DE10121784B4

DE10121784B4 - Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs und Sensorsystem

Info

Publication number: DE10121784B4
Application number: DE10121784A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Hartlieb Markus
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2021-05-05
Also published as: US20040201462A1; JP2004531726A; JP3800624B2; US7084745B2; DE10121784A1; WO2002091019A1

Abstract

Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Sensorsystems (2), wobei zur Erfassung der Objekte von dem Sensorsystem (2) Wellen in eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung (5) ausgesandt werden, welche teilweise an den Objekten reflektiert werden und danach vom Sensorsystem (1) teilweise wieder empfangen und ausgewertet werden, wobei die Hauptabstrahlrichtung (5) der ausgesandten Wellen vom Sensorsystem (1) so vorgegeben wird, dass die ausgesandten Wellen zuerst an der Fahrbahnoberfläche (3) reflektiert werden und anschließend den zu überwachenden Raumbereich (6) erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel alpha zwischen der Hauptabstrahlrichtung (5) und der Fahrbahnoberfläche (3) in Abhängigkeit der Fahrsituation oder von erkannten Gefahrenzuständen veränderbar und vom Sensorsystem (2) vorgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Sensorsystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Sensoren zur Erfassung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs für verschiedene Anwendungen sind seit einigen Jahren erhältlich und werden zunehmend als Ausstattungsmerkmal in Personenkraftwagen verkauft. So werden beispielsweise Ultraschallsensoren zur Erfassung der nahen Umgebung von Kraftfahrzeugen für die Unterstützung des Fahrers bei einem Parkvorgang eingesetzt. Hierbei wird der Bereich von einigen Zentimetern bis zu wenigen Metern vor und hinter dem Fahrzeug von den Sensoren überwacht. Bei der automatischen Abstandsregelung werden im Entfernungsbereich von mehreren Metern bis über 100 Meter die vorausfahrenden Fahrzeuge mittels eines Radarsensors erfasst und die Fahrzeuggeschwindigkeit wird in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeuge geregelt, wobei in kritischen Fällen zusätzlich eine Warnung des Fahrers erfolgt.
Aus der DE 196 00 059 C2 ist ein Verfahren zur Signalverarbeitung bei einer Kraftfahrzeug-Radaranordnung bekannt, wobei Echosignale ausgewertet werden, welche einem Signalweg mit Umlenkung an der Fahrbahnoberfläche zwischen Radaranordnung und reflektierendem Ziel entsprechen.
In der gattungsbildenden DE 4312595 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Sicherheitssystem beschrieben, welches einen Abstandssensor zur Bestimmung der Entfernung vorausfahrender Fahrzeuge aufweist. Hierbei erfasst der Sensor die Umgebungsobjekte, indem die Hauptabstrahlrichtung des Sensorsystems, wie allgemein üblich, in den zu überwachenden Raumbereich zeigt. Befindet sich ein Objekt im Raumbereich der ausgesandten Wellen, so wird ein Teil der Wellen von dem Objekt reflektiert, und ein Teil der reflektierten Wellen wird anschließend vom Sensorsystem empfangen und ausgewertet.
Unter der Hauptabstrahlrichtung der ausgesandten Wellen, soll die Richtung verstanden werden, welche sich aus der Winkelhalbierenden des Öffnungswinkels der Hauptstrahlungskeule ergibt. Die ausgesandten Wellen entsprechen einer abgestrahlten Energie und die Strahlungskeule ist durch die Energieverteilung der abgestrahlten Energie gegeben, wobei die Keulenbegrenzung eine Fläche gleicher Energiedichte darstellt. Die ausgesandten Wellen können beispielsweise elektromagnetischer oder akustischer Art sein.
Sensorsysteme zur Erfassung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs geben den zu überwachenden Raumbereich oder Zielbereich dadurch vor, dass deren Signale in den Zielbereich ausgesandt und/oder aus dem Zielbereich empfangen werden. Es wird durch die Strahlungskeule der Zielbereich definiert, wobei eine Einschränkung des Zielbereichs mittels einer Signalauswertung erfolgen kann. Um die Funktion des Sensorsystems zu ermöglichen, ist zu gewährleisten, dass eine geeignete Übertragungsstrecke vom Sensorsystem zum überwachten Raumbereich vorhanden ist. Diese Übertragungsstrecke muss für die ausgesandten Signale, auf dem Weg vom Sensor in den überwachten Raumbereich und zurück, durchlässig und möglichst störungsfrei sein. Dies führt dazu, dass die Sensoren direkt an der Außenhaut des Fahrzeugs oder zumindest in der Nähe der Außenhaut angeordnet werden. Beispielsweise dürfen Ultraschallsensoren an Fahrzeugen nicht durch Fahrzeugverkleidungen oder Stoßfänger verdeckt werden. Radarsensoren sind lediglich hinter nicht zu dicken Kunststoffteilen verbergbar, da eine Metallwand wie die Fahrzeugkarosserie die Radarwellen stark reflektiert. Auch eine Kunststoffschicht oder eine Lackschicht zwischen Sender oder Empfänger und einem zu erfassenden Objekt bewirkt eine Reflexion und Absorption elektromagnetischer oder akustischer Wellen. Dies führt zu unerwünschten Einschränkungen beim Einbau von Sensorsystemen in Kraftfahrzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile, welche sich durch den Einbau eines Umgebungssensorsystems in ein Kraftfahrzeug ergeben, zu verringern und ein verbessertes Verfahren zur Umgebungserfassung eines Fahrzeuges anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Sensorsystems durch die in Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.
In einem Fahrzeug ist zur Erfassung von Objekten, welche sich in einem vorgebbaren Raumbereich um das Fahrzeug befinden, ein Sensorsystem angeordnet. Dieses Sensorsystem sendet Wellen in eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung, welche zusammen mit einer Reihe weiterer sensorspezifischer Parameter wie beispielsweise der Sendeleistung des Sensorsystems, dem Öffnungswinkel des Sende- und Empfangsteils, der Art der Wellen und der Empfindlichkeit des Sensorsystems den überwachten Raumbereich vorgibt. Die ausgesandten Wellen werden an einem Objekt teilweise reflektiert und anschließend wird ein Teil der reflektierten Wellen vom Sensorsystem empfangen, wobei der Winkel alpha zwischen der Hauptstrahlrichtung und der Fahrbahnoberfläche in Abhängigkeit der Fahrsituation oder von erkannten Gefahrenzuständen veränderbar und vom Sensorsystem vorgebbar ist. Mittels einer Signalverarbeitung kann aus den empfangenen Wellen auf interessierende Merkmale des Objekts geschlossen werden, wie beispielsweise auf dessen Abstand zum Sensor oder auf dessen Geschwindigkeit relativ zum Sensor. Erfindungsgemäß wird die ursprüngliche Hauptausbreitungsrichtung der ausgesandten Wellen, also die Hauptabstrahlrichtung des Sensorsystems so vorgegeben, dass diese zuerst an der Fahrbahnoberfläche reflektiert werden, dabei ihre Ausbreitungsrichtung ändern und anschließend den zu überwachenden Raumbereich erreichen. Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorsystems ist es, dass sich der Einbau eines Sensorsystems stark vereinfacht, da in der direkten Verbindungslinie zwischen dem Sendeteil des Sensorsystems und dem überwachten Raumbereich keine Signalübermittlung stattfindet, also keine Wellen übertragen werden müssen. Hierdurch ist die Fahrzeugoberfläche vom Sensor weitgehend unabhängig gestaltbar und der Sensor kann in einem Bereich des Fahrzeugs angebracht werden, welcher nicht in der Nähe der Fahrzeugoberfläche ist. Beispiele für Anwendungen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems, zwischen denen gegebenenfalls umgeschaltet werden kann, sind ein Einparkhilfesystem, ein System zum automatischen Einparken, ein Gefahrenerkennungssystem, ein Unfallerkennungssystem, ein Auslösesystem für Rückhaltemittel oder ein automatisches Notbremssystem.
Die vom Sensorsystem ausgesandten Wellen werden nicht nur an der Fahrbahnoberfläche, sondern auch an einer Schnee- oder Eisdecke oder einem Wasserfilm auf der Fahrbahnoberfläche reflektiert. Es besteht hierbei die Möglichkeit mittels einer zusätzlichen Signalverarbeitung eine Aussage über die Fahrbahnbeschaffenheit mit Hilfe der empfangenen Signale zu erhalten, insbesondere ob die Fahrbahn Nässe, Schnee oder Eis aufweist.
Die Entfernung zwischen dem überwachten Bereich und dem Fahrzeug wird maßgeblich durch den Winkel α zwischen der Hauptabstrahlrichtung der Wellen und der Fahrbahnoberfläche beeinflusst. Bei einem kleinen Winkel α ist der überwachte Bereich weiter vom Fahrzeug entfernt, als bei einem großen Winkel α. Bei weit entfernten Erfassungsbereichen, also bei kleinen Winkeln α verringert sich der Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorsystems, insbesondere geht das erfindungsgemäße Sensorsystem bei einem Winkel α = 0 in ein konventionelles Sensorsystem über. Daher ist das Sensorsystem insbesondere für die Erfassung von Objekten im Nahbereich bis zu einigen Metern um ein Fahrzeug vorteilhaft.
Besondere Schwierigkeiten bei der Unterbringung bisheriger Sensorsysteme in einem Kraftfahrzeug ergeben sich bei Sensorsystemen zur Überwachung der Fahrzeugseite, da an der Fahrzeugseite eine weitgehend metallische Oberfläche vorhanden ist und zudem besonders wenig Bauraum zur Verfügung steht. Da der zu überwachende seitliche Bereich vom Fahrzeug ausgehend zumeist nur einige Meter beträgt, kann der Winkel α, wie bei allen Anwendungen des erfindungsgemäßen Sensorsystems im Nahbereich, groß gewählt werden, weshalb die Vorteile des erfindungsgemäßen Sensorsystems hier besonders gut zur Geltung kommen.
Bei dem Sensorsystem wird der Winkel α in Abhängigkeit der Fahrsituation oder von erkannten Gefahrenzuständen verändert, um den Erfassungsbereich des Sensorsystems anzupassen, oder um den Erfassungsbereich einem erkannten Kollisionsobjekt nachzuführen. Dabei ist der überwachte Entfernungsbereich einstellbar, wobei Objekte außerhalb des eingestellten Erfassungsbereiches nicht erfasst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems sendet das Sensorsystem elektromagnetische Wellen aus, insbesondere handelt es sich dabei um ein Radarsystem. Da mit Radarsystemen große Reichweiten und hohe Empfindlichkeiten erreicht werden, kann die Verlustleistung bei der Reflexion an der reflektierenden Oberfläche, welche die Änderung der Ausbreitungsrichtung bewirkt, gut ausgeglichen werden.
Alternativ hierzu, sendet das Sensorsystem zur Erfassung von Objekten Ultraschallwellen aus. Ultraschallsysteme sind als erfindungsgemäße Sensorsysteme geeignet, da das Reflexionsvermögen üblicher Straßenoberflächen für Ultraschall ausreichend gut ist.
Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs anhand der Zeichnung näher beschrieben:
Die einzige Figur zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem 2. Das Fahrzeug befindet sich auf einer Fahrbahnoberfläche 3, welche erfindungsgemäß als reflektierende Oberfläche genutzt wird. Das Sensorsystem 2 ist so ausgeführt, dass der Sendeteil und der Empfangsteil an derselben Stelle im Fahrzeug angeordnet sind, wobei beide im Sensorsystem 2 integriert sind. Weiterhin sind die Öffnungswinkel des Sendeteils und des Empfangsteils gleich groß und die Ausrichtung 5 ist bei beiden dieselbe. Die Ausrichtung 5 des Sensorsystems 2, welche der Hauptabstrahlrichtung entspricht, ist gekennzeichnet durch den Winkel α, unter welchem diese Hauptabstrahlrichtung auf die Fahrbahnoberfläche 3 trifft.
In der einfachen Darstellung werden die Begrenzungen 4 des überwachten Raumbereichs durch einen sich öffnenden Winkel dargestellt, was unter gewissen Voraussetzungen näherungsweise gültig ist. Eine solche Voraussetzung ist beispielsweise, dass bei einem Radarsensor die Fernfeldnäherung erfüllt sein muss. Andererseits darf die Entfernung vom Sender nicht zu groß sein, da das Strahlungsdiagramm näherungsweise keulenförmig verläuft. Im Folgenden soll jedoch stets eine strahlenförmige Begrenzung 4 des überwachten Raumbereichs angenommen werden, da die tatsächliche Form des Strahlungsdiagramms keine prinzipielle Einschränkung darstellt, sondern lediglich bei der praktischen Ausrichtung des Sensorsystems berücksichtigt werden muss. Die strahlenförmige Begrenzung 4 stellt eine Empfindlichkeitsschwelle dar, das heißt, dass auch Objekte erfasst werden, welche sich außerhalb dieses Bereichs befinden, wobei hier die Empfindlichkeit des Sensorsystems stark abnimmt.
Die Ausrichtung 5 des Sende- und Empfangsteils des Sensorsystems 2 ist so gewählt, dass die ausgesandten Wellen an der Straßenoberfläche 3 reflektiert werden, wobei sich die Ausbreitungsrichtung der Wellen ändert. Nach der Richtungsänderung umfasst die Begrenzung 4 der sich ausbreitenden Wellen den zu überwachenden Bereich 6. Das Sensorsystem 2, insbesondere dessen Sende- und Empfangsteil wird so im Fahrzeug 1 angeordnet, dass sich kein potentiell störendes Bauteil des Fahrzeugs 1, wie beispielsweise Stoßfänger, Karosserie, Lackschicht oder Kühlergrill im Ausbreitungsweg der ausgesandten Wellen befindet.
Befindet sich ein Objekt im Überwachungsbereich 6 oder zwischen den Strahlbegrenzungen 4, so wird ein Teil der ankommenden Weilen an diesem Objekt reflektiert und nach einer weiteren Reflexion an der Straßenoberfläche 3 zum Sende-/Empfangsteil des Sensorsystems 2 zurückgestrahlt. Die ankommenden Wellen werden vom Sensorsystem 2 erfasst und ausgewertet. Das Ergebnis ermöglicht eine Aussage über die Umgebung des Fahrzeugs, insbesondere über Abstand und/oder Geschwindigkeit von Umgebungsobjekten.
Alternativ zur der Darstellung des Sensorsystems 3 in der Figur kann das Sensorsystem auch aus räumlich getrenntem Sendeteil, Empfangsteil und Signalverarbeitungsteil bestehen, wobei in diesem Fall das Sendeteil und/oder das Empfangsteil des Sensorsystems 1 erfindungsgemäß angeordnet werden können. Der überwachte Raumbereich 6 wird, wie aus der Darstellung der Figur ersichtlich, unter anderem durch die Öffnungswinkel, die Einbauorte und die Ausrichtung des Sendeteils und des Empfangsteils festgelegt.

Claims

Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs (1) mittels eines Sensorsystems (2), wobei zur Erfassung der Objekte von dem Sensorsystem (2) Wellen in eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung (5) ausgesandt werden, welche teilweise an den Objekten reflektiert werden und danach vom Sensorsystem (1) teilweise wieder empfangen und ausgewertet werden, wobei die Hauptabstrahlrichtung (5) der ausgesandten Wellen vom Sensorsystem (1) so vorgegeben wird, dass die ausgesandten Wellen zuerst an der Fahrbahnoberfläche (3) reflektiert werden und anschließend den zu überwachenden Raumbereich (6) erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel alpha zwischen der Hauptabstrahlrichtung (5) und der Fahrbahnoberfläche (3) in Abhängigkeit der Fahrsituation oder von erkannten Gefahrenzuständen veränderbar und vom Sensorsystem (2) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensorsystems (2) der Nahbereich bis zu einigen Metern um das Fahrzeug (1) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensorsystems (2) der seitliche Bereich eines Fahrzeuges (1) überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensorsystems (2) elektromagnetische Wellen ausgesendet und empfangen werden.
Sensorsystem (2) zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs (1), wobei zur Erfassung der Objekte von dem Sensorsystem (2) Wellen in eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung (5) aussendbar sind, welche teilweise an den Objekten reflektierbar und danach vom Sensorsystem (1) teilweise wieder empfangbar und auswertbar sind, wobei die Hauptabstrahlrichtung (5) der ausgesandten Wellen vom Sensorsystem (2) so vorgebbar ist, dass die ausgesandten Wellen zuerst an der Fahrbahnoberfläche (3) reflektierbar sind und anschließend den zu überwachenden Raumbereich (6) erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel alpha zwischen der Hauptabstrahlrichtung (5) und der Fahrbahnoberfläche (3) in Abhängigkeit der Fahrsituation oder von erkannten Gefahrenzuständen veränderbar und vom Sensorsystem (2) vorgebbar ist.
Sensorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Sensorsystems (2) elektromagnetische Wellen aussendbar und empfangbar sind, insbesondere dass das Sensorsystem (2) ein Radarsystem ist.
Sensorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) ein Ultraschallsystem ist.