einflusskomponente stellen Witterungsbedingungen dar. So liegt zum Beispiel bei einer nassen Fahrbahnoberfläche aufgrund des verstärkt spiegelnden Verhaltens eine erhöhte Vorwärtsreflexion vor, die zu einer Irritation oder Blendung des Gegenverkehrs führen kann.
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Bei Kenntnis des Fahrbahnzustands bzw. deren Reflexionseigenschaften wird eine adaptive Gestaltung der Eigenbeleuchtung (fahrzeugeigene Leuchtmittel) ermöglicht. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Beitrag zur Steigerung des Komforts und der Sicherheit im Straßenverkehr geleistet. Bei der Messung von Reflexionseigenschaften einer Fahrbahnoberfläche spielen insbesondere das betrachtete Spektrum und die Messgeometrie eine entscheidende Rolle. Um die von den fahrzeugeigenen Scheinwerfern erzeugte Beleuchtungssituation messtechnisch bewerten und mit der menschlichen Wahrnehmung vergleichen zu können, muss das verwendete Spektrum dem Bereich sichtbaren Lichtes entsprechen.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine dynamische Messung der Reflexionseigenschaften von Fahrbahnoberflächen ermöglicht wird.
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Bevorzugt weist die Einheit zur Strahlungserzeugung eine Lichtquelle auf. Besonders bevorzugt ist die Lichtquelle eingerichtet Licht zu emittieren.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Einheit zur Strahlungserzeugung im Bereich des Fahrzeughecks angeordnet, die erste Sensoreinheit ist im Bereich der Fahrzeugfront und die zweite Sensoreinheit ist im Bereich des Fahrzeughecks des Fahrzeugs angeordnet.
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Damit wird eine einfache Anordnung der Sensoreinheiten und der Einheit zur Strahlungserzeugung unterhalb eines Fahrzeugs zur Detektion von vorwärts- und rückwärtsreflektierter Strahlung bewerkstelligt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Einheit zur Strahlungserzeugung eingerichtet, die Strahlung in einem Bereich zwischen der ersten Sensoreinheit und der zweiten Sensoreinheit auf die Fahrbahnoberfläche zu projizieren.
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Damit ist eine dynamischen Mesung der Reflexionseigenschaften von Fahrbahnoberflächen auf einfache Weise durchführbar.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die erste Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit jeweils eine Neigung zur Fahrbahnoberfläche auf.
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Je nach Länge und Bodenfreiheit des Fahrzeuges lassen sich Beleuchtungs- und Beobachtungswinkel in einer Größenordnung von bevorzugt 3° realisieren.
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Damit gewährleisten flache Beleuchtungs- und Beobachtungswinkel eine Übertragbarkeit auf reale Beleuchtungssituationen im Straßenverkehr.
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Vorzugsweise entspricht die Neigung der Einheit zur Strahlungserzeugung der Neigung mindestens einer Sensoreinheit.
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Alternativ ist anstelle des Vorsehens einer Neigung der Sensoreinheiten auch die Kosinuskorrektur für äquivalente Werte anwendbar.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind zusätzliche Optiken vorgesehen, die eingerichtet sind, jeweils die reflektierte Strahlung zu bündeln und zu den jeweiligen Sensoreinheiten zu lenken. Dadurch werden variablere Einbaumöglichkeiten ermöglicht.
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Bevorzugt ist eine Vorzugsrichtung mittels der zusätzlichen Optiken zur Lichtlenkung erzielbar.
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Besondes bevorzugt ist die Einheit zur Strahlungserzeugung bspw. senkrecht zur Fahrbahnoberfläche ausrichtbar, wobei die zusätzlichen optischen Elemente eingerichtet sind, eine entsprechende Ablenkung zu erzeugen. Hierdurch lässt sich bspw. eine Integration erleichtern.
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Vorzugsweise ist jede Ausrichtung gegenüber der Fahrbahnoberfläche denkbar.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Einheit zur Strahlungserzeugung mindestens eine modulierbare Strahlungsquelle oder eine technische Vorrichtung auf, die eine Modulation einer Strahlungsquelle ermöglicht.
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Vorzugsweise ist die modulierbare Strahlungsquelle mindestens eine LED. Bevorzugt ist die technische Vorrichtung ein Chopperrad. Bevorzugt weisen die Sensoreinheiten mindestens eine Halbleiterdiode, eine Photodiode, einen Photowiderstand oder dergleichen auf.
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Zur Modulation des Messlichtes wird entweder die modulierbare Strahlungsquelle (LED) oder das Chopperrad (optischer Zerhacker, der eingerichtet ist, die Einheit zur Strahlungserzeugung periodisch abzudunkeln), eingesetzt.
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Als Sensoreinheiten werden bevorzugt Photodioden mit nachgeschaltetem Transimpedanzverstärker eingesetzt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Auswertung von reflektierter Strahlung mittels einer Auswerteeinheit ausführbar, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, ausgehend von den Ergebnissen der Auswertung, Beleuchtungseinheiten mindestens eines fahrzeugeigenen Scheinwerfers des Fahrzeugs anzusteuern und zu positionieren.
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Bevorzugt erfolgt eine digitale Auswertung. Besonders bevorzugt werden Mikrocontroller als Auswerteeinheiten verwendet.
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Damit ist eine Einflussnahme auf das Adaptationsniveau durch Leistungsanpassung (Scheinwerfereinstellung) möglich.
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Ferner ist zur Lösung dieser Aufgabe gemäß Patentanspruchs 8 ein Verahren zur dynamischen Mesung der Reflexionseigenschaften von Fahrbahnoberflächen mittels mindestens zwei Sensoreinheiten und mindestens einer Einheit zur Strahlungserzeugung vorgesehen, umfassend die Schritte:
- – Erzeugen von Strahlung mittels der Einheit zur Strahlungserzeugung,
- – Projizieren der Strahlung auf eine reflektierende Fahrbahnoberfläche,
- – Empfangen von aus Sicht der Einheit zur Strahlungserzeugung nach vorne reflektierter Strahlung, welche von der Fahrbahnoberfläche in Richtung einer ersten Sensoreinheit reflektiert wird, und
- – Empfangen von aus Sicht der Einheit zur Strahlungserzeugung wieder zurück reflektierter Strahlung, welche von der Fahrbahnoberfläche in Richtung einer zweiten Sensoreinheit reflektiert wird.
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Bevorzugt wird die vorwärts reflektierte Strahlung von der Fahrbahnoberfläche nach vorne in Richtung der Fahrzeugfront eines Fahrzeugs reflektiert.
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Bevorzugt wird die rückwärts reflektierte Strahlung von der Fahrbahnoberfläche nach hinten in Richtung des Fahrzeughecks eines Fahrzeugs reflektiert.
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Mit der Vorrichtung können während der Fahrt die Reflexionseigenschaften der aktuell befahrenen Fahrbahnoberfläche detektiert werden. Hierbei handelt es sich um die Vorwärts- und die Rückwärtsreflexion, die die durch mindestens einen fahrzeugeigenen Scheinwerfer ausgesandte Lichtführung beeinflussen. Um diese reale Beleuchtungssituation nachzustellen, werden die Reflexionseigenschaften unter vorzugsweise kleinen Beleuchtungs- und Beobachtungswinkeln gemessen.
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Aus dem gleichen Grund wird bei der Messung bevorzugt ein breitbandiges, sichtbares Spektrum genutzt. Dies gewährleistet weiterhin die Übertragung der Messergebnisse auf die Helligkeitseindrücke eines menschlichen Beobachters.
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Zur Realisierung von Messungen unter dem Einfluss von Fremdlicht wird bevorzugt auf Detektionsmechanismen zurückgegriffen, die das Messsignal bei großem Rauschhintergrund herausfiltern.
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Bevorzugt bestimmt die Rückwärtsreflexion das Adaptationsniveau des Fahrers. Ist dieses zu niedrig, wird die Erkennung von kontrastarmen Hindernissen/ Objekten erschwert bzw. die Erkennbarkeitsentfernung reduziert. Außerdem steigt durch ein niedriges Adaptationsniveau die Blendempfindlichkeit des Fahrzeugführers.
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Bevorzugt bestimmt die Vorwärtsreflexion die Stärke der indirekten Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer. Diese Reflexionseigenschaften sind direkt von der Art der Fahrbahndeckschicht und von den Witterungsbedingungen abhängig.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Vergleich der nach vorne reflektierten Strahlung mit der wieder zurück reflektierten Strahlung, bevorzugt über die Zeit [t], zur Klassifizierung der Fahrbahnoberfläche.
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Durch Kenntnis der jeweiligen Reflexionseigenschaften kann auf den "Witterungszustand" der Fahrbahn geschlossen und das Adaptationsniveau des Fahrers abgeschätzt werden. Dies erlaubt eine intelligente Beleuchtungsstrategie zur Vermeidung von indirekter Blendung (z.B. bei nasser Fahrbahn), Eigenblendung (z.B. bei schneebedeckter Fahrbahn) und ein im Rahmen der technischen Möglichkeiten konstant gehaltenes Adaptationsniveau des Fahrers.
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Bevorzugt wird bei der Verwendung von mehreren Sensoreinheiten bei geeigneter Ausrichtung das Streuverhalten der Fahrbahnoberfläche erfasst. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung einsetztbar, um die Fahrbahndeckschicht zu klassifizieren. Vorzugsweise wird hierfür eine umfassende Datenbank generiert, um die unterschiedlichen Asphalt- und Betondeckschichtarten zuordnen zu können.
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Bevorzugt wird die Bestimmung des Witterungszustandes dazu genutzt werden, den Fahrer vor möglichen Gefahren, wie zum Beispiel Glatteis oder Aquaplaning, zu warnen.
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Bevorzugt kann durch eine Abschätzung des Reibwerts, z.B. durch die Bestimmung des Witterungseinflusses oder des Deckschichtmaterials, neben möglichen Gefahrenwarnungen auch weitere Anpassungen an den jeweiligen Zustand realisiert werden. So können vorzugsweise der Luftdruck der Reifen optimal für den jeweiligen Straßenzustand eingestellt bzw. allgemein Fahrgestell-Regelungs/Steuerungssysteme umgesetzt werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden ausgehend von der Klassifizierung Beleuchtungseinheiten mindestens eines fahrzeugeigenen Scheinwerfers eines Fahrzeugs entsprechend eingestellt.
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Auf diese Weise ist eine Einflussnahme auf das Adaptationsniveau durch Leistungsanpassung (Scheinwerfereinstellung) möglich.
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Bevorzugt ist das Verfahren ausgelegt, Reibwertschätzungen auf Basis der Klassifizierung und somit Fahrgestell-Regelungs/Steuerungssysteme sowie Gefahrenwarnungen zu ermöglichen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine schematische Darstellung eines Zeit-Faktor Diagramms, das als Faktor das Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtsreflexion einer Fahrbahn während des Abtrocknens einer Fahrbahn zeigt und
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3 eine schematische Darstellung eines Zeit-Faktor Diagramms, das als Faktor das Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtsreflexion einer trockenen Fahrbahn zeigt.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
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Zur Messung der Reflexionseigenschaften einer Fahrbahnoberfläche 8 während der Fahrt mit dem Fahrzeug 6 wird folgendes Konzept vorgestellt:
Um eine Messgeometrie mit kleinen Winkeln zu realisieren, ist ein System bestehend aus zwei Sensoreinheiten 1 und 2 und einer Einheit zur Strahlungserzeugung 3 unterhalb des Fahrzeugs 7 am Bodenblech angebracht. Die Einheit zur Strahlungserzeugung, die als Lichtquelle 3 ausgebildet ist, die im Bereich des Hecks 10 des Fahrzeugs 7 angeordnet ist, beleuchtet die Fahrbahnoberfläche 8 annähernd mittig unter dem Fahrzeug 7. Der Sensoreinheit 1 ist an der Front 9 des Fahrzeugs 7 angeordnet. Die Sensoreinheiten 1 und 2 messen die Rückwärts- und Vorwärtsreflexion 5 und 6 eines Mittels der Lichtquelle 3 ausgesandten Lichtes (Messlicht) 4. Je nach Länge und Bodenfreiheit des Fahrzeuges 7 lassen sich Beleuchtungs- und Beobachtungswinkel in einer Größenordnung von etwa 3° realisieren.
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Der Einsatz von mehreren, lateral versetzen Sensoreinheiten 1 und 2 bringt Aufschluss über das Streuverhalten der Fahrbahnoberfläche 8.
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Zur Erzeugung des Messlichtes 4 werden aus Gründen der Vergleichbarkeit mit vom Menschen wahrnehmbaren Helligkeiten eine oder mehrere Lichtquellen 3 mit breitem Spektrum im sichtbaren Bereich (weißes Licht) genutzt. Die Sensoreinheiten 1 und 2 sind dabei an die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges angepasst (V(A)-Anpassung).
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Die Detektion des Messlichtes 4 im Umgebungsrauschen erfolgt über eine Modulation der Lichtquelle 3 und eine gleichzeitige Auswertung des Messsignals im Frequenzbereich. Dies wird zum Beispiel nach dem Prinzip eines Lock-In-Verstärkers, mit einer Diskreten-Fourier-Transformation, oder mit dem Goertzel-Algorithmus durchgeführt.
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Zur Modulation des Messlichtes 4 wird entweder eine modulierbare Lichtquelle (LED) oder ein Chopperrad (optischer Zerhacker, der eingerichtet is, die Lichtquelle periodisch abzudunkeln), eingesetzt. Zur Formung und Fokussierung des Messlichtes 4 ist der Einsatz von Optiken und/oder (Freiform-)Reflektoren möglich.
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Die mit den Sensoreinheiten 1 und 2 ermittelte Beleuchtungsstärke ist ein Maß für die Reflektivität der Fahrbahnoberfläche 8. Das System kann über Reflexionsnormale oder Fahrbahnproben bekannten Reflexionsgrades kalibriert werden.
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Als Sensoreinheiten 1 und 2 werden bevorzugt Photodioden mit nachgeschaltetem Transimpedanzverstärker eingesetzt. Die Bandbreite der Schaltung muss die Modulationsfrequenz der Lichtquelle 3 umfassen. Eine Anpassung des Messbereichs ist aufgrund der hohen Dynamik des im Messbereich auftretenden Lichtes 4 vorteilhaft.
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Mittels Analog-Digital-Wandlern erfolgt eine digitale Auswertung. Eine analoge Auswertung durch entsprechende Filterelemente ist auch möglich. Eine analoge Vorverarbeitung des Messsignals kann eine nachfolgende digitale Auswertung erleichtern. Zur digitalen Auswertung bieten sich Mikrocontroller an. Oben genannte Auswertungsmöglichkeiten im Frequenzbereich lassen sich digital implementieren. Eine Anbindung an ein Bus-System im Fahrzeug 7 ist der Kommunikation und Weitergabe der Messdaten dienlich.
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Der Reflexionsgrad der Fahrbahnoberfläche 8 ist stark winkelabhängig. Daher sind Kenntnisse über den momentanen Abstand der Lichtquelle 3 und der Sensoreinheiten 1 und 2 zur Fahrbahn 8 notwendig, um die Messergebnisse bewerten und miteinander vergleichen zu können. Eine Änderung des Beladungszustands oder eine Bewegung des Fahrzeugs 7 kann diesen Abstand beeinflussen; eine Assoziation der Messwerte mit den Messwerten der Niveausensoren des Fahrzeugs 7 ist demnach sinnvoll.
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Schmutz im Strahlengang des Messlichtes 4 kann das Messergebnis beeinflussen. Aus diesem Grund sind die Sensoreinheiten 1 und 2 und die Lichtquelle 3 vor Verschmutzung zu schützen.
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Durch zusätzliche Sensorik kann der Verschmutzungsgrad erkannt und in der digitalen Auswertung berücksichtigt werden. Ein schmutzabweisendes Design oder ein Mechanismus zur Selbstreinigung ersetzen eine manuelle Reinigung.
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Als Lichtquelle 3 wird eine weiße High-Power LED eingesetzt. Das Lichtbündel wird durch eine plankonvexe Linse geformt. Eine Fokussierung ist über eine Änderung des Abstands zwischen LED und Linse möglich. Ein Aluminiumkühlkörper verhindert das Überhitzen der LED. Die LED wird über ein LED-Treibermodul (Konstantstromquelle) bestromt und moduliert. Das Modulationssignal liefert eine MicroAutoBox, die gleichzeitig als Master des Gesamtsystems dient. Als Modulationsfrequenz wird zunächst 500 Hz gewählt. Alternativ kann auch ein angepasstes Steuergerät eingesetzt werden oder es kann ein Modul direkt in die Lichtquelle 3 integriert werden.
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Zur Messsung des sichtbaren Lichtes werden V(λ)-angepasste Photodioden genutzt. Die Photodioden werden jeweils im Quasi-Kurzschluss mit einem Transimpedanzverstärker betrieben. Dieser verstärkt und wandelt den Photostrom in eine Spannung. Der Messbereich und die Verstärkung werden über die Größe des Rückkopplungswiderstandes angepasst. Zur Verbesserung der Linearität des Operationsverstärkers nahe dem Nullpunkt wird am Ausgang des OPs ein Pull-Down-Widerstand eingesetzt. Die benötigte duale Spannungsversorgung liefert ein DC/DC-Wandler. Ein AD-Wandler diskretisiert die Photospannung am Ausgang des Transimpedanzverstärkers.
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Beide Sensoreinheiten 1 und 2 werden von einem Mikrocontroller ausgewertet. Dabei wird das Messsignal digital nach dem Prinzip eines Lock-In-Verstärkers aus dem Umgebungsrauschen extrahiert. Durch geschickte Wahl des Verhältnisses zwischen Messfrequenz des AD-Wandlers und Modulationsfrequenz der LED lassen sich der Rechenaufwand und die Güte des Messergebnisses anpassen.
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Die Messergebnisse sind durch die Auswertung im Frequenzbereich prinzipiell unabhängig von auftretendem Umgebungslicht, solange die Summe aus Mess- und Umgebungslicht nicht den Messbereich der Sensorschaltungen überschreitet.
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Eine Bildung des Mittelwerts über mehrere Messwerte ist sinnvoll, da ein einzelner Messwert aufgrund der Inhomogenität einer Fahrbahn nicht als generelles Maß für die Reflexionseigenschaften angesehen werden kann.
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Zur bidirektionalen Kommunikation zwischen den Sensoreinheiten 1 und 2 und dem Master dient ein CAN-Bus. Es werden die Messwerte zentral gesammelt und können nachverarbeitet sowie anderen Fahrzeugsystemkomponenten zur Verfügung gestellt werden.
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Die mit der Sensoreinheit 1 im Frontbereich 9 des Fahrzeugs 7 gemessene Beleuchtungsstärke ist ein Maß für die Vorwärtsreflexion 5. Diese verdeutlicht den potentiell über die Fahrbahnoberfläche 8 reflektierten Anteil des Scheinwerferlichtes, der zur indirekten Blendung des Gegenverkehrs beitragen kann.
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Mit der Sensoreinheit 2 im Heckbereich 10 des Fahrzeugs 7 wird die Rückwärtsreflexion 6 und verdeutlichen, welcher Anteil des Scheinwerferlichtes in Richtung des Fahrers reflektiert wird.
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Diese Werte dienen einerseits zur Bewertung von wahrgenommenen Helligkeiten und Blendgefahren. Andererseits ist durch einen Vergleich des nach vorne und zurückreflektierten Lichtes 5 und 6 eine Klassifizierung der Fahrbahnbelags beziehungsweise seines Zustandes möglich.
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Dabei ist hier insbesondere der Nässegrad der Fahrbahnoberfläche 8 hervorzuheben. Eine nasse Fahrbahnoberfläche 8 verhält sich in hohem Maße spiegelnd; bei der Vorwärtsreflexion 5 ist demnach mit deutlich erhöhten Messwerten zu rechnen. Wird das Verhältnis zwischen der Vorwärtsreflexion 5 und der Rückwärtsreflexion 6 bei unterschiedlichen Nässegraden der Fahrbahnoberfläche 8 gebildet, so zeigen sich deutliche Unterscheidungsmerkmale.
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In der 2 ist eine schematische Darstellung eines Zeit-Faktor Diagramms, das als Faktor das Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtsreflexion einer Fahrbahn während des Abtrocknens einer Fahrbahn zeigt, dargestellt.
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In der 3 ist eine schematische Darstellung eines Zeit-Faktor Diagramms, das als Faktor das Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtsreflexion einer trockenen Fahrbahn zeigt, dargestellt.
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Die in der 3 dargestellten Messwerte wurden bei trockener Fahrbahnoberfläche aufgenommen. Der ermittelte Faktor liegt zwischen 10 und 15. Der Faktor ist definiert als Maßzahl für das Verhältnis Vorwärtsreflexion zu Rückwärtsreflexion.
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Die in der 2 dargestellten Messwerte wurden bei einem Abtrocknungsvorgang der Fahrbahnoberfläche aufgenommen. Nach initialer Benetzung liegt der Faktor bei ca. 1250. Hier ist aufgrund des spiegelnden Verhaltens mit einer starken indirekten Blendung des Gegenverkehrs zu rechnen. Der Faktor nimmt im Laufe des Abtrocknungsvorgangs ab und erreicht nach ca. drei Minuten bei leicht feuchter Fahrbahn einen Wert von etwa 40. Auch hier ist demnach eine Unterscheidung zwischen feuchtem und trockenem Zustand möglich.
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Eine solche Unterscheidung ist analog auch für andere Witterungsbedingungen möglich. Durch den Vergleich der Werte für Vorwärts- und Rückwärtsreflexion ist somit grundsätzlich eine Bestimmung der Witterungsbedingungen auf der Fahrbahn möglich. Diese Zuordnung kann dann als Information für Fahrerassistenzsysteme dienen.
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Als Material für Fahrbahndeckschichten kommen je nach erwarteter Belastung verschiedene Asphalt- und Betonarten zum Einsatz. Diese unterscheiden sich in ihrem jeweiligen Reflexionsverhalten. Durch den Vergleich der gemessenen Werte kann hier z.B. bei einer trockenen Fahrbahn eine Klassifizierung der Deckschicht vorgenommen werden. Ferner wäre hier eine Zuordnung aufgrund der gemessenen Werte und deren Quotienten denkbar. Sinnvoll kann hierbei auch die Betrachtung einzelner Werte, Wertepaare oder aller drei Merkmale sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112010005669 T5 [0005]
