DE4213221A1 - Verfahren zur Erfassung der Benetzung einer Fahrbahnoberfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Benetzung einer Fahrbahnoberfläche mit einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

In Kraftfahrzeugen werden zunehmend Steuersysteme eingesetzt, die sich direkt oder indirekt auf die Fahrdynamik auswirken, beispielsweise Anti­ blockiersysteme, Antriebsschlupfregelungen und Steuerungen für Differen­ tialsperren.

Bei den bekannten Systemen wird zuerst eine Überschreitung der Kraft­ schlußgrenze eines Reifens erkannt und danach Abhilfe eingeleitet. Da hierbei die Kraftschlußgrenze immer wieder überschritten wird, kann die­ ses Verfahren nicht optimal sein. Deshalb bemüht man sich, die Kraft­ schlußgrenze im Fahrzeug kontinuierlich zu erfassen.

Die Kraftschlußgrenze ist vom Straßenzustand und hier speziell von deren Benetzung mit einer Flüssigkeit abhängig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das die Benetz­ ung einer befahrenen Fahrbahn mit einer Flüssigkeit kontinuierlich er­ faßt und in einem Kraftfahrzeug anwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Patentansprüche gelöst, wo­ bei die Unteransprüche wesentliche Weiterbildungen enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß die Benetzung mit einer Flüssigkeit der zum Meßzeitpunkt befahrenen Fahrbahnoberfläche kontinuierlich erfaßt wird. Darüber hinaus kann das im übrigen berührungslos arbeitende Verfahren mit bekannten und hinläng­ lich erprobten Mitteln verschleiß- und rückwirkungsfrei durchgeführt werden.

Weiterhin wird ein Aufnahmeverfahren für das Abrollgeräusch des Reifens aufgezeigt, das für die Anforderungen einer Anwendung im Kraftfahrzeug geeignet und insbesondere robust und unempfindlich gegenüber Störungen und Verschmutzungen ist. Auch werden die im Automobilbau wichtigen For­ derungen nach geringem Gewicht und geringen Kosten erfüllt.

Es zeigt:

Fig. 1 zwei Diagramme eines Körperschallpegels an einer Radhausinnen­ verkleidung eines Fahrzeuges für glatten Asphalt in den Zuständen "trocken" und "naß",

Fig. 2 eine Ansicht von einem an der Radhausinnenverkleidung angeordneten Körperschallaufnehmer,

Fig. 3 ein Ablaufschaubild für das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 4 eine Ansicht eines in einem Radhaus eines Kraftfahrzeuges ange­ ordneten Mikrofones,

Fig. 5 zwei Diagramme eines Schallpegels im Radhaus eines Fahrzeuges für glatten Asphalt in den Zuständen "trocken" und "naß" und

Fig. 6 ein Diagramm einer Versuchsfahrt über eine unterschiedlich stark benetzte Fahrbahn.

In Fig. 1 ist in zwei Diagrammen der Amplitudengang eines Körperschall­ pegels an einem Radinnenkotflügel für glatten Asphalt in den Zuständen "trocken" und "naß" über der Frequenz dargestellt, der mittels einer Fourieranalyse für unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten ermittelt wur­ de. Fig. 1a zeigt den Amplitudengang für den trockenen, Fig. 1b den Am­ plitudengang für den nassen Zustand. Die Diagramme wurden mit Hilfe ei­ nes in Fig. 2 skizzierten Körperschallaufnehmers 1 aufgenommen, der so an einer Radhausinnenverkleidung 2 angeordnet ist, daß er direkt hinter einem Rad 3 des Kraftfahrzeuges in dessen Spritzwasserstrahl 4 zu liegen kommt. In die Diagramme nach Fig. 1 sind Meßfenster 5 eingetragen, die einen für eine Benetzung einer Fahrbahn mit einer Flüssigkeit charakte­ ristischen Frequenzbereich angeben.

Das in Fig. 3 dargestellte Verfahren nutzt diesen Effekt. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt "Erfassen des Spritzwassergeräusches" 6. Es fol­ gen Schritte "Bandpaßfilterung" 7, "Effektivwertbildung" 8 und "Tiefpaßfilterung" 15. Einem nachfolgenden Schritt "Zuordnen im Kennfeld" 9 gehen Schritte "Zustandserfassung" 10 und "Erfassen der Fahrgeschwindigkeit" 11 voraus. Den Abschluß bildet ein Schritt "Ausgeben" 12.

Das Erfassen des Spritzwassergeräusches 6 erfolgt durch Aufnehmen des an der Radhausinnenverkleidung 2 vom Spritzwasserstrahl 4 eines Rades 3 er­ zeugten Körperschalles. Es sind prinzipiell alle Körperschallaufnehmer geeignet, die den hierbei entstehenden Körperschall insbesondere auch unter kraftfahrzeugspezifischen Bedingungen im verwendeten Frequenzbe­ reich erfassen, wie beispielsweise Beschleunigungsaufnehmer oder Mikro­ fone. Dieser Schritt liefert ein dem Körperschall entsprechendes Signal.

Vorzugsweise wird das Erfassen des Spritzwassergeräusches 6 an der in Fahrtrichtung gesehen ersten Achse, der Vorderachse, durchgeführt, da hierbei bei Vorwärtsfahrt ein Zeiterfassungsvorteil gegenüber dem Erfas­ sen an nachfolgenden Achsen besteht.

Die Bandpaßfilterung 7 des Ausgangssignales erfolgt im Ausführungsbei­ spiel im Bereich von 2,5 kHz bis 4,5 kHz, da es sich in Versuchen ge­ zeigt hat, daß dieser Frequenzbereich von dem durch den Spritzwasser­ strahl 4 erzeugten Geräusch stark beeinflußt ist; siehe auch Fig. 1.

Die Effektivwertbildung 8 des Ausgangssignales erfolgt dadurch nur in diesem für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbe­ reich. Der ermittelte Effektivwert, der dem quadratischen Mittelwert entspricht, stellt die Intensität des Körperschalles im gewählten Meßfenster 5 dar.

In einer weiteren Ausführung des Verfahrens ist es alternativ vorgese­ hen, anstelle der Schritte "Bandpaßfilterung" 7 und "Effektivwertbil­ dung" 8 eine Spektralanalyse, beispielsweise in Form einer Fourierana­ lyse, durchzuführen und anschließend den Mittelwert der Amplitudenver­ teilung in dem für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Fre­ quenzbereich zu bilden.

Die Tiefpaßfilterung 15 erfolgt mit einer Grenzfrequenz, die geringer als die untere Grenzfrequenz des für die Benetzung charakterisierenden Frequenzbereiches ist. Mit Hilfe der Tiefpaß-Grenzfrequenz wird die Dämpfung des Gesamtsystems eingestellt, womit beispielsweise vermieden wird, daß kurzzeitige Änderungen der Schallintensität im Radhaus, wie sie beispielsweise beim Auftreffen kleiner Steine auf den Radinnenkotflügel auftreten, das Ausgangssignal beeinflussen.

Der Effektivwert hängt neben der Benetzung der Fahrbahnoberfläche auch von weiteren Größen, vor allem jedoch, wie in Fig. 1 deutlich erkennbar, von der Fahrgeschwindigkeit ab. Zum Kompensieren des Einflusses der Fahrgeschwindigkeit wird ein in Schritt 11 mit üblichen und bekannten Mitteln erfaßtes Fahrgeschwindigkeitssignal verwendet.

Während die Einflußgröße Fahrgeschwindigkeit sich kurzfristig ändert, sind weitere Einflüsse wie Reifentemperatur, Reifentyp, Reifendruck, oder Beladungszustand in ihrer Größe kleineren und deutlich längerfri­ stigeren Schwankungen unterworfen. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, diese Einflüsse mittels Zustandserfassung 10 langfristig zu ermitteln. Mit den Ergebnissen der Zustandserfassung 10 kann dann eine Kompensation der genannten Einflußgrößen erfolgen. Das Verfahren ist damit in der Lage, sich an veränderte Umgebungsbedingungen zu adaptieren. Um die Qualität der Adaption zu erhöhen, kann es notwendig sein, eine oder mehrere der durch die Zustandserfassung 10 überwachten Einflußgrößen mit Hilfe eines weiteren Signales oder direkt zu erfassen.

Da der Körperschallaufnehmer 1 neben dem vom Spritzwasserstrahl hervor­ gerufenen Geräusch auch andere im Meßfenster 5 liegende Geräusche, z. B. das Abrollgeräusch des Rades 3 oder das Motorgeräusch des Antriebsmo­ tors, aufnimmt, ist auch eine Kompensation dieser Störgrößen notwendig. Dies kann vorteilhafterweise im Falle des mit der Motordrehzahl wachsenden Motorgeräusches durch die Erfassung der Motordrehzahl im Schritt "Zustandserfassung" 10 und nachfolgender Berücksichtigung des so ermittelten Wertes beim "Zuordnen im Kennfeld" 9 unter Berücksichtigung der Motordrehzahl erfolgen. Im Falle des Abrollgeräusches ist dies durch Erfassung und Berücksichtigung der Rauhigkeit der Fahrbahn möglich.

Bei Messungen im Spritzwasserstrahl 4 eines gelenkten Rades ist darüber hinaus der Einschlagwinkel dieses Rades, der die Richtung des Spritzwasserstrahles 4 bestimmt, von Einfluß. Daher ist es von besonderem Vorteil, diesen Einfluß durch Erfassung im Schritt "Zustandserfassung" 10 und nachfolgender Berücksichtigung des Einschlagwinkels des Rades oder des Lenkwinkels beim "Zuordnen im Kennfeld" 9 zu kompensieren.

Das Zuordnen im Kennfeld 9 des Effektivwertes zu einem Wert der Benetzung erfolgt unter Berücksichtigung des im Schritt 11 gewonnenen Fahrgeschwindigkeitssignales, der Motordrehzahl, des Lenkwinkels und des Ergebnisses der Zustandserfassung 10, so daß sowohl der Einfluß der Fahrgeschwindigkeit als auch der Einfluß der weiteren Einfluß- und Störgrößen kompensiert werden können. Das Kennfeld ist, entsprechend der Zahl von Eingangsgrößen, mehrdimensional aufgebaut.

Im dargestellten Beispiel wurde ein 3-dimensionales Kennfeld, nämlich mit den Eingangsgrößen Effektivwert und Fahrgeschwindigkeit und der Ausgangsgröße Wasserhöhe durch Fahrversuche ermittelt.

Es ist auch möglich, die genaue Kenntnis aller Einflüsse vorausgesetzt, das Kennfeld mittels analytisch geschlossener Gleichungen zu ermitteln oder das Kennfeld durch eine solche Gleichung zu ersetzen.

Es kann weiterhin vereinfachend vorgesehen sein, das Zuordnen im Kennfeld 9 nicht zu einem Wert einer Benetzung, entsprechend beispielsweise einer Wasserhöhe, sondern zu einem Benetzungsgrad vorzunehmen. Benetzungsgrade können beispielsweise sein:

trocken : Wasserhöhe 0 mm,
feucht : Wasserhöhe größer 0 mm bis 0,5 mm,
naß : Wasserhöhe größer 0,5 mm bis 2 mm,
sehr naß: Wasserhöhe größer 2 mm.

Das Ausgeben 12 des Wertes der Benetzung oder des Benetzungsgrades an den Fahrer oder im Fahrzeug vorhandene Steuergeräte erfolgt mit bekann­ ten, nicht dargestellten Mitteln auf elektrischem, optischen oder aku­ stischem Weg.

In einer nicht dargestellten, vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist es vorgesehen, anstelle eines Frequenzbereiches mehrere Frequenzbereiche zu erfassen und die zugehörigen Intensitäten so miteinander zu verknüpfen, daß eine Größe entsteht, die allein von der Fahrbahnrauhigkeit abhängt.

Zum Beispiel liefert die Verknüpfung der Intensität eines Frequenzbereiches, der von der Benetzung der Fahrbahn, der Fahrgeschwindigkeit und den weiteren Einflußgrößen beeinflußt wird und der Intensität eines Frequenzbereiches, der nur durch Fahrgeschwindigkeit und den weiteren Einflußgrößen abhängt, einen Wert, der allein von der Benetzung geprägt wird.

Eine zweite mögliche Ausführung zum Erfassen 4 des Abrollgeräusches zeigt Fig. 4. Im Radhaus 13 eines Fahrzeuges ist ein Mikrophon 14 so an­ geordnet, daß es gegen Wasser, Verschmutzung und Körperschall aus der Karosserie des Fahrzeuges geschützt ist.

Fig. 5 zeigt zwei Diagramme eines mittels einer derartigen Anordnung im Radhaus 13 eines Fahrzeuges aufgenommenen Schallpegels für glatten Asphalt in den Zuständen "trocken" und "naß".

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Ergebnisse einer Versuchsfahrt über eine unterschiedlich stark benetzte Fahrbahn. Dabei ist mit "X" die Fahrgeschwindigkeit, mit "+" eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren (Körperschallaufnehmer 1 an der Radhausinnenverkleidung 2 nach Fig. 2) ermittelte Wasserhöhe und mit "*" eine mittels eines Referenzgebers ermittelte Ist-Wasserhöhe bezeichnet. Beide Wasserhöhen sind im gleichen Maßstab, jedoch mit unterschiedlicher Lage des Nullpunktes der Wasserhö­ he aufgetragen.

Claims (18)

1. Verfahren zur Erfassung der Benetzung einer Fahrbahnoberfläche mit einer Flüssigkeit, wobei die Fahrbahnoberfläche mittels eines Fahrzeugs befahren wird, dessen Räder auf der Fahrbahn abrollen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Erfassen des Spritzwassergeräusches (6) oder des Abrollgeräusches we­ nigstens eines Rades (3) des Kraftfahrzeuges mittels eines am Kraft­ fahrzeug angeordneten Aufnehmers (1; 14) und Erzeugen eines dem erfaß­ ten Geräusch entsprechenden Ausgangssignales,
• - Bandpaßfilterung (7) des Ausgangssignales, um einen für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbereich abzutrennen,
• - Effektivwertbildung (8) des gefilterten Ausgangssignales,
• - Tiefpaßfilterung (15) des Effektivwertes,
• - Zuordnen (9) des Effektivwertes zu einem Wert der Benetzung der Fahr­ bahnoberfläche unter Kompensation des Einflusses anderer Größen als der Benetzung auf den Effektivwert und
• - Ausgeben (12) dieses Wertes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Spritzwassergeräusches (6) oder des Abrollgeräusches zumindest ein im Radhaus (13) an geschützter Stelle angeordnetes und gegen Körper­ schall geschütztes Mikrofon (14), dessen Bandbreite zumindest einen für die Benetzung der Fahrbahnoberfläche charakteristischen Frequenzbereich umfaßt, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen des Spritzwassergeräusches (6) durch Aufnehmen des an einer Radhausin­ nenverkleidung (2) des Kraftfahrzeuges vom Spritzwasserstrahl (4) des Rades (3) erzeugten Körperschalles erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenzfrequenz der Bandpaßfilterung (7) im Bereich von 2,5 kHz und die obere Grenzfrequenz der Bandpaßfilterung (7) im Bereich von 4,5 kHz liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Bandpaßfilterung (7) mit nachfolgender Effektivwertbildung (8) folgende Schritte durchgeführt werden:

• - Spektralanalyse des für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbandes im Ausgangssignal des Aufnehmers (1; 14) und
• - Mittelwertbildung über das so ermittelte Amplitudensprektrum.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs­ signal des Aufnehmers (1; 14) in einem Bereich zwischen 2,5 kHz und 4,5 kHz der Spektralanalyse unterzogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spektral­ ananlyse das Ausgangssignal des Aufnehmers (1; 14) in einem Bereich zwi­ schen 2,5 kHz und 4,5 kHz einer Fourieranalyse unterzogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Einfluß der Fahrgeschwindigkeit auf den Effektivwert mit Hilfe eines Fahrgeschwindigkeitssignales kompensiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Einfluß der Fahrgeschwindigkeit wenigstens einer der Einflüsse Reifen­ temperatur, Reifentyp, Reifenluftdruck, Reifenverschleißzustand, Vorderradlenkwinkel, Motordrehzahl, Fahrbahnrauhigkeit oder Beladungszustand auf den Effektivwert kompensiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß hierzu diese Größen direkt erfaßt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, 8 oder einem der folgenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Zuordnen (8) des Effektivwertes zu einem Wert der Benetzung oder zu einem Benetzungsgrad erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuordnen (8) des Effektivwertes mittels einer Kennlinie oder eines Kennfeldes erfolgt, die als Eingangsgröße zumindest den Effektivwert, des weiteren den Wert des Fahrgeschwindigkeitssignales und die Werte der weiteren Einflußgrößen aufweist und als Ausgangsgröße den Wert der Benetzung oder des Benetzungsgrades ausgibt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuordnen (8) des Effektivwertes mittels einer geschlossenen analytischen Gleichung erfolgt, die als Eingangsgröße zumindest den Effektivwert, des weiteren den Wert des Fahrgeschwindigkeitssignales und die Werte der weiteren Einflußgrößen aufweist und als Ausgangsgröße den Wert der Benetzung oder des Benetzungsgrades ausgibt.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte

• - Bandpaßfilterung (7) des Ausgangssignales, um einem für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbereich abzutrennen,
• - Effektivwertbildung (8) des gefilterten Ausgangssignales,
• - Tiefpaßfilterung (15) des Effektivwertes

für mehrere Frequenzbereiche parallel durchgeführt werden und dann im Schritt,

• - Zuordnen (9) der Effektivwerte zu einem Wert der Benetzung der Fahr­ bahnoberfläche unter Kompensation des Einflusses anderer Größen als der Benetzung auf die Effektivwerte

der Wert der Benetzung oder der Benetzungsgrad ermittelt werden.

15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassen des Spritzwassergeräusches (6) an einer in Fahrtrichtung gesehen ersten Achse erfolgt.

16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Effektivwertes eine Kenngröße gebildet und verwendet wird, die ein Maß für die Schallintensität in einem für die Benetzung der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbereich ist.