DE102014224127A1

DE102014224127A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit einer Scheibe

Info

Publication number: DE102014224127A1
Application number: DE102014224127.8A
Authority: DE
Inventors: Claudia Langner; Daniel Liebau
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe in einem Fahrzeug, bei dem in zumindest einem Scheibenabschnitt (22) die Bewegung mindestens eines Tropfens (300), der über die Scheibe (20) läuft, optisch erfasst wird und entsprechende Bilddaten erzeugt werden, die Bilddaten ausgewertet werden zur Bestimmung von Bewegungsdaten des Tropfens und ein die Oberflächenrauigkeit des Scheibenabschnitts (22) charakterisierender Kennwert unter Verwendung der Bewegungsdaten ermittelt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe in einem Fahrzeug.
Die Sichtqualität durch eine Scheibe hängt u. a. von der Oberflächenbeschaffenheit der Scheibe ab, davon wie stark die Scheibenoberfläche verschmutzt bzw. verkratzt ist und ob sich ein Wasserfilm auf dieser befindet. Verschmutzungen und Kratzer auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs begünstigen die Anhaftungen weiterer Partikel. Durch Kratzer kommt es zu ungewollten und störenden Reflexionen durch einfallendes Licht. Beide Faktoren beeinträchtigen die Fahrsicherheit. Meist nimmt die Sichtqualität durch die Scheibe schleichend ab, so dass die Veränderung von dem Fahrer eines Fahrzeugs nicht unmittelbar wahrgenommen wird. Je nach Scheibenzustand kann es so beim Betrieb eines Fahrzeugs zu gefährlichen Fahrsituationen kommen.
Zur Verbesserung der Sichtverhältnisse sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, die die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs automatisch wischen bzw. reinigen. So ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 199 500 46 A1 ein optisch funktionierendes Steuerungssystem für die Scheibenwischer eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Steuerungssystem in der Lage ist, die Scheibenwischer oder eine Scheibenreinigungsvorrichtung entsprechend der auf der Scheibe befindlichen Regenwassermenge oder entsprechend dem Verschmutzungsgrad desselben zu aktivieren.
Weiterhin ist es bekannt, die Scheibenoberfläche durch eine Versiegelung unempfindlicher gegenüber Schmutz zu machen. Die Versiegelung bewirkt eine Glättung der Scheibenoberfläche, d. h. einer Reduzierung der Oberflächenrauigkeit. Die Anhaftung von Schmutzpartikeln kann reduziert werden und kleine Kratzer können ausgeglichen werden. Im Laufe der Zeit lassen solche Versiegelungen nach, insbesondere an stark beanspruchten Flächen, an denen häufig gewischt wird bzw. viele Insekten angehaftet haben. Die Abnutzung ist dabei nicht einheitlich über die gesamte Scheibenfläche, sondern tritt meist lokal auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Fahrsicherheit weiter verbessert werden kann und insbesondere die Sichtverhältnisse in einem Fahrzeug überprüft werden können.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Fahrsicherheit weiter verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Patentanspruch 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit einer Scheibe in zumindest einem Scheibenabschnitt die Bewegung mindestens eines Tropfens, der über die Scheibe läuft, optisch erfasst und es werden entsprechende Bilddaten erzeugt. Die Bilddaten werden zur Bestimmung von Bewegungsdaten des Tropfens ausgewertet und es wird ein Kennwert ermittelt, der die Oberflächenrauigkeit des Scheibenabschnitts charakterisiert.
Die Erfindung macht sich zunutze, dass die Oberflächenrauigkeit einer Scheibe Einfluss darauf hat, wie ein Flüssigkeitstropfen von der Scheibe abperlt. Aus der Bewegung des Tropfens auf der Scheibe, insbesondere aus der Geschwindigkeit bzw. der Beschleunigung des Tropfens, lässt sich auf die Oberflächenrauigkeit und damit z. B. auf den Grad einer Scheibenversiegelung rückschließen.
Es wird ein berührungsloses Verfahren bereitgestellt, das die Oberflächenrauigkeit der Scheibe in Echtzeit bestimmen kann. Das Verfahren kann sowohl während der Produktion der Scheibe als auch an verbauten Scheiben verwendet werden, z. B. an in Fahrzeugen verbauten Scheiben. Das Verfahren ermöglicht insbesondere einen Einsatz während der Fahrt. Der Oberflächenzustand der Scheibe kann überprüft werden. Mögliche Mängel bzw. eine nachlassende Versiegelung sind frühzeitig detektierbar, bevor sie für den Fahrer erkennbar sind.
Die Scheibe ist vorzugsweise eine Glasscheibe und insbesondere eine Windschutzscheibe für ein Fahrzeug.
Der Tropfen ist vorzugsweise ein Wassertropfen und insbesondere ein Regentropfen. Der Tropfen kann einer von vielen Tropfen sein, die über die Scheibe laufen. Der Tropfen kann, z. B. mit einer definierten Masse, gezielt auf die Scheibe aufgebracht werden. Es kann sich auch um willkürlich vorkommende Tropfen handeln, wie z. B. bei einem Regen.
Die optische Erfassung der Tropfenbewegung erfolgt durch die Erzeugung von Bilddaten zu einem ersten Zeitpunkt und zumindest einem zweiten Zeitpunkt. Die Bilddaten sind vorzugsweise digitale Daten. Es können zwei oder mehr Einzelbilder von dem Tropfen gemacht werden, ebenso sind Videosequenzen auswertbar. Die Bilddaten können nur einen Tropfen beinhalten oder mehrere Tropfen.
Die Bilderfassung erfolgt für zumindest einen Scheibenabschnitt und kann alternativ auch für mehrere Scheibenabschnitte erfolgen. Die Größe und Form des Scheibenabschnitts kann z. B. von der Geometrie der Scheibe und der Position der Bilderfassungsvorrichtung abhängen. Die Scheibe kann in funktionale Abschnitte unterteilt sein, z. B. den Wischbereich des Scheibenwischers auf der Fahrerseite oder Beifahrerseite. Vorzugsweise wird ein Scheibenabschnitt erfasst, in dem die Scheibe einen einheitlichen Neigungswinkel aufweist.
Die Auswertung der Bilddaten erfolgt mittels eines geeigneten Programms zur Bildverarbeitung, mit dem Tropfen auf den Bildern erkannt und Bewegungsdaten des Tropfens bestimmt werden können. Verfahren zur Erkennung von Regentropfen auf einer Scheibe sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2011 055 343 A1 bekannt. Der Wassertropfen verläuft über die Scheibe entlang einer Bahnkurve, die von der Geometrie der Scheibe abhängt. Zur richtigen Zuordnung einzelner Tropfen auf verschiedenen Bildaufnahmen kann das Bildverarbeitungsprogramm zusätzlich die Scheibengeometrie berücksichtigen.
Die Bildverarbeitung kann mehrere Tropfen im gleichen Scheibenabschnitt auswerten zur Erhöhung der Genauigkeit und zur Erzeugung eines statistischen Mittelwerts.
Die ermittelten Bewegungsdaten des Tropfens charakterisieren die Tropfenbewegung auf dem Glas und können z. B. die Positionsveränderung des Tropfens zwischen zwei Bildern, die zurückgelegte Strecke zwischen zwei Aufnahmen, die Bewegungsrichtung, die Kontaktfläche des Tropfens mit der Scheibe, das Zeitintervall zwischen zwei Aufnahmen usw. sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhalten die ermittelten Bewegungsdaten ein Zeitintervall zwischen zwei Bildaufnahmen und die in dem Zeitintervall vom Tropfen zurückgelegte Strecke. Aus diesen Daten werden vorzugsweise weitere Bewegungsdaten, wie z. B. die Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung des Tropfens berechnet. Es können mehrere Messungen ausgewertet werden zur Bestimmung statistischer Mittelwerte für zurückgelegte Strecke, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Tropfens.
Die Erkennbarkeit der Tropfen kann gesteigert werden, indem in einer weiteren Ausgestaltung die optische Erfassung des Wassertropfens an die Bewegung eines die Scheibe überstreichenden Scheibenwischers gekoppelt ist, so dass die Bilderfassung in einem frisch gewischten Abschnitt der Scheibe erfolgt. Während der Bilderfassung bleibt der Scheibenabschnitt vorzugsweise wischerfrei, d. h. das Wischblatt des Scheibenwischers wandert vor Beginn der Bilderfassung über den Scheibenabschnitt und die Bilderfassung in diesem Abschnitt ist abgeschlossen, bevor das Wischblatt erneut über den Abschnitt wandert. Der Scheibenabschnitt wird vorzugsweise unmittelbar vor der Bilderfassung gewischt, z. B. weniger als 2 Sekunden oder weniger als 1 Sekunde vor der Bilderfassung. Hierzu kann z. B. die Bilderfassung an eine Wischersteuerung gekoppelt sein und es kann der Zeitpunkt der Bilderfassung und/oder die Lage des erfassten Scheibenabschnitts von der Bewegung des Scheibenwischers abhängen. Beispielsweise wird, während der Scheibenwischer von unten nach oben wischt, die Messung am unteren Rand der Scheibe gestartet, und während der Scheibenwischer von oben nach unten wischt, im oberen Wischbereich gemessen mit Start am oberen Rand.
Als Kennwert für die Oberflächenrauigkeit wird vorzugsweise der Gleitreibungskoeffizient des Scheibenabschnitts verwendet. Der Gleitreibungskoeffizient steigt mit zunehmender Rauigkeit des Scheibenabschnitts, also mit zunehmender Verschmutzung bzw. abnehmender Versiegelung der Scheibe. Somit kann aus dem Gleitreibungskoeffizienten auf den Oberflächenzustand der Scheibe geschlossen werden.
In einer Ausgestaltung werden die Bewegungsdaten des Tropfens, insbesondere die Beschleunigung des Tropfens verwendet, um den Gleitreibungskoeffizienten des Scheibenabschnitts zu berechnen. Ist z. B. der Scheibenabschnitt um einen bekannten Neigungswinkel geneigt, so kann aus dem Kräftegleichgewicht am Tropfen in Kenntnis der Beschleunigung des Wassertropfens der Gleitreibungskoeffizient des Scheibenabschnitts berechnet werden. Der Neigungswinkel einer Scheibe ist aufgrund der Scheibengeometrie bekannt und kann z. B. als Datensatz für jeden Koordinatenpunkt der Scheibe hinterlegt sein. Wird für die Berechnung des Gleitreibungskoeffizienten die Masse des Wassertropfens benötigt, so kann diese über das Volumen des Tropfens abgeschätzt werden, z. B. anhand der Berührfläche des Wasserstropfens auf der Scheibe. Die Berührfläche kann z. B. von dem Bildverarbeitungsprogramm aus den Bilddaten analysiert werden.
Zur Erzielung einer größeren Genauigkeit werden in einer weiteren Ausgestaltung weiterhin ein oder mehrere Fahrzustandswerte zum Zeitpunkt der Bilderfassung ermittelt und bei der Bestimmung des Kennwerts berücksichtigt. Die Fahrzustandswerte können insbesondere der Neigungswinkel des Fahrzeugs gegenüber der Horizontalen, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung und/oder die Regenmenge sein. Die Fahrzustandswerte können beispielsweise in die Berechnung des Gleitreibungskoeffizienten mit einfließen.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet der Schritt des Bestimmens des Kennwerts ein Abgleichen der Bewegungsdaten des Tropfens mit Daten einer Datenbank zur Ermittlung eines Gleitreibungskoeffizienten. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit des Tropfens als Kennwert in Abhängigkeit der Fahrzustandsparameter bestimmt. Mittels eines Algorithmus wird die Datenbank nach einem Datensatz durchsucht, der die gleiche Tropfengeschwindigkeit bei gleichen Fahrzustandsparametern beinhaltet und der zu dem Datensatz gehörige archivierte Gleitreibungskoeffizient wird aus dem Datensatz ausgelesen.
In einer Ausgestaltung enthält die Datenbank Datensätze, die den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit des Tropfens, Gleitreibungskoeffizient des Scheibenabschnitts und einem oder mehreren Fahrzustandsparametern abbilden. Die Fahrzustandsparameter sind insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die Neigung der Windschutzscheibe gegenüber der Horizontalen und/oder die Tropfenmasse.
Die Datensätze enthalten vorzugsweise empirisch ermittelte Daten, die für die jeweiligen Scheibenabschnitte ermittelt wurden.
Beispielsweise werden einzelne Tropfengeschwindigkeitsprofile bzw. -diagramme für jeden Fahrzustandsparameter und verschiedene Gleitreibungskoeffizienten empirisch ermittelt und als Datensätze in der Datenbank gespeichert. Die Tropfengeschwindigkeitsdiagramme werden vorzugsweise gezielt für die jeweilige Windschutzscheibengeometrie bzw. die Geometrie eines lokalen Scheibenabschnittes ermittelt.
Die Diagramme können z. B. den gesamten möglichen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich abdecken, z. B. von 0 km/h bis 250 km/h, und können in beliebigen Schritten abgestuft sein, z. B. für Fahrzeuggeschwindigkeiten in Schritten von 2 km/h, 5 km/h, 10 km/h oder anderen Schritten.
Die Diagramme können für mögliche Windgeschwindigkeiten erstellt sein, z. B. für Windgeschwindigkeiten zwischen 0 km/h und 100 km/h, oder 0 km/h oder 180 km/h oder einen beliebigen anderen Maximalwert. Die Diagramme können in beliebigen Schritten abgestuft sein, z. B. für Windgeschwindigkeiten in Schritten von 2 km/h, 5 km/h, 10 km/h oder anderen Schritten.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Tropfengeschwindigkeitsdiagramme bzw. -datensätze für verschiedene Windgeschwindigkeiten weiterhin für verschiedene Windrichtungen erstellt, z. B. absolute Windrichtungen oder Windrichtungen relativ zum Fahrzeug, wie z. B. für Wind, der frontal auf das Fahrzeug trifft, seitlich auf das Fahrzeug trifft oder unter einem beliebigen Winkel zur Fahrzeuglängsachse auf das Fahrzeug trifft.
Es können Tropfengeschwindigkeitsdiagramme für unterschiedliche Neigungswinkel der Scheibe zur Horizontalen in der Datenbank gespeichert sein, die mögliche Neigungswinkel im Betrieb des Fahrzeugs abbilden, z. B. bei einer Fahrzeugneigung nach unten, d. h. den Neigungswinkel der Scheibe vergrößernd, oder einer Fahrzeugneigung nach oben, d. h. den Neigungswinkel der Scheibe verkleinernd. Die Tropfengeschwindigkeitsdiagramme für unterschiedliche Anstellwinkel können z. B. in Schritten von 2 Grad, 5 Grad oder 10 Grad oder in beliebigen anderen Schritten erstellt sein.
Die voranstehend genannten Tropfengeschwindigkeitsdiagramme werden vorzugsweise zudem in Abhängigkeit unterschiedlicher Rauigkeiten der Scheibenoberfläche erstellt, z. B. für Scheibenrauigkeiten in einem Bereich von 0,0 bis 0,3 oder in einem Bereich von 0,0 bis zu einem beliebigen oberen Grenzwert, beispielsweise in Schritten von 0,05 oder anderen Schrittweiten.
Die Diagramme sind vorzugsweise für eine definierte Tropfenmasse erstellt.
Die Anzahl der Datensätze kann begrenzt werden, beispielsweise durch Wahl entsprechend großer Intervalle/Schrittweiten für die unterschiedlichen Parameter oder durch Begrenzung der Rauigkeitsmessung auf eine Maximalfahrzeuggeschwindigkeit, wie z. B. 50 km/h. Eine solche Begrenzung kann dem Nutzer über eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle, wie z. B. das Fahrerdisplay mitgeteilt werden.
Werden die Fahrzustandsparameter erfasst, so kann die Genauigkeit des Verfahrens weiter gesteigert werden, wenn in einer Ausgestaltung diejenigen Datensätze aus der Datenbank ausgewählt werden, die jeweils mindestens einen der erfassten Fahrzustandsparameter wiedergeben. Die ausgewählten Datensätzen werden zu weiteren Datensätzen kombiniert, und die weiteren Datensätze werden verwendet, um durch Abgleich mit den ermittelten Bewegungsdaten des Tropfens, insbesondere der Tropfengeschwindigkeit, den Gleitreibungskoeffizienten zu bestimmen.
Zur Validierung eines ersten, berechneten, Gleitreibungskoeffizienten kann zusätzlich ein zweiter Gleitreibungskoeffizient durch Abgleich mit der Datenbank ermittelt werden und der erste und zweite Gleitreibungskoeffizient werden miteinander verglichen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Fahrsicherheit weiter gesteigert werden, indem aufgrund des ermittelten Kennwertes eine Zustandsmeldung erzeugt und an eine Schnittstelle übermittelt wird. Die Zustandsmeldung kann den Kennwert, wie z. B. den ermittelten Gleitreibungskoeffizienten, dokumentieren.
Ebenso kann die Zustandsmeldung auf den Scheibenzustand aufmerksam machen und z. B. eine Empfehlung für eine Versiegelung in einem bestimmten Scheibenabschnitt angeben oder darauf hinweisen, dass die Scheibe nur teilweise gut poliert ist. Die Schnittstelle kann z. B. eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle sein, wie z. B. eine Anzeige in der Instrumententafel oder im Head-up Display, oder eine Schnittstelle zum Auslesen von Daten, z. B. in der Werkstatt. Denkbar ist es auch, mittels Laser diejenigen Scheibenabschnitte für den Fahrer an der Windschutzscheibe zu kennzeichnen, für die eine erhöhte Rauigkeit bzw. ein erhöhter Gleitreibungskoeffizient festgestellt wurde.
Eine Vorrichtung zur Überprüfung der Oberflächenrauigkeit einer Scheibe, welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Patentansprüche ausgebildet ist, beinhaltet eine Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen zumindest eines über die Scheibe laufenden Tropfens, eine Auswertevorrichtung, an die von der Bilderfassungsvorrichtung erzeugte Bilddaten übertragbar sind, eine in die Auswertevorrichtung implementierte Bildverarbeitung zur Bestimmung von Bewegungsdaten des Tropfens aus den Bilddaten, wobei die Auswertevorrichtung eingerichtet ist, um einen Kennwert, der die Oberflächenbeschaffenheit zumindest eines Scheibenabschnitts charakterisiert, anhand der Bewegungsdaten des Tropfens zu ermitteln.
Die Bilderfassungsvorrichtung erzeugt Bilddaten von zumindest einem Scheibenabschnitt. Hierzu ist die Bilderfassungsvorrichtung mit ihrem Erfassungsbereich auf die Scheibe ausgerichtet. Vorzugsweise ist die Bilderfassungsvorrichtung im Fahrgastraum benachbart zur Windschutzscheibe angeordnet. Die Bilderfassungsvorrichtung kann z. B. zumindest einen Bildsensor aufweisen, der optische Signale erfasst und in elektrische Signale umsetzt, und eine Schaltungsanordnung für die Verarbeitung der vom Sensor erzeugten Ausgangssignale. Optional kann die Bilderfassungsvorrichtung weiterhin z. B. ein Objektiv beinhalten. Die Bilderfassungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Kamera, z. B. eine CCD- oder CMOS-Kamera oder eine Stereokamera. Die Bilderfassungsvorrichtung kann zusätzlich eine Beleuchtungsvorrichtung, z. B. eine Lichtquelle beinhalten, z. B. eine Infrarotquelle.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Bilderfassungsvorrichtung an eine Scheibenwischersteuerung gekoppelt, so dass eine Bilderfassung auf die Bewegung und/oder Position des Scheibenwischers abgestimmt werden kann.
Die Auswertevorrichtung empfängt Bilddaten von der Bilderfassungsvorrichtung und wertet diese mithilfe eines Bildverarbeitungsprogrammes aus. Die Auswerteeinheit ist vorzugsweise ein Datenverarbeitungsgerät mit Speichereinheit, wie z. B. ein Computer.
Erfolgt die Bestimmung des Kennwerts mittels eines Abgleichs mit einer Datenbank, so weist die Auswertevorrichtung in einer Ausgestaltung eine Speichereinheit auf, in der eine Vielzahl von Datensätzen abgelegt sind, die den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit des Tropfens, Gleitreibungskoeffizient des Scheibe und Fahrzustandsparametern eines Fahrzeugs abbilden. Die Fahrzustandsparameter sind insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die Neigung des Scheibenabschnitts gegenüber der Horizontalen und die Tropfenmasse.
Zur Berücksichtigung aktueller Fahrzustände bei der Bestimmung des Kennwertes weist die Vorrichtung in einer Ausgestaltung eine Eingangsschnittstelle auf, über die Fahrzustandsdaten an die Auswerteeinheit übertragbar sind. Die Auswerteeinrichtung kann über die Eingangsschnittstelle beispielsweise Signale von in dem Fahrzeug vorgesehenen Messeinrichtungen empfangen, wie z. B. Tachometersignale, Signale eines Neigungssensors, eines Regensensors, Signale einer Windmesseinrichtung oder einer Regenmengenmessvorrichtung.
In einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung weiterhin eine Schnittstelle auf zur Ausgabe einer Zustandsmeldung aufgrund des ermittelten Kennwertes.
Die Vorrichtung kann in ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, integriert sein.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff ”kann” verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
1 schematisch ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
2 ein Ablaufschema des Verfahrens zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
3 eine schematische Darstellung der Wischbewegung von Scheibenwischern auf einer Windschutzscheibe,
4A, 4B, 4C schematisch eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs in einer Rückansicht, einer Seitenansicht und einer Aufsicht,
5 einen Scheibenabschnitt mit darauf befindlichem Tropfen
6 eine schematische Darstellung des Datenabgleichs in der Datenbank und
7 eine Zustandsdarstellung des Versiegelungszustands der Scheibe.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Vorrichtung 100 zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit bzw. der Scheibenversiegelung. Die Vorrichtung 100 weist mindestens eine Bilderfassungsvorrichtung 110 in Form einer CCD-Kamera, CMOS-Kamera oder Stereokamera auf. Die Bilderfassungsvorrichtung 110 ist in der Nähe der Windschutzscheibe 20 angeordnet und mit ihrem Erfassungsabschnitt auf die Windschutzscheibe 20 gerichtet, so dass auf der Scheibe befindliche Tropfen durch die Scheibe bzw. einzelne Scheibenabschnitte erfassbar sind.
Die Bilderfassungsvorrichtung 110 ist mit einer Auswertevorrichtung 120 verbunden, so dass von der Bilderfassungsvorrichtung 110 erzeugte Bilddaten an diese übertragbar sind. Die Auswertevorrichtung 120 ist ein Computer mit einer nicht dargestellten Recheneinheit und einer Speichereinheit 122. In die Auswertevorrichtung 120 ist eine Bildverarbeitungssoftware implementiert, zur Auswertung der Bilddaten. In der Speichereinheit 122 ist eine Datenbank mit Datensätzen abgelegt, die einen Zusammenhang zwischen dem Gleitreibungskoeffizienten der Scheibe, einer Tropfengeschwindigkeit über die Scheibe und weiteren Parametern wiedergeben. Die Datensätze in der Datenbank können über eine Datenschnittstelle insbesondere eine drahtlose Kommunikationsverbindung aktualisiert werden.
Die Bilderfassungsvorrichtung 110 steht in einer Wirkverbindung mit einer Steuervorrichtung 31 eines Scheibenwischers 30, so dass die Bilderfassungsvorrichtung 110 in Abhängigkeit von einer Position oder einer Bewegung des Scheibenwischers 30 betrieben werden kann.
Die Vorrichtung 100 beinhaltet weiterhin eine Eingangsschnittstelle 124, über die die Auswertevorrichtung 120 Signale empfangen kann, welche Fahrzustandsdaten angeben. Zur Ermittlung der Fahrzustandsdaten sind in dem Fahrzeug ein Tachometer 40, ein Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsmessgerät 50, ein Regensensor 60, ein Neigungssensor 70 und ein Regenmengenmessgerät 80 vorgesehen und mit der Eingangsschnittstelle 124 verbunden.
In die Auswertevorrichtung 120 ist ein Algorithmus implementiert zur Bestimmung eines Gleitreibungskoeffizienten mithilfe der ausgewerteten Bilddaten. Aus dem Gleitreibungskoeffizienten werden Zustandsdaten der Scheibe generiert. Zur Ausgabe dieser Daten beinhaltet die Vorrichtung 100 weiterhin eine Ausgabeschnittstelle 126. Die Ausgabeschnittstelle 126 ist in nicht näher dargestellter Weise an die Instrumententafel des Fahrzeugs 10 angeschlossen, so dass die Zustandsdaten dem Fahrer des Fahrzeugs z. B. in einer Anzeige der Instrumententafel angezeigt werden können oder z. B. mittels einer Laserprojektionsvorrichtung an die Scheibe projiziert werden können.
2 zeigt ein Ablaufschema für das Verfahren zur Überprüfung der Scheibenversiegelung. In einem ersten Schritt 200 werden Bilddaten von einem Scheibenabschnitt und einem darauf laufenden Tropfen von der Bilderfassungsvorrichtung 110 erfasst.
Für die spätere Bildauswertung ist es vorteilhaft, wenn nur vereinzelte Tropfen in dem Scheibenabschnitt vorhanden sind. Deshalb findet die Bilderfassung vorzugsweise im frisch gewischten Bereich der Scheibe statt. Hierzu sind der Zeitpunkt der Bilderfassung und/oder der Ort der Bilderfassung an die Bewegung der Scheibenwischer gekoppelt. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung der Scheibenwischerbewegung auf einer Windschutzscheibe. Die Scheibenwischer 30A bzw. 30B bewegen sich von einer Ausgangsposition 32A bzw. 32B bis zum oberen Wendepunkt 34A bzw. 34B und wieder zurück in die Ausgangsposition, verdeutlicht durch die Pfeile in 3. Befinden sich die Scheibenwischer in der Aufwärtsbewegung, so wird die Bilderfassung vorzugsweise in unteren Abschnitten 22A bzw. 22B der Scheibe vorgenommen. Während der Abwärtsbewegung der Scheibenwischer 30A, 30B wird die Bilderfassung vorzugsweise in oberen Scheibenabschnitten 22C, 22D vorgenommen. Insbesondere bei Intervallbetrieb der Scheibenwischer kann es vorteilhaft sein, wenn die Bilderfassung in unteren Scheibenabschnitten 22A, 22B und in oberen Scheibenabschnitten 22C, 22D stattfindet, während sich die Scheibenwischer 30A, 30B von dem oberen Wendepunkt 34A, 34B nach unten in die Ausgangsposition 32A, 32B bewegen.
In einem zweiten Verfahrensschritt 210 (2) wertet die Auswerteeinheit die erfassten Bilddaten aus und bestimmt Bewegungsdaten des Tropfens in Form einer Strecke, die der Tropfen zwischen zwei Bildaufnahmen zurückgelegt hat, einer Geschwindigkeit und einer Beschleunigung des Tropfens.
Die Strecke, welcher ein Tropfen zurückgelegt hat, wird bestimmt, indem die Absolutposition des Tropfens auf zumindest zwei Bildern ermittelt wird. Aus der Differenz zwischen den beiden Absolutpositionen kann die tatsächlich zurückgelegte Strecke errechnet werden. Da die Zeit, welche zwischen den ausgewerteten Aufnahmen liegt, bekannt ist, kann auch die Tropfengeschwindigkeit sowie die Tropfenbeschleunigung bestimmt werden.
Die Bewegung eines Tropfens auf einer Scheibe hängt von vielen Faktoren ab. Befindet sich das Fahrzeug im Stand, so werden die Tropfen nach unten auf der Scheibe herunterlaufen, wohingegen die Tropfen während der Fahrt vom Fahrtwind nach oben und hinten weggeblasen werden. Welche Bahn die Tropfen dabei auf der Scheibe beschreiben, ist von der Scheibengeometrie abhängig. Jede Windschutzscheibengeometrie zeigt eigene, strömungsabhängige Fließbilder. 4A zeigt beispielhaft eine erste und zweite Tropfentrajektorie 310 und 320 auf einer Windschutzscheibe 20 zur Veranschaulichung der Tropfenbewegung. Die Richtung, in die ein Tropfen 300 bzw. 300A auf der Scheibe wandern wird, ist von dem Neigungs- und Krümmungswinkel der Scheibe 20 entlang der Wegstrecke abhängig. Die strichlierten Linien in 4A kennzeichnen den Wischbereich der Scheibenwischer.
Zum einen hat der Neigungswinkel αScheibe der Scheibe gegenüber der Waagerechten einen Einfluss auf die Bahn der Tropfen. 4B zeigt zur Veranschaulichung eine Seitenansicht der Scheibe 20. Der Neigungswinkel αScheibe ist über die Windschutzscheibe nicht konstant, sondern variiert über die Scheibenfläche.
Zum anderen hat der Krümmungswinkel der Scheibe, also das Maß, um das die Scheibe gegenüber einer ebenen Fläche gekrümmt ist, einen Einfluss auf die Bahn der Tropfen. 4C zeigt eine Aufsicht auf die Windschutzscheibe 20. Die Windschutzscheibe 20 ist konvex gekrümmt und weist einen Krümmungswinkel auf, der über die Windschutzscheibenfläche variiert. Beispielhaft sind in 4C zwei Krümmungswinkel an den durch die Pfeile gekennzeichneten Punkten der Windschutzscheibe eingezeichnet. Ein erster Krümmungswinkel θ1 ist für einen Punkt am oberen Scheibenrand und ein zweiter Krümmungswinkel θ2 ist für einen Punkt am unteren Scheibenrand dargestellt.
Ist die Scheibengeometrie bekannt, d. h. die Neigungs- und Krümmungswinkel der Scheibe über die Scheibenfläche, so kann die Bewegungsrichtung der Tropfen, d. h. die Trajektorie vorhergesagt werden. Bei der Auswertung der Bilddaten wird vorzugsweise die von der Scheibengeometrie abhängige Trajektorie der Tropfen berücksichtigt, um die Richtung der Tropfenbewegung vorauszusagen und eine Fehlzuordnung von Tropfen zu verhindern. So sind die Bilddaten hinsichtlich der Tropfenbewegung auch dann sicher auswertbar, wenn auf einer Bildaufnahme mehrere Tropfen abgebildet sind.
In einem nächsten Verfahrensschritt 220 (2) wird anhand der ermittelten Bewegungsdaten des Tropfens ein Gleitreibungskoeffizient des Scheibenabschnitts berechnet.
5 zeigt eine Schnittansicht eines Windschutzscheibenabschnitts 22 mit darauf befindlichem Tropfen 300 zur Erläuterung einer möglichen überschlägigen Berechnung des Gleitreibungskoeffizienten. Unter Vernachlässigung des Windwiderstands ergibt sich aus den am Tropfen 300 angreifenden Kräften aus Beschleunigungskraft FA, Gewichtskraft FG und Gleitreibungskraft FR Formel 1 zur überschlägigen Bestimmung der Oberflächenbeschaffenheit anhand des Gleitreibungskoeffizienten: μ = [m·(a(t) – g·sinΔα)]/[m·g·cosΔα] Formel 1 wobei μ der Gleitreibungskoeffizient der Scheibe ist, m die Masse des Tropfens, a(t) die auf den Tropfen wirkende Beschleunigung, g die Gewichtskonstante und Δα der Neigungswinkel der Scheibe gegenüber der Horizontalen.
Die auf den Tropfen wirkende Beschleunigung a(t) lässt sich gemäß Formel 2 bestimmen. a(t) = 2·Δs/Δt² Formel 2
Der Weg Δs, den ein Wasserstropfen im Zeitraum Δt zurücklegt, ist anhand der aufgenommenen Bilder bei der Bildauswertung bestimmt worden, z. B. durch Vermessen der Positionsunterschiede des Wassertropfens auf zwei oder mehreren zeitlich beabstandeten Bildern. Δt ist der Zeitraum, der zwischen den ausgewerteten Bildaufnahmen liegt.
Der Neigungswinkel Δα ist bekannt. Fährt das Auto in der Ebene, so ist Δα gleich dem Scheibenneigungswinkel αScheibe, der die Neigung der Scheibe gemessen zur Standebene des Fahrzeugs angibt. Der Scheibenneigungswinkel αScheibe ist aus der Scheibengeometrie bekannt und kann z. B. in der Speichervorrichtung der Auswertevorrichtung für jeden Punkt oder einzelne Abschnitte der Scheibe hinterlegt sein.
Zur Erzielung einer höheren Genauigkeit kann mit Formel 3 berücksichtigt werden, wenn sich das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit Steigung oder Gefälle befindet. Der Steigungswinkel αSteigung gibt dabei an, um wieviel Grad das Fahrzeug in Fahrtrichtung gegenüber der Horizontalen geneigt ist. Der Steigungswinkel αSteigung kann z. B. mittels eines am Fahrzeug angebrachten Neigungssensors bestimmt werden. Hierbei hat αSteigung einen positiven Wert, wenn sich das Fahrzeug an einer Steigung befindet, d. h. der Vorderwagen höher angeordnet ist als der Hinterwagen. Im Falle eines Gefälles hat αSteigung einen negativen Wert. Der Steigungswinkel αSteigung wird gemäß Formel 3 vom Scheibenneigungswinkel αScheibe abgezogen. Δα = αScheibe – αSteigung Formel 3
Ebenso kann die an den Tropfen angreifende Windkraft mit berücksichtigt werden. Wenn zur formelmäßigen Berechnung die Tropfenmasse bekannt sein muss, so kann diese über das Volumen des Wassertropfens berechnet werden. Das Volumen kann abgeschätzt werden anhand der Kontaktfläche des Tropfens mit der Glasscheibe und einer geschätzte Höhe des Tropfens auf der Scheibe. Als Tropfenform kann beispielsweise von einer Ellipse ausgegangen werden. Alternativ kann das Tropfenvolumen bzw. die Tropfenmasse auch mittels eines Durchflussmessers abgeschätzt werden.
Der Gleitreibungskoeffizient der Scheibe ist witterungsabhängig und zeitabhängig, da er von der aktuellen Versiegelung der Scheibe und der Verunreinigung der Scheibenoberfläche (z. B. gerade gewaschen, mit Pollenüberzug bedeckt, mit Insektenresten verunreinigt usw.) abhängt.
Die gemessene Beschleunigung der Wassertropfen nach dem Aufprall auf der Windschutzscheibe hängt im Fahrbetrieb auch von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der aktuellen Windrichtung, der Windgeschwindigkeit sowie der Neigung der Scheibe bzw. der Straßensteigung ab. Da der in Schritt 220 berechnete Gleitreibungskoeffizient μ jedoch nicht alle diese Faktoren berücksichtigt, erfolgt eine Verifizierung des Gleitreibungskoeffizienten anhand einer empirisch ermittelten Datenbank für verschiedene Fahrzustände.
Deshalb wird in einem weiteren Verfahrensschritt 230 (2) ein Gleitreibungskoeffizient durch Abgleich mit Daten einer Datenbank bestimmt. Dieser Schritt kann parallel zum Schritt 220 stattfinden oder zeitlich versetzt dazu.
6 zeigt eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Ermittlung des Gleitreibungskoeffizienten mittels der Datenbank. In der Datenbank 400 sind eine Vielzahl von Datensätzen gespeichert, die jeweils ein Δs/Δt-Diagramm für mögliche und sinnvolle Fahrzustandsparameter wiedergeben. Die Diagramme sind empirisch ermittelt durch Aufzeichnung der bei der Bildauswertung bestimmten Werte für Δs und Δt bei bekannten Scheiben- und Fahrzustandsparametern. Die Datensätze sind jeweils für eine definierte Rauigkeit der Scheibe in Form eines definierten Gleitreibungskoeffizienten und eine definierte Tropfenmasse ermittelt. Die Diagramme sind für verschiedene Scheibenabschnitte ermittelt, so dass auch die krümmungsabhängige Fließkurve in den Datensätzen berücksichtigt ist. 6 zeigt nur Datensätze für einen einzigen Scheibenabschnitt, obwohl in der Datenbank 400 Daten zu weiteren Scheibenabschnitten hinterlegt sind.
Die Daten für jeden Scheibenabschnitt sind für definierte Gleitreibungskoeffizienten erstellt. So gelten die Daten in Gruppe 4100 für einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,05 und die Daten in Gruppe 4200 für einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,1. In der Datenbank können mehr als nur die gezeigten zwei Gruppen enthalten sein. Die Gruppen können für andere Werte und/oder Abstufungen des Gleitreibungskoeffizienten erstellt sein. Jede Gruppe 4100 und 4200 enthält eine Vielzahl von Datensätzen, die für verschiedene Fahrzustandsparameter erstellt wurden. Die Datensätze 4110, 4112, 4114, 4210, 4212, 4214 geben Δs/Δt-Diagramme für verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten an. Die Datensätze 4120, 4122, 4124, 4220, 4222 und 4224 geben Δs/Δt-Diagramme für verschiedene Windgeschwindigkeiten und -richtungen an und in den Datensätzen 4130, 4132, 4134, 4230, 4232 und 4234 sind Δs/Δt-Diagramme für verschiedene Steigungswinkel abgespeichert. Weiterhin enthält jede Gruppe noch Datensätze 4140, 4142, 4144 bzw. 4240, 4242 und 4244, die eine Kombinatorik von typischen Fahrzuständen aus Fahrzeug-, und Windgeschwindigkeit und Steigungswinkel wiedergeben.
Obwohl in 6 nur jeweils drei Datensätze bzw. Diagramme pro Diagrammtyp gezeigt sind, können ebenso mehr Datensätze pro Parameter hinterlegt sein, oder es können Diagramme für andere oder weitere Zustandsparameter und Parameterkombinationen hinterlegt sein.
Zur Bestimmung des archivierten Gleitreibungskoeffizienten werden die tatsächlichen Fahrzustandswerte 500 berücksichtigt, also diejenigen Parameter, die am Fahrzeug zum Zeitpunkt der Bilderfassung des Tropfens vorliegen. Diese Fahrzustandswerte werden der Auswertevorrichtung über die Eingangsschnittstelle übermittelt. Bei dem Beispiel gemäß 6 fährt das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 75 km/h, bei einer Windgeschwindigkeit von 30 km/h aus Nord-Ost und einer Steigung von 5°. Mittels eines Algorithmus wird die Datenbank nach übereinstimmenden Datensätzen durchsucht, d. h. nach Datensätzen, bei denen die Zustandsdaten für Fahrzeuggeschwindigkeit, Windgeschwindigkeit und -richtung und Neigungswinkel mit den tatsächlich vorliegenden Zustandsdaten übereinstimmen.
Liegt die gesuchte Kombination von Parametern nicht als Diagramm vor, so werden Datensätze für einzelne der gesuchten Parameter ausgewählt. Die Datensätze 4110 und 4210 geben jeweils ein Δs/Δt-Diagramm für eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 75 km/h an, die Datensätze 4122 und 4222 jeweils ein Δs/Δt-Diagramm für eine Windgeschwindigkeit von 30 km/h aus Nord-Ost und die Datensätze 4130 und 4230 jeweils ein Δs/Δt-Diagramm für einen Steigungswinkel von 5°. Die ausgewählten Diagramme bzw. Datensätze werden innerhalb einer Gruppe zu weiteren Diagrammen bzw. Datensätzen 4150 und 4250 kombiniert. Dies wird mit den Diagrammen des entsprechenden Scheibenabschnitts für alle hinterlegten Gleitreibungskoeffizienten durchgeführt, so dass mehrere weitere Datensätze vorliegen.
Anhand der aus den Bilddaten bekannten Tropfengeschwindigkeit 600 wird dann der Gleitreibungskoeffizient ermittelt, indem ein Suchalgorithmus denjenigen Datensatz bzw. das Diagramm auswählt, bei dem die Tropfengeschwindigkeit mit der aus den Bilddaten bekannten Tropfengeschwindigkeit 600 übereinstimmt und den zugehörigen Gleitreibungskoeffizient ausliest. Am Beispiel von 6 ist dies der Datensatz 4250 aus der Gruppe 4200 und der archivierte Gleitreibungskoeffizient ist 0,1.
Da die Tropfengeschwindigkeit auch von der Tropfenmasse abhängt, kann auch der Parameter Tropfengröße in die Datenbank aufgenommen werden. Ist dies nicht gewünscht, z. B. um die Datenbankgröße zu reduzieren, so wird zunächst angenommen, dass die tatsächliche Tropfengröße mit der den empirischen Daten zugrunde liegenden Tropfengröße übereinstimmt. Wenn mittels Regenmengenmesser die aktuelle Tropfenmasse ermittelt wurde und von der den Daten zugrunde liegenden Tropfenmasse abweicht, so kann der berechnete Wert für den Gleitreibungskoeffizienten über die Formel 1 zur Berechnung nachjustiert werden, indem die Masse m_Echtzeit als Auf- oder Abschlagsfaktor zur Masse m_Archiv eingeht.
Die Schrittweite und der Wertebereich der Fahrzustandsparameter, für die in der Datenbank Diagramme hinterlegt werden, ist grundsätzlich frei wählbar, kann jedoch z. B. durch die verfügbare Datenbankgröße bestimmt werden. Um eine zu große Kombinationsvielfalt zu begrenzen kann die Rauhigkeitsmessung bzw. Überprüfung der Versiegelung auf bestimmte Geschwindigkeiten beschränkt sein, z. B. nur bis zu einer Geschwindigkeit von 50 km/h.
Der berechnete Gleitreibungskoeffizient wird durch Vergleich mit dem aus der Datenbank bestimmten Gleitreibungskoeffizienten verifiziert.
Der Rauhigkeitswert bzw. der Gleitreibungskoeffizient der Scheibe kann nur für ein einzelnes Scheibensegment oder für mehrere Segmente erstellt werden. Die ermittelten Gleitreibungskoeffizienten können ausgewertet werden, um eine Zustandsmeldung der Scheibe zu erzeugen. Die Zustandsmeldung kann auf Scheibensegmente mit erhöhter Rauigkeit hinweisen. Ebenso kann aus den ermittelten Scheibensegmenten eine Zustandsdarstellung 700 der gesamten Scheibe erstellt werden, wie sie in 7 beispielhaft dargestellt ist. Hierzu werden Scheibenabschnitte, die denselben Gleitreibungskoeffizienten aufweisen oder deren Gleitreibungskoeffizienten innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegen, als zusammenhängende Fläche dargestellt, beispielsweise in unterschiedlichen Farben. In 7 weist die Fläche 710 einen ersten Gleitreibungskoeffizienten auf und die Fläche 720 weist einen zweiten Gleitreibungskoeffizienten auf. Die Fläche 730 im oberen Randbereich der Scheibe weist einen dritten Gleitreibungskoeffizienten auf und die Fläche 740 im unteren Randbereich der Scheibe weist einen vierten Gleitreibungskoeffizienten auf. Die Fläche kann jedoch beliebig groß hinterlegt sein, da davon auszugehen ist, dass bei nicht flächigem Versiegelungsauftrag ein über die Fläche 710 unterschiedlicher Gleitreibungskoeffizient resultiert, obwohl die Fläche durch den Scheibenwischer gleich oft gewischt wird. Genauso ist denkbar, dass bei nicht flächig aufliegendem Scheibenwischer ein Teilbereich der Versiegelung der Fläche 710 unterschiedlich stark abgerieben wird. Die Zustandsmeldung 700 kann z. B. in einer Anzeige im Fahrerinformationsdisplay ausgegeben werden. Ebenso ist es möglich, diese Informationen mittels Laser auf die Windschutzscheibe zu projizieren. Beispielsweise können einzelne Segmente der Scheibe, welche eine Rauigkeit oberhalb eines Grenzwertes aufweisen, für den Fahrer mittels Laser optisch hervorgehoben werden.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
20: Windschutzscheibe
22A, 22B, 22C, 22D: Scheibenabschnitte
30, 30A, 30B: Scheibenwischer
31: Steuervorrichtung
32A, 32B: Ausgangsposition
34A, 34B: oberer Wendepunkt
40: Tachometer
50: Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsmessgerät
60: Regensensor
70: Neigungssensor
80: Regenmessgerät
100: Vorrichtung zur Überwachung der Scheibenversiegelung
110: Bilderfassungsvorrichtung
120: Auswertevorrichtung
122: Speichereinheit
124: Eingangsschnittstelle
126: Ausgabeschnittstelle
200, 210, 220, 230: Verfahrensschritte
300, 300A: Tropfen
310, 320: Tropfentrajektorie
400: Datenbank
4100, 4200: Gruppe
4112, 4114, 4122, 4124, 4132, 4134, 4140, 4142, 4144, 4212, 4214, 4222, 4224, 4232, 4234, 4240, 4242, 4244: Datensätze
4110, 4120, 4122, 4222, 4130, 4230: ausgewählte Datensätze
4150, 4250: weitere Datensätze
500: Fahrzustandswerte
600: Tropfengeschwindigkeit
700: Zustandsdarstellung der Scheibe
710, 720, 730, 740: Fläche
FA, FG, FR: Kräfte
Δα, αScheibe: Neigungswinkel
θ1, θ2: Krümmungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19950046 A1 [0003]
DE 102011055343 A1 [0015]

Claims

Verfahren zur Überwachung der Oberflächenrauigkeit einer Scheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe in einem Fahrzeug, bei dem in zumindest einem Scheibenabschnitt (22) die Bewegung mindestens eines Tropfens (300), der über die Scheibe (20) läuft, optisch erfasst wird und entsprechende Bilddaten erzeugt werden, die Bilddaten ausgewertet werden zur Bestimmung von Bewegungsdaten des Tropfens und ein die Oberflächenrauigkeit des Scheibenabschnitts (22) charakterisierender Kennwert unter Verwendung der Bewegungsdaten ermittelt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, bei dem die Bewegungsdaten des Tropfens (300) ein Zeitintervall zwischen zwei Bildaufnahmen des Tropfens und die in dem Zeitintervall vom Tropfen zurückgelegte Strecke beinhalten und der Kennwert für die Oberflächenrauigkeit der Gleitreibungskoeffizient des Scheibenabschnitts (22) ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die optische Erfassung des Tropfens an die Bewegung eines Scheibenwischers (30) gekoppelt ist, so dass die Bilderfassung in einem frisch gewischten Abschnitt der Scheibe (20) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Kennwert in Form des Gleitreibungskoeffizient berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem zur Ermittlung des Kennwerts der Oberflächenrauigkeit einer oder mehrere der folgenden Fahrzustandswerte (600) zum Zeitpunkt der Bilderfassung ermittelt und berücksichtigt werden: ein Neigungswinkel des Fahrzeugs gegenüber der Horizontalen, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die Regenmenge.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Kennwert ermittelt wird durch Abgleich der Bewegungsdaten des Tropfens (300) mit Daten einer Datenbank (400) zur Ermittlung eines Gleitreibungskoeffizienten.
Verfahren nach Patentanspruch 6, bei dem die Datenbank (400) Datensätze enthält, die den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit des Tropfens, Gleitreibungskoeffizient des Scheibenabschnitts und Fahrzustandsparametern eines Fahrzeugs abbilden, insbesondere hinsichtlich eines oder mehreren der Parameter a) Fahrzeuggeschwindigkeit, b) Windgeschwindigkeit, c) Windrichtung, d) Neigung der Windschutzscheibe gegenüber der Horizontalen, und e) Tropfenmasse.
Verfahren nach Patentanspruch 7, bei dem Fahrzustandswerte zum Zeitpunkt der Bilderfassung erfasst werden, Datensätze aus der Datenbank (400) ausgewählt werden, die jeweils mindestens einen der erfassten Fahrzustandswerte (600) wiedergeben, die ausgewählten Datensätzen zu weiteren Datensätzen kombiniert werden, und die weiteren Datensätze verwendet werden, um durch Abgleich mit den ermittelten Bewegungsdaten des Tropfens den Gleitreibungskoeffizienten zu bestimmen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem ein erster Gleitreibungskoeffizient berechnet wird und ein zweiter Gleitreibungskoeffizient durch Abgleich mit der Datenbank (400) ermittelt wird und der erste und zweite Gleitreibungskoeffizient miteinander verglichen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem aufgrund des ermittelten Kennwertes eine Zustandsmeldung (700) erzeugt wird und an eine Schnittstelle (126) übermittelt wird.
Vorrichtung zur Überprüfung der Oberflächenrauigkeit einer Scheibe, welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der voranstehenden Patentansprüche ausgebildet ist, mit: – einer Bilderfassungsvorrichtung (110) zum Erfassen zumindest eines über die Scheibe (20) laufenden Tropfens (300), – einer Auswertevorrichtung (120), an die von der Bilderfassungsvorrichtung (110) erzeugte Bilddaten übertragbar sind, – eine in die Auswertevorrichtung (120) implementierte Bildverarbeitung zur Bestimmung von Bewegungsdaten des Tropfens (300) aus den Bilddaten, wobei – die Auswertevorrichtung (120) eingerichtet ist, um einen Kennwert, der die Oberflächenrauigkeit zumindest eines Scheibenabschnitts (22) charakterisiert, anhand der Bewegungsdaten des Tropfens (300) zu ermitteln.
Vorrichtung nach Patentanspruch 11, bei der: – die Bilderfassungsvorrichtung (110) an eine Scheibenwischersteuerung (31) gekoppelt ist, so dass die Bilderfassung auf die Bewegung und/oder Position des Scheibenwischers (30) abgestimmt werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 11 oder 12, wobei die Auswertevorrichtung eine Speichereinheit (122) aufweist, in der eine Vielzahl von Datensätzen abgelegt sind, die den Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit des Tropfens, Gleitreibungskoeffizient des Scheibenabschnitts (22) und Fahrzustandsparametern eines Fahrzeugs abbilden, insbesondere hinsichtlich eines oder mehreren der Parameter a) Fahrzeuggeschwindigkeit, b) Windgeschwindigkeit, c) Windrichtung, d) Neigung des Scheibenabschnitts gegenüber der Horizontalen, und e) Tropfenmasse.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, weiterhin mit einer Eingangsschnittstelle (124), über die Fahrzustandsdaten an die Auswertevorrichtung (120) übermittelbar sind.
Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 11 bis 14, wobei die Auswertevorrichtung (120) weiterhin eine Schnittstelle (126) aufweist zur Ausgabe einer Zustandsmeldung (700) aufgrund des ermittelten Kennwertes.