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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn, mit einer Sensoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn ein Auftreffen von Wasser auf eine Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs zu erfassen, und mit einer Steuereinrichtung zum Erkennen des Zustands der Fahrbahn anhand des mittels der Sensoreinrichtung erfassten Auftreffen des Wassers. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrerassistenzsystem mit einer solchen Sensoranordnung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrerassistenzsystem. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn.
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Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensoranordnungen, welche dazu ausgelegt sind, einen Zustand einer Fahrbahn zu erkennen. Eine solche Sensoranordnung kann beispielsweise eine Sensoreinrichtung umfassen, mit welcher erkannt werden kann, ob die Fahrbahn trocken ist oder ob sich auf der Fahrbahn Wasser, Eis oder Schnee befindet. Anhand des Zustands der Fahrbahn kann der Reibungskoeffizient zwischen der Fahrbahn und den Reifen des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Diese Information kann von einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem erkannten Zustand der Fahrbahn bzw. dem Reibungskoeffizienten angepasst werden. Ein solches Fahrerassistenzsystem kann auch eine Antriebsschlupfregelung oder ein elektronisches Stabilitätsprogramm sein, dem die Informationen bezüglich des Zustands der Fahrbahn zugeführt werden.
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In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 37 28 708 A1 ein Verfahren zur Erkennung des Reibbeiwerts zwischen einer Fahrbahn und dem Reifen eines Kraftfahrzeugs. Hierbei werden die Abrollgeräusche wenigstens eines Reifens mit einem Mikrofon aufgenommen und das aufgenommene Signal wird in der Frequenz analysiert. Aus dem Frequenzspektrum kann dann auf den Fahrbahnzustand geschlossen werden.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 100 09 911 C1 ein System zur Überwachung des Luftdrucks eines Kraftfahrzeugreifens mittels eines Sensors, der in einem Luftvolumen einer Luftfeder angeordnet ist. In dem Luftvolumen entstehen aufgrund der Radschwingungen Schallschwingungen, die von dem Sensor aufgenommen werden. Der Sensor kann als Mikrofon oder als Drucksensor ausgebildet sein. Dabei werden die Radschwingungen als Körperschall über das Fahrwerk auf die Luftfeder übertragen. Hierbei kann der Sensor als Mikrofon oder als Drucksensor ausgebildet sein.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2008 014 513 A1 eine Vorrichtung zur Erfassung eines Abrollgeräusches eines Fahrzeugreifens bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Sensor, welcher zur Erfassung des Abrollgeräusches dient und welcher in einem Gehäuse angeordnet ist, welches schwingungsisoliert am Fahrzeug befestigt ist. Der Sensor ist bevorzugt als Mikrofon ausgebildet. Alternativ kann als der Sensor auch ein anderer geeigneter Messaufnehmer, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Ultraschallsensor, eingesetzt werden.
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Um das Erkennen des Auftretens einer Aquaplaninggefahr frühzeitig zu erkennen, schlägt die
DE 10 2010 008 258 A1 ein Verfahren vor, bei dem streckenabschnittsbezogene Informationen hinsichtlich der Gefahr von Aquaplaning dem Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Zudem ist wenigstens eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung einer nassen Fahrbahn vorgesehen. Bei Vorliegen eines Streckenabschnittes der Fahrstrecke mit Aquaplaninggefahr und der Detektion einer nassen Fahrbahn wird eine Assistenzfunktion zur Prävention von Aquaplaning durchgeführt.
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Zudem ist aus der
DE 10 2012 221 518 A1 ein Verfahren zur Ermittlung einer Straßenglätte bekannt. Hierbei wird sensorisch die von einem Rad des Fahrzeugs aufgeschleuderte Gischt erfasst. Aus der aufgeschleuderten Gischt wird eine Straßenglätte berechnet. Zur Erfassung der aufgeschleuderten Gischt kann beispielsweise ein Sensor verwendet werden, der als Tropfendetektor ausgebildet ist. Weiterhin kann ein Feuchtigkeitssensor oder ein Sensor zum kontaktlosen Erfassen bzw. Zählen von aufgeschleuderten Partikeln verwendet werden. Mit dem Sensor können Wassertröpfchen, Schneeflocken, Eispartikel und/oder Schmutzpartikel erfasst werden.
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Darüber hinaus ist in dem Artikel
„Sensor Systems and Signal Processing for Advanced Driver Assistance" von K. Naab und R. Hoppstock, veröffentlicht auf dem Kongress „Smart Vehicles", 1995, ein Verfahren beschrieben, bei welchem das Wasser, welches auf eine Radlaufverkleidung auftrifft, mit einem Sensor erfasst wird. Ferner ist dort beschrieben, dass sich das Rauschen in dem Radkasten mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motorgeschwindigkeit und der Wasserhöhe auf der Fahrbahnoberfläche ändert. Dabei können die ersten beiden Faktoren leicht korrigiert werden, so dass nur der Anteil des Wassers, das auf die Radlaufverkleidung trifft, übrig bleibt. Das Rauschen kann mit einem Mikrofon gemessen werden. Dabei kann das Rauschen mit einem Bandpassfilter in einem Frequenzbereich zwischen 2,5 und 4,5 kHz gefiltert werden. Ferner kann das Rauschen in ein charakteristisches Gleichspannungsniveau umgerechnet werden, das mit der absoluten Wasserhöhe auf der Fahrbahnoberfläche korreliert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie der Zustand einer Fahrbahn mit einer Sensoranordnung der eingangs genannten Art zuverlässiger erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn umfasst eine Sensoreinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, während einer Fahrt eines Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn ein Auftreffen von Wasser auf eine Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung eine Steuereinrichtung zum Erkennen des Zustands der Fahrbahn anhand des mittels der Sensoreinrichtung erfassten Auftreffens des Wassers. Die Sensoreinrichtung umfasst einen ersten Ultraschallsensor und einen zweiten Ultraschallsensor, welche jeweils dazu ausgelegt sind, ein Ultraschallsignal zu empfangen und welche zudem dazu ausgelegt sind, das Auftreffen des Wassers auf die Radlaufverkleidung zu erfassen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Mikrofone beziehungsweise Körperschallmikrofone, mit denen das Auftreffen von Wasser auf die Radlaufverkleidung bestimmt wird, nicht für den dauerhaften Einsatz im Radkasten ausgelegt sind. Zudem sind derartige Mikrofone zu teuer für einen Serieneinsatz im Kraftfahrzeug. Anstelle von Mikrofonen wird nun eine Sensoreinrichtung verwendet, welche einen ersten Ultraschallsensor und einen zweiten Ultraschallsensor aufweist. Derartige Ultraschallsensoren werden beispielsweise im Zusammenhang mit Parkhilfe-Systemen in Kraftfahrzeugen verwendet. Der erste Ultraschallsensor und der zweite Ultraschallsensor können jeweils dazu ausgelegt sein, ein Ultraschallsignal auszusenden. Zu diesem Zweck wird mit einem entsprechenden Wandlerelement eine Membran des Ultraschallsensors in mechanische Schwingungen versetzt. Das Wandlerelement kann ein piezoelektrisches Element, insbesondere eine piezoelektrische Keramik, umfassen. Das Ultraschallsignal kann beispielsweise eine Frequenz in einem Bereich von etwa 50 kHz aufweisen. Darüber hinaus kann mit dem ersten Ultraschallsensor und dem zweiten Ultraschallsensor das von einem Objekt in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Mit dem ersten und dem zweiten Ultraschallsensor kann insbesondere ein Ultraschallsignal empfangen werden, welches durch das Auftreffen des Wassers auf die Radlaufverkleidung entsteht. Hierzu wird mit dem jeweiligen Wandlerelement die Schwingung der Membran, welche durch das reflektierte Ultraschallsignal erzeugt wird, erfasst. Ein solcher Ultraschallsensor zeichnet sich durch seine geringen Anschaffungskosten sowie durch seine Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen aus.
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Der erste Ultraschallsensor und der zweite Ultraschallsensor können in einem Bereich eines Radkastens beziehungsweise eines Radhauses des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Der Radkasten beschreibt den Bereich des Kraftfahrzeugs, in welchem die Räder des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise angeordnet sind. In dem Radkasten ist eine Radlaufverkleidung angeordnet. Diese Radlaufverkleidung ist einer Lauffläche des Rades beziehungsweise des Reifens zumindest bereichsweise zugewandt. Die Radlaufverkleidung, die auch als Radhausschale bezeichnet werden kann, kann aus einem Kunststoff gefertigt sein. Die Radlaufverkleidung ist insbesondere innerhalb des Radkastens beziehungsweise des Radhauses angeordnet. Sowohl mit dem ersten Ultraschallsensor als auch mit dem zweiten Ultraschallsensor kann nun Wasser, welches auf die Radlaufverkleidung auftrifft, erfasst werden. Dabei können in dem Wasser auch Partikel, beispielsweise Schmutzpartikel, gelöst sein. Wenn das Kraftfahrzeug auf der Fahrbahn bewegt wird, kann Wasser, welches sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, durch die Rotation des Rades des Kraftfahrzeugs auf die Radlaufverkleidung geschleudert werden. Das Wasser, welches sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet, trifft dann als Wassertropfen oder als Spritzwasser beziehungsweise Gischt auf die Radlaufverkleidung. Der erste Ultraschallsensor und der zweite Ultraschallsensor können an unterschiedlichen Positionen an oder in der Radlaufverkleidung angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung mehr als zwei Ultraschallsensoren aufweist, die verteilt an oder in der Radlaufverkleidung angeordnet sind. Somit kann das Wasser, das auf die Radlaufverkleidung trifft, beispielsweise an unterschiedlichen Positionen der Radlaufverkleidung erkannt werden. Wenn das Wasser auf die Radlaufverkleidung trifft, kann beispielsweise erkannt werden, dass die Fahrbahn nass ist. Anhand des erkannten Zustands der Fahrbahn kann dann auf den Reibungskoeffizienten zwischen den Reifen beziehungsweise den Rädern des Kraftfahrzeugs und der Fahrbahn rückgeschlossen werden. Zudem kann beispielsweise erkannt werden, ob Aquaplaninggefahr droht.
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Bevorzugt ist der zweite Ultraschallsensor dazu ausgelegt, ein Körperschallsignal, welches sich in Folge des Aussendens des Ultraschallsignals mittels des ersten Ultraschallsensors von dem ersten Ultraschallsensor zu dem zweiten Ultraschallsensor ausbreitet, zu erfassen. Mit dem ersten Ultraschallsensor kann ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Dabei kann der erste Ultraschallsensor derart angeordnet sein, dass durch das Aussenden des Ultraschallsignals ein Körperschallsignal innerhalb der Radlaufverkleidung erzeugt wird, welches sich ausgehend von dem ersten Ultraschallsensor zu dem zweiten Ultraschallsensor ausbreitet. Mit dem zweiten Ultraschallsensor kann nun dieses Körperschallsignal erfasst werden. Der zweite Ultraschallsensor kann insbesondere so angeordnet sein, dass das Körperschallsignal beziehungsweise der Körperschall, der sich durch die Radlaufverkleidung hindurch ausbreitet, auf dem zweiten Ultraschallsensor beziehungsweise die Membran des zweiten Ultraschallsensors überträgt. Das Aussenden des Ultraschallsignals mit dem ersten Ultraschallsensor und das Empfangen des Körperschallsignals mit dem zweiten Ultraschallsensor kann beispielsweise bei einer Initialisierung der Sensoranordnung durchgeführt werden. Dabei kann es natürlich in gleicher Weise vorgesehen sein, dass das Ultraschallsignal mit dem zweiten Ultraschallsensor ausgesendet wird und das Körperschallsignal mit dem ersten Ultraschallsensor empfangen wird. Somit kann grundsätzlich die Laufzeit des Körperschallsignals zwischen den beiden Ultraschallsensoren bestimmt werden. Anhand dieses Körperschallsignals kann untersucht werden, wie sich das Körperschallsignal in Folge des ausgesendeten Ultraschallsignals innerhalb der Radlaufverkleidung ausbreitet. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unterschiedliche Varianten beziehungsweise Typen von Radlaufverkleidungen in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Diese können beispielsweise aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein oder unterschiedliche Geometrien aufweisen. Zudem können die Radlaufverkleidungen beispielsweise unterschiedlich ausgebildete Verstärkungselemente beziehungsweise Rippen aufweisen. Die unterschiedlichen Materialien beziehungsweise Geometrien der Radlaufverkleidungen wirken sich auf die Ausbreitung des Körperschallsignals aus. Anhand der Messung des Körperschallsignals kann somit bei einer Inbetriebnahme der Sensoranordnung die Ausbreitung von Körperschall innerhalb der Radlaufverkleidung untersucht werden. Diese Informationen können dann bei der Auswertung der Sensorsignale der Ultraschallsensoren genutzt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, einen verschmutzten Zustand der Radlaufverkleidung anhand einer Laufzeit des Körperschallsignals zu bestimmen. Der verschmutzte Zustand der Radlaufverkleidung beschreibt insbesondere den Zustand, wenn sich Schmutz, Staub, Schlamm, Eis, Schnee oder dergleichen an der Radlaufverkleidung angelagert hat. Wenn die Radlaufverkleidung verschmutzt ist, kann sich dies auf die Ausbreitung des Körperschallsignals innerhalb der Radlaufverkleidung auswirken. Beispielsweise kann sich bei einer Verschmutzung der Radlaufverkleidung die Laufzeit des Körperschallsignals erhöhen. Somit kann auf einfache Weise erkannt werden, ob die Radlaufverkleidung verschmutzt ist und somit gegebenenfalls die Sensoranordnung momentan nicht oder nur eingeschränkt genutzt werden kann.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, den verschmutzten Zustand der Radlaufverkleidung anhand eines Vergleichs der Laufzeit mit einer Referenzlaufzeit zu bestimmen. Die Referenzlaufzeit kann beispielsweise bei vorbestimmten Bedingungen ermittelt werden. Hierzu kann – wie zuvor beschrieben – mit einem der Ultraschallsensoren ein Ultraschallsignal ausgesendet werden und mit dem anderen der Ultraschallsensoren das sich in der Radlaufverkleidung ausbreitende Körperschallsignal erfasst werden. Die Referenzmessung kann insbesondere durchgeführt werden, wenn die Radlaufverkleidung nicht verschmutzt ist und/oder trocken ist. Anhand des Vergleichs der aktuell ermittelten Laufzeit des Körperschallsignals mit der Referenzlaufzeit kann somit zuverlässig und schnell ermittelt werden, ob die Radlaufverkleidung verschmutzt ist. Die Referenzlaufzeit kann beispielsweise in einer Speichereinheit der Steuereinrichtung hinterlegt sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind der erste und der zweite Ultraschallsensor derart angeordnet, dass das auf die Radlaufverkleidung auftreffende Wasser eine mechanische Schwingung einer Membran des ersten Ultraschallsensors und einer Membran des zweiten Ultraschallsensors bewirkt. Insbesondere können der erste und der zweite Ultraschallsensor derart an oder in der Radlaufverkleidung angeordnet sein, dass mechanische Schwingungen von der Radlaufverkleidung an die jeweiligen Membranen der Ultraschallsensoren übertragen werden können. Wenn Wasser bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs von der Fahrbahnoberfläche auf die Radlaufverkleidung geschleudert wird, kann die Radlaufverkleidung in mechanische Schwingungen versetzt werden. Diese mechanischen Schwingungen können dann mit den Ultraschallsensoren erfasst werden. Zudem kann durch das auf die Radlaufverkleidung auftreffende Wasser ein akustisches Signal erzeugt werden, welches die Membranen der Ultraschallsensoren in mechanische Schwingungen versetzt. Somit kann mit Hilfe der Ultraschallsensoren überprüft werden, ob sich Wasser auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet.
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Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, anhand eines ersten Sensorsignals des ersten Ultraschallsensors und/oder eines zweiten Sensorsignals des zweiten Ultraschallsensors zu erkennen, ob die Fahrbahn nass ist. Mit dem ersten und dem zweiten Ultraschallsensor kann jeweils ein Sensorsignal bereitgestellt werden. Dabei beschreiben die Sensorsignale insbesondere die Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit. Die Steuereinrichtung kann nun das erste und das zweite Sensorsignal entsprechend auswerten. Insbesondere kann die Steuereinrichtung untersuchen, ob das erste und/oder das zweite Sensorsignal Anteile aufweist, welche das Auftreffen von Wassertropfen auf die Radlaufverkleidung beschreiben. Somit kann festgestellt werden, ob Wasser beziehungsweise Wassertropfen von der Fahrbahn auf die Radlaufverkleidung geschleudert werden. Damit kann bestimmt werden, ob sich Wasser auf der Fahrbahn befindet beziehungsweise ob die Fahrbahn nass ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, anhand des ersten Sensorsignals des ersten Ultraschallsensors und/oder des zweiten Sensorsignals des zweiten Ultraschallsensors einen Auftreffbereich zu bestimmen, auf welchem das Wasser auf die Radlaufverkleidung auftrifft. Hierzu kann beispielsweise mittels der Steuereinrichtung untersucht werden, zu welchem Zeitpunkt mit dem ersten Ultraschallsensor und dem zweiten Ultraschallsensor Körperschallsignale, die sich innerhalb der Radlaufverkleidung ausbreiten, erfasst werden. Hierzu können die Sensorsignale der Ultraschallsensoren mit einem entsprechenden Zeitstempel ausgegeben werden. Anhand des Vergleichs der Sensorsignale und der bekannten Einbauposition des ersten Ultraschallsensors und des zweiten Ultraschallsensors kann dann bestimmt werden, an welcher Position das Wasser beziehungsweise die Wassertropfen auf die Radlaufverkleidung auftreffen.
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Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, anhand des ersten Sensorsignals des ersten Ultraschallsensors und/oder zweiten Sensorsignals des zweiten Ultraschallsensors eine Menge des Wassers, welche sich auf einer Oberfläche der Fahrbahn befindet, zu bestimmen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Menge des Wassers in Abhängigkeit von dem bestimmten Auftreffbereich bestimmen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Auftreffposition des Wassers abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und der Wassermenge, die sich auf der Fahrbahn befindet, ist. Um unterschiedlichen Auftreffbereichen unterschiedliche Wassermengen zuordnen zu können, können im Vorfeld entsprechende Versuche durchgeführt werden. Beim Bestimmen der Wassermenge, die sich auf der Fahrbahn befindet, kann zudem die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Aus der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann dann die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Somit kann bestimmt werden, wie viel Wasser sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Somit kann beispielsweise erkannt werden, ob die Wassermenge einen kritischen Wert erreicht und somit Aquaplaning droht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Ultraschallsensor und der zweite Ultraschallsensor entlang einer Haupterstreckungsrichtung der Radlaufverkleidung verteilt angeordnet. Der erste und der zweite Ultraschallsensor können entlang einer Drehrichtung des Rades verteilt an oder in der Radlaufverkleidung angeordnet sein. Beispielsweise kann der erste Ultraschallsensor ausgehend von einem Mittelpunkt des Rades entlang der Fahrzeuglängsachse in Vorwärtsfahrtrichtung hinter dem Rad angeordnet sein. Der zweite Ultraschallsensor kann ausgehend von dem Mittelpunkt des Rades entlang einer Hochachse des Fahrzeugs über dem Rad angeordnet sein. Grundsätzlich ist die Anordnung der zumindest zwei Ultraschallsensoren an oder in der Radlaufverkleidung beliebig. Beispielsweise können die Ultraschallsensoren verdeckt hinter der Radlaufverkleidung angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Radlaufverkleidung entsprechende Aussparungen aufweist, in denen die Ultraschallsensoren angeordnet sind.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Sensoranordnung. Dabei kann die Sensoranordnung auch mehrere Sensoreinrichtungen umfassen, die mit der Steuereinrichtung zur Datenübertragung verbunden sind. Beispielsweise kann jedem Rad bzw. jedem Radkasten des Kraftfahrzeugs eine Sensoreinrichtung zugeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass an oder in einem Radkasten mehrere Sensoren angeordnet sind.
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Bevorzugt ist das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von dem mit der Sensoranordnung erfassten Zustand der Fahrbahn einen Warnhinweis an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs auszugeben. Wenn mittels der Sensoranordnung erkannt wird, dass die Fahrbahn nass ist, kann an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ein entsprechender Warnhinweis ausgegeben werden. Dieser Warnhinweis kann dem Fahrer des Kraftfahrzeugs optisch, akustisch und/oder haptisch ausgegeben werden. Insbesondere kann an den Fahrer ein Warnhinweis ausgegeben werden, wenn mittels der Sensoranordnung erkannt wird, dass Aquaplaning droht. Der Warnhinweis kann die Information enthalten, dass der Fahrer die Geschwindigkeit reduzieren soll.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem mit der Sensoranordnung erfassten Zustand der Fahrbahn anzupassen. Wenn beispielsweise mit der Sensoranordnung erkannt wird, dass die Wassermenge, die sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mit Hilfe des Fahrerassistenzsystems reduziert werden. Hierzu kann das Fahrerassistenzsystem einen Eingriff in die Bremsanlage des Kraftfahrzeugs durchführen. Durch die Reduzierung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann die Gefahr von Aquaplaning reduziert werden.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn. Hierbei wird mittels einer Sensoreinrichtung während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn ein Auftreffen von Wasser auf eine Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs erfasst. Zudem wird mittels einer Steuereinrichtung der Zustand der Fahrbahn anhand des mittels der Sensoreinrichtung erfassten Auftreffens des Wassers erkannt. Die Sensoreinrichtung umfasst einen ersten Ultraschallsensor und einen zweiten Ultraschallsensor, welche jeweils dazu ausgelegt sind, ein Ultraschallsignal zu empfangen, wobei das Auftreffen des Wassers auf die Radlaufverkleidung mittels des ersten Ultraschallsensors und des zweiten Ultraschallsensors erfasst wird.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensoranordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches eine Sensoranordnung aufweist;
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2 das Kraftfahrzeug gemäß 1, wobei ein erster und ein zweiter Ultraschallsensor der Sensoranordnung hinter einer Radlaufverkleidung angeordnet sind.
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In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2. Das Fahrerassistenzsystem 2 dient zur Unterstützung des Fahrers beim Führen des Kraftfahrzeugs 1. Das Fahrerassistenzsystem 1 kann beispielsweise ein Parkhilfe-System, einen Totwinkel-Assistent und/oder einen Abstandsregeltempomat umfassen.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst eine Sensoranordnung 3. Die Sensoranordnung 3 weist zwei Sensoreinrichtungen 8 auf. Jede der Sensoreinrichtungen 8 umfasst wiederum einen ersten Ultraschallsensor 4 und einen zweiten Ultraschallsensor 5. Darüber hinaus umfassen die Sensoranordnungen 3 eine Steuereinrichtung 7. Die Steuereinrichtung 7 kann beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät (ECU – Electronic Control Unit) des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein. Die Ultraschallsensoren 4, 5 sind jeweils zur Datenübertragung mit der Steuereinrichtung 7 verbunden. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Ultraschallsensoren 4, 5 sind jeweils den vorderen Rädern 6 des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet.
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Die ersten Ultraschallsensoren 4 und die zweiten Ultraschallsensoren 5 sind bevorzugt baugleich ausgebildet. Die Ultraschallsensoren 4, 5 umfassen jeweils eine Membran, die beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann. Die Membran der Ultraschallsensoren 4, 5 kann beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein. Die Membran kann eine Resonanzfrequenz von etwa 50 kHz aufweisen. Innerhalb der Membran ist ein Wandlerelement angeordnet, das beispielsweise durch ein piezoelektrisches Element gebildet sein kann. Das Wandlerelement ist mechanisch mit der Membran gekoppelt. Somit können Schwingungen der Membran mit Hilfe des Wandlerelements erfasst werden und als jeweiliges Sensorsignal, insbesondere in Form einer elektrischen Spannung, ausgegeben werden.
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2 zeigt den Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 gemäß 1 in einer Seitenansicht. Vorliegend ist zu erkennen, dass sich das Kraftfahrzeug 1 auf einer Oberfläche 9 einer Fahrbahn 10 befindet beziehungsweise auf dieser bewegt wird. Die Fahrbahn 10 ist vorliegend nass. Es befindet sich also Wasser 12 auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn 10. Das Kraftfahrzeug 1 wird vorliegend auf der Fahrbahn 10 in Vorwärtsfahrtrichtung 16 bewegt. Hierbei wird das Rad 6 des Kraftfahrzeugs 1 auf der Fahrbahn 10 abgerollt. Da sich das Wasser 12 auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn 10 befindet, wird das Wasser 12 durch die Rotation des Rades 6 aufgeschleudert und trifft auf eine Radlaufverkleidung 13. Infolge des Auftreffens des Wassers 12 beziehungsweise der Wassertropfen auf die Radlaufverkleidung 13 entsteht ein Schallsignal innerhalb des Radkastens des Kraftfahrzeugs 1. Darüber hinaus wird die Radlaufverkleidung 13 zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese mechanischen Schwingungen breiten sich entlang der Radlaufverkleidung 13 aus.
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Der erste Ultraschallsensor 4 und der zweite Ultraschallsensor 5 sind vorliegend verdeckt hinter der Radlaufverkleidung 13 angeordnet. Vorliegend ist der erste Ultraschallsensor 4 ausgehend von der Mitte des Rades 6 in Vorwärtsfahrtrichtung 16 hinter dem Rad 6 angeordnet. Der zweite Ultraschallsensor 5 ist ausgehend von der Mitte des Rades 6 entlang der Hochachse des Kraftfahrzeugs 1 über dem Rad 6 angeordnet. Wenn nun Wasser 12 beziehungsweise Wassertropfen auf die Radlaufverkleidung 13 auftreffen, kann dies mit dem ersten Ultraschallsensor 4 und dem zweiten Ultraschallsensor 5 erfasst werden. Hierzu wird jeweils die mechanische Schwingung der Membran der Ultraschallsensoren 4, 5 mit Hilfe des jeweiligen Wandlerelements erfasst. Mit dem jeweiligen Wandlerelement kann dann ein Sensorsignal an die Steuereinrichtung 7 übertragen werden. Die Steuereinrichtung 7 kann dann das erste Sensorsignal des ersten Ultraschallsensors 4 und das zweite Sensorsignal des zweiten Ultraschallsensors 5 miteinander vergleichen.
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Bei einer Initialisierung der Sensoranordnung 3 kann zunächst eine Referenzmessung durchgeführt werden. Hierbei kann beispielsweise mit dem ersten Ultraschallsensor 4 ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Das Aussenden des Ultraschallsignals bewirkt, dass sich Körperschall beziehungsweise ein Körperschallsignal innerhalb der Radlaufverkleidung 10 ausbreitet. Die Übertragung des Körperschallsignals von dem ersten Ultraschallsensor 4 zu dem zweiten Ultraschallsensor 5 ist vorliegend durch den Pfeil 11 verdeutlicht. Anhand der zeitlichen Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals mittels des ersten Ultraschallsensors 4 und dem Empfangen des Körperschallsignals mittels des zweiten Ultraschallsensors 5 kann die Laufzeit des Körperschalls innerhalb der Radlaufverkleidung 10 bestimmt werden. Diese Laufzeit kann mittels der Steuereinrichtung 7 mit einer Referenzlaufzeit verglichen werden, die beispielsweise in einer Speichereinheit der Steuereinrichtung 7 hinterlegt ist. Wenn die erfasste Laufzeit beispielsweise die Referenzlaufzeit überschreitet, kann erkannt werden, dass die Radlaufverkleidung 10 verschmutzt ist.
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Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich Schmutz, Staub, Schlamm, Eis, Schnee oder dergleichen an der Radlaufverkleidung 10 abgelagert haben. Falls mit Hilfe der Steuereinrichtung 7 erkannt wird, dass die Radlaufverkleidung 10 verschmutzt ist, kann ein entsprechendes Signal ausgegeben werden. Dieses Signal kann an die Steuereinrichtung übertragen werden. Beispielsweise kann dieses Signal eine Information beinhalten, dass die Sensoranordnung 3 momentan nicht genutzt werden kann. Ferner kann ein entsprechender Warnhinweis an den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 ausgegeben werden.
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Durch Vergleich des ersten Sensorsignals und des zweiten Sensorsignals kann die Steuereinrichtung 7 dann einen Auftreffbereich bestimmen, der den Bereich beschreibt, auf welchem die Wassertropfen auf die Radlaufverkleidung 10 treffen. Weiterhin kann die Steuereinrichtung 7 beispielsweise die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 erfassen. Hierzu können die Signale eines Geschwindigkeitssensors des Kraftfahrzeugs 1 genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Signale eines Sensors herangezogen werden, der die Umdrehungszahlen des Rades 6 erfasst. Der Auftreffbereich kann anhand der jeweiligen Sensorsignale ermittelt werden. Beispielsweise kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 7 erfasst werden, wann in dem jeweiligen Sensorsignal ein Anteil vorhanden ist, welcher das Auftreffen des Wassers 12 auf die Radlaufverkleidung 13 beschreibt. Anhand der bekannten Einbaupositionen der Ultraschallsensoren 4, 5 kann dann der Auftreffbereich ermittelt werden. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass der Auftreffbereich von der Wassermenge auf der Fahrbahn 8 und der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 abhängt. Somit kann anhand des Auftreffbereichs auf die Menge an Wasser 12 auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn 10 rückgeschlossen werden.
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Falls die Menge an Wasser 12, die sich auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn 10 befindet, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann beispielsweise mithilfe des Fahrerassistenzsystems 2 ein Warnhinweis an den Fahrer ausgegeben werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein entsprechendes Symbol auf einer Anzeigeeinrichtung des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt werden. Ebenso kann das Fahrerassistenzsystem 2 einen Bremseingriff durchführen. Somit kann erreicht werden, dass die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 reduziert wird. Somit kann die Gefahr von Aquaplaning reduziert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3728708 A1 [0003]
- DE 10009911 C1 [0004]
- DE 102008014513 A1 [0005]
- DE 102010008258 A1 [0006]
- DE 102012221518 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Sensor Systems and Signal Processing for Advanced Driver Assistance“ von K. Naab und R. Hoppstock, veröffentlicht auf dem Kongress „Smart Vehicles“, 1995 [0008]
