Vorrichtung zur Erkennung einer Wetterbedingung in einem Umfeld eines Fahrzeugs mit einer Leuchteinheit zur Ausleuchtung des Umfeldes, einer Ansteuereinheit zur An- steuerung der Leuchteinheit, einer Bilderfassungseinheit zum Erfassen von Bildinfor- mationen des Umfeldes, einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Bildinformationen, wobei von der Bilderfassungseinheit bereitgestellte Bilddaten mit jeweils unterschiedli- che Wetterbedingungen kennzeichnende vorgegebene Referenz-Bilddaten verglichen werden und in Abhängigkeit von einer Übereinstimmung des Vergleichs ein Wetterbe- dingungssignal erzeugt wird.

Aus der DE 102012209810 A1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung einer Wetterbe- dingung in einem Umfeld eines Fahrzeugs bekannt, die eine Leuchteinheit zur Aus- leuchtung des Umfeldes, eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung der Leuchteinheit, eine Bilderfassungseinheit zum Erfassen von Bildinformationen des Umfeldes sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Bildinformationen aufweist. Die Auswer- teeinheit vergleicht die erfassten Bildinformationen mit vorgegebenen Referenzbildin- formationen, die unterschiedliche Wetterbedingungen repräsentieren. Wird eine Über- einstimmung festgestellt, kann auf eine bestimmte Wetterbedingung geschlossen werden. In Abhängigkeit von dem Vergleich können unterschiedliche Wetterbedingun- gen, wie beispielsweise das Vorliegen von Nebel, Regen, Schnee und dergleichen, erkannt werden. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, dass die Auswertung nur erfolgen kann, wenn sich die Leuchteinheit im eingeschalteten Zustand befindet, also insbesondere bei Nachtfahrten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erkennung einer Wet- terbedingung in einem Umfeld eines Fahrzeugs derart weiterzubilden, dass stets eine zuverlässige Erfassung der aktuellen Wetterbedingung/Wetterlage, des Straßenzu- standes und einer Sichtweite in einem Umfeld bzw. Vorfeld eines Fahrzeugs gewähr- leistet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit eine Puls- Modulationseinrichtung aufweist, mittels derer die Leuchteinheit derart angesteuert wird, dass die Leuchteinheit gepulste Lichtsignale abstrahlt.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass unabhängig von einem Ein- schaltzustand einer Lichtfunktion eine Wetterbedingung in einem Umfeld des Fahr- zeugs erkannt werden kann. Grundgedanke der Erfindung ist es, eine für eine Licht- funktion vorgesehene Leuchteinheit des Fahrzeugs gepulst zu betreiben, so dass sie auch Lichtsignale aussendet in einem Zustand der Leuchteinheit, in der sie keine Lichtfunktion, wie beispielsweise Abblendlichtfunktion oder dergleichen, erzeugt. Durch ein gepulstes Absenden von Lichtsignalen, die vorzugsweise in einer Frequenz erfolgt, die für ein menschliches Auge nicht wahrnehmbar ist, erfolgt ein „Abscannen“ des Fahrzeugumfeldes bzw. Fahrzeugvorfeldes, so dass durch Vergleich der empfan- genen Bilddaten mit vorgegebenen Referenzbilddaten auf die aktuelle Wetterbedin- gung des Fahrzeugumfeldes bzw. Fahrzeugvorfeldes geschlossen werden kann. Es kann somit jederzeit und ununterbrochen eine zuverlässige Erfassung der aktuellen Wetterlage erfolgen, wenn sich das Fahrzeug in einem Fahr- und/oder eingeschalte- ten Betriebszustand befindet. Vorteilhaft kann die Erfindung bei automatisierten Fahr- zeugen bzw. für autonomes Fahren (Level 5 Fahrzeuge) eingesetzt werden, wobei in Abhängigkeit von einem Auswertesignal selbsttätig eine von mehreren Schlechtwet- terlichtverteilungen eingeschaltet werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das gepulste Lichtsignal von der Leuchteinheit entsprechend einem Leuchtmuster abgestrahlt, so dass die Wetterbedingungsdetektion mittels der Bilderfassungseinheit bzw. Auswerteeinheit vereinfacht werden kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Leuchteinheit derart angesteuert, dass ein regelmäßiges Leuchtmuster, insbesondere ein Schachbrett-Leuchtmuster, abgestrahlt wird. Durch das regelmäßige Muster kann die Abweichung infolge von Streuung der durch die Bilderfassungseinheit erkannten Bilddaten einfacher erkannt werden. Die Sicherheit in der Erkennung einer bestimmten Wetterbedingung kann hierdurch mit geringem Aufwand verbessert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Leuchtmuster mit einem Tastgrad von weniger 50 % abgestrahlt. Dies bedeutet, dass die Leuchtstärke relativ gering ist und somit keine Lichtfunktion erzeugt wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt der Betrieb der Bilderfassungseinheit mit einer an die Pulsfrequenz der Leuchteinheit angepassten Erfassungsfrequenz. Vorzugsweise stimmt die Erfassungsfrequenz mit der Pulsfrequenz überein, so dass die Bilderfassungseinheit zu der Leuchteinheit synchronisiert ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Leuchteinheit eine Lichtquellenein- heit auf mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen. Die matrixartig angeordneten Lichtquellen sind jeweils einzeln ansteuerbar, so dass die Leuchteinheit als ein Scheinwerfer ausgebildet ist. Vorteilhaft können hierdurch auf einfache Weise zur Wetterbedingungserkennung vorgegebene Leuchtmuster erzeugt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Leuchteinheit eine Optikeinheit auf- weisen, die als eine LCD-Einrichtung oder als eine Mikrospiegel-Einrichtung ausgebil- det ist. Vorteilhaft kann hierdurch ebenfalls ein bestimmtes vorgegebenes für die Wet- terbedingung wünschenswertes Leuchtmuster erzeugt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Vorrichtung mit Inbetriebnahme des Fahrzeugs eingeschaltet. Sobald der Fahrantrieb eingeschaltet ist, ist auch die erfin- dungsgemäße Vorrichtung eingeschaltet, so dass während des Fährbetriebes beim Fahren oder Stehen des Fahrzeugs stets die Wetterbedingung im Umfeld des Fahr- zeuges erfasst werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Erfassung des Umfeldes in einem Bug-, Heck- oder Seitenbereich des Fahrzeugs angeordnet sein. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm der erfindungsgemäßen Wetterbedingungsfeststel- lung,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugvorfeldes im Nebel,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugvorfeldes im Regen und

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht des trockenen Fahrzeugvorfeldes.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung einer Wetterbedingung in einem Umfeld, insbesondere in einem Vorfeld 1 eines Fahrzeugs weist im Wesentlichen eine Leuchteinheit 2 zur Ausleuchtung des Vorfeldes 1 , eine Bilderfassungseinheit 3 zur Erfassung von Bildinformationen des Vorfeldes 1 sowie eine Auswerteeinheit 4 zur Auswertung der Bildinformationen auf.

Die Leuchteinheit 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Lichtquellenein- heit 5 mit einer Mehrzahl von Leuchtelementen 6 auf. Die Leuchtelemente 6 sind mat- rixartig in einem Matrixfeld mit einer Anzahl von Zeilen und mit einer Anzahl von Spal- ten angeordnet. Die Leuchtelemente 6 können jeweils als LED-Leuchtelemente aus- gebildet sein. In Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelleneinheit 5 ist eine Optikein- heit 7 angeordnet, die eine Linseneinrichtung 8 aufweist. Mittels der Optikeinheit 7 wird das von den Leuchtelementen 6 abgestrahlte Licht zur Erzeugung einer vorgege- benen Lichtverteilung, beispielsweise Abblendlichtverteilung, als Lichtfunktion auf das Fahrzeugvorfeld 1 abgebildet. Der Leuchteinheit 2 bzw. im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Lichtquelleneinheit 5 ist eine Ansteuereinheit 9 zugeordnet, die ein Ansteuersignal S _A erzeugt, mittels dessen die einzeln ansteuerbaren Leuchtelemente 6 ein- bzw. aus- und/oder gedimmt werden zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung.

Zur Erkennung der Wetterbedingung weist die Ansteuereinheit 9 eine Puls- Modulationseinrichtung 10 auf, die in einem Zustand des Fahrzeugs, in dem keine Lichtverteilung erzeugt wird, sondern das Fahrzeug lediglich eingeschaltet ist bzw. fahrbereit ist, ein Ansteuersignal S _A' erzeugt, mittels dessen die Anzahl von Leuch- telementen 6 der Lichtquelleneinheit 5 angesteuert werden bzw. ein- und ausgeschal- tet werden. Das Ansteuersignal S _A' ist pulsdauermoduliert mit einer vorgegebenen Pulsfrequenz f _P , so dass die Leuchtelemente 6 periodisch mit der Pulsfrequenz f _P ein- und ausgeschaltet werden. Die Pulsfrequenz f _P ist größer als 100 Hz. Sie kann bei- spielsweise in einem Bereich zwischen 100 kHz und 10 MHz liegen. Die Pulsfrequenz f _P ist so groß, dass von den Leuchtelementen 6 abgegebene Lichtsignale L _P der Puls- frequenz f _P entspricht und für ein menschliches Auge nicht wahrnehmbar ist. Das ge- pulste Lichtsignal L _P wird durch die Optikeinheit 7 umgelenkt bzw. gebrochen, so dass in dem Fahrzeugvorfeld 1 ein Leuchtmuster 11 entsteht. Hierzu werden die Leuch- telemente 6 derart angesteuert, dass dieses Leuchtmuster 11 entsteht. Im vorliegen- den Ausführungsbeispiel ist das Leuchtmuster 11 als ein regelmäßiges Leuchtmuster, nämlich als ein Schachbrett-Leuchtmuster 11 ausgebildet, das auf einem Messschirm eine Mehrzahl von gekreuzten Leuchtlinien 12 umfasst. Dieses Schachbrett- Leuchtmuster 11 wird mittels der Optikeinheit 7 auf eine Fahrbahn des Fahrzeugvor- feldes 1 abgebildet. Die Lichtpulse L _P haben jeweils eine Pulsdauer t _P . Ein Tastgrad t _G (Quotient aus Pulsdauer t _P und der Periodendauer T) ist im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel kleiner als 50 %.

Das Leuchtmuster 11 weist vorzugsweise wetterbedingungsrelevante Merkmale auf, die durch die Bilderfassungseinheit 3 erkannt und durch die Auswerteeinheit 4 bewer- tet werden kann. Gegebenenfalls kann das Leuchtmuster auch mehrere unterschiedli- che wetterbedingungsrelevante Merkmale aufweisen. Durch Überlagerung der wetter- bedingungsrelevante Merkmale des Leuchtmusters kann sich für das menschliche Auge eine Lichtverteilung ergeben.

Zur Erfassung der Bildinformationen des Fahrzeugvorfeldes 1 wird die Bilderfas- sungseinheit 3 mit einer Erfassungsfrequenz f _E , der der Pulsfrequenz f _P der Leucht- einheit 2 entspricht, d. h. die Bilderfassungseinheit 3 wird synchron zu der Leuchtein- heit 2 betrieben.

Die Auswerteeinheit 4 weist eine Datenbank 13 auf, in der Referenzbilddaten von un- terschiedlichen Wetterbedingungen zugeordneten Leuchtmustern abgespeichert sind. Die Referenzbilddaten sind als Matrixen A ₁ , A ₂ , A ₃ ... A _n abgespeichert, die bezogen auf das Vorfeld 1 des Fahrzeugs, das sich aus einem Raum 14 und einer Fahrbahn 15 zusammensetzt, entsprechende Lichtstärkewerte enthält. Im Folgenden wird bei- spielsweise Erkennung unterschiedlicher Wetterbedingungen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eingeschaltet, sobald das Fahrzeug in Betrieb gesetzt worden ist, beispielsweise die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet wurde. Mittels der Leuchteinheit 2 werden periodisch und fortlaufend, d. h. ohne Unterbre- chung bis zum Einschalten der Lichtfunktion die Lichtpulse L _P mit der Pulsfrequenz f _P in Richtung des Fahrzeugvorfeldes 1 abgegeben. Die Bilderfassungseinheit 3, die bei- spielsweise als eine CCD-Kamera ausgebildet sein kann, erfasst die aktuellen Bildda- ten und fasst diese in einer Bilddatenmatrix A zusammen. Die Elemente der Matrix A werden mit Elementen von in der Datenbank 13 abgespeicherten Referenzbilddaten (Referenzbilddatenmatrizen A ₁ , A ₂ , A ₃ ... A _n ) verglichen. In Abhängigkeit von dem Ver- gleich wird ein Wetterbedingungssignal erzeugt, das die aktuelle Wetterbedingung kennzeichnet, woraus dann gegebenenfalls die Ansteuereinheit ein Einschaltsignal zur Ansteuerung einer vorgegebenen Lichtverteilung erzeugt.

Im ersten Schritt 16 erfolgt das Erzeugen des Leuchtmusters. In einem zweiten Schritt 17 werden die Bilddaten A von der Bilderfassungseinheit 3 erfasst und der Auswer- teeinheit 4 weitergeleitet. In einem Vergleichsschritt 18 erfolgt in der Auswerteeinheit 4, die beispielsweise als ein Mikrokontroller ausgebildet sein kann, ein Vergleich der aktuellen Bilddatenmatrix A mit den in der Datenbank 13 abgespeicherten Referenz- bilddatenmatrizen A ₁ , A ₂ , A ₃ ... A _n . Wenn eine Übereinstimmung der Matrix A und der Referenzbilddatenmatrizen_A ₁ , die die Wetterbedingung W1 „Nebel“ kennzeichnen, festgestellt wird, wird ein Wetterbedingungssignal erzeugt entsprechenden Einschalt- signal, das an die Ansteuereinheit 9 übertragen wird. Die Ansteuereinheit 9 erzeugt dann ein Ansteuersignal S _A , mittels dessen eine Nebellichtfunktion 19 erzeugt wird.

Die Wetterbedingung W1 „Nebel“ wird erkannt, wenn orts- und intensitätsabhängig die ermittelten Lichtintensitätswerte des Fahrzeugvorfeldes 1 mit den vorgegebenen Refe- renzbilddaten A1 bis auf eine Toleranzdifferenz übereinstimmt. Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, setzt sich die Matrix der aktuellen Bilddaten A aus durch Nebeltröpfchen erzeugte Lichtreflexe 21 sowie von der der Fahrbahn 15 erzeugte Lichtreflexe 22 zu- sammen.

Wird in der Auswerteeinheit 4 festgestellt, dass aktuellen Bilddaten A mit den Refe- renzbilddaten A ₂ , die die Wetterbedingung W2 „Regen“ repräsentieren, überein- stimmt, wird ein Einschaltsignal erzeugt, mittels dessen der Ansteuereinheit 9 signali- siert wird, dass sie ein Ansteuersignal S _A für die Lichtquelleneinheit 5 erzeugt wird, mittels derer eine Schlechtwetterlichtfunktion 23 erzeugt wird. Aus Figur 4 ist ersicht- lich, dass die Matrix A von Regentropfen 24 erzeugte Lichtreflexe 25 und von der Fahrbahn 15 erzeugte Lichtreflexe 26 wiedergibt. Auf der Darstellung von weiteren Wetterbedingungen, die das Fahren des Fahrzeugs 1 beeinträchtigen könnten, wird hier der Einfachheit halber verzichtet. Beispielhaft seien hier die Referenzbilddaten A ₃ , die die Wetterbedingung „trockene Fahrbahn“ repräsentiert, dargestellt. In diesem Fall werden von der Bilderfassungseinheit 3 lediglich Lichtreflexe 27 der Fahrbahn 15 erfasst. Im darüber liegenden Raum liegen keine Lichtreflexe vor, so dass aufgrund der relativ starken Lichtreflexe 27 eine Übereinstimmung zu den abgespeicherten Re- ferenzbilddaten A ₃ besteht. Wenn für diese Wetterbedingung W3 „trocken“ keine oder keine zusätzliche Lichtverteilung vorgesehen ist, erfolgt kein Ansteuersignal S _A an die Ansteuereinheit 9.

Wenn in Abhängigkeit von der Erfassung einer Wetterbedingung eine Lichtfunktion eingeschaltet wird, wie beispielsweise bei der Wetterbedingung „Nebel“ und „Regen“, wird dies bei der Auswertung berücksichtigt. Vor dem Vergleich der aktuellen Bildda- ten mit den Referenz-Bilddaten werden bei den aktuellen Bilddaten die durch die ak- tuelle Lichtfunktion manipulierten Lichtdaten herausgerechnet bzw. eine Differenz ge- bildet, so dass die resultierenden aktuellen Bilddaten dann mit den Referenzbilddaten verglichen werden. Die Datenbank 13 der Auswerteeinheit 4 weist somit zusätzlich Lichtfunktionsbilddaten auf, so dass in Abhängigkeit von der aktuellen Lichtfunktion die entsprechenden Lichtbilddaten von den aktuellen Bilddaten subtrahiert werden. Somit kann auch bei Betrieb der Leuchtfunktion zur Erzeugung einer Lichtfunktion die Wetterbedingungserkennung weiterbetrieben werden.

Es sei angemerkt, dass in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung die Licht- quelleneinheit durch eine Laserlichtquelle gebildet sein kann. Die Optikeinheit weist beispielsweise eine LCD-Einrichtung oder eine Mikrospiegel-Einrichtung (DMD) auf. Bei dieser Ausführungsform wird nicht die Lichtquelleneinheit, sondern die Optikein- heit von der Ansteuereinheit mit der Pulsfrequenz so angesteuert, dass das gepulste Lichtsignal erzeugt wird.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeugvorfeld

2 Leuchteinheit

3 Bilderfassungseinheit

4 Auswerteeinheit

5 Lichtquelleneinheit

6 Leuchtelemente

7 Optikeinheit

8 Linseneinrichtung

9 Ansteuereinheit

10 Puls-Modulationseinrichtung 11 Leuchtmuster 12 Leuchtlinien

13 Datenbank

14 Raum

15 Fahrbahn

16 1. Schritt

17 2. Schritt

18 Vergleichsschritt 19 Nebellichtfunktion 21 Lichtreflexe 22 Lichtreflexe

23 Schlechtwetterlichtfunktion

24 Regentropfen

25 Lichtreflexe

26 Lichtreflexe 27 Lichtreflexe t _P Pulsdauer tG Tastgrad S _A ,S _A' Ansteuersignal f _P Pulsfrequenz L _P Lichtsignale/Lichtpulse f _E Erfassungsfrequenz A ₁ A ₂ , A ₃ ... A _n Matrizen A Bilddatenmatrix

W1,W2,W3 Wetterbedingungssignal