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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrbahnoberfläche sowie
ein Fahrzeug mit einer solchen Erfassungsvorrichtung.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Erfassungsvorrichtung mit mehreren Sensoren,
die auf eine Fahrbahnoberfläche
gerichtet sind, um Veränderungen
an dieser festzustellen, sowie eine Einrichtung zum Verarbeiten
der von den Sensoren gewonnenen Daten.
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Die
EP860001 beschreibt eine Erfassungsvorrichtung mit Infrarotsensoren,
die in einem Fahrzeug eingesetzt wird, um dem Benutzer des Fahrzeugs
eine mögliche
Veränderung
der Fahrbahnoberfläche
oder das Überfahren
einer Markierungslinie auf dem Boden anzuzeigen.
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Diese
Art von Vorrichtung funktioniert insgesamt zufrieden stellend, aber
in bestimmten Fällen erfasst
sie nicht alle Veränderungen
der Fahrbahnoberfläche
mit ausreichender Qualität.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erfassen
der Fahrbahnoberfläche
vorzuschlagen, deren Erfassungsqualität gegenüber dem Stand der Technik verbessert
ist und die dennoch einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
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Hierzu
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung,
die dem Gattungsbegriff im oben genannten Oberbegriff entspricht,
im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil
der Sensoren so zueinander angeordnet ist, dass die Querabstände zwischen
zwei benachbarten Beobachtungspunkten auf dem Boden zu einer Längs achse
hin in einer Richtung zunehmen, die im Wesentlichen senkrecht zu
dieser Achse verläuft.
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Darüber hinaus
kann die Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Die
Vorrichtung umfasst mindestens fünf
Sensoren.
- – Die
Sensoren sind auf beiden Seiten einer Längsmittelachse angeordnet und
die Querabstände
zwischen den Beobachtungspunkten auf dem Boden der Sensoren sind
im Wesentlichen symmetrisch gegenüber dieser Achse.
- – Der
Querabstand dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Paaren von
Beobachtungspunkten auf dem Boden der Sensoren wird durch die Formelbestimmmt, sodass insbesondere
eine unterbrochene Markierungslinie auf dem Boden erfasst wird.
Dabei ist n die laufende Nummer des Beobachtungspunktes auf dem
Boden zur Längsachse hin,
L1 die Länge
in Zentimeter eines Strichs der unterbrochenen Linie, L2 die Breite
in Zentimeter eines Strichs der unterbrochenen Linie, E der Abstand
in Zentimeter zwischen zwei aufeinander folgenden Strichen und c
eine bestimmte Konstante, die eine Sicherheitsspanne der Erfassung in
Zentimeter festlegt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einer
solchen Erfassungsvorrichtung vorzuschlagen, bei dem die Nachteile
des Stands der Technik ganz oder teilweise behoben sind.
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Hierzu
umfasst das erfindungsgemäße Fahrzeug
mehrere Sensoren, die zur Fahrbahnoberfläche gerichtet sind, um Veränderungen
an dieser festzustellen, sowie eine Einrichtung zum Verarbeiten
der von den Sensoren gewonnenen Daten und ist dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil der Sensoren derart zueinander angeordnet
ist, dass die Querabstände
zwischen zwei benachbarten Beobachtungspunkten auf dem Boden der
Sensoren von der Außenseite
zur Innenseite des Fahrzeugs in einer Richtung zunehmen, die im
Wesentlichen senkrecht zur Längsmittelachse
des Fahrzeugs verläuft.
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Darüber hinaus
kann das Fahrzeug eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Die
Sensoren sind auf beiden Seiten der Längsmittelachse des Fahrzeugs
angeordnet und die Querabstände
zwischen den Beobachtungspunkten auf dem Boden der Sensoren sind
im Wesentlichen symmetrisch gegenüber dieser Achse.
- – Der
Querabstand dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Beobachtungspunkten
auf dem Boden der Sensoren ist durch die Formelfestgelegt, sodass insbesondere
die Position des Fahrzeugs in Bezug auf eine unterbrochenen Markierungslinie
auf dem Boden erfasst wird. Dabei ist n die laufende Nummer des
Beobachtungspunktes auf dem Boden eines Sensors von der Außenseite
zur Innenseite des Fahrzeugs, L1 die Länge in Zentimeter eines Strichs
der unterbrochenen Linie, L2 die Breite in Zentimeter eines Strichs
der unterbrochenen Linie, E der Abstand in Zentimeter zwischen zwei
aufeinander folgenden Strichen und c eine bestimmte Konstante, die eine
Sicherheitsspanne der Erfassung in Zentimeter festlegt.
- – Das
Fahrzeug weist elf Sensoren auf.
- – Mindestens
ein Teil der Sensoren ist seitlich zur Außenseite des Fahrzeugs gerichtet.
- – Mindestens
ein Teil der Sensoren ist gegenüber der
Vertikalen um einen Winkel geneigt, der im Wesentlichen gleich oder
größer als
ihr Halbwinkel des Sichtkegels ist.
- – Mindestens
ein Teil der Sensoren ist gegenüber der
Vertikalen um einen Winkel zwischen ungefähr 5 und 45 Grad geneigt.
- – Mindestens
ein Teil der Sensoren ist im vorderen Schild des Fahrzeugs angeordnet.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile werden bei der Lektüre der folgenden Beschreibung
deutlich, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt.
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1 zeigt
in schematischer Draufsicht ein Fahrzeug auf einer Fahrbahn.
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2 ist
eine schematische Teilansicht eines Fahrzeugs von vorne, die eine
erste Anordnung der Erfassungssensoren nach der Erfindung veranschaulicht.
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3 zeigt
eine schematische Draufsicht des vorderen Abschnitts eines Fahrzeugs,
die die Verteilung der Beobachtungspunkte auf dem Boden bei einer
zweiten bevorzugten Anordnung der Erfassungssensoren gemäß der Erfindung
veranschaulicht.
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Die 4 und 5 zeigen
eine dritte beziehungsweise vierte Verteilung der Beobachtungspunkte
auf dem Boden der Erfassungssensoren gemäß der Erfindung.
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6 ist
ein Blockschaltbild, das Aufbau und Funktionsweise der Erfassungsvorrichtung
nach der Erfindung zeigt.
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Die
Vorrichtung zur Erfassung einer Fahrbahnoberfläche gemäß der Erfindung, wie sie insbesondere
in den 2 und 6 gezeigt ist, umfasst mehrere
Sensoren c1 bis cn, die mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 2 verbunden
sind, beispielsweise einem Rechner.
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Im
oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind
die Sensoren an einem Fahrzeug 1 montiert und zur Fahrbahnoberfläche 4 gerichtet,
um Veränderungen
an dieser und insbesondere das Auftreten von Markierungen auf dem
Boden festzustellen. Die Datenverarbeitungs einrichtung 2 besteht
beispielsweise aus einem Rechner eines Multiplex-Netzes des Fahrzeugs 1.
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Erfindungsgemäß umfasst
das Fahrzeug 1 mehrere Sensoren, die derart zueinander
angeordnet sind, dass die Querabstände zwischen zwei benachbarten
Beobachtungspunkten auf dem Boden von der Außenseite zur Innenseite des
Fahrzeugs 1 in einer Richtung zunehmen, die im Wesentlichen senkrecht
zur Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs verläuft.
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Denn überraschenderweise
erhöht
eine solche Anordnung der Sensoren die Erfassungsqualität gegenüber den
Systemen des Stands der Technik. Insbesondere ist festzustellen,
dass die Erfindung eine Unterbrechung in der Oberfläche und
insbesondere eine Markierungslinie auf dem Boden verlässlicher
und ausführlicher
erfasst.
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In
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das
Fahrzeug vier Sensoren c1 bis c4, von denen die eine Hälfte auf
der einen und die andere Hälfte
auf der anderen Seite des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Jeder
Sensor c1 bis c4 beobachtet eine Fläche oder einen Punkt v1 bis
v4 auf dem Boden. Vorzugsweise sind die vier Sensoren c1 bis c4 im
Wesentlichen symmetrisch gegenüber
der Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs angeordnet. Die beiden Beobachtungspunkte auf dem Boden
v1, v2 oder v4, v3 der Sensoren auf einer Seite des Fahrzeugs sind beispielsweise
ungefähr
8 bis 25 Zentimeter voneinander beabstandet und vorzugsweise rund
12 Zentimeter. Die Beobachtungspunkte auf dem Boden v2, v3 der Sensoren
c2, c3, die der Längsmittelachse 5 am
nächsten
sind, sind ungefähr
1 Meter bis 1,8 Meter voneinander beabstandet.
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Als
bevorzugte Variante weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens fünf Sensoren
auf; die Anordnung von 2 kann ver ändert werden, indem ein zusätzlicher
Sensor an der Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs hinzugefügt
wird. Der Beobachtungspunkt auf dem Boden des fünften Sensors kann im gleichen
Abstand von den Beobachtungspunkten auf dem Boden v2, v3 der beiden
benachbarten Sensoren c2, c3 angeordnet sein.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsvariante
ist der Querabstand dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten
Beobachtungspunkten auf dem Boden vn, vn + 1 durch die Formel dn
= k·Rn gegeben. Dabei ist n die laufende Nummer
des Beobachtungspunktes auf dem Boden von der Außenseite zur Innenseite des
Fahrzeugs, R ein erster konstanter multiplikativer Koeffizient,
der im Wesentlichen 1,2 entspricht, und k ein zweiter konstanter
Koeffizient, der im Wesentlichen 10 entspricht.
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Wie
zuvor erhöht
diese Konfiguration die Erfassungsqualität gegenüber den Systemen des Stands
der Technik und verbindet gleichzeitig einen einfachen Aufbau mit
niedrigen Kosten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Positionierung
der Sensoren insbesondere an die Erfassung von unterbrochenen Markierungslinien
auf dem Boden angepasst werden. So kann der Querabstand dn in Zentimeter
zwischen zwei benachbarten Beobachtungspunkten auf dem Boden vn,
vn + 1 durch die folgende Formel bestimmt werden:
Dabei ist n die laufende
Nummer des Beobachtungspunktes auf dem Boden vn eines Sensors von
der Außenseite
zur Innenseite des Fahrzeugs, L1 die Länge in Zentimeter eines Strichs
6 der
unterbrochenen Linie, L2 die Breite in Zentimeter eines Strichs
6 der
unterbrochenen Linie, E der Abstand in Zentimeter zwischen zwei
aufeinander folgenden Strichen
6 und c eine bestimmte Konstante,
die eine Sicherheitsspanne der Erfassung in Zentimeter festlegt (
1).
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Die
Sicherheitsspanne c der Erfassung wird abhängig von den gewünschten
Anwendungen und der gewünschten
Erfassungsgenauigkeit gewählt. Die
Sicherheitsspanne c bildet den Mindest-Überwachungsabstand
auf dem Boden durch einen Sensor, von dem ausgehend eine Veränderung
als potenzielle Markierung betrachtet werden kann. Die Sicherheitsspanne
c wirkt also wie ein Abstand, der einen Filter bildet, damit kleine
Gegenstände
auf der Fahrbahnoberfläche 4 wie
beispielsweise Papier nicht berücksichtigt
werden. Die Sicherheitsspanne c kann auf einen Wert zwischen beispielsweise
0 und 50 Zentimeter und vorzugsweise ungefähr 20 Zentimeter festgelegt
werden.
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Diese
Anordnung der Sensoren nach der Erfindung erlaubt eine zuverlässige Erfassung
der Oberflächenveränderungen
der Fahrbahn 4 des Fahrzeugs 1 und eignet sich
besonders gut für
die Erfassung einer unterbrochenen Markierung auf dem Boden.
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Insbesondere
wurde festgestellt, dass eine solche Anordnung eine zuverlässige und
frühzeitige Erfassung
einer Drift eines Fahrzeugs gegenüber seiner Bahn erlaubt, insbesondere
gegenüber
einer unterbrochenen Markierungslinie auf dem Boden. Denn wenn das
Fahrzeug mit einem kleinen Winkel von seiner Bahn abdriftet und
sich die Fahrbahnoberfläche ändert (beispielsweise
beim Überfahren
einer unterbrochenen Markierung), erfassen die Sensoren mit den
am weitesten außen
am Fahrzeug angeordneten Beobachtungspunkten auf dem Boden v1, vn diesen
Zustand. Eine Drift mit einem etwas größeren Winkel wird von den Sensoren
mit den folgenden Beobachtungspunkten v2, vn – 1 in Richtung zur Innenseite
des Fahrzeugs erfasst und so weiter.
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Es
hat sich also Folgendes gezeigt: Je kleiner der Winkel des Fahrzeugs
gegenüber
einer Begrenzung (unterbrochene Markierung oder andere Oberflächenveränderung)
ist, desto eher wird sie von den Sensoren erfasst, deren Beobachtungspunkte auf
dem Boden sich an der Außenseite
des Fahrzeugs befinden. Dieses Erfassen durch die so genannten äußeren Sensoren
ermöglicht
es, eine Drift des Fahrzeugs gegenüber seiner Bahn frühzeitig
zu erkennen.
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Um
die erfindungsgemäße Vorrichtung
so auszulegen, dass sie jede unterbrochene Markierung auf dem Boden
erfasst, das heißt
um sie auf die verschiedenen Markierungen unterschiedlicher Länder anzupassen,
kann man die Formel
einsetzen, wobei die Breite
des Strichs L2 auf ihren kleinstmöglichen Wert festgelegt wird.
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Ebenso
legt man den Faktor
auf seinen kleinsten gefundenen
Wert fest.
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In
den größten europäischen Ländern beträgt die Mindestbreite
des Strichs L2 um die 10 Zentimeter, während der Faktor
im Wesentlichen 1,2 entspricht
(Sicherheitsspanne c auf 20 Zentimeter festgelegt). So kann der
Querabstand dn in Zentimeter zwischen zwei benachbarten Beobachtungspunkten
auf dem Boden vn, vn + 1 in einer besonders vorteilhaften Ausführungsart
durch die Formel dn = 10 × 1,2
n bestimmt werden.
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Das
in 3 dargestellte Fahrzeug umfasst elf Sensoren,
die im vorderen Schild 8 vor den Vorderrädern 3 gemäß der obigen
Formel angeordnet sind. Die elf Sensoren sind nur durch ihren jeweiligen Beobachtungspunkt
auf dem Boden v1 bis v11 symbolisiert.
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Hier
entspricht der Abstand d1 zwischen dem ersten Beobachtungspunkt
v1 und dem zweiten Beobachtungspunkt v2 auf dem Boden im Wesentlichen
12 Zentimeter; der Abstand d2 zwischen dem zweiten Beobachtungspunkt
v2 und dem dritten Beobachtungspunkt v3 auf dem Boden v3 entspricht
im Wesentlichen 14,4, Zentimeter; der Abstand d3 zwischen dem dritten
Beobachtungspunkt v3 und dem vierten Beobachtungspunkt v4 auf dem
Boden entspricht im Wesentlichen 17,3 Zentimeter; der Abstand d4
zwischen dem vierten Beobachtungspunkt v4 und dem fünften Beobachtungspunkt
v5 auf dem Boden v5 entspricht im Wesentlichen 20,7 Zentimeter und
der Abstand d5 zwischen dem fünften
Beobachtungspunkt v5 und dem sechsten Beobachtungspunkt v6 auf dem
Boden entspricht im Wesentlichen 25 Zentimeter. Bei einer solchen
Konfiguration mit ungerader Anzahl an Sensoren ist ein Beobachtungspunkt
auf dem Boden v6 im Wesentlichen auf der Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs angeordnet.
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Die
auf der anderen Seite der Längsmittelachse 5 des
Fahrzeugs angeordneten Beobachtungspunkte auf dem Boden v11 bis
v6 sind im Wesentlichen symmetrisch gegenüber der Achse 5 angeordnet
(d10 = d1).
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Die 4 und 5 zeigen
zwei weitere Beispiele der Anordnung von Erfassungssensoren mit
neun beziehungsweise acht Sensoren, die symmetrisch gegenüber den
jeweiligen Symmetrieachsen 5 angeordnet sind.
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In
der Ausführungsart
von 4 können
die aufeinander folgenden Querabstände zwischen den benachbarten
Beobachtungspunkten auf dem Boden v1 bis v5 zur Achse 5 hin
im Wesentlichen 12 Zentimeter, 14,4 Zentimeter, 17,3 Zentimeter
und 45,7 Zentimeter betragen.
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In
der Ausführungsart
von 5 können
die aufeinander folgenden Querabstände zwischen den benachbarten
Beobachtungspunkten auf dem Boden v1 bis v5 zur Achse 5 hin
im Wesentlichen 12 Zentimeter, 14,4 Zentimeter, 17,3 Zentimeter
und 90 Zentimeter betragen.
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Erfindungsgemäß können die
Sensoren cn und damit ihre Beobachtungspunkte auf dem Boden vn unabhängig voneinander
in Richtungen angeordnet sein, die parallel zur Längsachse 5 des
Fahrzeugs verlaufen. Vorzugsweise sind die Sensoren cn und damit
ihre Beobachtungspunkte auf dem Boden vn jedoch im vorderen Bereich
des Fahrzeugs angeordnet, sodass sie eine Veränderung der Fahrbahnoberfläche 4 möglichst
früh erfassen.
Die Sensoren können
aber ebenso in jedem anderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein,
beispielsweise in den Rückspiegeln.
Außerdem
kann die Vorrichtung bei anderen Anwendungen mehr als elf Sensoren
aufweisen (insbesondere bei LKWs).
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Die
oben beschriebenen Sensoren bestehen vorzugsweise aus Systemen mit
Mitteln zum Aussenden von Wellen in einem wenig gestörten Lichtbereich,
beispielsweise Infrarotwellen, und Mitteln zur Aufnahme der reflektierten
Wellen. Selbstverständlich
können
die Infrarotsensoren durch Ultraschall- und oder Videosensoren oder
andere gleichwertige Elemente ersetzt oder gemeinsam mit diesen
eingesetzt werden.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
So kommt eine Erfassungsvorrichtung in Frage, bei der die Sensoren
nur auf einer Seite des Fahrzeugs angeordnet sind, um nur die betreffende Seite
auf eine Oberflächenveränderung
zu überwachen.
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Außerdem können alle
oder ein Teil der Sensoren seitlich zur Außenseite des Fahrzeugs gerichtet
sein.
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Insbesondere
können
die Sensoren nach vorne oder nach hinten und/oder zu einer Seite
des Fahrzeugs gegenüber
der Vertikalen geneigt sein.
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Vorzugsweise
entspricht der Neigungswinkel der Sensoren gegenüber der Vertikalen im Wesentlichen
ihrem Halbwinkel A des Sichtkegels 7 oder ist größer als
dieser. Der Sichtkegel 7 eines Sensors wird vom Sichtfensterwinkel
des Sensors festgelegt (2).
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Vorzugsweise
sind die Sensoren gegenüber der
Vertikalen um einen Winkel zwischen ungefähr 5 und 45 Grad und vorzugsweise
15 Grad geneigt.
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Die
oben definierte Ausrichtung der Sensoren verbindet eine gute Qualität der Erfassung
des Bodens mit einer frühzeitigen
Erfassung. Denn es ist festzustellen, dass die von den Sensoren
ausgesandten Signale über
Größe, Form
und Position der beobachteten Punkte auf dem Boden die Erfassungsqualität des Systems
gegenüber
dem Stand der Technik verbessern.
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Vorzugsweise
beschreibt die von einem Sensor beobachtete Fläche auf dem Boden eine im Wesentlichen
elliptische oder kreisförmige
Spur und besitzt einen Durchmesser in der Größenordnung von circa 5 bis
10 Zentimeter. Darüber
hinaus sind die Sensoren vorzugsweise auf einer Höhe über dem Boden
zwischen 15 Zentimeter und 1 Meter angeordnet.
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Unter
Bezugnahme auf 6 kann die Erfassungsvorrichtung
eingesetzt werden, um den Fahrer vor einem möglichen Abdriften des Fahrzeugs von
der Bahn zu warnen. In Abhängigkeit
von den Informationen, die von den Sensoren c1, cn geliefert werden,
kann die Datenverarbeitungseinrichtung 2 Sicherheitsmittel 9 wie
Signalmittel nach außen
(beispielsweise Blinker) oder für
den Benutzer des Fahrzeugs (Leucht- und/oder Ton- und/oder Tastsignal) aktivieren.
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Vorteilhafterweise
kann die Aktivierung oder Nicht-Aktivierung der Sicherheitsmittel 9 auch
von einer Information M abhängig
gemacht werden, die für das
Einschalten oder Ausschalten des Erfassungssystems steht (beispielsweise
ein Schalter), und/oder von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs
und/oder von einem Zustand S der Aktivierung oder Nicht-Aktivierung
der Blinker des Fahrzeugs.
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Das
heißt
das Überwachungs-
und Sicherheitssystem kann einen Steuerschalter aufweisen, mit dem
der Benutzer des Fahrzeugs das Systems ein- oder ausschaltet.
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Es
ist auch denkbar, die Überwachungs-
und Warnvorrichtung zu aktivieren, wenn die Geschwindigkeit V des
Fahrzeugs eine bestimmte Grenze übersteigt,
beispielsweise in der Größenordung
von 80 km/h.
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Vorzugsweise
aktiviert die Datenverarbeitungseinrichtung die Sicherheitsmittel 9 nicht,
wenn fast gleichzeitig auf beiden Seiten des Fahrzeugs ein Überfahren
festgestellt wird. Auf diese Weise wird dem Benutzer des Fahrzeugs
das normale Überfahren
einer Querlinie nicht angezeigt.
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Ebenso
können
die Warn- und Sicherheitsmittel 9 nur dann aktiviert werden,
wenn eine anormale Unterbrechung, die von einem ersten Sensor festgestellt
wurde, von mindestens einer zweiten Messung durch einen benachbarten
Sensor bestätigt wird.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit besonderen Ausführungsarten beschrieben wurde,
umfasst sie alle Mittel, die zu den in den fol genden Ansprüchen beschriebenen
Mitteln technisch gleichwertig sind.