Titel

System zur Erfassung einer Fahrbahnbeschaffenheit

Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung einer Fahrbahnbeschaffenheit mit optischen Sensoren gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Erkennung einer Fahrbahnbeschaffenheit gemäß Anspruch 9.

Stand der Technik

Im Stand der Technik ist es bekannt, mithilfe einer Kamera den Zustand einer Fahrbahn zu erfassen, insbesondere das Vorliegen von Nässe, Glätte usw. abzuschätzen. Die verwendeten Kamerasysteme weisen eine Vielzahl von Pixel auf, wobei eine geringe Lichtausbeute pro Pixel erreicht wird. Zudem wird aufgrund der aufwendigen Kamerasysteme ein relativ großer Bauraum benötigt. Aufgrund der geringen Lichtausbeute eignen sich die Kameras nicht bei geringer Beleuchtung, insbesondere in der Nacht.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes System zur Erfassung einer Fahrbahnbeschaffenheit, insbesondere zur Erfassung eines nassen, trockenen oder glatten Fahrbahnzustandes durchzuführen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch das System gemäß Patentanspruch 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Vorteil des beschriebenen Systems besteht darin, dass keine aufwendigen Kamerasysteme benötigt werden. Zudem ist der Platzbedarf relativ gering. Weiterhin ist das System auch für geringe Helligkeiten geeignet. Die Vorteile der Erfindung werden dadurch erreicht, dass einfache optische Sensoren und Polarisationsfilter eingesetzt werden, um die Beschaffenheit einer Fahrbahn abzuschätzen. Durch die Verwendung von einfachen optischen Sensoren ist das System kostengünstig und benötigt nur einen geringen Bauraum. Weiterhin ist durch die Verwendung von einfachen optischen Sensoren eine hohe Lichtausbeute möglich.

Mithilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Abschätzung eines Fahrbahnzustands durchzuführen, insbesondere zu Erkennen, ob die Fahrbahn nass, trocken oder mit Eis bedeckt ist, oder einen Umgebungszustand einer Umgebung eines Fahrzeugs abzuschätzen. Zudem kann noch erkannt werden, ob die Straße mit Schnee bedeckt ist. Aufgrund des neu vorgeschlagenen Systems ist es nicht erforderlich, eine Kamera zu verwenden. Das neue System kann dabei unabhängig von einer Kamera und eigenständig zur Analyse der Polarisation von Licht genutzt werden. Das neue System ist gegenüber den bekannten Systemen deutlich einfacher aufgebaut und weist lichtempfindliche Elemente wie z. B. Photodioden als optische Sensoren auf. Bei dem neuen System können auch einfache, billige optische Sensoren eingesetzt werden, ohne die Leistungsfähigkeit des Systems wesentlich zu beeinträchtigen. Durch das neue System kann die Lichtsensibilität des Systems gegenüber einer Kamera verbessert werden, sowie eine bessere Adaption an die Aufgabenstellung erfolgen.

Zur Abschätzung eines Straßenzustands reicht es aus, einen Polarisationsgrad des von der Straße reflektierten Lichts in einer vorgegebenen Polarisationsrichtung zu ermitteln. Insbesondere kann ein zeitlich und/oder räumlich gemittelter Polarisationsgrad der Straße verwendet werden. Dazu ist die Verwendung einer

Kamera nicht notwendig. Es reichen einfache optische Sensoren, wie z. B. Photodioden, aus. Zur Erfassung der unterschiedlichen Polarisationsrichtungen ist wenigstens einem von zwei optischen Sensoren ein Polarisationsfilter zugeordnet. Die Ausrichtung von zumindest einem Polarisationsfilters parallel zur Stra- ßenebene bietet sich an, da hier die charakteristischen Eigenschaften der des

Zustands der Straßenoberfläche besonders genau ermittelt werden können. Ein parallel zur Straßenebene, d.h. parallel zur Straßenoberfläche ausgerichteter Polarisationsfilter lässt Licht, das parallel zur Straßenoberfläche polarisiert ist, passieren. Vorzugsweise ist ein zweiter Polarisationsfilter in einem Winkel geneigt zu dem parallel zur Straßenebene, d.h. zur Straßenoberfläche ausgerichteten Pola- risationsfilter angeordnet, insbesondere ist der zweite Polarisationsfilter senkrecht zur Straßenebene ausgerichtet.

In der vorliegenden Erfindung wird ausgenutzt, dass unpolarisiertes Licht, das auf einer Oberfläche auftrifft, je nach Oberflächenbeschaffenheit die Polarisation bzw. die Anteile der Polarisationsrichtungen ändert. Durch Messung der Intensität zumindest einer Polarisationsrichtung kann im Umkehrschluss daraus wiederum auf die Oberflächenbeschaffenheit geschlossen werden.

Somit kann durch den Vergleich der Signale der zwei optischen Sensoren ein Fahrbahnzustand abgeschätzt werden. Dazu sind beispielsweise Vergleichssignale und/oder Differenzsignale oder Vergleichswerte für vorgegebene Fahrbahnzustände abgespeichert. Somit kann die Recheneinheit durch einen einfachen Vergleich der Signale, insbesondere durch eine Bildung einer Differenz einen bestimmten Fahrbahnzustand erfassen. Ein bestimmter Fahrbahnzustand kann eine trockene Fahrbahn, eine nasse Fahrbahn oder eine mit Schnee oder Eis bedeckte Fahrbahn darstellen.

In einer weiteren Ausführungsform ist jedem der optischen Sensoren ein Polarisationsfilter zugeordnet. Die Polarisationsfilter der zwei optischen Sensoren unterscheiden sich in der Polarisationsrichtung. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Polarisationsrichtungen z.B. senkrecht aufeinander stehen. Dadurch ist eine einfache und präzise Erfassung der verschiedenen Fahrbahnzustände möglich. In einer weiteren Ausführungsform kann auch ein linearer Polarisationsfilter und ein zirkularer Polarisationsfilter oder zwei in verschiedene Richtungen zirkulär polarisierte Filter verwendet werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist der optische Sensor in Form einer Photodiode ausgebildet. Photodioden weisen eine hohe Lichtempfindlichkeit auf und können somit für die einfache Erfassung des gefilterten und ungefilterten Lichtsignals verwendet werden. Zudem sind Photodioden klein und kostengünstig. In einer weiteren Ausführungsform wird als optischer Sensor ein im Fahrzeug verbauter Regen-Licht-Sensor genutzt, mit dem beispielsweise die Umgebungshelligkeit ermittelt werden kann. Dadurch ist eine weitere Vereinfachung und Kos- teneinsparung möglich. Bei dieser Ausführungsform wird das Signal, das ein mit einem Polarisationsfilter versehener Sensor erfasst in Relation gesetzt zur Umgebungshelligkeit, die vom Regen-Licht-Sensor erfasst wird. Das Verhältnis der Signale wird zur Erfassung eines Zustandes der Fahrbahn verwendet. Dazu können entsprechende Vergleichswerte abgelegt sein, die bestimmten Zuständen der Fahrbahn wie z.B. nasse Fahrbahn oder trockene Fahrbahn entsprechen.

Durch einen Vergleich der erfassten Werte mit den abgespeicherten Werten kann einfach ein Zustand der Fahrbahn abgeschätzt werden. Insbesondere durch Integration der vorliegenden Erfindung in den vorhandenen Regen-Licht- Sensor als weiteres integriertes Element sind durch die Integration weitere Ein- sparungen in Bauraum und Kosten möglich.

In einer weiteren Ausführungsform wird als optischer Sensor eine Kamera, insbesondere eine Frontkamera eines Fahrzeugs verwendet. Bei diesem System kann auf eine bereits im Fahrzeug befindliche Kamera zurückgegriffen werden. Damit ist eine weitere Vereinfachung und Kosteneinsparung möglich.

In einer weiteren Ausführungsform verwendet die Recheneinheit ein zeitlich und/oder über eine Fahrbahnstrecke gemitteltes Signal der optischen Sensoren und/oder der Kamera für die Auswertung und die Erkennung des Fahrbahnzu- Stands. Durch die Verwendung eines gemittelten Signals werden Störeinflüsse herausgefiltert. Somit ist eine präzisere Erfassung des Fahrbahnzustands möglich.

In einer weiteren Ausführungsform können die optischen Sensoren insbesondere in Bezug auf den Öffnungswinkel für die einfallende Lichtstrahlung angepasst werden. Dadurch ist es möglich, beispielsweise an vorher festgelegten Stellen die Fahrbahn zu analysieren. Dabei können beispielsweise Informationen über die Beschaffenheit der Fahrbahn rechts und/oder links des Fahrzeugs erfasst werden. Dies kann insbesondere bei Kurvenfahrten und/oder beim Wechsel der Fahrspur von Vorteil sein. Das beschriebene System ermöglicht es, ein Verfahren zum Erkennen eines Fahrbahnzustands durchzuführen, wobei zwei Lichtsignale erfasst werden, die von der Fahrbahn reflektiert werden, wobei wenigstens ein Lichtsignal einer Polarisationsfilterung unterzogen wird, wobei die zwei Lichtsignale miteinander verglichen werden, und wobei abhängig vom Unterschied der Lichtsignale ein Zustand der Fahrbahn abgeschätzt wird. Der Unterschied kann in der Intensität der Lichtsignale liegen. Vorzugsweise werden beide Lichtsignale mit unterschiedlichen Polarisationsfiltern gefiltert und die zwei gefilterten Lichtsignale werden zur Erkennung des Zustandes der Fahrbahn ausgewertet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform des Systems; Figur 2 eine zweite Ausführungsform des Systems; und Figur 3 eine dritte Ausführungsform des Systems.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Systems 1 zur Erfassung eines Fahrbahnzustands. Das System 1 weist einen ersten Erfassungskanal 2 zur Erfassung eines in der Polarisation gefilterten Lichtsignals auf. Der erste Erfassungskanal 2 ist an eine Recheneinheit 3 geführt. Weiterhin ist ein zweiter Erfassungskanal 4 vorgesehen, der ebenfalls an die Recheneinheit 3 geführt ist. Die Recheneinheit 3 ermittelt durch einen Vergleich der zwei Eingangssignale der zwei Erfassungskanäle 2, 4 welcher Fahrbahnzustand vorliegt. Der Vergleich kann darin bestehen, eine einfache Differenz zwischen den zwei Eingangssignalen zu bilden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden intensitätsunabhängige Werte verwendet, um eine Fahrbahnbeschaffenheit zu erkennen. Beispielsweise wird die Differenz der von den Sensoren erfassten Lichtintensitäten, wobei wenigstens ein Lichtsignal mit einem Polarisationsfilter gefiltert wurde, in Bezug gesetzt werden zur Gesamtintensität des Lichtes: L1 -L2/L1 +L2, wobei L1 das Signal des ersten Sensors und L2 das Signal des zweiten Sensors darstellt. Zudem können entsprechende Referenzwerte für die Differenzwerte der Eingangssignale vorliegen, die einem Fahrbahnzustand zugeordnet sind. Beispielsweise können Referenzwerte für eine trockene Fahrbahn, eine nasse Fahrbahn oder eine mit Eis oder Schnee bedeckte Fahrbahn abgelegt sein. Die Rechen- einheit 3 kann beispielsweise als Signalprozessor mit einer Auswerteeinheit ausgebildet sein.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Erfassungskanal 2 ein erstes Polarisationsfilter 5 auf. Das erste Polarisationsfilter 5 ist vor einem opti- sehen Sensor 7 angeordnet. Ein Ausgangssignal des optischen Sensors 7 ist an die Recheneinheit 3 geführt. Das erste Polarisationsfilter 5 filtert das von der Fahrbahn reflektierte Licht 10 in einer festgelegten Polarisationsrichtung und gibt das gefilterte Licht an den ersten optischen Sensor 7 weiter. Der erste optische Sensor 7 wandelt das empfangene Lichtsignal beispielsweise in ein elektrisches Signal um und gibt dieses an die Recheneinheit 3 weiter.

Der zweite Erfassungskanal 4 weist ein zweites Polarisationsfilter 6 und einen zweiten optischen Sensor 8 auf. Das zweite Polarisationsfilter 6 weist eine andere Polarisationsrichtung als das erste Polarisationsfilter 5 auf. Beispielsweise können die Polarisationsrichtungen der zweiten Polarisationsfilter 5, 6 senkrecht aufeinander stehen. Es können jedoch auch andere unterschiedliche Polarisationsrichtungen, insbesondere lineare und/oder zirkuläre Polarisationsrichtungen für die unterschiedliche Ausbildung der Polarisationsfilter 5, 6 verwendet werden. Das zweite Polarisationsfilter 6 ist vor dem zweiten optischen Sensor 8 angeordnet. Das zweite Polarisationsfilter 6 filtert das von der Fahrbahn reflektierte Licht 10 und gibt ein gefiltertes Lichtsignal an den zweiten optischen Sensor 8 weiter. Der zweite optische Sensor 8 erfasst das gefilterte Lichtsignal und wandelt es beispielsweise in ein elektrisches Signal um. Das elektrische Signal wird der Re- cheneinheit 3 als zweites Eingangssignal zur Verfügung gestellt.

Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs der zwei Eingangssignale gibt die Recheneinheit 3 ein entsprechendes Signal an einem Ausgang 9 aus. Das Ausgangssignal des Ausgangs 9 der Recheneinheit 3 kann beispielsweise dem Fah- rer angezeigt werden oder von verschiedenen Systemen des Fahrzeugs genutzt werden. Beispielsweise kann eine Brems- und Anhaltewegberechnung auf das Ausgangssignal der Recheneinheit 3 zugreifen. Zudem kann eine ACC- Warnfunktion das Ausgangssignal der Recheneinheit 3 berücksichtigen. Weiterhin kann eine Lichtsteuerung des Fahrzeugs das Ausgangssignal der Recheneinheit 3 berücksichtigen. Dabei kann beispielsweise die Blendung eines Gegen- Verkehrs vermieden werden. Die Anzeige des Fahrbahnzustands an den Fahrer kann akustisch, optisch oder haptisch ausgegeben werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das System im Fahrzeug oder auch stationär an der Fahrbahn eingesetzt werden. Insbesondere kann das System auf Autobahnbrücken verwendet werden. Weiterhin kann die Recheneinheit die Informa- tion über den Fahrbahnzustand über eine Sendeeinheit drahtlos an weitere Fahrzeuge und/oder an stationäre Einrichtungen übermitteln. Die optischen Sensoren 7, 8 können beispielsweise in Form von Photodioden ausgebildet sein. Dabei können eine oder mehrere Photodioden einen optischen Sensor darstellen. In einer weiteren Ausführungsform, die in Figur 2 dargestellt ist, weist der zweite

Erfassungskanal 4 kein zweites Polarisationsfilter 6 auf. Bei dieser Ausführungsform kann der zweite optische Sensor 8 beispielsweise als Photodiode oder als Kamera, insbesondere als Frontkamera eines Fahrzeugs, ausgebildet sein. Zudem kann die Kamera vorzugsweise auf eine bestimmte Lichtintensität geeicht sein.

Bei dieser Ausführungsform liefert der zweite Erfassungskanal 4 ein Signal an die Recheneinheit 3, die von einem ungefilterten Lichtsignal erzeugt wurde. Abhängig von der Art des verwendeten zweiten optischen Sensors 8 kann die Messgenauigkeit dieses Systems geringer sein als die Messgenauigkeit des Systems 1 der Figur 1 . Jedoch weist die Ausführungsform der Figur 2 den Vorteil auf, dass bereits im Fahrzeug befindliche optische Erfassungssysteme, insbesondere Kameras, wie z. B. eine Frontkamera, verwendet werden können, um den zweiten Erfassungskanal 4 darzustellen. Dadurch wird das System insge- samt kostengünstiger.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Systems 1 , bei dem der erste und der zweite Erfassungskanal 2, 4 jeweils als optischen Sensor eine Photodiode aufweisen. Zudem sind die Polarisationsfilter 5, 6 jeweils linear polarisiert und die Polarisationsrichtungen der Polarisationsfilter 5, 6 stehen senkrecht aufeinander. Somit werden mit diesem Systems vertikal und horizontal gefilterte Lichtsignale von den Photodioden erfasst und an die Recheneinheit 3 weitergeleitet.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das System in einem Fahrzeug installiert sein. Dabei können die optischen Sensoren beispielsweise in Fahrtrichtung nach vorne oder auch rechts und links seitlich des Fahrzeugs ausgerichtet sein. Die Erfassung des Zustands der Fahrbahn in Fahrtrichtung ist dabei eine wesentliche Aufgabe. Zudem kann jedoch mit dem beschriebenen System auch die Beschaffenheit der Fahrbahn seitlich des Fahrzeugs erfasst werden. Diese ist beispielsweise bei Kurvenfahrten und/oder Fahrspurwechseln von Vorteil. Beispielsweise kann bei starkem Schneefall bei einer mehrspurigen Fahrbahn eine Fahrspur geräumt sein. Zudem kann die Überholspur nicht geräumt sein und somit von Schnee bedeckt sein. Bei dieser Situation ist es für den Fahrer von Vorteil, eine entsprechende Information zu erhalten, die er bei einem Fahrspurwechsel berücksichtigt.

Weiterhin kann das System auch dazu verwendet werden, um Fahrbahnbegrenzungen zu erfassen. Diese Information kann beispielsweise für eine Führung entlang der Fahrspur berücksichtigt werden. Hierfür bietet sich insbesondere ein System mit einer Kamera an.