EP2956340A1 - Verfahren und strahlensensormodul zur vorausschauenden strassenzustandsbestimmung in einem fahrzeug - Google Patents

Verfahren und strahlensensormodul zur vorausschauenden strassenzustandsbestimmung in einem fahrzeug

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Publication number
EP2956340A1
EP2956340A1 EP14703382.3A EP14703382A EP2956340A1 EP 2956340 A1 EP2956340 A1 EP 2956340A1 EP 14703382 A EP14703382 A EP 14703382A EP 2956340 A1 EP2956340 A1 EP 2956340A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor module
radiation
vehicle
reflected
road
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14703382.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sighard SCHRÄBLER
Bernd Hartmann
Marc Menzel
Hans Magnusson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
Continental Teves AG and Co OHG
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH, Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Publication of EP2956340A1 publication Critical patent/EP2956340A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N2201/0696—Pulsed
    • G01N2201/0697—Pulsed lasers

Definitions

  • the invention relates to a method for predictive road condition determination in a vehicle according to the preamble of claim 1 and to a beam sensor module for predictive road condition determination in a vehicle according to the preamble of claim 7.
  • Environment information can be used for safety-related interventions, such as autonomous braking or steering interventions.
  • vehicle sensors are known, which primarily determine a vehicle state, but also allow conclusions about environmental conditions, such as inclination sensors.
  • DE 10 2007 062 203 A1 discloses a method for determining a coefficient of friction between a
  • a first coefficient of friction parameter is determined using a model, wherein a functional relationship between the first friction coefficient parameter and a drive-dependent determined slip of the motor vehicle tire is predetermined.
  • a second Reibwertparameter is determined from the quotient between a longitudinal force and a contact force of the motor vehicle tire and
  • the coefficient of friction by means of a recursive Schigeral ⁇ rithm of the first and second coefficient of friction parameter determined.
  • the slip is determined from the rotational wheel ⁇ speeds, the longitudinal force of a certain engine torque and the contact force of a longitudinal acceleration and a lateral acceleration.
  • the rotational wheel speeds in turn are usually by means of a
  • ABS sensor technology determined.
  • DE 10 2009 008 959 a vehicle system for navigation and / or driver assistance is disclosed.
  • the vehicle system provides the driver via a so-called virtual horizon environmental information in which also by means of a sensor detected environmental information, which allow conclusions about the road condition, incorporated.
  • a sensor detected environmental information for this purpose, for example, in a braking operation by means of an electronic brake system, a low coefficient of friction can be detected.
  • Wetness can be detected by a rain sensor or by operating the windscreen wipers.
  • a potential icing of the road may e.g. from the combination of temperatures near freezing and passing a bridge.
  • AI sensor for determining a condition of a road surface for a motor vehicle.
  • the condition may be a condition such as wet, dry, icy, snowy or a combination thereof.
  • the sensor comprises a light source unit which emits light in at least two mutually different wavelengths and at least two detectors for detecting the reflected light of the light source unit.
  • the different ones are arranged in at least two mutually different wavelengths and at least two detectors for detecting the reflected light of the light source unit.
  • the described sensor is suitable for detecting the condition of a road surface which is illuminated substantially perpendicularly at a distance of 10 cm to 100 cm.
  • a disadvantage of the methods and devices known from the prior art is that a road condition in many cases is not directly determinable, but only from other parameters, such as. Temperature and humidity, is derived. If the road condition is to be detected directly in accordance with the prior art, this is essentially only possible immediately when driving over the road section to be examined. Especially when using optical
  • Road condition detection sensors are mounted on the underside of the vehicle according to the prior art and directed at the road surface below the vehicle.
  • the invention is therefore based on the object to propose a method which allows a predictive determination of a road condition.
  • the invention relates to a method for predictive road state determination in a vehicle, in which a road surface illuminated by sensor beams, wherein the sensor beams are reflected and absorbed in accordance with a road condition of the road ⁇ zober Structure and wherein the road state determination is based on the reflected sensor beams.
  • the method is characterized by the fact that the road surface in the direction of travel is illuminated in front of the vehicle.
  • the term road condition means different states of the road surface with regard to their coefficient of friction, in particular the states “wet”, “dry”, “ice-covered” and “snow-covered” are different , whereby combinations of the road conditions mentioned are also possible. For example, a puddle of water may cover a layer of ice, so that a combination of the road conditions “wet” and “ice-covered” would exist and be recognized accordingly.
  • the road condition is therefore not only un ⁇ determined indirectly under the vehicle, but with foresight front of the vehicle.
  • the Fahrsta ⁇ bilticiansregelsystem can thus be prepared in time and situation-specific before the onset of a critical situation on this. Taking into account the current speed of the vehicle and the set range of the sensor beams, it is also possible to determine the point in time until the respective illuminated road surface is passed over, so that a setting of a largely optimally adjusted setting is
  • a warning to the driver can be given in advance, in order to avoid this, e.g. It should be pointed out that soon it will run over an ice-covered road surface and accordingly should avoid violent steering movements or braking or acceleration processes.
  • a lighting of the road surface and a detection of the reflected sensor beams takes place synchronized-pulsed.
  • a mean emitted radiation power can thus be reduced, which contributes to increasing the service life of the utilized radiation element.
  • the risk of causing eye damage to people or animals looking into the sensor beams is reduced.
  • Light pulses are significantly greater than a given in continuous operation over the same period amount of energy, whereby the signal to noise ratio of the information in the reflected sensor beams greatly improved in the road condition determination.
  • the detection takes place synchronized with the illumination.
  • the sensor beams comprise different wavelengths, in particular laser beams with intensity maxima at at least two different wavelengths. This simplifies the determination and, in particular, the differentiation of different road conditions. When using laser beams with intensity maxima at at least two different wavelengths, these advantages are further enhanced by the comparatively high light intensity of the laser beams in a comparatively narrow wavelength band.
  • the surgeonMedicsbe ⁇ humor is effected based on intensities of the different wavelengths in the reflected radiation sensor. Since the different road conditions of the road surface have un ⁇ different optical properties and accordingly ⁇ absorbent for certain wavelengths and other reflective, can be concluded from the reflected sensor beams on the particular road conditions of the illuminated road surface. An example of this is the wavelength of 1550 nm, which is relatively strongly absorbed by ice.
  • the different wavelengths in the reflected sensor beams (115) are assigned to the road condition by means of stochastic assignment methods, in particular by means of a support vector method and / or a k-means algorithm.
  • stochastic assignment methods in particular by means of a support vector method and / or a k-means algorithm.
  • this is with regard to the detection of combinations of simultaneously existing road conditions, such as a layer of snow, which is located above a layer of water, significant improvements in the reliability of detection.
  • the recognition of such a combination of road conditions is of particular importance in that an ice layer lying under the snow layer represents a significantly greater risk for the driving stability of the vehicle than it emanates from the snow layer above.
  • support vector methods are also known as “support vector methods.” In general, they allow the efficient finding of global minima without being disturbed by local minima, which is achieved in particular by exploiting a multidimensional vector space
  • the k-means algorithms which assign elements from a set of similar objects to a given number of different groups, are also known to the person skilled in the art, and the k-means algorithms are therefore often referred to as so-called Furthermore, it is preferably provided that the different road conditions are first learned by means of a learning process, which also improves the reliability in the recognition of the different road conditions
  • a specific road condition is continued on at least one driving stability control system and / or vehicle dynamics control system, in particular an anti-lock braking system and / or an Electronic Stability Program and / or chassis control system, wherein the at least one driving stability control system and / or
  • Vehicle dynamics control system by means of the specific road condition performs a locally synchronous adjusted control.
  • the control of such a driving stability control system or vehicle dynamics control system therefore improves since, as already described, it already knows in advance the expected coefficient of friction of the road surface and can adopt a corresponding presetting as starting point for a subsequent control.
  • Under locally synchronously adjusted control is understood according to the invention that, taking into account the vehicle speed of the time of crossing the respective point of the road surface whose road condition has been determined, is determined and thus the corresponding default can be made synchronously with the passing of this point.
  • the invention further relates to a radiation sensor module for predictive road state determination in a vehicle which tektorelement at least two radiating elements, at least one disassembly, an analysis module and a sensor housing, said at least two radiating elements illuminate a road ⁇ zober Structure with sensor beams, wherein the sensor beam of a in accordance with Road condition of the road ⁇ surface reflected and absorbed, wherein the at least one detector element detects the reflected sensor beams and wherein the analysis module makes the road condition determination based on the detected by the at least one detector element reflected sensor beams.
  • the radiation sensor module is characterized by the fact that the sensor housing is transmission is formed on an inner side of a vehicle windshield.
  • the sensor housing comprises the radiating elements, the detector element and optionally the analysis module, wherein the Analy ⁇ semodul can also be arranged outside the sensor housing.
  • the sensor housing is preferably open to one side. Only by attaching the Sensoreinhausung on the windshield, the open side is closed by the vehicle windshield.
  • the radiation sensor module is mounted on the inside of the vehicle windshield at the level of the rear mirror. In this position, it limits the driver's forward vision is not and has gooddozenssbe ⁇ conditions for lying ahead of the vehicle road surface.
  • Another advantage of this mounting position is that the open side of the sensor housing, through which the sensor beams are emitted and detected, is regularly cleaned by the wiper or wiper of the vehicle. This ensures that the radiation sensor module is not affected in its operation by impurities in the beam path of the sensor beams. By contrast, this is not the case with the prior art optical sensors usually mounted under the vehicle.
  • the radiation sensor module illuminates the road surface in the direction of travel in front of the vehicle as a result of its attachment, this also results in the advantages already mentioned in this connection.
  • the beam elements are semiconductor lasers of different wavelengths in the wavelength range from 900 nm to 1700 nm, in particular with intensity maxima in the case of Wavelengths 980 nm and / or 1310 nm and / or 1550 nm. These wavelengths are all in the so-called infrared spectral range and are therefore not visible to the human eye, but still pose a threat, since they can nevertheless damage z the human eye z. Thus, irritation of other road users are avoided.
  • the wavelengths mentioned also offer the advantage that they can be produced by means of semiconductor lasers, with gallium-arsenide-based semiconductor lasers and indium-phosphite-based semiconductor lasers in particular being suitable for this purpose.
  • Germanium-based semiconductor lasers are also suitable.
  • Semiconducting ⁇ terlaser are relatively inexpensive and very compact components with high radiation power. If only a single detector element is used for detecting the reflected sensor beams, it is preferably provided to operate the beam elements offset in time, so that only one beam element is in operation and accordingly only one wavelength is emitted or reflected.
  • the analysis module knows the respective operating times of the individual radiation elements. Thus, the different wavelengths can be evaluated chronologically.
  • a radiation power of the at least two radiation elements does not exceed 1 mW, wherein the radiation power is determined in particular on an outer side of the windscreen. This ensures that damage to human and animal eyes due to the radiation power is avoided.
  • by determining the radiant power on the outside of the windshield and setting it to 1 mW no harmlessly usable radiant power is transmitted
  • the radiant power is preferably determined on the outside of the windshield and set to 1 mW. It is thus the maximum possible radiation power, which is harmless to the human eye, used. Typically, 40% to 60% of the radiant power is reflected by the windshield directly back into the beam sensor module. In particular, it is preferred that the radiation power is emitted pulsed.
  • the beam elements Since the emitted an average radiation ⁇ performance is paramount to damage to the human or animal eye, the beam elements have a much higher energy can therefore during the "on-phase" shortly be issued than would be possible in continuous operation in the same period, In addition, with regard to the reliability of the determination of a road condition, a significant improvement can be achieved since the signal to noise ratio of the information in the reflected sensor beams at the
  • Road condition determination increased. This in turn increases the range of the radiation sensor module, within which a reliable determination of the road condition is possible. It is advantageous that the detector element one of the
  • Radiation elements are compensated.
  • the beam elements are switched off ⁇ if no back-reflections are detected.
  • the vehicle windshield to lens ensor module is no longer in front of the radiation, for example due to a driving ⁇ convincing to accident or repair in a workshop.
  • the radiating elements are switched off in this situation.
  • the radiation sensor module for each radiating element comprises a separate detector element corresponds to its respective sensitivity maximum of the wavelength of the Intensi ⁇ tuschsmaximums of the respective beam element.
  • a simultaneous analysis of the reflected sensor beams can take place, which can therefore also be emitted simultaneously.
  • a temporally offset driving of the beam elements and a synchronization of the detector element are thus not necessary.
  • detector elements can be used which have their respective maximum sensitivity of the wavelength at the wavelength of the intensity maximum of the respective beam ⁇ elements, which allows a comparatively more reliable Be ⁇ mood of the road condition and a higher range of the beam sensor module .
  • the detector element is a comparatively expensive part of the ray sensor ⁇ module, a single detector element may also be used which has a sufficiently wide sensitivity analyzes tuschs Suite to detect the different wavelengths of the different radiating elements. In the latter case, the use of wavelength-dependent correction factors may be useful.
  • the detector element is a photodiode, in particular an inductive element.
  • Photodiodes generate an electrical current that is dependent on the wavelength of the light and the intensity of the light impinging on it.
  • the generated current is a measure of the reflected or absorbed sensor beams.
  • Ger manium-based photodiode as a detector element, this is preferably cooled, for example by means of a Peltier element.
  • the radiation sensor module further comprises a blocking filter for visible light, which screens the detector element.
  • a blocking filter for visible light which screens the detector element.
  • the radiation sensor module further comprises at least one converging lens, which focuses the reflected sensor beams on the at least one detector element.
  • the intensity of the reflected sensor beams guided on the detector is increased. This also leads to a more reliable determination of the road condition and an increase in the effective sensor range of the radiation sensor module.
  • suitable materials must be chosen for the at least one condenser lens which does not absorb the infrared sensor beams.
  • the radiation sensor module comprises a connection to a vehicle bus and, in particular, carries on information about a detected road condition to at least one further vehicle system.
  • the information about the detected road condition can be made available to another vehicle system, eg a driving stability control system. Since this is already provided ahead with information about the immediately following road conditions, it may also vo ⁇ out looking determine the expected between the road surface and tire coefficient of friction and to adapt to this.
  • the driving stability control simplifies and there is an increase in driving stability and driving safety compared to systems that can only determine the coefficient of friction immediately when driving over the respective road surface and can not anticipate this set.
  • the at least two radiation elements deliver no radiation power in a vehicle standstill .
  • a person eg a pedestrian
  • the radiation sensor module a it is preferred that the radiation sensor module a
  • FIG. 1 shows schematically a radiation sensor module according to the invention during a road condition determination
  • FIG. 1 shows radiation sensor module 101 with housing 103, which is designed in such a way that radiation sensor module 101 can be arranged on the inside of vehicle windshield 102 at the level of the rear mirror base. Windshield 102 closes the open front of enclosure 103.
  • radiation sensor module 101 is shown in cross-section in FIG. 1, so that the walls of enclosure 103 closing the side surfaces are not shown and reveal the interior of enclosure 103.
  • Radiation sensor module 101 further comprises detector element 104, which is designed, for example, as indium gallium arsenide photodiode,
  • Barrier filter 105 to reduce the incidence of daylight interference on detector element 104, converging lens 111 which focuses reflected sensor beams 106, 106 y and all sensor beams (not shown) between sensor beams 106 and 106 'to produce higher light intensity on detector element 104
  • Analysis module 107 for analyzing the reflected sensor beams and for determining the road condition and three trained as semiconductor lasers with the wavelengths 980 nm, 1310 nm and 1550 nm beam elements 108, 108 y and 108 yy .
  • collimator lenses 109, 109 y and 109 yy are arranged, which form the light generated and emitted by semiconductor lasers 108, 108 y and 108 yy , ie sensor beams 115, into a largely parallel beam bundle up.
  • Beam members 108, 108 'and 108 yy are separated by separation diaphragm 119 of detector ⁇ element 104 to prevent stray radiation from beam elements 108, 108' and 108 yy on detector element 104 passes, and so the reliability or accuracy of the
  • Beam sensor module 101 includes board 110, which has the necessary for the electrical connection of detector element 104, analysis module 107 and beam elements 108, 108 'and 108''interconnects.
  • board 110 which has the necessary for the electrical connection of detector element 104, analysis module 107 and beam elements 108, 108 'and 108''interconnects.
  • the beam elements 108, 108 y and 108 / y in contrast to the detector element 104 they are not rigidly coupled to the circuit board 110 but by means of flexible wire connections 112, 112 'and 112 "when mounting the radiation sensor module 101 to vehicle windshield 102 such that road surface 113 at point 114 7m in front of the windshield - and thus in the direction of travel in front of the vehicle - is illuminated by means of sensor beams 115.
  • the angle of incidence of sensor beams 115 on road surface 113 at point 114 is 12 °.
  • At point 114 is ice layer 115, which is covered by water layer 116. Since water absorbs wavelengths of 1310 nm comparatively strongly, this wavelength is only weakly reflected at the surface of water layer 116. Accordingly, detector element 104 only weakly detects the wavelength at 1310 nm in reflected sensor beams 106 and 106 '.
  • Ana ⁇ lysis module 107 determines the road condition at point 114 that it is covered with ice and water layer 115 116th Due to the low coefficient of friction of ice layer 115, which is also not visible to a driver, as it is hidden under water layer 116, starts from point 114, a danger to the vehicle.
  • FIG. 2 shows a flow chart with a possible sequence of the method according to the invention for predictive road condition determination in a vehicle.
  • the road surface is illuminated with sensor beams, wherein the sensor beams are emitted pulsed and do not exceed an average radiation power of 1 mW.
  • a first part of the sensor beams incident on the road surface is absorbed by the road surface
  • a second part of the sensor beams incident on the road surface is reflected from the road surface.
  • the reflected sensor beams are finally detected in step 24 by means of a detector element and in step 25 the road condition in front of the vehicle is determined by means of an analysis module based on intensities of the different wavelengths in the reflected sensor beams.
  • Fig. 3 shows the absorption capabilities of water and ice for three different wavelengths of electromagnetic radiation.
  • the absorption capacity is plotted on the Y axis, and the wavelengths 980 nm, 1310 nm and 1550 nm are shown on the X axis.
  • the display of the absorption ⁇ skills is not to scale.
  • the wavelength at 980 nm as a whole is weakest absorbed, with water absorption being somewhat greater than the absorbency of ice 32.
  • the wavelength at 1310 nm absorbs the wavelength of both water 33 and ice 34 more than that wavelength at 980 nm.
  • the absorption capacity of water 33 at 1310 nm significantly stronger than that of ice 34. again, stronger absorption capacity of water 35 and ice 36 at the wavelength at 1550 nm. in contrast to the mentioned prior ⁇ wavelengths, the wavelength but more strongly absorbed by ice 35 at 1550 nm than by water 36.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug bei welchem eine Straßenoberfläche (113) mit Sensorstrahlen (106, 106') beleuchtet wird, wobei die Sensorstrahlen (106, 106 ') nach Maßgabe eines Straßenzustands der Straßenoberfläche (113) reflektiert und absorbiert werden und wobei die Straßenzustandsbestimmung anhand der reflektierten Sensorstrahlen (115) erfolgt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Straßenoberfläche (113) in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug beleuchtet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Strahlensensormodul.

Description

Verfahren und Strahlensensormodul zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Strahlensensormodul zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug gemäß Oberbegriff von Anspruch 7.
Im Stand der Technik ist für den Kraftfahrzeugbereich bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Sensorsysteme zur
Umfelderfassung bekannt. Mittels dieser Sensorsysteme ist es beispielsweise möglich, andere Fahrzeuge, Straßenbeschilde¬ rungen oder auch Spurbegrenzungen zu erkennen. Als Sensoren werden dabei oftmals Kamerasensoren, Lidarsensoren, Lasersensoren oder Radarsensoren verwendet. Die so erfassten
Umfeldinformationen können unter anderem für sicherheitsrelevante Eingriffe, wie etwa autonome Brems- oder Lenkeingriffe, verwendet werden. Weiterhin sind Fahrzeugsensoren bekannt, die in erster Linie einen Fahrzeugzustand bestimmen, jedoch auch Rückschlüsse auf Umweltgegebenheiten ermöglichen, wie etwa NeigungsSensoren .
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2007 062 203 AI ein Verfahren zum Ermitteln eines Reibwerts zwischen einem
Kraftfahrzeugreifen und der Oberfläche einer Fahrbahn während einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs. Dabei wird ein erster Reibwertparameter unter Verwendung eines Modells ermittelt, wobeiein funktionaler Zusammenhang zwischen dem ersten Reibwertparameter und einem antriebsabhängig bestimmten Schlupf des Kraftfahrzeugreifens vorgegeben ist. Weiterhin wird ein zweiter Reibwertparameter aus dem Quotienten zwischen einer Längskraft und einer Aufstandskraft des Kraftfahrzeugreifens bestimmt und schließlich der Reibwert mittels eines rekursiven Schätzal¬ gorithmus aus dem ersten und dem zweiten Reibwertparameter ermittelt. Der Schlupf wird dabei aus den rotatorischen Rad¬ geschwindigkeiten bestimmt, die Längskraft aus einem bestimmten Motormoment und die Aufstandskraft aus einer Längsbeschleunigung und einer Querbeschleunigung. Die rotatorischen Radgeschwindigkeiten wiederum werden üblicherweise mittels einer
ABS-Sensorik bestimmt. In der DE 10 2009 008 959 wird ein Fahrzeugsystem zur Navigation und/oder Fahrerassistenz offenbart. Das Fahrzeugsystem stellt dem Fahrer über einen sogenannten virtuellen Horizont Umgebungsinformationen zur Verfügung, in welchen auch mittels eines Sensors erfasste UmweltInformationen, die Rückschlüsse auf den Straßenzustand erlauben, einfließen. Dazu kann beispielsweise bei einem Bremsvorgang mittels eines elektronischen Bremssystems ein niedriger Reibwert erkannt werden. Über einen Regensensor oder über eine Betätigung der Scheibenwischer kann Nässe erkannt werden. Eine potentielle Vereisung der Straße kann z.B. aus der Kombination von Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt und dem Passieren einer Brücke erkannt werden.
Die DE 10 2012 203 187 AI beschreibt ein Verfahren zur Prädiktion und Adaption von Bewegungstra ektorien eines Kraftfahrzeugs zur Unterstützung des Fahrers in seiner Fahraufgabe und/oder zur Verhinderung einer Kollision oder Minderung von Unfallfolgen. Dabei sind Brems- und/oder Lenkeingriffe vorgesehen, die in Abhängigkeit einer berechneten Bewegungstra ektorie in die Brems- und/oder Lenkanlage vorgenommen werden. Um zu gewähr- leisten, dass die sich aus den Bewegungstra ektorien durch kombinierte Brems- und/oder Lenkeingriffe ergebenden Radkräfte jederzeit unterhalb des maximal verfügbaren Reibbeiwerts liegen, wird dieser mittels optischer Fahrbahnsensoren, wie Laserund/oder Kamerasensoren, bestimmt. Ebenfalls beschrieben wird eine Bestimmung des maximal verfügbaren Reibbeiwerts mittels FahrdynamikregelSystemen, FahrStabilitätsregelsystemen, Schlupfregelsystemen und die Einbeziehung von Informationen aus Regen-, Temperatur-, oder Reifensensoren sowie von mittels Car-to-X-Kommunikation empfangenen Informationen.
Aus der DE 10 2011 015 527 AI ist Sensor zur Ermittlung einer Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Beschaffenheit kann dabei ein Zustand wie nass, trocken, vereist, schneebedeckt oder eine Kombination daraus sein. Der Sensor umfasst eine Lichtquelleneinheit, welche Licht in mindestens zwei voneinander verschiedenen Wellenlängen aussendet und mindestens zwei Detektoren zum Erfassen des reflektierten Lichts der Lichtquelleneinheit. Da je nach Be- schaffenheit der Fahrbahnoberfläche die unterschiedlichen
Wellenlängen unterschiedlich stark reflektiert werden, kann aus dem reflektierten Licht ein Rückschluss auf den Zustand der Fahrbahnoberfläche gezogen werden. Der beschriebene Sensor eignet sich dazu, die Beschaffenheit einer im Abstand von 10 cm bis 100 cm im Wesentlichen senkrecht angestrahlten Fahrbahnoberfläche zu erkennen.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es jedoch, dass ein Straßenzustand in vielen Fällen nicht direkt bestimmbar ist, sondern lediglich aus anderen Parametern, wie z.B. Temperatur und Nässe, abgeleitet wird. Sofern der Straßenzustand gemäß dem Stand der Technik direkt erfasst werden soll, so ist dies im Wesentlichen erst unmittelbar beim Überfahren des zu untersuchenden Straßenab- Schnitts möglich. Insbesondere bei Verwendung von optischen
Sensoren zur Straßenzustandserfassung sind diese gemäß dem Stand der Technik an der Fahrzeugunterseite angebracht und auf die Straßenoberfläche unterhalb des Fahrzeugs gerichtet. Dies schränkt Fahrdynamikregelsysteme jedoch in ihrer Wirksamkeit ein, da diese nicht über direkt gemessene und vorausschauende Informationen über den Straßenzustand verfügen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches eine vorausschauende Bestimmung eines Straßenzustands ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug, bei welchem eine Straßenoberfläche mit Sensorstrahlen beleuchtet wird, wobei die Sensorstrahlen nach Maßgabe eines Straßenzustands der Stra¬ ßenoberfläche reflektiert und absorbiert werden und wobei die Straßenzustandsbestimmung anhand der reflektierten Sensorstrahlen erfolgt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Straßenoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug be- leuchtet wird.
Unter dem Begriff Straßenzustand werden im Sinne der Erfindung unterschiedliche Zustände der Straßenoberfläche hinsichtlich ihres Reibwerts verstanden, insbesondere werden die Zustände „nass", „trocken", „eisbedeckt" und „schneebedeckt" unter¬ schieden, wobei auch Kombinationen der genannten Straßenzustände möglich sind. Z.B. kann eine Wasserpfütze eine Eisschicht bedecken, so dass eine Kombination der Straßenzustände„nass" und „eisbedeckt" vorliegen und entsprechend erkannt werden würde.
Erfindungsgemäß wird der Straßenzustand also nicht erst un¬ mittelbar unter dem Fahrzeug, sondern vorausschauend vor dem Fahrzeug bestimmt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der bestimmte Straßenzustand z.B. einem Fahrstabilitätsregelsystem frühzeitig zur Verfügung gestellt werden kann. Das Fahrsta¬ bilitätsregelsystem kann somit rechtzeitig und situationsindividuell vor dem Eintreten einer kritischen Situation auf diese vorbereitet werden. Unter Berücksichtigung der aktuellen Ge- schwindigkeit des Fahrzeugs und der eingestellten Reichweite der Sensorstrahlen kann zudem der Zeitpunkt bis zum Überfahren der jeweils beleuchteten Straßenoberfläche bestimmt werden, so dass eine weitestgehend optimal angepasste Einstellung eines
Fahrstabilitätsregelsystems an alle erkannten Straßenzustände möglich wird.
Ebenso kann vorausschauend eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden, um diesen z.B. darauf hinzuweisen, dass er in Kürze eine eisbedeckte Straßenoberfläche überfahren wird und entsprechend heftige Lenkbewegungen oder Brems- bzw. Beschleunigungsvorgänge vermeiden sollte.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein Beleuchten der Straßenoberfläche und ein Erfassen der reflektierten Sensorstrahlen synchronisiert-gepulst erfolgt. Zum Einen kann somit eine mittlere abgegebene Strahlungsleistung reduziert werden, was zur Erhöhung der Lebensdauer des genutzten Strahlelements beiträgt. Zudem verringert sich das Risiko, bei in die Sensorstrahlen blickenden Menschen oder Tieren eine Augenschädigung zu ver- Ursachen. Gleichzeitig kann die Energie eines einzelnen
Lichtpulses deutlich größer sein als eine im kontinuierlichen Betrieb im gleichen Zeitraum abgegebene Energiemenge, wodurch sich der Störabstand der Informationen in den reflektierten Sensorstrahlen bei der Straßenzustandsbestimmung stark ver- bessert. Insbesondere für die Verbesserung des Störabstands ist es dabei wichtig, dass das Erfassen synchronisiert zum Beleuchten erfolgt . Außerdem ist es bevorzugt, dass die Sensorstrahlen unterschiedliche Wellenlängen umfassen, insbesondere Laserstrahlen mit Intensitätsmaxima bei mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen. Dies vereinfacht das Bestimmen und insbesondere das Unterscheiden von unterschiedlichen Straßenzuständen. Bei Verwendung von Laserstrahlen mit Intensitätsmaxima bei mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen werden diese Vorteile durch die vergleichsweise hohe LichtIntensität der Laserstrahlen in einem vergleichsweise schmalen Wellenlän- genband weiter verstärkt.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Straßenzustandsbe¬ stimmung anhand von Intensitäten der unterschiedlichen Wellenlängen in den reflektierten Sensorstrahlen erfolgt. Da die unterschiedlichen Straßenzustände der Straßenoberfläche un¬ terschiedliche optische Eigenschaften aufweisen und entspre¬ chend für bestimmte Wellenlängen absorbierend und für andere reflektierend wirken, kann aus den reflektierten Sensorstrahlen auf den jeweiligen Straßenzustand der beleuchteten Straßen- Oberfläche geschlossen werden. Ein Beispiel hierfür ist etwa die Wellenlänge 1550 nm, die von Eis vergleichsweise stark absorbiert wird .
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, dass die unterschiedlichen Wellenlängen in den reflektierten Sensorstrahlen (115) mittels stochastischer Zuordnungsverfahren, insbesondere mittels eines Stützvektorverfahrens und/oder eines k-Means-Algorithmus , dem Straßenzustand zugeordnet werden. Dies führt zu einem ver¬ gleichsweise zuverlässigeren Erkennen der unterschiedlichen Straßenzustände als dies mit starr vorgegebenen Grenzwerten für die Erkennung möglich ist . Vor allen Dingen hat sich gezeigt, dass dies im Hinblick auf das Erkennen von Kombinationen von gleichzeitig vorliegenden Straßenzuständen, wie z.B. einer Schneeschicht, die sich über einer Wasserschicht befindet, deutliche Verbesserungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Erkennung mit sich bringt. Das Erkennen einer derartigen Kombination von Straßenzuständen ist insofern von hervorgehobener Bedeutung, als dass eine unter der Schneeschicht liegende Eisschicht ein deutlich größeres Risiko für die Fahrstabilität des Fahrzeugs darstellt als dieses von der oben liegenden Schneeschicht ausgeht. Dem Fachmann sind dabei unterschiedliche geeignete stochastische Zuordnungsverfahren bekannt, welche unter Berücksichtigung von Eigenschaften der reflektierten Sensorstrahlen wie Varianzen, Standardabweichungen und Mittelwerten eine Zuordnung zum jeweiligen Straßenzustand erlauben. Insbesondere sind dem Fachmann die sogenannten Stützvektorverfahren bekannt, welche die Informationen in den reflektierten Sensorstrahlen in einem mehrdimensionalen Raum darstellen und deren räumliche Verteilung eine zuverlässige Bestimmung des
Straßenzustands erlaubt. Diese Stützvektorverfahren sind dabei auch als sogenannte „Support-Vektorverfahren" bekannt. Sie ermöglichen allgemein das effiziente Auffinden von globalen Minima ohne dabei durch auftretende lokale Minima gestört zu werden. Dies wird insbesondere durch das Ausnutzen eines vieldimensionalen Vektorraums erreicht. Ein weiterer Vorteil der Stützvektorverfahren ist es, dass diese vergleichsweise wenig elektronische Rechenleistung benötigen. Dem Fachmann ebenfalls bekannt sind die sogenannten k-Means-Algorithmen, welche Elemente aus einer Menge von ähnlichen Objekten einer vorgegebenen Anzahl unterschiedlicher Gruppen zuordnen. Die k-Means-Algorithmen werden daher auch oftmals zur sogenannten Clusteranalyse verwendet. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die unterschiedlichen Straßenzustände zunächst mittels eines Lernverfahrens eingelernt werden. Auch dies verbessert die Zuverlässigkeit bei der Erkennung der unterschiedlichen
Straßenzustände . Außerdem ist es vorgesehen, dass ein bestimmter Straßenzustand an mindestens ein Fahrstabilitätsregelungssystem und/oder Fahrdynamikregelungssystem weitergeführt wird, insbesondere an ein Antiblockiersystem und/oder ein Elektronisches Stabili- tätsprogramm und/oder Fahrwerksregelungssystem, wobei das mindestens eine Fahrstabilitätsregelungssystem und/oder
Fahrdynamikregelungssystem mittels des bestimmten Straßenzustands eine ortssynchron angepasste Regelung ausführt. Somit verbessert sich die Regelung eines derartigen Fahrstabili- tätsregelungssystems bzw. Fahrdynamikregelungssystems, da es wie bereits beschrieben schon im Voraus den zu erwartenden Reibwert der Straßenoberfläche kennt und eine entsprechende Voreinstellung als Ausgangspunkt für eine folgende Regelung einnehmen kann. Unter ortssynchron angepasster Regelung wird erfindungsgemäß verstanden, dass unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit der Zeitpunkt des Überfahrens der jeweiligen Stelle der Straßenoberfläche, deren Straßenzustand bestimmt wurde, ermittelt wird und somit die entsprechende Voreinstellung jeweils synchron mit dem Überfahren dieser Stelle erfolgen kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Strahlensensormodul zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug, welches mindestens zwei Strahlelemente, mindestens ein De- tektorelement , ein Analysemodul und eine Sensoreinhausung umfasst, wobei die mindestens zwei Strahlelemente eine Stra¬ ßenoberfläche mit Sensorstrahlen beleuchten, wobei die Sensorstrahlen nach Maßgabe eines Straßenzustands der Straßen¬ oberfläche reflektiert und absorbiert werden, wobei das min- destens eine Detektorelement die reflektierten Sensorstrahlen erfasst und wobei das Analysemodul die Straßenzustandsbestimmung anhand der vom mindestens einen Detektorelement erfassten reflektierten Sensorstrahlen vornimmt. Das Strahlensensormodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensoreinhausung zur An- bringung an einer Innenseite einer Fahrzeugwindschutzscheibe ausgebildet ist.
Die Sensoreinhausung umfasst dabei die Strahlelemente, das Detektorelement und ggf. das Analysemodul, wobei das Analy¬ semodul auch außerhalb der Sensoreinhausung angeordnet sein kann. Die Sensoreinhausung ist bevorzugt nach einer Seite hin offen. Erst durch die Anbringung der Sensoreinhausung an der Windschutzscheibe wird die offene Seite durch die Fahrzeug- Windschutzscheibe geschlossen.
Bevorzugt wird das Strahlensensormodul an der Innenseite der Fahrzeugwindschutzscheibe auf der Höhe des Rückspiegelfußes angebracht. In dieser Position schränkt es die Sicht des Fahrers nach vorne nicht ein und verfügt über gute Beleuchtungsbe¬ dingungen für die vor dem Fahrzeug liegende Straßenoberfläche. Ein weiterer Vorteil dieser Anbringungsposition liegt darin, dass die offene Seite der Sensoreinhausung, durch welche die Sensorstrahlen abgegeben und erfasst werden, durch den bzw. die Scheibenwischer des Fahrzeugs regelmäßig gereinigt wird. Somit ist gewährleistet, dass das Strahlensensormodul in seiner Funktionsweise nicht durch Verunreinigungen im Strahlengang der Sensorstrahlen beeinträchtigt wird. Bei den üblicherweise unter dem Fahrzeug angebrachten optischen Sensoren aus dem Stand der Technik ist dies hingegen nicht der Fall.
Da das Strahlensensormodul aufgrund seiner Anbringung die Straßenoberfläche in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug beleuchtet, ergeben sich hieraus weiterhin die schon in diesem Zusammenhang genannten Vorteile.
Es ist bevorzugt, dass die Strahlelemente Halbleiterlaser unterschiedlicher Wellenlängen im Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1700 nm sind, insbesondere mit Intensitätsmaxima bei den Wellenlängen 980 nm und/oder 1310 nm und/oder 1550 nm. Diese Wellenlängen liegen alle im sogenannten infraroten Spektralbereich und sind somit für das menschliche Auge nicht sichtbar, stellen allerdings dennoch eine Gefährdung dar, da sie nichtsdestotrot z das menschliche Auge schädigen können. Somit werden Irritationen anderer Verkehrsteilnehmer vermieden. Die genannten Wellenlängen bieten außerdem den Vorteil, dass sie mittels Halbleiterlasern erzeugt werden können, wobei sich insbesondere Gallium-Arsenid-basierte Halbleiterlaser und Indium-Phosphit-basierte Halbleiterlaser hierfür eignen. Auch Germanium-basierte Halbleiterlaser sind geeignet. Halblei¬ terlaser sind vergleichsweise kostengünstige und sehr kompakte Bauelemente mit einer hohen Strahlungsleistung. Sofern nur ein einzelnes Detektorelement zum Erfassen der reflektierten Sensorstrahlen verwendet wird, ist es bevorzugt vorgesehen, die Strahlelemente zeitlich versetzt zu betreiben, so dass jeweils nur ein Strahlelement in Betrieb ist und entsprechend nur eine Wellenlänge emittiert bzw. reflektiert wird. Das Analysemodul kennt dabei die jeweiligen Betriebs¬ zeitpunkte der einzelnen Strahlelemente. Somit können die unterschiedlichen Wellenlängen zeitlich abfolgend ausgewertet werden . Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Strahlungsleistung der mindestens zwei Strahlelemente jeweils 1 mW nicht übersteigt, wobei die Strahlungsleistung insbesondere an einer Außenseite der Windschutzscheibe bestimmt wird. Somit ist sichergestellt, dass Schädigungen von menschlichen und tierischen Augen aufgrund der Strahlungsleistung vermieden werden. Indem die Strahlungsleistung erst an der Außenseite der Windschutzscheibe bestimmt wird und auf 1 mW eingestellt wird, wird zudem keine ungefährlich nutzbare Strahlungsleistung durch
Rückreflektionseffekte durch die Windschutzscheibe ungenutzt gelassen. Da mit reduzierter Strahlungsleistung auch eine Reduzierung der möglichen Sensorreichweite einhergeht, wird die Strahlungsleistung bevorzugt an der Außenseite der Windschutzscheibe bestimmt und auf 1 mW eingestellt. Es wird also die maximal mögliche Strahlungsleistung, welche ungefährlich für das menschliche Auge ist, genutzt. Üblicherweise werden 40% bis 60% der Strahlungsleistung durch die Windschutzscheibe unmittelbar zurück in das Strahlensensormodul reflektiert. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Strahlungsleistung gepulst abgegeben wird. Da für eine Schädigung des menschlichen oder tierischen Auges die im Mittel abgegebene Strahlungs¬ leistung ausschlaggebend ist, kann somit während der „An-Phasen" der Strahlelemente kurzfristig eine sehr viel höhere Energie abgegeben werden als dies im kontinuierlichen Betrieb in der gleichen Zeitspanne möglich wäre, ohne die Strahlungsleistung von 1 mW zu überschreiten. Hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Bestimmung eines Straßenzustand lässt sich somit außerdem eine deutliche Verbesserung erzielen, da sich der Störabstand der Informationen in den reflektierten Sensorstrahlen bei der
Straßenzustandsbestimmung vergrößert. Dadurch vergrößert sich wiederum die Reichweite der Strahlensensormoduls , innerhalb der eine zuverlässige Bestimmung des Straßenzustands möglich ist. Es ist vorteilhaft, dass das Detektorelement einen von der
Windschutzscheibe in das Strahlensensormodul rückreflektierten Anteil der Strahlungsleistung bestimmt und das Strahlensensormodul anhand des rückreflektierten Anteils die Strah¬ lungsleistung an der Außenseite der Fahrzeugwindschutzscheibe regelt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass stets die maximal mögliche, für das menschliche Auge noch unbedenkliche Strah¬ lungsleistung zur Straßenzustandsbestimmung zur Verfügung steht. Beispielsweise können somit Alterungseffekte der
Strahlelemente ausgeglichen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Strahlelemente ab¬ geschaltet werden, wenn keine Rückreflektionen mehr festgestellt werden. In diesem Fall muss davon ausgegangen werden, dass die Fahrzeugwindschutzscheibe sich nicht länger vor dem Strah- lensensormodul befindet, beispielsweise aufgrund eines Fahr¬ zeugunfalls oder einer Reparatur in einer Werkstatt. Um Augenverletzungen zu vermeiden, werden die Strahlelemente in dieser Situation abgeschaltet.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass das Strahlensensormodul für jedes Strahlelement ein eigenes Detektorelement umfasst, dessen jeweiliges Sensitivitätsmaximum der Wellenlänge des Intensi¬ tätsmaximums des jeweiligen Strahlelements entspricht. Somit kann eine gleichzeitige Analyse der reflektierten Sensorstrahlen erfolgen, die daher auch gleichzeitig emittiert werden können. Ein zeitlich versetztes Ansteuern der Strahlelemente und eine Synchronisation des Detektorelements sind somit nicht notwendig. Zudem können in diesem Fall Detektorelemente verwendet werden, die ihr jeweiliges Sensitivitätsmaximum der Wellenlänge bei der Wellenlänge des Intensitätsmaximums des jeweiligen Strahl¬ elements haben, was eine vergleichsweise zuverlässigere Be¬ stimmung des Straßenzustands und eine höhere Reichweite des Strahlensensormoduls ermöglicht. Da das Detektorelement jedoch einen vergleichsweise teuren Bestandteil des Strahlensensor¬ moduls darstellt, kann ebenso ein einzelnes Detektorelement verwendet werden, das einen ausreichend weiten Sensitivi- tätsbereich aufweist, um die unterschiedlichen Wellenlängen der unterschiedlichen Strahlelemente zu detektieren. In letzterem Fall kann die Verwendung von wellenlängenabhängigen Korrekturfaktoren sinnvoll sein.
Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass das Detektorelement eine Photodiode ist, insbesondere eine Indi- um-Gallium-Arsenid-basierte Photodiode oder eine Germani- um-basierte Photodiode. Photodioden erzeugen einen elektrischen Strom, der abhängig von der Lichtwellenlänge und der Lichtintensität ist, welche auf sie auftrifft. Somit eignen sich Photodioden sehr gut als Detektorelemente im Sinne der Erfindung. Der erzeugte Strom ist dabei eine Maßgröße für die reflektierten bzw. absorbierten Sensorstrahlen. Bei Verwendung einer Ger- manium-basierte Photodiode als Detektorelement wird diese vorzugsweise gekühlt, z.B. mittels eines Peltier-Elements .
Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass das Strahlensen- sormodul weiterhin ein Sperrfilter für sichtbares Licht umfasst, welches das Detektorelement schirmt. Dies reduziert Störein¬ flüsse und verhindert Fehlerkennungen. Somit kann die Reich- weite, innerhalb der eine zuverlässige Bestimmung des Stra¬ ßenzustands möglich ist, vergrößert werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Strahlensensormodul weiterhin mindestens eine Sammellinse umfasst, welche die reflektierten Sensorstrahlen auf das mindestens eine Detektorelement bündelt. Somit wird die auf den Detektor geführte Intensität der reflektierten Sensorstrahlen erhöht. Auch dies führt zu einer zuverlässigeren Bestimmung des Straßenzustands und einer Erhöhung der wirksamen Sensorreichweite des Strah- lensensormoduls . Zu beachten ist, dass geeignete Materialien für die mindestens eine Sammellinse gewählt werden müssen, welche die infraroten Sensorstrahlen nicht absorbieren.
Zweckmäßigerweise ist es vorgesehen, dass das Strahlensen- sormodul eine Anbindung an einen Fahrzeugbus umfasst und insbesondere Informationen über einen erkannten Straßenzustand an mindestens ein weiteres Fahrzeugsystem weiterführt. Somit können die Informationen über den erkannten Straßenzustand einem weiteren Fahrzeugsystem zur Verfügung gestellt werden, z.B. einem Fahrstabilitätsregelsystem. Da dieses bereits vorausschauend mit Informationen über die jeweils unmittelbar folgenden Straßenzuständen versorgt wird, kann es ebenfalls vo¬ rausschauend den zwischen Straßenoberfläche und Reifen zu erwartenden Reibwert bestimmen und sich auf diesen einstellen. Somit vereinfacht sich die Fahrstabilitätsregelung und es ergibt sich ein Zugewinn an Fahrstabilität und Fahrsicherheit gegenüber Systemen, die den Reibwert erst unmittelbar beim Überfahren der jeweiligen Straßenoberfläche bestimmen können und sich nicht vorausschauend auf diesen einstellen können.
Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei Strahlelemente in einem Fahrzeugstillstand keine Strahlungs¬ leistung abgeben. Gerade im Fahrzeugstillstand besteht das Risiko, dass ein Mensch, z.B. ein Fußgänger, aus kurzer Distanz direkt in die Strahlelemente blickt und sich somit einer erhöhten Augenschädigungsgefahr aussetzt. Diese Gefahr kann somit vermieden werden. Außerdem ist es bevorzugt, dass das Strahlensensormodul ein
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt. Daraus ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Strahlensensormodul während einer Straßenzustandsbestimmung,
Fig. 2 ein Flussdiagramm mit einem möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 3 Absorptionsfähigkeiten von Wasser und Eis bei drei unterschiedlichen Wellenlängen. Fig. 1 zeigt Strahlensensormodul 101 mit Einhausung 103, die derart ausgebildet ist, dass Strahlensensormodul 101 an der Innenseite von Fahrzeugwindschutzscheibe 102 auf der Höhe des Rückspiegelfußes angeordnet werden kann. Windschutzscheibe 102 schließt die offene Vorderseite von Einhausung 103. Der An- schaulichkeit wegen ist Strahlensensormodul 101 in Fig. 1 im Querschnitt gezeigt, so dass die die Seitenflächen schließenden Wände von Einhausung 103 nicht dargestellt sind und den Blick ins Innere von Einhausung 103 freigeben. Strahlensensormodul 101 umfasst weiterhin Detektorelement 104, welches beispielsgemäß als Indium-Gallium-Arsenid-Photodiode ausgebildet ist,
Sperrfilter 105, um den Einfall von durch Tageslicht verursachten Störeinflüssen auf Detektorelement 104 zu reduzieren, Sammellinse 111, die reflektierte Sensorstrahlen 106, 106y und alle zwischen Sensorstrahlen 106 und 106 ' laufenden Sensorstrahlen (nicht dargestellt) zur Erzeugung einer höheren LichtIntensität auf Detektorelement 104 bündelt, Analysemodul 107 zur Analyse der reflektierten Sensorstrahlen und zur Bestimmung des Straßenzustands und drei als Halbleiterlaser mit den Wellenlängen 980 nm, 1310 nm und 1550 nm ausgebildete Strahlelemente 108, 108y und 108y y. Vor jedem von Halbleiterlasern 980 nm, 1310 nm und 1550 nm sind zudem weitere Kollimatorlinsen 109, 109y und 109y y angeordnet, welche das von Halbleiterlasern 108, 108y und 108y y erzeugte und emittierte Licht, also Sensorstrahlen 115, zu einem weitestgehend parallelen Strahlenbündel bündeln. Strahlelemente 108, 108 ' und 108 y y sind durch Trennblende 119 von Detektor¬ element 104 getrennt, um zu vermeiden, dass Streustrahlung von Strahlelementen 108, 108 ' und 108 y y auf Detektorelement 104 gelangt und so die Zuverlässigkeit bzw. Genauigkeit der
Straßenzustandsbestimmung beeinträchtigt. Ebenfalls von Strahlensensormodul 101 umfasst ist Platine 110, die die zur elektrischen Verbindung von Detektorelement 104, Analysemodul 107 und Strahlelementen 108, 108 ' und 108 '' notwendigen Leiterbahnen aufweist. Um eine flexible Ausrichtung von Strahl- elementen 108, 108y und 108/ y zu gewährleisten, sind diese im Gegensatz zu Detektorelement 104 nicht starr an Platine 110 gekoppelt, sondern mittels flexibler Drahtanbindungen 112, 112 ' und 112 '' bei der Anbringung von Strahlensensormodul 101 an Fahrzeugwindschutzscheibe 102 derart ausrichtbar, dass Stra- ßenoberfläche 113 an Punkt 114 7m vor der Windschutzscheibe - und somit in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug - mittels Sensorstrahlen 115 beleuchtet wird. Beispielsgemäß beträgt der Auftreffwinkel von Sensorstrahlen 115 auf Straßenoberfläche 113 an Punkt 114 12°. Die unterschiedlichen Wellenlängen (980 nm, 1310 nm und 1550 nm) , die von Strahlelementen 108, 108 ' und 108 ' ' erzeugt werden und als Sensorstrahlen 115 auf Punkt 114 treffen, werden dort gemäß diesem Ausführungsbeispiel teilweise diffus reflektiert und teilweise absorbiert. An Punkt 114 befindet sich Eisschicht 115, die von Wasserschicht 116 bedeckt ist. Da Wasser Wellenlängen von 1310 nm vergleichsweise stark absorbiert, wird diese Wellenlänge an der Oberfläche von Wasserschicht 116 nur schwach reflektiert. Dementsprechend erfasst Detektorelement 104 die Wellenlänge bei 1310 nm nur schwach in reflektierten Sensorstrahlen 106 und 106 ' . Die verbleibenden Wellenlängen bei 980 nm und 1310 nm durchdringen Wasserschicht 116 vergleichsweise gut und stoßen auf Eisschicht 115. Eisschicht 115 wiederum wirkt auf die Wellenlänge bei 1550 nm vergleichsweise stark absor¬ bierend, so dass Detektorelement 104 auch die Wellenlänge bei 13550 nm nur schwach in reflektierten Sensorstrahlen 106 und 106 ' erfassen kann. Die Wellenlänge bei 980 nm hingegen durchdringt auch Eisschicht 116 vergleichsweise gut und wird schließlich von unter Eisschicht 116 liegender Straßenoberfläche 113 reflek¬ tiert. Da Detektorelement 104 somit die Wellenlänge bei 980 nm vergleichsweise stark erfasst, die Wellenlängen bei 1310 nm und 1550 nm hingegen nur vergleichsweise schwach, bestimmt Ana¬ lysemodul 107 für den Straßenzustand an Punkt 114, dass dieser von Eisschicht 115 und Wasserschicht 116 bedeckt ist. Aufgrund des geringen Reibwerts von Eisschicht 115, die für einen Fahrer zudem nicht sichtbar ist, da sie unter Wasserschicht 116 verborgen ist, geht von Punkt 114 eine Gefahr für das Fahrzeug aus. Über Anbindung 117 an den Fahrzeug-CAN-Bus werden die Informationen über den Straßenzustand und die damit verbundenen niedrigen Reibwerte an ein Fahrstabilitätssystem weitergeführt, welches somit die entsprechenden Regelwerte bereits voraus¬ schauend bestimmen kann und diese nicht erst beim Überfahren von Punkt 114 bestimmen muss. Weiterhin weist Strahlensensormodul 101 Anbindung 118 an eine FahrZeugenergieversorgung zur
Energieversorgung auf.
In Fig. 2 ist ein Flussdiagramm mit einem möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug dargestellt. In Verfahrensschritt 21 wird die Straßenoberfläche mit Sensorstrahlen beleuchtet, wobei die Sensorstrahlen gepulst abgegeben werden und eine mittlere Strahlungsleistung von 1 mW nicht übersteigen. Im folgenden Verfahrensschritt 22 wird ein erster Teil der auf die Straßenoberfläche auftreffenden Sensorstrahlen von der Straßenoberfläche absorbiert, in Schritt 23 wird ein zweiter Teil der auf die Straßenoberfläche auftreffenden Sensorstrahlen von der Straßenoberfläche reflektiert. Die reflektierten Sensor¬ strahlen werden in Schritt 24 schließlich mittels eines Detektorelements erfasst und in Schritt 25 wird mittels eines Analysemoduls anhand von Intensitäten der unterschiedlichen Wellenlängen in den reflektierten Sensorstrahlen der Straßenzustand vor dem Fahrzeug bestimmt. Die Bestimmung erfolgt dabei mittels eines sogenannten Stützvektorverfahrens. Fig. 3 zeigt die Absorptionsfähigkeiten von Wasser und Eis für drei unterschiedliche Wellenlängen von elektromagnetischer Strahlung. Auf der Y-Achse ist dabei die Absorptionsfähigkeit aufgetragen, auf der X-Achse sind die Wellenlängen 980 nm, 1310 nm und 1550 nm dargestellt. Die Darstellung der Absorptions¬ fähigkeiten ist nicht maßstabsgetreu. Wie zu sehen ist, wird die Wellenlänge bei 980 nm insgesamt am schwächsten absorbiert, wobei Absorptionsfähigkeit von Wasser 3 lhier etwas stärker ausgeprägt ist als Absorptionsfähigkeit von Eis 32. Die Wellenlänge bei 1310 nm sowohl von Wasser 33 als auch von Eis 34 stärker absorbiert als die Wellenlänge bei 980 nm. Zudem ist Absorptionsfähigkeit von Wasser 33 bei 1310 nm deutlich stärker als die von Eis 34. Nochmals stärker ist Absorptionsfähigkeit von Wasser 35 und Eis 36 bei der Wellenlänge bei 1550 nm. Im Gegensatz zu den vor¬ genannten Wellenlängen wird die Wellenlänge bei 1550 nm von Eis 35 jedoch stärker absorbiert als von Wasser 36.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug bei welchem eine Straßenoberfläche (113) mit Sensorstrahlen (106, 106 ' ) beleuchtet wird, wobei die Sen¬ sorstrahlen (106, 106 ' ) nach Maßgabe eines Straßenzustands der Straßenoberfläche (113) reflektiert und absorbiert werden und wobei die Straßenzustandsbestimmung anhand der reflektierten Sensorstrahlen (115) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenoberfläche (113) in
Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug beleuchtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Beleuchten der Straßen- Oberfläche (113) und ein Erfassen der reflektierten Sensorstrahlen (115) synchronisiert-gepulst erfolgt.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorstrahlen (106, 106 ') unterschiedliche Wellenlängen umfassen, insbesondere La¬ serstrahlen (106, 106 ' ) mit Intensitätsmaxima bei mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenzustandsbestimmung anhand von Intensitäten der unterschiedlichen Wellenlängen in den reflektierten Sensorstrahlen (115) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Wellenlängen in den reflektierten Sensorstrahlen (115) mittels stochastischer Zuordnungsverfahren, insbesondere mittels eines Stützvektorverfahrens und/oder eines
k-Means-Algorithmus , dem Straßenzustand zugeordnet werden.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein bestimmter Straßenzustand an mindestens ein Fahrstabilität sregelungssystem und/oder Fahrdynamikregelungssystem weitergeführt wird, insbesondere an ein Ant iblockiersystem und/oder ein Elektronisches Stabilität sprogramm und/oder Fahrwerksregelungssystem, wobei das mindestens eine Fahrstabilität sregelungssystem und/oder Fahrdynamikregelungssystem mittels des bestimmten Straßen- zustands eine ortssynchron angepasste Regelung ausführt.
7. Strahlensensormodul (101) zur vorausschauenden Straßenzustandsbestimmung in einem Fahrzeug, umfassend mindestens zwei Strahlelemente (108, 108y, 108y y), mindestens ein De¬ tektorelement (104), ein Analysemodul (107) und eine
Sensoreinhausung (103), wobei die mindestens zwei Strahl¬ elemente (108, 108y, 108y y) eine Straßenoberfläche (113) mit Sensorstrahlen (106, 106y) beleuchten, wobei die Sensorstrahlen (106, 106 ') nach Maßgabe eines Straßenzustands der Straßenoberfläche (113) reflektiert und absorbiert werden, wobei das mindestens eine Detektorelement (104) die re¬ flektierten Sensorstrahlen (115) erfasst und
wobei das Analysemodul (107) die Straßenzustandsbestimmung anhand der vom mindestens einen Detektorelement (104) er- fassten reflektierten Sensorstrahlen (115) vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinhausung (103) zur Anbringung an einer Innenseite einer Fahrzeugwindschutzscheibe (102) ausgebildet ist.
8. Strahlensensormodul (101) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlelemente (108, 108 ' , 108y y) Halbleiterlaser (108, 108y, 108y y) unterschiedlicher Wellenlängen im Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1700 nm sind, insbesondere mit Intensitätsmaxima bei den Wellenlängen 980 nm und/oder 1310 nm und/oder 1550 nm.
9. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der An- sprüche 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlungsleistung der mindestens zwei Strahlelemente (108, 108y, 108/ y) jeweils 1 mW nicht übersteigt, wobei die Strahlungsleistung insbesondere an einer Außenseite der Windschutzscheibe (102) bestimmt wird .
10. Strahlensensormodul (101) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleistung gepulst abgegeben wird.
11. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der
Ansprüche 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Detektorelement (104) einen von der Windschutzscheibe (102) in das Strahlensensormodul (101) rückreflektierten Anteil der Strahlungsleistung be- stimmt und das Strahlensensormodul (101) anhand des rück¬ reflektierten Anteils die Strahlungsleistung an der Außenseite der Windschutzscheibe (102) regelt.
12. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlensensormodul (101) für jedes Strahlelement (108, 108y, 108/ y) ein eigenes De¬ tektorelement (104) umfasst, dessen jeweiliges Sensitivi- tätsmaximum der Wellenlänge des Intensitätsmaximums des jeweiligen Strahlelements (108, 108y, 108/ y) entspricht.
13. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das De¬ tektorelement (104) eine (104) Photodiode ist, insbesondere eine Indium-Gallium-Arsenid-basierte Photodiode (104) oder eine Germanium-basierte Photodiode (104).
14. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das
Strahlensensormodul (101) weiterhin ein Sperrfilter (105) für sichtbares Licht umfasst, welches das Detektorelement (104) schirmt .
15. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der
Ansprüche 7 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlensensormodul (101) weiterhin mindestens eine Sammellinse (111) umfasst, welche die reflektierten Sensorstrahlen (115) auf das mindestens eine Detektorelement (104) bündelt.
16. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlensensormodul (101) eine Anbindung (117) an einen Fahrzeugbus umfasst und ins¬ besondere Informationen über einen erkannten Straßenzustand an mindestens ein weiteres Fahrzeugsystem weiterführt.
17. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Strahl¬ elemente (108, 108 y, 108/ y) in einem Fahrzeugstillstand keine Strahlungsleistung abgeben.
18. Strahlensensormodul (101) nach mindestens einem der
Ansprüche 7 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlensensormodul (101) ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt .
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