DE102015106402A1

DE102015106402A1 - Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn anhand eines Echosignals eines Ultraschallsensors, Sensoranordnung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015106402A1
Application number: DE102015106402.2A
Authority: DE
Inventors: Marian Röger; Wolfgang Hamm; Thomas Schuler; Thomas Jung
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn (8), bei welchem mittels eines Ultraschallsensors (4) eines Kraftfahrzeugs (1) ein Ultraschallsignal ausgesendet wird, das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird und ein Echosignal (E) bereitgestellt wird, welches das reflektierte, empfangene Ultraschallsignal beschreibt, und bei welchem mittels einer Steuereinrichtung (5) der Zustand der Fahrbahn (8) anhand des Echosignals (E) erkannt wird, wobei mittels des Ultraschallsensors (4) zumindest ein erster Anteil (10) des Ultraschallsignals in Richtung eines Bereichs (16) ausgesendet wird, welcher sich zwischen einer Lauffläche (14) eines Reifens (15) des Kraftfahrzeugs (1) und einer Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) befindet

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn, bei welchem mittels eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs ein Ultraschallsignal ausgesendet wird, das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird und ein Echosignal bereitgestellt wird, welches das reflektierte, empfangene Ultraschallsignal beschreibt, und bei welchem mittels einer Steuereinrichtung der Zustand der Fahrbahn anhand des Echosignals erkannt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Sensoranordnung mit zumindest einem Ultraschallsensor und einer Steuereinrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit einer solchen Sensoranordnung sowie ein Kraftfahrzeug.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensoranordnungen, welche dazu ausgelegt sind, einen Zustand einer Fahrbahn zu erkennen. Eine solche Sensoranordnung kann beispielsweise eine entsprechende Sensoreinrichtung umfassen, mittels 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 ein Reibungskoeffizient zwischen der Fahrbahn und dem Reifen des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Diese Information kann von einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Beispielsweise kann ein entsprechender Warnhinweis ausgegeben werden oder es kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem erkannten Zustand der Fahrbahn beziehungsweise 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.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 37 28 708 A1 ein Verfahren zur Erkennung eines 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.
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.
Zudem ist aus der DE 10 2012 221 518 A1 ein Verfahren zur Ermittlung einer Straßenglätte bekannt. 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 beziehungsweise Zählen von aufgeschleuderten Partikeln verwendet werden. Mit dem Sensor können Wassertröpfchen, Schneeflocken, Eispartikel und/oder Schmutzpartikel erfasst werden.
Zudem beschreibt die DE 10 2006 057 495 A1 ein Verfahren zur Erfassung einer physikalischen Größe, insbesondere eines Abstands. Dabei wird ein Empfangssignal durch Aussenden eines ersten Sendesignals über eine Übertragungsstrecke, deren Übertragungsfunktion von der zu erfassenden physikalischen Größe abhängt, bereitgestellt. Zudem wird ein Referenzempfangssignal bereitgestellt, welches mit dem Empfangssignal verglichen wird, um auf die physikalische Größe zu schließen. Anhand des Vergleichs der Amplituden des empfangenen Sendesignals und des empfangenen Referenzsignals kann ferner auf eine Reflektivität eines mit dem Sendesignal beaufschlagten Objekts geschlossen werden. Somit kann beispielsweise auf eine Reflektivität einer Straßenoberfläche und damit auf die Reibungsverhältnisse geschlossen werden. Als Übertragungsstrecke kann beispielsweise eine akustische Übertragungsstrecke, die beispielsweise entsprechende Ultraschallwandler aufweisen und die Übertragung von Ultraschallsignalen vorsieht, verwendet werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie der Zustand einer Fahrbahn mit Hilfe eines Ultraschallsensors zuverlässiger erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Sensoranordnung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn. Hierbei wird mittels eines Ultraschallsensors eines Kraftfahrzeugs ein Ultraschallsignal ausgesendet, das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wird empfangen und ein Echosignal wird bereitgestellt, welches das reflektierte, empfangene Ultraschallsignal beschreibt. Darüber hinaus wird mittels einer Steuereinrichtung der Zustand der Fahrbahn anhand des Echosignals erkannt. Hierbei wird mittels des Ultraschallsensors zumindest ein erster Anteil des Ultraschallsignals in Richtung eines Bereichs ausgesendet, welcher sich zwischen einer Lauffläche eines Reifens des Kraftfahrzeugs und einer Oberfläche der Fahrbahn befindet.
Vorliegend wird mit Hilfe eines Ultraschallsensors der Zustand der Fahrbahn erfasst. Dies erfolgt insbesondere, während sich das Kraftfahrzeug auf der Fahrbahn befindet beziehungsweise während das Kraftfahrzeug auf der Fahrbahn bewegt wird. Derartige Ultraschallsensoren werden beispielsweise im Zusammenhang mit Parkhilfe-Systemen in Kraftfahrzeugen verwendet. Der Ultraschallsensor ist dazu ausgebildet, ein Ultraschallsignal auszusenden. Zu diesem Zweck wird mit einem entsprechenden Wandlerelement eine Membran des Ultraschallsensors in mechanische Schwingungen versetzt. Die Membran des Ultraschallsensors kann beispielsweise topfförmig ausgebildet sein und aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein. Das Wandlerelement kann aus einem piezoelektrischen Element, insbesondere einer piezoelektrischen Keramik, gebildet sein. Das ausgesendete Ultraschallsignal kann eine Frequenz im Bereich von etwa 50 kHz aufweisen. Ferner kann mit dem Ultraschallsensor das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wieder empfangen werden. Dabei befindet sich das Objekt insbesondere außerhalb des Kraftfahrzeugs beziehungsweise in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs. Das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal trifft auf die Membran und versetzt diese in mechanische Schwingungen. Diese mechanischen Schwingungen können dann mit Hilfe des Wandlerelements erfasst werden. Ein solcher Ultraschallsensor zeichnet sich durch seine geringen Anschaffungskosten sowie durch seine Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen aus.
Mit dem Ultraschallsensor wird ein Echosignal bereitgestellt. Dieses Echosignal beschreibt das reflektierte, empfangene Ultraschallsignal. Insbesondere beschreibt das Echosignal die Schwingung der Membran des Ultraschallsensors in Abhängigkeit von der Zeit. Vorliegend ist der Ultraschallsensor derart an oder in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass dieser zumindest einen ersten Anteil des Ultraschallsignals in Richtung eines Bereichs aussendet, welcher sich zwischen einer Lauffläche des Reifens und der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Anhand des Echosignals kann dann der Zustand der Fahrbahn bestimmt werden. Bei einer trockenen Fahrbahn wird das ausgesendete Ultraschallsignal aufgrund der verhältnismäßig rauen Fahrbahnoberfläche und/oder eines Profils der Lauffläche des Reifens vermehrt gestreut. Wenn sich Wasser beziehungsweise ein Flüssigkeitsfilm auf der Fahrbahn befindet, entsteht eine verhältnismäßig glatte Fläche auf der Oberfläche der Fahrbahn und/oder auf der Lauffläche des Reifens. Dies hat zur Folge, dass ein Großteil des ausgesendeten Ultraschallsignals an der Oberfläche der nassen Fahrbahn reflektiert wird. Auf diese Weise kann anhand des Echosignals festgestellt werden, ob sich Wasser auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Dadurch, dass zumindest der erste Anteil des Ultraschallsignals in Richtung des Bereichs zwischen der Lauffläche des Reifens und der Fahrbahnoberfläche ausgesendet wird, kann überprüft werden, ob in diesem Bereich Wasser vorhanden ist. Wenn eine vorbestimmte Menge Wasser beziehungsweise ein Wasserkeil in dem Bereich zwischen dem Reifen und der Fahrbahn vorhanden ist, kann sich dieser zwischen die Lauffläche beziehungsweise die Reifenaufstandsfläche und die Fahrbahnoberfläche schieben. Dies kann zu einem Aufschwimmen des Reifens auf dem Wasserfilm der nassen Fahrbahn beziehungsweise zu Aquaplaning führen. Dadurch, dass mit Hilfe des Ultraschallsignals beziehungsweise des ersten Anteils des Ultraschallsignals der Bereich zwischen der Lauffläche und Fahrbahnoberfläche untersucht wird, kann eine Aquaplaninggefahr frühzeitig erkannt werden. Dies ermöglicht es, rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Bevorzugt wird der Zustand der Fahrbahn mittels der Steuereinrichtung anhand von zumindest einer Amplitude des Echosignals erkannt. Dabei kann mittels des Ultraschallsensors als das Echosignal insbesondere ein zeitabhängiges Echosignal bereitgestellt werden. Dieses Echosignal kann zu einem oder mehreren vorbestimmten Zeitbereichen bezüglich der Amplitude untersucht werden. Solange die Straße beziehungsweise die Fahrbahn trocken ist, weist die Amplitude des Ultraschallsignals im Wesentlichen einen konstanten Wert auf beziehungsweise einen Wert, der geringe Schwankungen aufweist. Sobald die Fahrbahn nass ist beziehungsweise sobald sich Wasser auf der Fahrbahnoberfläche befindet, wird das ausgesendete Ultraschallsignal an der Wasseroberfläche reflektiert. Damit kann sich im Vergleich zu einer trockenen Fahrbahn ein geringerer Abstand ergeben, der mit dem Ultraschallsensor gemessen wird. Dieser geringere Abstand kann anhand der zumindest einen Amplitude des Echosignals erkannt werden. Somit kann das Vorhandensein von Wasser zuverlässig mit Hilfe des Ultraschallsensors erkannt werden.
In einer Ausgestaltung befindet sich der Bereich, in Richtung dessen der zumindest eine erste Anteil des Ultraschallsignals ausgesendet wird, in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs vor dem Reifen. Wenn die Fahrbahn nass ist, kann sich vor jedem der Reifen des Kraftfahrzeugs ein Wasserkeil beziehungsweise eine Bugwelle ausbilden. Diese Bugwelle kann zum Ausschwimmen des jeweiligen Rades führen. Dadurch, dass mit Hilfe des Ultraschallsensors der Bereich zwischen der Lauffläche und der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Reifen überprüft wird, kann das Vorhandensein von Wasser in diesem Bereich frühzeitig erkannt werden. Ferner kann erkannt werden, ob das Wasser einen Wasserkeil beziehungsweise eine Bugwelle ausgebildet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zumindest eine erste Anteil des Ultraschallsignals, welcher in Richtung des Bereichs ausgesendet wird, sich ausgehend von einer Membran des Ultraschallsensors im Wesentlichen senkrecht ausbreitet. Mit anderen Worten kann der Ultraschallsensor derart positioniert beziehungsweise eingebaut sein, dass die Oberfläche der Membran im Wesentlichen senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem Ultraschallsensor und einem Auflagepunkt des Reifens auf der Fahrbahnoberfläche ausgerichtet ist. Der Ultraschallsensor kann auch derart angeordnet sein, dass sich der erste Anteil des Ultraschallsignals senkrecht von der Membran des Ultraschalls und tangential zu der Lauffläche des Reifens ausbreitet. Der Ultraschallsensor kann insbesondere derart angeordnet sein, dass der erste Anteil des Ultraschallsignals auf den Bereich zwischen der Lauffläche und der Fahrbahn trifft, in dem sich üblicherweise ein Wasserkeil beziehungsweise eine Bugwelle ausbildet. Da der Bereich in Abhängigkeit von dem Reifentyp oder Fahrzeugtyp variieren kann, kann der Bereich und/oder mögliche Abmessungen des Wasserkeils in entsprechenden Versuchen ermittelt werden. Hierzu kann der Bereich vor dem Reifen bei einer Wasserdurchfahrt mit Hilfe einer Kamera erfasst werden. Auf diese Weise kann garantiert werden, dass ein Wasserkeil mittels des Ultraschallsensors zuverlässig erkannt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung trifft ein zweiter Anteil des Ultraschallsignals, welches von dem Ultraschallsensor ausgesendet wird, im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche der Fahrbahn. Der zweite Anteil des Ultraschallsignals kann sich in einem vorbestimmten Winkel, beispielsweise in einem Winkel von 45°, aus gehend von der Oberfläche der Membran ausbreiten. Anhand des Echos des zweiten Anteils des Ultraschallsignals kann zudem der Zustand der Fahrbahn überprüft werden. Wenn sich Wasser auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, ändert sich das Reflexionsverhalten beziehungsweise die Reflektivität der Fahrbahnoberfläche. Wenn die Fahrbahn trocken ist, wird der zweite Anteil des Ultraschallsignals zum Großteil gestreut. Falls sich Wasser beziehungsweise ein Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, bildet sich eine verhältnismäßig glatte Oberfläche aus. Dies hat zur Folge, dass ein Großteil des ausgesendeten zweiten Anteils des Ultraschallsignals reflektiert wird. Somit ergibt sich eine höhere Amplitude des Ultraschallsignals im Bereich des Echos des zweiten Anteils.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Echosignal, welches mit dem Ultraschallsensor bereitgestellt wird, das reflektierte empfangene Ultraschallsignal in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt und mittels der Steuereinrichtung eine erste Amplitude des Echosignals in einem vorbestimmten, ersten Zeitbereich und eine zweite Amplitude des Echosignals in einem vorbestimmten, zweiten Zeitbereich bestimmt wird. Vorliegend wird also die Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit betrachtet. Durch die Auswertung der ersten und/oder der zweiten Amplitude kann das Echosignal in Abhängigkeit von der Zeit untersucht werden. Wenn die Fahrbahn nass ist, entsteht eine verhältnismäßig glatte Oberfläche. Somit ergeben sich insgesamt höhere Amplituden des Echosignals im Vergleich zu einer trockenen Fahrbahn.
In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Zeitbereich derart vorbestimmt, dass dieser ein Echo des ersten Anteils des Ultraschallsignals einschließt und der zweite Zeitbereich wird derart vorbestimmt, dass dieser ein Echo des zweiten Anteils des Ultraschallsignals einschließt. Der erste Zeitbereich kann so bestimmt werden, dass dieser einer Laufzeit des ersten Anteils des Echosignals entspricht. In gleicher Weise kann der zweite Zeitbereich derart bestimmt werden, dass dieser einer Laufzeit des zweiten Anteils des Ultraschallsignals entspricht. Der erste und/oder der zweite Zeitbereich können während einer entsprechenden Referenzmessung durchgeführt werden. Diese Referenzmessung kann insbesondere durchgeführt werden, wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Fahrbahn trocken ist. Hierzu können beispielsweise die Daten eines Regensensors des Kraftfahrzeugs herangezogen werden. Die erste und die zweite Laufzeit können auch anhand einer Einbauposition des Ultraschallsensors in oder am Kraftfahrzeug bestimmt werden. Die Einbauposition kann in der Steuereinrichtung hinterlegt sein. Anhand der Einbauposition des Ultraschallsensors können der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und der Fahrbahnoberfläche einerseits sowie der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Bereich zwischen Lauffläche und Fahrbahnoberfläche andererseits bestimmt werden. Bei dem Bestimmen der ersten und der zweiten Laufzeit können auch aktuelle Fahrwerkseinstellungen des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. So kann beispielsweise berücksichtigt werden, ob sich eine Fahrwerkseinstellung beziehungsweise Fahrwerksabstimmung und damit auch die relative Lage des Ultraschallsensors bezüglich der Fahrbahn verändert hat.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinrichtung anhand des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Amplitude eine Menge von Wasser bestimmt wird, welche sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Solange die Fahrbahn trocken ist, wird mit dem Ultraschallsensor ein gering schwankender Abstand gemessen. Die erste und die zweite Amplitude weisen einen verhältnismäßig geringen Wert auf. Sobald sich Wasser auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, führt dies dazu, dass das Ultraschallsignal beziehungsweise der erste und der zweite Anteil des Ultraschallsignals im Vergleich zu einer trockenen Fahrbahn besser reflektiert werden. Dies kann anhand der verhältnismäßig hohen Amplituden erkannt werden. Mit zunehmender Wassermenge auf der Fahrbahnoberfläche ändern sich also der erste und/oder der zweite Amplitudenwert. Insbesondere nehmen der erste und/oder der zweite Amplitudenwert zu. Aus der Differenz der ersten und der zweiten Amplitude kann der Nässegrad beziehungsweise die Menge von Wasser, die sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet, bestimmt werden.
Bevorzugt wird mittels der Steuereinrichtung anhand des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Amplitude das Vorhandensein eines durch das Wasser gebildeten Wasserkeils erkannt. Insbesondere kann der Wasserkeil beziehungsweise die Bugwelle erkannt werden, die sich in Fahrtrichtung vor dem Reifen ausbilden kann. Wenn ein derartiger Wasserkeil vorhanden ist, weist insbesondere die erste Amplitude im Vergleich zu einer trockenen Fahrbahn oder einer Fahrbahn, auf der sich eine verhältnismäßig geringe Menge Wasser befindet, einen erhöhten Wert auf. Somit kann auf einfache Weise durch Auswerten der ersten und der zweiten Amplitude beziehungsweise eine Differenz der Amplituden das Vorhandensein eines Wasserkeils und somit die Aquaplaninggefahr erkannt werden.
Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst zumindest einen Ultraschallsensor und eine Steuereinrichtung, wobei die Sensoranordnung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist. Die Sensoranordnung kann auch mehrere Ultraschallsensoren aufweisen. Dabei kann jedem Reifen des Kraftfahrzeugs ein Ultraschallsensor zugeordnet sein. Die Steuereinrichtung kann durch ein elektronisches Steuergerät (ECU – Electronic Control Unit) des Kraftfahrzeugs gebildet sein.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Sensoranordnung. Bevorzugt ist das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem mit der Sensoranordnung erfassten Zustand der Fahrbahn anzupassen. Wenn beispielsweise mittels der Sensoranordnung erkannt wird, dass die Wassermenge, die sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, kann die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mithilfe 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. Es kann auch vorgesehen sein, dass mithilfe des Fahrerassistenzsystems ein entsprechender Warnhinweis an den Fahrer ausgegeben wird, falls erkannt wird, dass die sich auf der Fahrbahn befindende Wassermenge einen kritischen Wert erreicht. Somit kann der Fahrer beispielsweise auf die Gefahr von Aquaplaning hingewiesen werden.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist der zumindest eine Ultraschallsensor in einem Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann beispielsweise in oder an einer Unterbodenverkleidung des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann in einem Bereich der Karosserie angeordnet sein, der der Fahrbahnoberfläche zugewandt ist. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor in einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Insbesondere kann der zumindest eine Ultraschallsensor derart ausgerichtet beziehungsweise eingebaut sein, dass die Membran des Ultraschallsensors im Wesentlichen parallel zu der Fahrbahnoberfläche angeordnet ist. Somit kann das Ultraschallsignal in Richtung der Fahrbahnoberfläche ausgesendet werden.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Sensoranordnung, das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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 Merkmalkombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einer Sensoranordnung aufweist:
2 die Sensoranordnung in einer ersten Ausführungsform, wobei ein Ultraschallsensor im Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und wobei sich das Kraftfahrzeug auf einer trockenen Fahrbahn befindet;
3 einen zeitlichen Verlauf eines Echosignals des von dem Ultraschallsensor gemäß 2 ausgesendeten Ultraschallsignals;
4 die Sensoranordnung gemäß 2, wobei sich das Kraftfahrzeug auf einer nassen Fahrbahn befindet; und
5 den zeitlichen Verlauf des Echosignals des von dem Ultraschallsensor gemäß 4 ausgesendeten Ultraschallsignals.
In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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 hier nicht näher dargestelltes Fahrerassistenzsystem 2. Das Fahrerassistenzsystem 2 dient zur Unterstützung des Fahrers beim Führen des Kraftfahrzeugs 1. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise einen Totwinkel-Assistent und/oder einen Abstandsregeltempomat umfassen.
Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst ferner eine Sensoranordnung 3. Die Sensoranordnung 3 umfasst wiederum zumindest einen Ultraschallsensor 4. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung 3 zwei Ultraschallsensoren 4. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung 3 eine Steuereinrichtung 5, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Die Ultraschallsensoren 4 sind zur Datenübertragung mit der Steuereinrichtung 5 verbunden. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegenden der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Ultraschallsensoren 4 sind in einem Bereich in Vorwärtsfahrtrichtung 18 vor den vorderen Rädern 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 4 können beispielsweise in einem Bereich eines Unterbodens 17 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein.
Die Ultraschallsensoren 4 umfassen jeweils eine Membran, die beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann. Die Membran der Ultraschallsensoren 4 kann beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein. Die Membran ist mit einem Wandlerelement, das beispielsweise eine piezoelektrische Keramik umfasst, mechanisch gekoppelt. Mithilfe des Wandlerelements kann die Membran in mechanische Schwingungen versetzt werden. Somit kann mit den Ultraschallsensoren 4 jeweils ein Ultraschallsignal ausgesendet werden. Das Ultraschallsignal, das auf ein Objekt trifft, wird von diesem reflektiert. Das reflektierte Ultraschallsignal trifft dann wieder auf den Ultraschallsensor 4. Das Ultraschallsignal, das auf die Membran auftrifft, bewirkt, dass die Membran in mechanische Schwingungen versetzt wird. Diese mechanischen Schwingungen der Membran können wiederum mithilfe des Wandlerelements erfasst werden. Mit den jeweiligen Ultraschallsensoren 4 kann ein Echosignal E bereitgestellt werden, welches die Schwingung der Membran in Abhängigkeit von der Zeit t beschreibt.
Das Echosignal E beschreibt also das von dem Objekt reflektierte und mit dem Ultraschallsensor 4 empfangene Ultraschallsignal.
2 zeigt den Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 gemäß 1 in einer Seitenansicht. Vorliegend ist zu erkennen, dass sich das Kraftfahrzeug 1 auf einer Oberfläche 7 einer Fahrbahn 8 befindet beziehungsweise auf dieser bewegt wird. Die Fahrbahn ist vorliegend trocken. Es befindet sich also kein Wasser 12 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8. Mit dem Ultraschallsensor 4, der vorliegend im Bereich des Unterbodens 17 beziehungsweise im Bereich eines Stoßfängers des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist, wird ein Ultraschallsignal ausgesendet. Dieses Ultraschallsignal breitet sich ausgehend von der Membran des Ultraschalls 4 im Wesentlichen gleichmäßig aus. Dies ist vorliegend durch die Linien 9 verdeutlicht. Dabei ist der Ultraschallsensor 4 derart angeordnet beziehungsweise eingebaut, dass sich ein erster Anteil 10 des Ultraschallsignals im Wesentlichen senkrecht ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors 4 ausbreitet. Dieser erste Anteil 10 des Ultraschallsignals trifft auf einen Bereich 16. Der Bereich 16 beschreibt den Zwischenraum zwischen einer Lauffläche 14 eines Reifens 15 und der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8. Der Bereich 16 befindet sich in Vorwärtsfahrtrichtung 18 vor dem Kraftfahrzeug 1. Der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals wird in dem Bereich 16 an der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 und/oder der Lauffläche 14 des Reifens 15 reflektiert und gelangt wieder zu dem Ultraschallsensor 4 zurück.
Ein zweiter Anteil 11 des Ultraschallsignals wird unter einem vorbestimmten Winkel ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors 4 ausgesendet. Vorliegend ist der Ultraschallsensor 4 derart angeordnet, dass der zweite Anteil 11 des Ultraschallsignals im Wesentlichen unter einem rechten Winkel auf die Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 auftrifft. Vorliegend weist die Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 eine Rauheit auf, wodurch mindestens ein Teil des zweiten Anteils 11 des Ultraschallsignals wieder zu dem Ultraschallsensor 4 zurückreflektiert wird. Der zweite Anteil 11 des Ultraschallsignals, der von der Oberfläche 7 reflektiert wird, wird von dem Ultraschallsensor 4 als erstes Echo empfangen. Der erste Anteil 10, der in den Bereich 16 reflektiert wird und der im Vergleich zu dem zweiten Anteil 11 einen weiteren Weg zurücklegt, wird von dem Ultraschallsensor 4 insbesondere als zweites Echo empfangen.
3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Echosignals E, das von dem Ultraschallsensor 4 gemäß 2 bereitgestellt wird. Vorliegend ist das Echosignal E in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Zudem ist eine Einhüllende H des Echosignals E dargestellt. Während eines Zeitbereichs ts wird das Ultraschallsignal ausgesendet. Hierbei wird die Membran mit dem Wandlerelement in mechanische Schwingungen versetzt. Während einer anschließenden Ausschwingzeit ta schwingt die Membran des Ultraschallsensors 4 nach dem Aussenden des Ultraschallsignals aus. Anschließend kann das reflektierte Ultraschallsignal empfangen werden. Vorliegend wird das Echosignal E während eines ersten Zeitbereichs t1 und während eines zweiten Zeitbereichs t2 untersucht. Dabei ist der erste Zeitbereich t1 derart gewählt, dass der Empfang des zweiten Echos beziehungsweise des reflektierten ersten Anteils 10 des Ultraschallsignals innerhalb des ersten Zeitbereichs t1 erfolgt. Der zweite Zeitbereich t2 ist derart gewählt, dass der Empfang des ersten Echos beziehungsweise des reflektierten zweiten Anteils 11 des Ultraschallsignals in dem zweiten Zeitbereich t2 erfolgt. Vorliegend wird eine erste Amplitude A1 des Echosignals E in dem ersten Zeitbereich t1 und eine zweite Amplitude A2 des Echosignals E in einem zweiten Zeitbereich t2 bestimmt. Die jeweilige Amplitude A1, A2 kann dem jeweiligen Maximum oder Minimum des Echosignals E in dem jeweiligen Zeitbereich t1, t2 entsprechen.
Mit Hilfe der Steuereinrichtung 5 werden die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 miteinander verglichen. Vorliegend ist zu erkennen, dass sowohl die erste Amplitude A1 als auch die zweite Amplitude A2 einen verhältnismäßig geringen Wert aufweisen. Zudem unterscheiden sich die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 nur geringfügig voneinander. Vorliegend ist die Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 trocken. Dies hat zur Folge, dass infolge der Rauheit der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 beziehungsweise der Lauffläche 14 nur ein Teil des ersten Anteils 10, der in dem Bereich 16 reflektiert wird, und des zweiten Anteils 11, der an der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 reflektiert wird, wieder zu dem Ultraschallsensor 4 zurückreflektiert wird.
4 zeigt das Kraftfahrzeug 1 gemäß 2, wobei sich das Kraftfahrzeug 1 auf einer nassen Fahrbahn 8 befindet beziehungsweise auf dieser bewegt wird. Mit anderen Worten befindet sich Wasser 12 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8. Vorliegend ist so viel Wasser 12 auf der Fahrbahn 8 vorhanden, dass das Wasser 12 eine glatte Oberfläche 13 ausbildet. In dem Bereich 16 zwischen der Lauffläche 14 und der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 bildet sich zudem ein Wasserkeil beziehungsweise eine Bugwelle aus. Der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals, der auf diesen Wasserkeil auftrifft, wird durch diesen beinahe vollständig reflektiert und gelangt wieder zu dem Ultraschallsensor 4 zurück. Der zweite Anteil 11 wird zudem von der Oberfläche 13 des Wassers 12 auf der Fahrbahn 8 reflektiert und gelangt fast vollständig zu dem Ultraschallsensor 4 zurück.
5 zeigt den zeitlichen Verlauf des Echosignals E, das mit dem Ultraschallsensor 4 bei einer nassen Fahrbahn 8 beziehungsweise der Anordnung gemäß 4 erfasst wird. Hierbei ist zu erkennen, dass sich im Vergleich zu 3 die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 deutlich erhöht haben beziehungsweise einen höheren Wert aufweisen. Mit zunehmender Wassermenge nehmen die Amplituden A1, A2 des Echosignals E zu. Dies lässt einen Rückschluss auf die Menge von Wasser 12, die sich auf der Fahrbahn 8 befindet, zu. Insbesondere kann aus der Differenz zwischen der ersten Amplitude A1 und der zweiten Amplitude A2 der Nässegrad bestimmt werden.
Falls die Menge an Wasser 12, die sich auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 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 werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3728708 A1 [0003]
DE 102010008258 A1 [0004]
DE 102012221518 A1 [0005]
DE 102006057495 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn (8), bei welchem mittels eines Ultraschallsensors (4) eines Kraftfahrzeugs (1) ein Ultraschallsignal ausgesendet wird, das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird und ein Echosignal (E) bereitgestellt wird, welches das reflektierte, empfangene Ultraschallsignal beschreibt, und bei welchem mittels einer Steuereinrichtung (5) der Zustand der Fahrbahn (8) anhand des Echosignals (E) erkannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Ultraschallsensors (4) zumindest ein erster Anteil (10) des Ultraschallsignals in Richtung eines Bereichs (16) ausgesendet wird, welcher sich zwischen einer Lauffläche (14) eines Reifens (15) des Kraftfahrzeugs (1) und einer Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Fahrbahn (8) mittels der Steuereinrichtung (5) anhand von zumindest einer Amplitude (A1, A2) des Echosignals (E) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich (16), in Richtung dessen der zumindest eine erste Anteil (10) des Ultraschallsignals ausgesendet wird, in Vorwärtsfahrtrichtung (18) des Kraftfahrzeugs (1) vor dem Reifen (15) befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Anteil (10) des Ultraschallsignals, welcher in Richtung des Bereichs (10) ausgesendet wird, sich ausgehend von einer Membran des Ultraschallsensors (4) im Wesentlichen senkrecht ausbreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Anteil (11) des Ultraschallsignals, welches von dem Ultraschallsensor (4) ausgesendet wird, im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) trifft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Echosignal (E), welches mit dem Ultraschallsensor (4) bereitgestellt wird, das reflektierte, empfangene Ultraschallsignal in Abhängigkeit von der Zeit (t) beschreibt und mittels der Steuereinrichtung (5) eine erste Amplitude (A1) des Echosignals (E) in einem vorbestimmten, ersten Zeitbereich (t1) und eine zweite Amplitude (A2) des Echosignals (E) in einem vorbestimmten, zweiten Zeitbereich (t2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitbereich (t1) derart vorbestimmt wird, dass dieser ein Echo des ersten Anteils (10) des Ultraschallsignals einschließt und der zweite Zeitbereich (t2) derart vorbestimmt wird, das dieser ein Echo des zweiten Anteils (11) des Ultraschallsignals einschließt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (5) anhand des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Amplitude (A1, A2) eine Menge von Wasser (12) bestimmt wird, welches sich auf der Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (5) anhand des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Amplitude (A1, A2) das Vorhandensein eines durch das Wasser (12) gebildeten Wasserkeils erkannt wird.
Sensoranordnung (3) mit zumindest einem Ultraschallsensor (4) und einer Steuereinrichtung (5), wobei die Sensoranordnung (3) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Sensoranordnung (3) nach Anspruch 10.
Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem (2) dazu ausgelegt ist, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) in Abhängigkeit von dem mit der Sensoranordnung (3) erfassten Zustand der Fahrbahn (8) anzupassen.
Kraftfahrzeug (1) mit einem Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 11 oder 12.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Ultraschallsensor (4) in einem Bereich eines Unterbodens (17) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.