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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 in Abhängigkeit von der Zeit 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.
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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 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.
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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.
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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. 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.
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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.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie der Zustand einer Fahrbahn auf eine kostengünstiger Weise und zugleich zuverlässig bestimmt werden kann.
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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.
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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 in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt. Darüber hinaus wird mittels einer Steuereinrichtung der Zustand der Fahrbahn anhand des Echosignals erkannt. Dabei wird 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 und der Zustand der Fahrbahn wird anhand eines Vergleichs der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude erkannt.
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Vorliegend wird mithilfe 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. Hierzu wird mit dem Wandlerelement die Schwingung der Membran, welche durch das auf die Membran treffende, 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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Mit dem Ultraschallsensor wird ein Echosignal bereitgestellt. Dieses Echosignal kann insbesondere die Schwingung der Membran des Ultraschallsensors in Abhängigkeit von der Zeit beschreiben. Somit beschreibt das Echosignal insbesondere das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal, welches auf die Membran auftrifft. Vorliegend wird mittels der Steuereinrichtung das Echosignal in zwei vorbestimmten, insbesondere in zwei voneinander verschiedenen, Zeitbereichen untersucht. In dem ersten Zeitbereich wird eine erste Amplitude des Echosignals und in dem zweiten Zeitbereich wird eine zweite Amplitude des Echosignals bestimmt. Die Amplituden können einem Maximum, einem Mittelwert oder einem quadratischen Mittelwert des Echosignals in dem jeweiligen Zeitbereich entsprechen. Somit kann das Echosignal in Abhängigkeit von der Zeit betrachtet werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Verhältnis der ersten Amplitude zu der zweiten Amplitude abhängig von einem Nässegrad der Fahrbahn ist. Bei einer trockenen Fahrbahn wird das Echosignal aufgrund der verhältnismäßig rauen Fahrbahnoberfläche vermehrt gestreut. Wenn sich Wasser beziehungsweise ein Flüssigkeitsfilm auf der Fahrbahn befindet, entsteht eine verhältnismäßig glatte Oberfläche. Hierbei wird ein Großteil des Ultraschallsignals an der Oberfläche der nassen Fahrbahn reflektiert. Anhand des Vergleichs der beiden Amplituden kann einfach und schnell ermittelt werden, ob die Straße nass oder trocken ist. Damit kann erkannt werden, ob die Gefahr von Aquaplaning vorliegt.
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Bevorzugt wird der Zustand der Fahrbahn mittels der Steuereinrichtung als trocken erkannt, falls ein Unterschied zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Das Objekt kann die Oberfläche der Fahrbahn selbst sein. Das Objekt kann auch zumindest zeitweise mit der Fahrbahnoberfläche in Kontakt stehen. Das Objekt kann auch Wasser sein, das sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Wenn das Objekt – beispielsweise die Oberfläche der Fahrbahn – trocken ist, strahlt das Objekt das ausgesendete Ultraschallsignal diffus zurück. Das unter einem bestimmten Winkel auf die Fahrbahn auftreffende Ultraschallsignal wird zumindest zu einem Teil zurück zum Sensor reflektiert. Der Anteil des Ultraschallsignals, der direkt, insbesondere unter einem rechten Winkel, auf das Objekt auftrifft, wird etwas abgeschwächt. Somit ergibt sich insgesamt eine relativ geringe Abnahme der Echoamplitude in Abhängigkeit von der Zeit. Dies kann durch den Vergleich der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude des Echosignals innerhalb kurzer Zeit und auf einfache Weise ermittelt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird der Zustand der Fahrbahn mittels der Steuereinrichtung als nass erkannt, falls der Unterschied zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Wenn das Objekt nass ist beziehungsweise wenn sich Wasser auf der Fahrbahnoberfläche befindet, entsteht eine verhältnismäßig glatte Oberfläche. Das schräg auf die Oberfläche des Wassers auftreffende Ultraschallsignal wird fast vollständig zur Seite reflektiert und das zum Ultraschallsensor zurück reflektierte Echo ist relativ gering. Das Ultraschallsignal, das im Wesentlichen unter einem rechten Winkel auf die Oberfläche des Wassers auftrifft, wird fast vollständig zu dem Ultraschallsensor zurück reflektiert. Somit ergibt sich insgesamt eine relativ große Abnahme der Amplitude des Echosignals in Abhängigkeit von der Zeit. Dies kann wiederum anhand des Vergleichs der ersten Amplitude mit der zweiten Amplitude festgestellt werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinrichtung anhand des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Amplitude eine Menge von Wasser bestimmt wird, welches sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Dabei können in dem Wasser auch Partikel, beispielsweise Schmutzpartikel gelöst sein. Das Wasser kann auch zum Teil gefroren sein. In Abhängigkeit von der Menge von Wasser, das sich auf dem Objekt – beispielsweise der Fahrbahnoberfläche – befindet, ändert sich ein Reflexionsverhalten beziehungsweise eine Reflektivität des Objekts. Wenn sich nur eine sehr geringe Menge von Wasser auf der Fahrbahnoberfläche befindet, kann die Reflektivität des Objekts ähnlich dem eines trockenen Objekts sein. Wenn sich eine verhältnismäßig große Menge von Wasser auf der Fahrbahn befindet, kann diese eine geschlossene Fläche auf dem Objekt bilden und somit die Oberfläche des Objekts vollständig bedecken. Hier kann beispielsweise ein Großteil des ausgesendeten Ultraschallsignals an der Oberfläche des Wasserfilms reflektiert werden. Hierbei kann man davon ausgehen, dass der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Amplitude umso größer ist, je mehr Wasser sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Somit kann anhand des Vergleichs der ersten und der zweiten Amplitude auf die Wassermenge rückgeschlossen werden.
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Bevorzugt wird eine erste Laufzeit bestimmt, welche eine zeitliche Dauer zwischen dem Aussenden und dem Empfangen eines ersten Anteils des Ultraschallsignals beschreibt, welcher sich ausgehend von einer Membran des Ultraschallsensors im Wesentlichen senkrecht ausbreitet, und der erste Zeitbereich wird derart vorbestimmt, dass dieser die erste Laufzeit einschließt. Mit anderen Worten kann mithilfe des Ultraschallsensors der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt bestimmt werden. Dazu kann quasi eine Referenzmessung bei stehendem Kraftfahrzeug oder bei dem sich bewegenden Kraftfahrzeug durchgeführt werden. Diese Referenzmessung kann insbesondere dann durchgeführt werden, wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Fahrbahn trocken ist. Hierzu können beispielsweise die Daten eines Regensensors des Kraftfahrzeugs herangezogen werden. Mit dieser Referenzmessung wird die erste Laufzeit bestimmt, welche zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des Ultraschallsignals verstreicht. Die erste Laufzeit entspricht insbesondere der zeitlichen Dauer, nach welcher das erste Echo des Ultraschallsignals empfangen wird. Der erste Zeitbereich wird dabei derart bestimmt, dass dieser die erste Laufzeit einschließt. Dabei kann der erste Zeitbereich derart gewählt werden, dass er eine zusätzliche zeitliche Toleranz umfasst. Durch die Auswertung des Echosignals kann somit die Amplitude des ersten Echos des Ultraschallsignals bestimmt werden. Das erste Echo stammt insbesondere von dem Anteil des Ultraschallsignals, welcher senkrecht zu einer Sensoroberfläche ausgesendet wird und/oder welcher senkrecht auf eine Oberfläche des Objekts trifft und von dieser reflektiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine zweite Laufzeit bestimmt, welche eine zeitliche Dauer zwischen dem Aussenden und Empfangen eines zweiten Anteils des Ultraschallsignals beschreibt, welcher sich ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors unter einem vorbestimmten Winkel ausbreitet, und der zweite Zeitbereich wird derart vorbestimmt, dass dieser die zweite Laufzeit einschließt. Die zweite Laufzeit kann insbesondere das zweite Echo des ausgesendeten Ultraschallsignals beschreiben. Dies kann beispielsweise einem Signalanteil des Ultraschallsignals zugeordnet sein, der unter einem vorbestimmten Winkel, beispielsweise unter einem Winkel von 45°, ausgesen det wird. Der zweite Zeitbereich kann dann derart bestimmt werden, dass dieser das zweite Echo des Ultraschallsignals umfasst. Somit kann der Anteil des Ultraschallsignals untersucht werden, der schräg auf die Oberfläche des Objekts auftrifft.
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Die erste und die zweite Laufzeit kann 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 kann der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt, insbesondere der Fahrbahnoberfläche, 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 der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt verändert hat.
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In einer Ausführungsform wird das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors in Richtung einer Oberfläche einer Fahrbahn ausgesendet. Insbesondere wird das Ultraschallsignal mithilfe des Ultraschallsensors in Richtung der Oberfläche der Fahrbahn ausgesendet, auf dem sich das Kraftfahrzeug momentan befindet beziehungsweise bewegt wird. Dabei kann der Ultraschallsensor derart ausgerichtet sein, dass eine Aussendefläche beziehungsweise die Membran des Ultraschallsensors im Wesentlichen parallel zu der Fahrbahnoberfläche angeordnet ist. Somit kann durch die Auswertung der beiden Amplituden des Echosignals überprüft werden, ob sich auf der Fahrbahn Wasser befindet und welche Menge von Wasser sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors in Richtung einer Lauffläche eines Reifens des Kraftfahrzeugs ausgesendet. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor innerhalb eines Radkastens des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Der Ultraschallsensor kann beispielsweise an oder in einer Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Wenn die Fahrbahn trocken ist, ist ebenso der Reifen, der auf der Fahrbahn abgerollt wird, trocken. Der Reifen, der auf seiner Lauffläche ein entsprechendes Profil aufweist, kann das ausgesendete Ultraschallsignal diffus streuen. Dabei kann das Ultraschallsignal, das direkt, insbesondere unter einem rechten Winkel, auf die Lauffläche auftrifft, beim Reflektieren bezüglich seiner Amplitude geschwächt werden. Das unter einem bestimmten Winkel auf die Lauffläche auftreffende Ultraschallsignal wird üblicherweise zu einem Teil zurück zum Ultraschallsensor reflektiert. Wenn die Fahrbahn nass ist beziehungsweise wenn sich Wasser auf der Fahrbahnoberfläche befindet, ist auch der Reifen die Lauffläche des Reifens nass. Das sich auf der Lauffläche befindende Wasser kann einen Flüssigkeitsfilm ausbilden, der im Wesentlichen eine glatte Oberfläche aufweist. Das Ultraschallsignal, das direkt auf diesen Wasserfilm auf der Lauffläche auftrifft, wird üblicherweise fast vollständig zum Ultraschallsensor zurück reflektiert. Das Ultraschallsignal, das schräg auf die Oberfläche des Flüssigkeitsfilms auf der Lauffläche auftrifft, wird fast vollständig reflektiert. Somit ergibt sich bei einem nassen Reifen ein deutlicher Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Echo. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei einem trockenen Reifen ein relativ geringer Unterschied zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude des Echosignals.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird mittels der Steuereinrichtung anhand des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Amplitude eine Abmessung eines Profils der Lauffläche des Reifens bestimmt. Wenn der Ultraschallsensor derart angeordnet ist, dass dies das Ultraschallsignal in Richtung der Lauffläche des Reifens aussendet, kann das empfangene Echosignal zudem dazu genutzt werden, eine Reifenprofiltiefe des Reifens zu bestimmen. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass für den Fall, dass die erste Amplitude und die zweite Amplitude einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, die Profiltiefe den gesetzlichen Vorgaben entsprechen. Dabei kann der Schwellenwert derart bestimmt werden, dass bei einem Überschreiten des Schwellenwerts eine Profiltiefe von mindestens 1,6 mm aufweisen. Der erste und/oder der zweite Zeitbereich können zum Bestimmen der Profiltiefe entsprechend angepasst werden. Wenn der Unterschied zwischen der ersten Amplitude und der zweiten Amplitude den Schwellenwert unterschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass der Reifen abgenutzt ist. Somit kann der Ultraschallsensor einerseits zum Bestimmen des Zustands der Fahrbahn und zusätzlich zum Bestimmen der Profiltiefe verwendet werden.
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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. Die Steuereinrichtung kann durch ein elektronisches Steuergerät (ECU – Electronic Control Unit) des Kraftfahrzeugs gebildet sein.
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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.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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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. 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.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der zumindest eine Ultraschallsensor in und/oder an einer Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann in einer entsprechenden Aussparung beziehungsweise Bohrung der Radlaufverkleidung angeordnet sein. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann auch verdeckt unter der Radlaufverkleidung angeordnet sein. In diesem Fall befindet sich der zumindest eine Ultraschallsensor auf einer dem Rad abgewandten Seite der Radlaufverkleidung. Die Radlaufverkleidung befindet sich insbesondere innerhalb des Radkastens beziehungsweise des Radhauses des Kraftfahrzeugs. Die Radlaufverkleidung kann auch als Radlaufschale bezeichnet werden. Insbesondere ist der zumindest eine Ultraschallsensor derart angeordnet, dass die Membran des Ultraschallsensors im Wesentlichen parallel zu einer Lauffläche des Reifens des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Damit kann erreicht werden, dass das Ultraschallsignal in Richtung der Lauffläche des Reifens ausgesendet werden kann.
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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.
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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 Merkmalkombinationen 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 ein Fahrerassistenzsystem mit einer Sensoranordnung aufweist;
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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;
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3 einen seitlichen Verlauf eines Echosignals des von dem Ultraschallsensor gemäß 2 ausgesendeten Ultraschallsignals;
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4 die Sensoranordnung gemäß 2, wobei sich das Kraftfahrzeug auf einer nassen Fahrbahn befindet;
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5 den zeitlichen Verlauf des Echosignals des Ultraschallsignals gemäß 4;
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6 die Sensoranordnung in einer weiteren Ausführungsform, wobei der Ultraschallsensor verdeckt hinter einer Radlaufverkleidung angeordnet ist; und
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7 die Sensoranordnung gemäß 6 in einer weiteren Ausführungsform.
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In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit dem 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 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.
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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 Fahrtrichtung 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.
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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.
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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 7 einer Fahrbahn 8 befindet beziehungsweise auf dieser bewegt wird. Die Fahrbahn 8 ist vorliegend trocken. Es befindet sich also kein Wasser auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8. Mit dem Ultraschallsensor 4, der vorliegend im Bereich des Unterbodens 17 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist, wird ein Ultraschallsignal ausgesendet. Dieses Ultraschallsignal breitet sich ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors 4 im Wesentlichen gleichmäßig aus. Dies ist vorliegend durch die Linien 9 verdeutlicht. Dabei breitet sich ein erster Anteil 10 des Ultrasignals im Wesentlichen senkrecht ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors 4 aus. Dieser erste Anteil 10 trifft wiederum im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche 7 der Fahrbahn 8. Der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals wird an der Oberfläche 7 der Fahrbahn reflektiert und trifft wiederum auf den Ultraschallsensor 4. Dieser erste Anteil 10 des Ultraschallsignals bildet das erste Echo des Ultraschallsignals, das von dem Ultraschallsensor 4 empfangen wird. Ein zweiter Anteil 11 des Ultraschallsignals wird unter einem vorbestimmten Winkel ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors 4 ausgesendet. 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 zurück reflektiert wird. Der reflektierte, zweite Anteil 11 des Ultraschallsignals kann beispielsweise das zweite Echo bilden, das von dem Ultraschallsensor 4 empfangen wird.
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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 von dem Objekt 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 ersten Echos beziehungsweise des reflektierten ersten Anteils 10 des Ultraschallsignals innerhalb des ersten Zeitbereichs t1 erfolgt. Der zweite Zeitbereich t2 ist derart gewählt, dass das Empfangen des zweiten Echos beziehungsweise des reflektierten zweiten Anteils 11 des Ultraschallsignals in den zweiten Zeitbereich t2 fällt. Vorliegend wird eine erste Amplitude A1 des Echosignals E in dem ersten Zeitbereich t1 und eine zweite Amplitude A2 des Echosignals E in dem 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.
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Mithilfe der Steuereinrichtung 5 werden die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 miteinander verglichen. Vorliegend ist zu erkennen, dass sich die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 nur geringfügig voneinander unterscheiden. Vorliegend ist die Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 trocken. Dies hat zur Folge, dass infolge der Rauheit der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 nur ein Teil des ersten Anteils 10, der direkt beziehungsweise unter einem rechten Winkel auf die Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 auftrifft, nur zum Teil reflektiert wird. Zudem wird der zweite Anteil 11 des Ultraschallsignals, welcher schräg auf die Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 auftrifft, wieder zu dem Ultraschallsensor 4 zurückreflektiert.
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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 bildet das Wasser 12 eine glatte Oberfläche 13 auf der Fahrbahn 8. Der Anteil 10 des Ultraschallsignals, der unter einem rechten Winkel auf das Wasser 12 auftrifft, wird aufgrund der glatten Oberfläche 13 beinahe vollständig reflektiert und gelangt wieder zu dem Ultraschallsensor 4. Der Anteil 11 des Ultraschallsignals, der schräg auf die Oberfläche 13 des Wassers 12 auftrifft, wird fast vollständig zur Seite hin reflektiert. Dies ist vorliegend durch den Pfeil 18 verdeutlicht.
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5 zeigt den zeitlichen Verlauf des Echosignals E, das mit dem Ultraschallsensor 4 bei einer nassen Fahrbahn beziehungsweise der Anordnung gemäß 4 erfasst wird. Hierbei ist zu erkennen, dass sich die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 des Echosignals E deutlich unterscheiden. Mit der Steuereinrichtung 5 kann nun überprüft werden, ob ein Unterschied zwischen der ersten Amplitude A1 und der zweiten Amplitude A2 einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Wenn der Unterschied den Grenzwert überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass die Fahrbahn 8 nass ist beziehungsweise dass sich Wasser 12 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 befindet. Falls der Unterschied zwischen der ersten Amplitude A1 und der zweiten Amplitude A2 den Grenzwert unterschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass die Fahrbahn 8 trocken ist.
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6 zeigt das Kraftfahrzeug 1 beziehungsweise die Sensoranordnung 3 in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist der Ultraschallsensor 4 verdeckt in einer Radlaufverkleidung 13 angeordnet. Hierbei sendet der Ultraschallsensor 4 das Ultraschallsignal durch die Radlaufverkleidung 13 hindurch aus und empfängt das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal durch die Radlaufverkleidung 13 hindurch. Vorliegend ist der Ultraschallsensor 4 derart angeordnet, dass dieser das Ultraschallsignal in Richtung einer Lauffläche 14 eines Reifens 15, der auf dem Rad 6 montiert ist, aussendet. Dabei trifft der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals im Wesentlichen senkrecht auf die Lauffläche 14. Der zweite Anteil 11 trifft unter einem vorbestimmten Winkel auf die Lauffläche 14.
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Wenn die Fahrbahn 8 trocken ist, ist ebenso die Lauffläche 14 des Reifens 15, der auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 abgerollt wird, trocken. Da die Lauffläche 14 ein entsprechendes Profil aufweist, wird der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals zum Teil diffus gestreut. Der zweite Anteil 11 des Ultraschallsignals wird zum Teil zu dem Ultraschallsensor 4 zurückreflektiert. Somit ergibt sich ein Signalverlauf des Echosignals E, der dem gemäß 3 ähnelt. Wenn sich Wasser 12 auf der Fahrbahn 8 befindet, hat dies zur Folge, dass sich ebenfalls Wasser 12 auf der Lauffläche 14 des Reifens 15 befindet. Dabei kann das Wasser 12 einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm ausbilden. In diesem Fall wird der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals fast vollständig zurück zu dem Ultraschallsensor 4 reflektiert. Der zweite Anteil 11 des Ultraschallsignals wird fast vollständig zur Seite hin reflektiert. Somit weist das Echosignal E einen ähnlichen Signalverlauf auf, der dem gemäß 5 ähnelt. Auch bei einer Anordnung des Ultraschallsensors 4 innerhalb des Radkastens kann somit anhand des Vergleichs der ersten Amplitude A1 und der zweiten Amplitude A2 ermittelt werden, ob die Fahrbahn 8 nass oder trocken ist. Ebenso kann anhand des Vergleichs der Amplituden A1 und A2 die Menge von Wasser 12 abgeschätzt werden, die sich auf der Fahrbahn 8 befindet.
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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.
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7 zeigt die Sensoranordnung 3 in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei wird der Ultraschallsensor 4 zudem genutzt, um die Abmessungen eines Profils der Lauffläche 14 des Reifens 15 zu bestimmen. Hierzu können ebenfalls die Amplituden A1 und A2 des Echosignals E untersucht werden. Wenn sich diese deutlich unterscheiden, kann davon ausgegangen werden, dass die Profiltiefe des Reifens 15 ausreichend ist. Wenn sich die erste Amplitude A1 und die zweite Amplitude A2 kaum unterscheiden, kann davon ausgegangen werden, dass der Reifen 15 abgenutzt ist. Dabei bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Bei der ersten Möglichkeit ist der Ultraschallsensor 4 immer aktiv und sendet ein Ultraschallsignal aus und empfängt das reflektierte Ultraschallsignal. Wenn anhand des Vergleichs der Amplituden A1, A2 ermittelt wird, dass der Reifen 15 abgenutzt ist, kann ein entsprechender Warnhinweis an den Fahrer ausgegeben werden. Dieser Warnhinweis kann akustisch oder optisch ausgegeben und er kann den Fahrer darauf hinweisen, dass er den Reifen 15 austauschen soll. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass der Fahrer, beispielsweise durch eine entsprechende Bedieneingabe, den Ultraschallsensor 4 zum Überprüfen der Abmessungen des Profils aktivieren kann. Hierbei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass jedem Rad 6 beziehungsweise Reifen 15 ein Ultraschallsensor 4 zugeordnet ist. Somit kann der Fahrer das Profil zu jeder beliebigen Zeit überprüfen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3728708 A1 [0003]
- DE 102010008258 A1 [0004]
- DE 102012221518 A1 [0005]
- DE 102006057495 A1 [0006]
