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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Niederschlagsmenge.
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Stand der Technik
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Eine Niederschlagsmenge kann unter Verwendung von stationären Regenmessern gemessen werden. Die so gewonnenen Messwerte sind lokal gültig und können für eine flächendeckende Schätzung verwendet werden.
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Ein Fahrzeug mit einem Regensensor kann einen Scheibenwischer in Abhängigkeit von einer Niederschlagsintensität aktivieren. Aus der Niederschlagsintensität kann eine Niederschlagsmenge nur als Schätzung abgeleitet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Bestimmen einer Niederschlagsmenge, eine entsprechende Vorrichtung, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Anzahl von auf einer bekannten Fläche auftreffenden Tropfen unter Verwendung eines Ultraschallsensorsystems eines Fahrzeugs zu zählen und daraus eine Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit zu integrieren. Die einzelnen Tropfen können gut von an Objekten zurückgeworfenen Echos unterschieden werden, da ein Objekt über mehrere Messzyklen in einer näherungsweise gleichbleibenden Entfernung erfasst werden kann, während Tropfen statistisch verteilt fallen und Regelmäßigkeiten in einem Tropfenmuster nur zufällig und selten auftreten.
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Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Niederschlagsmenge vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass an zumindest einem im Wesentlichen in einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs ausgerichteten Ultraschallsensor eines Ultraschallsensorsystems des Fahrzeugs registrierte Tropfenereignisse gezählt werden, um die Niederschlagsmenge zu quantifizieren, wobei ferner zumindest ein an einem anders ausgerichteten Ultraschallsensor (106) erfasster Rauschpegel ausgewertet wird, um die Niederschlagsmenge zu plausibilisieren.
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Alternativ wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Straßenzustands vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein im Bereich eines Rads des Fahrzeugs erfasster Rauschpegel ausgewertet wird, um den Straßenzustand zu ermitteln, wobei ferner an zumindest einem im Wesentlichen in einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs ausgerichteten Ultraschallsensor eines Ultraschallsensorsystems des Fahrzeugs registrierte Tropfenereignisse gezählt werden, um über eine erfasste Niederschlagsmenge den Straßenzustand zu plausibilisieren.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Eine Niederschlagsmenge kann beispielsweise als Volumen pro Fläche pro Zeiteinheit, also beispielsweise als Liter pro Quadratmeter pro Minute bestimmt werden. Die Einheiten können dabei über bekannte Faktoren umgerechnet werden. Im Gegensatz dazu kann eine Niederschlagsintensität in Kategorien, wie beispielsweise leicht, mäßig, stark oder sehr stark eingeteilt werden, wobei jede Kategorie einen Wertebereich von Niederschlagsmengen umfasst.
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Ein Tropfenereignis kann registriert werden, wenn ein Flüssigkeitstropfen mit einer Aufprallenergie größer als eine Empfindlichkeitsschwelle auf oder neben einen Ultraschallsensor trifft und diesen zum Schwingen anregt. Das Tropfenereignis wird in einem Empfangssignal des Ultraschallsensors abgebildet und kann in dem Empfangssignal erkannt und registriert werden. Da der Flüssigkeitstropfen seine Aufprallenergie innerhalb eines extrem kurzen Zeitraums abgibt, wird der Ultraschallsensor zu einer Schwingung mit einer Frequenz nahe seiner Resonanzfrequenz angeregt. Das Tropfenereignis wird insbesondere dann, wenn der Flüssigkeitstropfen direkt auf eine Sensorfläche des Ultraschallsensors trifft, mit einer hohen Intensität im Empfangssignal abgebildet.
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Ein Volumen eines Regentropfens, der als Tropfenereignis registriert werden kann, variiert um einen bekannten Mittelwert. Durch ein Aufaddieren des Volumens der registrierten Regentropfen kann die Niederschlagsmenge quantifiziert werden.
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Ein Straßenzustand kann abbilden, ob eine Fahrbahnoberfläche trocken, nass oder überflutet ist. Wenn Niederschlag erfasst wird, ist mit einer hohen Wahrscheinlichkeit die Fahrbahnoberfläche nass. Wenn eine große Niederschlagsmenge erfasst wird, kann die Fahrbahnoberfläche überflutet sein. Die Nässe und auch eine Überflutung erhöht ein Hintergrundgeräusch bei fahrendem Fahrzeug in charakteristischer Weise. Das Hintergrundgeräusch wird durch einen Rauschpegel abgebildet. Bei Nässe steigt der Rauschpegel signifikant. Unter Verwendung des Rauschpegels kann bestimmt werden, wie viel Flüssigkeit auf der Fahrbahnoberfläche ist. Wenn die Tropfenereignisse eine große Niederschlagsmenge anzeigen, sollte auch zeitnah das Hintergrundgeräusch laut sein. Bleibt das Hintergrundgeräusch jedoch leise, so deutet das auf eine trockene Fahrbahnoberfläche hin und die Niederschlagsmenge kann aufgrund von falsch erkannten Tropfenereignissen falsch bestimmt worden sein.
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Der Rauschpegel kann insbesondere in der Nähe von Rädern des Fahrzeugs erfasst werden, da dort ein Abrollgeräusch besonders gut erfasst werden kann. Generell kann auch an den nach hinten gerichteten nicht in der Nähe der Räder befindlichen Sensoren der erfasste Rauschpegel ausgewertet werden um damit die Niederschlagsmenge zu plausibilisieren.
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Umgekehrt kann Nässe auf der Fahrbahnoberfläche als wahrscheinlich angenommen werden, wenn eine entsprechende Niederschlagsmenge registriert wird.
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Ferner kann ein Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche im Bereich des Fahrzeugs abbildendes diffuses Bodenecho ausgewertet werden, um die Niederschlagsmenge auf der Fahrbahnoberfläche zu erfassen. Ein diffuses Bodenecho kann an Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche in einem Nahfeld eines Ultraschallsensors zurückgeworfen werden. Das diffuse Bodenecho kann umso stärker sein, je größer die Unebenheiten sind. Eine Intensität des diffusen Bodenechos kann mit zunehmender Laufzeit beziehungsweise Entfernung abnehmen, bis ein durch den Rauschpegel abgebildetes Hintergrundgeräusch lauter als das Bodenecho ist. Eine durchschnittliche Intensität des diffusen Bodenechos kann in einem Zahlenwert abgebildet werden. Der Zahlenwert kann als Clutterwert bezeichnet werden. Wenn die Fahrbahnoberfläche nass wird, laufen Vertiefungen in der Fahrbahnoberfläche voll Flüssigkeit. Die Unebenheiten werden dadurch geringer und das Bodenecho schwächer. Wenn die Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche unter einem Flüssigkeitsspiegel verschwinden, ist das Bodenecho sehr klein. Unter Verwendung des Bodenechos kann also eine Aussage über Nässe auf der Fahrbahnoberfläche getroffen werden. Analog zu dem bei Nässe ansteigenden Hintergrundgeräusch kann eine hohe Niederschlagsmenge durch das verringerte diffuse Bodenecho plausibilisiert werden.
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Es können Tropfenereignisse von auf den Ultraschallsensor treffenden Tropfen und Tropfenereignisse von neben dem Ultraschallsensor auf das Fahrzeug treffende Tropfen gezählt werden. Direkt auf den Ultraschallsensor treffende Tropfen erzeugen Tropfenereignisse mit einer hohen Intensität. Tropfen, die in der Nähe des Ultraschallsensors auf dem Fahrzeug auftreffen erzeugen Tropfenereignisse mit geringerer Intensität. Durch das Zählen der Tropfenereignisse neben dem Ultraschallsensor wird eine Trefferfläche wesentlich erhöht und pro Zeiteinheit können bei gleicher Niederschlagsintensität mehr Tropfenereignisse gezählt werden. Durch die vergrößerte Trefferfläche kann eine Auflösung bei der Bestimmung der Niederschlagsmenge erhöht werden. Mit andere Worten kann ein Gesamtbild des Empfangssignals ausgewertet werden.
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Eine Intensität der Tropfenereignisse kann ausgewertet werden, um eine Größe der Tropfen zu unterscheiden und die Niederschlagsmenge zu quantifizieren. Ein großer Tropfen kann ein Tropfenereignis mit großer Intensität verursachen. Ein kleiner Tropfen kann ein Tropfenereignis mit geringer Intensität verursachen. Durch das Auswerten der Größe der Tropfen kann die Niederschlagsmenge mit einer vergrößerten Genauigkeit bestimmt werden.
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Ferner kann eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs ausgewertet werden, um die Intensität zu bestimmen. Bei einer hohen Geschwindigkeit kann die Intensität eines Tropfenereignisses bei gleicher Tropfengröße höher sein, als bei einer niedrigen Geschwindigkeit. Dabei sind die Intensitäten aller Tropfenereignisse bei der hohen Geschwindigkeit näherungsweise um den gleichen Betrag höher, als bei der niedrigen Geschwindigkeit. Der Betrag kann unter Verwendung der Geschwindigkeit verrechnet werden, um auf die Größe der Tropfen schließen zu können.
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Zeitgleich an zumindest zwei Ultraschallsensoren des Ultraschallsensorsystems erfasste Tropfenereignisse können ignoriert werden. Da Tropfen statistisch verteilt auftreten, ist es extrem unwahrscheinlich, dass zwei Tropfen gleichzeitig je ein Tropfenereignis verursachen. Zeitgleiche Tropfenereignisse können als störende Einkopplungen in das Ultraschallsensorsystem ignoriert werden.
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Tropfenereignisse an einem Ultraschallsensor können ignoriert werden, wenn ein anderes Fahrzeug in einem geringeren Abstand als ein Mindestabstand von dem Ultraschallsensor entfernt ist. Wenn ein anderes Fahrzeug mit einem geringeren Abstand als ein Mindestabstand von dem Ultraschallsensor erkannt wird, können auch von dem anderen Fahrzeug verursachte Tropfen auf den Ultraschallsensor treffen und/oder die Fahrgeräusche des anderen Fahrzeugs die Bestimmung der Niederschlagsmenge stören. Durch das Ignorieren können Fehlmessungen vermieden werden. Das andere Fahrzeug kann durch das Ultraschallsensorsystem erkannt werden. Alternativ oder ergänzend kann das andere Fahrzeug durch ein anderes Erfassungssystem des Fahrzeugs erfasst werden.
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Ein Zusammenhang zwischen der Niederschlagsmenge und einem unter Verwendung des Rauschpegels bestimmten Straßenzustand kann ortsbezogen gespeichert werden. Der Zusammenhang kann in einer Karte hinterlegt werden. Basierend auf der Karte kann erkannt werden, an welchen Orten eine bestimmte Niederschlagsmenge zu überdurchschnittlich viel Wasser auf der Straßenoberfläche führt, dort also eine erhöhte Gefahr für Aquaplaning besteht. Der Zusammenhang kann für andere Fahrzeuge verfügbar gemacht werden.
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Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.
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Die Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale der Vorrichtung und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der Figur gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 102 ist mit einem Ultraschallsensorsystem 104 mit Ultraschallsensoren 106 in unterschiedlichen Ausrichtungen an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs 100 verbunden. Hier weist das Ultraschallsensorsystem 104 zwölf Ultraschallsensoren 106 auf. Je sechs Ultraschallsensoren 106 sind an Front und Heck des Fahrzeugs 100 angeordnet. Die Ultraschallsensoren 106 sind nach vorne beziehungsweise hinten, nach schräg vorne beziehungsweise schräg hinten und zur Seite ausgerichtet.
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Ultraschall eines Ultraschallsensors 106 wird an innerhalb eines Erfassungsbereichs des Ultraschallsensors 106 angeordneten Objekten reflektiert und von den Objekten als Echos zu dem Ultraschallsensor 106 zurück geworfen. Am Ultraschallsensor regen die Echos eine Sensorfläche zum Schwingen an. Umgebungsgeräusche 107 regen die Sensorfläche ebenfalls zum Schwingen an. Ein Zeitschrieb einer Schwingungsamplitude der Schwingung wird als Empfangssignal 108 des Ultraschallsensors 106 an die Vorrichtung 102 gesendet. Dabei weisen die Echos mit zunehmender Entfernung eines Objekts von dem Ultraschallsensor 106 eine abnehmende Intensität auf und regen die Sensorfläche zu einer schwächeren Schwingung an. Wenn ein Echo leiser als die Umgebungsgeräusche 107 ist, kann es nicht mehr von den Umgebungsgeräuschen 107 unterschieden werden.
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Wenn das Fahrzeug 100 im Regen fährt, treffen Regentropfen 110 auf in einer Fahrtrichtung 112 des Fahrzeugs 100 ausgerichtete Flächen des Fahrzeugs 100 und die im Wesentlichen in der Fahrtrichtung 112 ausgerichteten Ultraschallsensoren 106. Hier fährt das Fahrzeug 100 nach vorne. Die Regentropfen 110 treffen deshalb auf die nach vorne und die schräg nach vorne ausgerichteten Ultraschallsensoren 106 sowie die angrenzenden Flächen des Fahrzeugs 100.
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Wenn ein Regentropfen 110 mit einer Aufprallenergie größer als ein Schwellenwert auf die Sensorfläche eines Ultraschallsensors 106 trifft wird die Sensorfläche ebenfalls zu einer Schwingung angeregt. Diese Schwingung wird auch in dem Empfangssignal 108 abgebildet. Der Regentropfgen 110 regt die Sensorfläche zu einer Schwingung mit einer hohen Intensität an. Das Auftreffen des Regentropfens 110 wird von im Empfangssignal 108 abgebildeten Echoereignissen durch Regeln gefiltert und als Tropfenereignis 114 registriert.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden die Tropfenereignisse 114 dazu verwendet, eine Niederschlagsmenge 116 zu quantifizieren. Dazu werden die Tropfenereignisse 114 gezählt und die dadurch repräsentierte Flüssigkeitsmenge aufsummiert.
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Die Regentropfen 110 sind unterschiedlich groß aber im Wesentlichen alle gleich schnell. Unterschiedlich große Regentropfen 110 regen die Sensorfläche unterschiedlich stark zum Schwingen an. Da die Intensität der Tropfenereignisse 114 im Empfangssignal 108 abgebildet ist, kann die Größe der Regentropfen 110 bei der Quantifizierung der Niederschlagsmenge 116 berücksichtigt werden. Alternativ kann von einer Durchschnittsgröße der Regentropfen 110 ausgegangen werden.
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Die Aufprallenergie der Regentropfen 110 ist auch abhängig von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100. Dies betrifft jedoch alle Regentropfen 110 gleichermaßen und kann beim Quantifizieren der Niederschlagsmenge 116 berücksichtigt werden.
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Um das Ergebnis abzusichern wird weiterhin ein die Umgebungsgeräusche 107 ausgewertet, die pro Ultraschallsensor 106 in einem Rauschpegel 118 abgebildet werden. Der Rauschpegel 118 ist umso höher, je lauter die Umgebungsgeräusche 107 sind. Die Umgebungsgeräusche 107 bilden unter anderem einen Straßenzustand einer Straße ab, über die das Fahrzeug 100 fährt. Die Umgebungsgeräusche 107 werden lauter, wenn die Straße feucht, nass oder wasserbedeckt ist. Wenn viele Tropfenereignisse 114 gezählt werden können ist zu erwarten, dass die Straße zumindest feucht oder nass ist.
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Wenn Regentropfen 110 auf das Fahrzeug treffen, erzeugen sie ebenfalls Schwingungen. Diese Schwingungen aus einem Bereich des Fahrzeugs 100 um einen Ultraschallsensor 106 werden in die Sensorfläche eingekoppelt und regen sie zum Schwingen an. Diese Schwingungen weisen gegenüber einem direkten Treffer jedoch eine verringerte Intensität auf. Auch diese Schwingungen werden im Empfangssignal 108 abgebildet und können basierend auf den Regeln als Tropfenereignisse 114 erkannt werden. Die schwächeren Tropfenereignisse 114 werden in einem Ausführungsbeispiel mitgezählt, um die Niederschlagsmenge 116 zu bestimmen. Effektiv ergibt sich so eine vergrößerte Messfläche und eine feinere Auflösung, da in der gleichen Zeit mehr Regentropfen 110 auf die vergrößerte Messfläche treffen und gezählt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel wird ein diffuses Bodenecho 120 verwendet, um die quantifizierte Regenmenge 116 abzusichern. Das Bodenecho 120 wird pro Ultraschallsensor 106 in einem Clutterwert 122 abgebildet. Der Clutterwert 122 ist dabei umso größer, je rauer der Boden ist. Wenn es regnet sammelt sich das Wasser in den Vertiefungen des Bodens und verringert dadurch die Rauheit des Bodens. Je mehr Wasser auf dem Boden vorhanden ist, umso weiter werden die Vertiefungen gefüllt. Wenn das Wasser den Boden bedeckt wirkt die resultierende Wasseroberfläche sehr glatt gegenüber dem Boden. Durch die Auswertung kann also auf einen Wasserstand geschlossen werden. Wenn viele Tropfenereignisse 114 eine hohe Regenmenge 116 anzeigen, kann erwartet werden, dass auch der Wasserstand auf dem Boden größer wird.
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In einem Ausführungsbeispiel werden an mehreren Ultraschallsensoren 106 zeitgleich registrierte Tropfenereignisse 114 ignoriert. Mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ist eine Störung des Ultraschallsystems 104 der Auslöser von zeitgleichen Tropfenereignissen 114. Beispielsweise kann ein elektromagnetischer Impuls in das Ultraschallsystem einkoppeln und zeitgleiche Spitzenwerte im Empfangssignal 108 verursachen.
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Mit anderen Worten wird erfolgt bei dem hier vorgestellten Ansatz die Vorhersage einer Aquaplaninggefahr durch genaue Niederschlagsmessung durch Auswertung von Rausch- und Clutterpegel.
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Ein Regenschauer wird bei einer Niederschlagsmenge von 0,1 bis 0,4 mm in 10 Minuten als leicht bezeichnet. Bei einer Niederschlagsmenge von 0,4 bis 2 mm wird der Regenschauer als mäßig bezeichnet. Stark ist der Regenschauer von 2 bis 8 mm in 10 Minuten, und sehr stark ab 8 mm.
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Regen wird bei einer Niederschlagsmenge von 0,1 bis 0,5 mm in einer Stunde als leicht bezeichnet. Bei einer Niederschlagsmenge von 0,5 bis 4 mm wird der Regen als mäßig bezeichnet. Stark ist der Regen von 4 bis 10 mm in einer Stunde.
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Wetterstationen im Abstand von mehreren Kilometern können die Niederschläge messen. Die Messung erfolgt in der Regel durch die Integration einer Regenmenge über einen größeren Zeitraum.
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Es gibt auch Regensensoren zur Steuerung der Scheibenwischeraktivität. Der Regensensor misst bei starkem Regen eine sehr geringe Lichtreflexion und lässt die Wischer mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten. Sehr viele Tropfen nebeneinander zerfließen auf der Sensorfläche ineinander und bewirken, dass nicht weniger sondern mehr Licht reflektiert wird. Darum lässt sich die tatsächliche Regenmenge nur begrenzt mit den herkömmlichen Sensoren messen. Eine quantitative Messung der Niederschlagsmenge ist bei starkem Regen nicht mehr möglich.
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Regentropfen können die Abstandsmessung mit Ultraschallsystemen stören, da diese beim Auftreffen auf die Sensoroberfläche zum Teil sehr intensive Ultraschallgeräusche verursachen. Der Aufprall des Tropfens regt den Sensor dazu an, mit dessen Eigenfrequenz zu schwingen. Die Eigenfrequenz des Sensors ist so gewählt, dass diese der Arbeitsfrequenz des Sensors entspricht. Dadurch resultiert eine hohe Empfindlichkeit des Sensors für aufprallende Regentropfen. Bei stehendem Fahrzeug oder bei geringen Bewegungsgeschwindigkeiten und normalen Regen sind zwar kaum Beeinflussungen messbar, insbesondere bei Nieselregel oder Gischt scheint die Energie der Tropfen nicht auszureichen um den Sensor anzuregen. Bei größeren Geschwindigkeiten und leichtem Regen ist dies aber der Fall, allerdings auch nur bei den vorderen Sensoren (in Fahrtrichtung). Der Entwicklungsaufwand ist nicht unerheblich, die Abstandsmessung auch bei stärkerem Regen durchführen zu können, vor allem wenn sich das Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit bewegt und dadurch die Tropfen besonders schnell auf der Sensorfläche auftreffen.
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Ein Ultraschallsystem berechnet beispielsweise über ein Messfenster von 70 Millisekunden die Schallintensität. Dabei berechnet es für jede Millisekunde einen Durchschnittswert aus vorhergehenden und nachfolgenden Intensitäten (Moving Average). Ist die Schallintensität der betrachteten Millisekunde um einen kleinen Schwellwert höher als der Durchschnittswert, dann meldet der Sensor ein Objekt mit niedriger Wahrscheinlichkeit an das Ultraschallsteuergerät (Adaptive Threshold). Ist die Schallintensität außerdem um einen großen Schwellwert höher als der Durchschnittswert, dann meldet der Sensor stattdessen ein Objekt mit hoher Wahrscheinlichkeit.
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Gerade bei starkem Regen ist von Interesse, wie groß die Niederschlagsmenge genau ist, weil mit dieser Information die Vorhersage von plötzlich überspülten Straßen und damit Aquaplaning zuverlässiger gemacht werden kann.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wertet die Vorrichtung beziehungsweise das Ultraschallsteuergerät die Störgeräusche aus, die von den Regentropfen verursacht werden, um daraus die genaue Niederschlagsmenge zu berechnen. Dies kann gleichzeitig oder abwechselnd zur Objekterkennung mittels Echo-Ortung und/oder der Feuchtigkeitserkennung geschehen. Dabei werden nicht nur die False-Positive-Objekte ausgewertet sondern auch Rausch- und Clutter-Level.
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Die Regentropfen verursachen eine Erhöhung des Rauschpegels und überlagern auch das Bodenecho. Je größer der Tropfen und je größer die Aufprallgeschwindigkeit des Tropfens auf dem Sensor ist, umso größer ist die gemessene Schallintensität und Nachschwingzeit der Anregung. Die gemessene Intensität wird zur Berechnung der Tropfengröße durch die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit (Raddrehzahlsensorik) und/oder Windgeschwindigkeit (Lüfterrad) korrigiert. Das Ultraschallsteuergerät zählt wie viele, wie große Regentropfen in welcher Zeit gemessen wurden und berechnet daraus die genaue Niederschlagsmenge. Da auch entgegenkommende und vorausfahrende Fahrzeuge z.B. durch Gischt einen Einfluss auf die den Sensor treffenden Tropfen haben können, verlässt sich das Fahrzeug besonders auf Messungen, bei denen keine entgegenkommenden und vorausfahrenden Fahrzeuge im Umfeld erkannt wurden (Ultraschall-Echo-Ortung, Radar, Video oder Lidar).
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Für die Berechnung einer Gefahr für überspülten Straßen sendet das Fahrzeug die Niederschlagsmenge zusammen mit der GPS-Position an eine Cloud. Die Gefahr für eine Überspülung ist sehr von der Straße und der Umgebung abhängig. Ebenfalls mit Hilfe der Ultraschallsensorik messen die Fahrzeuge, wie hoch das Wasser auf der Straße steht und senden diese Information ebenfalls an die Cloud. Dadurch kann die Cloud lernen bei welchem Straßenabschnitt welche Niederschlagsmenge über welchen Zeitraum zu welchem Wasserstand und zu Überspülungen führt.
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EMV und Störgeräusche aus der Umgebung können zu ähnlichen Messergebnissen wie Regentropfen führen. Um diese Störungen von Regentropfen unterscheiden zu können, werden nicht nur die Signale der nach vorne gerichteten Sensoren ausgewertet. Da sich die Störungen in der Regel nicht ausschließlich auf einen einzelnen der vorderen Sensoren beschränken sondern gleichzeitig auf mehrere Sensoren gleichzeitig und auch auf die hinteren Sensoren auswirken, kann das Fahrzeug die Störungen durch das Einbeziehen aller Sensoren identifizieren. Signale, die von mehreren benachbarten Sensoren zur gleichen Zeit erfasst werden können, werden nicht als Regentropfen interpretiert. Zusätzlich kann in Umgebungen mit hohem Störungsniveau dieses über den Durchschnitt der Signale der hinteren Sensoren berechnet werden, wenn durch Messung der Windgeschwindigkeit ausgeschlossen werden kann, dass durch Rückenwind Regen auf die hinteren Sensoren getragen wird. Zur Berechnung der tatsächlichen Niederschlagsmenge wird das Störungsniveau von den Messwerten der vorderen Sensoren abgezogen. Der Rauschpegel kann durch Körperschall beeinflusst werden.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann die Niederschlagsmenge quantitativ sehr genau und über einen sehr großen Messbereich erfasst werden. Dabei können auch sehr kurzfristige Niederschlagsänderungen gut erfasst werden. Die Robustheit der Warnung vor Aquaplaning steigt.
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Die autonome Fahrt muss nicht wegen stärkeren Regens beendet werden, wenn mit Ultraschall zuverlässig die Regenmenge gemessen und Aquaplaning durch plötzlich überspülte Straßen ausgeschlossen werden kann.
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Es können mehr genaue Niederschlagsmessungen in kleineren Gebieten erhoben und dem Wetterdienst zur Verfügung gestellt werden. Mit Hilfe dieser Daten gelingt es dem Wetterdienst besser lokale Wetterereignisse wie Sommergewitter zumindest kurzfristig vorherzusagen. Eine bessere Vorhersage von lokalen Überflutungen wird möglich.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz kann das ohnehin in sehr vielen Fällen verbaute Ultraschallsystem für den Parkpiloten für die Regenerkennung verwendet werden. Es entstehen keine zusätzlichen Bauteilkosten. Die Regenintensität wird berechnet und zum Teil mit Unterstützung von Informationen aus der Cloud eine Aquaplaningwarnung generiert.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
