Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer, sowie ein System zur Überwachung von Straßenverhältnissen mit einem Fahrzeug mit dem Fahrzeugscheinwerfer.

Stand der Technik

Es ist ein bekanntes Problem bei Fahrzeugen, die Straßenbedingungen / Fahrbahneigenschaften während der Fahrt bestimmen zu können. So können potentiell gefährliche Straßenbedingungen dem Fahrer rechtzeitig signalisiert werden und er kann seine Fahrweise entsprechend anpassen. Beispielsweise kann ein Wasserfilm auf der Fahrbahn bei zu hohen Geschwindigkeiten zu Aquaplaning führen. Ebenso können bei Temperaturen um den Gefrierpunkt bei Eis und Wassergemischen auf der Fahrbahn oder bei Regen auf gefrorenem Boden (Eisregen) gefährliche Situationen auftreten.

Häufig werden tragbare Sensoren eingesetzt, die eine Messung der Fahrbahneigenschaften lediglich dann vornehmen können, wenn das Fahrzeug sich nicht bewegt. Das Fahrzeug muss in diesem Falle eine gewisse Zeit, etwa einige Sekunden, unbewegt stehen, um eine Messung erzielen zu können. Die Bestimmung der Fahrbahneigenschaften während der Fahrt bleibt mit diesem Ansatz aber schwierig. Ferner gibt es Sensoren, die außen am Fahrzeug befestigt werden. Dabei kann das Problem auftreten, dass diese Sensoren während der Fahrt verschmutzen können, etwa durch von der Fahrbahn aufspritzenden Schneematsch und/oder Dreck oder Schlamm. Dadurch kann eine Messung der Fahrbahneigenschaften im Zusammenhang mit der Fahrbahn erschwert werden oder sogar misslingen. Das kann die für einen Fahrer eines Fahrzeugs so wichtigen Informationen bei schwierigen Wetterbedingungen und/oder Fahrbahnbedingungen verfälschen oder gar nicht verfügbar machen, so dass der Fahrer nicht ausreichend über Gefahren benachrichtigt werden kann. Selbst bei Fahrzeugen, die teilweise autonom fahren, bei denen also der Fahrer nicht ausschließlich das Fahrzeug steuert, können die für das Steuern des Fahrzeugs notwendigen Entscheidungen, die beispielsweise von einer Steuereinheit zu treffen sind, nicht mit der erforderlichen Genauigkeit getroffen werden.

Angesichts der Probleme im Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine robuste und einfache Alternative zum Stand der Technik zu entwickeln, welche die oben genannten Probleme vermeidet. l Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch einen Fahrzeugscheinwerfer gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung stellt einen Fahrzeugscheinwerfer bereit, umfassend: eine Leuchteinheit, einen Reflektor und ein Scheinwerferglas; sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen von Straßenverhältnissen, wobei die Vorrichtung im Inneren des Fahrzeugscheinwerfers hinter dem Scheinwerferglas vorgesehen ist und umfasst: eine Infrarot-Sendeeinrichtung, die zum Aussenden von Licht vorbestimmter Wellenlängen durch das Scheinwerferglas auf eine Straßenoberfläche ausgebildet ist; eine Detektionseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das von der Infrarot-Sendeeinrichtung ausgesandte und von der Straßenoberfläche reflektierte Licht durch das Scheinwerferglas zu detektieren; eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, auf der Grundlage des von der Detektionseinrichtung detektierten Lichts Oberflächenparameter der Straßenoberfläche zu bestimmen. Die Verarbeitungseinrichtung kann in Form eines Computers vorgesehen sein oder einen solchen umfassen.

Die Vorrichtung zum Bestimmen der Straßenverhältnisse ist im Inneren des Fahrzeugscheinwerfers vorgesehen. Dadurch kann die Vorrichtung optimal vor Verschmutzung geschützt werden. Insbesondere kann die Vorrichtung vor Verschmutzung, die während der Fahrt des Fahrzeugs auftreten kann, geschützt werden. Weiterhin ist die Infrarot-Sendeeinrichtung der Vorrichtung ausgebildet, Licht vorbestimmter Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 780 nm bis 2500 nm, beispielsweise 780 nm bis 1000 nm oder 1500 nm sein, durch das Scheinwerferglas hindurch auszusenden. Ebenso wird das von der Straßenoberfläche reflektierte Licht wieder durch das Scheinwerferglas hindurch detektiert. Das Scheinwerferglas eines Fahrzeugs ist eines der Elemente des Fahrzeugs, das am häufigsten gereinigt oder geputzt wird, insbesondere bei Frontscheinwerfern. Der Fahrer des Fahrzeugs wird beispielsweise das Scheinwerferglas besonders häufig kontrollieren, mindestens vor jeder Fahrt. Zusätzlich gibt es Fahrzeuge, bei denen sogar eine automatische Reinigung des Scheinwerferglases, wie etwa einem Scheibenwischer zur Reinigung des Scheinwerferglases. Durch das Vorsehen der Vorrichtung hinter dem Scheinwerferglas kann somit gewährleistet werden, dass die Vorrichtung praktisch stets eine freie Sicht auf die Fahrbahn haben kann.

In dem Fahrzeugscheinwerfer kann die Vorrichtung unmittelbar an der Innenseite des Scheinwerferglases befestigt sein. In dem Fahrzeugscheinwerfer kann die Vorrichtung auswechselbar sein.

Die Vorrichtung kann unmittelbar an der Innenseite, also hinter dem Scheinwerferglas befestigt sein. Dabei kann die Vorrichtung mit einem geeigneten Befestigungsmittel angebracht und fixiert sein. Insbesondere kann die Vorrichtung auch auswechselbar sein. Es ist ebenso möglich, die Vorrichtung oder das Scheinwerferglas samt Vorrichtung als modulare Einheit auszutauschen. Hierdurch ergibt sich auch die Möglichkeit, bestehende Fahrzeugscheinwerfer nachzurüsten durch Hinzufügen der Vorrichtung oder Austauschen des Scheinwerferglases samt Vorrichtung.

In dem Fahrzeugscheinwerfer kann die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein, die Oberflächenparameter der Straßenoberfläche zumindest 100 mal pro Sekunde, insbesondere zumindest 400 mal pro Sekunde, zu bestimmen.

Durch die hohe Rate der Bestimmung der Oberflächenparameter können aktuelle Werte dieser Parameter sowie Änderung der Parameter möglichst zeitnah, also praktisch ohne nennenswerte Zeitverzögerung, erfasst und ausgewertet werden, so dass der Fahrer reagieren kann. Bei 400 Bestimmungen pro Sekunde werden bei einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs von beispielsweise etwa 80 km/h alle 5 cm eine Messung und Bestimmung durchgeführt. Prinzipiell sollte die Bestimmung der Oberflächenparameter so schnell erfolgen, dass das System sehr schnell und präzise auf Änderungen der Fahrbahneigenschaften reagieren kann.

In Fahrzeugscheinwerfer kann die Vorrichtung weiterhin eine Pulseinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, das von der Infrarot-Sendeeinrichtung ausgesandte Licht in Pulsen von höchsten 500 s Dauer, insbesondere höchsten 100 s Dauer, und/oder Pausen von höchsten 500 μβ Dauer, insbesondere höchsten 100 μβ Dauer, zu pulsen.

Durch die Pulse der Pulseinrichtung kann die Vorrichtung effektiv und mit geringen Totzeiten das für die Messung benötigte Licht aussenden. Ferner wird durch die Pulsung eine Zeitkonstante, eine Clock, für die Messung und die nachfolgende Bestimmung gegeben.

In dem Fahrzeugscheinwerfer kann in der Vorrichtung die Infrarot-Sendeeinrichtung dazu ausgebildet sein, Licht mit zumindest zwei vorbestimmten unterschiedlichen Wellenlängen bzw. aus zumindest zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen (zur Detektion von Feucht/Nass vs. Trocken) auszusenden. In dem Fahrzeugscheinwerfer können die von der Infrarot-Sendeeinrichtung ausgesandten unterschiedlichen Wellenlängen jeweils im Infrarotbereich liegen, wobei ferner die Infrarot- Sendeeinrichtung Licht innerhalb eines Referenzwellenlängenbereichs zur Kalibrierung aussenden kann, wobei der Referenzwellenlängenbereich ebenfalls im Infrarotbereich liegt.

Durch die Verwendung von Wellenlängen im Infrarotbereicht gibt es keine Überschneidung mit dem sichtbaren Lichtbereich des Scheinwerfers, auch kein Blenden von anderen Verkehrsteilnehmern. Eine der Wellenlängen kann insbesondere für die Bestimmung von Eis oder Eisschichten auf der Fahrbahn geeignet sein, beispielsweise eine Wellenlänge von 1500 nm. Eine weitere, von der ersten Wellenlänge verschiedene, ausgesandte Wellenlänge kann für die Bestimmung dünner Wasserfilme geeignet sein. Dabei kann ein Wasserfilm von bis zu etwa 1 mm Dicke auf der Fahrbahn mit einer Wellenlänge von 1450 nm bestimmt werden. Für dickere Wasserfilme oder Wasserschichten auf der Fahrbahn, etwa bis 30 mm Dicke der Wasserschicht, kann eine weitere Wellenlänge von etwa 980 nm verwendet werden. Zusätzlich kann dauerhaft oder periodisch oder zumindest zu Beginn der Fahrt eine weitere Wellenlänge von 1300 nm als eine Referenzwellenlänge zum Zwecke der Kalibrierung ausgesendet werden. Die genannten drei Wellenlängen sowie die Referenzwellenlänge sind jeweils typischerweise voneinander verschieden. Es versteht sich, dass auch andere Wellenlängen verwendet werden können. Allgemein können die Wellenlängen den Absorptionsbanden von Wasser und Eis angepasst sein.

In dem Fahrzeugscheinwerfer können die Oberflächenparameter einen oder mehrere Parameter für die Feuchtigkeit, Eisdicke, Schneedicke, Wasserfilmdicke, das Eis-zu-Wasser- Verhältnis, die Gefriertemperatur eines Eis-Wasser-Gemisches, des Salzgehaltes eines Eis- Wasser-Gemisches und den Reibungskoeffizienten umfassen. Mit diesen Parametern werden für den Fahrer des Fahrzeugs wichtigsten Parameter bestimmt und können im Hinblick auf mögliche Gefahren analysiert werden.

In dem Fahrzeugscheinwerfer kann die Vorrichtung weiterhin eine Schnittstelle zum Datenaustausch mit dem Internet und/oder einer mobilen Computereinrichtung und/oder einem Mobilfunkgerät umfassen. Die Schnittstelle kann beispielsweise eine CAN-Schnittstelle oder andere KFZ-typische Schnittstelle umfassen. Insbesondere können Informationen/Daten, die mit der Vorrichtung gewonnen werden, an andere Fahrzeuge übermittelt werden. Die Erfindung stellt ferner ein Fahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, mit wenigstens einem Fahrzeugscheinwerfer wie oben beschrieben bereit. Das Fahrzeug kann eine drahtlose Datenverbindungseinrichtung, die zu einer Datenübertragung an ein weiteres Fahrzeug ausgebildet ist, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, mit der Vorrichtung zum Bestimmen von Straßenverhältnissen gewonnene Daten über die Datenverbindungseinrichtung an das weitere Fahrzeug zu übertragen, aufweisen. Künftig werden Fahrzeuge miteinander kommunizieren und so kann ein entgegenkommendes Fahrzeug vor kritischen Fahrbahnzuständen im Vorfeld gewarnt werden. Das Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer kann beispielsweise ein Streufahrzeug sein. Die Datenverbindungseinrichtung kann zum Senden von Daten mit einem Sender und einer Antenne ausgestattet sein. Die Steuereinrichtung kann einen Computer oder eine CPU umfassen.

Ferner stellt die Erfindung ein System zur Überwachung von Straßenverhältnissen bereit, mit einem Fahrzeug wie oben beschrieben und mit einem Internetserver, der mit der Vorrichtung zum Bestimmen von Straßenverhältnissen zwecks Datenaustauschs verbunden ist und mit einer Computereinrichtung, die über den Internetserver mit dieser Vorrichtung zwecks Datenaustauschs verbunden ist.

In dem System kann die Überwachung der Straßenverhältnisse durch ein Fahrzeug mit wenigstens einem Fahrzeugscheinwerfer gemäß der Erfindung bereit gestellt werden.

Weitere Merkmale und beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung erschöpfen. Es versteht sich weiterhin, dass einige oder sämtliche der im Weiteren beschriebenen Merkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden können.

Kurzbeschreibung der Figuren

Schemaskizze eines Fahrzeugs mit einem Fahrzeugscheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 2: Schemaskizze eines Fahrzeugscheinwerfers wie in Figur 1 skizziert mit einer Vorrichtung zum Bestimmen von Straßenverhältnissen gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 3: Schemaskizze der Vorrichtung aus Figur 2.

Figur 4 Schemaskizze eines System zur Überwachung von Straßenverhältnissen, mit einem Fahrzeug

Detaillierte Beschreibung

Die Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem Fahrzeugscheinwerfer 3 gemäß der vorliegenden Erfindung. Rein beispielhaft ist das Fahrzeug als Personenkraftwagen skizziert. Es versteht sich, dass das Fahrzeug jedoch ebenso ein Lastkraftwagen, oder ein Zweirad sein kann.

In den folgenden Ausführungsformen wird als Infrarot-Sendeeinrichtung eine LED- Einrichtung/Einheit verwendet. Dieses ist beispielhaft zu verstehen und es können alternativ andere geeignete Infrarot-Sendeeinrichtungen Verwendung finden.

Der Fahrzeugscheinwerfer 3 ist in Figur 2 näher skizziert. Der Fahrzeugscheinwerfer 3 umfasst eine Leuchtquelle 7 zum Erzeugen von Scheinwerferlicht. Ferner umfasst der Fahrzeugscheinwerfer einen Reflektor 5 und ein Scheinwerferglas 9. Das Scheinwerferglas 9 kann ein für den Fahrzeugscheinwerfer 3 geeignetes Glas auf Siliziumdioxidbasis oder aber auch Kunststoff wie beispielsweise Acrylglas oder Polycarbonat umfassen. Es sind aber auch andere Gläser möglich. Das Scheinwerferglas 9 ist für das von der Leuchtquelle 7 erzeugt Licht transparent. Der Fahrzeugscheinwerfer 3 umfasst ferner eine Vorrichtung 1 1 zum Bestimmen von Straßenverhältnissen, wobei die Vorrichtung im Inneren 10 des Fahrzeugscheinwerfers 3 hinter dem Scheinwerferglas 9 vorgesehen ist. In Figur 2 ist die Vorrichtung 1 1 unmittelbar hinter dem Scheinwerferglas 9 vorgesehen. Dieses hat den Vorteil, dass von der Vorrichtung 1 1 ausgesandtes Licht, dass nachfolgend von der Straßenoberfläche der Straße, auf der das Fahrzeug 1 fährt, möglichst kurze Wege zum Durchtritt durch das Scheinwerferglas 9 hat, also praktisch unmittelbar von der Vorrichtung 1 1 in das Scheinwerferglas 9 eintritt und dann ausgesandt wird bzw. bei von der Straßenoberfläche / Fahrbahnoberfläche reflektiertem Licht unmittelbar vom Scheinwerferglas 9 wieder auf die Vorrichtung 1 1 fällt. Dabei kann die Vorrichtung 1 1 auswechselbar sein. Es kann ebenso das Scheinwerferglas 9 auswechselbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Scheinwerferglas 9 samt Vorrichtung 1 1 auswechselbar sein, so dass sich verschiedene Möglichkeiten für Wartung oder Nachrüstung ergeben können.

Die Vorrichtung 1 1 wird anhand der Figur 3 näher erläutert. Die Figur 3 skizziert eine Frontansicht der Vorrichtung 1 1 aus Figur 2. In der Figur 3 umfasst die Vorrichtung 1 1 eine LED-Einheit 13. Rein beispielhaft ist die LED-Einheit 13 in der Figur 3 mit vier LED 13L gezeigt. Es kann aber auch eine andere Zahl von LED in der LED-Einheit 13 vorhanden sein. Die Zahl von vier LED 13L hat jedoch den Vorteil, dass jede LED 13L eine unterschiedliche Aufgabe übernehmen kann. Typischerweise können die LEDs 13L Licht im Infrarotbereich aussenden. Es sind prinzipiell auch andere Wellenlängen möglich. Licht im Infrarotbereich ist zum einen unsichtbar für andere Verkehrsteilnehmer, zum anderen ist es besonders geeignet für die Detektion von Wasserschichten und Eisschichten, insbesondere auf Fahrbahnoberflächen. Eine der von den LEDs 13L der LED-Einheit 13 ausgesendeten Wellenlängen kann für die Bestimmung von Eis oder Eisschichten auf der Fahrbahn geeignet sein, beispielsweise eine Wellenlänge von 1500 nm. Eine zweite LED 13L kann eine von der ersten Wellenlänge verschiedene Wellenlänge aussenden, die besonders für die Bestimmung von dünnen Wasserfilmen geeignet sein kann. Dabei kann ein Wasserfilm von beispielsweise bis zu 1 mm Dicke auf der Fahrbahn mit einer Wellenlänge von 1450 nm bestimmt werden. Für dickere Wasserfilme oder Wasserschichten auf der Fahrbahn, etwa bis 30 mm Dicke der Wasserschicht, kann eine weitere Wellenlänge mit einer weiteren LED verwendet werden. Insbesondere kann diese weitere Wellenlänge etwa 980 nm betragen. Zusätzlich kann dauerhaft oder periodisch oder zumindest zu Beginn der Fahrt eine weitere Wellenlänge von 1300 nm mittels einer vierten LED 13L ausgesendet werden. Diese weitere Wellenlänge kann als Referenzwellenlänge zur Kalibrierung dienen. Es versteht sich, dass auch andere Wellenlängen verwendet werden können. Ebenso können auch mehr als vier LEDs verwendet werden.

Die LED-Einheit 13 kann über eine Pulseinheit 19 gesteuert werden. Die Pulseinheit 19 kann über eine Leitung 19A mit der LED-Einheit verbunden sein kann.

Die LED-Einheit 13 sendet mit Hilfe der LEDs 13L Licht durch das Scheinwerferglas 9 hindurch. Das so von der LED-Einheit 13 ausgesandte Licht fällt auf die Fahrbahnoberfläche und wird dort reflektiert.

Figur 3 zeigt ferner eine Detektionseinrichtung 17, beispielsweise eine Sensoreinheit, zum Detektieren des von der LED-Einrichtung 13 ausgesandten und dann von der Straßenoberfläche reflektierten Lichts. Dieses reflektierte Licht fällt wiederum durch das Scheinwerferglas 9 hindurch in das Innere 10 des Fahrzeugscheinwerfers 3. Im Inneren des Fahrzeugscheinwerfers 3 erreicht das reflektierte Licht typischerweise unmittelbar die Detektionseinheit 17. Die Detektionseinheit 17 kann typischerweise über eine Leitung 13 Information über das von den LEDs 13L ausgesandte Licht und gegebenenfalls dessen Pulsung erhalten. Die Detektionseinheit 17 kann die erhaltene analoge Lichtinformation des reflektierten Lichts weiter verarbeiten.

Die Detektionseinheit 17 kann mit einer Leitung 17A mit einer Schnittstelle 18 verbunden sein. Die Schnittstelle 18 kann eine CAN-Schnittstelle oder andere KFZ-typische Schnittstelle umfassen, so dass die von der Detektionseinheit 17 bereitgestellten Signale weiter verarbeitet werden können.

Die Figur 4 zeigt ein Schema eines Systems zur Überwachung von Straßenverhältnissen, mit einem Fahrzeug 1 wie anhand von Figur 1 beschrieben, das Fahrzeug mit wenigstens einem Fahrzeugscheinwerfer 3 wie anhand von Figur 2 beschrieben und der Fahrzeugscheinwerfer 3 mit einer Vorrichtung wie anhand von Figur 3 beschrieben. Figur 4 zeigt ferner, dass in dem System das Fahrzeug über eine drahtlose Verbindung 30 mit einem Internetserver 31 verbunden sein, mit dem die vom Fahrzeug erhaltenen Analysen der Fahrbahnoberflächen weiter verarbeitet werden können. Der Internetserver 30 kann über eine Verbindung 31 L mit einem Datenspeicher 33, beispielsweise einer Datencloud verbunden sein, in dem die Informationen vom Internetserver abgespeichert werden können. Ferner kann mit einem Steuercomputer 35 über eine Verbindung 33L auf die Information aus dem Datenspeicher 33 zugegriffen werden und diese kann mehreren Fahrern von Fahrzeug oder Fahrzeuglenksystemen bereitgestellt werden. Alternativ und zusätzlich kann das Fahrzeug über die drahtlose Verbindung 30 mit zumindest einem weiteren Fahrzeug zum Datentransfer/-austausch verbunden sein. Die Informationen/Daten über die Fahrbahnoberflächen können mit der anhand von Figur 3 beschriebenen Vorrichtung gewonnen und dann über die drahtlose Verbindung 30 an das andere Fahrzeug gesendet werden.