DE102015106404B4

DE102015106404B4 - Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn anhand eines mit einem Ultraschallsensor bestimmten Abstandswerts, Sensoranordnung, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015106404B4
Application number: DE102015106404.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Jung; Wolfgang Hamm; Thomas Schuler; Marian Röger; Natalie Weber; Felix Haering
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: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: DE102015106404A1

Abstract

Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn (8), bei welchem mittels eines Ultraschallsensors (4) eines Kraftfahrzeugs (1) ein Ultraschallsignal ausgesendet wird und das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird und bei welchem mittels einer Steuereinrichtung (5) anhand einer zeitlichen Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals zumindest ein Abstandswert (a) bestimmt wird und der Zustand der Fahrbahn (8) anhand des zumindest einen Abstandswerts (a) erkannt wird,wobei das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors (4) in eine Richtung eines Aufschleuderbereichs (13) ausgesendet wird, in welchem bei sich auf einer Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) befindendem Wasser (12) zumindest ein Teil des Wassers (12) beim Abrollen eines Rades (6) des Kraftfahrzeugs (1) aufgeschleudert wird,dadurch gekennzeichnet, dassmittels der Steuereinrichtung (5) anhand des zumindest einen Abstandswerts (a) eine Menge des Wassers (12) bestimmt wird, welches sich auf der 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 und das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird und bei welchem mittels einer Steuereinrichtung anhand einer zeitlichen Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschalsignals und dem Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals zumindest ein Abstandswert bestimmt wird und der Zustand der Fahrbahn anhand des zumindest einen Abstandswerts 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. Ferner kann es vorgesehen sein, dass auf das Vorhandensein eines Aerosols beziehungsweise Nebel oder Gischt in der Übertragungsstrecke geschlossen wird, weil die Wassertröpfchen des Nebels die Übertragungsfunktion der Übertragungsstrecke und damit auch einen hieraus ermittelten Abstand statisch beeinflussen. Als Übertragungsstrecke kann beispielsweise eine akustische Übertragungsstrecke, die beispielsweise entsprechende Ultraschallwandler aufweisen und die Übertragung von Ultraschallsignalen vorsieht, verwendet werden.
Aus der DE 198 43 563 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Nässe auf einem Untergrund bekannt, die ein Sensor zum Erfassen von Sprühnässe, die durch ein Rad eines Fahrzeugs aufgewirbelt wird, umfasst.
Aus der FR 2618543 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die es von einem bewegenden Objekt aus ermöglicht, Oberflächeneigenschaften des Bodens, auf dem sich das Objekt bewegt, zu analysieren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie der Zustand einer Fahrbahn auf eine kostengünstigere Weise und zugleich zuverlässig bestimmt 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 und das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal wird empfangen. Darüber hinaus wird mittels einer Steuereinrichtung anhand einer zeitlichen Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals zumindest ein Abstandswert bestimmt und der Zustand der Fahrbahn wird anhand des zumindest einen Abstandswerts erkannt. Des Weiteren wird das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors in eine Richtung eines Aufschleuderbereichs ausgesendet, in welchem bei sich auf einer Oberfläche der Fahrbahn befindendem Wasser das Wasser beim Abrollen eines Rades des Kraftfahrzeugs aufgeschleudert wird.
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 in einem 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.
Vorliegend wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung anhand der zeitlichen Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals zumindest ein Abstandswert bestimmt. Der Abstandswert wird also anhand der Laufzeit des Ultraschallsignals bestimmt. Der zumindest eine Abstandswert beschreibt insbesondere den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Objekt. Dabei ist der Ultraschallsensor derart an oder in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass das Ultraschallsignal in Richtung eines Aufschleuderbereichs ausgesendet wird. Insbesondere ist der Ultraschallsensor derart angeordnet beziehungsweise ausgelegt, dass ein Anteil des Ultraschallsignals, welcher sich im Wesentlichen senkrecht ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors ausbreitet, in Richtung des Aufschleuderbereichs ausgesendet wird. Der Aufschleuderbereich beschreibt den Bereich, in dem bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn, auf der sich Wasser befindet, das Wasser aufgeschleudert wird. Das Wasser wird durch das Abrollen eines Rades des Kraftfahrzeugs aufgeschleudert. Bei dem Abrollen des Rades wird das Wasser, das sich auf der Fahrbahn befindet, aufgewirbelt. Somit sind in dem Aufschleuderbereich Wassertropfen und/oder Spritzwasser vorhanden. Eine Lage des Aufschleuderbereichs kann beispielsweise in entsprechenden Versuchen ermittelt werden, in welchen das Kraftfahrzeug auf einer nassen Fahrbahn bewegt wird. Hierbei können Versuche mit unterschiedlichen Wassermengen auf der Fahrbahn und unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten durchgeführt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Wassertropfen beziehungsweise das Spritzwasser, falls dieses beziehungsweise diese in dem Aufschleuderbereich vorhanden sind, das ausgesendete Ultraschallsignal reflektieren. Der Ultraschallsensor erkenn das Spritzwasser also als das Objekt. Dies hat zur Folge, dass sich die zeitliche Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals reduziert. Somit ergibt sich bei dem Vorhandensein von Wasser auf der Oberfläche der Fahrbahn ein veränderter Abstandswert. Anhand des Abstandswerts kann somit auf einfache Weise überprüft werden, ob sich Wasser auf der Fahrbahn befindet oder ob die Fahrbahn trocken ist. Damit kann insbesondere erkannt werden, ob die Gefahr von Aquaplaning vorliegt.
In einer Ausführungsform wird der Zustand der Fahrbahn mittels der Steuereinrichtung als trocken erkannt, falls der zumindest eine Abstandswert einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Das Objekt, zu welchem anhand des Abstandswerts der Abstand bestimmt wird, kann beispielsweise die Oberfläche der Fahrbahn selbst sein. Das Objekt kann auch zumindest zeitweise mit der Fahrbahnoberfläche in Kontakt stehen. Das Objekt kann auch zumindest ein Wassertropfen oder Spritzwasser sein, das durch das Rad des Kraftfahrzeugs aufgeschleudert wird. Wenn die Fahrbahn trocken ist, trifft das Ultraschallsignal beispielsweise auf die Oberfläche der Fahrbahn und wird von dieser zurückreflektiert. Somit ergibt sich ein Abstandswert, der dem Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und der Fahrbahnoberfläche entspricht. Dabei kann der Grenzwert so bestimmt werden, dass dieser kleiner als ein Abstandswert ist, der den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und der Fahrbahnoberfläche beschreibt. Somit kann auf einfache Weise anhand des Vergleichs des Abstandswerts mit dem Grenzwert überprüft werden, ob die Fahrbahn trocken ist.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Zustand der Fahrbahn mittels der Steuereinrichtung als nass erkannt, falls der zumindest eine Abstandswert den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Wenn die Fahrbahn feucht beziehungsweise nass ist, wird Spritzwasser von dem rotierenden Rad des Kraftfahrzeugs in dem Aufschleuderbereich aufgeschleudert. Dieses Spritzwasser beziehungsweise die Wassertropfen werden von dem Ultraschallsensor quasi als das Objekt erkannt. Mit anderen Worten beschreibt der zumindest eine Abstandswert dann den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Spritzwasser in dem Aufschleuderbereich. Dabei kann der Grenzwert insbesondere derart vorbestimmt werden, dass dieser größer ist als ein Abstandswert, der den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Aufschleuderbereich beziehungsweise einem vorbestimmten Punkt in dem Aufschleuderbereich beschreibt. Somit kann innerhalb einer kurzen Zeit anhand des Vergleichs des Abstandswerts mit dem vorbestimmten Grenzwert erkannt werden, ob die Fahrbahn nass ist.
Bevorzugt wird ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und einem Referenzobjekt bestimmt und der Grenzwert wird anhand des bestimmten Abstands vorbestimmt. Das Referenzobjekt kann beispielsweise die Oberfläche der Fahrbahn sein. Ferner kann das Referenzobjekt eine Lauffläche des Rades beziehungsweise des Reifens des Kraftfahrzeugs sein. Zum Bestimmen des Abstands zwischen dem Ultraschallsensor und dem Referenzobjekt kann 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. Der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Referenzobjekt kann beispielsweise durch Aussenden des Ultraschallsignals und Empfangen des von dem Referenzobjekt reflektierten Ultraschallsignals bestimmt werden. Der Abstand 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 Referenzobjekt, insbesondere der Fahrbahnoberfläche, bestimmt werden. Bei dem Bestimmen des Abstands kann auch eine aktuelle Fahrwerkseinstellung 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 Referenzobjekt verändert hat. Der Grenzwert kann nun so bestimmt werden, dass er kleiner als der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und dem Referenzobjekt ist. Wenn der mit dem Ultraschallsensor bestimmte Abstandswert größer als der Grenzwert ist, kann davon ausgegangen werden, dass das Ultraschallsignal von dem Referenzobjekt reflektiert wird. Wenn der mit dem Ultraschallsensor ermittelte Abstandswert geringer als der Grenzwert ist, kann davon ausgegangen werden, dass das Ultraschallsignal an dem von dem Rad aufgeschleuderten Wasser reflektiert wird.
Erfindungsgemäß wird mittels der Steuereinrichtung anhand des zumindest einen erkannten einen Abstandswerts eine Menge von Wasser bestimmt, welches sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Dabei kann berücksichtigt werden, dass das Wasser je nach Wassermenge auf der Fahrbahn unterschiedlich aufgeschleudert wird. Beispielsweise kann das Wasser je nach Wassermenge in unterschiedliche Bereiche des Aufschleuderbereichs aufgeschleudert werden. Beispielsweise wird das Wasser bei einer verhältnismäßig hohen Wassermenge in Bezug zur Fahrbahnoberfläche weiter aufgeschleudert. Wie weit das Wasser in Abhängigkeit von der Wassermenge aufgeschleudert wird, kann in entsprechenden Versuchen bestimmt werden. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass zusätzlich die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfasst wird und beim Bestimmen der Wassermenge berücksichtigt wird. Somit kann berücksichtigt werden, dass das Aufschleudern des Wassers in dem Aufschleuderbereich geschwindigkeitsabhängig beziehungsweise abhängig von einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades ist. Somit kann auf einfache Weise bestimmt werden, welche Menge von Wasser sich auf der Fahrbahn befindet. Damit kann beispielsweise bestimmt werden, ob momentan eine Aquaplaninggefahr besteht.
In einer weiteren Ausführungsform werden mittels der Steuereinrichtung fortlaufend Abstandswerte bestimmt und die Menge des Wassers wird anhand eines gleitenden Mittelwerts der fortlaufend bestimmten Abstandswerte bestimmt. Beispielsweise kann ein jeweiliger Abstandswert zu vorbestimmten Zeitpunkten bestimmt werden. Sobald das Kraftfahrzeug durch das sich auf der Fahrbahn befindende Wasser fährt, werden Wassertropfen aufgeschleudert, die dann in den Aufschleuderbereich zwischen dem Ultraschallsensor und der Fahrbahnoberfläche gespritzt werden. Diese Wassertropfen können mit Hilfe des Ultraschallsensors detektiert werden. Dabei ergibt sich ein Abstandswert, der insbesondere geringer als der vorbestimmte Grenzwert ist. Mit zunehmender Wassermenge ist die Häufigkeit größer, dass ein Abstandswert bestimmt wird, welcher den Grenzwert unterschreitet. Dies kann beispielsweise anhand eines gleitenden Mittelwerts der zu den vorbestimmten Zeitpunkten bestimmten Abstandswerte ermittelt werden. Somit kann anhand des gleitenden Mittelwerts die Wassermenge bestimmt werden, die sich auf der Fahrbahn befindet.
In einer Ausführungsform wird das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors in Richtung eines Bereichs der Oberfläche der Fahrbahn ausgesendet, welcher in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinter dem Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. In diesem Fall kann der Ultraschallsensor beispielsweise in einem Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Ultraschallsensor in einem Bereich eines Stoßfängers des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. In diesem Fall befindet sich der Aufschleuderbereich zwischen dem Ultraschallsensor und der Oberfläche der Fahrbahn. Somit kann mit dem Ultraschallsensor das aufgeschleuderte Wasser in Vorwärtsfahrtrichtung hinter dem Rad beziehungsweise Reifen erfasst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors in Richtung einer Lauffläche eines Reifens des Rades ausgesendet. In diesem Fall kann der Ultraschallsensor an oder in einer Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Beispielsweise kann der Ultraschallsensor verdeckt hinter der Radlaufverkleidung angeordnet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der Aufschleuderbereich zwischen der Lauffläche des Reifens und der Radlaufverkleidung. Der Aufschleuderbereich kann sich also innerhalb des Radkastens beziehungsweise innerhalb des Radhauses des Kraftfahrzeugs befinden. Somit kann das Spritzwasser beziehungsweise die Wassertropfen, die von dem Rad innerhalb des Radkastens aufgeschleudert werden, erfasst werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinrichtung anhand des zumindest einen Abstandswerts Abmessungen eines Profils der Lauffläche des Reifens bestimmt werden. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass Abstandswerte fortlaufend erfasst werden. Wenn der Ultraschallsensor derart angeordnet ist, dass dieser das Ultraschallsignal in Richtung der Lauffläche des Reifens aussendet, kann das von dem Ultraschallsensor empfangende Echosignal zudem dazu genutzt werden, eine Reifenprofiltiefe des Reifens zu bestimmen. Dabei kann der zumindest eine Abstandswert mit einem Schwellenwert verglichen werden. Dieser Schwellenwert kann so bestimmt werden, dass bei einem Unterschreiten des Schwellenwerts eine Profiltiefe von mindestens 1,6 mm vorliegt. Wenn der zumindest eine ermittelte Abstandswert den Schwellenwert überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass der Reifen abgenutzt ist und somit nicht die erforderliche Profiltiefe aufweist. Somit kann der Ultraschallsensor einerseits zum Bestimmen des Zustands der Fahrbahn und zusätzlich zum Bestimmen der Profiltiefe des Reifens verwendet 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. 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. Der zumindest eine Ultraschallsensor kann auch 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.
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.
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 in einem Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet ist;
3 die Sensoranordnung in einer weiteren Ausführungsform, wobei der Ultraschallsensor verdeckt hinter einer Radlaufverkleidung angeordnet ist;
4 einen zeitlichen Verlauf von Abstandswerten, die mit dem Ultraschallsensor erfasst werden, wenn sich eine verhältnismäßig geringe Menge von Wasser auf einer Fahrbahn befindet;
5 den zeitlichen Verlauf der Abstandswerte, wenn sich eine verhältnismäßig hohe Menge von Wasser auf der Fahrbahn befindet; und
6 die Sensoranordnung gemäß 3 in einer weiteren Ausführungsform.

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 11 hinter den hinteren 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 dann zumindest ein Abstandswert a bereitgestellt werden, der den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem Objekt beschreibt.
2 zeigt den Heckbereich 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. Vorliegend wird das Kraftfahrzeug 1 auf der Fahrbahn 8 entlang der Vorwärtsfahrtrichtung 11 des Kraftfahrzeugs 1 bewegt. Auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 befindet sich Wasser 12. Bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 auf der Fahrbahn 8 wird das Rad 6 beziehungsweise ein Reifen 15 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 abgerollt. Infolge der Rotation des Rades 6 wird das Wasser 12, dass sich auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 befindet, aufgeschleudert. Insbesondere wird das Wasser 12 durch eine Lauffläche 14 beziehungsweise ein Profil des Reifens 15 aufgeschleudert. Dies hat zur Folge, dass sich in einem Aufschleuderbereich 13 Wassertropfen oder Spritzwasser bildet.
Der Ultraschallsensor 4 ist vorliegend in einem Bereich des Unterbodens 17 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Mit dem Ultraschallsensor 4 wird das Ultraschallsignal in Richtung der Fahrbahn 8 ausgesendet. Das von dem Ultraschallsensor 4 ausgesendete Ultraschallsignal 3 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 Ultraschallsignals im Wesentlichen senkrecht ausgehend von der Membran des Ultraschallsensors 4 aus. Dabei ist der Ultraschallsensor 4 derart angeordnet beziehungsweise eingebaut, dass der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals im Wesentlichen senkrecht auf die Wassertropfen beziehungsweise das Spritzwasser in dem Aufschleuderbereich 13 trifft.
3 zeigt das Kraftfahrzeug 1 beziehungsweise die Sensoranordnung 3 in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist der Ultraschallsensor 4 verdeckt hinter einer Radlaufverkleidung 16 angeordnet. Hierbei sendet der Ultraschallsensor 4 das Ultraschallsignal durch die Radlaufverkleidung 16 hindurch aus und empfängt das von dem Objekt reflektierte Ultraschallsignal durch die Radlaufverkleidung 16 hindurch. Vorliegend ist der Ultraschallsensor 4 derart angeordnet, dass dieser das Ultraschallsignal beziehungsweise den ersten Anteil 10 des Ultraschallsignals in Richtung der Lauffläche 14 des Reifens 15, der auf dem Rad 6 montiert ist, aussendet. Hierbei ist der Aufschleuderbereich 13 in dem Zwischenraum zwischen der Lauffläche 14 und der Radlaufverkleidung 16 angeordnet.
4 zeigt die Abstandswerte a, die mit dem Ultraschallsensor 4 ermittelt werden, in Abhängigkeit von der Zeit t. Hierbei beschreibt die Kurve 18 den Verlauf des Abstandswerts a in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Kurve 19 beschreibt den gleitenden Mittelwert der Abstandswerte a, die in Abhängigkeit von der Zeit t ermittelt wurden. Dabei beschreibt ein Bereich 20 die Abstandswerte a, wenn das Kraftfahrzeug 1 auf einer trockenen Fahrbahn 8 bewegt wird. In dem Bereich 20 ist der Abstandswert a in Abhängigkeit von der Zeit t im Wesentlichen konstant. Ein Bereich 21 beschreibt einen Zustand, bei dem das Kraftfahrzeug 1 auf einer nassen Fahrbahn 8 bewegt wird, wobei sich eine verhältnismäßig geringe Menge Wasser 12 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 befindet. Vorliegend ist zu erkennen, dass der Abstandswert a deutliche Schwankungen aufweist. Diese sind dadurch begründet, dass infolge der verhältnismäßig geringen Menge Wasser auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 von dem rotierenden Rad 6 einzelne Wassertropfen in dem Aufschleuderbereich 13 aufgeschleudert werden. Von diesen einzelnen Wassertropfen wird das Ultraschallsignal reflektiert. Hierdurch ergeben sich vereinzelt geringere Abstandswerte a. Der Bereich 22 beschreibt wiederum eine Situation, bei welcher das Kraftfahrzeug 1 auf einer trockenen Fahrbahn 8 bewegt wird. Der gleitende Mittelwert beziehungsweise die Kurve 19 fällt in dem Bereich 21 etwas ab. Durch diesen geringen Abfall kann auf eine verhältnismäßig geringe Menge Wasser 12 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 rückgeschlossen werden.
Im Vergleich hierzu zeigt 5 die Abstandswerte a in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei die Bereiche 20 und 22 wiederum Situationen beschreiben, in denen das Kraftfahrzeug 1 auf einer trockenen Fahrbahn 8 bewegt wird. In dem Bereich 21 wird das Kraftfahrzeug 1 auf einer nassen Fahrbahn 8 bewegt, wobei sich im Vergleich zu dem Beispiel von 4 eine größere Menge von Wasser 12 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 befindet. In dem Bereich 21 weist der Abstandswert a deutlich geringere Werte auf. Dies ist dadurch begründet, dass in diesem Fall durch das rotierende Rad 6 infolge der verhältnismäßig hohen Menge Wasser 12 auf der Fahrbahn 8 Spritzwasser in dem Aufschleuderbereich 13 erzeugt wird. Vorliegend wird das Ultraschallsignal beinahe vollständig von dem Spritzwasser reflektiert. Der Abstandswert a beschreibt in dem Bereich 21 also den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 4 und dem aufgeschleuderten Wasser in dem Aufschleuderbereich 13. Anhand der Kurve 19 beziehungsweise des gleitenden Mittelwerts ist der deutliche Einbruch des Abstandswerts a in dem Bereich 21 zu erkennen. Somit kann auf eine verhältnismäßig hohe Menge Wasser 12 auf der Oberfläche 7 der Fahrbahn 8 rückgeschlossen 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.
6 zeigt die Sensoranordnung 3 gemäß 3 in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei wird der Ultraschallsensor 4 zudem dazu genutzt, um die Abmessungen eines Profils der Lauffläche 14 des Reifens 15 zu bestimmen. Hierzu kann ebenfalls der Abstandswert a in Abhängigkeit von der Zeit t bestimmt werden. Wenn die Profiltiefe des Reifens 15 ausreichend ist, wird der erste Anteil 10 des Ultraschallsignals von dem Reifen 15 reflektiert. Ein zweiter Anteil 23 des Ultraschallsignals wird ebenso empfangen, wenn die Profiltiefe ausreichend ist. Wenn sich der Abstandswert a in Abhängigkeit von der Zeit t deutlich ändert, kann davon ausgegangen werden, dass die Profiltiefe ausreichend ist. Ändert sich hingegen der Abstandswert a in Abhängigkeit von der Zeit nur geringfügig, kann davon ausgegangen werden, dass der Reifen 15 abgenutzt ist.
Dabei kann der Ultraschallsensor 4 zum Überprüfen der Profiltiefe immer aktiv sein und ein Ultraschallsignal aussenden und das reflektierte Ultraschallsignal empfangen. Wenn anhand der Auswertung des Abstandswerts a in Abhängigkeit von der Zeit t erkannt wird, dass der Reifen 15 abgenutzt ist, kann ein entsprechender Warnhinweis an den Fahrer ausgegeben werden. Dieser Warnhinweis kann akustisch oder optisch ausgegeben werden 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.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn (8), bei welchem mittels eines Ultraschallsensors (4) eines Kraftfahrzeugs (1) ein Ultraschallsignal ausgesendet wird und das von einem Objekt reflektierte Ultraschallsignal empfangen wird und bei welchem mittels einer Steuereinrichtung (5) anhand einer zeitlichen Dauer zwischen dem Aussenden des Ultraschallsignals und dem Empfangen des reflektierten Ultraschallsignals zumindest ein Abstandswert (a) bestimmt wird und der Zustand der Fahrbahn (8) anhand des zumindest einen Abstandswerts (a) erkannt wird, wobei das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors (4) in eine Richtung eines Aufschleuderbereichs (13) ausgesendet wird, in welchem bei sich auf einer Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) befindendem Wasser (12) zumindest ein Teil des Wassers (12) beim Abrollen eines Rades (6) des Kraftfahrzeugs (1) aufgeschleudert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (5) anhand des zumindest einen Abstandswerts (a) eine Menge des Wassers (12) bestimmt wird, welches sich auf der Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Fahrbahn (8) mittels der Steuereinrichtung (5) als trocken erkannt wird, falls der zumindest eine Abstandswert (a) einen vorbestimmten Grenzwert übersch reitet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Fahrbahn (8) mittels der Steuereinrichtung (5) als nass erkannt wird, falls der zumindest eine Abstandswert (4) den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor (4) und einem Referenzobjekt bestimmt wird und der Grenzwert anhand des bestimmten Abstands vorbestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (5) fortlaufend Abstandswerte (4) bestimmt werden und die Menge des Wassers (12) anhand eines gleitenden Mittelwerts (19) der fortlaufend bestimmten Abstandswerte (a) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors (4) in Richtung eines Bereichs der Oberfläche (7) der Fahrbahn (8) ausgesendet wird, welcher in Vorwärtsfahrtrichtung (11) des Kraftfahrzeugs (1) hinter dem Rad (6) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsignal mittels des Ultraschallsensors (4) in Richtung einer Lauffläche (14) eines Reifens (15) des Rades (6) ausgesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (5) anhand des zumindest einen Abstandswerts (a) Abmessung eines Profils der Lauffläche (14) des Reifens (15) bestimmt werden.
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 9.
Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 10, 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 10 oder 11.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Ultraschallsensor (4) in einem Bereich eines Unterbodens (17) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Ultraschallsensor (4) in und/oder an einer Radlaufverkleidung (16) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.