DE19843563A1 - Vorrichtung zur Erfassung von Nässe - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erfassung von Nässe auf einem Untergrund umfaßt einen auf dem Untergrund (3) beweglichen Körper (1; 2) zum Aufwirbeln von Sprühnässe (5) von dem Untergrund (3) und einen Sensor (4) zum Erfassen der Sprühnässe (5). Die Vorrichtung wird vorzugsweise zum Erfassen von Fahrbahnnässe in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei das Kraftfahrzeug selber der bewegliche Körper sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Nässe auf einem Untergrund. Derartige Vorrichtungen sind insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik von Interesse, um sie in ein Fahrzeug einzubauen, wo sie dazu dienen können, den Fahrer vor Fahrbahnnässe zu warnen.

Stand der Technik

Es besteht erhebliches Interesse an Vorrichtungen, die in der Lage sind, den Fahrer eines Fahrzeugs insbesondere bei Nachtfahrten mit hoher Geschwindigkeit vor plötzlich auftretender Fahrbahnnässe zu warnen, die die Brems- und Lenkbarkeit des Fahrzeugs erheblich beeinträchtigen kann. Bei Fahrten in der Dunkelheit ist es für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs oft nur anhand von Reflexen der Straßenbeleuchtung, sofern vorhanden, oder von Scheinwerfern des entgegenkommenden Verkehrs erkennbar, ob die Straßendecke, auf der er sich bewegt, naß ist oder nicht. Wenn er die Nässe nicht bemerkt, kann es leicht vorkommen, daß er mit unangemessen hoher Geschwindigkeit fährt, was leicht zu Unfällen führen kann.

Es sind Ansätze zur Entwicklung von Vorrichtungen zur Erfassung von Fahrbahnnässe unternommen worden, bei denen das Lichtreflexionsverhalten der Fahrbahn überwacht wird. Dieses ist unterschiedlich, je nachdem, ob die Fahrbahn naß oder trocken ist. Ein Problem bei diesen Vorrichtungen ist, daß es möglich sein muß, sie in einem Fahrzeug fest zu montieren und für eine große Vielfalt möglicher Fahrbahnbeläge zu nutzen. Da die Helligkeit der Fahrbahnbeläge je nach verwendetem Material unterschiedlich ist, läßt eine Absolutmessung der Intensität des von der Fahrbahn reflektierten Lichts keinen Rückschluß auf die Frage der Nässe zu. Eine vergleichende Messung an nasser und trockener Fahrbahnoberfläche ist nicht möglich, da kein Vergleichsmuster zur Verfügung steht. Es wurden deshalb Messungen des Reflexionsvermögens der Fahrbahn bei unterschiedlichen Polarisierungen des einfallenden und des reflektierten Lichts vorgesehen. Das Reflexionsvermögen einer trockenen Fahrbahn sollte für s- und p-polarisiertes Licht gleich sein, wohingegen es bei einer nassen Fahrbahn unterschiedlich sein sollte. Solche Messungen sind an ruhenden Objekten mit großer Präzision möglich, bei einer mit hoher Geschwindigkeit befahrenen Straße ergibt sich jedoch das Problem, daß deren Oberfläche wie auch die von eventuell darauf befindlichem Wasser nicht eben ist, so daß eine exakte Trennung des von dort reflektierten Lichts in s- und p-Polarisation nicht möglich ist, weshalb eine nach Polarisationsebenen getrennte Erfassung des reflektierten Lichts mit Unsicherheiten behaftet ist.

Ein weiteres Problem ist, daß die Lichtquelle und der Lichtdetektor für zur Erfassung des von der Fahrbahn reflektierten Lichts zwangsläufig unter dem Fahrzeug angebracht sein müssen, so daß sie leicht verschmutzen, was die Sicherheit der Erfassung weiter beeinträchigt.

Ein zweiter Ansatz zur Schaffung einer tauglichen Vorrichtung zur Erfassung von Fahrbahnnässe war die Erfassung und Auswertung des Rollgeräuschs der Reifen eines Kraftfahrzeugs, welches bekanntlich für nasse und für trockene Fahrbahn unterschiedlich ist. Auch diese Erfassung gestaltet sich jedoch problematisch, da auch die Beschaffenheit der Fahrbahndecke einen großen Einfluß auf das Rollgeräusch hat und es deshalb äußerst schwierig ist, bei einer Änderung des Rollgeräuschs zu entscheiden, ob diese auf eine Veränderung in der Beschaffenheit der Fahrbahndecke oder auf Nässe zurückgeht.

Vorteile der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Vorrichtung zur Erfassung von Nässe auf einem Untergrund geschaffen, die das Problem des Fehlens eines geeigneten Vergleichssignals dadurch vermeidet, daß nicht mehr ein direkt durch Wechselwirkung mit der Fahrbahn erzeugtes und damit durch deren variable Eigenschaften verfälschbares Signal erfaßt und ausgewertet wird, sondern daß ein Begleiteffekt des Fahrens auf nasser Fahrbahn genutzt wird, der praktisch hintergrundfrei und damit wesentlich genauer nachweisbar ist.

Dieser Nebeneffekt ist die aufgewirbelte Sprühnässe, die sich bei der Bewegung eines Körpers auf einen nassen Untergrund durch dessen Fahrtwind bildet und im Falle eines fahrenden Kraftfahrzeugs von dessen Karosserie sowie zusätzlich von dessen Reifen aufgewirbelt wird.

Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung ist, daß anders als bei den bekannten Vorrichtungen zum gleichen Zweck eine Eigenbewegung der Vorrichtung sich nicht störend auf die Genauigkeit der Erfassung auswirkt, im Gegenteil ist die Eigenbewegung Voraussetzung für eine zuverlässige Erfassung. Diese Tatsache kommt aber gerade dem Bedürfnis des Kraftfahrers entgegen, der eine Warnung vor Fahrbahnnässe insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten von ca. 80 km/h und darüber benötigt, bei denen Aquaplaninggefahr besteht, während bei niedrigen Geschwindigkeiten die Gefährdung durch Fahrbahnnässe wesentlich geringer ist.

Da Sprühnässe im wesentlichen im in Bewegungsrichtung des Körpers hinter diesen liegenden Bereich aufgewirbelt wird, ist der Sensor zweckmäßigerweise am Körper entgegen dessen Bewegungsrichtung orientiert angebracht, so daß er den hinter dem Körper liegenden Bereich erfassen kann.

Dabei ist es wünschenswert, daß das vom Sensor überwachte Volumen den Untergrund nicht umfaßt, so daß vom Untergrund ausgehende Störsignale nach Möglichkeit nicht erfaßt werden.

Wenn dies nicht in ausreichendem Maße möglich ist und das vom Sensor überwachte Volumen einen Bereich des Untergrundes umfaßt, sollte der Abstand dieses Bereichs vom Sensor größer als der Abstand des Sensors von einem Bereich des überwachten Volumens sein, in dem Sprühwasser eintreten kann, so daß anhand der unterschiedlichen Entfernungen der Sprühnässe und des Untergrunds vom Sensor eine Unterscheidung der von diesen ausgehenden Signale möglich ist. Das in diesem Fall stets vorhandene Echo des Untergrunds kann zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Vorrichtung ausgenutzt werden.

Vorzugsweise umfaßt der Sensor eine Quelle, die eine Welle abstrahlt, und einen Detektor, der ein von der Sprühnässe zurückgeworfenes Echo der Welle erfaßt. Diese Welle ist vorzugsweise eine gepulste Ultraschallwelle. Dies ermöglicht die Erfassung von Sprühnässe anhand der Laufzeit des zurückgeworfenen Echos.

Es sind Einparkhilfesysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen Ultraschallsensoren eingesetzt werden, um mit Hilfe von Ultraschallimpulsen nach dem Echolotprinzip den Abstand eines Fahrzeugs von einem Hindernis abzuschätzen und dem Fahrer des Fahrzeugs ein Warnsignal zu liefern, wenn ein bestimmter kritischer Mindestabstand unterschritten wird. Bei einem mit einem solchen Einparkhilfesystem ausgestatteten Kraftfahrzeug können die Sensoren dieses Systems gleichzeitig zur Überwachung von Fahrbahnnässe eingesetzt werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, daß die Vorrichtung zur Erfassung von Nässe in einem Kraftfahrzeug vor allem beim Fahren mit normaler Reisegeschwindigkeit benötigt wird, während das Einparkhilfesystem nur arbeiten muß, wenn sich das Fahrzeug mit Schrittgeschwindigkeit oder noch langsamer bewegt. Die Sensoren können daher in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit dynamisch dem Einparkhilfesystem oder der Vorrichtung zur Erfassung von Nässe zugeordnet werden, ohne daß Konflikte zwischen beiden auftreten.

Dabei wirkt sich ferner vorteilhaft aus, daß ein Einparkhilfesystem stets entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtete Sensoren umfaßt, um Hindernisse hinter dem Fahrzeug zu erfassen, die also denjenigen Bereich erfassen, wo bei einem schnell vorwärts fahrenden Fahrzeug Sprühnässe auftritt. Die Sensoren sind daher zweckmäßigerweise im am weitesten hintenliegenden Bereich des Fahrzeugs, nämlich dem Stoßfänger, eingebaut.

Die öffnungsgemäße Vorrichtung wird in einem Fahrzeug zweckmäßigerweise nicht nur genutzt, um den Fahrer vor Fahrbahnnässe zu warnen. Vorzugsweise dient sie bei einem Fahrzeug mit Scheinwerfern mit veränderbarer Lichtverteilung zusätzlich dazu, eine Steuerschaltung zu veranlassen, die Lichtverteilung der Scheinwerfer in Abhängigkeit vom Fahrbahnzustand anzupassen. So kann eine Blendung des Gegenverkehrs durch Reflexion auf der nassen Fahrbahn vermieden oder zumindest eingeschränkt werden.

Figuren

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 die Heckpartie eines Kraftfahrzeugs, das sich auf einer Straße bewegt und dabei Nässe aufwirbelt;

Fig. 2 ein von einem Sensor des Fahrzeugs bei trockener Fahrbahn erfaßtes Echosignal; und

Fig. 3 ein bei nasser Fahrbahn erfaßtes Echosignal.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt die Heckpartie eines Kraftfahrzeugs 1, das sich auf nassem Untergrund 3 in der Figur nach links bewegt. Durch den Fahrtwind des Kraftfahrzeugs 1 und insbesondere durch dessen Räder 2 wird Sprühnässe 5 von der Fahrbahn hochgewirbelt, die in der Figur als kurze Striche angedeutet ist. Durch Luftverwirbelungen hinter dem Fahrzeug steigt die Sprühnässe in einen Bereich empor, der hinter dem Stoßfänger 7 des Fahrzeugs in dessen Höhe liegt. Im Stoßfänger 7 ist ein Ultraschallsensor 4 eingelassen, der einen Sender zum Abstrahlen von Ultraschallimpulsen in den Raum hinter dem Fahrzeug und einen Empfänger für ein zurückgeworfenes Echo umfaßt. Ein vom Sensor überwachtes Volumen 6 ist derjenige Bereich, aus dem Echos vom Sensor oberhalb von dessen Rauschpegel erfaßt und somit nachgewiesen werden können. Das vom Sensor 4 überwachte Volumen 6 schließt einen Bereich 8 des Untergrundes mit ein, so daß von dort reflektierte Echos vom Sensor 4 empfangen und nachgewiesen werden. Falls dieses Echo längere Zeit nicht empfangen wird, ist dies ein Indiz für eine Störung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es kann deshalb vorgesehen werden, daß die Vorrichtung eine Störungswarnung beim Ausbleiben des Echos erzeugt.

Die Entfernung des Bereiches S vom Sensor 4 ist größer als die eines Großteils der Sprühnässe 5.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Intensität eines typischen Echos, das der Sensor 4 bei trockenem Untergrund empfängt. Der Nullpunkt der Zeitskala in Fig. 2 ist der Zeitpunkt, an dem der Sensor 4 einen Ultraschallimpuls aussendet. Solange keine Wassertropfen vorhanden sind, ist das überwachte Volumen 6 hinter dem Fahrzeug leer, mit Ausnahme des Bereichs 8 des Untergrundes. Von diesem wird nach einer Laufzeit, die dem Weg eines Ultraschallimpulses vom Sender des Sensors 4 zu dem Bereich 8 und zurück zum Empfänger entspricht, das in Fig. 2 gezeigte Ultraschallecho 9 erhalten. Dieses Echo verläuft relativ kontinuierlich über ein Zeitintervall, das der Ausdehnung des Bereichs 8 in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 entspricht.

Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Intensität eines Echosignals im Falle einer nassen Fahrbahn. Man erkennt, daß bereits kurze Zeit nach dem Nullpunkt erste Echos von Sprühwassertropfen empfangen werden, die sich nahe am Sensor 4 befinden. Da praktisch jeder Wassertropfen ein individuelles Echo erzeugt, ist der zeitliche Verlauf des Signals sehr diskontinuierlich. Die ersten, nah am Sensor 4 befindlichen Tropfen liefern naturgemäß ein stärkeres Echo als die weiter entfernten. Die mittlere Amplitude des Signals nimmt daher mit der Zeit ab, bis das Echo vom Untergrundbereich 8 zu einem erneuten Anstieg des Echosignals führt, dessen Verlauf dem in Fig. 2 gezeigten Echosignal 9 entspricht.

Wie man sieht, bereitet aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten der Echosignale der aufgewirbelten Wassertropfen 5 und des Untergrunds 8 die Trennung der sich nahe Signalbeiträge keinerlei Schwierigkeiten. Um ein praktisch untergrundfreies Signal von den aufgewirbelten Wassertropfen zu erhalten, genügt es, das vom Sensor 4 empfangene Echosignal nur während eines Zeitintervalls von t = 0 bis t = t₁ auszuwerten, wobei der Zeitpunkt t₁ nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten weitgehend willkürlich vor Einsetzen des Echosignals 9 vom Untergrund 8 gewählt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist der Sensor 4 Teil eines Einparkhilfesystems, welches beim Rückwärtsfahren des Fahrzeugs den Abstand zu eventuell hinter dem Fahrzeug liegenden Hindernissen erfaßt und eine Warnung für den Fahrer erzeugt, wenn ein Grenzabstand unterschritten wird. Ein solches Einparkhilfesystem ist unter der Bezeichnung "Parkpilot"-System von der Firma Bosch bekannt und braucht hier nicht im Detail beschrieben zu werden. Das System verfügt über eine Auswerteschaltung, die an einen oder mehrere Sensoren 4 angeschlossen ist und anhand von Laufzeitdifferenzen den Abstand eines eventuell vorhandenen Hindernisses abschätzt. Diese Auswerteschaltung kann z. B. als eine programmgesteuerte Mikroprozessorschaltung realisiert sein. Sie wird beim Einlegen des Rückwärtsgangs des Fahrzeugs automatisch in Betrieb gesetzt. Es bereitet keine Schwierigkeiten, eine solche Mikroprozessorschaltung während das Fahrzeug vorwärtsfährt, ein Programm ausführen zu lassen, das sie in die Lage versetzt, Echos von Sprühnässe, wie in Fig. 3 gezeigt, in den von den Sensoren 4 empfangenen Echosignalen zu erkennen, und eine zweite Art von Warnung für den Fahrer zu erzeugen, wenn deren Vorhandensein erkannt wird.

Wenn das Fahrzeug mit einer sog. adaptiven Lichtverteilung ausgestattet ist, die es ermöglicht, die Lichtverteilung der Scheinwerfer während der Fahrt aktiv zu verändern, so kann das Erfassungsergebnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich herangezogen werden, um die Lichtverteilung an nassen bzw. trockenen Untergrund anzupassen, indem der Untergrund intensiver beleuchtet wird, wenn er trocken ist, so daß der Fahrer die vor ihm liegende Fahrbahn gut erkennen kann, wohingegen die Beleuchtung des Untergrundes eingeschränkt wird, wenn die Fahrbahn naß ist, da in diesem Fall ohnehin kaum von den Scheinwerfern des Kraftfahrzeugs auf die Fahrbahn abgestrahltes Licht von dort zum Auge des Fahrers zurückgeworfen wird, sondern im wesentlichen spiegelnd reflektiert wird und entgegenkommenden Verkehr blendet.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Erfassung von Nässe auf einem Untergrund, gekennzeichnet durch einen auf dem Untergrund (3) beweglichen Körper (1; 2) zum Aufwirbeln von Sprühnässe von dem Untergrund (3) und einem Sensor (4) zum Erfassen der Sprühnässe (5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) am Körper (1) entgegen dessen Bewegungsrichtung orientiert angebracht ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Sensor (4) überwachtes Volumen (6) den Untergrund (3) nicht umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Sensor (4) überwachte Volumen (6) einen Bereich des Untergrundes (8) umfaßt, wobei der Abstand dieses Bereichs (8) vom Sensor (4) größer ist als der Abstand des Sensors (3) von einem Bereich des überwachten Volumens (6), in den Sprühnässe eintreten kann.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) eine Welle abstrahlt und ein von der Sprühnässe zurückgeworfenes Echo erfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle eine gepulste Ultraschallwelle ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper (1) ein Kraftfahrzeug ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfahrzeug (1) mit einem Einparkhilfesystem ausgestattet ist und daß das Einparkhilfesystem eingerichtet ist, um ein Signal des Sensors (4) zur Abstandsmessung von einem Hindernis zu nutzen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in einem Stoßfänger (7) des Kraftfahrzeugs (1) eingebaut ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (1) eine Steuerschaltung und Scheinwerfer mit veränderbarer Lichtverteilung umfaßt, und daß die Steuerschaltung die Lichtverteilung der Scheinwerfer in Abhängigkeit von durch den Sensor (4) erfaßter Nässe anpaßt.