Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Wasserfilmhöhe auf einer Fahrbahn während der Fahrt eines Kraftfahrzeuges, bei dem über Messeinrichtungen Emissionen von Fahrzeugrädern gemessen und in elektrische Signale umgewandelt werden.

Der Betriebsbereich eines Personenkraftwagens wird durch die Verhältnisse in der Kontaktzone zwischen Reifen und Fahrbahn maßgeblich beeinflusst. Da die Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn durch Kraftschluß, also durch Reibung, erfolgt, ist die Kraftübertragung von den Eigenschaften der beiden Reibpartner abhängig. Um aktive Fahrwerke, Sicherheitssysteme oder Warneinrichtungen optimal mit Informationen zu versorgen, ist es unter anderem wichtig, die Beschaffenheit der Fahrbahn festzustellen. Ein Aspekt ist dabei, wie hoch bei nasser Fahrbahn der Wasserfilm ist.

In dem Artikel „Ermittlung des aktuellen Kraftschlußpotentials eines Pkws im Fahrbetrieb" von Dr. H.-J. Görich, S. Jakobi und U. Reuter in den VDI-Berichten Nr.: 1088/1993, Seiten 307 – 309 ist ein Verfahren zur Erkennung von Fahrbahnnässe beschrieben, bei der über ein akustisches Sensorsystem die Wasserhöhe auf der Fahrbahn erfasst wird. Dabei wird ein Geräuschpegel an der Radhausinnenverkleidung über Beschleunigungsaufnehmer sensiert und in einer elektronischen Signalaufbereitung in Analogtechnik vorverarbeitet, um die Signalintensität im für Wasser charakteristischen Frequenzbereich zu erhalten. Unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit, die sich aus den Signalen von ABS-Raddrehzahlsensoren ergibt, wird aus der Geräuschintensität die Wasserhöhe auf der Fahrbahn quantitativ bestimmt. Zur Kalibrierung dieses akustischen Wasserhöhenmessverfahrens wird ein lichtoptischer Wasserhöhensensor als Referenzwertgeber eingesetzt. Die Zeitschriebe der Beschleunigungsaufnehmer-Signale werden fouriertransformiert, so dass die Spektren von trockner und nasser Straße miteinander verglichen werden können.

Um im Fahrbetrieb unter Umgehung der Fouriertransformation die Frequenzgänge analysieren zu können, werden die von den Aufnehmern erzeugten Wechselspannungssignale in einer analogen Vorverarbeitungselektronik in charakteristische Gleichspannungspegel umgewandelt. Sie sind der Signalintensität im durch Fahrbahnnässe beeinflussten Frequenzbereich proportional. Bei dem Verfahren werden beide vorderen Radhausinnenverkleidungen mit Beschleunigungsaufnehmern bestückt, so dass pro Fahrspur eine „akustische Wasserhöhe" zur Verfügung steht.

Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist, dass relativ aufwendig über ABS-Radsensoren die Geschwindigkeit und gegebenenfalls über optische Sensoren die Beschaffenheit des Fahrbahnbelages bei der Bestimmung der Wasserfilmhöhe berücksichtigt werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem auf einfache Art und Weise eine Wasserfilmhöhe auf einer Fahrbahn bestimmt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei werden während der Fahrt eines Kraftfahrzeuges über Messeinrichtungen Emissionen am Vorderrad und am Hinterrad des Kraftfahrzeuges gemessen und in elektrische Signale umgewandelt. Die gemessenen Vorderrad- und Hinterradsignale werden miteinander verglichen, und aus dem Signalunterschied zwischen dem Vorderradsignal und dem Hinterradsignal wird die Wasserfilmhöhe bestimmt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, dass Einflüsse wie der Fahrbahnbelag und die Radgeschwindigkeit vollständig herausgefiltert werden können, da die Signale sowohl des Vorderrades als auch des Hinterrades bei gleicher Geschwindigkeit und bei gleichem Fahrbahnbelag ermittelt werden.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass als Emissionen Schallemissionen verwendet werden, die über Schallsensoren gemessen werden. Diese Schallsensoren können entweder Körperschallsensoren sein, die an der Radhausinnenverkleidung angeordnet sind, oder Mikrofone, die im Bereich der Räder bzw. Reifen im Fahrzeug angeordnet sind.

Alternativ zu einer Schallmessung, sei es Körperschall oder Luftschall über Schallmesssensoren, können als Emissionen auch die Spritzwassermenge über optische oder kapapzitvie Sensoren gemessen werden. Aufgrund der Tatsache, dass das Hinterrad in einem Bereich abrollt, in dem durch die Wasserverdrängung des Vorderrades der Wasserstand auf der Fahrbahn für das Hinterrad deutlich geringer ist, wird eine verringerte Spritzwassermenge in der Hinterradspur durch das Hinterrad aufgewirbelt. Lichtschranken oder kapazitive Sensoren können die Spritzwassermenge insbesondere qualitativ unterscheiden, was bei einem Vergleich der entsprechenden Sensorsignale einen Signalunterschied ergibt, über den die Wasserfilmhöhe bestimmt werden kann.

Es hat sich herausgestellt, dass sich die Signalamplitude in einem Frequenzbereich von 2Hz – 5 Hz signifikant ändert, also dass in diesem Bereich der Unterschied einer nassen Fahrbahnoberfläche zu einer trocknen Fahrbahnoberfläche besonders gut erkannt werden kann. Daher wird sich auch in diesem Frequenzbereich ein Signalunterschied über der Wasserfilmhöhe ergeben.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Erreichen eines festgelegten Signalunterschiedes eine Aquaplaning-Warnung ausgegeben wird, entweder als optisches oder akustisches Signal an den Fahrer oder als Signal an ein Fahrzeugsteuerungssystem, das aufgrund der Aquaplaning-Warnung die Geschwindigkeit reduziert. Schwimmt der Vorderreifen aufgrund eines zu hohen Wasserstandes auf der Straße bei einer nicht angemessenen Geschwindigkeit auf, verändert sich schlagartig das Signalverhältnis, so dass der Aquaplaning-Effekt frühzeitig erkannt werden kann. Alternativ wird eine Aquaplaning-Warnung dann ausgegeben, wenn die maximale Wasserverdrängmenge des Vorderreifens bei einer entsprechenden Geschwindigkeit erreicht wird, so dass bereits vor dem Eintreten eines Aquaplaning-Effektes Maßnahmen oder Warnmeldungen veranlasst werden können.

Um auch quantitative Aussagen über die Wasserhöhe treffen zu können, werden Vergleichswerte aus Referenzmessungen bestimmt, so dass in Abhängigkeit von dem Reifentyp, ggf. dem Reifenzustand mit entsprechender Wasserverdrängkapazität und dem Signalunterschied die vorherrschende Wassermenge ermittelt werden kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine Sensoranordnung in einem Fahrzeug;

2a und 2b zeigen Modelle einer Schallemission am Vorderrad und am Hinterrad.

In der 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, das sich auf einer Fahrbahn 2 in Pfeilrichtung bewegt. Sowohl im Bereich des Vorderrades 3 als auch im Bereich des Hinterrades 4 ist ein oder sind mehrere Sensoren 5 angeordnet, die während der Fahrt die Emissionen messen, die von den Rädern 3, 4 erzeugt werden. Insbesondere sind die Sensoren 5 als Mikrofone oder Körperschallsensoren ausgebildet, die den Schallpegel von dem Spritzwasser oder das Abrollgeräusch der jeweiligen Reifen 3, 4 aufnehmen. Fährt das Fahrzeug 1 auf der Straße 2 mit einer Wasserschicht, wird sich am Vorderrad 3 ein Schallpegel einstellen, der verschieden zu dem Schallpegel am Hinterrad ist, da sich das Hinterrad 4 in einer Spur bewegt, in der das Wasser bereits von dem Vorderrad 3 verdrängt wurde.

In den 2a und 2b ist diese Situation schematisch dargestellt, in der Figur 2a ist das Vorderrad 3 mit einem relativ haben Wasserpegel 6a dargestellt, während in der 2b das Hinterrad 4 gezeigt ist, das eine im wesentlichen geringe Wassermenge zu verdrängen hat, da es in der Spur des Vorrades 3 läuft.

Aufgrund der Schallpegelmessung ist es möglich, einen direkten Signalvergleich zwischen den Signalen vorzunehmen, die am Vorderrad 3 und am Hinterrad 4 gemessen wurden. Aufgrund der unterschiedlichen Wasserfilmhöhen 6a, 6b ergibt sich ein Signalunterschied zwischen den jeweiligen Rädern 3, 4; aus der Höhe des Signalunterschiedes kann die Höhe des Wasserfilmes bzw. der verdrängten Wassermenge geschlossen werden. Dabei ist ein direkter Signalvergleich ahne Fourieranalyse möglich. In einer Differenzbildung der absoluten Signale der Vorder- und Hinterräder 3, 4 ergibt sich ein Absolutsignal proportional zur Wasserfilmhöhe. Dadurch kann die Rechnerleistung in einer Auswerteeinheit reduziert werden.

Da die Werte der Emissionen eines Vorderrades 3 und eines Hinterrades 4 verglichen werden, die in einer Spur laufen, können aufgrund der gleichen Geschwindigkeiten der Räder 3, 4 und der gleichen Umgebungsbedingungen weitere Einflüsse, wie der Fahrbahnbelag und die Geschwindigkeit, eliminiert werden, ohne aufwendige zusätzliche Sensoreinrichtungen bereitzustellen.

Alternativ zu akustischen Sensoren 5 ist es möglich, die verdrängte Spritzwassermenge der Räder 3, 4 über optische oder kapazitive Sensoren zu ermitteln.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass eine Referenzmessung des rechten Vorderrades und des linken Vorderrades durchgeführt wird, um Unterschiede zwischen den jeweiligen Fahrspuren zu ermitteln.