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Die Erfindung betrifft einen Nebelsensor für ein sich auf einer Fahrbahnoberfläche bewegendes Kraftfahrzeug. Der gattungsgemäße Nebelsensor ist als sogenannte offene Lichtschranke ausgebildet und weist eine Sendeeinheit zum Aussenden eines optischen Signals in einen das Kraftfahrzeug umgebenden Raumbereich und eine Empfangseinheit zum Empfang eines aus dem Raumbereich diffus reflektierten Reflexionssignals des optischen Signals und eine Auswerteinheit, die ausgelegt ist, den Reflexionsgrad zu ermitteln, auf. Typischerweise werden hierzu Lichtquellen eingesetzt, deren Spektrum ein Maximum im mittleren Infrarotbereich aufweist. Es hat sich gezeigt, dass das Ermitteln eines Reflexionsergebnisses basierend auf einem Signal mit einem Intensitätsmaximum im mittleren Infrarotbereich des Spektrums nicht ausreicht, zuverlässige Aussagen betreffend das Vorhandensein bzw. Nicht-Vorhandensein von Nebel zu treffen. Zur Steigerung der Zuverlässigkeit der Nebeldetektion ist es vorgesehen, beispielsweise andere Sensoren, wie Temperatursensoren vorzusehen, um die Aussagegenauigkeit der Nebeldetektion zu erhöhen. Beispielsweise wird die Zuverlässigkeit der Nebeldetektion durch die Reflexion an in der Kraftfahrzeugumgebung typischerweise befindlichen Oberflächen gestört, was zu Fehldetektion bei vermeintlichem Nebel führt.
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Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für eine zuverlässigere Nebeldetektion. Diese Aufgabe wird durch ein Nebelsensor gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein gleichermaßen vorteilhaftes Kraftfahrzeug ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft einen Nebelsensor für ein sich auf einer Fahrbahnoberfläche bewegendes Kraftfahrzeug. Der erfindungsgemäße Nebelsensor weist eine Sendeeinheit zum Aussenden eines optischen Signals aus. Das optische Signal weist in seinem Spektrum wenigstens zwei Wellenlängenbereiche aus einem ersten Wellenlängenbereich und einem zweiten Wellenlängenbereich auf, wobei diese Bereiche sich um wenigstens 50 nm unterscheiden. Der Begriff „Bereich“ ist weit auszulegen und meint eine monochromatische Abstrahlung der entsprechenden Wellenlänge, wie sie beispielsweise durch Halbleiterdioden realisierbar ist, aber auch eine Abstrahlung mit einer spektralen Breite von weniger als 200 nm bevorzugt von weniger als 50 nm. Erfindungsgemäß müssen diese im Spektrum des optischen Signals enthaltenen Wellenlängenbereiche nicht zwingend zeitgleich ausgestrahlt werden, sondern werden bevorzugt sequentiell oder in zeitlicher Abfolge durch die Sendeeinheit erzeugt und abgestrahlt. Anders ausgedrückt die Einzahl im Begriff „optisches Signal“ soll nicht einschränkend verstanden sein, sondern beinhaltet den Fall, dass das Signal sich aus mehreren zeitgleich oder zeitversetzt versandten Signalteilen zusammensetzt, die gegebenenfalls auch von unterschiedlichen Sendern der Sendeeinheit erzeugt werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene Sendeeinheit ist ausgelegt, das optische Signal in einen das Kraftfahrzeug umgebenden Raumbereich abzustrahlen. Der Raumbereich liegt bevorzugt bezogen auf das sich in bestimmungsgemäß vorgesehener Vorwärtsfahrt befindliche oder ausgerichtete Kraftfahrzeug vor der Front des Kraftfahrzeugs und erstreckt sich beispielsweise von der Front des Kraftfahrzeugs je nach Sendeleistung der Sendeeinheit bis in eine Entfernung von einigen Dekaden, wie maximal 100m von der Front des Kraftfahrzeugs. Bevorzugt weist die Sendeeinheit einen Abstrahlwinkel von mehr als 30°, bevorzugt mehr als 40°, auf. Erfindungsgemäß ist ferner eine Empfangseinheit zum Empfang eines aus dem Raumbereich diffus reflektierten Reflexionssignals des optischen Signals vorgesehen. Diese Empfangseinheit weist bevorzugt eine für die genannten Wellenlängenbereiche geeignete Empfindlichkeit auf. Beispielsweise sind mehrere Empfänger mit jeweiliger ausgeprägter spektraler Empfindlichkeit in den betreffenden Wellenlängenbereichen vorgesehen.
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In einer anderen Ausgestaltung weist die Empfangseinheit einen einzigen Empfänger mit entsprechender Empfindlichkeit in den wenigstens zwei Wellenlängenbereichen auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem einen oder den mehreren Empfänger jeweils um eine Fotozelle.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine Auswerteinheit vorgesehen, die ausgelegt ist, den Reflexionsgrad für die jeweiligen Wellenlängenbereiche zu ermitteln. Beispielsweise wird dies durch Vergleich der Intensität des ausgesandten optischen Signals mit der des empfangenen, reflektierten Signals bezogen auf den jeweiligen Wellenlängenbereich erreicht. Es hat sich gezeigt, dass durch die spektrale, d.h. auf die jeweiligen Wellenlängenbereiche bezogene Betrachtung und Analyse des Reflexionsgrades eine zuverlässigere Aussage darüber getroffen werden kann, ob Nebel vor dem Kraftfahrzeug vorhanden ist oder nicht. In mehreren Feldversuchen konnten die Erfinder feststellen, dass eine Reflexionsgradsteigerung, die bei den üblichen Vorrichtungen zu einer vermeintlichen Nebeldetektion geführt haben, durch die erfindungsgemäße Vorrichtung entkräftet werden konnte, da die Analyse von zusätzlichen Wellenlängenbereichen einen zusätzlichen Hinweis auf die die Reflexion verursachende Struktur ergibt, der ausreicht, Nebel von anderen typischen, im Straßenverkehr auftretenden Reflexionssituation zuverlässig zu unterscheiden. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass für eine zuverlässige Unterscheidung eine Analyse lediglich zweier Wellenlängenbereiche ausreichend ist, sofern deren Bereichsgrenzen, um mehr als 50nm beabstandet zueinander sind, wobei bei monochromatischer Abstrahlung die betreffenden Wellenlängen sich um als 50 nm unterscheiden. Die Erfinder haben ferner das Problem erkannt, dass bei herkömmlichen Nebelsensoren, ein sich im Vorfeld des Kraftfahrzeugs befindlicher LKW mit einer Kunststoffplane, in die Fahrbahn hineinreichende Vegetation sowie eine Oberfläche aus Beton oder betonähnlichem Material, wie eine Tunneldecke, zu Fehldetektionen von Nebel führen können und somit der Fahrer durch diese Fehlinformation verunsichert ist. Diese Problematik ist durch den erfindungsgemäßen Nebelsensor umgangen. Vielmehr besteht nunmehr aufgrund der hohen Zuverlässigkeit bei der Nebeldetektion die Möglichkeit, eine automatische Schaltung eines Nebelrücklichtes im Kraftfahrzeug zu realisieren, da es aufgrund der erfindungsgemäßen Verifizierung mittels mehrerer Wellenlängenbereiche nicht mehr zwingend einer visuellen Überprüfung des Fahrers bedarf.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nebelsensors ist wenigstens einer der Wellenlängenbereiche aus erstem Wellenlängenbereich und zweitem Wellenlängenbereich als Teilbereiche aus dem Infrarotbereich 780 nm bis 1 mm ausgewählt. Noch bevorzugter sind die Teilbereiche aus dem Nahinfrarotbereich, auch naher Infrarotbereich genannt, 780 nm bis 2500 nm ausgewählt. Beispielsweise ist ein Wellenlängenbereich durch einen Teilbereich des sichtbaren Spektrums definiert, während ein Wellenlängenbereich aus dem Nahinfrarotbereich ausgewählt ist. Es hat sich gezeigt, dass das Reflexionsverhalten in dem Wellenlängenbereich des Nahinfraroten besonders zuverlässig Nebel von den zuvor beschriebenen Reflexionssituationen unterscheiden lässt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nebelsensors ist vorgesehen, dass der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich im Nahinfrarotbereich liegen.
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Als besonders geeignet hat sich ein Wellenlängenbereich von 835 bis 845 nm, bevorzugt 839 bis 841 nm als erster Wellenlängenbereich und ein zweiter Wellenlängenbereich von 945 bis 955 nm, bevorzugt 949 bis 951 nm als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Bevorzugt ist die Auswerteinheit ausgelegt, das Differenzsignal aus der Intensität des zum ersten Wellenlängenbereich gehörenden Reflexionssignals und der Intensität des zum zweiten Wellenlängenbereich gehörenden Reflexionssignals zu bilden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nebelsensors ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit wenigstens mehrere selektiv ansteuerbare Lichtquellen aufweist, wobei je nach Ansteuerung ein Maximum eines zugehörigen Spektrums im ersten Wellenlängenbereich und ein Maximum eines zugehörigen Spektrums im zweiten Wellenlängenbereich liegt. Beispielsweise weist die Sendeeinheit wenigstens zwei Halbleiterdioden (LEDs) auf, mittels derer das optische Signal erzeugt wird, welches die erfindungsgemäßen Wellenlängenbereiche, bzw. Wellenlängen, im Spektrum aufweist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auswerteinheit ausgelegt ist, ein Vorhandensein von Nebel ausschließlich dann positiv zu bestätigen, wenn beim Vergleich der Reflexionsgrade diese nicht einen vorgegebenen Betrag überschreitend differieren. Anders ausgedrückt, wird eine über einen vorgegebenen Betrag hinausgehender Unterschied in den zu den erfindungsgemäß vorgesehenen Wellenlängenbereichen aus erstem und zweitem Wellenlängenbereich zugeordneten Reflexionsgraden festgestellt, so wird dies als ein Nicht-Nebelzustand durch die Auswerteinheit qualifiziert und beispielsweise keine Nebelwarnung ausgelöst oder eine Nebelaußenbeleuchtung des Kraftfahrzeugs deaktiviert oder die händische Auslösung blockiert.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, welches den erfindungsgemäßen Nebelsensor in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Beispielsweise ist der Nebelsensor in die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs integriert. Gemäß einer bevorzugten Variante des Kraftfahrzeugs ist der Nebelsensor so ausgerichtet, dass sich der Raumbereich oberhalb der Fahrbahnoberfläche befindet. Darunter wird eine Ausrichtung verstanden, bei der durch den Abstrahlwinkel beschriebene Lichtkegel so ausgerichtet ist, dass bei ebener Fahrbahn dieser Lichtkegel die Fahrbahnoberfläche nicht berührt. Beispielsweise ist die Hauptabstrahlrichtung der Sendeeinheit parallel zur Fahrbahnoberfläche oder in den Himmel, also in einem spitzen Winkel zur Fahrbahnoberfläche geneigt, ausgerichtet.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Nebelsensors in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß mit Nebelsensor 2 ausgestatteten Kraftfahrzeugs 2;
- 2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Nebelsensors 2;
- 3 eine schematische Darstellung zur Abhängigkeit des Reflexionsgrades von der Wellenlänge.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 welches mit dem erfindungsgemäßen Nebelsensor 2 ausgestattet ist. Dieser ist in die Windschutzscheibe auf Höhe der Rückspiegelbefestigung am Kraftfahrzeug 1 vorgesehen. Seine nicht näher in 1 dargestellte Sendeeinheit für ein optisches Signal ist so ausgerichtet, dass dessen durch den Abstrahlwinkel beschriebene Abstrahlkegel in einen vor dem Kraftfahrzeug 1 liegenden Raumbereich 3 gerichtet ist, der sich bei dieser Ausführungsform nur teilweise oberhalb der vom Kraftfahrzeug 1 befahrenen Fahrbahnoberfläche 6 befindet, weil der Kegel in einem Abstand von einigen Metern die ebene Fahrbahnoberfläche 6 schneidet. Die Hauptabstrahlrichtung 7 der Sendeeinheit ist in etwa parallel zur Fahrbahnoberfläche 6 ausgerichtet, während die in 1 nicht dargestellte Empfangseinheit mit ihrer Empfangscharakteristik entsprechend ausgerichtet ist, um das aus dem Raumbereich 3 diffus reflektierte optische Signal zu empfangen.
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Der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen Nebelsensors 2 wird anhand 2 erläutert. Der Nebelsensor 2 weist eine Sendeeinheit 4 mit zwei selektiv ansteuerbaren Lichtquellen 4a, 4b auf. Die Lichtquellen 4a und 4b weisen unterschiedliche aber nahezu monochromatische Spektren betreffend des von ihnen abgestrahlten optischen Signals auf. So weist die Lichtquelle 4a ein Intensitätsmaximum in spektraler Darstellung für die Wellenlänge λ1=840 nm auf, während die Lichtquelle 4b ein Intensitätsmaximum in spektraler Darstellung für die Wellenlänge λ1=950 nm aufweist. Jeder dieser Wellenlängen definiert einen nahezu monochromatischen Wellenlängenbereich im Sinne dieser Erfindung. Die Lichtquellen 4a, 4b werden in zeitlicher Abfolge aktiviert, so dass das von der Sendeeinheit 4 in den Raumbereich emittierte optische Signal, welches durch die Linien 8a, 8b angedeutet ist, in zeitlicher Abfolge die entsprechende spektrale und somit alternierende Zusammensetzung und damit die Wellenbereiche 8a und 8b aufweist. Die zum Empfang des jeweils diffus im Raumbereich 3 gestreuten Signals in den Raumbereich 3 gerichtete Empfangseinheit 5 weist einen einzigen Empfänger 5a aus, dessen spektrale Empfindlichkeit zum Empfang beider Wellenlängenbereiche 8a und 8b, nachfolgend auch einfach als Wellenlängen bezeichnet, des optischen Signals 8 geeignet ist. Die Sendeeinheit 4 und die Empfangseinheit 5 sind elektrisch leitend mit einer Auswerteinheit 9 verbunden. Diese Auswerteinheit 9 ist ausgelegt, jeweils ein Reflexionsgrad für die beiden zeitversetzt versandten Wellenlängenbereiche 8a bzw. 8b des optischen Signals 8 zu ermitteln. Wie aus 3 ersichtlich, unterscheiden sich diese Reflexionsgrade nicht nur vom Material, an welchem die diffuse Reflexion erfolgt, sondern der Reflexionsgrad dieses Materials weist in der Regel eine spezifische Wellenlängen-Abhängigkeit ab. Die Erfinder haben festgestellt, dass die im Straßenverkehr kritischen Oberflächen, wie Kunststoffplanen, Beton und Vegetation, besonders sicher vom Reflexionsverhalten von Nebel unterschieden werden können, wenn nicht das absolute Reflexionsverhalten für eine bestimmte Wellenlänge, zumindest nicht als alleinige Maßnahme, untersucht wird, sondern der relative Reflexionsgrad, also der Unterschied im Reflexionsgrad für die beiden Wellenlängenbereiche bestimmt wird. Es hat sich nämlich wie in 3 gezeigt, dass der Reflexionsgrad für die unterschiedlichen Wellenlängen für die Materialien Kunststoffplane, Beton und Vegetation für die gewählten Wellenlängen λ1=840 nm und λ2=950 nm eine im Betrag größere Differenz Δ', Δ", Δ''', siehe Punkte A', A", A''' bzw. Punkte B', B", B''' aufweisen, als die Differenz Δ der entsprechenden Reflexionsgrade von Nebel, siehe Punkte A und B. Aufgrund der höheren Varianz der Reflexionsgrade für die erfindungsgemäß ausgesuchten Wellenlängenbereiche bzw. die Wellenlängen λ1=840 nm und λ2=950 nm lässt sich Nebel als Umgebungssituation durch positiven Ausschluss dieser im Straßenverkehr ansonsten üblichen Reflexionsmaterialien zuverlässiger detektieren.
