DE19745684A1 - Nässesensor zur Erfassung der Wasserhöhe auf einer Fahrbahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nässesensor zur Erfassung der Wasserhöhe auf einer Fahrbahn in einem Kraftfahrzeug während des Fahrbetriebs.

Ein derartiger Nässesensor ist beispielsweise aus der DE 195 43 137 A1 bekannt. Dieser bekannte Nässesensor weist einen schwingungsfähigen Körper (Prallplatte) auf, an dem ein elektrischer Signalaufnehmer angeord­ net ist und der gegenüber dem Aufbau des Fahrzeuges schwingungstech­ nisch entkoppelt ist. Zwischen dem schwingungsfähigen Körper und dem Aufbau des Fahrzeuges ist zur schwingungstechnischen Entkoppelung eine schwingungsdämpfende Membran angeordnet. Hierdurch entsteht eine sehr weiche, isolierende Anbindung des schwingungsfähigen Körpers bezogen auf den Fahrzeugaufbau.

Durch diesen bekannten Nässesensor werden die das Nässe-Meßsignal verfälschenden Einflüsse, wie Motorgeräusche, Geräusche durch Fahrbah­ nunebenheiten oder Vibrieren von Teilen des Kraftfahrzeug-Aufbaus, zwar reduziert, jedoch noch nicht eliminiert. Darüber hinaus wird durch die Schwingungsdämpfung auch der Nutzanteil des vom Signalaufnehmer er­ faßten Meßsignals gedämpft, wodurch die Auswertung des Meßsignals er­ schwert wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Nässesensor eingangs genannter Art derart zu verbessern, daß nicht von der Fahrbahnnässe erzeugte Stör­ schwingungen eliminiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Ge­ genstände der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird eine Meßmembran und eine Referenzmembran, vor­ zugsweise in einer gemeinsamen Halterung, parallel zueinander in einem Teil des Kraftfahrzeugaufbaus angeordnet, der mit der von den Reifen wäh­ rend des Fahrbetriebs aufgewirbelten Nässe besprüht wird, insbesondere in der Radhausschale. Wegen der Verschmutzungsgefahr der Meßmembran ist eine möglichst bündige und damit im Unterschied zum Stand der Technik (DE 195 43 137 A1) weitgehend feste Anbindung des Nässesensors am Aufbau des Kraftfahrzeuges bzw. in der Radhausschale, z. B. lediglich mittels einer Gummidichtlippe, besonders vorteilhaft. D. h. der Nässesensor ist mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges schwingungstechnisch weitgehend gekop­ pelt. Zwar unterliegt der gesamte Nässesensor damit nicht unerheblichen Einflüssen der nicht von der Fahrbahnnässe erzeugten Schwingungen, wie z. B. den Fahrbahn- und Motoranregungen, diese Einflüsse werden jedoch durch die erfindungsgemäße Anordnung der Meßmembran und der Refe­ renzmembran zumindest nahezu eliminiert. Da nur die Meßmembran der zu messenden Nässe ausgesetzt ist, die Referenzmembran jedoch trocken ge­ halten wird, werden beide Membrane durch die Störschwingungen in glei­ cher Weise zu ihren Eigenschwingungen angeregt jedoch wirken nur auf die Meßmembran zusätzlich die Impulse der hochgewirbelten Wassertropfen.

Zur Auswertung ist beispielsweise die Bestückung beider Membrane mit Be­ schleunigungsaufnehmern möglich. Ein von Störschwingungen bereinigtes Signal als Maß für die Nässe ist die Differenz der Spektren der mittels der Beschleunigungsaufnehmer erfaßten Meßsignale, da die Störanteile gleich groß sind und sich in der Differenz aufheben.

Besonders vorteilhaft zur Messung der Schwingungsdifferenz der beiden Membrane, da einfacher im Aufbau, ist die Anordnung eines einzigen Signalaufnehmers in Form eines Kraftsensors, über den die Meßmembran und die Referenzmembran zwangsgekoppelt sind. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß ein möglicherweise gegenphasig auftretendes Schwingen der beiden Membrane vermieden wird. Bei einer mechanischen Zwangskoppelung beider Membrane über einen Kraftsensor schwingen bei­ de Membrane in Phase, wodurch nur dann eine Kraft meßbar ist, wenn eine Membran zusätzlich durch Wassertröpfchen angeregt wird.

Weiterhin wird zur Vermeidung von Störschwingungen durch Luftschall vor­ zugsweise die Rückseite der Referenzmembran akustisch gedämmt.

Besonders vorteilhaft ist auch das Anbringen eines mechanischen An­ schlags für die Meßmembran, um deren Beschädigung und eine Beschädi­ gung des Kraftsensors durch größere Steine im Radhaus zu verhindern. Ein derartiger Anschlag besteht beispielsweise aus Streben, bei einer kreisför­ migen Meßmembran vorzugsweise in Kegelform, um Dämpfungseffekte durch den Luftstrom zu vermeiden, der bei schwingender Membran gegen­ über einer nahegelegenen Anschlagfläche auftreten kann.

Durch den erfindungsgemäßen Nässesensor wird ein die Nässe bzw. die Wasserhöhe auf einer Fahrbahn sehr genau wiedergebendes Meßsignal erhalten, das auf einfache Weise weiterverarbeitet werden kann; zum einen sind Störschwingungen bereits eliminiert und zum anderen ist keine Fre­ quenzanalyse notwendig. Zur Bestimmung des Nässesignals reicht bei­ spielsweise eine analoge Bandpaßfilterung mit anschließender Mittelwertbil­ dung aus.

Es ist jedoch auch eine FFT-Auswertung möglich, durch die die Verschmut­ zung anhand einer Resonanzfrequenzverschiebung erkennbar ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen in der Radhausschale angeordneten erfindungsgemäßen Nässe­ sensor mit nur einem Signalaufnehmer.

In einer Radhausschale 1 ist weitgehend bündig, vorzugsweise über eine hier nicht dargestellte Dichtlippe, ein erfindungsgemäßer Nässesensor ange­ bracht, der eine Meßmembran 3 und eine Referenzmembran 4 aufweist. Die Meßmembran 3 und die Referenzmembran 4 sind gleichartig und parallel zueinander in einer gemeinsamen massiven Aluminiumhalterung 2 aufge­ baut.

Die Meßmembran 3 ist der zu messenden Nässe ausgesetzt, indem sie di­ rekt von dem durch die Reifen aufgewirbelten Wasser besprüht wird. Dem­ gegenüber befindet sich die Referenzmembran 4 in einem trockenen Be­ reich. Die Rückseite der Referenzmembran 4 ist zur akustischen Dämmung beispielsweise mittels eines Filzes 6 abgeschirmt.

Auf der Innenseite der Meßmembran 3, die ebenso wie die Referenzmem­ bran 4 vorzugsweise als kreisförmige Scheibe ausgebildet ist, ist ein aus Streben bestehender mechanischer Anschlag 7 in Kegelform angebracht. Durch den mechanischen Anschlag 7 wird die maximal mögliche Auslenkung der Meßmembran 3 derart beschränkt, daß eine maximal zulässige Auslen­ kung der Meßmembran 3 nicht überschritten wird. Durch die luftdurchlässi­ gen Streben als mechanischer Anschlag 7 werden Dämpfungseffekte der Luft vermieden. Die Membrane 3 und 4 weisen vorzugsweise eine Tellerfe­ der-Eigenform auf, und sind an ihrer Innenseite jeweils mit konzentrischen Rillen versehen, wodurch eine deutlichere Resonanzfrequenz erhalten wird.

Die Meßmembran 3 und die Referenzmembran 4 sind über einen Kraftsen­ sor 5 zwangsgekoppelt. Der Kraftsensor 5 ist beispielsweise als Dehnungs­ meßstreifen, vorzugsweise jedoch als verschleißfrei arbeitender mikrome­ chanischer Kraftsensor ausgebildet.

Über den Kraftsensor 5 wird die Differenz der Schwingungen der Meßmem­ bran 3 und der Referenzmembran 4 direkt erfaßt und als elektrisches Signal S an ein Steuergerät 8 im Kraftfahrzeug, vorzugsweise drahtlos oder über einen Datenbusanschluß, übertragen.

Der Anbringungsort des Nässesensors im Radhaus liegt wegen der Stein­ schlaggefahr vorzugsweise über dem Radeinlauf. Die Meßeinrichtung durch die Zwangskopplung der Membrane 3 und 4 über den Kraftsensor 5 wirkt vorzugsweise am Mittelpunkt der Membrane.

Bei Fahrbahnnässe werden proportional zur Wasserhöhe auf der Fahrbahn Tropfen in das Radhaus geschleudert und regen dort die Eigenschwingung der Meßmembran 3 an. Der Kraftsensor 5 mißt eine Kraft zwischen den bei­ den Membranen 3 und 4. Diese Kraft tritt jedoch nur dann auf, wenn die Meßmembran 3 zusätzlich, wie hier durch Wassertröpfchen, angeregt wird.

Sämtliche Störschwingungen, die von Fahrbahnunebenheiten oder vom Mo­ tor her kommen, wirken in gleicher Weise auf beide Membrane 3 und 4 und werden durch die erfindungsgemäße Zwangskopplung kompensiert. Eine starke Verschmutzung der Meßmembran 3 wird dadurch erkannt, daß sich das Maximum der Resonanzfrequenz zu niedrigeren Frequenzen hin ver­ schiebt.

Die Information der Wasserhöhe auf der Fahrbahn mittels des erfindungs­ gemäßen Nässesensors wird insbesondere zur Aquaplaningwarnung oder für Fahrzeugfunktionen benötigt, die von einer möglichst genauen Reibwert­ schätzung bei nasser Fahrbahn abhängen.

Claims (4)

1. Nässesensor zur Erfassung der Wasserhöhe auf einer Fahrbahn in einem Kraftfahrzeug während des Fahrbetriebs, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßmembran (3) parallel zu einer gleichartigen Referenzmembran (4) angeordnet ist und daß die Meßmembran (3) der zu messenden Näs­ se ausgesetzt ist, die Referenzmembran (4) jedoch nicht.

2. Nässesensor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmembran (3) und die Referenzmembran (4) mittels eines gemeinsa­ men Kraftsensors (5) zwangsgekoppelt sind.

3. Nässesensor nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmembran (4) akustisch gedämmt ist.

4. Nässesensor nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die maximal mögliche Auslenkung der Meßmembran (3) mittels eines mechanischen Anschlags (7) derart beschränkt ist, daß eine maximal zulässige Auslenkung nicht überschritten wird.