DE102018114494A1

DE102018114494A1 - Ultraschallsensor-gestützte Beladungszustandserkennung eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102018114494A1
Application number: DE102018114494.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Thunert; Michael Hallek; Andreas Walz
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Fahrzeuges (1) mittels mindestens eines Ultraschallsensors (3), wobei das Verfahren mindestens die Schritte: a) Detektion des Abstandes Reines Fahrzeugteils (2) im ruhenden Zustand zu einem ortsstationären Objekt (5) mittels des mindestens einen Ultraschallsensors (3); b) Detektion des aktuellen Abstandes Rdes Ultraschallsensors (3) zum ortsstationären Objekt (5) während eines Be-/Entladevorgang des Fahrzeuges (1), c) Berechnung der Abstandsänderung ΔR aus der Differenz zwischen dem Abstand Rund dem Abstand R; d) Berechnung des Beladungszustandes B des Fahrzeuges (1) anhand der Abstandsänderung ΔR und gegebenenfalls einer fahrzeugabhängigen Variable, umfasst. Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrunterstützungssystem geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Fahrzeug (1) mit einem ebensolchen Fahrunterstützungssystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Fahrzeuges mittels mindestens eines Ultraschallsensors, wobei das Verfahren mindestens die Schritte: a) Detektion des Abstandes R₀ eines Fahrzeugteils im ruhenden Zustand zu einem ortsstationären Objekt mittels des mindestens einen Ultraschallsensors; b) Detektion des aktuellen Abstandes R_i des Ultraschallsensors zum ortsstationären Objekt während eines Be-/Entladevorgang des Fahrzeuges, c) Berechnung der Abstandsänderung ΔR aus der Differenz zwischen dem Abstand R₀ und dem Abstand R_i; d) Berechnung des Beladungszustandes B des Fahrzeuges anhand der Abstandsänderung ΔR und gegebenenfalls einer fahrzeugabhängigen Variable, umfasst. Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrunterstützungssystem geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einem ebensolchen Fahrunterstützungssystem.
Die Verkehrssituation ist in den letzten Jahrzehnten deutlich vielfältiger und dadurch unübersichtlicher geworden. Neben der Steigerung im Verkehrsaufkommen insgesamt sind oder kommen momentan noch weitere Teilnehmergruppen, wie beispielsweise autonome Fahrzeuge oder Pedelecs hinzu, welche mit ihren unterschiedlichen Bewegungsprofilen und -Eigenschaften eine immer größere Aufmerksamkeit des Fahrers erfordern. Dieser Komplexität versucht man entgegenzutreten, indem man Teile der Aufgaben des Fahrers in Form von Fahrunterstützungssystemen auf das Fahrzeug auslagert. Diese sind potentiell in der Lage, aktiv und autonom in das Fahrgeschehen einzugreifen und somit sowohl die Sicherheit zu erhöhen als auch den Fahrer insgesamt zu entlasten. Nachteilig an dieser Entwicklung ist, dass im Gegenzug die Anzahl an Fahrzeugkomponenten erhöht und die Elektronik komplexer wird. Dies kann zu erhöhten Kosten und einer höheren Fehleranfälligkeit beitragen. Wünschenswert wären also insgesamt technische Lösungen, welche zu mehr Sicherheit und einem gesteigerten Komfort im Fahrzeug beitragen, aber die Komplexität bestehender Systeme gleich lassen. Dies gilt allgemein für Fahrunterstützungssysteme, deren Regelmechanismen sowohl für den fließenden wie auch den ruhenden Verkehr ausgelegt sind.
Ein wichtiger Ansatzpunkt zur Erhöhung der Fahrsicherheit bietet sich durch die Kontrolle der richtigen Zuladung eines Fahrzeuges. Dieser Schritt kann essentiell sein, da mit einer zu hohen oder einer falschen Zuladung sich das Fahrverhalten von Fahrzeugen drastisch verschlechtern kann. Insofern besteht Bedarf an technischen Lösungen und Verfahren, welche in der Lage sind, mit einem möglichst geringen technischen Aufwand „ungünstige“ Zuladungszustände zu erkennen und den Fahrer darüber zu informieren.
In der Patentliteratur finden sich unterschiedliche Ansätze zur Ermittlung des Beladungszustands von Fahrzeugen, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Ein gangbarer technischer Weg liegt beispielsweise darin, einen Beladezustand über das Verhalten der Räder oder Reifen im fahrenden Zustand des Fahrzeugs zu ermitteln.
So offenbart die DE 10 2007 023 069 A1 ein Verfahren zur Erkennung der Beladung eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Beladung des Fahrzeugs und/oder eine Änderung der Beladung des Fahrzeugs anhand einer Analyse der Latschlängen der Räder (VR, HR) erkannt wird, welche insbesondere während einer Bremsung und/oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und/oder während einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs auftreten.
Eine weitere Möglichkeit der Erkennung mittels der Räder/Reifen eines Fahrzeuges wird in der DE 10 2010 031 464 offenbart. Diese lehrt ein Verfahren, bei dem eine Erkennung des Beladungszustands eines Kraftfahrzeugs anhand der aus Raddrehzahlinformationen und/oder Informationen direkt messender Reifendrucküberwachungssysteme gewonnenen Reifendrücke durchgeführt wird, wobei eine Auswertung der zwischen den Reifen von Vorder- und Hinterachse bei einer Fahrt entstehenden Druckdifferenz, welche aus der durch die unterschiedlich stark erhöhten Radlasten beim Abrollen verursachten Temperaturänderung resultiert, erfolgt.
Ein weit verbreiteter Sensortyp in Fahrzeugen sind Ultraschallsensoren. Mittels dieser Sensoren werden vielfältige Überwachungsaufgaben an Fahrzeugen ausgeführt. So finden diese Sensoren beispielsweise Anwendung zum Monitoring des Fahrzeugumfeldes im fließenden Verkehr, beispielsweise in Form der Überwachung eines Ein- oder Ausparkvorgangs. Zusätzlich finden sich in der Patentliteratur für diesen Sensortyp noch weitere Anwendungen.
So beschreibt die EP2 951 376 B1 ein Verfahren zum automatischen Bewegen einer schwenkbaren Klappe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Heckklappe, umfassend einen über eine Steuerungseinrichtung steuerbaren Antriebsmechanismus zumindest zum automatischen Öffnen der Klappe sowie eine Einrichtung zum Erfassen eines etwaigen Hindernisses im Bewegungsweg der Klappe umfassend wenigstens einen Ultraschallsensor, wobei die Erfassungseinrichtung laufend den Abstand zu einem etwaigen Hindernis ermittelt und die Steuerungseinrichtung die Bewegung der Klappe in Abhängigkeit des Erfassungsergebnisses steuert.
Eine weitere Anwendung von Ultraschallsensoren im Kollisionsschutz wird in der DE 10 2013 018 839 A1 angegeben. Diese offenbart eine Kollisionsschutzvorrichtung für eine automatisch entlang eines Stellwegs (X) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung (Xo) verstellbare Fahrzeugtür eines Fahrzeugs umfasst einen Abstandssensor sowie eine Steuer- und Auswerteeinheit. Während die Fahrzeugtür in der Offenstellung (Xo) angeordnet ist, wird mittels des Abstandssensors und der Steuer- und Auswerteeinheit ein der Fahrzeugtür in Schließrichtung vorgelagerter Schutzbereich auf eine Annäherung eines Objekts hin überwacht. Bei Detektion eines Objekts in dem Schutzbereich wird mindestens eine Schutzmaßnahme ergriffen.
Eine weitere Ausgestaltung eines Einklemmschutzes ist in der DE 10 2010 038 705 A1 besch rieben.
An diesen Lösungen ist nachteilig, dass die Beladungszustandserkennung nur signifikante Aussagen im fahrenden Zustand des Fahrzeuges zulässt oder dass die verwendeten Sensoren nur für eine Aufgabe verwendet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beladungserkennung eines Fahrzeugs, ein Fahrunterstützungssystem für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrunterstützungssystem, anzugeben, welches mindestens eines der vorstehend beschriebenen Probleme löst.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Insbesondere erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Fahrzeuges mittels mindestens eines Ultraschallsensors, mindestens umfassend die Schritte:

a) Detektion des Abstandes R₀ eines Fahrzeugteils im ruhenden Zustand zu einem ortsstationären Objekt mittels des mindestens einen Ultraschallsensors;
b) Detektion des aktuellen Abstandes R_i des Ultraschallsensors zum ortsstationären Objekt während eines Be-/Entladevorgang des Fahrzeuges,
c) Berechnung der Abstandsänderung ΔR aus der Differenz zwischen dem Abstand R₀ und dem Abstand R_i, und
d) Berechnung des Beladungszustandes B des Fahrzeuges anhand der Abstandsänderung ΔR und gegebenenfalls einer fahrzeugabhängigen Variable.

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass es mittels des oben beschriebenen Verfahrens möglich ist, den Beladungszustand eines Fahrzeugs verlässlich und reproduzierbar zu messen und so zu einer erhöhten Fahrsicherheit des Fahrzeuges beizutragen. Als Messgröße dient dabei die mittels eines Ultraschallsensors gemessene Abstandsänderung zu einem ortfesten Bezugspunkt. Je nach relativer Anordnung vom ortsfesten Bezugspunkt zu Ultraschallsensor ergibt sich durch die zusätzliche Zuladung eine Relativbewegung des be-/entlasteten Fahrzeuges, welches sich in einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstandes zum ortsfesten Bezugspunktes niederschlägt. Insbesondere lassen sich durch dieses Verfahren Zustände ermitteln, in denen das Fahrzeug überladen oder Zustände, in denen das Fahrzeug asymmetrisch beladen ist. Das Verfahren weist weiterhin den Vorteil auf, dass diese Zustände am ruhenden Fahrzeug ermittelt werden können. Dies ist deutlich vorteilhafter im Vergleich zu den Verfahren aus dem Stand der Technik, welche den Beladungszustand unter Bewegung des Fahrzeuges ermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also in der Lage, den Fahrer schon vor dem Antritt einer Fahrt über ein mögliches Gefahren- oder Optimierungspotential zu informieren. Dadurch können Gefahrensituationen schon zu Anfang einer Fahrt vermieden werden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Aufwand an technischen Komponenten und Sensoren geringgehalten werden kann. Im günstigsten Fall ist es möglich, dass auf schon vorhandene Sensoren, welche für andere Aufgaben benutzt werden, zurückgegriffen werden kann. Dadurch ergibt sich eine sehr kostengünstige Lösung und der Wartungsaufwand und die Fehleranfälligkeit des Gesamtsystems werden reduziert.
Unter Beladungszustand eines Fahrzeuges werden Situationen oder Zustände verstanden, in denen zusätzlich zum Gewicht des Fahrzeuges noch eine weitere Gewichtsbelastung in Form einer Zuladung nicht ständig mit dem Fahrzeug verbundener Teile hinzutritt. Ebenso wird darunter verstanden, dass das Fahrzeug keine weitere Zuladung aufweist, d.h. dass das Fahrzeug im Wesentlichen „leer“ oder ungeladen ist. Unter Ladung oder Zuladung wird dabei eine zusätzliche und signifikante Gewichtsbelastung eines Fahrzeuges verstanden. Eine Gewichtsbelastung ist dabei signifikant, wenn diese beispielsweise mehr als 0,1 bis 1 Gewichtsprozent des Fahrzeuggewichtes ausmacht. Mögliche signifikante und übliche Gewichtsbelastungen oder Zuladungen wären beispielsweise Koffer, Möbelstücke, Wasserkästen etc..
Das Verfahren wird mittels mindestens einem Ultraschallsensor durchgeführt. Für das Verfahren können dabei die aus dem Stand der Technik bekannten Ultraschallsensoren verwendet werden, solange diese eine ausreichende Längengenauigkeit aufweisen. Vorzugsweise können Ultraschallsensoren verwendet werden, die eine Auflösung von mindestens 1 cm, weiterhin bevorzugt 0,5 cm und des Weiteren bevorzugt 0, 1 cm aufweisen. Mittels dieser Auflösungen lassen sich hinreichend genau die Beladungszustände von Fahrzeugen ermitteln.
Im Schritt a) erfolgt die Detektion des Abstandes R₀ eines Fahrzeugteils im ruhenden Zustand zu einem ortsstationären Objekt mittels des mindestens einen Ultraschallsensors. Das Verfahren erfolgt also in einem ruhenden Zustand des Fahrzeuges. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug ortsfest steht und insbesondere nicht in Bewegung ist. Dies kann beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug in einer Parkposition der Fall sein. Die über den Ultraschallsensor gemessene Strecke von einem Fahrzeugteil zum ortsstationären Objekt wird als Ausgangspunkt zur Charakterisierung der Beladung des Fahrzeuges verwendet. Der Ultraschallsensor kann dabei sowohl an beweglichen wie auch fixen Fahrzeugteilen befestigt sein. Bewegliche Fahrzeugteile sind beispielsweise Fahrer- und Beifahrertür oder aber auch die Heckklappe des Fahrzeuges. Ein fixes Fahrzeugteil ist beispielsweise der Unterboden oder das Dach eines Fahrzeuges. Ortsstationäre Objekte im Sinne der Erfindung sind beispielsweise der Boden auf dem das Fahrzeug steht, die Decke einer Garage oder deren Seitenwände. Es können aber auch andere ortsstationäre Objekte als Fixpunkte verwendet werden, solange diese während der Messungen ihre Position im Raum nicht ändern. Bei beweglichen Fahrzeugteilen erfolgt die Detektion des Abstandes R₀ sinnvollerweise nachdem das bewegliche Fahrzeugteil eine Endposition erreicht hat. Dies kann beispielsweise bei Heckklappen dann der Fall sein, wenn die Heckklappe ihre Endposition erreicht hat und sich nicht mehr bewegt. Die Detektion des Abstandes kann dabei einmalig erfolgen oder aber die Messung kann mehrmals hintereinander wiederholt und zur Bestimmung des Abstandes ein Mittelwert der Messwerte genommen werden.
Im Schritt b) wird das Be-/Entladen des Fahrzeuges unter Detektion des aktuellen Abstandes R_i des Ultraschallsensors zum ortsstationären Objekt verfolgt. Durch die Veränderung der Zuladung des Fahrzeuges, entweder durch Erhöhung des Gewichtes durch eine Zuladung oder durch eine Verringerung des Gewichtes durch eine Entladung des Fahrzeuges, wird der Abstand R_i des am Fahrzeug befestigten Ultraschallsensors zum ortsstationären Objekt verändert. Die Detektion des aktuellen Abstandes kann dabei sowohl durch eine Einzelmessung des Sensors nach der Zu- oder Entladung oder aber durch eine kontinuierliche Messung des Abstandes erfolgen. Im letzteren Fall werden diejenigen Abstandsdaten zur Berechnung verwendet, welche sich im Falle eines Gleichgewichtes ergeben, also insbesondere in den Fällen, in denen der Messwert R_i konstant ist. Es ist aber auch möglich, nicht nur Einzelwerte zur Berechnung zu verwenden, sondern Mittelwerte über 3, 5 oder zehn Messungen im stationären Zustand.
Im Schritt c) wird die Berechnung der Abstandsänderung ΔR aus der Differenz zwischen dem Abstand R₀ und dem Abstand R_i durchgeführt. Die Änderungen des Abstandes, also die Differenz zwischen Ausgangs- und Endzustand, sind dabei umso größer, je höher die Gewichtsdifferenz zwischen den einzelnen Zuständen ist.
Im Schritt d) erfolgt die Berechnung des Beladungszustandes B des Fahrzeuges anhand der Abstandsänderung ΔR und gegebenenfalls einer fahrzeugabhängigen Variable. Die Abstandsänderung ist dabei generell proportional zur Änderung des Fahrzeuggewichtes. Ist beispielsweise ein Ultraschallsensor am Boden eines Fahrzeuges angebracht so wird sich durch eine Erhöhung des Gewichtes durch eine Zuladung der gemessene Abstand zum Boden verringern. Die absolute Größe der Änderung des Abstandes ist dabei eine Funktion beispielsweise der Fahrzeugfederung und/oder Bereifung und bei Kenntnis dieser fahrzeugspezifischen Konstanten lassen sich über die Abstandsänderungen die erfolgte Zu- oder Entladung berechnen. Gegebenenfalls können absolute Werte durch eine Kalibrierung mit bekannten Gewichten erfolgen. Die Korrelation zwischen beiden Größen, Gewicht und beispielsweise Änderung des Federweges, können in einem Speicher des Fahrzeuges hinterlegt und zur Berechnung absoluter Größen herangezogen werden. Es ist aber auch möglich, nur aufgrund der absoluten Änderung des Abstandes eine erste Abschätzung der Zu- oder Entladung zu geben, beispielsweise in der Form, dass bei Abstandsänderungen von größer oder gleich X Zentimeter die zulässige Zuladung des Fahrzeuges überschritten ist.
Innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Detektion des aktuellen Abstandes R_i des Ultraschallsensors zum ortsstationären Objekt im ruhenden Zustand des Fahrzeuges kontinuierlich erfolgen. Insbesondere durch eine kontinuierliche Messung des Abstandes lässt sich eine bessere Statistik des gesamten Prozesses erhalten und insofern erhält man verlässlichere Werte über den Fahrzeugzustand. Weiterhin kann eine kontinuierliche Messung dazu beitragen, weitere Informationen über die Art der Zuladung zu erhalten. Ergeben sich beispielsweise mehrere Plateauwerte im Bereich des aktuellen Abstandes, so kann darauf geschlossen werden, dass mehrere Objekte zugeladen wurden. Diese Information ist insbesondere dann wertvoll, wenn beispielsweise durch die Verwendung mehrerer Sensoren ermittelt wurde, dass eine ungleichmäßige Beladung des Fahrzeuges erfolgte. In diesem Fall kann der Fahrer dazu aufgefordert werden zu prüfen, ob eine gleichmäßigere Verteilung des Gewichtes erfolgen kann.
Innerhalb einer zusätzlichen Ausführungsform des Verfahrens kann der mindestens eine Ultraschallsensor an einem beweglichen Fahrzeugteil angeordnet sein. Die Anordnung des Ultraschallsensors an einem beweglichen Fahrzeugteil, wie beispielsweise einer Heckklappe kann vorteilhaft sein, da in diesen Fällen eine bessere zeitliche Zuordnung des Be- oder Entladevorgangs möglich ist. So kann das erfindungsgemäße Verfahren dann gestartet werden, wenn die Elektronik der Heckklappe gestartet wird und die Messung des Abstandes im Grundzustand kann dann erfolgen, wenn der Abstand des Ultraschallsensors an der Heckklappe zum ortsfesten Gegenstand, beispielsweise einer Garagendecke, einen konstanten Wert erreicht.
Gemäß einer weiteren Charakteristik des Verfahrens können zur Beladungserkennung Ultraschallsensoren genutzt werden, welche gleichzeitig zum Kollisions- oder Einklemmschutz der beweglichen Fahrzeugteile genutzt werden. Zur Verringerung der Komplexität der elektrischen Fahrzeugsysteme und zur Einsparung von Sensoren hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, für das erfindungsgemäße Verfahren auf Ultraschallsensoren zurückzugreifen, welche in beweglichen Fahrzeugteilen wie Türen oder Heckklappen angeordnet sind. Diese Sensoren werden üblicherweise als Einklemmschutz oder Kontaktschutz für die beweglichen Teile benutzt. Im Rahmen der Erfindung können dieselben Sensoren eine Doppelfunktion ausführen und gleichzeitig zur wiederholten Abstandsmessung herangezogen werden.
In einem zusätzlichen Aspekt des Verfahrens können mindestens zwei voneinander beabstandete Ultraschallsensoren zur Beladungserkennung genutzt werden. Durch die Verwendung mehrerer voneinander beanstandeter Ultraschallsensoren lassen sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine bessere Ortsauflösung für den Ort der Be- oder Entladung erhalten. Weiterhin kann durch die Verwendung mehrerer Sensoren die Statistik des Verfahrens verbessert werden, indem beispielsweise über die Abstandsänderung der einzelnen Sensoren gemittelt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens können basierend auf dem ermittelten Beladungszustand des Fahrzeuges über ein Fahrunterstützungssystem Fahrzeugeinstellungen geändert und/oder Handlungsanweisungen an einen Fahrer ausgegeben werden. Es hat sich weiterhin als sinnvoll erwiesen, dass der ermittelte Beladungszustand nicht nur passiv in einen Speicher abgelegt, sondern auf Basis der Auswertung weitergehende Maßnahmen empfohlen oder aber auch ergriffen werden. Zu der Optimierung der Fahrzeugeinstellungen können alle diejenigen Maßnahmen beitragen, welche man üblicherweise als Funktion des Gesamtgewichtes des Fahrzeuges anpasst. Die Maßnahmen können dabei sowohl das gesamte als auch nur einzelne Achsen oder aber auch nur einzelne Achshälften des Fahrzeuges betreffen. Insgesamt kann das Fahrzeug trotz der erfolgten Zuladung für einen zukünftigen Fahrbetrieb besser stabilisiert werden. Alternativ ist es möglich, dass beispielsweise der Fahrer über ein Display angezeigt bekommt, dass er die Zuladung des Fahrzeuges verringern oder aber, dass er die Gewichtsverteilung der Zuladung im Fahrzeug ändern soll.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform des Verfahrens können die Daten zweier Ultraschallsensoren an gegenüberliegenden Fahrzeugseiten zur Auswertung herangezogen und auf Basis der Abstandsänderung des jeweiligen Sensors in einem weiteren Schritt vor einer ungleichmäßigen Beladung des Fahrzeugs gewarnt werden. Wird beispielsweise ein Sensor am rechten und ein anderer Sensor am linken Ende einer Heckklappe angebracht, so ergeben sich bei einer einseitigen Beladung des Fahrzeuges für beide Sensoren unterschiedliche Abstandsänderungen. Aus der Differenz der Abstandsänderung des jeweiligen Sensors lassen sich dann Aussagen darüber treffen, ob eine zusätzliche Beladung beispielsweise in der Mitte des Fahrzeuges (beide Abstandsänderung in derselben Größenordnung) oder ob die zusätzliche Beladung in der linken oder rechten Hälfte des Fahrzeuges stattgefunden hat. Im letzteren Fall ergeben sich für beide Sensoren unterschiedliche Abstandsänderungen. Insgesamt kann dieses Verfahren zu einer Erhöhung der Fahrsicherheit beitragen, da bei einer extrem unterschiedlichen Ladung das Fahrverhalten des Fahrzeugs sich extrem ändern kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann in einem weiteren Schritt e) der Beladungszustand B des Fahrzeuges in einem Speicher abgelegt werden. Der Beladungszustand B des Fahrzeuges kann dabei durch jedwede Größe ausgedrückt werden, welche proportional zum Beladungszustand des Fahrzeuges ist. Dies kann beispielsweise der Messwert der Abstandsänderung sein oder aber auch schon ein weiterer prozessierter Wert, beispielsweise der in Kilogramm Zuladung umgerechnete Wert. Der Beladungszustand kann aber auch rein qualitativ abgespeichert werden, beispielsweise in Form eines Zustandes „ungeladen“ oder „beladen“ oder „überladen“. Als Speicher kommt beispielsweise der Zentralspeicher des Fahrzeuges in Frage. Es ist aber auch möglich, dass ein externer Speicher in Form eines Smart-Phones oder einer -Watch benutzt wird. Dies kann vorteilhafterweise dazu beitragen, den aktuellen Beladungszustand auch nach Abschalten der Fahrzeugelektronik und Neustart des Fahrzeugs für weitere Be-/Entladeoperationen bereitzustellen.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Fahrunterstützungssystem zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Fahrzeuges mindestens aufweisend einen Ultraschallsensor, eine Auswerte-, eine Speicher- sowie eine Ausgabeeinheit, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist mittels des mindestens einen Ultraschallsensors einen Abstand R₀ eines Fahrzeugteils im ruhenden Zustand zu einem ortsstationären Objekt zu detektieren, den aktuellen Abstand R_i des Ultraschallsensors zu einem ortsstationären Objekt nach oder während eines Be-/Entladevorgangs zu detektieren, eine Abstandsänderung ΔR aus der Differenz zwischen dem Abstand im Zustand R₀ und dem Abstand im Zustand R_i, zu berechnen und den Beladungszustand B des Fahrzeuges anhand der Abstandsänderung ΔR und gegebenenfalls einer oder mehrerer fahrzeugabhängiger Variablen zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Integration in ein Fahrunterstützungssystem, welches wahlweise autonom oder aber über grafische oder akustische Anweisungen an einen Fahrer mögliche Gefahrenpotenziale bezüglich einer falsche Zuladung des Fahrzeuges verhindert oder verringert. Mögliche Ausgabeeinheiten können optische oder akustische Ausgabeeinheiten sein, welche entweder separat vom Fahrunterstützungssystem oder über schon vorhandene Systeme des Fahrzeuges zur Verfügung gestellt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Fahrunterstützungssystem zudem dazu ausgelegt sein, den Beladungszustand B des Fahrzeuges in einem Speicher abzulegen.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des Fahrunterstützungssystems kann in einem weiteren Schritt e) der Beladungszustand B des Fahrzeuges in einem Speicher abgelegt, der Fahrer über den Beladungszustand informiert und weitere Handlungsvorschläge unterbreitet werden. Das Fahrunterstützungssystem kann also entweder eigenständig in die Mechanik oder Elektrik des Fahrzeuges eingreifen, oder aber den Fahrer dazu anhalten, dies sofort oder bei nächster Gelegenheit selbst zu tun. Es ist aber auch möglich, dass das System den Fahrer nur darüber informiert, dass die Zuladung des Fahrzeuges in Ordnung ist.
Innerhalb eine weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Fahrunterstützungssystems können die weiteren Handlungsvorschläge aus der Gruppe bestehend aus Änderung der Federung, Änderung der Bodenfreiheit, Änderung des Reifendrucks, Änderung des Beladungsschemas, Verringerung der Beladung des Fahrzeuges oder Kombinationen daraus ausgewählt sein.
Das Fahrunterstützungssystem kann dabei als Funktion des berechneten Zustandes entweder ein oder ein Bündel von Maßnahmen vorschlagen, welche zu einer risikoloseren Beladung des Fahrzeuges beitragen können. Es ist aber auch erfindungsgemäß, dass das Fahrunterstützungssystem einzelne Maßnahmen am Fahrzeug selber durchführt und/oder den Fahrer veranlasst eine oder mehrere Maßnahmen selber durchzuführen.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Fahrunterstützungssystem. Das erfindungsgemäße Fahrunterstützungssystem eignet sich insbesondere zu einem Einbau in ein Kraftfahrzeug, da für diese Fahrzeugklasse große Zuladungen möglich sind, welche die Fahrphysik des Fahrzeuges stark beeinflussen können. Es ergibt sich ein deutlicher Sicherheitsgewinn.
Gemäß einer weiteren Charakteristik kann das Kraftfahrzeug eine bewegliche Heckklappe mit mindestens einen Ultraschallsensor aufweisen. Für die Vorteile dieser Ausgestaltung wird auf die Ausführungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Fahrunterstützungssystems wie auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform kann das Kraftfahrzeug jeweils einen Ultraschallsensor an der Fahrer- und an der Beifahrertür aufweisen. Für die Vorteile dieser Ausgestaltung wird auf die Ausführungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Fahrunterstützungssystems wie auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform kann das Kraftfahrzeug mindestens einen Ultraschallsensor an einem beweglichen Fahrzeugteil und mindestens einen Ultraschallsensor an einem nicht beweglichen Fahrzeugteil aufweisen. Die Nutzung zweier unterschiedlicher Ultraschallsensoren an zwei unterschiedlichen Fahrzeugteilen kann insbesondere für Kraftfahrzeuge von Vorteil sein, da über die unterschiedlichen Anbringungsorte jeweils unterschiedliche Beiträge der beweglichen und nicht beweglichen Karosserieteile ermittelt werden können. Auf diese Art und Weise lassen sich Abstandsmittelwerte erhalten, welche signifikantere Aussagen über den Beladungszustand ermöglichen und deutlich weniger fehleranfällig sind.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und verdeutlicht. Einzelne Merkmale, die in den Ausführungsformen offenbart sind, können allein oder in Kombination einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bilden. Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können von einer Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform übertragen werden. Ebenso sollen mögliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenso für mögliche erfindungsgemäße Fahrunterstützungssysteme und Kraftfahrzeuge mit diesen Systemen als offenbart gelten und umgekehrt.
Es zeigen schematisch die:

1 eine mögliche Sensoranordnung für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zwei Sensoren (3) sind an den Türen (2) eines PKWs (1) angebracht;
2 eine mögliche Sensoranordnung für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Sensor (3) ist in der Heckklappe (2) eines PKWs (1) angebracht; und
3 eine mögliche Sensoranordnung für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Sensor (3) ist in der Heckklappe (2) eines PKWs (1) angebracht.

Die 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer Sensoranordnung an einem Kraftfahrzeug (1). Dargestellt ist die Frontansicht eines PKW (1), welcher über zwei Flügeltüren (2) als Fahrer- und Beifahrertür verfügt. An beiden Flügeltüren ist an der Innenseite jeweils ein Ultraschallsensor (3) angebracht, welcher unter anderem als Einklemmschutz Verwendung finden kann. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Ultraschallsensor (3) bei geöffneten Flügeltüren als Sensor zur Messung des Abstandes Ultraschallsensor (3) - ortsfestes Objekt (Boden (5)) benutzt. Dieser Abstand (4) definiert bei geöffneten Flügeltüren (2) den Abstandswert R₀. Durch eine Beladung des Pkw verringert sich der Abstand (4) zwischen Boden (5) und Ultraschallsensor (3), da beispielsweise die Federung durch die Belastung weiter zusammengestaucht wird. Die Abstandsänderung ist dabei proportional zur Zuladung. Es ist möglich, die Abstandsänderung eines jeden Ultraschallsensors (3) für sich zu betrachten oder aber einen Mittelwert der Abstandsänderungen beider Ultraschallsensoren (3) zur Berechnung der Gesamtabstandsänderung zu verwenden. Durch die Verwendung zweier Einzelwerte lässt sich gegebenenfalls eine ungleichmäßige Beladung des Pkw (1) bestimmen. Beispielsweise ergibt sich bei einer asymmetrischen Zuladung auf der rechten Seite eine Abnahme des Abstandes des rechten Ultraschallsensors (3) zum Boden (5), während der Abstand am linken Ultraschallsensor (3) konstant bleibt oder sich sogar vergrößert. Auf diese Art und Weise lassen sich asymmetrische Beladungen des Pkw (1) detektieren.
Die 2 zeigt eine weitere mögliche Sensoranordnung eines Pkw (1). In dieser Ausgestaltung ist ein Ultraschallsensor (3) an einer beweglichen Heckklappe (2) des Pkw (1) angebracht. Von dem Ultraschallsensor (3) wird der Abstand zu einem ortsfesten Objekt (5), in diesem Fall beispielsweise eine Garagendecke (5), gemessen. Der Abstand R₀ ergibt sich aus dem Abstand zwischen Ultraschallsensor (3) und der Garagendecke (5). Der Kegel des Ultraschallsensors ist in dieser Figur mit dem Bezugszeichen (4) versehen. Im Zuge einer Beladung senkt sich die Karosserie des Pkw (1) etwas ab, welches in einer Vergrößerung des Abstandes des Ultraschallsensors (3) zur Garagendecke (5) resultiert. Aus der absoluten Änderung des Abstandes zwischen Ultraschallsensor (3) und Garagendecke (5) lässt sich die Größe der Gewichtszunahme des Pkw (1) berechnen. Die Gewichtszunahme durch die Beladung kann in einem Fahrunterstützungssystem zwischengespeichert und auf Basis der ermittelten Werte können weitere Handlungsanweisungen an den Fahrer ausgegeben oder Maßnahmen zur Veränderung der Fahrdynamik des Fahrzeuges autonom eingeleitet werden.
In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung einer möglichen Sensoranordnung widergegeben. Dieses Beispiel zeigt das Heck eines PKW (1), wobei der Ultraschallsensor (3) an der beweglichen Heckklappe (2) des Pkw (1) angebracht ist. Der Ultraschallsensor (3) ist an der Innenseite der beweglichen Heckklappe (2) angebracht und die Abstandsmessung zum ortsfesten Objekt erfolgt in diesem Fall zum Boden (5). Über den Messkegel (4) des Ultraschallsensors (3) wird der Abstand zwischen geöffneter Heckklappe (2) und Boden (5) bestimmt. Erfolgt eine Zu- oder Entladung des Pkw (1) ändert sich der Abstand zwischen Ultraschallsensor (3) und Boden (5) und auf Basis der absoluten Änderung des Abstandes lässt sich die Zu- oder Abnahme des Fahrzeuggewichtes ermitteln. Auf Basis der ermittelten Zu- oder Abnahme des Fahrzeuggewichtes können über ein Fahrunterstützungssystem weitere Maßnahmen empfohlen oder eingeleitet werden, welche einer Fehlbeladung des Pkw (1) entgegenwirken.
Bezugszeichenliste

Fahrzeug	1
Bewegliches Fahrzeugteil (Fahrzeugtür, Heckklappe)	2
Ultraschallsensor(en)	3
Ultraschall Messstrecke	4
Ortsstationäres Objekt (Boden/Decke)	5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007023069 A1 [0005]
DE 102010031464 [0006]
EP 2951376 B1 [0008]
DE 102013018839 A1 [0009]
DE 102010038705 A1 [0010]

Claims

Verfahren zur Erkennung des Beladungszustandes eines Fahrzeuges (1) mittels mindestens eines Ultraschallsensors (3), mindestens umfassend die Schritte: a) Detektion des Abstandes R₀ eines Fahrzeugteils (2) im ruhenden Zustand zu einem ortsstationären Objekt (5) mittels des mindestens einen Ultraschallsensors (3); b) Detektion des aktuellen Abstandes R_i des Ultraschallsensors (3) zum ortsstationären Objekt (5) während eines Be-/Entladevorgang des Fahrzeuges (1), c) Berechnung der Abstandsänderung ΔR aus der Differenz zwischen dem Abstand R₀ und dem Abstand R_i, d) Berechnung des Beladungszustandes B des Fahrzeuges (1) anhand der Abstandsänderung ΔR und gegebenenfalls einer fahrzeugabhängigen Variable.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Detektion des aktuellen Abstandes R_i des Ultraschallsensors (3) zum ortsstationären Objekt (5) im ruhenden Zustand des Fahrzeuges (1) kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Ultraschallsensor (3) an einem beweglichen Fahrzeugteil (2) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur Beladungserkennung Ultraschallsensoren (3) genutzt werden, welche gleichzeitig zum Kollisions- oder Einklemmschutz der beweglichen Fahrzeugteile (2) genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei voneinander beabstandete Ultraschallsensoren (3) zur Beladungserkennung genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei basierend auf dem ermittelten Beladungszustand des Fahrzeuges (1) über ein Fahrunterstützungssystem Fahrzeugeinstellungen geändert und/oder Handlungsanweisungen an einen Fahrer ausgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Daten zweier Ultraschallsensoren (3) an gegenüberliegenden Fahrzeugseiten zur Auswertung herangezogen werden und auf Basis der Abstandsänderung des jeweiligen Sensors (3) in einem weiteren Schritt vor einer ungleichmäßigen Beladung des Fahrzeugs (1) gewarnt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem weiteren Schritt e) der Beladungszustand B des Fahrzeuges (1) in einem Speicher abgelegt wird.
Fahrunterstützungssystem zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Fahrzeuges (1) mindestens aufweisend einen Ultraschallsensor (3), eine Auswerte-, eine Speicher- sowie eine Ausgabeeinheit, wobei das Fahrunterstützungssystem ausgeführt ist mittels des mindestens einen Ultraschallsensors (3) einen Abstand R₀ eines Fahrzeugteils (2) im ruhenden Zustand zu einem ortsstationären Objekt (5) zu detektieren, den aktuellen Abstand R_i des Ultraschallsensors (3) zu einem ortsstationären Objekt (5) nach oder während eines Be-/Entladevorgangs zu detektieren, eine Abstandsänderung ΔR aus der Differenz zwischen dem Abstand im Zustand R₀ und dem Abstand im Zustand R_i, zu berechnen und den Beladungszustand B des Fahrzeuges (1) anhand der Abstandsänderung ΔR und gegebenenfalls einer oder mehrerer fahrzeugabhängiger Variablen zu ermitteln.
Fahrunterstützungssystem nach Anspruch 9, wobei in einem weiteren Schritt e) der Beladungszustand B des Fahrzeuges (1) in einem Speicher abgelegt, der Fahrer über den Beladungszustand informiert und weitere Handlungsvorschläge unterbreitet werden.
Fahrunterstützungssystem nach Anspruch 10, wobei die weiteren Handlungsvorschläge ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Änderung der Federung, Änderung der Bodenfreiheit, Änderung des Reifendrucks, Änderung des Beladungsschemas, Verringerung der Beladung des Fahrzeuges oder Kombinationen daraus.
Kraftfahrzeug mit einem Fahrunterstützungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, wobei das Kraftfahrzeug (1) eine bewegliche Heckklappe (2) mit mindestens einen Ultraschallsensor (3) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Fahrzeug jeweils einen Ultraschallsensor (3) an der Fahrer- und an der Beifahrertür (2) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Fahrzeug mindestens einen Ultraschallsensor (3) an einem beweglichen Fahrzeugteil (2) und mindestens einen Ultraschallsensor (3) an einem nicht beweglichen Fahrzeugteil aufweist.