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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn mit einer Sensoreinrichtung umfassend einen Ultraschallsensor, welcher dazu ausgelegt ist, während einer Fahrt eines Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn ein Auftreffen von Wasser auf ein Bauteil des Kraftfahrzeugs durch Erfassen eines Empfangssignals des durch das Auftreffen von Wasser auf das Bauteil bedingten Körperschalls zu erfassen, und mit einer Steuereinrichtung zum Erkennen des Zustands der Fahrbahn des mittels der Sensoreinrichtung erfassten Auftreffens des Wassers. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit einer solchen Sensoranordnung sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Zustands der Fahrbahn und ein Computerprogrammprodukt.
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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 Sensoreinrichtung umfassen, mit 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 der Reibungskoeffizient zwischen der Fahrbahn und den Reifen des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Diese Information kann von einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Beispielsweise kann damit eine Informationsschnittstelle zum Fahrer angesteuert werden und/oder 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
WO2016-173847A1 eine Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn mit einem Ultraschallsensor. Dabei ist der Ultraschallsensor derart angeordnet, dass das auf die Radlaufverkleidung auftreffende Wasser eine mechanische Schwingung einer Membran des Ultraschallsensors bewirkt. Dabei werden mechanische Schwingungen von der Radlaufverkleidung durch Körperschall an die Membran des Ultraschallsensors übertragen. Wenn Wasser bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs von der Fahrbahnoberfläche auf die Radlaufverkleidung geschleudert wird, kann die Radlaufverkleidung in mechanische Schwingungen versetzt werden, die dann mit dem Ultraschallsensor erfasst werden. Die erfassten Schwingungen werden mittels eines Wandlers in ein entsprechendes Signal gewandelt, in Abhängigkeit von welchem überprüft wird, ob sich Wasser auf der Fahrbahnoberfläche befindet. Bei der Auswertung dieses erfassten Signals zur Bestimmung der Wassermenge auf der Fahrbahn wird dabei das erfasste Signal mit einem Schwellwert verglichen. Wird dieser Schwellwert überschritten, so befindet sich eine für ein Aquaplaning kritische Menge Wasser auf der Fahrbahn, anderenfalls nicht. Dieser Schwellwert kann weiterhin an den Anwendungsfall angepasst werden. Wenn beispielsweise einzelne Wassertropfen erkannt werden sollen, welche auf die Radlaufverkleidung treffen, kann ein verhältnismäßig geringer Schwellwert vorgegeben werden, wenn dagegen Spritzwasser erkannt werden soll, kann der Schwellwert entsprechend erhöht vorgegeben werden.
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Letztendlich kann so durch die Sensoranordnung lediglich ein digitales Ausgangssignal ausgegeben werden, wie beispielsweise 1 bei Überschreiten des Schwellwerts und 0 anderenfalls. Dies erlaubt auch trotz Anpassungsmöglichkeit des Schwellwerts keine sonderlich differenzierte Bestimmung des Fahrbahnnässegrads. Zudem bleiben hierbei andere Einflussfaktoren unberücksichtigt.
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Auch die
DE 10 2015 106400 A1 beschreibt eine Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn mit zumindest zwei Ultraschallsensoren. Diese können an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein, wodurch die Menge des Wassers in Abhängigkeit von den jeweiligen Auftreffbereichen bestimmt werden kann. Weiterhin kann auch die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei der Bestimmung der Wassermenge berücksichtigt werden, da die Auftreffposition des Wassers zusätzlich abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist. In Abhängigkeit von den jeweiligen Sensorsignalen wird dann ein Auftreffbereich bestimmt, auf welchen das Wasser auf die Radverkleidung auftrifft und in Abhängigkeit vom Auftreffbereich wird die Wassermenge bestimmt. Allerdings sind zur Bestimmung des Auftreffbereichs mindestens zwei Ultraschallsensoren erforderlich.
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Die
DE 42 13 221 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erfassung der Benetzung einer Fahrbahnoberfläche, bei welchem mittels eines Körperschallaufnehmers, wie beispielsweise ein Mikrofon, das Abroll- und Spritzwassergeräusch erfasst wird, und daraus die Schallintensität im Bereich zwischen 2,5 Kilohertz und 4,5 Kilohertz bestimmt wird. Mit den Eingangsgrößen Schallintensität und Fahrzeuggeschwindigkeit wird mittels eines Kennfeldes die Ausgangsgröße Benetzung der Fahrbahnoberfläche bestimmt. Bei der Verwendung von Körperschallaufnehmern, die gezielt für die Erfassung des Frequenzbereichs zwischen 2,5 Kilohertz und 4,5 Kilohertz ausgelegt sind, besteht jedoch das Problem, dass neben dem eigentlich interessierenden Spritzwassergeräusch vielzählige weitere Störgeräusche, insbesondere niederfrequente Schwingungen im hörbaren Bereich, die im Fahrzeugbetrieb immer vorhanden sind, wie beispielsweise das Abrollgeräusch des Rades und Motorgeräusche, aufgenommen werden. Damit ist auch die aus daraus ermittelte Schallintensität nicht mehr sonderlich aussagekräftig in Bezug auf die dadurch bestimmte Benetzung der Fahrbahnoberfläche. Entsprechend muss auch für solche Störgrößen eine entsprechende Kompensationsmaßnahme bereitgestellt werden, wie beispielsweise die Berücksichtigung der Motordrehzahl als weitere Eingangsgröße. Daraus ergibt sich jedoch ein enormer Aufwand bei der Auswertung der empfangenen Signale, die darüber hinaus trotz diverser Kompensationsmaßnahmen nie vollständig von Störsignalen bereinigt werden können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie der Zustand einer Fahrbahn mit einer Sensoranordnung der eingangs genannten Art möglichst zuverlässig, genau und effektiv erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Verfahren und durch ein Computerprogrammprodukt 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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Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn weist eine Sensoreinrichtung umfassend einen Ultraschallsensor auf, welcher dazu ausgelegt ist, während einer Fahrt eines Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn ein Auftreffen von Wasser auf ein Bauteil des Kraftfahrzeugs durch Erfassen eines Empfangssignals des durch das Auftreffen von Wasser auf das Bauteil bedingten Körperschalls zu erfassen. Weiterhin weist die Sensoranordnung eine Steuereinrichtung zum Erkennen des Zustands der Fahrbahn anhand des mittels der Sensoreinrichtung erfassten Auftreffens des Wassers auf. Weiterhin ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, zur Bestimmung eines aktuellen Fahrbahnnässegrads eine charakteristische Größe des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals zu bestimmen und der bestimmten charakteristischen Größe gemäß einer vorbestimmten Zuordnung in Abhängigkeit von einer aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen Fahrbahnnässegrad von mehreren definierten Fahrbahnnässegraden zuzuordnen.
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Der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Auftreffgeräusche des Wassers zwar vor allem in einem niederfrequenten Körperschallbereich bemerkbar machen, aber dennoch ein sehr breites Frequenzspektrum durch diese Auftreffgeräusche angeregt wird, so dass durch die Verwendung eines Ultraschallsensors zur Erfassung des Empfangssignals vorteilhafterweise gleichzeitig eine Filterfunktion für niederfrequente Schwingungen im hörbaren Bereich bereitgestellt kann, so dass das letztendlich bereitgestellte Empfangssignal kaum noch durch Störgeräusche beeinflusst ist. Entsprechend beinhaltet die Signalamplitude des erfassten zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals eine detaillierte Information über den aktuellen Nässegrad auf der Fahrbahn. Insbesondere ist diese Amplitude umso höher, je mehr Wasser sich auf der Fahrbahn befindet. Da jedoch diese Amplitude bei nasser Fahrbahn zudem auch von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, ist es besonders vorteilhaft, bei der Zuordnung zusätzlich auch die aktuelle Geschwindigkeit zu berücksichtigen. Dadurch wird es vorteilhafterweise ermöglicht, auf Basis der Auswertung eines Sensorsignals nur eines einzelnen Ultraschallsensors eine besonders genaue und differenzierte Bestimmung des Fahrbahnnässegrades zu ermöglichen. Die Sensoranordnung kann hierdurch deutlich kostengünstiger ausgestaltet werden und gleichzeitig kann dennoch eine besonders zuverlässige, genaue und differenzierte Bestimmung des Fahrbahnnässegrades auf sehr effektive Weise bereitgestellt werden. Dies wiederum ermöglicht auch besonders differenzierte Maßnahmen, die in Abhängigkeit vom letztendlich bestimmten Fahrbahnnässegrad eingeleitet werden können, angefangen von der Ausgabe eines Warnhinweises an den Fahrer bis hin zu einem aktiven automatischen Bremseingriff, um die Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Beispiel bei extrem hohem Fahrbahnnässegrad, zu reduzieren.
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Unter einem Ultraschallsensor ist dabei im Allgemeinen ein Sensor zu verstehen, der dazu ausgelegt ist, Ultraschall zu erfassen. Der Ultraschallsensor kann beispielsweise als handelsüblicher Ultraschallsensor ausgebildet sein, der beispielsweise auch im Zusammenhang mit Parkhilfesystemen in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Der Ultraschallsensor kann aber auch anders ausgestaltet sein. Beispielsweise wäre zur Erfassung von Ultraschall bereits eine schwingungsfähige Membran mit geeigneter Resonanzfrequenz, die mit einer entsprechende Wandlereinrichtung gekoppelt ist, ausreichend.
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Weiterhin kann der Ultraschallsensor an allen im Gischtbereich befindlichen Fahrzeugbauteilen angeordnet sein. Als besonders vorteilhafte Position hat sich dabei die Anordnung des Ultraschallsensors in einem Bereich eines Radkastens beziehungsweise eines Radhauses des Kraftfahrzeugs gezeigt. Der Radkasten beschreibt den Bereich des Kraftfahrzeugs, in welchem die Räder des Kraftfahrzeugs zumindest bereichsweise angeordnet sind. In dem Radkasten ist eine Radlaufverkleidung angeordnet. Diese Radlaufverkleidung ist einer Lauffläche des Rades beziehungsweise des Reifens zumindest bereichsweise zugewandt. Die Radlaufverkleidung, die auch als Radkasteninnenverkleidung bezeichnet werden kann, kann aus einem Kunststoff gefertigt sein. Die Radlaufverkleidung ist insbesondere innerhalb des Radkastens beziehungsweise des Radhauses angeordnet. Mit der Sensoreinrichtung beziehungsweise mit dem Ultraschallsensor kann somit vorteilhafterweise Wasser, welches auf die Radlaufverkleidung trifft, erfasst werden. Dabei können in dem Wasser auch Partikel, beispielsweise Schmutzpartikel, gelöst sein. Das Wasser kann auch teilweise gefroren sein. Wenn das Kraftfahrzeug auf der Fahrbahn bewegt wird, kann Wasser, welches sich auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet, durch die Rotation des Rades des Kraftfahrzeugs auf die Radlaufverkleidung geschleudert werden. Das Wasser, welches sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet, trifft dann als Wassertropfen oder als Spritzwasser beziehungsweise Gischt auf die Radlaufverkleidung. Mit dem Ultraschallsensor kann insbesondere ein Ultraschallsignal in Form eines Empfangssignals empfangen werden, welches durch das Auftreffen des Wassers auf die Radlaufverkleidung entsteht. Somit kann mit der Sensoranordnung überprüft werden, ob sich Wasser auf der Oberfläche der Fahrbahn befindet. Das vom Ultraschallsensor empfangene Empfangssignal weist dabei eine umso größere Amplitude auf, je schneller sich zum einen das Kraftfahrzeug bewegt und zum anderen je mehr Wasser sich auf der Fahrbahnoberfläche befindet. Beide Faktoren können vorteilhafterweise durch die beschriebene Zuordnung berücksichtigt werden. Auf diese Weise kann der Zustand der Fahrbahn beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche besonders differenziert erkannt werden. Anhand des erkannten Zustands der Fahrbahn kann dann auf den Reibungskoeffizienten zwischen den Reifen beziehungsweise den Rädern des Kraftfahrzeugs und der Fahrbahnoberfläche rückgeschlossen werden.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wie bereits erwähnt, wenn die charakteristische Größe des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals eine Signalamplitude betrifft. Darüber hinaus können jedoch auch andere Charakteristiken des zeitlichen Verlaufs analysiert werden, wie zum Beispiel Rauschanteile, insbesondere Rauschpegel oder Rauschfrequenzen, oder ähnliches. Insbesondere wird durch die Analyse des analogen Signals, das heißt des gesamten zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals im Unterschied zum Vergleich einer Einhüllenden mit einem Schwellwert, wie dies bislang war, wird eine besonders genaue und differenzierte Bestimmung des Fahrbahnnässegrades ermöglicht.
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Darüber hinaus kann die charakteristische Größe des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals auch einen zeitlichen Mittelwert der Signalamplitude, insbesondere des Betrags der Signalamplitude, darstellen. Durch eine geeignete Bemessung des Mittelungsintervalls lässt sich so eine über den Fahrbahnnässegrad aussagekräftige charakteristische Größe bereitstellen. Durch die Mitteilung lassen sich vorteilhafterweise starke Schwankungen im auf Basis der charakteristischen Größe zugeordneten Fahrbahnnässegrad vermeiden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Signalamplitude oder deren Betrag des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals bereichsweise über jeweilige bestimmte Zeitintervalle zeitlich zu mitteln und die jeweiligen Mittelwerte als die charakteristische Größe des zeitlichen Verlaufs des Körperschalls bereitzustellen. So lässt sich in jedem Zeitintervall auch ein korrespondierender Fahrbahnnässegrad zuordnen, wobei wie beschrieben durch die Bildung der Mittelwerte starke Schwankung des zugeordneten Fahrbahnnässegrades vorteilhafterweise vermieden werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein jeweiliges Zeitintervall zwischen 50 Millisekunden und 200 Millisekunden bemisst, vorzugsweise 100 Millisekunden bemisst. So kann vorteilhafterweise alle 100 Millisekunden ein aktualisierter Fahrbahnnässegrad bereitgestellt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Sensoranordnung für mehrere unterschiedliche Geschwindigkeitswerte oder Geschwindigkeitswertebereiche eine jeweilige vorbestimmte Zuordnung bereitgestellt, die verschiedene Werte der charakteristischen Größe einem jeweiligen Fahrbahnnässegrad zuordnet, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, eine der Zuordnungen gemäß der aktuellen Geschwindigkeit auszuwählen und gemäß der ausgewählten Zuordnung den aktuellen Fahrbahnnässegrad für den aktuellen Wert der charakteristischen Größe zu bestimmen. Um solche Zuordnungen bereitzustellen, können beispielsweise Testfahrten mit einem Testfahrzeug auf einer Teststrecke durchgeführt werden. Auf einer Teststrecke können, insbesondere zeitlich sequenziell, definierte unterschiedliche Fahrbahnnässegrade bereitgestellt werden. Weiterhin kann das Testfahrzeug, ebenfalls zeitlich sequenziell, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten die jeweiligen Fahrbahnnässegrade durchfahren. Dabei werden für die jeweiligen verschiedenen Geschwindigkeiten und für die jeweiligen verschiedenen Fahrbahnnässegrade die zugehörigen gemessenen Werte der charakteristischen Größe des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals bereitgestellt und daraus die jeweiligen vorbestimmten Zuordnungen für die verschiedenen Geschwindigkeitswerte oder Geschwindigkeitswertebereiche bereitgestellt werden. Hierdurch wird es nun vorteilhafterweise ermöglicht, dass für jeweilige aktuelle Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten die entsprechende Zuordnung gewählt wird und somit besonders genau der aktuell erfassten charakteristischen Größe des zeitlichen Verlaufs des Messsignals ein entsprechender Fahrbahnnässegrad gemäß dieser gewählten Zuordnung zugeordnet wird. Diese Zuordnungen können beispielsweise als Look-up-Tabellen oder Ähnliches bereitgestellt werden.
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Weiterhin kann die Zuordnung auch als Kennlinienfeld mit mehreren Kennlinien für jeweilige Geschwindigkeitswerte oder Geschwindigkeitswertebereiche bereitgestellt sein, wobei eine jeweilige Kennlinie dann entsprechend die Abhängigkeit der charakteristischen Größe vom Fahrbahnnässegrad für einen bestimmten Geschwindigkeitswert oder einen bestimmten Geschwindigkeitswertebereich beschreibt.
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Darüber hinaus gibt es noch zahlreiche weitere Möglichkeiten, eine derartige Zuordnung bereitzustellen, wie beispielsweise durch eine Beschreibung der Abhängigkeiten zwischen der charakteristischen Größe dem Fahrbahnnässegrad und der Geschwindigkeit durch eine oder mehrere bereichsweise definierte, insbesondere analytische, Funktionen, oder ähnliches.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, der bestimmten charakteristischen Größe gemäß der vorbestimmten Zuordnung zusätzlich in Abhängigkeit von einem Reifenprofil des Kraftfahrzeugs den Fahrbahnnässegrad von den mehreren definierten Fahrbahnnässegraden zuzuordnen. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Menge des vom Reifen an die Radverkleidung geschleuderten Wassers zusätzlich auch vom Reifenprofil abhängt. Entsprechend macht sich ein geändertes Reifenprofil auch in einem geänderten Wert der charakteristischen Größe bemerkbar, insbesondere bei sonst unveränderten Bedingungen. Dies kann analog wie bereits zur Geschwindigkeit beschrieben, in einer oder mehreren für jeweilige Reifenprofile bereitgestellte Zuordnungen oder einem Kennlinienfeld, welches zusätzlich auch das Reifenprofil berücksichtigt, bereitgestellt werden.
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Beispielsweise kann in der Sensoranordnung für mehrere unterschiedliche Reifenprofile eine jeweilige vorbestimmte Zuordnung bereitgestellt werden, die verschiedene Werte der charakteristischen Größe einem jeweiligen Fahrbahnnässegrad zuordnet, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, eine der Zuordnungen gemäß dem aktuellen Reifenprofil auszuwählen und gemäß der ausgewählten Zuordnung den aktuellen Fahrbahnnässegrad für den bestimmten Wert der charakteristischen Größe zu bestimmen. Das Reifenprofil kann dabei beispielsweise in sehr wenige Gruppen eingeteilt sein, zum Beispiel eine Gruppe für Sommerreifen, und eine Gruppe für Winterreifen, oder auch in deutlich mehr und differenziertere Gruppen. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise der Fahrbahnnässegrad noch genauer bestimmen.
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Wie eingangs bereits erwähnt, kann der Ultraschallsensor eine schwingungsfähige Membran mit einer bestimmten Resonanzfrequenz und ein mit der Membran gekoppeltes Wandlerelement, insbesondere einen piezoelektrischen Wandler, aufweisen, das dazu ausgelegt ist, die Schwingungen der Membran in das korrespondierende Empfangssignal zu wandeln. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Resonanzfrequenz der Membran bzw. der Kombination aus Membran und Wandlerelement größer ist als 20 Kilohertz. Eine hohe Resonanzfrequenz des Piezoelements beziehungsweise im Allgemeinen des Wandlerelements, hervorgerufen durch Anbindung dieses Elements an eine geeignete Membran, insbesondere eine Metallmembran, ist für die Messung vorteilhaft, da so eine Filterwirkung erzielt wird. Niederfrequente Schwingungen, zum Beispiel im hörbaren Bereich, die im Fahrbetrieb im Fahrzeug stets vorhanden sind, werden so nicht in das piezoelektrische Element eingekoppelt, während das Auftreffen der Wassertropfen beziehungsweise Gischt Schwingungen in einem breiten Frequenzspektrum anregt, welche die Resonanzfrequenz des Piezoelements beziehungsweise der schwingungsfähigen Membran beinhaltet und somit zuverlässig zu einer Anregung führt. Zum Schutz des Piezoelements vor Korrosion ist es zudem vorteilhaft, wenn das Piezoelement vollständig in einem Gehäuse angeordnet ist oder in das Fahrzeugbauteil integriert ist.
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Um eine hohe zeitliche Auflösung des Messsystems zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, das Ausschwingverhalten des Piezoelements zu verkürzen. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Wandlerelement mit einem Dämpfungselement gekoppelt ist, welches dazu ausgelegt ist, eine Schwingung des Wandlerelements zu dämpfen. Dadurch kann es erreicht werden, dass durch zusätzliche Ankopplung an ein geeignetes, durch das Dämpfungselement bereitgestellte Dämpfungsmaterial das Ausschwingverhalten des Piezoelements verkürzt und dadurch die Auflösung erhöht wird.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung oder eines ihrer Ausgestaltungen. Dabei kann die Sensoranordnung auch mehrere Sensoreinrichtungen umfassen, die mit der Steuereinrichtung zur Datenübertragung verbunden sind. Beispielsweise kann jedem Rad beziehungsweise jedem Radkasten des Kraftfahrzeugs eine Sensoreinrichtung zugeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass an oder in einem Radkasten mehrere Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren, angeordnet sind.
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Bevorzugt ist das Fahrerassistenzsystem dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von dem mit der Sensoranordnung erfassten Zustand der Fahrbahn, insbesondere dem bestimmten Fahrbahnnässegrad, einen Warnhinweis an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs auszugeben. Wenn mittels der Sensoranordnung erkannt wird, dass die Fahrbahn nass ist, kann an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ein entsprechender Warnhinweis ausgegeben werden. Dieser Warnhinweis kann dem Fahrer des Kraftfahrzeugs optisch, akustisch und/oder haptisch ausgegeben werden. Insbesondere kann an den Fahrer ein Warnhinweis ausgegeben werden, wenn mittels der Sensoranordnung erkannt wird, dass Aquaplaning droht. Der Warnhinweis kann die Information enthalten, dass der Fahrer die Geschwindigkeit reduzieren soll. Darüber hinaus kann das Fahrerassistenzsystem auch dazu ausgelegt sein, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem mit der Sensoranordnung bestimmten Fahrbahnnässegrad der Fahrbahn anzupassen. Wenn beispielsweise mit der Sensoranordnung erkannt wird, dass der Fahrbahnnässegrad, der angibt, wieviel Wasser sich auf der Fahrbahnoberfläche 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.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensoranordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen eines Zustands einer Fahrbahn mittels einer Sensoreinrichtung umfassend einen Ultraschallsensor, wobei der Ultraschallsensor während einer Fahrt eines Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn ein Auftreffen von Wasser auf ein Bauteil des Kraftfahrzeugs durch Erfassen eines Empfangssignals des durch das Auftreffen von Wasser auf das Bauteil bedingten Körperschalls erfasst, und wobei ein Zustand der Fahrbahn anhand des mittels der Sensoreinrichtung erfassten Auftreffens des Wassers erfasst wird. Darüber hinaus wird zur Bestimmung eines aktuellen Fahrbahnnässegrads eine charakteristische Größe des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals bestimmt und der bestimmten charakteristischen Größe gemäß einer vorbestimmten Zuordnung in Abhängigkeit von einer aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ein Fahrbahnnässegrad von mehreren definierten Fahrbahnnässegraden zugeordnet. Auch hier gelten die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensoranordnung und ihre Ausführungsformen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Zudem ermöglichen die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung und ihren Ausführungsformen genannten gegenständlichen Merkmale die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch weitere Verfahrensschritte.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Zuordnung für eine bestimmte Einbaulage der Sensoreinrichtung mit Bezug auf das Bauteil des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Wie bereits beschrieben, können die Zuordnungen durch Testfahrten auf Teststrecken mit unterschiedlichen Fahrbahnnässegraden, sowie durch Befahren dieser Teststrecke mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten erstellt werden. Weiterhin können hierbei auch Fahrten mit unterschiedlichen Reifenprofilen durchgeführt werden, um die Abhängigkeit der charakteristischen Größe von diesen Parametern zu bestimmen und in einer entsprechenden Zuordnung niederzulegen. In gleicher Weise kann auch mit der Einbaulage der Sensoranordnung als weiterer Parameter verfahren werden. Soll also die Sensoreinrichtung beispielsweise an einer bestimmten Position am Radkasten eines Fahrzeugs angeordnet werden, so können speziell für diese Einbauposition Testfahren mit einem korrespondierend ausgebildeten Testfahrzeug durchgeführt werden, an welchem eine gleiche Sensoreinrichtung in genau derselben Position am Radkasten angeordnet ist. Damit sind die bereitgestellten Zuordnungen, die auf Testfahrten ermittelt werden, für eine bestimmte Einbaulage der Sensoreinrichtung kalibriert. Dies ermöglicht vorteilhafterweise wiederum eine noch genauere Bestimmung des Fahrbahnnässegrads.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor einer elektronischen Steuereinrichtung abgearbeitet wird.
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Auch für das Computerprogrammprodukt gelten damit die für die erfindungsgemäße Sensoranordnung und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile in gleicher Weise. Darüber hinaus soll auch ein computerlesbares Medium zur Erfindung gehörend angesehen werden, insbesondere in Form einer computerlesbaren Diskette, CD, DVD, Speicherkarte, USB-Speichereinheit, oder ähnlichen, in dem Programmcodemittel gespeichert sind, um ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn die Programmcodemittel in einem Speicher einer elektronischen Steuereinrichtung geladen und auf einem Prozessor der elektronischen Steuereinrichtung abgearbeitet werden.
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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 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 Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Fahrerassistenzsystem und einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung der Sensoranordnung, welche hinter einer Radlaufverkleidung des Kraftfahrzeugs angeordnet ist;
- 3 eine schematische Detailansicht der an der Radlaufverkleidung angeordneten Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine graphische Darstellung des mittels der Sensoreinrichtung empfangenen Empfangssignals und eine Veranschaulichung der Zuordnung zu einem Fahrbahnnässegrad im Falle von wenig Wasser auf der Fahrbahn; und
- 5 eine graphische Darstellung des von der Sensoreinrichtung empfangenen Empfangssignals und eine Veranschaulichung der Zuordnung zu einem Fahrbahnnässegrad im Falle von viel Wasser auf der Fahrbahn.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Kraftfahrzeugs 1 mit einem Fahrerassistenzsystem 2 und einer Sensoranordnung 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst das Fahrerassistenzsystem 2, welches zur Unterstützung des Fahrers beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 dient oder auch zum autonomen Führen des Kraftfahrzeugs 1. Das Fahrerassistenzsystem 2 kann beispielsweise ein Parkhilfesystem, einen Totwinkelassistenten und/oder einen Abstandstempomat umfassen.
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Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst die Sensoranordnung 3, die in diesem Beispiel zwei Sensoreinrichtungen 4 umfasst. Eine jeweilige dieser Sensoreinrichtungen 4 kann wiederum einen Ultraschallsensor 5 aufweisen. Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung 3 eine Steuereinrichtung 6, die beispielsweise durch ein elektronisches Steuergerät (ECU - Electronic Control Unit) des Kraftfahrzeugs 1 gebildet sein kann. Die Ultraschallsensoren 5 sind jeweils zur Datenübertragung mit der Steuereinrichtung 6 verbunden. Entsprechende Datenleitungen sind vorliegend der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Ultraschallsensoren 5 sind jeweils den vorderen Rädern 7 des Kraftfahrzeugs zugeordnet.
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Die Ultraschallsensoren 5 umfassen jeweils eine Membran, die beispielsweise topfförmig ausgebildet sein kann. Die Membran der Ultraschallsensoren 5 kann beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt sein. Die Membran weist vorzugsweise eine Resonanzfrequenz größer als 20 Kilohertz auf, beispielsweise eine Resonanzfrequenz von etwa 50 Kilohertz. Innerhalb der Membran ist ein Wandlerelement angeordnet, das beispielsweise durch ein piezoelektrisches Element gebildet sein kann. Das Wandlerelement ist mechanisch mit der Membran gekoppelt. Somit können Schwingungen der Membran mithilfe des Wandlerelements erfasst werden und als jeweiliges Sensorsignal, insbesondere in Form einer elektrischen Spannung, ausgegeben werden.
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2 zeigt schematisch den Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 gemäß 1 in einer Seitenansicht. Vorliegend ist zu erkennen, dass sich das Kraftfahrzeug 1 auf einer Oberfläche 9 einer Fahrbahn 10 befindet beziehungsweise auf dieser bewegt wird. Die Fahrbahn 10 ist vorliegend nass. Es befindet sich also Wasser 12 auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn. Das Kraftfahrzeug 1 wird vorliegend auf der Fahrbahn 10 in Vorwärtsrichtung 16 bewegt. Hierbei wird das Rad 7 des Kraftfahrzeugs 1 auf der Fahrbahn 10 abgerollt. Da sich das Wasser 12 auf der Oberfläche 9 der Fahrbahn 10 befindet, wird das Wasser 12 durch die Rotation des Rades 7 aufgeschleudert und trifft auf eine Radlaufverkleidung 13. Infolge des Auftreffens des Wassers 12 beziehungsweise der Wassertropfen 17 (siehe 3) auf die Radlaufverkleidung 13 entsteht ein Schallsignal innerhalb des Radkastens des Kraftfahrzeugs 1. Darüber hinaus wird die Radlaufverkleidung 13 zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese mechanischen Schwingungen breiten sich entlang der Radlaufverkleidung 13 aus. Dies ist nochmal im Detail in 3 dargestellt.
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3 zeigt dabei schematisch eine Detailansicht des an der Radlaufverkleidung 13 angeordneten Ultraschallsensors 5. In diesem Beispiel trifft ein Wassertropfen 17 auf die Radlaufverkleidung 13 auf und regt diese zu mechanischen Schwingungen 18 an, die sich entlang der Radlaufverkleidung 13 in der mit R bezeichneten Richtung als Körperschall ausbreiten und als entsprechendes Empfangssignal durch den Ultraschallsensor 5 erfasst werden.
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4 zeigt graphisch den zeitlichen Verlauf des erfassten Empfangssignals S1 im Falle von wenig Wasser 12 auf der Fahrbahn 10, während 5 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des vom Ultraschallsensor 5 erfassten Empfangssignals S2 im Fall von viel Wasser 12 auf der Fahrbahn 10 zeigt. Dabei ist die Zeitachse in der graphischen Darstellung mit t bezeichnet. Im Falle von wenig Wasser 12 auf der Fahrbahn 10 ist die Signalamplitude A deutlich geringer als im Falle von viel Wasser 12 auf der Fahrbahn 10, zumindest bei sonst gleichen Bedingungen. Daher eignet sich die Amplitude A beziehungsweise ihr Betrag oder auch eine Mitteilung der Amplitude beziehungsweise ihres Betrages, zum Beispiel über 100 Millisekunden, als charakteristische Größe des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals S1, S2, welcher ein entsprechender Fahrbahnnässegrad von mehreren definierten Fahrbahnmessegraden G0, G1, G2, G3 zugeordnet werden kann. Exemplarisch sind hier vier unterschiedliche Nässegrade G0, G1, G2, G3 dargestellt, es können aber auch mehr oder weniger definiert sein. Allerdings beeinflussen das erfasste Empfangssignal S1, S2 auch andere Faktoren, wie insbesondere die Geschwindigkeit V1, V2 des Kraftfahrzeugs 1 oder auch die Position des Ultraschallsensors 5. Exemplarisch ist der Ultraschallsensor 5 in 2 an drei unterschiedlichen Positionen P1, P2, P3 dargestellt. Diese zusätzlichen Einflussfaktoren können nun vorteilhafterweise durch eine entsprechende Zuordnung berücksichtigt werden. Eine derartige Zuordnung Z1, Z2 ordnet der charakteristischen Größe des zeitlichen Verlaufs des Empfangssignals S1, S2 einen entsprechenden Fahrbahnnässegrad G0, G1, G2, G3 in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit V1, V2 zu. Weiterhin kann diese Zuordnung Z1, Z2 speziell für eine konkrete Einbauposition P1, P2 des Ultraschallsensors 5 definiert sein. Befindet sich also beispielsweise der Ultraschallsensor 5 im in 4 dargestellten Beispiel an einer ersten Position P1 und fährt das Kraftfahrzeug aktuell mit einer ersten Geschwindigkeit V1, so wird durch die Steuereinrichtung 6 eine erste Zuordnung Z1 gewählt, welche der erfassten charakteristischen Größe, in diesem Beispiel die Amplitude A des Empfangssignals S1, den entsprechenden Fahrbahnnässegrad G1 zuordnet. Befindet sich der Ultraschallsensor 5 dagegen an einer anderen Position P2 und wird in dieser Situation eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V2 erfasst, so wählt die Steuereinrichtung 6 diesen aktuellen Werten entsprechend eine zweite Zuordnung Z2 und ordnet gemäß dieser zweiten Zuordnung Z2 die ermittelte charakteristische Größe des Empfangssignals S1 einem entsprechenden anderen Fahrbahnnässegrad G2 zu. Dies gilt in entsprechender Weise auch für das in 5 dargestellte Beispiel. Diese Zuordnungen können beispielsweise als Kennlinienfeld bereitgestellt sein. Zusätzlich lassen sich auch noch andere Einflussfaktoren auf gleiche Weise berücksichtigen, wie beispielsweise das Reifenprofil, der Reifentyp, oder ähnliches. Auf diese Weise lässt sich der Fahrbahnnässegrad besonders genau und detailliert bestimmen.
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Durch die Erfindung wird es somit ermöglicht, eine besonders zuverlässige und genaue Ermittlung eines Nässegrades, das heißt des Wassers auf der Fahrbahn, mittels Messung von Körperschall zu ermitteln, der durch aufgewirbelte und auf dem Bauteil des Kraftfahrzeugs auftreffende Gischt und Wassertropfen hervorgerufen wird. Dies lässt sich vorteilhafterweise durch eine Analyse des zeitlichen Verlaufs des Signalpegels, das heißt der Amplitude der gewandelten elektrischen Spannung oder daraus abgeleiteter Größen bereitstellen, da diese Größen detaillierte Rückschlüsse auf die aktuelle Aquaplaninggefahr zulassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016173847 A1 [0003]
- DE 102015106400 A1 [0005]
- DE 4213221 A1 [0006]
