DE102020213492A1

DE102020213492A1 - Method and device for detecting a road surface

Info

Publication number: DE102020213492A1
Application number: DE102020213492.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Scharnowski; Simon Weissenmayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-04-28

Abstract

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung (2) vorgeschlagen, die mindestens zwei fahrzeuggebundene Ultraschallsensoren (12', 12") aufweist, die jeweils zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet sind. Die Vorrichtung (2) umfasst außerdem eine Steuereinheit (30), die zum Ansteuern der Ultraschallsensoren (12', 12") ausgebildet ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung (2) eine Recheneinheit (40), die zum Auswerten von durch die Ultraschallsensoren (12', 12") empfangenen Ultraschallsignalen hinsichtlich eines Bodenechosignals ausgebildet ist. Die Recheneinheit (40) ist ferner ausgebildet, mindestens eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche (50) abhängig von der Auswertung der Bodenechosignale zu bestimmen. Erfindungsgemäß ist jeder der Ultraschallsensoren (12', 12") einem Rad (14, 15) des Fahrzeugs zugeordnet. Die Ultraschallsensoren (12', 12") sind jeweils im Bereich des zugeordneten Rades (14, 15) derart angeordnet, dass ein erster Ultraschallsensor (12') erste Bodenechosignale von einem ersten Bereich der Fahrbahnoberfläche (50), der in Fahrtrichtung (11) vor dem zugeordneten Rad (14, 15) liegt, erfasst und dass ein zweiter Ultraschallsensor (12") zweite Bodenechosignale von einem zweiten Bereich der Fahrbahnoberfläche (50), der in Fahrtrichtung (11) hinter dem zugeordneten Rad (14, 15) liegt, erfasst. Die Auswertung der Bodenechosignale zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche (50) umfasst erfindungsgemäß einen Vergleich der ersten und zweiten Bodenechosignale.According to one aspect of the present invention, a device (2) is proposed which has at least two vehicle-mounted ultrasonic sensors (12', 12"), which are each designed to transmit and receive ultrasonic signals. The device (2) also includes a control unit (30 ), which is designed to activate the ultrasonic sensors (12', 12"). The device (2) also includes a computing unit (40) which is designed to evaluate ultrasonic signals received by the ultrasonic sensors (12', 12") with regard to a ground echo signal. The computing unit (40) is also designed to determine at least one property of the road surface ( 50) depending on the evaluation of the ground echo signals. According to the invention, each of the ultrasonic sensors (12', 12") is assigned to a wheel (14, 15) of the vehicle. The ultrasonic sensors (12', 12") are each arranged in the area of the associated wheel (14, 15) in such a way that a first ultrasonic sensor (12') receives first ground echo signals from a first area of the road surface (50) that is in the direction of travel (11) located in front of the assigned wheel (14, 15), and that a second ultrasonic sensor (12") detects second ground echo signals from a second area of the road surface (50), which lies behind the assigned wheel (14, 15) in the direction of travel (11), detected. According to the invention, the evaluation of the ground echo signals for determining the at least one property of the roadway surface (50) comprises a comparison of the first and second ground echo signals.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Fahrbahnoberfläche durch Empfangen von durch die Fahrbahn in der Umgebung des Fahrzeugs reflektierten akustischen Signalen mittels mindestens zwei Ultraschallsensoren und Auswerten der empfangenen Signale und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche abhängig von der Auswertung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device and a method for detecting a road surface by receiving acoustic signals reflected by the road in the vicinity of the vehicle using at least two ultrasonic sensors and evaluating the received signals and determining at least one property of the road surface depending on the evaluation. The invention also relates to a vehicle with such a device.

Stand der TechnikState of the art

Zur Detektion des Straßenzustands bezüglich Nässegrad und AquaplaningGefahr wird im Stand der Technik vorgeschlagen, ein Bodenechosignal zu verwenden, beispielsweise in der DE 10 2011 085 287 A1 . Durch Messung und Auswertung des sogenannten diffusen Bodenechos eines von einem Ultraschallsensor eines Fahrzeugs gesendeten Ultraschallsignal lässt sich eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche, die z.B. den aktuellen Straßenzustand charakterisiert, erfassen. Wasser, Schnee und Eis auf der Fahrbahn führen in der Regel zu einer charakteristischen Dämpfung des diffusen Bodenechos.To detect the state of the road with regard to the degree of wetness and the risk of aquaplaning, the prior art proposes using a ground echo signal, for example in DE 10 2011 085 287 A1 . By measuring and evaluating the so-called diffuse ground echo of an ultrasonic signal transmitted by an ultrasonic sensor of a vehicle, a property of the road surface, which characterizes the current road condition, for example, can be recorded. Water, snow and ice on the road usually lead to a characteristic attenuation of the diffuse ground echo.

Aus der DE 10 2015 015 022 A1 ist es bekannt, bei Verwendung zweier Ultraschallsensoren diese mit der Längsachse des Fahrzeugs auszurichten. Bei dieser Anordnung sind die Ultraschallsensoren in den Stoßfängern zur Erfassung von Gischt in einem hinter dem Fahrzeug befindlichen Bereich ausgebildet und nicht zur Erfassung der Reifen des Fahrzeugs geeignet beziehungsweise ausgerichtet.From the DE 10 2015 015 022 A1 it is known, when using two ultrasonic sensors, to align them with the longitudinal axis of the vehicle. With this arrangement, the ultrasonic sensors in the bumpers are designed to detect spray in an area behind the vehicle and are not suitable or oriented for detecting the tires of the vehicle.

Aus der DE 10 2017 116 276 A1 ist die Verwendung eines einzigen Ultraschallsensors bekannt, der im Bereich eines Rads in etwa in einem mittleren Bereich des Rads angeordnet ist. Dieser Ultraschallsensor sendet bzw. empfängt Signale quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und ist dazu ausgebildet, von dem Rad in Querrichtung aufgespritztes Wasser zu erfassen.From the DE 10 2017 116 276 A1 the use of a single ultrasonic sensor is known, which is arranged in the area of a wheel approximately in a central area of the wheel. This ultrasonic sensor sends and receives signals transversely to the direction of travel of the vehicle and is designed to detect water sprayed from the wheel in the transverse direction.

Sind die Ultraschallsensoren in den Stoßfängern des Fahrzeugs angeordnet können sich verschiedene Probleme bei der Messung ergeben. Zum einen sind die Ultraschallsensoren bei einer Anordnung in oder an den Stoßfängern relativ weit weg von der Fahrbahnoberfläche angebracht. Der Sende-/Empfangsbereich bzw. Schallkegel eines Ultraschallsensors ist üblicherweise so geformt, dass er bei einer solchen Anordnung der Ultraschallsensoren einige Dezimeter entfernt vom Fahrzeug, vor oder hinter dem Fahrzeug, auf dem Boden auftrifft und somit nicht der Zustand in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeugreifen erfasst wird.If the ultrasonic sensors are arranged in the bumpers of the vehicle, various problems can arise during the measurement. On the one hand, when the ultrasonic sensors are arranged in or on the bumpers, they are mounted relatively far away from the road surface. The transmission/reception area or sound cone of an ultrasonic sensor is usually shaped in such a way that, with such an arrangement of the ultrasonic sensors, it hits the ground a few decimeters away from the vehicle, in front of or behind the vehicle, and thus does not reflect the situation in the immediate vicinity of the vehicle or The vehicle tire is detected.

Die nach vorne und/oder hinten ausgerichteten Ultraschallsensoren haben mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit durch den damit einhergehenden Dopplereffekt immer größere Probleme, da sich die Frequenz des Bodenechosignals immer stärker aus dem Bereich der Eigenfrequenz und damit der größten Empfindlichkeit des Ultraschallsensors verschiebt und ab einer gewissen Geschwindigkeit vom Ultraschallsensor nicht mehr detektiert werden kann.With increasing vehicle speed, the ultrasonic sensors aligned to the front and/or rear have increasing problems due to the associated Doppler effect, since the frequency of the ground echo signal shifts more and more out of the range of the natural frequency and thus the greatest sensitivity of the ultrasonic sensor, and from a certain speed away from the ultrasonic sensor can no longer be detected.

Seitlich ausgerichtete Ultraschallsensoren weisen dieses Problem nicht auf. Durch den Dopplereffekt wird der Schallkegel mit steigender Geschwindigkeit lediglich räumlich schmaler, weshalb bei einer solchen Anordnung das diffuse Bodenecho auch bei höheren Geschwindigkeiten noch zuverlässig gemessen werden kann. Jedoch wird bei seitlich am Fahrzeug angeordneten Ultraschallsensor in der Regel nicht der Zustand der Fahrbahn auf der sich das Fahrzeug bewegt bestimmt, sondern der Zustand der Gegenfahrbahn, des Seitenstreifens oder des Randsteins.Side-aligned ultrasonic sensors do not have this problem. Due to the Doppler effect, the sound cone only gets narrower spatially with increasing speed, which is why the diffuse bottom echo can still be reliably measured with such an arrangement even at higher speeds. However, in the case of ultrasonic sensors arranged on the side of the vehicle, it is generally not the state of the roadway on which the vehicle is moving that is determined, but rather the state of the oncoming lane, the hard shoulder or the curb.

Das Bodenechosignal ist üblicherweise sehr stark von der Oberflächenbeschaffenheit des Fahrbahnbelags abhängig. So kann ein sehr rauer nasser Asphalt ein ähnliches Bodenecho erzeugen, wie ein glatter trockener Asphalt. Somit muss bekannt sein wie stark das Bodenecho unter Normalbedingungen (trockene Fahrbahn) sein müsste, um zu bestimmen, dass das Bodenecho z.B. schwächer ist, was auf eine nasse Fahrbahn schließen ließe.The ground echo signal is usually very dependent on the surface condition of the roadway. A very rough wet asphalt can produce a similar ground echo as a smooth dry asphalt. It is therefore necessary to know how strong the ground echo would have to be under normal conditions (dry road) in order to determine that the ground echo is weaker, for example, which would indicate a wet road.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die mindestens zwei fahrzeuggebundene Ultraschallsensoren aufweist, die jeweils zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet sind. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine Steuereinheit, die zum Ansteuern der Ultraschallsensoren ausgebildet ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Recheneinheit, die zum Auswerten von durch die Ultraschallsensoren empfangenen Ultraschallsignalen hinsichtlich eines Bodenechosignals ausgebildet ist. Die Recheneinheit ist ferner ausgebildet, mindestens eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche abhängig von der Auswertung der Bodenechosignale zu bestimmen. Erfindungsgemäß ist jeder der Ultraschallsensoren einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet. Die Ultraschallsensoren sind jeweils im Bereich des zugeordneten Rades derart angeordnet, dass ein erster Ultraschallsensor erste Bodenechosignale von einem ersten Bereich der Fahrbahnoberfläche, der in Fahrtrichtung vor dem zugeordneten Rad liegt, erfasst und dass ein zweiter Ultraschallsensor zweite Bodenechosignale von einem zweiten Bereich der Fahrbahnoberfläche, der in Fahrtrichtung hinter dem zugeordneten Rad liegt, erfasst. Die Auswertung der Bodenechosignale zur Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche umfasst erfindungsgemäß einen Vergleich der ersten und zweiten Bodenechosignale.According to a first aspect of the present invention, a device is proposed which has at least two vehicle-bound ultrasonic sensors which are each designed to transmit and receive ultrasonic signals. The device also includes a control unit that is designed to control the ultrasonic sensors. In addition, the device includes a computing unit that is designed to evaluate ultrasonic signals received by the ultrasonic sensors with regard to a ground echo signal. The processing unit is also designed to determine at least one property of the road surface depending on the evaluation of the ground echo signals. According to the invention, each of the ultrasonic sensors is assigned to a wheel of the vehicle. The ultrasonic sensors are each arranged in the area of the assigned wheel in such a way that a first ultrasonic sensor detects first ground echo signals from a first area of the road surface, which is in front of the assigned wheel in the direction of travel, and that a second Ultrasonic sensor detects second ground echo signals from a second area of the road surface, which lies behind the associated wheel in the direction of travel. According to the invention, the evaluation of the ground echo signals for determining the at least one property of the roadway surface comprises a comparison of the first and second ground echo signals.

Eine so bestimmte Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche umfasst insbesondere einen Zustand der Fahrbahnoberfläche, z.B. einen Nässezustand und/oder eine andere, die Fahrbahnoberfläche charakterisierende Eigenschaft, wie z.B. eine Rauigkeit der Fahrbahnoberfläche. Es kann beispielsweise aus der Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche eine Aquaplaninggefahr oder eine Rutschgefahr für das Fahrzeug abgeleitet werden. Dazu können beispielsweise weitere Größen, wie die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden.A property of the road surface determined in this way includes in particular a condition of the road surface, e.g. a wet state and/or another property characterizing the road surface, such as a roughness of the road surface. For example, a risk of aquaplaning or a risk of slipping for the vehicle can be derived from the property of the road surface. For this purpose, for example, further variables such as the current speed of the vehicle can be taken into account.

Die Ultraschallsensoren messen vor allem den Zustand der Fahrbahn in der Umgebung der Reifenspuren. Im Gegensatz zum Zustand der Fahrbahn zwischen oder neben den Reifenspuren ist dieser Zustand besonders relevant für die Fahrzeugfunktionen, die auf der Fahrbahnzustandsinformation aufbauen.The ultrasonic sensors primarily measure the condition of the road in the vicinity of the tire tracks. In contrast to the state of the roadway between or next to the tire tracks, this state is particularly relevant for the vehicle functions that are based on the roadway state information.

Beispielsweise bei nasser Fahrbahn zieht der Reifen eines Rades Wasser aus der Fahrbahn, wodurch die Oberfläche in Fahrtrichtung vor dem Reifen glatter ist, als hinter dem Reifen. Bei lockerem Schnee auf der Fahrbahnoberfläche bildet sich in Fahrtrichtung hinter dem Reifen eine Fahrspur mit annähernd rechtwinkligen Kanten, die ähnlich wie ein Randstein ein Ultraschallsignal besonders stark reflektieren können. In beiden Fällen ist das durch den Ultraschallsensor, der Bodenechosignale von einem zweiten Bereich der Fahrbahnoberfläche, der in Fahrtrichtung hinter dem zugeordneten Rad liegt, erfasste zweite Bodenechosignal deutlich höher, als das Bodenechosignal von einem ersten Bereich der Fahrbahnoberfläche, der in Fahrtrichtung vor dem zugeordneten Rad liegt, das durch den anderen Ultraschallsensor erfasst wird.For example, when the road is wet, the tire of a wheel pulls water out of the road, which means that the surface in front of the tire is smoother than behind the tire in the direction of travel. If there is loose snow on the road surface, a lane with almost right-angled edges forms behind the tire in the direction of travel, which, like a curb, can reflect an ultrasonic signal particularly strongly. In both cases, the second ground echo signal detected by the ultrasonic sensor, which detects the ground echo signals from a second area of the road surface that is behind the assigned wheel in the direction of travel, is significantly higher than the ground echo signal from a first area of the road surface that is in front of the assigned wheel in the direction of travel lies which is detected by the other ultrasonic sensor.

Bei einer Fahrbahnoberfläche, die Sand, Splitt, Eis und/oder festgefahrenen Schnee aufweist ist, hingegen das gemessene Bodenechosignal beider Ultraschallsensoren annähernd gleich groß.In the case of a road surface that has sand, grit, ice and/or hard-packed snow, however, the measured ground echo signal from both ultrasonic sensors is approximately the same size.

Auf diese Weise kann durch einen Vergleich der ersten und zweiten Bodenechosignale eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche bestimmt werden.In this way, a property of the road surface can be determined by comparing the first and second ground echo signals.

Die Ultraschallsensoren sind ausgebildet, ein Ultraschallsignal zu senden und ein reflektiertes Echosignal des gesendeten Ultraschallsignals zu empfangen. Der Sende-/Empfangsbereich jedes der Ultraschallsensoren weist einen Schnittbereich mit der Fahrbahnoberfläche auf. Gesendete Ultraschallsignale werden aus diesem Schnittbereich von der Fahrbahnoberfläche zu dem empfangenden Ultraschallsensor reflektiert. Diese Ultraschallsignale bilden das sogenannte Bodenechosignal. Die Recheneinheit ist ausgebildet, in den so empfangenen Echosignalen ein Bodenechosignal aus dem Bereich der Fahrbahnoberfläche auf den der jeweilige Ultraschallsensor ausgerichtet ist, zu erkennen und durch Vergleich der in aus den ersten und zweiten Bereichen der Fahrbahnoberfläche erfassten Bodenechosignalen eine Eigenschaft, insbesondere eine Materialeigenschaft, der Fahrbahnoberfläche zu erkennen. Beispielsweise kann durch die Auswertung der Bodenechosignale erkannt werden, welchen Belag die Fahrbahnoberfläche aufweist, z.B. Asphalt, Beton, Schotter, aber auch Schnee oder Eis.The ultrasonic sensors are designed to send an ultrasonic signal and to receive a reflected echo signal of the sent ultrasonic signal. The transmission/reception area of each of the ultrasonic sensors has an intersection area with the road surface. Transmitted ultrasonic signals are reflected from this intersection area by the road surface to the receiving ultrasonic sensor. These ultrasonic signals form the so-called ground echo signal. The computing unit is designed to recognize a ground echo signal from the area of the road surface on which the respective ultrasonic sensor is aligned in the echo signals received in this way and, by comparing the ground echo signals detected in the first and second areas of the road surface, to determine a property, in particular a material property, of the discernible road surface. For example, by evaluating the ground echo signals, it is possible to identify the type of covering on the road surface, e.g. asphalt, concrete, gravel, but also snow or ice.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können übliche Ultraschallsensoren zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise aus Parkassistenzsystemen bekannt sind. Derartige Ultraschallsensoren weisen beispielsweise einen Membrantopf als schwingendes Element und eine Piezokeramik als Wandlerelement auf. Auch andere Bauweisen von Ultraschallsensoren sind bekannt und können im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Als Empfangsbereich eines Ultraschallsensors wird derjenige Raumbereich verstanden, aus dem Ultraschallsignale durch den Ultraschallsensor zuverlässig empfangen werden können. Der Sendebereich des Ultraschallsensors, der im Wesentlichen mit dem Empfangsbereich übereinstimmen kann, ist derjenige Bereich, in den der Ultraschallsensor Ultraschallsignale aussenden kann. Daher wird dieser Bereich auch als Sende-/Empfangsbereich des Ultraschallsensors bezeichnet. Die erfindungsgemäß eingesetzten Ultraschallsensoren können einen Sende-/Empfangsbereich aufweisen, der im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist und einen bestimmten Öffnungswinkel bezogen auf eine bestimmte Schnittebene aufweist. Der Sende-/Empfangsbereich des Ultraschallsensors kann auch als Schallkegel des Ultraschallsensors bezeichnet werden. Die Reichweite derartiger Ultraschallsensoren beträgt üblicherweise mehrere Meter.Conventional ultrasonic sensors can be used in the device according to the invention, as are known, for example, from parking assistance systems. Such ultrasonic sensors have, for example, a diaphragm pot as the oscillating element and a piezoceramic as the transducer element. Other designs of ultrasonic sensors are also known and can be used within the scope of the invention. The receiving area of an ultrasonic sensor is understood to mean that spatial area from which ultrasonic signals can be reliably received by the ultrasonic sensor. The transmission range of the ultrasonic sensor, which can essentially match the reception range, is the range into which the ultrasonic sensor can emit ultrasonic signals. This area is therefore also referred to as the transmission/reception area of the ultrasonic sensor. The ultrasonic sensors used according to the invention can have a transmission/reception area that is essentially conical in shape and has a specific opening angle in relation to a specific cutting plane. The transmission/reception range of the ultrasonic sensor can also be referred to as the sound cone of the ultrasonic sensor. The range of such ultrasonic sensors is usually several meters.

Ein Bodenechosignal bildet die Oberflächenstruktur der Fahrbahn ab, solange sie nicht durch den Oberflächenzustand verdeckt wird. Das Bodenechosignal kann auch als Clutter oder Bodenclutter bezeichnet werden. Das Bodenechosignal setzt sich üblicherweise aus vielen überlagerten Reflexionen des aktiv ausgesandten Ultraschallsignals zusammen. Die Reflexionen entstehen an der Vielzahl von kleinen Flächen, die Teil der Oberflächenstruktur der Fahrbahnoberfläche sind. Das Bodenechosignal wird daher auch als diffuses Bodenechosignal bezeichnet. Das Bodenechosignal ist im Allgemeinen umso ausgeprägter, je rauer die Oberfläche ist. Das Bodenechosignal kann durch einen Zahlenwert repräsentiert sein. Dieser Zahlenwert kann als Clutterwert bezeichnet werden.A ground echo signal depicts the surface structure of the roadway as long as it is not obscured by the surface condition. The bottom echo signal can also be referred to as clutter or bottom clutter. The ground echo signal is usually made up of many superimposed reflections of the actively transmitted ultrasonic signal. The reflections arise from the large number of small surfaces that are part of the surface structure of the road surface are. The ground echo signal is therefore also referred to as a diffuse ground echo signal. The bottom echo signal is generally more pronounced the rougher the surface. The ground echo signal can be represented by a numerical value. This numerical value can be referred to as the clutter value.

Bevorzugt ist die Recheneinheit ausgebildet, für jedes erfasste Bodenechosignal eine Signalstärke zu bestimmen und zum Vergleich eine Differenz der Signalstärken zu berechnen, wobei eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche abhängig von der Differenz bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich können Verhältnisse der Signalstärken berechnet werden. Das Bodenechosignal ist nur in relativ geringem Maße von der Oberflächenbeschaffenheit des Fahrbahnbelags abhängig. Durch die Auswertung der Differenz der ersten und zweiten Bodenechosignale muss für die Bestimmung der Fahrbahneigenschaft beispielsweise einer Nässe der Fahrbahn, nicht bekannt sein wie stark das Bodenechosignal in Abhängigkeit des Fahrbahnbelags unter Normalbedingungen wäre.The computing unit is preferably designed to determine a signal strength for each detected ground echo signal and to calculate a difference in the signal strengths for comparison, with a property of the roadway surface being determined as a function of the difference. Alternatively or additionally, ratios of the signal strengths can be calculated. The ground echo signal is only dependent to a relatively small extent on the surface condition of the road surface. By evaluating the difference between the first and second ground echo signals, it is not necessary to know how strong the ground echo signal would be depending on the road surface under normal conditions in order to determine the roadway property, for example if the roadway is wet.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind zwei Ultraschallsensoren dem selben Rad des Fahrzeugs zugeordnet. Ein erster Ultraschallsensor erfasst erste Bodenechosignale von einem Bereich der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Rad und ein zweiter Ultraschallsensor erfasst zweite Bodenechosignale von einem Bereich der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung hinter dem Rad.In a preferred embodiment of the invention, two ultrasonic sensors are assigned to the same wheel of the vehicle. A first ultrasonic sensor detects first ground echo signals from a region of the road surface in front of the wheel in the direction of travel, and a second ultrasonic sensor detects second ground echo signals from a region of the road surface behind the wheel in the direction of travel.

In einer alternativen Ausführung der Erfindung sind zwei Ultraschallsensoren unterschiedlichen Rädern des Fahrzeugs zugeordnet. Ein erster Ultraschallsensor erfasst erste Bodenechosignale von einem Bereich der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor einem Vorderrad des Fahrzeugs. Ein zweiter Ultraschallsensor erfasst zweite Bodenechosignale von einem Bereich der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung hinter einem Hinterrad des Fahrzeugs. Das betreffende Vorderrad und das betreffende Hinterrad liegen dabei bevorzugt auf der selben Fahrzeugseite. Da Störgeräusche, beispielsweise Geräusche, die von anderen Fahrzeugen in der Umgebung verursacht werden, im Ultraschallbereich stark gedämpft werden, wirken diese auf weit voneinander entfernt angeordnete Ultraschallsensoren unterschiedlich stark. Dadurch können solche Störgeräusche von derart angebrachten Ultraschallsensoren leichter erkannt werden und berücksichtigt werden.In an alternative embodiment of the invention, two ultrasonic sensors are assigned to different wheels of the vehicle. A first ultrasonic sensor detects first ground echo signals from an area of the road surface in front of a front wheel of the vehicle in the direction of travel. A second ultrasonic sensor detects second ground echo signals from a portion of the road surface behind a rear wheel of the vehicle in the direction of travel. The front wheel in question and the rear wheel in question are preferably on the same side of the vehicle. Since disturbing noises, for example noises caused by other vehicles in the area, are strongly damped in the ultrasonic range, they have different effects on ultrasonic sensors arranged far apart from one another. As a result, such interfering noises can be more easily recognized and taken into account by ultrasonic sensors that are attached in this way.

Bevorzugt sind die Ultraschallsensoren derart angeordnet, dass eine Hauptachse des jeweiligen Sende-/Empfangsbereich der Ultraschallsensoren senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Durch eine derartige Ausrichtung werden durch den Dopplereffekt verursachte Verschiebungen der Frequenz der Bodenechosignale im Vergleich zur Frequenz der gesendeten Ultraschallsignale vermieden. Mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit wird das Bodenechosignal durch die immer schmaler werdenden Schallkegel etwas reduziert, allerdings bei weitem nicht so stark, wie wenn die Ultraschallsensoren, nach vorne oder hinten ausgerichtet wären. Dadurch kann das Bodenechosignal besonders gut von den Umgebungsgeräuschen (vor allem den Reifenabrollgeräuschen) unterschieden und eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche, insbesondere der Nässezustand, zuverlässig berechnet werden.The ultrasonic sensors are preferably arranged in such a way that a main axis of the respective transmission/reception area of the ultrasonic sensors is aligned perpendicular to the direction of travel of the vehicle. Such an alignment avoids shifts in the frequency of the ground echo signals compared to the frequency of the transmitted ultrasound signals caused by the Doppler effect. As the vehicle speed increases, the ground echo signal is reduced somewhat by the increasingly narrow sound cone, but not nearly as much as if the ultrasonic sensors were aligned to the front or rear. As a result, the ground echo signal can be distinguished particularly well from the ambient noise (above all the tire rolling noise) and a property of the road surface, in particular the wetness, can be reliably calculated.

Alternativ können die Ultraschallsensoren derart zueinander ausgerichtet sind, dass jeder der Ultraschallsensoren im Sende-/Empfangsbereich des jeweils anderen Ultraschallsensors befindet. Auf diese Weise kann jeder der Ultraschallsensoren nicht nur die Bodenechosignale der eigenen gesendeten Ultraschallsignale empfangen, sondern auch Bodenechosignale der Ultraschallsignale des jeweiligen anderen Ultraschallsensors, die sogenannten Kreuzechosignale, die auch als direkte Echosignale bezeichnet werden. Dadurch ergeben sich weitere Auswerte- und Vergleichsmöglichkeiten für die Bestimmung der mindestens einen Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche. So wird dieses direkte Bodenechosignal bzw. Kreuzechosignal umso größer, je glatter die Oberfläche ist, von der es reflektiert wurde. So kann auf eine nasse Fahrbahn geschlossen werden, wenn das Kreuzechosignal ungewöhnlich groß ist, beispielsweise größer als ein definierter Schwellenwert. Eine verschneite Fahrbahnoberfläche hat hingegen einen dämpfenden Effekt auf das Kreuzechosignal. Mit Hilfe einer Auswertung des Kreuzechosignals kann daher eine verschneite Fahrbahn von einer nassen Fahrbahn unterschieden werden.Alternatively, the ultrasonic sensors can be aligned with one another in such a way that each of the ultrasonic sensors is located in the transmission/reception range of the respective other ultrasonic sensor. In this way, each of the ultrasonic sensors can not only receive the bottom echo signals of its own transmitted ultrasonic signals, but also bottom echo signals of the ultrasonic signals of the respective other ultrasonic sensor, the so-called cross-echo signals, which are also referred to as direct echo signals. This results in further evaluation and comparison options for determining the at least one property of the road surface. This direct ground echo signal or cross-echo signal becomes larger the smoother the surface from which it was reflected. A wet road surface can thus be inferred if the cross-echo signal is unusually large, for example greater than a defined threshold value. A snowy road surface, on the other hand, has a dampening effect on the cross-echo signal. A snow-covered roadway can therefore be distinguished from a wet roadway with the aid of an evaluation of the cross-echo signal.

Hierbei können die Sende-/Empfangsbereiche bzw. die Schallkegel der Ultraschallsensoren so zueinander ausgerichtet sein, dass sie auch auf direktem Weg, d.h. ohne die Reflexion an der Fahrbahn, Ultraschallsignale, die der jeweilige andere Ultraschallsensor sendet, empfangen können. Weicht eine gemessene Intensität dieser direkten Schallübertragung nur leicht von einer erwarteten Intensität in Stärke und/oder zeitlichem Verlauf ab, kann daraus auf eine Alterung des empfangenden Ultraschallsensors oder andere Effekte, die für die Veränderung der Schallintensität geschlossen werden und die Auswertung der Bodenechosignale mit Hilfe dieser Abweichung kompensiert bzw. korrigiert werden. Weicht die gemessene Intensität dieser direkten Schallübertragung sehr stark von einem erwarteten Wert ab, dann kann von einer Verschmutzung oder Beschädigung eines der beiden Ultraschallsensoren ausgegangen werden. Durch die Erkennung der Beeinträchtigung der Ultraschallsensoren kann gewährleistet werden, dass die Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche nicht aufgrund eines fehlerhaften Ultraschallsensors unerkannt falsch ermittelt wird.The transmission/reception areas or the sound cones of the ultrasonic sensors can be aligned with one another in such a way that they can also receive ultrasonic signals directly, ie without reflection on the roadway, which the respective other ultrasonic sensor transmits. If a measured intensity of this direct sound transmission deviates only slightly from an expected intensity in strength and/or over time, aging of the receiving ultrasonic sensor or other effects that are responsible for the change in sound intensity can be concluded and the evaluation of the ground echo signals can be carried out with the help of these Deviation can be compensated or corrected. If the measured intensity of this direct sound transmission deviates significantly from an expected value, then one of the two Ultra sound sensors are run out. By detecting the impairment of the ultrasonic sensors, it can be ensured that the property of the road surface is not determined incorrectly and undetected due to a faulty ultrasonic sensor.

Bevorzugt ist mindestens einer der Ultraschallsensoren derart angeordnet, dass die Ultraschallsensorfläche des Ultraschallsensors, also die Fläche des Ultraschallsensors von der die Schallwellen abgestrahlt werden, in Fahrtrichtung oder entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs gekippt ist, insbesondere um 45°. Dadurch wird erreicht, dass ein Bodenechosignal von einem Bereich vor bzw. hinter einem Rad nahe des Fahrzeugs erfasst werden kann.At least one of the ultrasonic sensors is preferably arranged in such a way that the ultrasonic sensor surface of the ultrasonic sensor, i.e. the surface of the ultrasonic sensor from which the sound waves are emitted, is tilted in the direction of travel or against the direction of travel of the vehicle, in particular by 45°. As a result, a ground echo signal can be detected from an area in front of or behind a wheel close to the vehicle.

Die Ultraschallsensoren können bevorzugt in einem Radkasten des Fahrzeugs angeordnet sein, insbesondere einem Radkasten desjenigen Rades dem der jeweilige Ultraschallsensor zugeordnet ist. Dieser Anbringungsort hat den Vorteil, dass der Ultraschallsensor nahe an dem zugeordneten Rad angeordnet ist und trotzdem gegen Umwelteinflüsse, wie z.B. Spritzwasser oder Schotter geschützt ist. Alternativ oder zusätzlich können Ultraschallsensoren am Unterboden und/oder in Verkleidungsteilen des Fahrzeugs angeordnet sein. Durch diese relativ nahe Anbringung der Ultraschallsensoren an der Fahrbahnoberfläche und die Form des Sende-/Empfangsbereich trifft das gesendete Ultraschallsignal bereits einige Zentimeter entfernt vom jeweiligen Ultraschallsensor auf die Fahrbahnoberfläche. Dadurch ist das empfangene Bodenechosignal besonders stark und kann besonders gut von den Umgebungsgeräuschen (vor allem den Reifenabrollgeräuschen) unterschieden und der Fahrbahnzustand zuverlässig berechnet werden.The ultrasonic sensors can preferably be arranged in a wheel housing of the vehicle, in particular a wheel housing of that wheel to which the respective ultrasonic sensor is assigned. This location has the advantage that the ultrasonic sensor is located close to the assigned wheel and is still protected against environmental influences such as splash water or gravel. Alternatively or additionally, ultrasonic sensors can be arranged on the underbody and/or in paneling parts of the vehicle. Due to this relatively close attachment of the ultrasonic sensors to the road surface and the shape of the transmission/reception area, the transmitted ultrasonic signal hits the road surface a few centimeters away from the respective ultrasonic sensor. As a result, the received ground echo signal is particularly strong and can be distinguished particularly well from the ambient noise (above all the tire rolling noise) and the road condition can be reliably calculated.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung einer Fahrbahnoberfläche in der Umgebung eines Fahrzeugs vorgeschlagen, das insbesondere mittels einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung durchgeführt wird. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Empfangen mindestens eines ersten Bodenechosignals von einem ersten Bereich der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung vor einem Rad des Fahrzeugs mittels mindestens einem ersten fahrzeuggebundenen Ultraschallsensor;
- Empfangen mindestens eines zweiten Bodenechosignals von einem zweiten Bereich der Fahrbahnoberfläche in Fahrtrichtung hinter einem Rad des Fahrzeugs mittels mindestens einem zweiten fahrzeuggebundenen Ultraschallsensor;
- Auswerten der empfangenen Bodenechosignale und Bestimmen mindestens einer Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche abhängig von der Auswertung, wobei die Auswertung einen Vergleich der ersten und zweiten Bodenechosignale umfasst.

According to a second aspect of the invention, a method for detecting a roadway surface in the vicinity of a vehicle is proposed, which is carried out in particular by means of a device designed according to the invention. The procedure includes the steps:

- Receiving at least one first ground echo signal from a first area of the road surface in the direction of travel in front of a wheel of the vehicle by means of at least one first vehicle-mounted ultrasonic sensor;
- Receiving at least one second ground echo signal from a second area of the road surface in the direction of travel behind a wheel of the vehicle by means of at least one second vehicle-mounted ultrasonic sensor;
- Evaluation of the received ground echo signals and determination of at least one property of the road surface depending on the evaluation, the evaluation comprising a comparison of the first and second ground echo signals.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug wie ein PKW oder ein LKW vorgeschlagen, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist.According to a third aspect of the invention, a vehicle, for example a motor vehicle such as a passenger car or a truck, is proposed that has a device according to the invention.

Die erfindungsgemäße Auswertung des diffusen Bodenechos in der Fahrspur kann hervorragend mit der Auswertung der Reifengeräusche fusioniert werden und stellt ein dazu orthogonales Messprinzip dar. Störgeräusche können dazu führen, dass fälschlicherweise ein zu großes Bodenechosignal erkannt wird und die Fahrbahn als zu trocken erkannt wird. Bei der Berechnung der Fahrbahnnässe aufgrund von Reifengeräuschen führen Störgeräusche dagegen für eine fälschlicherweise zu nass berechnete Fahrbahnoberfläche. Da sich die Störungen genau gegensätzlich auf die berechnete Nässe auswirken, kann dem fusionierten Signal, aus beiden Messprinzipien, sehr gut vertraut werden, sofern beide Berechnungsmethoden ähnliche Signale liefern.The evaluation according to the invention of the diffuse ground echo in the lane can be excellently fused with the evaluation of the tire noise and represents an orthogonal measuring principle. On the other hand, when calculating the wetness of the roadway based on tire noise, background noise leads to a roadway surface that is incorrectly calculated as being too wet. Since the disturbances have exactly the opposite effect on the calculated wetness, the merged signal from both measurement principles can be trusted very well, provided that both calculation methods deliver similar signals.

Figurenlistecharacter list

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei zeigt 1 a) das Fahrzeug in Hinteransicht. 1 b) zeigt das Fahrzeug in einer Ansicht von unten.
2 zeigt ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Embodiments of the invention are described in detail with reference to the attached figures.

1 shows a vehicle with a device according to a first embodiment of the invention. Here shows 1 a) rear view of the vehicle. 1 b) shows the vehicle in a view from below.
2 shows a vehicle with a device according to a second embodiment of the invention.
3 shows a vehicle with a device according to a third embodiment of the invention.

Bevorzugte Ausführungen der ErfindungPreferred Embodiments of the Invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the exemplary embodiments of the invention, the same elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with if necessary. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 1, das in diesem Beispiel als PKW ausgeführt ist und das eine Vorrichtung 2 zur Erfassung eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche 50 gemäß einer möglichen Ausführung der Erfindung umfasst. 1 shows a schematic view of a vehicle 1, which is designed as a passenger car in this example, and which has a device 2 for detecting a condition of a road surface 50 according to a possible embodiment of the invention.

Die Vorrichtung 2 umfasst zwei fahrzeuggebundene Ultraschallsensoren 12', 12', die beide zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet sind. Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 30, die ausgebildet ist, die Ultraschallsensoren 12', 12" derart anzusteuern, dass jeder der Ultraschallsensoren 12', 12" jeweils ein Ultraschallsignal aussendet, und ein reflektiertes Echosignal des gesendeten Ultraschallsignals empfängt.The device 2 includes two vehicle-mounted ultrasonic sensors 12', 12', both of which are designed to transmit and receive ultrasonic signals. The device 2 also includes a control unit 30, which is designed to control the ultrasonic sensors 12', 12" in such a way that each of the ultrasonic sensors 12', 12" emits an ultrasonic signal and receives a reflected echo signal of the transmitted ultrasonic signal.

Die Vorrichtung 2 umfasst außerdem eine Recheneinheit 40, die ausgebildet ist, die von den Ultraschallsensoren 12' und 12" empfangenen Ultraschallsignale hinsichtlich eines Bodenechosignals auszuwerten. So weisen Bodenechosignale z.B. einen charakteristischen zeitlichen Verlauf, der einem bestimmten Abstand entspricht, auf, was durch den Einbauort des Ultraschallsensors bestimmt ist.The device 2 also includes a computing unit 40, which is designed to evaluate the ultrasonic signals received from the ultrasonic sensors 12' and 12'' with regard to a ground echo signal. Ground echo signals have, for example, a characteristic time profile that corresponds to a specific distance, which is determined by the installation location of the ultrasonic sensor is determined.

Die beiden Ultraschallsensoren 12', 12" sind in diesem Beispiel dem rechten Hinterrad 15 des Fahrzeugs 1 zugeordnet. Der erste Ultraschallsensor 12' ist bezogen auf die Fahrtrichtung 11 des Fahrzeugs vor dem Rad 15 am Unterboden 13 des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20' des Ultraschallsensors 12' ist senkrecht zur Fahrtrichtung 11 ausgerichtet. Der erste Ultraschallsensor 12' empfängt erste Bodenechosignale von einem ersten Bereich der Fahrbahnoberfläche 50, der bezogen auf die Fahrtrichtung 11 vor dem zugeordneten Rad 15 liegt.In this example, the two ultrasonic sensors 12', 12'' are assigned to the right rear wheel 15 of the vehicle 1. The first ultrasonic sensor 12' is arranged in front of the wheel 15 on the underbody 13 of the vehicle 1 in relation to the direction of travel 11 of the vehicle. The main axis of the transmitter The receiving area 20' of the ultrasonic sensor 12' is aligned perpendicular to the direction of travel 11. The first ultrasonic sensor 12' receives first ground echo signals from a first area of the road surface 50, which is in front of the associated wheel 15 in relation to the direction of travel 11.

Der zweite Ultraschallsensor 12" ist bezogen auf die Fahrtrichtung 11 des Fahrzeugs hinter dem Rad 15 am Unterboden 13 des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20" des Ultraschallsensors 12" ist ebenfalls senkrecht zur Fahrtrichtung 11 ausgerichtet, im Wesentlichen parallel zur Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20' des ersten Ultraschallsensors 12'. Der zweite Ultraschallsensor 12" empfängt zweite Bodenechosignale von einem zweiten Bereich der Fahrbahnoberfläche 50, der bezogen auf die Fahrtrichtung 11 hinter dem zugeordneten Rad 15 liegt.The second ultrasonic sensor 12" is arranged behind the wheel 15 on the underbody 13 of the vehicle 1 in relation to the direction of travel 11 of the vehicle. The main axis of the transmission/reception area 20" of the ultrasonic sensor 12" is also aligned perpendicular to the direction of travel 11, essentially parallel to the Main axis of the transmission/reception area 20' of the first ultrasonic sensor 12'. The second ultrasonic sensor 12'' receives second ground echo signals from a second area of the road surface 50, which lies behind the associated wheel 15 in relation to the direction of travel 11.

Wie aus 1 a) deutlich wird sind Ultraschallsensoren 12' und 12" so angeordnet, dass die Sensorflächen 24 in Richtung der Fahrbahnoberfläche 50 geneigt sind.How out 1 a) It becomes clear that ultrasonic sensors 12' and 12'' are arranged in such a way that the sensor surfaces 24 are inclined in the direction of the roadway surface 50.

Durch diese Anordnung und Ausrichtung der Ultraschallsensoren 12' und 12" nahe an der Fahrbahnoberfläche und durch die Neigung der Sensorflächen 24 und damit der Sende-/Empfangsbereiche 20' und 20" wird erreicht, dass das gesendete Ultraschallsignal bereits einige Zentimeter entfernt von dem jeweiligen Ultraschallsensor 12', 12" auf die Fahrbahnoberfläche 50 auftrifft. Dadurch ist das zurückreflektierte Bodenechosignal besonders stark und kann besonders gut von den Umgebungsgeräuschen (vor allem den Reifenabrollgeräuschen) unterschieden werden.This arrangement and alignment of the ultrasonic sensors 12' and 12" close to the road surface and the inclination of the sensor surfaces 24 and thus the transmission/reception areas 20' and 20" means that the transmitted ultrasonic signal is already a few centimeters away from the respective ultrasonic sensor 12′, 12″ strikes the road surface 50. As a result, the ground echo signal reflected back is particularly strong and can be distinguished particularly well from the ambient noise (above all the tire rolling noise).

Durch die Ausrichtung der Ultraschallsensoren 12' und 12" senkrecht zur Fahrtrichtung werden ferner negative Einflüsse des Dopplereffekts auf die Sensorempfindlichkeit minimiert.The alignment of the ultrasonic sensors 12' and 12'' perpendicularly to the direction of travel also minimizes negative influences of the Doppler effect on the sensor sensitivity.

Die Recheneinheit 40 kann beispielsweise durch eine Auswertung der Intensitäten des ersten und zweiten Bodenechosignals mindestens eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche 50, beispielsweise einen Nässegrad, das Vorhandensein von Schnee oder Eis, oder den Fahrbahnbelag zu bestimmen. Dazu erfolgt erfindungsgemäß ein Vergleich der ersten und zweiten Bodenechosignale. Beispielsweise kann eine Differenz einer Signalstärke, z.B. einer mittleren Signalstärke der Bodenechosignale berechnet werden oder ein Verhältnis gebildet werden. Basierend auf dem Vergleich der ersten und zweiten Bodenechosignale kann so eine Eigenschaft der Fahrbahnoberfläche 50, insbesondere das Vorliegen von Nässe auf der Fahrbahn, festgestellt und quantifiziert werden.The computing unit 40 can determine at least one property of the road surface 50, for example a degree of wetness, the presence of snow or ice, or the road surface, for example by evaluating the intensities of the first and second ground echo signals. For this purpose, according to the invention, the first and second ground echo signals are compared. For example, a difference in signal strength, e.g. an average signal strength of the ground echo signals, can be calculated or a ratio can be formed. Based on the comparison of the first and second ground echo signals, a property of roadway surface 50, in particular the presence of wetness on the roadway, can be determined and quantified.

Beispielsweise auf nasser Fahrbahn zieht der Reifen des Rades 15 Wasser aus der Fahrbahn, wodurch die Oberfläche in dem ersten Bereich vor dem Rad 15 glatter ist, als in dem zweiten Bereich hinter dem Rad 15. Bei lockerem Schnee bildet sich hinter dem Rad 15 eine Fahrspur mit annähernd rechtwinkligen Kanten, die ähnlich wie ein Randstein ein gesendetes Ultraschallsignal besonders stark reflektieren kann. Dadurch misst der zweite Ultraschallsensor 12" in diesen Fällen ein signifikant höheres Bodenechosignal als der erste Ultraschallsensor 12'. Diese Information über den Zustand der Fahrbahnoberfläche 50 kann von verschiedenen anderen Systemen des Fahrzeugs 1 weiterverwendet werden, z.B. um die Fahrsicherheit zu verbessern. Beispielsweise kann eine Aquaplaninggefahr für das Fahrzeug abhängig von einer aktuellen Geschwindigkeit und/oder anderen Bedingungen bestimmt werden und fahrdynamische Eigenschaften des Fahrzeugs 1 angepasst werden, um Aquaplaning zu vermeiden und/oder eine entsprechende Warnung an einen Fahrer des Fahrzeugs 1 ausgegeben werden.For example, on a wet road, the tire of wheel 15 draws water from the road, making the surface in the first area in front of wheel 15 smoother than in the second area behind wheel 15. In loose snow, a lane forms behind wheel 15 with almost right-angled edges, which, like a curb, can reflect a transmitted ultrasonic signal particularly strongly. In these cases, the second ultrasonic sensor 12″ thus measures a significantly higher ground echo signal than the first ultrasonic sensor 12′. This information about the condition of the road surface 50 can be used by various other systems of the vehicle 1, e.g. to improve driving safety Aquaplaning risk for the vehicle are determined depending on a current speed and / or other conditions and driving dynamics properties of the vehicle 1 are adjusted to avoid aquaplaning and / or a corresponding warning to a driver of the vehicle 1 are issued.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, das in diesem Beispiel wiederrum als PKW ausgeführt ist und das eine Vorrichtung 2 zur Erfassung eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche 50 gemäß einer alternativen möglichen Ausführung der Erfindung umfasst. 2 shows a schematic side view of a vehicle 1, which in this example is again designed as a passenger car and which includes a device 2 for detecting a state of a road surface 50 according to an alternative possible embodiment of the invention.

Die Vorrichtung 2 umfasst zwei fahrzeuggebundene Ultraschallsensoren 12', 12', die beide zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen ausgebildet sind. Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 30 und eine Recheneinheit, die wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben ausgebildet sind.The device 2 includes two vehicle-mounted ultrasonic sensors 12', 12', both of which are designed to transmit and receive ultrasonic signals. The device 2 further includes a control unit 30 and a computing unit, which as in connection with 1 described are formed.

Die beiden Ultraschallsensoren 12', 12" sind in diesem Beispiel beide dem rechten Vorderrad 14 des Fahrzeugs 1 zugeordnet. Der erste Ultraschallsensor 12' ist bezogen auf die Fahrtrichtung 11 des Fahrzeugs vor dem Rad 14 im Radkasten des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20' des Ultraschallsensors 12' ist entgegen der Fahrtrichtung 11 ausgerichtet und zum Boden geneigt. Der erste Ultraschallsensor 12' empfängt erste Bodenechosignale von einem ersten Bereich der Fahrbahnoberfläche 50, der bezogen auf die Fahrtrichtung 11 vor dem zugeordneten Rad 14 liegt.In this example, the two ultrasonic sensors 12', 12'' are both assigned to the right front wheel 14 of the vehicle 1. The first ultrasonic sensor 12' is arranged in front of the wheel 14 in the wheel housing of the vehicle 1 in relation to the direction of travel 11 of the vehicle. The main axis of the transmitter The first ultrasonic sensor 12' receives first ground echo signals from a first area of the road surface 50, which is in front of the associated wheel 14 in relation to the direction of travel 11.

Der zweite Ultraschallsensor 12" ist bezogen auf die Fahrtrichtung 11 des Fahrzeugs hinter dem Rad 14 im Radkasten des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20" des zweiten Ultraschallsensors 12" ist in Fahrtrichtung 11 ausgerichtet und ebenfalls zum Boden geneigt. Der zweite Ultraschallsensor 12" empfängt zweite Bodenechosignale von einem zweiten Bereich der Fahrbahnoberfläche 50, der bezogen auf die Fahrtrichtung 11 hinter dem zugeordneten Rad 14 liegt. Weiterhin gibt es einen Überlappungsbereich 25, aus dem beide Ultraschallsensoren 12' und 12" Ultraschallsignale empfangen können.The second ultrasonic sensor 12" is arranged in relation to the direction of travel 11 of the vehicle behind the wheel 14 in the wheel housing of the vehicle 1. The main axis of the transmission/reception area 20" of the second ultrasonic sensor 12" is aligned in the direction of travel 11 and is also inclined towards the ground The second ultrasonic sensor 12" receives second ground echo signals from a second area of the road surface 50, which lies behind the associated wheel 14 in relation to the direction of travel 11. There is also an overlapping area 25 from which both ultrasonic sensors 12' and 12'' can receive ultrasonic signals.

Durch diese Ausrichtung der Sende-/Empfangsbereiche 20' und 20" zueinander und der Ausbildung des Überlappungsbereiches 25, ist es in dieser Ausführung möglich, dass jeder Der Ultraschallsensoren 12' und 12" Ultraschallsignale, die der jeweils andere Ultraschallsensor 12' oder 12" gesendet hat und die an der Fahrbahnoberfläche 50 in dem Überlappungsbereich 25 reflektiert werden, empfängt. Diese sogenannten Kreuzechosignale können zusätzlich von der Recheneinheit 40 ausgewertet werden, um zusätzliche Informationen über Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche 50 zu erhalten. Die Signalstärke eines Kreuzechosignals ist umso größer, je glatter die Oberfläche von der es reflektiert wurde. So kann z.B. auf eine nasse Fahrbahnoberfläche 50 geschlossen werden, wenn das Kreuzechosignal ungewöhnlich groß ist. Eine verschneite Fahrbahn hat dagegen auf das Kreuzechosignal einen dämpfenden Effekt. Mit Hilfe des Kreuzechos kann daher eine verschneite Fahrbahnoberfläche 50 von einer nassen Fahrbahnoberfläche 50 unterschieden werden.This alignment of the transmission/reception areas 20' and 20" to one another and the formation of the overlapping area 25 makes it possible in this embodiment for each of the ultrasonic sensors 12' and 12" to transmit ultrasonic signals that the other ultrasonic sensor 12' or 12" in each case transmits and which are reflected on the road surface 50 in the overlapping area 25. These so-called cross-echo signals can also be evaluated by the computing unit 40 in order to obtain additional information about properties of the road surface 50. The signal strength of a cross-echo signal is greater, the smoother the Surface from which it was reflected. For example, a wet road surface 50 can be inferred if the cross-echo signal is unusually large. A snow-covered road, on the other hand, has a damping effect on the cross-echo signal. The cross echo can therefore be used to distinguish a snow-covered road surface 50 from a wet road surface surface 50 can be distinguished.

Die Sende-/Empfangsbereiche 20' und 20" der Ultraschallsensoren 12' und 12" können darüber hinaus so ausgerichtet sein, dass sie auch auf direktem Weg, d.h. ohne die Reflexion an der Fahrbahnoberfläche 50, Ultraschallsignale des jeweils anderen Ultraschallsensors 12', 12" empfangen können. Weicht die gemessene Intensität dieser direkten Schallübertragung nur leicht von den erwarteten Werten ab, dann können Alterung oder andere Effekte für die Veränderung verantwortlich gemacht und die Auswertung der Echointensität mit Hilfe der Abweichung kompensiert werden. Weicht die gemessene Intensität dieser direkten Schallübertragung zu stark ab, dann muss von einer Verschmutzung oder Beschädigung eines der beiden Ultraschallsensoren 12' oder 12" ausgegangen werden. Durch die derartige Erkennung der Beeinträchtigung eines der Ultraschallsensoren 12' oder 12" ist gewährleistet, dass die Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche 50 nicht unerkannt falsch ermittelt werden.The transmission/reception areas 20' and 20" of the ultrasonic sensors 12' and 12" can also be aligned in such a way that they also receive ultrasonic signals from the respective other ultrasonic sensor 12', 12" directly, i.e. without reflection on the roadway surface 50. If the measured intensity of this direct sound transmission deviates only slightly from the expected values, aging or other effects can be held responsible for the change and the evaluation of the echo intensity can be compensated with the help of the deviation.If the measured intensity of this direct sound transmission deviates too much then dirt or damage to one of the two ultrasonic sensors 12' or 12" must be assumed. The detection of the impairment of one of the ultrasonic sensors 12' or 12'' in this way ensures that the properties of the road surface 50 are not determined incorrectly without being detected.

3 zeigt eine schematische Ansicht von unten eines Fahrzeugs 1, das in diesem Beispiel wiederrum als PKW ausgeführt ist und das eine Vorrichtung 2 zur Erfassung eines Zustands einer Fahrbahnoberfläche 50 gemäß einer weiteren alternativen möglichen Ausführung der Erfindung umfasst. 3 shows a schematic view from below of a vehicle 1, which in this example is again designed as a passenger car and which includes a device 2 for detecting a state of a road surface 50 according to a further alternative possible embodiment of the invention.

Die Ausführung ist ähnlich zur in 1 dargestellten Ausführung, mit dem Unterschied, dass der erste Ultraschallsensor 12' dem rechten Vorderrad 14 des Fahrzeugs 1 zugeordnet ist, während der zweite Ultraschallsensor 12" dem rechten Hinterrad 15 des Fahrzeugs 1 zugeordnet ist.The design is similar to the in 1 illustrated embodiment, with the difference that the first ultrasonic sensor 12 'is associated with the right front wheel 14 of the vehicle 1, while the second ultrasonic sensor 12' is associated with the right rear wheel 15 of the vehicle 1.

Der erste Ultraschallsensor 12' ist bezogen auf die Fahrtrichtung 11 des Fahrzeugs vor dem Rad 14 am Unterboden 13 des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20' des Ultraschallsensors 12' ist senkrecht zur Fahrtrichtung 11 ausgerichtet. Der erste Ultraschallsensor 12' empfängt erste Bodenechosignale von einem ersten Bereich der Fahrbahnoberfläche 50, der bezogen auf die Fahrtrichtung 11 vor dem zugeordneten Vorderrad 14 liegt.The first ultrasonic sensor 12 ′ is arranged in front of the wheel 14 on the underbody 13 of the vehicle 1 in relation to the direction of travel 11 of the vehicle. The main axis of the transmission/reception area 20 ′ of the ultrasonic sensor 12 ′ is aligned perpendicular to the direction of travel 11 . The first ultrasonic sensor 12' receives first ground echo signals from a first area of the road surface 50, which is in front of the associated front wheel 14 in relation to the direction of travel 11.

Der zweite Ultraschallsensor 12" ist bezogen auf die Fahrtrichtung 11 des Fahrzeugs hinter dem Hinterrad 15 am Unterboden 13 des Fahrzeugs 1 angeordnet. Die Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20" des Ultraschallsensors 12" ist ebenfalls senkrecht zur Fahrtrichtung 11 ausgerichtet, im Wesentlichen parallel zur Hauptachse des Sende-/Empfangsbereich 20' des ersten Ultraschallsensors 12'. Der zweite Ultraschallsensor 12" empfängt zweite Bodenechosignale von einem zweiten Bereich der Fahrbahnoberfläche 50, der bezogen auf die Fahrtrichtung 11 hinter dem zugeordneten Rad 15 liegt.The second ultrasonic sensor 12" is arranged in relation to the direction of travel 11 of the vehicle behind the rear wheel 15 on the underbody 13 of the vehicle 1. The main axis of the transmission/reception area 20" of the ultrasonic sensor 12" is also aligned perpendicular to the direction of travel 11, essentially parallel to the Main axis of the transmission/reception area 20' of the first ultrasonic sensor 12'. The second ultrasonic sensor 12'' receives second ground echo signals from a second area of the road surface 50, which lies behind the associated wheel 15 in relation to the direction of travel 11.

Diese Anordnung der Ultraschallsensoren 12' und 12" erzielt den Vorteil, dass Störgeräusche, die von den Ultraschallsensoren 12' oder 12" zusätzlich zu den Bodenechosignalen empfangen werden und das Messergebnis verfälschen können, effektiv erkannt und ausgeglichen werden können. Da Störgeräusche im Ultraschallbereich stark gedämpft werden, wirken diese auf weit voneinander entfernt angeordnete Ultraschallsensoren 12', 12" unterschiedlich stark. Dadurch können Störgeräusche von weit entfernt voneinander angebrachten Ultraschallsensoren 12, 12" leicht erkannt werden.This arrangement of the ultrasonic sensors 12′ and 12″ achieves the advantage that background noise, which is received by the ultrasonic sensors 12′ or 12″ in addition to the ground echo signals and can falsify the measurement result, can be effectively recognized and compensated for. Since background noise in the ultrasonic range is strongly damped, it affects ultrasonic sensors 12', 12" that are far apart from one another to different degrees. As a result, background noise from ultrasonic sensors 12, 12" that are far apart from one another can be easily detected.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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Claims

Device (2) for detecting a state of a road surface (50), comprising - at least two vehicle-mounted ultrasonic sensors (12', 12") designed to transmit and receive ultrasonic signals; - a control unit (30) designed to activate the ultrasonic sensors (12', 12"), in such a way that each of the ultrasonic sensors (12', 12") emits an ultrasound signal and receives a reflected echo signal of the transmitted ultrasound signal, - a computing unit (40) designed to evaluate the received echo signals with regard to a ground echo signal and to determine at least one Property of the road surface (50) depending on the evaluation, characterized in that each of the ultrasonic sensors (12', 12") is assigned to a wheel (14, 15) of a vehicle (1) and the ultrasonic sensors are each in the area of the assigned wheel (14 , 15) are arranged such that a first ultrasonic sensor (12 ') first ground echo signals from a first Area of the road surface (50), which is in the direction of travel (11) in front of the associated wheel (14, 15), and that a second ultrasonic sensor (12") second ground echo signals from a second area of the road surface (50), which is in the direction of travel ( 11) lies behind the associated wheel (14, 15), and wherein the evaluation includes a comparison of the first and second ground echo signals.

Device (2) after claim 1 , characterized in that the computing unit (40) is designed to determine a signal strength for each detected ground echo signal and to calculate a difference in signal strength for comparison, a property of the road surface (50) being determined as a function of the difference.

Device (2) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that two ultrasonic sensors are assigned to the same wheel (14, 15) of the vehicle (1), a first ultrasonic sensor (12') receiving first ground echo signals from an area of the road surface (50') in front of the wheel in the direction of travel (11). (14, 15) and a second ultrasonic sensor (12") detects second ground echo signals from an area of the road surface (50) behind the wheel (14, 15) in the direction of travel (11).

Device (2) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that two ultrasonic sensors (12', 12") are assigned to different wheels (14, 15) of the vehicle (1), with a first ultrasonic sensor (12') receiving first ground echo signals from an area of the road surface (50) in the direction of travel a front wheel (14) of the vehicle (1) and a second ultrasonic sensor (12") detects second ground echo signals from an area of the road surface (50) in the direction of travel (11) behind a rear wheel (15) of the vehicle (1), in particular on the same vehicle side.

Device (2) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the ultrasonic sensors (12', 12") are arranged in such a way that a main axis of the respective transmission/reception area (20', 20") of the ultrasonic sensors (12', 12") is perpendicular to the direction of travel (11) of the Vehicle (1) is aligned.

Device (2) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the ultrasonic sensors (12', 12") are aligned with one another in such a way that each of the ultrasonic sensors (12', 12") is in the transmission/reception range (20', 20") of the other ultrasonic sensor (12', 12").

Device (2) according to a claim 6 , characterized in that at least one of the ultrasonic sensors (12', 12") is designed and arranged to receive a ground echo signal of an ultrasonic signal of the respective other ultrasonic sensor (12', 12") as a cross echo signal and the computing unit (40) is designed to To determine signal strength of the cross-echo signals and to take into account when determining the at least one property of the road surface (50).

Device according to one of Claims 6 or 7 , characterized in that at least one of the ultrasonic sensors (12', 12") is designed and arranged to directly receive an ultrasonic signal from the respective other ultrasonic sensor (12', 12") and the computing unit (40) is designed to calculate an intensity of the received to compare the ultrasonic signal with an expected intensity value and to calculate a correction of the ground echo signals depending on the comparison, or if the deviation of the intensity of the received ultrasonic signal from the expected intensity value is greater than a defined threshold value, for contamination or damage to the receiving ultrasonic sensor (12', 12 ") close.

Device (2) according to one of Claims 1 until 8th characterized in that at least one of the ultrasonic sensors (12', 12") is arranged in such a way that the ultrasonic sensor surface (24) of the ultrasonic sensor (12', 12") is tilted in the direction of travel (11) or counter to the direction of travel of the vehicle, in particular over 45°.

Device (2) according to one of Claims 1 until 9 characterized in that at least one of the ultrasonic sensors (12', 12") is arranged in a wheel housing of the vehicle.

Method for detecting a road surface (50) in the vicinity of a vehicle (1), in particular by means of a device (2) according to one of the preceding claims, comprising the steps: - receiving at least one first ground echo signal from a first area of the road surface (50) in the direction of travel in front of a wheel (14, 15) of the vehicle (1) by means of at least one first vehicle-mounted ultrasonic sensor (12'); - Receiving at least one second ground echo signal from a second area of the road surface (50) in the direction of travel (11) behind a wheel (14, 15) of the vehicle (1) by means of at least one second vehicle-bound ultrasonic sensor (12"); - Evaluation of the received ground echo signals and determination of at least one property of the road surface (50) depending on the evaluation, the evaluation comprising a comparison of the first and second ground echo signals.

Vehicle (1), in particular a motor vehicle, comprising a device (2) according to one of Claims 1 until 10 .