DE102016223556B4

DE102016223556B4 - Kraftfahrzeug mit Staubsensor und Verfahren zur Minderung von Staubaufwirbelung durch ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016223556B4
Application number: DE102016223556.7A
Authority: DE
Inventors: Marcel MATHISSEN; Volker Scheer; Rainer Vogt
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: DE102016223556A1; CN107031648A; US20170166209A1; US10293824B2; CN107031648B

Abstract

Kraftfahrzeug (1) mit einem Staubsensor, wobei der Staubsensor ein Sensor (2) zur Beobachtung eines in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Teils einer Fahrbahnoberfläche ist und dass das Kraftfahrzeug (1) eine Einrichtung zur Abschätzung der Straßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche (3) auf Basis der Beobachtungsdaten der Fahrbahnoberfläche (3) aufweist., dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Minderung von Staubaufwirbelung vorgesehen ist, welche Daten zu der geschätzten Staubbeladung zu dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche (3) empfängt und auf Basis dieser Messdaten entscheidet, ob Maßnahmen gegen Staubaufwirbelung zu treffen sind, wobei die Einrichtung im Fahrbetrieb bestimmt, ob ein Schätzwert für die Stra-ßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche einen Schwellenwert übersteigt, und wobei die Einrichtung bei Überschreitung des Schwellenwertes Maßnahmen zur Minderung von Staubaufwirbelung trifft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Staubsensor sowie ein Verfahren zur Minderung von Staubaufwirbelung durch ein Kraftfahrzeug, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Verkehrsbezogene Partikelemissionen, die nicht aus Abgasen, sondern aus Abrieb von Bremsen, Reifen, Kupplungen, Straßenbelag usw. sowie aus Wiederaufwirbelung von Straßenstaub resultieren, tragen erheblich zu Luftverschmutzungen bei. Erwartungsgemäß werden Abgas-Partikelemissionen aufgrund strenger Grenzwerte abnehmen, doch werden die anderen verkehrsbezogenen Partikelemissionen aufgrund größeren Verkehrsvolumens zunehmen und könnten in den Fokus künftiger Regulierungen kommen. Daten des Deutschen Bundesumweltamts lassen erwarten, dass Abgas-Partikelemissionen im Jahr 2020 noch etwa 18 % aller verkehrsbezogenen Feinstaubemissionen ausmachen werden, wobei der Begriff Feinstaub die als besonders gesundheitsschädlich geltenden Partikel mit aerodynamischen Durchmessern kleiner als 10 µm bezeichnet. Die übrigen 82 % sind nicht durch Abgas, sondern durch Verschleiß verursachte Emissionen. Dies zeigt die zunehmende Bedeutung der nicht durch Abgas verursachten Partikelemissionen.
Zur Verminderung speziell von Bremsstaubemissionen kennt man Techniken wie z. B. Abschirmungen, Gebläse und Staubsammler.
Die DE 103 29 961 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, nämlich eine integrierte Feinstaubabsaugvorrichtung für Fahrzeuge, mit der Feinstäube aus der Umgebungsluft ausgefiltert und für wissenschaftliche Untersuchungen gesammelt werden können und die auch während des Einsammelns mit einem Aerosolspektrometer als Staubmessgerät analysiert werden können, wobei die gemessenen Daten per Funk weitergeleitet werden können.
Es wurden auch schon Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, mit denen die Umgebungsluft während der Fahrt von Feinstäuben gereinigt werden soll.
So offenbart die DE 20 2006 019 335 U1 eine Feinstaubabsaugvorrichtung für Fahrzeuge, mit der die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Frischluft von Feinstäuben gereinigt werden kann, mit der aber auch der Feinstaubgehalt in der Umgebungsluft reduziert werden kann, um gesetzlich vorgeschriebene Feinstaub-Grenzwerte einzuhalten.
Die DE 20 2006 004 522 U1 offenbart einen mit elektrischer bzw. magnetischer Abscheidung arbeitenden Feinstaubfilter, der zwischen Lufteinlassgrill und Kühler eines Fahrzeugs angeordnet ist, um die dort hindurchströmende Umgebungsluft von Feinstäuben zu reinigen, auch von solchen, die von anderen Fahrzeugen emittiert oder aufgewirbelt worden sind.
Die DE 20 2005 005 673 U1 offenbart einen unter einem Stoßfänger montierten Außenluftfilter für Kraftfahrzeuge zur allgemeinen Reduktion von Luftverschmutzung.
Derartige Systeme könnten Feinstaub in der Umwelt nur dann wirksam reduzieren, wenn sie in einer sehr großen Zahl von Fahrzeugen eingebaut würden, und auch der Aufwand zur Reinigung der vielen Filter bzw. zur Entsorgung der eingesammelten Stäube wäre extrem, zumal auch vergleichsweise grobe, nicht wirklich schädliche Stäube eingesammelt würden und die Filter schnell voll würden.
Die DE 10 2009 054 194 A offenbart ein Fahrzeug mit einem Head-up-Display und einer in dessen Strahlengang eingeführten Kamera, aus deren Bilddaten auch Regen oder Schmutz auf der Windschutzscheibe erkannt werden kann, und offenbart somit ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1
Die JP H09 242 500 A offenbart ein Umweltmessfahrzeug mit einem auf dem Dach angeordneten Staubkonzentrationssensor und offenbart somit ebenfalls ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1
In der DE 101 49 768 A1 ist ein Laserscanner für die Anwendung in einem Fahrzeug beschrieben, bei dem u.a. eine Sichtweitenbestimmung unter Berücksichtigung von Staubaufwirbelungen vorgenommen wird.
Aus der CN 204 086 082 U ist ein Verfahren zur Messung der Straßenstaubbelastung bekannt, bei dem über eine Messeinrichtung Staubproben beim Überfahren eines Straßenabschnitts entnommen und untersucht werden.
Aus der DE 10 2013 223 367 A1 bzw. der EP 2 048 476 A1 ist jeweils eine Beobachtung einer vor einem Fahrzeug liegenden zu befahrenden Fahrbahnoberfläche bzw. -auflage mit Kamerasystemen und darauf basierend die Abschätzung der Oberflächenbeschaffenheit, u.a. auch bei ein Staub auf der Fahrbahn - bekannt, wobei die erkannte Beschaffenheit des Straßenbelags fahrdynamisch berücksichtigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Staubaufwirbelung durch Kraftfahrzeuge vorbeugend vermindern und ggf. gezielter Gegenmaßnahmen treffen zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist der Staubsensor ein Sensor zur Beobachtung eines in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Teils einer Fahrbahnoberfläche. Ein derartiger Sensor ermöglicht die Gewinnung von Bildern der Fahrbahnoberfläche in irgendeinem Bereich des elektromagnetischen Spektrums wie z. B. sichtbares oder unsichtbares Licht oder Radarwellen. Anhand dieser Bilder oder ähnlicher sensorisch gewonnener Beobachtungsdaten der Fahrbahnoberfläche wird im Kraftfahrzeug in Echtzeit automatisch abgeschätzt, wie groß die Straßenstaubbeladung des vor dem Fahrzeug liegenden Teils der Fahrbahnoberfläche ist.
Die Erfindung ermöglicht es, in als tendenziell staubbelastet erkannten Streckenabschnitten einer Aufwirbelung bzw. Wiederfreisetzung von Feinstaub gezielter entgegenzuwirken, z. B. durch vorübergehende Einflussnahmen auf die Fahrgeschwindigkeit und/oder durch gezielte, aber vorübergehende Luftreinigungsmaßnahmen.
Nach einer Studie über Straßenzustände in Mitteleuropa (http://elpub.bib.uni-wuppertal.de/edocs/dokumente/fbc/chemie/diss2012/mathissen?lang=de) fällt der größte Teil der nicht durch Abgas verursachten Partikelemissionen auf nur 10 % des Straßennetzes mit besonders hohem Schmutzeintrag an.
Daher ermöglicht es die Erfindung, die Einschränkungen und den Aufwand, die mit der Verminderung von Aufwirbelung bzw. Wiederfreisetzung von Feinstaub verbunden sind, in Grenzen zu halten, weil sich diese Maßnahmen auf besonders verunreinigte Streckenabschnitte beschränken können. Mit diesem verhältnismäßig geringen Aufwand kann ein vergleichsweise großer Nutzen für die Umwelt erzielt werden.
Zwar werden auch die meisten menschlichen Fahrer anstreben, beim Fahren nicht zu viel Staub aufzuwirbeln, doch wenn sie Staubaufwirbelung oder das Potential dafür erkennen, ist es meist zu spät, um noch zu reagieren. Moderne Bildauswerteverfahren können die Straßenstaubbeladung des vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitts früher und zuverlässiger als menschliche Fahrer abschätzen, und zwar rechtzeitig bevor eine für Staubaufwirbelung trächtige Situation eintritt.
Der Sensor kann eine Kamera und/oder ein Laserscanner und/oder ein Teil eines Radarsystems sein. Nach vorne blickende Kameras, Laserscanner und Radar sind Bilderfassungssysteme, die in modernen Kraftfahrzeugen oft schon serienmäßig eingebaut oder zumindest listenmäßig bestellbar sind. Die Bilderfassungssysteme können entweder zweidimensionale Bilder gewinnen oder die Straßenoberfläche zeilenweise abtasten.
Im Falle einer Kamera als Sensor, die auch eine Stereokamera sein kann, kann die Staubbeladung einer Straße oder das Potential für deren Straßenstaubbeladung z. B. anhand von Abweichungen in bestimmten Bildmerkmalen wie z. B. Farbveränderungen, Helligkeit usw. abgeschätzt werden. Ein Indiz für mögliche Staubbeladung ist die Art des Straßenbelags, z. B. asphaltiert, nicht asphaltiert, Beton, Schotter, usw. Die Art des Straßenbelags kann nach dessen typischem Erscheinungsbild bestimmt werden, und es können auch Mustererkennungsverfahren u. dgl. verwendet werden.
Falls die Straßenoberfläche beobachtet wird, indem sie mit einem Laserscanner oder Radar abgetastet wird, erhält man eine Messpunktwolke oder ein Höhenprofil, in dem sich für Staubbeladung verdächtige Straßenteile auffinden lassen, z. B. Beschädigungen der Straßenoberfläche oder Schienenquerungen, an denen typischerweise höhere Staubemissionen festgestellt werden.
Höhenprofildaten und optische Kameradaten können auch fusioniert werden, um die Abschätzung genauer zu machen.
Die von der Einrichtung zur Abschätzung der Straßenstaubbeladung gelieferten Schätzwerte können gefiltert werden, um nur die am stärksten staubbeladenen und damit für Staubaufwirbelung anfälligsten Streckenabschnitte zu berücksichtigen.
Die Straßenstaubbeladung der Fahrbahnoberfläche kann als eine Partikelkonzentration angegeben werden, welche mit den zu erwartenden Staubemissionen korreliert ist.
Die gewonnenen Daten werden erfindungsgemäß als Eingangsparameter für eine Einrichtung zur Minderung von Staubaufwirbelung verwendet. Dafür kommen bevorzugt in Frage:

- ein als solches bekanntes wasserbasiertes Staubminderungssystem, das Wasser auf die Fahrbahn und/oder die Reifen des Fahrzeugs sprüht, jedoch nur dann, wenn hohe Staubemissionen zu erwarten sind, so dass das dafür benötigte Wasserreservoir nicht sehr groß sein muss;
- ein als solches bekanntes elektrostatisch arbeitendes Staubminderungssystem, das ebenfalls nur aktiv wird, wenn hohe Staubemissionen zu erwarten sind, so dass der für abgeschiedenen Staub benötigte Behälter nicht sehr groß sein muss;
- ein Staubminderungssystem basierend auf herkömmlichen Filtermedien, insbesondere Filze, Vlies, Kunstfasern, Gewebefilter oder ähnliche Medien, bei dem die Luftströmung nur über den Filter geleitet wird, wenn hohe Staubemissionen zu erwarten sind, so dass die Filterlebensdauer deutlich verlängert wird;
- eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die den Fahrer bittet oder anregt, die Geschwindigkeit zu reduzieren, um hohe Staubemissionen zu vermeiden, da diese mit der Fahrgeschwindigkeit überproportional zunehmen. Eine Anregung, die Geschwindigkeit zu reduzieren, kann z. B. nach Art von bekannten optischen Anzeigen für ökonomisches Fahren gegeben werden, wobei grün für niedrige, gelb für mittlere und rot für hohe Staubemissionen steht;
- eine Zwangs-Geschwindigkeitsbeschränkung des Fahrzeugs, falls auf Missbrauch beruhende hohe Staubemissionen zu erwarten sind, z. B. bei zu schnellem Fahren mit Spike-Reifen; und
- ein Cloud-Dienst eines Fahrzeug-Ad-hoc-Netzes für Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation, auf den die gewonnenen Daten zusammen mit Geopositionsdaten des Fahrzeugs hochgeladen werden können und der aus den gesammelten Daten sehr vieler Fahrzeuge eine Staubbelastungskarte erstellt, die eine Echtzeit-Karte des Potentials für Staubbelastung darstellt. Die auf diese Weise gewonnenen Massendaten können den Inhabern von Stra-ßeninfrastruktur oder den dafür Verantwortlichen zur Verfügung gestellt werden, die dann geeignete Gegenmaßnahmen treffen können, z. B. lokale Geschwindigkeitsbeschränkungen für alle Fahrzeuge oder nur für Fahrzeuge ohne Staubminderungssystem festzusetzen und/oder betroffene Straßenabschnitte häufiger reinigen zu lassen.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Staubsensor; und
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Minderung von Staubaufwirbelung durch ein Kraftfahrzeug.

Das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug 1 weist eine möglichst weit oben angebrachte Kamera 2 zur Beobachtung eines in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Teils einer Fahrbahnoberfläche 3 auf. Die Kamera 2 ist schematisch oben auf dem Dach des Kraftfahrzeugs eingezeichnet, könnte aber z. B. auch hinter der Windschutzscheibe, in Seitenspiegeln oder an anderer geeigneter Stelle angebracht sein. Statt der einen Kamera 2 können auch Stereo-Kameras, ein Laserscanner, ein Radarsensor oder ein Array von derartigen Sensoren verwendet werden, die an geeigneten Stellen im oder am Kraftfahrzeug angeordnet sind.
Unter Bezugnahme auch auf 2 wird im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 mittels der Kamera 2 oder anderer optischer oder radargestützter Sensoren der vor dem Fahrzeug liegende Teil der Fahrbahnoberfläche optisch oder mittels Radar beobachtet (Schritt S1). Aufgrund der Beobachtungsdaten wird die Straßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche abgeschätzt (Schritt S2). Falls der Schätzwert für die Straßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche einen Schwellenwert übersteigt, und auch nur dann, werden Maßnahmen zur Minderung von Staubaufwirbelung getroffen (Schritt S3), z. B. Staub zu binden oder auszufiltern und/oder auf eine Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs hinzuwirken.

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einem Staubsensor, wobei der Staubsensor ein Sensor (2) zur Beobachtung eines in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegenden Teils einer Fahrbahnoberfläche ist und dass das Kraftfahrzeug (1) eine Einrichtung zur Abschätzung der Straßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche (3) auf Basis der Beobachtungsdaten der Fahrbahnoberfläche (3) aufweist., dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Minderung von Staubaufwirbelung vorgesehen ist, welche Daten zu der geschätzten Staubbeladung zu dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche (3) empfängt und auf Basis dieser Messdaten entscheidet, ob Maßnahmen gegen Staubaufwirbelung zu treffen sind, wobei die Einrichtung im Fahrbetrieb bestimmt, ob ein Schätzwert für die Stra-ßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche einen Schwellenwert übersteigt, und wobei die Einrichtung bei Überschreitung des Schwellenwertes Maßnahmen zur Minderung von Staubaufwirbelung trifft.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Staubsensor eine Kamera (2) und/oder ein Laserscanner und/oder ein Teil eines Radarsystems ist oder umfasst, die bzw. der insbesondere serienmäßig mit dem Kraftfahrzeug (2) erhältlich ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Minderung von Staubaufwirbelung vorgesehen ist, welche Daten zu dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche (3) und/oder zu dessen geschätzter Staubbeladung empfängt und auf Basis dieser Daten Messdaten entscheidet, ob Maßnahmen gegen Staubaufwirbelung zu treffen sind, und gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen trifft.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Minderung von Staubaufwirbelung ein wasserbasiertes oder elektrostatisch arbeitendes oder auf herkömmlichen Filtermedien basierendes Staubminderungssystem umfasst.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Minderung von Staubaufwirbelung eine Mensch-Maschine-Schnittstelle umfasst.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Minderung von Staubaufwirbelung einen Cloud-Dienst eines Netzes für Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation umfasst.
Verfahren zur Minderung von Staubaufwirbelung durch ein Kraftfahrzeug (1), insbesondere durch ein Kraftfahrzeug mit einem oder mehreren Merkmalen der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug (1) liegender Teil einer Fahrbahnoberfläche (3) optisch oder mittels Radar beobachtet wird (S1) und bei dem auf Basis der Beobachtungsdaten der Fahrbahnoberfläche (3) die Straßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche (3) abgeschätzt wird (S2), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abschätzung der Straßenstaubbeladung bestimmt wird, ob während des Fahrbetriebs ein Schätzwert für die Straßenstaubbeladung in dem beobachteten Teil der Fahrbahnoberfläche einen Schwellenwert übersteigt, und wobei bei Überschreitung des Schwellenwertes Maßnahmen zur Minderung von Staubaufwirbelung getroffen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Minderung von Staubaufwirbelung (S3) umfassen, Staub mittels Sprühwasser zu binden oder elektrostatisch aus der Luft auszufiltern.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen zur Minderung von Staubaufwirbelung (S3) umfassen, auf eine Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) hinzuwirken.