DE19747017A1 - Detektion von Wasser- und/oder Eisschichten auf der Straße unter Verwendung einer Lichtquelle - Google Patents

Detektion von Wasser- und/oder Eisschichten auf der Straße unter Verwendung einer Lichtquelle

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DE19747017A1
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DE1997147017
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Juergen Diebold
Peter Lohberg
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Continental Teves AG and Co OHG
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ITT Manufacturing Enterprises LLC
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
    • B60R16/0237—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems circuits concerning the atmospheric environment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials

Description

Das von der Fahrbahnoberfläche zurückgestreute Licht einer gepulsten Lichtquelle (z. B. Blitzlicht) wird in einen Lichtleiter eingekoppelt und in die Auswerteeinheit wei­ ter geleitet. Diese besteht aus einer Quadranten-Photodiode, die vier physikalisch getrennte Photodioden auf einem SI-Substrat integriert und auf die vier Interferenz­ filter aufgedampft werden können.
Der Anteil des Emissionsspektrums der gepulsten Lichtquelle im nahen infraroten Bereich (bei ca. 1000 nm) regt Wasser und Eis zu Schwingungen an. Aufgrund der Clusterbildung von Wasser bei Änderung des Aggregatzustandes von Wasser zu Eis verschiebt sich die Lage des Maximums der Absorption um ca. 50 nm. Damit müssen zur Unterscheidung von Wasser und Eis zwei Photodioden die Intensität des zurückgestreuten Lichts bei den für die Absorption von Wasser und Eis jeweils typischen Wellenlängen (λWasser = 980 nm, λEis = 1030 nm) detektieren.
Die Stärke der Absorption hängt von der Dicke der Wasser- und/oder Eisschicht auf der Straße ab. Vergleicht man nun die Intensität des zurückgestreuten Lichts bei λWasser und λEis mit der Intensität des zurückgestreuten Lichts bei gleichem, trockenen Fahrbahnbelag (Basislinie), erhält man eine Aussage über die jeweiligen Schichtdicken aus einer linearen Näherung des Lambert-Beerschen-Gesetzes. Die dabei ver­ wendete, fahrbahnspezifische Basislinie läßt sich durch Intensitätsmessung des zu­ rückgestreuten Lichts bei zwei weiteren Wellenlängen (λRef1, λRef2) außerhalb der Ab­ sorptionsbanden von Wasser und Eis (Wellenlängenbereich um λWasser, λEis) bestim­ men. Dazu sind zwei weitere Photodiode notwendig.
Die Intensitätsbestimmungen mit den vier Photodioden geschieht über eine analoge Integration des Photostroms mit Operationsverstärker. Damit die vier so erzeugten Spannungen als Intensitätsgrößen vergleichbar sind, müssen die Signale noch nor­ miert werden. Zum einen müssen die Dunkelströme der Photodioden bekannt sein; dazu wird eine Messung bei ausgeschalteter Lampe durchgeführt. Zum anderen müssen alle wellenlängenabhängigen Effekte eliminiert werden, das sind der Transmissionsgrad der optischen Elemente und die Emissionscharakteristik der Lampe. Dazu muß eine Referenzmessung durchgeführt werden.
Stand der Technik
Am Deutschen Patentamt ist unter PCT/DE 961 00 347 vom Institut für Chemo- und Biosensorik, Münster, e.V. (Aninstitut der Westfälischen Wilhelms-Universität Mün­ ster) (ICB) von T. Huth-Fehre, M. Bläsner, A. Katerkamp das Verfahren zum Fest­ stellen des Oberflächenzustandes insbesondere von Verkehrswegen und Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens angemeldet worden.
Darin wird das Verfahren (1.) mit einer kontinuierlichen Beleuchtung (nicht gepul­ ste Lichtquelle) beschrieben.
Technische Vorteile der Erfindung
  • - Bei Verwendung einer Blitzlampe sinkt die Belastung des Bordnetzes erheblich. (In PCT/DE 96/00347 wird eine 50 Watt Halogenlampe verwendet)
  • - In den Dunkelphasen der gepulsten Lichtquelle kann während der Fahrt eine Än­ derung des Dunkelstroms der Photodioden gemessen werden.
  • - In den Dunkelphasen der gepulsten Lichtquelle können die aktuellen Lichtver­ hältnisse und damit die Überlagerung mit dem Sonnenspektrum erfaßt werden. Es kann also während der Fahrt laufend eine Referenzmessung durchgeführt wer­ den.
  • - Wird abwechselnd mit unterschiedlichen Farben geblitzt, so kann eine Drift des Systems (z. B. Änderung der Emissionscharakteristik der Lampe durch unter­ schiedliche Betriebstemperatur oder fortgeschrittene Betriebsdauer) durch Ver­ gleich des Unterschieds im zurückgestreuten Licht bei den unterschiedlichen Far­ ben festgestellt werden.
Der entscheidende Punkt der Erfindung
Der Einsatz eines solchen Systems im Fahrzeug setzt voraus, daß sich das System selbst kalibriert. Durch die Verwendung einer gepulsten Lichtquelle wird es erst möglich, Dunkelstrom- und Referenzmessungen während der Fahrt ständig durch­ zuführen, um die Richtigkeit der Schichtdickenbestimmung von Wasser und Eis auf der Straße garantieren zu können.
Im Gegensatz zu PCT/DE 96/00347 hat man beim Einsatz einer gepulsten Licht­ quelle folgende Vorteile:
  • - Die Änderung der Emissionscharakteristik der Lampe mit ihrer Betriebstempe­ ratur und der Betriebsdauer kann während der Fahrt festgestellt werden, da wäh­ rend der Fahrt ständig eine Referenzmessung durchgeführt werden kann. Damit ist die Richtigkeit der Messung erst zu garantieren!
  • - Die Überlagerung des Lampenspektrums mit dem Sonnenspektrum kann nun während der Fahrt ständig erfaßt werden. So werden die Messungen bei stark wechselnden bzw. unterschiedlichen Lichtverhältnissen (Tunnelfahrten, unter­ schiedliche Bewölkung, Schatten . . .) erst brauchbar. In PCT/DE 96/00347 ent­ spricht die vor Fahrtbeginn durchgeführte Referenzmessung im Laufe der Fahrt nicht mehr der Realität.
  • - Der Dunkelstrom der Photodioden kann nun ständig während der Fahrt gemes­ sen werden. So können Änderungen des Dunkelstroms abhängig von den Umge­ bungsbedingungen (z. B. Temperatur) ständig gemessen werden, ohne daß das System dabei "blind" ist.
  • - Das Bordnetz wird nicht permanent mit 50 W belastet.

Claims (3)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Wasser- und/oder Eisschichten auf einer Fahrbahn mit Hilfe einer Lichtquelle, gekennzeichnet durch die Verwendung einer gepulsten Lichtquelle.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung für ein KFZ-Regelungssystem, wie ABS, Antriebsschlupfregelungssystem, Fahrstabilitätsrege­ lungssystem (FSR, ASMS) etc.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch eine Auslegung als selbstkalibrierendes System, wobei während der Fahrt des KFZ und/oder während der Meßvorgänge fortlaufend Dunkelstrom- und Referenzmes­ sungen durchgeführt und dadurch die Richtigkeit der Schichtdickenmessungen von Wasser und Eis auf der Fahr­ bahn überprüft und/oder die Messungen korrigiert werden.
DE1997147017 1997-10-24 1997-10-24 Detektion von Wasser- und/oder Eisschichten auf der Straße unter Verwendung einer Lichtquelle Withdrawn DE19747017A1 (de)

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