Titel

Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere

Kraftfahrzeug, mit zumindest einer Sendeeinrichtung zur Ausgabe eines

Lichtstrahls mit einer vorgebbaren Wellenlänge, mit wenigstens eine

Empfangseinrichtung zum Erfassen des zumindest einen an einem Objekt reflektierten Lichtstrahls der Sendeeinrichtung, und mit einer Einrichtung, die in Abhängigkeit von dem erfassten reflektierten Lichtstrahl zumindest eine auf das

Objekt bezogene Eigenschaft bestimmt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug,

insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Sensorvorrichtung, wie sie oben stehend beschrieben wurde, und mit wenigstens einer Aktoreinrichtung, die in Abhängigkeit von einer durch die Sensorvorrichtung erfassten

Fahrbahnbeschaffenheit arbeitet oder angesteuert wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der

Sensorvorrichtung oder des Sicherheitssystems.

Stand der Technik

Sensorvorrichtungen, Sicherheitssysteme und Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere im

Kraftfahrzeugbau ist die Berücksichtigung eines Reibwerts einer

Fahrbahnoberfläche, entlang welcher sich das Kraftfahrzeug bewegt, von Bedeutung für die Ansteuerung von Aktuatoren, die beispielsweise einem Bremssystem oder einem Fahrsicherheitssystem zugehörig sind, um die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs zu erhöhen. So können beispielsweise, wenn ein verringerter Reibwert festgestellt wird, ein Anfahrtsdrehmoment oder ein Bremsmoment verringert werden, um den Verlust einer Haftung von Rändern des Fahrzeugs auf der Fahrbahnoberfläche zu vermeiden. Dabei ist es insbesondere bekannt, für die Reibwertabschätzung die Fahrbahnoberfläche mittels eines Infrarotsensors abzutasten, welcher einen auf die Fahrbahnoberfläche ausgerichteten Infrarotlichtstrahl erzeugt und den an der Fahrbahnoberfläche reflektierten Infrarotlichtstrahl empfängt.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Sensorvorrichtung sowohl Informationen über die Fahrbahnbeschaffenheit beziehungsweise die Oberfläche, insbesondere der Reibwert einer Oberfläche der Fahrbahn, als auch Informationen über die aktuelle Fahrgeschwindigkeit erfasst werden. Die Sensorvorrichtung vereint somit die Funktionalität von Reibwert- und Geschwindigkeitssensorik in kompakter und kostengünstiger Art und Weise. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Empfängereinrichtung ein Sensor-Array zur Erfassung von Wellenlängen oder Wellenlängenänderungen des reflektierten Lichtstrahls aufweist, und dass die Einrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der erfassten Wellenlängen und/oder Wellenlängenänderungen zumindest eine Oberflächenbeschaffenheit des Objekts sowie eine Relativgeschwindigkeit zu dem Objekt zu bestimmen. Durch das Vorsehen des Sensor-Arrays wird erreicht, dass eine Fahrgeschwindigkeit auf eine einfache Art und Weise erfassbar ist. Dabei wird im Wesentlichen eine Auswertung vorgenommen, wie sie

beispielsweise bei Computermäusen mit Lasersensor und Lichtgranulation genutzt wird. Mittels des Sensor-Arrays werden Veränderungen des reflektierten Lichts verfolgt und aus dieser Verfolgung die Relativgeschwindigkeit zwischen der Sensorvorrichtung und dem Objekt, auf welchem der Lichtstrahl reflektiert wird, bestimmt. Vorliegend wird dies dazu genutzt, die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln, während gleichzeitig in Abhängigkeit von erfassten Wellenlängen oder Wellenlängenänderungen des reflektierten Lichts die

Oberflächenbeschaffenheit des Objekts, insbesondere der Fahrbahn überwacht wird. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von den Wellenlängen und/oder Wellenlängenänderungen einen Reibwert der Oberfläche, auf welcher der Lichtstrahl reflektiert wird, zu bestimmen. Mittels der Sensorvorrichtung wird somit eine wellenlängenabhängige Änderung von optischen Eigenschaften des

Objekts beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche festgestellt, um insbesondere den Reibwert der Oberfläche zu erfassen.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Sensor mehrere

Sendeeinrichtungen aufweist, von denen zumindest zwei, insbesondere drei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen. Die

Sendeeinrichtungen sind insoweit unterschiedlich ausgebildet, als dass sie jeweils einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge erzeugen, der sich von dem Lichtstrahl zumindest einer weiteren Sendeeinrichtung des Sensors

unterscheidet. Durch das Aussenden von Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen ist insbesondere eine redundante Erfassung der

Fahrgeschwindigkeit beziehungsweise der Relativgeschwindigkeit zwischen Sensorvorrichtung und Fahrer beziehungsweise Objekt gewährleistet.

Insbesondere ist vorgesehen, dass drei Sendeeinrichtungen vorgesehen sind, die jeweils einen Lichtstrahl mit einer zu den anderen Sendeeinrichtungen unterschiedlichen Wellenlänge erzeugen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtungen als Infrarotlaserdioden ausgebildet sind, die einen Infrarotlichtstrahl erzeugen. Die Infrarotlaserdioden sind kostengünstig einsetzbar und erlauben eine genaue Ausrichtung des Lichtstrahls auf das zu prüfende beziehungsweise das zu überwachende Objekt, insbesondere die Fahrbahn.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine erste der Infrarotlaserdioden dazu ausgebildet ist, einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von zu erzeugen, eine zweite der Laserdioden einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von und eine dritte der Laserdioden einen Lichtstrahl mit einer

Wellenlänge von Durch die derart gewählten unterschiedlichen Wellenlängen der drei Lichtstrahlen der drei Infrarotlaserdioden wird eine vorteilhafte Erfassung der Fahrbahnbeschaffenheit beziehungsweise des Reibwerts der Oberfläche des Objekts sowie eine verlässliche

Geschwindigkeitsermittlung gewährleistet. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Empfängereinrichtung als

Infrarotbreitbanddetektor ausgebildet ist, um die unterschiedlichen Wellenlängen der reflektierten Lichtstrahlen zu erfassen. Hierdurch ist eine Miniaturisierung der Sensorvorrichtung bis hin zur Einbettung in ein einziges Gehäuse möglich, das beispielsweise in Reifennähe an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs angebracht werden kann, um den Reibwert der Fahrbahnoberfläche für jeden Reifen individuell zu erfassen und zu berücksichtigen. Damit ist es möglich, für jeden Reifen beispielsweise den aktuellen Schlupf und Traktion zu bestimmen und Sicherheitseinrichtungen des Kraftfahrzeugs entsprechend anzusteuern beziehungsweise einzustellen, um den erfassten Schlupf und Traktion gerecht zu werden.

Das erfindungsgemäße Sicherheitssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung aus. Es ergeben sich dabei die bereits genannten Vorteile. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Aktoreinrichtung als Bremseinrichtung oder als ABS-, ASR- oder ESP-Gerät ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrbahnbeschaffenheit angesteuert wird, um ein optimales Fahrergebnis zu erzielen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass zumindest zwei Rändern des Fahrzeugs, insbesondere jedem Rad des Fahrzeugs, jeweils eine der Sensorvorrichtungen zugeordnet ist, um eine radindividuelle Bestimmung und Berücksichtigung der Fahrbahnbeschaffenheit zu ermöglichen. Insbesondere sind die

Sensorvorrichtungen in Vorwärtsfahrtrichtung gesehen vor dem jeweiligen Rad angeordnet, um die Fahrbahnbeschaffenheit des Fahrbahnabschnitts zu erfassen, der unmittelbar vor dem jeweiligen Rad liegt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige Sensorvorrichtung dazu ausgebildet angeordnet ist, den jeweiligen

Lichtstrahl senkrecht oder nahezu senkrecht oder in einem vorbestimmten Winkel auf die Fahrbahn zu lenken. Durch die senkrechte oder nahezu senkrechte Ausrichtung wird eine einfache Variante der Sensorvorrichtung realisiert, welche den Einfluss von Fahrzeugschwankungen und Bodenwelligkeit minimiert, um den Anspruch an eine konstante Entfernung der Sensorvorrichtung zu einem Referenzobjekt, beziehungsweise zu der Fahrbahn einzuhalten. Durch das Lenken des jeweiligen Lichtstrahls in einem vorgegebenen Winkel auf die Fahrbahn, insbesondere derart, dass der Lichtstrahl in Vorwärtsfahrtrichtung gerichtet ist, wird der Vorteil erreicht, dass trotz naher Anordnung der

Sensorvorrichtung zu dem Rad, die Fahrbahnbeschaffenheit vor dem Rad in einem Abstand ermittelt wird, welcher gewährleistet, dass die Berechnung des Reibwerts der Fahrbahn und/oder der Geschwindigkeit sowie die daraus erfolgende Ansteuerung der Aktoreinrichtung erfolgt, bevor das Rad, welchem die jeweilige Sensorvorrichtung zugeordnet ist, die Stelle der Fahrbahn erreicht, welche durch die Sensorvorrichtung abgetastet wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass in Abhängigkeit der erfassten Wellenlängen und/oder Wellenlängenänderungen des reflektierten Lichts eine

Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und ein Reibwert des Fahrbahnoberfläche ermittelt und bei der Ansteuerung der wenigstens einen Aktoreinrichtung berücksichtigt werden. Es ergeben sich hierbei die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen ein Fahrzeug in einer vereinfachten Seitenansicht, eine vorteilhafte Sensorvorrichtung eines

Sicherheitssystems des Fahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung und Figuren 3A und 3B unterschiedliche Ausgestaltungen der Sensorvorrichtung.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Seitenansicht ein Fahrzeug 1, das sich auf einer Fahrbahn 2 befindet. Das Fahrzeug 1 weist zwei Radachsen mit jeweils zwei Rädern 3, 4 auf, von denen zumindest die Räder 3, 4 einer der Radachsen durch eine Antriebseinrichtung 5, die insbesondere als Verbrennungsmotor oder Elektromotor ausgebildet ist, antreibbar sind. Weiterhin ist den Rädern 3, 4 jeweils eine Radbremseinrichtung 6 zugeordnet. Die Radbremseinrichtungen 6 sind in ein Sicherheitssystem 7 integriert, das beispielsweis als ABS-, ESP-, oder ASR-System ausgebildet ist und die Radbremseinrichtungen 6 in Abhängigkeit von einem Fahrerbremswunsch oder Beschleunigungswunsch und in

Abhängigkeit einer aktuellen Haftreibung zwischen den Rädern 3, 4 und der Fahrbahn 2 ansteuert.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedem der Räder 3, 4 jeweils eine Sensorvorrichtung 8 zugeordnet, welche dazu dient, die

Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn 2 sowie eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 zu überwachen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist bevorzugt vorgesehen, dass das Fahrzeug 1 lediglich eine der Sensorvorrichtungen 8 oder nur zwei

Sensorvorrichtungen 8 aufweist, wobei die zwei Sensorvorrichtungen 8 jeweils einem Rad einer Radachse zugeordnet sind.

Figur 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Ausbildung der Sensorvorrichtung 8. Die Sensorvorrichtung 8 weist mehrere Sendeeinrichtungen 9, 10, 11 auf, die jeweils als Infrarotlaserdioden ausgebildet sind und jeweils einen Lichtstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge λι, λ2 und λ3 erzeugen. Die Sendeeinrichtungen 9, 10, 11 sind dabei derart ausgerichtet, dass die jeweiligen Lichtstrahlen auf die gleiche Stelle oder nahezu auf die gleiche Stelle der Oberfläche 12 der Fahrbahn 2 treffen. Dabei sind die Sendeeinrichtungen 9, 10, 11 derart ausgerichtet, dass die Lichtstrahlen schräg auf die Oberfläche 12 auftreffen, wobei vorliegend die Lichtstrahlen der Sensoreinrichtungen 9, 10, 11 in unterschiedlichen Winkeln cii, ci2 und 03 zu einer Senkrechten auf der

Oberfläche 12 auftreffen, wobei gilt: αι< ci2< 03. Insbesondere sind die

Sendeeinrichtungen 9 bis 11 dabei derart ausgerichtet, dass der Auftreffpunkt der Lichtstrahlen auf der Oberfläche 12 der Fahrbahn 2 in Vorwärtsfahrtrichtung vor den Sendeeinrichtungen 9, 10, 11 liegt, sodass die in Fahrtrichtung vor der Sensorvorrichtung 8 vorliegenden Oberfläche 12 der Fahrbahn 2 abgetastet wird. Die Empfangseinrichtung 13 ist dabei in einem Winkel ß zu der Senkrechten auf Fahrbahnoberfläche 12 ausgerichtet, der gemäß dem vorliegenden

Ausführungsbeispiel größer ist als der Winkel 03.

Weiterhin weist die Sensorvorrichtung 8 eine Empfangseinrichtung 13 auf, die ein Sensor-Array 14 zum Erfassen der an der Oberfläche 12 reflektierten

Lichtstrahlen umfasst. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Sensor-Array 14 4x4, also insgesamt 16 matrixartig angeordnete Rezeptoren auf, die jeweils einen Helligkeitswert erfassen, wie anhand einer in Figur 2

dargestellten Helligkeitsverteilung 15 beispielhaft gezeigt ist. Durch das

Nachverfolgen der Helligkeitsverteilungen durch das Sensor-Array 14 wird eine Relativgeschwindigkeit der Sensorvorrichtung 8 bezüglich der Fahrbahn 2 festgestellt. Dies erfolgt beispielsweise anhand bekannter

Bildauswertungsalgorithmen.

Des Weiteren ist die Empfangseinrichtung dazu ausgebildet, die Wellenlängen λι, λ2 und λ3 beziehungsweise Wellenlängenänderungen der reflektierten

Lichtstrahlen zu erfassten. In Abhängigkeit der erfassten Wellenlängen oder Wellenlängenänderungen wird die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche 12 insbesondere in Bezug auf ihren Reibwert ermittelt.

Die Sensorvorrichtung 8 vereint somit die Funktionalität einer Reibwert- und Geschwindigkeitssensorik. Durch die Verwendung von zwei oder mehr der Infrarotlaserdioden zur Beleuchtung des Referenzobjekts beziehungsweise vorliegend der Fahrbahnoberfläche 12 und die Erfassung der reflektierten Lichtstrahlen mittels des Sensor-Array, insbesondere Fotodetektor-Arrays, werden die wellenlängenabhängigen Änderungen von optischen Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche feststellbar. Durch die Nutzung von unterschiedlichen Wellenlängen λι, λ2 und λ3 ist darüber hinaus eine Redundanz der

Geschwindigkeitsermittlung gewährleistet. Vorliegend ist vorgesehen, dass die Sendeeinrichtungen 9, 10 und 11 Infrarotlichtstrahlen mit den Wellenlängen und A3=1550nm erzeugen. Die Empfangseinrichtung 13 ist insbesondere als Infrarot-Breitbanddetektor ausgebildet. Die vorteilhafte Ausgestaltung der Sensorvorrichtung 8 bietet die Möglichkeit der Miniaturisierung bis hin zur Einbettung in einem einzigen Gehäuse 16, das wie in Figur 1 gezeigt, an der Karosserie des Fahrzeugs 1, insbesondere an der Unterseite der

Karossiere des Fahrzeugs 1 anbringbar ist. Dadurch ist auch eine einfache Nachrüstung des Kraftfahrzeugs 1 beziehungsweise des Sicherheitssystems des Kraftfahrzeugs 1 möglich. Der Einbau der Sensorvorrichtung 8 ermöglicht die Verifizierung von Schlupf und Traktion jedes Rads 3, 4 beziehungsweise Reifens individuell durch direkte Messung.

Durch die Berücksichtigung der Wellenlängen oder Wellenlängenänderungen der reflektierten Lichtstrahlen ist es möglich, auch zwischen nasser, eisiger, schneebedeckter und trockener Fahrbahnoberfläche 12 zu unterscheiden, sodass das Sicherheitssystem 7 entsprechend angesteuert werden

beziehungsweise die ermittelten Reibwerte berücksichtigen kann.

Die in Figur 2 dargestellte Konfiguration führt zu einer nichtlinearen Änderung der Bildbereiche durch eine Trapezprojektion auf das Sensor-Array 14, was anhand von Figur 3 näher erörtert werden soll.

Figur 3 zeigt zwei unterschiedliche Ausgestaltungen der Sensorvorrichtung 8, wobei gemäß einer ersten Ausgestaltung A die Sensorvorrichtung 8 dazu ausgebildet ist, die Lichtstrahlen senkrecht auf die Fahrbahnoberfläche 12 zu richten, während gemäß der zweiten Ausgestaltung B die Sensorvorrichtung wie in Figur 2 gezeigt, ausgebildet ist. Durch die schräge Ausrichtung der

Sendeeinrichtungen 9, 10, 11 ergibt sich ein trapezförmiges Messfeld, wie in Figur 3B gezeigt. Diese Verzerrung der erfassten Sensordaten wird bevorzugt bei der Auswertung herausgerechnet. Um dies zu vermeiden wird die

Sensorvorrichtung 8 alternativ derart ausgebildet, dass die Lichtstrahlen gemäß Ausgestaltung A senkrecht zu der Fahrbahnoberfläche 12 ausgerichtet werden, sodass sich ein quadratisches beziehungsweise unverzerrtes Messfeld auf der Fahrbahnoberfläche 12 ergibt. Die senkrechte Betrachtung hat den Vorteil, dass der Einfluss von Fahrzeugschwankungen und Bodenwelligkeiten miniert wird, sodass die Sensorvorrichtung 8 im Wesentlichen eine konstante Entfernung zu dem Referenzobjekt einhält, was die Auswertung der erfassten Daten erleichtert.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Sensorvorrichtung 1 beziehungsweise des Sicherheitssystems des Kraftfahrzeugs 1 werden insbesondere Reibwertkarten für ein automatisiertes Fahren erstellt, welche beispielsweise eine ACC-Funktion und/oder eine ESP-, ABS- und/oder ASR-Funktion durch Erfassen der Reibwertdaten der Fahrbahnoberfläche 12 optimieren. Die erfassten Reibwerte beziehungsweise die erfasste Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn 2 werden bevorzugt außerdem an andere Verkehrsteilnehmer per

Funk oder sonstiger Datenverbindung, beispielsweise mittels Fahrzeug-zuFahrzeug-Kommunikation weitergeleitet.