JP2016507750A - 車両において前方を観察して道路状態を特定する方法及びビームセンサモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、車両において前方を観察して道路状態を特定する方法に関し、本方法では、道路表面（１１３）がセンサ光線（１０６，１０６’）により照明され、センサ光線（１０６，１０６’）が道路表面（１１３）の道路状態に応じて反射されるとともに吸収され、反射されたセンサ光線（１１５）に基づいて道路状態の特定が行なわれる。この方法は、走行方向における車両前方の道路表面（１１３）が照明される点に特徴がある。本発明は、さらに、対応するビームセンサモジュールに関する。

Description

本発明は、車両において前方の道路状態を特定する請求項１の前提部分に係る方法及び車両において前方の道路状態を特定する請求項７の前提部分に係るビームセンサモジュールに関する。

従来、自動車技術分野に関して周囲を把握するための多種多様なセンサ装置が公知である。これらのセンサ装置を用いると、例えば、他の車両、道路標識あるいはまた車線の境界を認識することが可能である。ここで、センサとしては、カメラセンサ、ライダセンサ（Ｌｉｄａｒｓｅｎｓｏｒ）、レーザセンサ（Ｌａｓｅｒｓｅｎｓｏｒ）又はレーダセンサ（Ｒａｄａｒｓｅｎｓｏｒ）がよく用いられる。このようにして把握された周囲の情報は、自律式のブレーキ修正動作やハンドル修正動作といった、安全性に係る修正動作に用いることができる。さらに、傾きセンサといった車両センサも公知であり、この類のセンサは、先ずは車両状態を特定するが、周囲の置かれた状況を帰納的に推量することもできる。

これに関連して、特許文献１は、自動車の加速中に自動車のタイヤと道路の表面との間の摩擦値ないし摩擦係数（Ｒｅｉｂｗｅｒｔ）を検出する方法を開示する。こここで、或るモデルを使って第一の摩擦係数パラメータが検出されるが、このとき、第一の摩擦係数パラメータと運転に応じて特定された自動車タイヤの滑り率（Ｓｃｈｌｕｐｆ）との関数関係は予め与えられている。さらに、縦荷重と自動車タイヤのタイヤ接地力との商（Ｑｕｏｔｉｅｎｔ）から第二の摩擦係数パラメータが特定され、第一の摩擦係数パラメータと第二の摩擦係数パラメータとから回帰推定アルゴリズムを用いて摩擦係数が最終的に算出される。滑り率は回転する車輪の速度から特定され、縦荷重は特定のエンジントルク（Ｍｏｔｏｒｍｏｍｅｎｔ）から特定され、タイヤ接地力は縦加速度（Ｌａｅｎｇｓｂｅｓｃｈｌｅｕｎｉｇｕｎｇ）と横加速度（Ｑｕｅｒｂｅｓｃｈｌｅｕｎｉｇｕｎｇ）から特定される。回転する車輪の速度は、通常はやはりＡＢＳ−センサ技術を用いて特定される。

特許文献２には、ナビゲーション及び／又はドライバーアシスタントのための車両システム（Ｆａｈｒｚｅｕｇｓｙｓｔｅｍ）が開示されている。この車両システムは、いわゆる仮想地平線周辺情報をドライバーに提供するが、その情報には、センサを用いて把握された外界情報（道路状態の機能的推量を可能にするもの）が含まれる。加えて、例えば、電子ブレーキ装置による制動過程において、摩擦係数が低いことを認識することができる。雨センサを介して、あるいはワイパーの操作を介して、濡れ状態を認識することができる。道路が凍結しているかもしれないことは、例えば氷点付近の温度と橋の通過を組み合わせて認識することができる。

特許文献３は、運転（Ｆａｈｒａｕｆｇａｂｅ）中の走行を補助するため及び／又は衝突を回避したり事故件数（Ｕｎｆａｌｌｆｏｌｇｅｎ）を減らしたりするための自動車の走行軌道の予測と対応（Ａｄａｐｔｉｏｎ）を行うための方法を開示する。このとき、算出された走行軌道に応じて、ブレーキ機構及び／又はハンドリング機構に対してなされる制動修正動作及び／又は操縦修正動作が行われる。制動修正動作及び／又は操縦修正動作の組み合わせによる走行軌道からもたらされるホイール力が、いかなるときでも最大限利用可能な摩擦係数（Ｒｅｉｂｂｅｉｗｅｒｔ）を確実に下回るようにするため、摩擦係数は、レーザセンサ及び／又はカメラセンサといった光学的な道路センサ（Ｆａｈｒｂａｈｎｓｅｎｓｏｒ）により特定される。また、最大限利用可能な摩擦係数を、車両挙動制御装置（Ｆａｈｒｄｙｎａｍｉｋｒｅｇｅｌｓｙｓｔｅｍ）、走行安定性制御装置（Ｆａｈｒｓｔａｂｉｌｉｔａｅｔｓｒｅｇｅｌｓｙｓｔｅｍ）、トラクション制御装置（Ｓｃｈｌｕｐｆｒｅｇｅｌｓｙｓｔｅｍ）を用いて特定すること、雨センサ（Ｒｅｇｅｎｓｅｎｓｏｒ）、温度センサ、タイヤセンサからの情報並びに車対Ｘ通信により受信した情報を取り入れることが開示されている。

特許文献４より、自動車のために道路表面の状況を調べるためのセンサが公知である。ここで、状況というのは、濡れている、乾いている、凍結している、雪が積もっている又はこれらの組み合わせといった状態が考えられる。センサは、少なくとも二つの互いに異なる波長の光を放射する光源ユニットと、光源ユニットの反射光を捉える少なくとも二つの検出器とを備えている。道路表面の性状如何で、異なる波長が異なる強さで反射されるため、反射光から道路表面の状態を帰納的に推量することができる。開示されたセンサは、１０ｃｍ〜１００ｃｍの距離で略垂直に照射された道路表面の性状を認識するのに適している。

しかしながら、これら従来技術から公知となっている方法及び装置の欠点は、道路状態が、多くの場合に直接的に特定できず、その代わり、温度や濡れ等といった他のパラメータからしか導出されないことにある。道路状態を従来技術によって直接的に把握すべき場合、道路状態の把握は、基本的には、調べなければならない道路部分を通り過ぎるまさにそのときになってようやく可能になる。特に、道路状態の把握に光学的なセンサを用いる場合、これら従来技術に係るセンサは、車両下側に取り付けられ、車両下方の道路表面に向けられている。しかし、これは車両挙動制御装置をその有効性の面で制限する。というのも、車両挙動制御装置は、道路状態に関して直接測定されるものではなく前方を観察した情報を利用するからである。

独国特許出願公開第１０２００７０６２２０３号明細書 独国特許出願公開第１０２００９００８９５９号明細書 独国特許出願公開第１０２０１２２０３１８７号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１０１５５２７号明細書

したがって、本発明は、前方を観察して道路状態を特定することを可能にする方法を提供することを目的とする。

この課題は、車両において前方を観察して道路状態を特定する請求項１に係る方法により解決される。

本発明は、車両において前方を観察して道路状態を特定する方法に関し、道路表面がセンサ光線により照射され、センサ光線が道路表面の道路状態に応じて反射及び吸収され、反射されたセンサ光線に基づいて道路状態の特定が行われる。この方法は、走行方向における車両前方の道路表面が照明されることに特徴がある。

道路状態というのは、本発明においては、摩擦係数に関して道路表面が異なっている状態を指し、とりわけ、「濡れている」、「乾いている」、「氷が張っている」そして「雪が積もっている」によって区別されるが、このとき、上述の道路状態の組み合わせ（例えば、水たまりを氷の層が覆うこともあり得る。）もまた考えられるので、「濡れている」道路状態及び「乾いている」道路状態を組み合わせたものが存在するだろうし、そのことを相応に検知することにもなるだろう。

本発明によれば、道路状態は、かくして車両の下側にきたときに初めて直接的に特定されるのではなく、車両前方を観察しながら特定される。この結果、特定された道路状態が、例えば走行安定制御装置に早期に利用可能となるという利点が得られる。走行安定制御装置は、その結果、適時かつ状況に即して個別的に、危機的な状況になる前にそういった状況に対処することができる。現在の車両の速度とセンサ光線の設定された到達範囲とを考慮して、その都度、照射された道路表面を通過するまでの時点をさらに特定することができ、その結果、認識されたあらゆる道路状態に対し、考えられうる限り理想的に調整された走行安定制御装置の設定が可能となる。

また、凍結した道路表面をドライバーが間もなく通過するであろうこと、そして、性急なハンドル操作やブレーキ操作ないし加速操作は相応に差し控えるべきだということを示すために、ドライバーに警告を発することもできる。

道路表面の照明と、反射されたセンサ光線の捕捉とが同期パルスにより行なわれるように構成されていることが好ましい。この結果、先ず放射される平均的な照射出力（照射パワー）を低減でき、このことが、使用されるビーム素子の寿命を延ばすことに寄与する。加えて、センサ光線を覗き込んだ人や動物が眼を負傷する危険が減る。その一方で、個々の光パルスのエネルギーは、連続駆動した場合に同じ時間内に放射されるエネルギー量よりは明らかにもっと大きなものにすることができるので、反射されてきたセンサ光線内の情報の信号対雑音比が道路状態の特定に際し著しく改善する。その際、特に信号対雑音比を改善するために重要なのは、照明に対して捕捉を同期させることである。

さらに、センサ光線が異なる波長を含み、特に、少なくとも二つの異なる波長に最大強度を持つレーザ光線が好ましい。これにより、道路状態が異なる状態であることを特定すること、特に区別することが容易になる。少なくとも二つの異なる波長に最大強度を持つレーザ光線を用いる場合には、この利点は、比較的狭い波長帯域における比較的高いレーザ光線の光強度によって一層高められる。

反射されてきたセンサ光線における異なる波長の強度に基づいて道路状態の特定が行なわれることが特に好ましい。道路表面の異なる道路状態は、異なる光学特性を有し、それに応じて特定の波長については吸収し、他の波長については反射するように作用するので、反射されてきたセンサ光線から、照明された道路表面の各々の道路状態を推量することができる。その一例は、氷によって比較的強く吸収される波長１５５０ｎｍといったものである。

さらに、反射されてきたセンサ光線（１１５）における異なる波長は、確率割当て法（ｓｔｏｃｈａｓｔｉｓｃｈｅｒ Ｚｕｏｒｄｎｕｎｇｓｖｅｒｆａｈｒｅｎ）を用いて、特に支援ベクター法及び／又はｋ−平均アルゴリズムを用いて、道路状態に対応付けられることが特に好ましい。この結果、硬直的に事前入力された境界値により認識が可能となるやり方に比べて、異なる道路状態の認識が、比較的に一層信頼できるものになる。何を差し置いても、このやり方によれば、例えば水の層の上に雪の層があるといったような、同時に存在する複数の道路状態が組み合わされたものを識別することに関して、識別の信頼性の点で明らかな改善をもたらすことが分かった。雪の層の下に横たわる氷の層は、上に載っている雪の層に起因する危険性よりも車両の走行安定性に対して明らかに危険性が一層大きいという点で、複数の道路状態のこの種の組み合わせを識別するということは、遥かに重要な意味がある。ここで、当業者にとって、適切な種々の確率割当て法は周知のことで、その確率割当て法により、分散、標準偏差及び平均値といった、反射されてきたセンサ光線の特性を考慮しながらの個々の道路状態に対する対応付けが可能になる。特に、当業者にとって、反射されてきたセンサ光線内の情報を多次元空間内に表現して、その空間的な分布によって信頼のおける道路状態の特定が可能になるという、いわゆる支援ベクター法が周知である。ここで、この支援ベクター法は、いわゆる“サポートベクター法”としても知られている。この方法によれば、一般に、現れる局所的な最小値に邪魔されることなく大局的な最小値を効果的に見つけ出すことが可能になる。このことは、特に、多次元のベクトル空間を余すところなく利用することにより実現される。支援ベクター法のさらなる長所は、この方法が比較的少ない電子的計算能力しか必要としないことである。当業者にはまた、いわゆるｋ−平均アルゴリズムも周知であり、この方法によれば、予め与えられた数の類似した対象の集合からなる要素が、異なるグループに対応付けられる。このため、ｋ−平均アルゴリズムは、いわゆるクラスター分析にもよく用いられる。さらに、異なる道路状態が先ず学習法により習得されるように構成されていることが好ましい。このことによりまた、異なる道路状態を認識する際の信頼性が向上する。

加えて、特定の道路状態は、少なくとも走行安定性制御装置（Ｆａｈｒｓｔａｂｉｌｉｔａｅｔｓｒｅｇｅｌｕｎｇｓｓｙｓｔｅｍ）及び／又は車両挙動制御装置（Ｆａｈｒｄｙｎａｍｉｋｒｅｇｅｌｕｎｇｓｓｙｓｔｅｍ）にさらに手渡され、特に、アンチブロックブレーキング装置（Ａｎｔｉｂｌｏｃｋｉｅｒｓｙｓｔｅｍ）及び／又は車両安定電子制御プログラム（横滑り防止プログラム）（Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅｓ Ｓｔａｂｉｌｉｔａｅｔｓｐｒｏｇｒａｍｍ）及び／又はシャシー・コントロール・システム（ダイナミック・ドライブ・コントロールシステム）（Ｆａｈｒｗｅｒｋｓｒｅｇｅｌｕｎｇｓｓｙｓｔｅｍ）にさらに手渡され、少なくとも一つの走行安定性制御装置及び／又は車両挙動制御装置が、特定の道路状態により、場所に合わせて調整された制御（ｏｒｔｓｓｙｎｃｈｒｏｎ ａｎｇｅｐａｓｓｔｅ Ｒｅｇｅｌｕｎｇ）を実行するように構成されている。したがって、この種の走行安定性制御装置もしくは車両挙動制御装置の制御が向上する。というのも、先に述べたように、装置が道路表面の見込まれる摩擦係数を既に前もって知っており、後続の制御のための出発点として相応の事前設定を行なうことができるからである。場所に合わせて調整された制御というのは、本発明によれば、車両速度を考慮に入れることで、道路状態が特定された道路表面の各位置を通り過ぎる時点が求められ、それにより、当該位置を通過するのにその都度タイミングを合せて（シンクロさせて）適宜の事前設定を行なうことができるということを意味する。

本発明は、さらに、車両において前方を観察して道路状態を特定するビームセンサモジュールに係り、ビームセンサモジュールは、少なくとも二つのビーム素子、少なくとも一つの検出器素子、解析モジュール及びセンサ収納ケーシングを備え、少なくとも二つのビーム素子は、道路表面をセンサ光線で照明し、センサ光線は、道路表面の道路状態に応じて反射されるとともに吸収され、少なくとも一つの検出器素子は、反射されてきたセンサ光線を捕捉し、解析モジュールは、少なくとも一つの検出器素子により捕捉された反射センサ光線に基づいて道路状態を特定する。ビームセンサモジュールは、車両フロントガラスの内側に取り付けるようにセンサ収納ケーシングが形成されている点に特徴を有する。

センサ収納ケーシングは、ビーム素子、検出器素子及び場合により解析モジュールを取り囲むが、解析モジュールは、センサ収納ケーシングの外側に配設されるものであっても構わない。センサ収納ケーシングは、好ましくは、一方側に向け開放されている。センサ収納ケーシングをフロントガラスに取り付けることによって始めて、その開放側が車両フロントガラスによって閉塞される。

ビームセンサモジュールは、車両フロントガラスの内側におけるバックミラーの脚の高さに取り付けられることが好ましい。この位置では、ドライバーの前方への視界を狭めず、車両前方に横たわる道路表面に対する良好な照明条件が駆使できる。この取付位置のさらなる長所は、センサ収納ケーシングの開放側（センサ光線は、この側を介して送出されるとともに捕捉される。）が、車両のワイパーによって定期的に清掃されるという点にある。したがって、ビームセンサモジュールが、センサ光線の光路中の汚れによってその機能面に影響を受けることはないことが保証される。これに対し、車両の下側に取り付けられることが多い従来技術の光学センサにおいては、そういうことにならない。

ビームセンサモジュールは、その取り付けによって走行方向における車両前方の道路表面を照明するので、これによってもまた、既に関連して述べた長所が得られることになる。

ビーム素子が、９００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域の異なる波長（特に、最大強度が波長９８０ｎｍ及び／又は１３１０ｎｍ及び／又は１５５０ｎｍ）の半導体レーザであることが好ましい。これらの波長は、全ていわゆる赤外のスペクトル領域にあり、そのため人間の眼には見えない（ただし、それらは依然として人間の眼を負傷させる可能性があるので、それでもやはり危険ではある。）。従って、他の通行者が惑わされることがない。しかも、上述の波長は、半導体レーザによってそれらの波長を作り出すことができるという長所もあり、そのためには、ガリウムヒ素（Ｇａｌｌｉｕｍ−Ａｒｓｅｎｉｄ）型の（ガリウムヒ素を主成分とした）半導体レーザとインジウムリン（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｐｈｏｓｐｈｉｔ）型の（インジウムリンを主成分とした）半導体レーザが適している。ゲルマニウム（Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ）型の（ゲルマニウムを主成分とした）半導体レーザも適している。半導体レーザは、比較的コストも低く、しかも高い照射パワーを有しつつも極めてコンパクトな構成要素である。

反射されてきたセンサ光線を捕捉するのに検出器素子を一つしか使わないというのであれば、複数のビーム素子を時間的にずらして駆動し、その都度一つだけのビーム素子が駆動されて、それに対応した一つだけの波長が放射ないし反射されるように構成されていることが好ましい。このとき、解析モジュールは、個別のビーム素子の各駆動時点が分かっている。そのため、複数の異なる波長を時間的に順々に解析することができる。

さらに、少なくとも二つのビーム素子の照射パワーは、いずれも１ｍＷを上回らないことが好ましい。ここで、照射パワーというのは、特にフロントガラスの外側で特定されるものである。こうすると、人間と動物の眼が照射パワーのせいで負傷することが確実に回避される。フロントガラスの外側で照射パワーを先ず確かめて１ｍＷに調整するので、危なくなく使える照射パワー以外は、フロントガラスによる反射戻り効果（Ｒｕｅｃｋｒｅｆｌｅｋｔｉｏｎｓｅｆｆｅｋｔ）で不使用のままになる。照射パワーが低く抑えられるにつれて、センサが検出できる範囲も狭まるので、照射パワーは、好ましくはフロントガラスの外側で確かめられ、１ｍＷに調整される。可能な最大照射パワーも人間の眼に危なくないものが使われる。典型的には、照射パワーの４０％から６０％がフロントガラスにより反射され、そのままビームセンサモジュールに戻される。

特に、照射パワーがパルス状に放射されることが好ましい。放射された平均照射パワーが人間や動物の眼を怪我させるのに決定的な意味を持つので、ビーム素子の“オン状態”（Ａｎ−Ｐｈａｓｅｎ）の間、連続駆動の場合に同じ時間内に可能であろうよりも遥かに高いエネルギーを、１ｍＷの照射パワーを超えることなく短期間で放射できることになる。道路状態を特定する際の信頼性の点から言えば、これにより明らかな改善がさらに実現できる。蓋し、反射されてきたセンサ光線内の情報の信号対雑音比が道路状態の特定に際して大きくなるからである。これによりまた、ビームセンサモジュールの測定可能距離（Ｒｅｉｃｈｗｅｉｔｅ）（その内側では信頼できる道路状態の特定が可能となる。）が拡大する。

検出器素子が、フロントガラスによってビームセンサモジュール内に反射されてきた照射パワーの一部を測定し、ビームセンサモジュールが、この反射されてきた一部を使って車両フロントガラス外側での照射パワーを制御することが有利である。これにより、人間の眼に心配がないようにしながらも常に最大限可能な照射パワーが道路状態の特定のために使えるという利点が得られる。これによれば、例えば、ビーム素子の経年劣化の影響を補償することができる。

特に、もう何の反射も認められないときには、ビーム素子をオフにすることが有利である。この場合、例えば、車両事故や整備工場での修理等で車両フロントガラスがもはやビームセンサモジュールの前に存在していないことが理由である蓋然性が高い。眼の怪我を防ぐために、このような状況ではビーム素子はオフにされる。

その上、ビームセンサモジュールが、各ビーム素子に対して個別の検出器素子を備え、それら検出器素子のそれぞれの最大感度が、各ビーム素子の最大強度の波長に対応していることが有利である。これにより、反射されてきたセンサ光線の同時並行的な解析を行なうことができ、それ故にセンサ光線も同時に放射できる。したがって、ビーム素子を時間的にずらして駆動したり検出器素子を同期させることは、不要である。加えて、この場合には、検出器素子は、それぞれの検出器素子の波長の最大感度が、それぞれのビーム素子の最大強度の波長にあるものを用いることができ、これが、比較的より信頼性の高い道路状態の特定とビームセンサモジュールのより長い測定可能距離を可能にする。しかしながら、検出器素子は、ビームセンサモジュールの比較的高価な部品でもあるので、多様なビーム素子の異なる波長を検出するために、十分に幅広の感度領域を有している単体の検出器素子を使うこともできる。後者の場合には、波長に依存した補正因子を用いることが重要となり得る。

本発明の目的に適うものとして、検出器素子は、フォトダイオードであり、特にインジウム・ガリウム・ヒ素（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ａｒｓｅｎｉｄ）型の（インジウム・ガリウム・ヒ素を主成分とした）フォトダイオードか、ゲルマニウム（Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ）型の（ゲルマニウムを主成分とした）フォトダイオードであるように構成されている。フォトダイオードは、フォトダイオードに入射する光の波長と光の強度に依存した電流を生成する。故に、フォトダイオードは、本発明の趣旨における検出器として非常によく適している。このとき、生成された電流は、反射ないし吸収されたセンサ光線の量の大きさに相当する。ゲルマニウム型のフォトダイオードを検出器素子として用いる場合には、好ましくは例えばペルティエ素子等を用いて検出器素子が冷却される。

本発明の目的に適うものとして、ビームセンサモジュールは、検出器素子を遮蔽する、可視光に対する遮断フィルタをさらに備えるように構成されている。これにより、雑音の影響が低減され、誤認識が回避される。それ故、内部において信頼のおける道路状態の特定が可能となる測定可能距離を延ばすことができる。

好ましくは、ビームセンサモジュールは、さらに、少なくとも一つの収束レンズを備え、このレンズが、反射されてきたセンサ光線を少なくとも一つの検出器素子上に集光するように構成されている。したがって、検出器上に導かれる反射センサ光線の強度が高められる。このことがまた、より信頼性の高い道路状態の特定と、ビームセンサモジュールの有効なセンサ測定可能距離（Ｓｅｎｓｏｒｒｅｉｃｈｗｅｉｔｅ）を延ばすこととにつながる。留意しなければならないのは、少なくとも一つの収束レンズについて、赤外のセンサ光線を吸収することのない、適した材料が選択されなければならない点である。

本発明の目的に適うものとして、ビームセンサモジュールが車両バスに接続されており、特に、認識された道路状態に関する情報が、少なくとも一つのさらに他の車両システムにさらに送られるように構成されている。したがって、認識された道路状態に関する情報は、例えば走行安定制御装置といったさらに他の車両システムに利用することができる。こういったシステムは、予め前方を観察して、そのまま次に訪れるその時々の道路状態に関する情報が提供されるので、システムはまた、前方を観察して道路表面とタイヤとの間に予期すべき摩擦係数を特定し、その値に対して備えることができる。それ故、走行安定性制御は容易になり、その時々の道路表面を通過するときにようやく直接的に摩擦係数が特定できかつ前方を観察して摩擦係数に備えるものではないシステムと比較すれば、走行安定性と走行安全性とが獲得されることになる。

少なくとも二つのビーム素子は、車両停車中に何ら照射パワーを出力しないように構成されていることが有利である。車両停車中の場合にはまさに、人（例えば歩行者）が至近距離で直にビーム素子を見たり、そのためにまた眼に怪我をする一層高い危険にさらされるというリスクが存在する。かくしてこういった危険が回避される。

その上、ビームセンサモジュールが、請求項１乃至５のいずれか一項に係る方法を実施することが好ましい。これにより、既に述べてきた長所が得られる。

さらに他の好ましい実施態様は、下位の請求項及び図面に基づいた実施例の以下の記載により与えられる。

道路状態を特定しているときの本発明によるビームセンサモジュールを示す概略図である。 本発明による方法の考えられ得る流れを有するフロー図である。 三つの異なる波長における水と氷の吸収能力を示す図である。

図１は、収納ケーシング１０３を有するビームセンサモジュール１０１を示す。収納ケーシング１０３は、ビームセンサモジュール１０１が車両フロントガラス１０２の内側のバックミラーの脚の高さに配設することができるように形成されている。フロントガラス１０２は、収納ケーシング１０３の開いた前側を閉鎖する。見やすくするために、図１のビームセンサモジュール１０１は、断面で示されている。そのため、収納ケーシング１０３の側面を閉鎖する壁部は図示されておらず、収納ケーシング１０３の内部が遮られることなく見えるようになっている。ビームセンサモジュール１０１は、さらに、例えばインジウム・ガリウム・ヒ素−フォトダイオードとして形成されている検出器素子１０４と、自然光に起因するノイズの影響が検出器素子に入って来るのを減らすための遮断フィルタ１０５と、より強い光強度が検出器素子１０４上で生成されるように、反射されてきたセンサ光線１０６，１０６’並びにセンサ光線１０６とセンサ光線１０６’との間を通る全てのセンサ光線（不図示）を束ねる収束レンズ１１１と、反射されてきたセンサ光線を解析して道路状態を特定する解析モジュール１０７と、波長が９８０ｎｍ、１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの半導体レーザとして形成された三つのビーム素子１０８，１０８’，１０８’’とを備えている。９８０ｎｍ，１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍの半導体レーザの前にはそれぞれにさらにコリメータレンズ１０９，１０９’，１０９’’が配設されており、これらのレンズが、半導体レーザ１０８，１０８’，１０８’’により生成されて放射された光、つまりはセンサ光線１２０を概ね平行な光ビームに束ねる。ビーム素子１０８，１０８’，１０８’’は、ビーム素子１０８，１０８’，１０８’’の散乱光が検出器素子１０４に達して道路状態の特定の信頼性と精度を損ねることのないように、分離遮蔽部１１９によって検出器素子１０４から隔離されている。同様に、ビームセンサモジュール１０１に設けられているのがボード１１０であり、このボードは、検出器素子１０４、解析モジュール１０７及びビーム素子１０８，１０８’，１０８’’の電気的な接続に必要な導線路（Ｌｅｉｔｅｒｂａｈｎ）を備えている。ビーム素子１０８，１０８’，１０８’’を自在に調整できるように、これらビーム素子は、検出器素子１０４とは対照的に、ボード１１０に固設されているのではなく、むしろ変形自在なワイヤ接続部１１２，１１２’，１１２’’を用いることでビームセンサモジュール１０１の車両フロントガラス１０２への取り付け時に調整可能とされており、それにより、道路表面１１３がフロントガラス前方−したがって、走行方向における車両前方−７ｍの地点１１４がセンサ光線１２０で照明されるようになっている。地点１１４における道路表面１１３へのセンサ光線１２０の入射角は、例えば１２°である。ビーム素子１０８，１０８’，１０８’’により生成されてセンサ光線１２０として地点１１４に入射する異なる波長（９８０ｎｍ，１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍ）は、本実施例によれば、その場所で一部が拡散反射され一部が吸収される。地点１１４には、水の層１１６に覆われている氷の層１１５が存在する。水は、波長１３１０ｎｍを比較的強く吸収するので、この波長は水の層１１６の表面ではわずかしか反射されない。それに対応して、検出器素子１０４は、反射されてきたセンサ光線１０６，１０６’において、１３１０ｎｍの波長をわずかしか捕捉しない。残りの９８０ｎｍと１３１０ｎｍの波長は、水の層１１６を比較的良好に突き抜けて氷の層１１５に達する。氷の層１１５は、ここでもまた１５５０ｎｍの波長に対しては比較的強く吸収するように作用し、その結果、検出器素子１０４は、反射されてきたセンサ光線１０６，１０６’において、やはり１５５０ｎｍの波長をわずかしか捕捉できない。これに対し、９８０ｎｍの波長は、氷の層１１６も比較的良好に突き抜けて最後に氷の層１１６の下に横たわる道路表面１１３によって反射される。こうして、検出器素子１０４は、９８０ｎｍの波長を比較的多く捕捉し、１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの波長は逆に比較的少なくしか捕捉しないので、解析モジュール１０７は、地点１１４における道路状態について、この地点が氷の層１１５と水の層１１６によって覆われているものと特定する。氷の層１１５の摩擦係数が低く、しかも氷の層がドライバーにとって見えないものであることを考えれば、氷の層が水の層１１６の下に埋もれているので、地点１１４は車両にとって危険であると結論付けられる。車両ＣＡＮバスへの接続部１１７を介して、道路状態についての情報とそれに付随した低い摩擦係数とが走行安定性装置（Ｆａｈｒｓｔａｂｉｌｉｔａｅｔｓｓｙｓｔｅｍ）にさらに送られ、それにより、この装置が、適切な制御値を予め前方観察しつつ特定することができ、しかもこの制御値は、地点１１４を通過するときになってようやく特定しなければならないというものではない。さらに、ビームセンサモジュール１０１は、電源を供給する車両電源供給部（Ｆａｈｒｚｅｕｇｅｎｅｒｇｉｅｖｅｒｓｏｒｇｕｎｇ）への接続部１１８を備えている。

図２には、車両において前方を観察して道路状態を特定する本発明による方法の考えられ得る流れを有するフロー図が示されている。方法のステップ２１では、道路表面がセンサ光線により照明され、このときセンサ光線はパルスで放射され、平均照射パワー１ｍＷは超えない。続く方法のステップ２２では、道路表面に入射するセンサ光線の第一の部分が道路表面で吸収され、ステップ２３では、道路表面に入射するセンサ光線の第二の部分が道路表面で反射される。反射されてきたセンサ光線は、ステップ２４において、最終的に検出器素子によって捕捉され、ステップ２５において、解析モジュールによって、反射されてきたセンサ光線における異なる波長の強度に基づいて車両前方の道路状態が特定される。このとき、上記の特定は、いわゆる支援ベクター法（サポートベクター法）により行なわれる。

図３は、電磁照射の三つの異なる波長に対する水と氷の吸収能力（吸収率）（Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｆａｅｈｉｇｋｅｉｔ）を示す。この図においてＹ軸には吸収能力がプロットされ、Ｘ軸には波長９８０ｎｍ，１３１０ｎｍ，１５５０ｎｍが示されている。図示では、吸収能力は大きさを正確に示すものではない。図から分かるように、９８０ｎｍの波長は、総じて最も僅かしか吸収されず、水３１の吸収能力は、氷３２の吸収能力よりもやや高くなることが示されている。１３１０ｎｍの波長は、９８０ｎｍの波長に比べると、水３３だけでなく氷３４にも強めに吸収される。加えて、１３１０ｎｍにおける水３３の吸収能力は、明らかに氷３４のものよりも高い。さらに一段と吸収能力が高くなるのが、１５５０ｎｍの波長における水３５と氷３６である。しかしながら、上述の波長とは対照的に、１５５０ｎｍの波長は、水３６よりも氷３５に強く吸収される。

Claims (18)

1. 車両において前方を観察して道路状態を特定する方法であって、道路表面（１１３）がセンサ光線（１０６，１０６’）で照明され、前記道路表面（１１３）の道路状態に応じて前記センサ光線（１０６，１０６’）が反射されるとともに吸収され、前記反射されたセンサ光線（１１５）に基づいて前記道路状態の特定が行なわれる方法において、
   走行方向における前記車両の前方の前記道路表面（１１３）が照明されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記道路表面（１１３）の照明と前記反射されたセンサ光線（１１５）の捕捉とが同期したパルスで行なわれることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法において、
   前記センサ光線（１０６，１０６’）は、複数の異なる波長を含み、特に、少なくとも二つの異なる波長に最大強度を有するレーザ光線（１０６，１０６’）を含むことを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   前記道路状態の特定は、前記反射されたセンサ光線（１１５）における複数の異なる波長の強度に基づいて行なわれることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法において、
   前記反射されたセンサ光線（１１５）における複数の異なる波長は、確率割当て法を用いて、それも特に支援ベクタ法及び／又はｋ−平均アルゴリズムを用いて、前記道路状態に対応付けられることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法において、
   特定された道路状態が、少なくとも一つの走行安定性制御装置及び／又は車両挙動制御装置へとさらに送られ、特にアンチブロック装置及び／又は車両安定電子制御プログラム及び／又はシャシーコントロールシステムへとさらに送られ、前記少なくとも一つの走行安定性制御装置及び／又は車両挙動制御装置は、前記特定された道路状態を用いて、所定の場所に最適に合わせるようにして調整された制御を実行することを特徴とする方法。
7. 車両において前方を観察して道路状態を特定するビームセンサモジュール（１０１）であって、少なくとも二つのビーム素子（１０８，１０８’，１０８’’）と、少なくとも一つの検出器素子（１０４）と、解析モジュール（１０７）と、センサ収納ケーシング（１０３）とを備え、
   前記少なくとも二つのビーム素子（１０８，１０８’，１０８’’）は、道路表面（１１３）をセンサ光線（１０６，１０６’）で照明し、
   前記センサ光線（１０６，１０６’）は、前記道路表面（１１３）の道路状態に応じて反射されるとともに吸収され、
   前記少なくとも一つの検出器素子（１０４）は、前記反射されたセンサ光線（１１５）を捕捉し、
   前記解析モジュール（１０７）は、前記少なくとも一つの検出器素子（１０４）により捕捉された、反射されたセンサ光線（１１５）に基づいて前記道路状態の特定を行なうビームセンサモジュールにおいて、
   前記センサ収納ケーシング（１０３）は、車両フロントガラス（１０２）の内側に取り付けられるように形成されていることを特徴とするビームセンサモジュール。
8. 請求項７に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
   前記ビーム素子（１０８，１０８’，１０８’’）は、９００ｎｍから１７００ｎｍの波長領域における異なる複数の波長の半導体レーザ（１０８，１０８’，１０８’’）であり、特に波長９８０ｎｍ及び／又は１３１０ｎｍ及び／又は１５５０ｎｍに最大強度を有する半導体レーザ（１０８，１０８’，１０８’’）であることを特徴とするビームセンサモジュール。
9. 請求項７又は８のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
   少なくとも二つのビーム素子の照射パワー（１０８，１０８’，１０８’’）は、いずれも１ｍＷを超えず、前記照射パワーは、特にフロントガラス（１０２）の外側で測定されることを特徴とするビームセンサモジュール。
10. 請求項９に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    前記照射パワーは、パルスで放射されることを特徴とするビームセンサモジュール。
11. 請求項９又は１０のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    前記検出器素子（１０４）は、前記フロントガラス（１０２）により前記ビームセンサモジュール（１０１）内へ反射して戻された前記照射パワーの一部を測定し、
    前記反射して戻された一部に基づいて、前記フロントガラスの外側（１０２）における前記照射パワーを制御することを特徴とするビームセンサモジュール。
12. 請求項７乃至１１のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    それぞれのビーム素子（１０８，１０８’，１０８’’）に対して個別の検出器素子（１０４）を備え、当該検出器素子のそれぞれの最大感度は、それぞれのビーム素子（１０８，１０８’，１０８’’）の最大強度の波長に対応していることを特徴とするビームセンサモジュール。
13. 請求項７乃至１２のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    前記検出器素子（１０４）は、フォトダイオードであり、特に、インジウム・ガリウム・ヒ素を主成分とするフォトダイオード（１０４）又はゲルマニウムを主成分とするフォトダイオード（１０４）であることを特徴とするビームセンサモジュール。
14. 請求項７乃至１３のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    さらに、前記検出器素子（１０４）を遮蔽する、可視光に対する遮断フィルタ（１０５）を備えていることを特徴とするビームセンサモジュール。
15. 請求項７乃至１４のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    さらに、前記反射されたセンサ光線（１１５）を前記少なくとも一つの検出器素子（１０４）に収束させる少なくとも一つの収束レンズ（１１１）を備えていることを特徴とするビームセンサモジュール。
16. 請求項７乃至１５のいずれか一項に記載のビームセンサモジュールにおいて、
    車両バスへの接続部（１１７）を備え、特に、認識された道路状態の情報を少なくとも一つの他の車両システムへさらに送ることを特徴とするビームセンサモジュール。
17. 請求項７乃至１６のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    前記少なくとも二つのビーム素子（１０８，１０８’，１０８’’）は、車両停車中は照射パワーを出力しないことを特徴とするビームセンサモジュール。
18. 請求項７乃至１７のいずれか一項に記載のビームセンサモジュール（１０１）において、
    請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実行することを特徴とするビームセンサモジュール。

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