EP2588868A1 - Method and apparatus for detecting a vehicle movement - Google Patents

Method and apparatus for detecting a vehicle movement

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Publication number
EP2588868A1
EP2588868A1 EP11725342.7A EP11725342A EP2588868A1 EP 2588868 A1 EP2588868 A1 EP 2588868A1 EP 11725342 A EP11725342 A EP 11725342A EP 2588868 A1 EP2588868 A1 EP 2588868A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
vehicle
sensor
detector
detecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11725342.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karsten Breuer
Bijan Gerami-Manesch
Daniel Hanslik
Guido Hoffmann
Dirk Sandkühler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF CV Systems Hannover GmbH
Original Assignee
Wabco GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wabco GmbH filed Critical Wabco GmbH
Publication of EP2588868A1 publication Critical patent/EP2588868A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for detecting vehicle motion with respect to a ground. More particularly, the present invention relates to an optical method for detecting a motion of a vehicle with respect to a ground and to a corresponding optical motion sensor.
  • speedometers are typically used. These systems are usually based on the principle of measuring the rotational speed of a vehicle wheel. Such speed sensors can be designed purely mechanical, but today usually work without contact with inductive or Hall sensors. Speed sensors may be attached to each wheel, as is common in ABS systems, for example.
  • DE 198 38 885 A1 describes such a method and a device for ensuring the standstill of a vehicle in which a parking brake is activated after a detected standstill or an automatic transmission is switched to the parking position.
  • the determination of the vehicle movement is carried out via speedometer and other sensors, as provided in adaptive cruise control devices.
  • EP 1 606 784 B1 describes a sensor for detecting road conditions in which several sensors in a system are networked and among other things the position of the sensors e.g. be determined by GPS.
  • DE 44 09 241 and DE 44 44 223 A1 systems for optical detection of movements of a vehicle are known in which the substrate is imaged on a trained as a grid photoreceiver array. By determining an optical cross-correlation of the images thus acquired, the direction of movement and speed are determined optically.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a sensor and a method with which a movement or the stoppage of a vehicle can be detected reliably and easily.
  • This object is achieved by a method and a sensor for detecting a vehicle movement with respect to a background according to claim 1 and by a motion sensor according to claim 6.
  • the method comprises emitting at least one beam of light onto the ground, detecting light reflected from the ground, and determining whether the intensity of the reflected light changes within a predetermined time interval within a predetermined variance of the intensity.
  • the light intensity can be measured with sub-calculations, at intervals or continuously over a predetermined time interval. If the vehicle does not move, the change in light intensity of the reflected light remains within the predetermined variance. As the vehicle moves, the change in light intensity of the reflected light is increased and exceeds the predetermined variance.
  • the variance may be predetermined so that the change in light intensity when the vehicle is stationary is within the variance. Due to the high time resolution, a vehicle even if it is very slow, for example below one meter per second or below 0.1 meter per second.
  • the detection of light reflected on the substrate may comprise diffusely reflected light.
  • the susceptibility of the system to be reduced even further, especially when a comparison is made with respect to differently reflected light, or if complementary detections are present, or conditions are otherwise known.
  • the emission of the light beam to the ground may comprise light of one or more wavelengths in the infrared range. However, light in the visible range can also be used.
  • the use of dedicated wavelengths can take into account the external circumstances insofar as known, with several wavelengths in turn being able to reduce the susceptibility to interference.
  • an optical surface sensor which is also designed to detect the intensity of reflected light over time, may be used to determine vehicle motion. There are thus practically no additional costs for the integration.
  • the motion sensor comprises a light source unit for emitting light of at least one wavelength to the ground, at least one detector for detecting light reflected from the ground, and detection means for detecting a change in the intensity of the detected reflected light over time.
  • the motion sensor may also be a surface sensor, which additionally has the detection device for detecting the intensity change of the detected light.
  • the detection device can be integrated in a control device of the surface sensor or be designed as an additional unit. An already existing surface sensor can thus optionally around the Additional function of a motion sensor extended or converted to this.
  • the light source unit may include one or more light sources. At least one of the light sources may be an infrared light source. Light of one wavelength is sufficient for the motion sensor. There may also be a plurality of infrared light sources, in particular three infrared light sources for emitting infrared light of three different wavelengths. Infrared light has the advantage that it can not be perceived by persons.
  • the light source unit and the at least one detector of the motion sensor can be arranged in a housing in close proximity to each other or adjacent to each other. Further, the motion sensor may be configured to be mounted on or retrofitted to a vehicle such that an optical emitter axis of the light source unit is oriented substantially perpendicular to the ground under the vehicle. An optical detector axis of the at least one detector can then also be arranged substantially perpendicular to the substrate, so that the optical emitter axis and the optical detector axis are arranged substantially parallel to one another and / or superimposed on one another. In this way, a light reflected essentially by 180 °, in particular light reflected at an angle of 170 ° to 190 °, is detected.
  • the method or the motion sensor according to the invention make it possible to detect whether the vehicle is moving with respect to the ground or is stationary.
  • An actual standstill of the vehicle can be used, for example, to determine zero positions of sensors of driver assistance systems, in particular of yaw rate sensors for ESC, ACC systems, etc., or to enable recalibration.
  • a brake such as an electropneumatic parking brake, may also be automatically inserted.
  • a warning may be issued to the driver when the vehicle begins to move while, for example, way the engine is not turned on.
  • the standstill sensor can also be combined with Mosverriegelungs- or unlocking mechanisms, so that a door unlocking is possible only during actual vehicle standstill. This can be used in particular for vehicles for passenger transport.
  • the motion sensor may comprise, in addition to the first detector, a second detector and optionally further detectors.
  • Figure 1 is a schematic representation of a motion sensor with a detector
  • Figure 2 is a schematic representation of a motion sensor with two detectors
  • FIG. 3 shows the arrangement of a motion sensor on a vehicle
  • FIG. 4 shows an example of an intensity signal.
  • FIG. 1 shows schematically and by way of example the structure of a sensor for detecting a movement or a standstill of a vehicle.
  • the sensor 2 has a light emitter device 10 and at least one first detector device 20.
  • the light emitter device 10 and the first detector device 20 and optionally further detector devices can be arranged in a common housing 4 of the sensor 2, as shown. Due to the arrangement of the light emitter device 10, the first detector device 20 and optionally further detector devices in a housing 4, the sensor 2 can be constructed very compact and can also be easily retrofitted to a vehicle 60. However, the light emitter device 10 and the first detector device 20 can also be arranged in separate housings and at different locations.
  • the sensor 2 comprises a light emitter device 10 with a light source unit 12, which may comprise one or more light sources.
  • the light source unit 12 is suitable for emitting light of at least one wavelength, preferably in the infrared range.
  • the light source unit 12 may include one or more light emitting diodes (LEDs), laser diodes, any other suitable light source, or a combination thereof.
  • the light emitter device 10 comprises an emitter optic 16, which is arranged such that the light emitted by the light source unit 12 is aligned or focused along an emitted light beam 11 onto a specific area on the ground or the roadway 1 or the roadway surface 1a under the vehicle 60.
  • the optical axis of the emitter optic 16 may define the light emitter axis 10a of the light emitter device 10.
  • the emitter optic 16 may consist of an emitter lens or comprise a plurality of lenses and / or other optical elements.
  • a light source polarizer or a light source polarizing filter 14 may be provided on the light emitting device 10.
  • the light source polarizer 14 serves to polarize the light emitted from the light source unit 12 in a predetermined
  • the sensor 2 further comprises in the first detector device 20 a first detector 22, for example one or more photodiodes, which are designed to detect light of all wavelengths emitted by the light source unit 10.
  • the first detector 22 can also comprise a plurality of photodiodes arranged next to one another and / or one or more optoelectronic units (eg CCD, CMOS).
  • the first detector device 20 further comprises a first collection optics 26 and a first polarization filter 24.
  • the first collection optics 26 may consist of a single first collection lens or comprise a plurality of lenses and / or further optical elements or a combination thereof.
  • the first collecting optics 26 serves to focus light reflected on the road surface 1a onto the first detector 22.
  • the first polarizing filter 24 serves to filter out specularly polarized light reflected in the predetermined direction, so that only diffusely reflected light reaches the first detector 22.
  • the polarization direction of the first polarizing filter 24 is perpendicular to that of the light source polarizer 14 and thus aligned substantially perpendicular to the predetermined polarization direction.
  • a first axis 20a may substantially correspond to the optical axis of the first collection optics 26 and / or the first detector device 20 and may be aligned substantially parallel to the emitter axis 10a, which corresponds substantially to the optical axis of the emitter optics 16 and / or the light emitter device 10 ,
  • the sensor 2 can be designed as a pure motion sensor. However, it can also be provided that the sensor is simultaneously also used as a surface sensor for detecting a condition or type or a state of the road surface 1a.
  • the sensor can be operated at different wavelengths in the infrared range. For example, infrared light of wavelength 1460 nm is absorbed particularly well by water, so that light of this wavelength is only slightly reflected back to the first detector 22 and the second detector 32 in the wet road. On dry roads, this wavelength is normally reflected. Infrared light of the wavelength
  • the 1550 nm is well absorbed by ice.
  • the reference wavelength which is not appreciably absorbed by either ice or water, e.g. 1300 nm, serves as a reference for the evaluation of the absorption of the other two wavelengths. Then the measured intensity ratios at the wavelengths 1550 nm / 1300 nm with the ratio 1460 nm / 1300 nm can be related in a known manner in order to obtain information about water and ice on the road or a dry road.
  • the different wavelengths can be transmitted in parallel, but in particular sequentially offset in time. Thus, only light of one wavelength is added at a time sent a time and detected accordingly. This makes it possible to dispense with a complex spectral analysis or beam splitting.
  • the method or the sensor is also conceivable using other wavelengths, but infrared light offers the advantage here that it can not be perceived by the human eye.
  • the senor can have further detector devices.
  • Such a combined surface and motion sensor 102 with two detectors is shown in FIG.
  • the surface and motion sensor 102 can have at least one second detector device 30, wherein the housing 104 is adapted accordingly and the second detector device is accommodated in the housing 104.
  • the second detector device 30 has a second detector 32 and a second collection optics 36 and serves to focus specularly reflected and diffusely reflected light by means of the collection optics 36 onto the second detector 32.
  • the second detector device 30 may optionally have a second polarization filter 34 whose polarization direction is substantially perpendicular to the first polarization direction of the first polarization filter 24.
  • the described sensor 102 may be operated in the visible light range, for example at a wavelength of approximately 625 nm, to measure specularly reflected light and diffusely reflected light. From the ratio of the diffusely reflected light measured in the first detector 22 to the specularly reflected light additionally measured in the second detector 32, it is possible to deduce the roadway brightness and the road surface roughness and thus determine whether the vehicle is on an asphalt or concrete carriageway, for example located.
  • infrared light can also be used, for example the reference wavelength mentioned above can be used.
  • the functional principle of such surface sensors 102 which compare specularly reflected light and diffusely scattered light with each other or in relation to each other is known in the art.
  • the surface sensor 102 can also be operated in a spectral manner with at least two, in particular three, different wavelengths, for example in the infrared range, as described above with reference to FIG.
  • the sensor 2, 102 also has an evaluation device 50, with which the data detected or determined by the first detector 22 and possibly a second detector 32 are processed.
  • the evaluation device 50 can be arranged outside the housing 4, 104 and, for example, be located at another location in the vehicle 60, as shown in FIG.
  • the evaluation device 50 may be connected to the first detector 22 and the second detector 32 via a cable or a wireless connection.
  • the evaluation device 50 can also be arranged inside the housing 4, 104, as shown by way of example in FIG.
  • the evaluation device may also include a controller for the light source unit 21 or be connected to a controller.
  • the evaluation unit 50 and / or the control can also be arranged on or in the housing 4, 104 or be integrated into it, as illustrated with reference to FIG.
  • the evaluation device 50 is designed, in particular, to detect the light intensity of the diffusely reflected light detected in the first detector 22 and / or of the reflected light detected in the second detector 32 over time and to determine whether the light intensity is greater than in a predefined variance or
  • the evaluation device 50 can also be the evaluation device of a sensor 102 when the sensor 102 is operated as a surface sensor.
  • FIG. 3 shows how the sensor 2 from FIG. 1 or the sensor 102 from FIG. 2 can be arranged on a vehicle 60.
  • the sensor 2, 102 may be arranged at any point on the underside of the vehicle 60. However, it may be advantageous to arrange the motion sensor 2, 102 at a specific location of the vehicle 60.
  • the sensor 2, 102 is arranged on the vehicle 60 so that the emitted light beam 11 or the emitter axis 10a is oriented substantially perpendicular to the road surface 1a, that is, the light beam 11a emitted by the light source unit 10 falls substantially at right angles to the road surface 1a and is reflected at this.
  • the reflected light is substantially reflected by 180 degrees, in particular at an angle, ⁇ of about 170 degrees to 190 degrees, and a first reflected light beam 21 is detected by the first detecting means 20 and a second reflected light beam 31 is detected by the second detecting means 30, if necessary ,
  • the first axis 20b which may correspond to the optical axis of the first collection optics 26 and / or of the entire first detector section 20, is oriented at an angle cc to the emitter axis 10a, the angle ⁇ being at most approximately 10 °
  • the second axis 30b which may correspond to the optical axis of the second collection optics 36 and / or the entire second detector portion 30, may be oriented at an angle ⁇ to the emitter axis 10a, the angle ⁇ also being at most approximately 10 °.
  • the intersection 40 of the emitter axis 10a with the first axis 20b and / or the second axis 30b may lie on the road surface 1a or lie at a distance of up to 50 cm from the road surface 1a.
  • the sensor 2, 102 and in particular the emitter optics 16 and the first collection optics 26, or optionally also the second collection optics 36, can be designed to be arranged at a specific height or a certain height range above the road surface 1a.
  • the sensor 2, 102 may be configured to be located at a height h or a distance of about 10 cm to about 1 m from the roadway surface 1a be, with the distance can be adapted to a particular application.
  • the height h may be in the range of about 10 cm to 40 cm.
  • the height h may be about 30 cm to about 100 cm, in particular in a range of 50 cm to 80 cm.
  • a method for measuring the standstill or a movement of a vehicle 60 includes the emission of light, for example by means of the light emitter unit 12.
  • the emission of the light can be continuous or pulsed.
  • the light emitted and reflected onto the road surface 1a is then detected, for example, by means of the first detector device 20, and the intensity of the detected light is determined.
  • the light incident on the first detector device 20 can be detected continuously or only at times or periods when light of the corresponding wavelength is emitted by the light source unit 12.
  • the light intensity can also be detected if no light is emitted by the light source unit 12, so that light emitted by other light sources or infrared radiation emitted by the road surface 1a can be recognized as background radiation. This background radiation can then optionally be subtracted from the detected values to avoid or reduce measurement errors.
  • the light detected by the first detector device 20 or the measured light intensity is correlated in time with the emitted light and measured over a specific time interval.
  • An example of a light intensity measurement is shown in FIG.
  • the time interval may be a single light pulse of, for example, about 0.04 seconds in length or averaged over a plurality of light pulses.
  • the "noise" of the received measurement signal is interpreted as illustrated by way of example in Figure 4.
  • the standard deviation may be continuous for each of the received wavelengths be determined separately. The number of values used for this calculation can be determined in advance (eg: 40 values every 30 ms). Subsequently, the calculated standard deviations are compared with a predetermined threshold. If all three standard deviations are below this threshold, the vehicle is shut down.
  • the reflection characteristic of the ground does not change.
  • the intensity I of the reflected light that is to say of the light incident on the first detector device 20
  • the intensity fluctuations remain within a fluctuation interval for a stationary vehicle ⁇ 1 determined by the sensor structure.
  • the intensity fluctuation remains within this stationary vehicle fluctuation interval ⁇ 1, the vehicle 60 does not move.
  • An example of a corresponding intensity signal is shown before time t1 in FIG.
  • the detected light intensity I of the first reflected light beam 21 changes due to the different reflection of the emitted light on the road surface 1a and / or the second reflected light beam 31 and has a fluctuation interval for a traveling vehicle ⁇ 2, which is larger than the fluctuation interval for a stationary vehicle ⁇ 1.
  • An example of a corresponding intensity signal is shown after time t1 in FIG. Therefore, a fluctuation interval or a variance or a threshold value can be provided, which makes it possible to distinguish between a vehicle movement 6 and the absolute vehicle standstill. This makes it possible to detect vehicle movements 6 of less than 3 km / h or one m / s.
  • the sensor 2, 102 may have a control device 52.
  • This control device 52 can be included in an interface device evaluation device 50 or can additionally be attached to the sensor so that a commercially available surface sensor can be supplemented and / or converted to a motion sensor 2, 102 according to the present invention.
  • the motion sensor 2, 102 of the present disclosure may also be configured to retrofit to existing vehicles 60. For example, a warning or warning light may indicate when the vehicle 60 is moving.
  • the obtained information as to whether the vehicle 60 is moving or stationary may be used to calibrate a driver assistance system sensor, such as a stability program sensor, particularly with respect to the correct zero position of the yaw rate signal.
  • a driver assistance system sensor such as a stability program sensor
  • the sensor 2, 102 and the information as to whether the vehicle 60 is moving or stationary may also be used to activate an electric or pneumatic parking brake and / or to activate or deactivate a door locking mechanism.
  • it may be provided to allow a door opening in vehicles for passenger transport, such as buses or rail vehicles, only when the vehicle is actually stationary, to avoid accidents.
  • passengers transport such as buses or rail vehicles
  • the skilled person will be familiar with other applications that use the information about the movement or the stoppage of the vehicle.
  • the indicated wavelengths are not limited to exactly these values, but may include a wavelength range containing the indicated discrete wavelengths.

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Abstract

The description relates to a method and a motion sensor for detecting a vehicle movement with respect to a subsurface. The motion sensor comprises a light source unit (12) for emitting light of at least one wavelength onto the subsurface (1), at least one detector (22) for detecting light reflected by the subsurface, and an evaluation device (50) for detecting a change in the intensity of the detected reflected light over time.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer Fahrzeugbewegung  Method and device for detecting a vehicle movement
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung einer Fahrzeugbewegung bezüglich eines Untergrunds. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein optisches Verfahren zum Erfassen einer Bewegung eines Fahrzeugs bezüglich eines Untergrundes und auf einen entsprechenden optischen Bewegungssensor. The present invention relates to a method and apparatus for detecting vehicle motion with respect to a ground. More particularly, the present invention relates to an optical method for detecting a motion of a vehicle with respect to a ground and to a corresponding optical motion sensor.
Um automatisch festzustellen, ob sich ein Fahrzeug gerade bewegt oder ob das Fahrzeug still steht, werden üblicherweise Geschwindigkeitsmesser verwendet. Diese Systeme basieren meist auf dem Prinzip, die Drehgeschwindigkeit eines Fahrzeugrades zu messen. Solche Geschwindigkeitssensoren können rein mechanisch ausgeführt sein, arbeiten heute jedoch meist mit induktiven oder Hall-Sensoren berührungsfrei. Geschwindigkeitssensoren können an jedem Rad angebracht sein, wie dies beispielsweise bei ABS-Systemen gebräuchlich ist. To automatically detect if a vehicle is moving or if the vehicle is stationary, speedometers are typically used. These systems are usually based on the principle of measuring the rotational speed of a vehicle wheel. Such speed sensors can be designed purely mechanical, but today usually work without contact with inductive or Hall sensors. Speed sensors may be attached to each wheel, as is common in ABS systems, for example.
Beispielsweise beschreibt die DE 198 38 885 A1 ein solches Verfahren und eine Vorrichtung zur Sicherstellung des Stillstandes einen Fahrzeugs, bei welchen nach erkanntem Stillstand eine Feststellbremse aktiviert wird oder ein Automatikgetriebe in die Parkposition geschaltet wird. Die Bestimmung der Fahrzeugbewegung erfolgt dabei über Geschwindigkeitsmesser und andere Sensoren, wie sie in Einrichtungen zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung vorgesehen sind. For example, DE 198 38 885 A1 describes such a method and a device for ensuring the standstill of a vehicle in which a parking brake is activated after a detected standstill or an automatic transmission is switched to the parking position. The determination of the vehicle movement is carried out via speedometer and other sensors, as provided in adaptive cruise control devices.
Auch ist es bekannt eine Fahrzeugbewegung über die Veränderung entsprechender GPS-Daten zu bestimmen. Die EP 1 606 784 B1 beschreibt einen Sensor zur Erkennung von Straßenzuständen, wobei mehrere Sensoren in einem System vernetzt und unter anderem die Position der Sensoren z.B. mittels GPS bestimmt werden. It is also known to determine a vehicle movement via the modification of corresponding GPS data. EP 1 606 784 B1 describes a sensor for detecting road conditions in which several sensors in a system are networked and among other things the position of the sensors e.g. be determined by GPS.
Alle diese Systeme haben jedoch den Nachteil, dass sie nur bei höheren Geschwindigkeiten zuverlässig funktionieren, und meist nicht dazu geeignet sind, festzustellen, ob ein Fahrzeug still steht oder sich noch mit geringer Geschwindigkeit, beispielsweise mit Schrittgeschwindigkeit oder langsamer bewegt. However, all these systems have the disadvantage that they only work reliably at higher speeds, and are usually not suitable for determining whether a vehicle is stationary or still moving at low speed, for example at walking speed or slower.
Ferner sind aus der DE 44 09 241 und der DE 44 44 223 A1 Systeme zur optischen Erfassungen von Bewegungen eines Fahrzeugs bekannt, bei welchen der Untergrund auf einem als Gitter ausgebildeten Fotoempfängerarray abgebildet wird. Durch Ermittlung einer optischen Kreuzkorrelation der so erfassten Bilder wird dabei die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit optisch bestimmt. Furthermore, from DE 44 09 241 and DE 44 44 223 A1 systems for optical detection of movements of a vehicle are known in which the substrate is imaged on a trained as a grid photoreceiver array. By determining an optical cross-correlation of the images thus acquired, the direction of movement and speed are determined optically.
Die bekannten Geschwindigkeitssensoren sind jedoch vor allem bei geringen Geschwindigkeiten ungenau, so dass ein langsames Rollen des Fahrzeugs oft nicht vom Stillstand unterschieden werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde einen Sensor und ein Verfahren bereit zu stellen, mit welchem einen Bewegung bzw. der Stillstand eines Fahrzeugs zuverlässiger und einfacher erkannt werden kann. However, the known speed sensors are inaccurate, especially at low speeds, so that a slow rolling of the vehicle often can not be distinguished from the standstill. The present invention is therefore based on the object to provide a sensor and a method with which a movement or the stoppage of a vehicle can be detected reliably and easily.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und einen Sensor zur Erfassung einer Fahrzeugbewegung bezüglich eines Untergrunds gemäß Anspruch 1 und durch einen Bewegungssensor gemäß Anspruch 6. This object is achieved by a method and a sensor for detecting a vehicle movement with respect to a background according to claim 1 and by a motion sensor according to claim 6.
Das Verfahren umfasst das Aussenden zumindest eines Lichtstrahls auf den Untergrund, das Detektieren von an dem Untergrund reflektiertem Licht und das Ermitteln, ob sich die Intensität des reflektierten Lichtes in einem vorbestimmten Zeitintervall innerhalb einer vorbestimmten Varianz der Intensität ändert. Die Lichtintensität kann mit Unterberechungen, in Intervallen oder ununterbrochen über ein vorbestimmtes Zeitintervall gemessen werden. Bewegt sich das Fahrzeug nicht, so bleibt die Änderung der Lichtintensität des reflektierten Lichtes innerhalb der vorbestimmten Varianz. Bewegt sich das Fahrzeug, ist die Änderung der Lichtintensität des reflektierten Lichts erhöht und übersteigt die vorbestimmte Varianz. Die Varianz kann so vorbestimmt werden, dass die Änderung der Lichtintensität bei stehendem Fahrzeug innerhalb der Varianz liegt. Aufgrund der hohen Zeitauflösung ist eine Fahrzeugbewe- gung selbst dann feststellbar, wenn sie sehr langsam ist, beispielsweise unter einem Meter pro Sekunde oder unter 0,1 Meter pro Sekunde. The method comprises emitting at least one beam of light onto the ground, detecting light reflected from the ground, and determining whether the intensity of the reflected light changes within a predetermined time interval within a predetermined variance of the intensity. The light intensity can be measured with sub-calculations, at intervals or continuously over a predetermined time interval. If the vehicle does not move, the change in light intensity of the reflected light remains within the predetermined variance. As the vehicle moves, the change in light intensity of the reflected light is increased and exceeds the predetermined variance. The variance may be predetermined so that the change in light intensity when the vehicle is stationary is within the variance. Due to the high time resolution, a vehicle even if it is very slow, for example below one meter per second or below 0.1 meter per second.
Das Detektieren von an dem Untergrund reflektiertem Licht kann insbesondere diffus reflektiertes Licht umfassen. Hierdurch kann die Störanfälligkeit des Systems noch weiter reduziert werden, insbesondere wenn ein Abgleich erfolgt bezüglich verschieden reflektierten Lichtes, oder wenn ergänzende Erfassungen vorliegen, bzw. Rahmenbedingungen anderweitig bekannt sind. In particular, the detection of light reflected on the substrate may comprise diffusely reflected light. As a result, the susceptibility of the system to be reduced even further, especially when a comparison is made with respect to differently reflected light, or if complementary detections are present, or conditions are otherwise known.
Das Aussenden des Lichtstrahls auf den Untergrund kann Licht einer oder mehrerer Wellenlängen im Infrarotbereich umfassen. Es kann jedoch auch Licht im sichtbaren Bereich verwendet werden. Die Verwendung dezidierter Wellenlängen kann den äußeren Umständen, insoweit bekannt Rechnung tragen, wobei mehrere Wellenlängen wiederum die Störanfälligkeit reduzieren können. The emission of the light beam to the ground may comprise light of one or more wavelengths in the infrared range. However, light in the visible range can also be used. The use of dedicated wavelengths can take into account the external circumstances insofar as known, with several wavelengths in turn being able to reduce the susceptibility to interference.
Vorteilhafterweise kann ein optischer Oberflächensensor, welcher auch dazu ausgelegt ist, die Intensität von reflektiertem Licht über die Zeit zu erfassen, zur Bestimmung der Fahrzeugbewegung verwendet werden. Es entstehen somit für die Integration praktisch keine Zusatzkosten. Advantageously, an optical surface sensor, which is also designed to detect the intensity of reflected light over time, may be used to determine vehicle motion. There are thus practically no additional costs for the integration.
Der erfindungsgemäße Bewegungssensor umfasst eine Lichtquelleneinheit zum Aussenden von Licht von zumindest einer Wellenlänge auf den Untergrund, zumindest einen Detektor, um von dem Untergrund reflektiertes Licht zu detektieren und eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Änderung der Intensität des detek- tierten reflektierten Lichts über die Zeit. The motion sensor according to the invention comprises a light source unit for emitting light of at least one wavelength to the ground, at least one detector for detecting light reflected from the ground, and detection means for detecting a change in the intensity of the detected reflected light over time.
Der Bewegungssensor kann insbesondere auch ein Oberflächensensor sein, welcher zusätzlich die Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Intensitätsänderung des de- tektierten Lichtes verfügt. Die Erfassungseinrichtung kann in einer Steuereinrichtung des Oberflächensensors integriert sein oder als eine zusätzliche Einheit ausgeführt sein. Ein bereits vorhandener Oberflächensensor kann somit gegebenenfalls um die Zusatzfunktion eines Bewegungssensors erweitert oder zu diesem umfunktioniert werden. In particular, the motion sensor may also be a surface sensor, which additionally has the detection device for detecting the intensity change of the detected light. The detection device can be integrated in a control device of the surface sensor or be designed as an additional unit. An already existing surface sensor can thus optionally around the Additional function of a motion sensor extended or converted to this.
Die Lichtquelleneinheit kann eine oder mehrere Lichtquellen umfassen. Zumindest eine der Lichtquellen kann eine Infrarotlichtquelle sein. Licht einer Wellenlänge ist für den Bewegungssensor ausreichend. Es können auch mehrere Infrarotlichtquellen, insbesondere drei Infrarotlichtquellen zur Aussendung von Infrarotlicht dreier unterschiedlicher Wellenlängen sein. Infrarotlicht hat den Vorteil, dass es von Personen nicht wahrgenommen werden kann. The light source unit may include one or more light sources. At least one of the light sources may be an infrared light source. Light of one wavelength is sufficient for the motion sensor. There may also be a plurality of infrared light sources, in particular three infrared light sources for emitting infrared light of three different wavelengths. Infrared light has the advantage that it can not be perceived by persons.
Die Lichtquelleneinheit und der zumindest eine Detektor des Bewegungssensors können in einem Gehäuse in unmittelbarer Nähe zueinander oder benachbart zueinander angeordnet sein. Ferner kann der Bewegungssensor dazu ausgelegt sein, so an einem Fahrzeug angeordnet zu sein oder nachträglich an diesem montiert zu werden, dass eine optische Emitterachse der Lichtquelleneinheit im Wesentlichen senkrecht auf den Untergrund unter dem Fahrzeug ausgerichtet ist. Eine optische Detektorachse des zumindest einen Detektors kann dann ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zu dem Untergrund angeordnet werden, so dass die optische Emitterachse und die optische Detektorachse im Wesentlichen parallel zueinander und/oder einander überlagert angeordnet sind. Damit wird ein im Wesentlichen um 180° reflektiertes Licht, insbesondere in einen Winkel von 170° bis 190° reflektiertes Licht detek- tiert. The light source unit and the at least one detector of the motion sensor can be arranged in a housing in close proximity to each other or adjacent to each other. Further, the motion sensor may be configured to be mounted on or retrofitted to a vehicle such that an optical emitter axis of the light source unit is oriented substantially perpendicular to the ground under the vehicle. An optical detector axis of the at least one detector can then also be arranged substantially perpendicular to the substrate, so that the optical emitter axis and the optical detector axis are arranged substantially parallel to one another and / or superimposed on one another. In this way, a light reflected essentially by 180 °, in particular light reflected at an angle of 170 ° to 190 °, is detected.
Das Verfahren beziehungsweise der erfindungsgemäße Bewegungssensor ermöglichen es, zu erkennen, ob das Fahrzeug sich bezüglich des Untergrunds bewegt oder still steht. Ein tatsächlicher Stillstand des Fahrzeugs kann beispielsweise dazu verwendet werden, Nulllagen von Sensoren von Fahrassistenzsystemen, insbesondere von Gierratensensoren für ESC, ACC- Systeme, etc. zu bestimmen oder eine Nachkalibrierung zu ermöglichen. Wurde ein Fahrzeugstillstand erfasst, kann gegebenenfalls auch automatisch eine Bremse, wie z.B. eine elektropneumatische Parkbremse eingelegt werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden, wenn sich das Fahrzeug zu bewegen beginnt, während beispiels- weise der Motor nicht angeschaltet ist. Ferner kann der Stillstandssensor auch mit Türverriegelungs- beziehungsweise Entriegelungsmechanismen kombiniert werden, so dass eine Türentriegelung nur bei tatsächlichem Fahrzeugstillstand möglich ist. Dies kann insbesondere bei Fahrzeugen zur Personenbeförderung angewendet werden. The method or the motion sensor according to the invention make it possible to detect whether the vehicle is moving with respect to the ground or is stationary. An actual standstill of the vehicle can be used, for example, to determine zero positions of sensors of driver assistance systems, in particular of yaw rate sensors for ESC, ACC systems, etc., or to enable recalibration. If a vehicle standstill has been detected, a brake, such as an electropneumatic parking brake, may also be automatically inserted. Alternatively or additionally, a warning may be issued to the driver when the vehicle begins to move while, for example, way the engine is not turned on. Furthermore, the standstill sensor can also be combined with Türverriegelungs- or unlocking mechanisms, so that a door unlocking is possible only during actual vehicle standstill. This can be used in particular for vehicles for passenger transport.
Der Bewegungssensor kann neben dem ersten Detektor einen zweiten Detektor und gegebenenfalls weitere Detektoren umfassen. The motion sensor may comprise, in addition to the first detector, a second detector and optionally further detectors.
Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Beispiele der Erfindung lediglich beispielhaft und nicht einschränkend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren angegeben, welche zeigen: In the following, further details and examples of the invention are given by way of example only and not by way of limitation with reference to the attached figures, which show:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Bewegungssensors mit einem Detektor; Figur 2 eine schematische Darstellung eines Bewegungssensors mit zwei Detektoren; Figure 1 is a schematic representation of a motion sensor with a detector; Figure 2 is a schematic representation of a motion sensor with two detectors;
Figur 3 die Anordnung eines Bewegungssensors an einem Fahrzeug; und  FIG. 3 shows the arrangement of a motion sensor on a vehicle; and
Figur 4 ein Beispiel einen Intensitätssignals. FIG. 4 shows an example of an intensity signal.
Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft den Aufbau eines Sensors zur Erfassung einer Bewegung beziehungsweise eines Stillstands eines Fahrzeugs. Der Sensor 2 verfügt über eine Lichtemittereinrichtung 10 und zumindest eine erste Detektoreinrichtung 20. Die Lichtemittereinrichtung 10 und die erste Detektoreinrichtung 20 sowie gegebenenfalls weitere Detektoreinrichtungen können, wie dargestellt, in einem gemeinsamen Gehäuse 4 des Sensors 2 angeordnet sein. Durch die Anordnung der Lichtemittereinrichtung 10, der ersten Detektoreinrichtung 20 und gegebenenfalls weiterer Detektoreinrichtungen in einem Gehäuse 4 kann der Sensor 2 sehr kompakt aufgebaut werden kann und auch leicht nachträglich an einem Fahrzeug 60 montiert werden. Die Lichtemittereinrichtung 10 und die erste Detektoreinrichtung 20 können jedoch auch in separaten Gehäusen und an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein. Der Sensor 2 umfasst eine Lichtemittereinrichtung 10 mit einer Lichtquelleneinheit 12, welche eine oder mehrere Lichtquellen umfassen kann. Die Lichtquelleeinheit 12 ist zur Aussendung von Licht von zumindest einer Wellenlänge, vorzugsweise im Infrarotbereich geeignet. Die Lichtquelleneinheit 12 kann eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden eine andere geeignete Lichtquelle oder eine Kombination daraus umfassen. Die Lichtemittereinrichtung 10 umfasst eine Emitteroptik 16, welche so angeordnet ist, dass das von der Lichtquelleneinheit 12 ausgesandte Licht entlang eines emittierten Lichtstrahls 11 auf einen bestimmten Bereich auf dem Untergrund oder der Fahrbahn 1 beziehungsweise der Fahrbahnoberfläche 1a unter dem Fahrzeug 60 ausgerichtet beziehungsweise fokussiert ist. Die optische Achse der Emitteroptik 16 kann die Lichtemitterachse 10a der Lichtemittereinrichtung 10 definieren. Die Emitteroptik 16 kann aus einer Emitterlinse bestehen oder mehrere Linsen und/oder andere optische Elemente umfassen. Optional kann ein Lichtquel- lenpolarisator oder ein Lichtquellenpolarisationsfilter 14 an der Lichtemittereinrichtung 10 vorgesehen sein. Der Lichtquellenpolarisator 14 dient dazu, das von der Lichtquelleneinheit 12 ausgesandte Licht in eine vorbestimmte Richtung zu polarisieren. Figure 1 shows schematically and by way of example the structure of a sensor for detecting a movement or a standstill of a vehicle. The sensor 2 has a light emitter device 10 and at least one first detector device 20. The light emitter device 10 and the first detector device 20 and optionally further detector devices can be arranged in a common housing 4 of the sensor 2, as shown. Due to the arrangement of the light emitter device 10, the first detector device 20 and optionally further detector devices in a housing 4, the sensor 2 can be constructed very compact and can also be easily retrofitted to a vehicle 60. However, the light emitter device 10 and the first detector device 20 can also be arranged in separate housings and at different locations. The sensor 2 comprises a light emitter device 10 with a light source unit 12, which may comprise one or more light sources. The light source unit 12 is suitable for emitting light of at least one wavelength, preferably in the infrared range. The light source unit 12 may include one or more light emitting diodes (LEDs), laser diodes, any other suitable light source, or a combination thereof. The light emitter device 10 comprises an emitter optic 16, which is arranged such that the light emitted by the light source unit 12 is aligned or focused along an emitted light beam 11 onto a specific area on the ground or the roadway 1 or the roadway surface 1a under the vehicle 60. The optical axis of the emitter optic 16 may define the light emitter axis 10a of the light emitter device 10. The emitter optic 16 may consist of an emitter lens or comprise a plurality of lenses and / or other optical elements. Optionally, a light source polarizer or a light source polarizing filter 14 may be provided on the light emitting device 10. The light source polarizer 14 serves to polarize the light emitted from the light source unit 12 in a predetermined direction.
Der Sensor 2 umfasst ferner in der ersten Detektoreinrichtung 20 einen ersten Detektor 22, beispielsweise eine oder mehrere Fotodioden, welche dazu ausgelegt sind, Licht aller von der Lichtquelleneinheit 10 ausgesandten Wellenlängen zu detektieren. Der erste Detektor 22 kann dazu auch mehrere nebeneinander angeordnete Fotodioden und/oder einen oder mehrere optoelektronische Einheiten (z. B. CCD, CMOS) umfassen. Die erste Detektoreinrichtung 20 umfasst ferner eine erste Sammeloptik 26 und einen ersten Polarisationsfilter 24. Die erste Sammeloptik 26 kann aus einer einzelnen ersten Sammellinse bestehen oder mehrere Linsen und oder weitere optische Elemente oder eine Kombination daraus umfassen. Die erste Sammeloptik 26 dient dazu, an der Fahrbahnoberfläche 1a reflektiertes Licht auf den ersten Detektor 22 zu fokussieren. The sensor 2 further comprises in the first detector device 20 a first detector 22, for example one or more photodiodes, which are designed to detect light of all wavelengths emitted by the light source unit 10. For this purpose, the first detector 22 can also comprise a plurality of photodiodes arranged next to one another and / or one or more optoelectronic units (eg CCD, CMOS). The first detector device 20 further comprises a first collection optics 26 and a first polarization filter 24. The first collection optics 26 may consist of a single first collection lens or comprise a plurality of lenses and / or further optical elements or a combination thereof. The first collecting optics 26 serves to focus light reflected on the road surface 1a onto the first detector 22.
Der erste Polarisationsfilter 24 dient dazu, spiegelnd reflektiertes, in der vorbestimmten Richtung polarisiertes Licht auszufiltern, so dass lediglich diffus reflektiertes Licht zu dem ersten Detektor 22 gelangt. Die Polarisierungsrichtung des ersten Polarisationsfilters 24 ist senkrecht zu derjenigen des Lichtquellenpolarisators 14 und damit im Wesentlichen senkrecht zu der vorbestimmten Polarisierungsrichtung ausgerichtet. The first polarizing filter 24 serves to filter out specularly polarized light reflected in the predetermined direction, so that only diffusely reflected light reaches the first detector 22. The polarization direction of the first polarizing filter 24 is perpendicular to that of the light source polarizer 14 and thus aligned substantially perpendicular to the predetermined polarization direction.
Eine erste Achse 20a kann im Wesentlichen der optischen Achse der ersten Sammeloptik 26 und/oder der ersten Detektoreinrichtung 20 entsprechen und im Wesentlichen parallel zu der Emitterachse 10a, welche im Wesentlichen der optischen Achse der Emitteroptik 16 und/oder der Lichtemittereinrichtung 10 entspricht, ausgerichtet sein. A first axis 20a may substantially correspond to the optical axis of the first collection optics 26 and / or the first detector device 20 and may be aligned substantially parallel to the emitter axis 10a, which corresponds substantially to the optical axis of the emitter optics 16 and / or the light emitter device 10 ,
Der Sensor 2 kann als reiner Bewegungssensor ausgeführt sein. Er kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Sensor gleichzeitig auch als Oberflächensensor zur Erfassung einer Beschaffenheit oder Art beziehungsweise eines Zustands der Fahr- bahnoberfläche 1a verwendet wird. Dazu kann der Sensor bei verschiedenen Wellenlängen im Infrarotbereich betrieben werden. Beispielsweise wird Infrarotlicht der Wellenlänge 1460 nm besonders gut von Wasser absorbiert, so dass Licht dieser Wellenlänge bei nasser Fahrbahn nur in geringem Maße zu dem ersten Detektor 22 bzw. dem zweiten Detektor 32 zurückreflektiert wird. Bei trockener Fahrbahn wird diese Wellenlänge dahingegen normal reflektiert. Infrarotlicht der Wellenlänge The sensor 2 can be designed as a pure motion sensor. However, it can also be provided that the sensor is simultaneously also used as a surface sensor for detecting a condition or type or a state of the road surface 1a. For this purpose, the sensor can be operated at different wavelengths in the infrared range. For example, infrared light of wavelength 1460 nm is absorbed particularly well by water, so that light of this wavelength is only slightly reflected back to the first detector 22 and the second detector 32 in the wet road. On dry roads, this wavelength is normally reflected. Infrared light of the wavelength
1550 nm wird dahingegen gut von Eis absorbiert. Durch Vergleich der Reflexion dieser beiden Wellenlängen und Berücksichtigung einer Referenzwellenlänge kann auf Eis oder Wasser auf der Fahrbahn geschlossen werden. Die Referenzwellenlänge, welche weder von Eis noch von Wasser nennenswert absorbiert wird, z.B. 1300 nm, dient als Bezugsgröße zur Bewertung des Absorptionsgrades der beiden anderen Wellenlängen. Dann können die gemessenen Intensitätsverhältnisse bei den Wellenlängen 1550 nm/1300 nm mit dem Verhältnis 1460 nm/1300 nm in bekannter Weise in Relation gesetzt werden, um Informationen über Wasser und Eis auf der Fahrbahn oder eine trockene Fahrbahn zu erlangen. 1550 nm, on the other hand, is well absorbed by ice. By comparing the reflection of these two wavelengths and considering a reference wavelength can be concluded on ice or water on the road. The reference wavelength, which is not appreciably absorbed by either ice or water, e.g. 1300 nm, serves as a reference for the evaluation of the absorption of the other two wavelengths. Then the measured intensity ratios at the wavelengths 1550 nm / 1300 nm with the ratio 1460 nm / 1300 nm can be related in a known manner in order to obtain information about water and ice on the road or a dry road.
Die verschiedenen Wellenlängen können parallel, insbesondere aber sequentiell zeitlich versetzt, ausgesandt werden. Somit wird jeweils nur Licht einer Wellenlänge zu einem Zeitpunkt ausgesandt und dementsprechend detektiert. Dies erlaubt es, auf eine aufwändige spektrale Analyse oder Strahlaufteilung zu verzichten. The different wavelengths can be transmitted in parallel, but in particular sequentially offset in time. Thus, only light of one wavelength is added at a time sent a time and detected accordingly. This makes it possible to dispense with a complex spectral analysis or beam splitting.
Prinzipiell ist das Verfahren bzw. der Sensor auch unter der Verwendung anderer Wellenlängen denkbar, Infrarotlicht bietet hier jedoch den Vorteil, dass es vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann. In principle, the method or the sensor is also conceivable using other wavelengths, but infrared light offers the advantage here that it can not be perceived by the human eye.
Zusätzlich kann der Sensor über weitere Detektoreinrichtungen verfügen. Ein solcher kombinierter Oberflächen- und Bewegungssensor 102 mit zwei Detektoren ist in Figur 2 dargestellt. Zusätzlich zu den mit Bezug auf die Figur 1 beschriebenen Merkmalen des Sensors 2 kann der Oberflächen- und Bewegungssensor 102 über zumindest eine zweite Detektoreinrichtung 30 verfügen, wobei das Gehäuse 104 entsprechend angepasst ist und die zweite Detektoreinrichtung in dem Gehäuse 104 aufgenommen ist. Die zweite Detektoreinrichtung 30 verfügt über einen zweiten Detektor 32 und eine zweite Sammeloptik 36 und dient dazu, spiegelnd reflektiertes und diffus reflektiertes Licht mittels der Sammeloptik 36 auf den zweiten Detektor 32 zu fokussieren. In addition, the sensor can have further detector devices. Such a combined surface and motion sensor 102 with two detectors is shown in FIG. In addition to the features of the sensor 2 described with reference to FIG. 1, the surface and motion sensor 102 can have at least one second detector device 30, wherein the housing 104 is adapted accordingly and the second detector device is accommodated in the housing 104. The second detector device 30 has a second detector 32 and a second collection optics 36 and serves to focus specularly reflected and diffusely reflected light by means of the collection optics 36 onto the second detector 32.
Die zweite Detektoreinrichtung 30 kann optional über einen zweiten Polarisationsfilter 34 verfügen, dessen Polarisierungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Polarisierungsrichtung des ersten Polarisationsfilters 24 ist. The second detector device 30 may optionally have a second polarization filter 34 whose polarization direction is substantially perpendicular to the first polarization direction of the first polarization filter 24.
Der beschriebene Sensor 102 kann im sichtbaren Lichtbereich, beispielsweise bei einer Wellenlänge von ungefähr 625 nm betrieben werden, um spiegelnd reflektiertes Licht und diffus reflektiertes Licht zu messen. Aus dem Verhältnis von dem im ersten Detektor 22 gemessenen diffus reflektierten Licht zu dem im zweiten Detektor 32 zusätzlich gemessenen spiegelnd reflektierten Licht kann auf die Fahrbahnhelligkeit bzw. die Fahrbahnrauhigkeit geschlossen werden und damit bestimmt werden, ob sich das Fahrzeug beispielsweise auf einer Asphalt- oder Betonfahrbahn befindet. Es kann jedoch auch Infrarotlicht verwendet werden, beispielsweise der oben genannten Referenzwellenlänge verwendet werden. Das Funktionsprinzip solcher Oberflächensensoren 102, welche spiegelnd reflektiertes Licht und diffus gestreutes Licht miteinander vergleichen bzw. zueinander in ein Verhältnis setzen ist im Stand der Technik bekannt. Der Oberflächensensor 102 kann zusätzlich auch in spektraler Weise mit zumindest zwei, insbesondere drei voneinander unterschiedlichen Wellenlängen, z.B. im Infrarotbereich betrieben werden, wie oben mit Bezug auf die Figur 1 beschrieben. The described sensor 102 may be operated in the visible light range, for example at a wavelength of approximately 625 nm, to measure specularly reflected light and diffusely reflected light. From the ratio of the diffusely reflected light measured in the first detector 22 to the specularly reflected light additionally measured in the second detector 32, it is possible to deduce the roadway brightness and the road surface roughness and thus determine whether the vehicle is on an asphalt or concrete carriageway, for example located. However, infrared light can also be used, for example the reference wavelength mentioned above can be used. The functional principle of such surface sensors 102, which compare specularly reflected light and diffusely scattered light with each other or in relation to each other is known in the art. In addition, the surface sensor 102 can also be operated in a spectral manner with at least two, in particular three, different wavelengths, for example in the infrared range, as described above with reference to FIG.
Der Sensor 2, 102 verfügt ferner über eine Auswerteinrichtung 50, mit welcher die von dem ersten Detektor 22 und gegebenenfalls einem zweiten Detektor 32 erfass- ten bzw. ermittelten Daten verarbeitet werden. Die Auswerteinrichtung 50 kann außerhalb des Gehäuses 4, 104 angeordnet sein und sich beispielsweise an einer anderen Stelle in dem Fahrzeug 60 befinden, wie in Figur 1 dargestellt. Die Auswerteinrichtung 50 kann mit dem ersten Detektor 22 und dem zweiten Detektor 32 über ein Kabel oder eine drahtlose Verbindung verbunden sein. Alternativ kann die Auswerteinrichtung 50 auch innerhalb des Gehäuses 4, 104, angeordnet sein, wie beispielhaft in der Figur 2 dargestellt. The sensor 2, 102 also has an evaluation device 50, with which the data detected or determined by the first detector 22 and possibly a second detector 32 are processed. The evaluation device 50 can be arranged outside the housing 4, 104 and, for example, be located at another location in the vehicle 60, as shown in FIG. The evaluation device 50 may be connected to the first detector 22 and the second detector 32 via a cable or a wireless connection. Alternatively, the evaluation device 50 can also be arranged inside the housing 4, 104, as shown by way of example in FIG.
Die Auswerteinrichtung kann auch eine Steuerung für die Lichtquelleneinheit 21 umfassen oder mit einer Steuerung verbunden sein. Die Auswerteinheit 50 und/oder die Steuerung können jedoch auch an oder in dem Gehäuse 4, 104 angeordnet sein bzw. in diese integriert sein, wie mit Bezug auf die Figur 2 dargestellt. The evaluation device may also include a controller for the light source unit 21 or be connected to a controller. However, the evaluation unit 50 and / or the control can also be arranged on or in the housing 4, 104 or be integrated into it, as illustrated with reference to FIG.
Die Auswerteinrichtung 50 ist insbesondere dazu ausgelegt, die Lichtintensität des im ersten Detektor 22 erfassten diffus reflektierten Lichtes und/oder des im zweiten Detektor 32 erfassten reflektierten Lichtes über die Zeit zu erfassen und zu bestimmen, ob sich die Lichtintensität mehr als in einer vorgegebenen Varianz oder The evaluation device 50 is designed, in particular, to detect the light intensity of the diffusely reflected light detected in the first detector 22 and / or of the reflected light detected in the second detector 32 over time and to determine whether the light intensity is greater than in a predefined variance or
Schwankungsbreite ändert. Die Auswerteinrichtung 50 kann auch die Auswerteinrichtung eines Sensors 102 sein, wenn der Sensor 102 als Oberflächensensor betrieben wird. Fluctuation range changes. The evaluation device 50 can also be the evaluation device of a sensor 102 when the sensor 102 is operated as a surface sensor.
Die Figur 3 zeigt wie der Sensor 2 aus der Figur 1 beziehungsweise der Sensor 102 aus der Figur 2 an einem Fahrzeug 60 angeordnet sein kann. Zur Erfassung der Fahrzeugbewegung 6 beziehungsweise des Fahrzeugstillstands kann der Sensor 2, 102 an jeder beliebigen Stelle an der Unterseite des Fahrzeugs 60 angeordnet sein. Es kann jedoch vorteilhaft sein, den Bewegungssensor 2, 102 an einer bestimmten Stelle des Fahrzeugs 60 anzuordnen. FIG. 3 shows how the sensor 2 from FIG. 1 or the sensor 102 from FIG. 2 can be arranged on a vehicle 60. To capture the Vehicle movement 6 and the vehicle standstill, the sensor 2, 102 may be arranged at any point on the underside of the vehicle 60. However, it may be advantageous to arrange the motion sensor 2, 102 at a specific location of the vehicle 60.
Der Sensor 2, 102 ist so am Fahrzeug 60 angeordnet, dass der emittierte Lichtstrahl 11 beziehungsweise die Emitterachse 10a im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrbahnoberfläche 1a ausgerichtet ist, das heißt der von der Lichtquelleneinheit 10 emittierte Lichtstrahl 11a fällt im Wesentlichen im rechten Winkel auf die Fahrbahnoberfläche 1a und wird an dieser reflektiert. Das reflektierte Licht wird im Wesentlichen um 180 Grad reflektiert, insbesondere in einem Winkel ,β von ungefähr 170 Grad bis 190 Grad und ein erster reflektierter Lichtstrahl 21 wird von der ersten Detektoreinrichtung 20 und ein zweiter reflektierter Lichtstahl 31 wird gegebenenfalls von der zweiten Detektoreinrichtung 30 detektiert. The sensor 2, 102 is arranged on the vehicle 60 so that the emitted light beam 11 or the emitter axis 10a is oriented substantially perpendicular to the road surface 1a, that is, the light beam 11a emitted by the light source unit 10 falls substantially at right angles to the road surface 1a and is reflected at this. The reflected light is substantially reflected by 180 degrees, in particular at an angle, β of about 170 degrees to 190 degrees, and a first reflected light beam 21 is detected by the first detecting means 20 and a second reflected light beam 31 is detected by the second detecting means 30, if necessary ,
Im in der Figur 2 dargestellten Beispiel ist die erste Achse 20b, welche der optischen Achse der ersten Sammeloptik 26 und/oder des gesamten ersten Detektorabschnitts 20 entsprechen kann, in einem Winkel cc zur Emitterachse 10a ausgerichtet, wobei der Winkel α maximal ungefähr 10° beträgt. Entsprechend kann die zweite Achse 30b, welche der optischen Achse der zweiten Sammeloptik 36 und/oder des gesamten zweiten Detektorabschnitts 30 entsprechen kann, in einem Winkel ß zur Emitterachse 10a ausgerichtet sein, wobei der Winkel ß ebenfalls maximal ungefähr 10° beträgt. Der Schnittpunkt 40 der Emitterachse 10a mit der ersten Achse 20b und/oder der zweiten Achse 30b kann auf der Fahrbahnoberfläche 1a liegen oder in einem Abstand von bis zu 50cm von der Fahrbahnoberfläche 1a liegen. In the example shown in FIG. 2, the first axis 20b, which may correspond to the optical axis of the first collection optics 26 and / or of the entire first detector section 20, is oriented at an angle cc to the emitter axis 10a, the angle α being at most approximately 10 ° , Accordingly, the second axis 30b, which may correspond to the optical axis of the second collection optics 36 and / or the entire second detector portion 30, may be oriented at an angle β to the emitter axis 10a, the angle β also being at most approximately 10 °. The intersection 40 of the emitter axis 10a with the first axis 20b and / or the second axis 30b may lie on the road surface 1a or lie at a distance of up to 50 cm from the road surface 1a.
Der Sensor 2, 102 und insbesondere die Emitteroptik 16 und die erste Sammeloptik 26 beziehungsweise gegebenenfalls auch die zweite Sammeloptik 36 können dazu ausgelegt sein, in einer bestimmten Höhe oder einem bestimmten Höhenbereich ü- ber der Fahrbahnoberfläche 1a angeordnet zu werden. Beispielsweise kann der Sensor 2, 102 dazu ausgelegt sein in einer Höhe h beziehungsweise einem Abstand von ungefähr 10 cm bis ungefähr 1 m von der Fahrbahnoberfläche 1a angeordnet zu werden, wobei der Abstand einen jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden kann. Für die Verwendung des Sensors 2, 102 in einem Personenkraftwagen kann die Höhe h im Bereich von ungefähr 10 cm bis 40 cm liegen. Bei einer Verwendung des Sensors 2, 102 in einem Nutzfahrzeug oder einem Geländefahrzeug kann die Höhe h ungefähr 30 cm bis ungefähr 100 cm betragen, insbesondere in einem Bereich von 50 cm bis 80 cm. The sensor 2, 102 and in particular the emitter optics 16 and the first collection optics 26, or optionally also the second collection optics 36, can be designed to be arranged at a specific height or a certain height range above the road surface 1a. For example, the sensor 2, 102 may be configured to be located at a height h or a distance of about 10 cm to about 1 m from the roadway surface 1a be, with the distance can be adapted to a particular application. For the use of the sensor 2, 102 in a passenger car, the height h may be in the range of about 10 cm to 40 cm. When using the sensor 2, 102 in a commercial vehicle or an off-road vehicle, the height h may be about 30 cm to about 100 cm, in particular in a range of 50 cm to 80 cm.
Ein Verfahren zur Messung des Stillstands beziehungsweise einer Bewegung eines Fahrzeugs 60 umfasst das Aussenden von Licht beispielsweise mittels der Lichtemittereinheit 12. Das Aussenden des Lichts kann kontinuierlich oder gepulst erfolgen. Das auf die Straßenoberfläche 1a ausgesendete und reflektierte Licht wird dann beispielsweise mittels der ersten Detektoreinrichtung 20 erfasst und die Intensität des erfassten Lichtes bestimmt. Das auf die erste Detektoreinrichtung 20 einfallende Licht kann dabei kontinuierlich erfasst werden oder nur zu Zeitpunkten oder Zeitabschnitten wenn Licht der entsprechenden Wellenlänge von der Lichtquelleneinheit 12 ausgesandt wird. Beispielsweise kann auch die Lichtintensität erfasst werden, wenn kein Licht von der Lichtquelleneinheit 12 emittiert wird, so dass von anderen Lichtquellen ausgesandtes Licht beziehungsweise von der Straßenoberfläche 1a emittierte Infrarotstrahlung als Hintergrundstrahlung erkannt werden kann. Diese Hintergrundstrahlung kann dann gegebenenfalls von den erfassten Werten subtrahiert werden, um Messfehler zu vermeiden oder zu verringern. A method for measuring the standstill or a movement of a vehicle 60 includes the emission of light, for example by means of the light emitter unit 12. The emission of the light can be continuous or pulsed. The light emitted and reflected onto the road surface 1a is then detected, for example, by means of the first detector device 20, and the intensity of the detected light is determined. The light incident on the first detector device 20 can be detected continuously or only at times or periods when light of the corresponding wavelength is emitted by the light source unit 12. For example, the light intensity can also be detected if no light is emitted by the light source unit 12, so that light emitted by other light sources or infrared radiation emitted by the road surface 1a can be recognized as background radiation. This background radiation can then optionally be subtracted from the detected values to avoid or reduce measurement errors.
Das von der ersten Detektoreinrichtung 20 erfasste Licht beziehungsweise die gemessene Lichtintensität wird zeitlich zu dem ausgesendeten Licht korreliert und über ein bestimmtes Zeitintervall gemessen. Ein Beispiel einer Lichtintensitätsmessung ist in der Figur 4 dargestellt. Das Zeitintervall kann ein einziger Lichtpuls von beispielsweise ungefähr 0,04 Sekunden länge sein oder über mehrere Lichtpulse gemittelt werden. The light detected by the first detector device 20 or the measured light intensity is correlated in time with the emitted light and measured over a specific time interval. An example of a light intensity measurement is shown in FIG. The time interval may be a single light pulse of, for example, about 0.04 seconds in length or averaged over a plurality of light pulses.
Um nun eine Bewegung des Fahrzeuges zu detektieren wird das„Rauschen" des empfangenen Messsignales interpretiert wie in der Figur 4 beispielhaft illustriert. Dazu kann die Standardabweichung laufend für jede der empfangenen Wellenlängen separat bestimmt werden. Die Anzahl der Werte, die für diese Berechnung herangezogen werden, kann im Vorfeld bestimmt werden (z. B: 40 Werte alle 30 ms). Anschließend werden die berechneten Standardabweichungen mit einem zuvor festgelegten Schwellenwert verglichen. Liegen alle drei Standardabweichungen unterhalb dieses Schwellenwertes, so wird auf Stillstand des Fahrzeuges geschlossen. In order to detect a movement of the vehicle, the "noise" of the received measurement signal is interpreted as illustrated by way of example in Figure 4. For this purpose, the standard deviation may be continuous for each of the received wavelengths be determined separately. The number of values used for this calculation can be determined in advance (eg: 40 values every 30 ms). Subsequently, the calculated standard deviations are compared with a predetermined threshold. If all three standard deviations are below this threshold, the vehicle is shut down.
Steht das Fahrzeug 60 still, ändert sich die Reflektions-Charakteristik des Untergrundes nicht. Damit ändert sich auch die Intensität I des reflektierten Lichts, das heißt des Lichts, welches auf die erste Detektoreinrichtung 20 fällt, nichts und die Intensitätsschwankungen bleiben innerhalb einer durch den Sensoraufbau bestimmten Schwankungsintervalls für ein stehendes Fahrzeug ΔΑ1. Solange die Intensitätsschwankung innerhalb dieses Schwankungsintervalls für ein stehendes Fahrzeug ΔΑ1 verbleibt, bewegt sich das Fahrzeug 60 nicht. Ein Beispiel eines entsprechenden Intensitätssignals ist vor dem Zeitpunkt t1 in der Figur 4 dargestellt. Bewegt sich das Fahrzeug 60 jedoch auch nur langsam, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit im Bereich von ungefähr 0,1 bis 3 km/h, so ändert sich durch die unterschiedliche Reflektion des ausgesendeten Lichts an der Fahrbahnoberfläche 1a die erfasste Lichtintensität I des ersten reflektieren Lichtstrahls 21 und/oder des zweiten reflektierten Lichtstrahls 31 stärker und hat ein Schwankungsintervall für ein fahrendes Fahrzeug ΔΑ2, welche größer als das Schwankungsintervall für ein stehendes Fahrzeug ΔΑ1 ist. Ein Beispiel eines entsprechenden Intensitätssignals ist nach dem Zeitpunkt t1 in der Figur 4 dargestellt. Es kann daher ein Schwankungsintervall beziehungsweise eine Varianz oder ein Schwellenwert vorgesehen werden, welche es erlaubt, zwischen einer Fahrzeugbewegung 6 und dem absoluten Fahrzeugstillstand zu unterscheiden. Damit ist es möglich, Fahrzeugbewegungen 6 von weniger als 3 km/h oder einem m/s zu erfassen. Es ist beispielsweise auch möglich, Fahrzeuggeschwindigkeiten im Bereich von ungefähr 0,1 m/s oder weniger zu erfassen. Zum Erfassen der Fahrzeugbewegung kann der Sensor 2, 102 über eine Steuereinrichtung 52 verfügen. Diese Steuereinrichtung 52 kann in einer Auswerteinrichtung 50 für den Oberflächensensor umfasst sein oder zusätzlich an den Sensor angebracht werden, so dass ein handelsüblicher Oberflächensensor zu einem Bewegungssensor 2, 102 gemäß der vorliegenden Erfindung ergänzt und/oder umgerüstet werden kann. Der Bewegungssensor 2, 102 der vorliegenden Beschreibung kann auch zur Nachrüstung an bestehenden Fahrzeugen 60 ausgelegt sein. Beispielsweise kann ein Warnsignal oder eine Warnlampe anzeigen, wenn sich das Fahrzeug 60 bewegt. If the vehicle 60 is stationary, the reflection characteristic of the ground does not change. As a result, the intensity I of the reflected light, that is to say of the light incident on the first detector device 20, also changes and the intensity fluctuations remain within a fluctuation interval for a stationary vehicle ΔΑ1 determined by the sensor structure. As long as the intensity fluctuation remains within this stationary vehicle fluctuation interval ΔΑ1, the vehicle 60 does not move. An example of a corresponding intensity signal is shown before time t1 in FIG. However, if the vehicle 60 also moves only slowly, for example at a speed in the range of approximately 0.1 to 3 km / h, then the detected light intensity I of the first reflected light beam 21 changes due to the different reflection of the emitted light on the road surface 1a and / or the second reflected light beam 31 and has a fluctuation interval for a traveling vehicle ΔΑ2, which is larger than the fluctuation interval for a stationary vehicle ΔΑ1. An example of a corresponding intensity signal is shown after time t1 in FIG. Therefore, a fluctuation interval or a variance or a threshold value can be provided, which makes it possible to distinguish between a vehicle movement 6 and the absolute vehicle standstill. This makes it possible to detect vehicle movements 6 of less than 3 km / h or one m / s. For example, it is also possible to detect vehicle speeds in the range of about 0.1 m / s or less. For detecting the vehicle movement, the sensor 2, 102 may have a control device 52. This control device 52 can be included in an interface device evaluation device 50 or can additionally be attached to the sensor so that a commercially available surface sensor can be supplemented and / or converted to a motion sensor 2, 102 according to the present invention. The motion sensor 2, 102 of the present disclosure may also be configured to retrofit to existing vehicles 60. For example, a warning or warning light may indicate when the vehicle 60 is moving.
Abgesehen davon kann die erhaltene Information, ob sich das Fahrzeug 60 bewegt oder stillsteht, dazu verwendet werden, einen Fahrassistenzsystemsensor, wie beispielsweise einen Sensor eines Stabilitätsprogramms, insbesondere im Hinblick auf die korrekte Nulllage des Gierratensignals zu kalibrieren. Apart from that, the obtained information as to whether the vehicle 60 is moving or stationary may be used to calibrate a driver assistance system sensor, such as a stability program sensor, particularly with respect to the correct zero position of the yaw rate signal.
Der Sensor 2, 102 und die Information, ob sich das Fahrzeug 60 bewegt oder stillsteht, können auch dazu verwendet werden, eine elektrische oder pneumatische Parkbremse zu aktivieren und/oder um einen Türent- beziehungsweise Verriegelungsmechanismus zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren. Insbesondere kann vorgesehen sein, eine Türöffnung bei Fahrzeugen zum Personentransport, wie Omnibussen oder Schienenfahrzeugen, nur dann zu erlauben, wenn das Fahrzeug tatsächlich still steht, um Unfälle zu vermeiden. Dem Fachmann werden weitere Anwendungen geläufig sein, welche die Information über die Bewegung beziehungsweise den Stillstand des Fahrzeugs verwenden. The sensor 2, 102 and the information as to whether the vehicle 60 is moving or stationary may also be used to activate an electric or pneumatic parking brake and / or to activate or deactivate a door locking mechanism. In particular, it may be provided to allow a door opening in vehicles for passenger transport, such as buses or rail vehicles, only when the vehicle is actually stationary, to avoid accidents. The skilled person will be familiar with other applications that use the information about the movement or the stoppage of the vehicle.
Die vorangehende Beschreibung wurde im Hinblick auf die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Beispiele gegeben. Jedoch wird ein Fachmann das angegebene Beispiel ohne weiteres modifizieren oder kombinieren und beispielsweise um weitere optische Modifikationen, beispielsweise weitere Wellenlängen oder Filter ergänzen um den Sensor entsprechend zu verbessern. Auch wird der Fachmann andere als die angegebenen Wellenlängen in Erwägung ziehen um die Messergebnisse an unterschiedliche Anforderungen anzupassen. The foregoing description has been given with respect to the examples shown in Figs. However, one skilled in the art will readily modify or combine the example given and, for example, supplement other optical modifications, such as additional wavelengths or filters, to enhance the sensor accordingly. Also, the skilled person will consider other than the specified wavelengths to adapt the measurement results to different requirements.
Es versteht sich, dass die angegebenen Wellenlängen nicht auf genau diese Werte eingeschränkt sind, sondern einen Wellenlängenbereich umfassen können, welcher die angegebenen diskreten Wellenlängen enthält. It is understood that the indicated wavelengths are not limited to exactly these values, but may include a wavelength range containing the indicated discrete wavelengths.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Erfassen einer Fahrzeugbewegung bezüglich eines Untergrunds (1), wobei das Verfahren umfasst: A method of detecting vehicle motion with respect to a ground (1), the method comprising:
- Aussenden zumindest eines Lichtstrahls (11) auf den Untergrund (1); - emitting at least one light beam (11) onto the ground (1);
- Detektieren von an dem Untergrund (1) reflektiertem Licht (21); und- detecting light (21) reflected on the ground (1); and
- Ermitteln, ob sich die Lichtintensität des reflektierten Lichts in einem vorbestimmten Zeitintervall innerhalb einer vorbestimmten Varianz ändert. - Determining whether the light intensity of the reflected light changes in a predetermined time interval within a predetermined variance.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Aussenden des Lichtstrahls im Wesentlichen senkrecht zu dem Untergrund erfolgt. 2. The method of claim 1, wherein the emission of the light beam is substantially perpendicular to the ground.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das reflektierte Licht diffus reflektiertes Licht umfasst. A method according to any one of the preceding claims, wherein the reflected light comprises diffusely reflected light.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aussenden des Lichts Licht mehrerer Wellenlängen im Infrarotbereich umfasst. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the emission of the light comprises light of several wavelengths in the infrared range.
5. Verwendung eines optischen Oberflächensensors zur Bestimmung einer Fahrzeugbewegung. 5. Use of an optical surface sensor for determining a vehicle movement.
6. Bewegungssensor (2, 102) zum Erfassen einer Fahrzeugbewegung bezüglich eines Untergrunds (1), wobei der Bewegungssensor (2, 102) umfasst: 6. motion sensor (2, 102) for detecting a vehicle movement with respect to a background (1), wherein the motion sensor (2, 102) comprises:
- eine Lichtquelleneinheit (12) zum Aussenden von Licht von zumindest einer Wellenlänge auf den Untergrund (1),  a light source unit (12) for emitting light of at least one wavelength onto the substrate (1),
- zumindest einen Detektor (22), um von dem Untergrund reflektiertes Licht zu detektieren, und  at least one detector (22) for detecting light reflected from the ground, and
eine Auswerteinrichtung (50) zur Erfassung einer Änderung der Intensität des detektieren reflektierten Lichts über die Zeit. an evaluation device (50) for detecting a change in the intensity of the detected reflected light over time.
7. Bewegungssensor (2, 102) nach Anspruch 6, welcher auch ein Oberflächen- sensor ist. 7. motion sensor (2, 102) according to claim 6, which is also a surface sensor.
8. Bewegungssensor (2, 102) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Lichtquelleneinheit (12) zumindest eine Infrarotlichtquelle, insbesondere mehrere Infrarotlichtquellen umfasst. 8. motion sensor (2, 102) according to claim 6 or 7, wherein the light source unit (12) comprises at least one infrared light source, in particular a plurality of infrared light sources.
9. Bewegungssensor (2, 102) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine optische Detektorachse (20a, 30a) des zumindest einen Detektors (22, 32) und eine optische Emitterachse (10a) der Lichtquelleneinheit (12) im Wesentlichen parallel zu einander und/oder einander überlagert angeordnet sind. 9. motion sensor (2, 102) according to any one of claims 6 to 8, wherein an optical detector axis (20a, 30a) of the at least one detector (22, 32) and an optical emitter axis (10a) of the light source unit (12) substantially parallel to one another and / or superimposed on each other.
10. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, welcher zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgelegt ist. 10. Motion sensor according to one of claims 6 to 9, which is designed for carrying out the method according to one of claims 1 to 8.
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Inventor name: GERAMI-MANESCH, BIJAN

Inventor name: BREUER, KARSTEN

Inventor name: HANSLIK, DANIEL

Inventor name: HOFFMANN, GUIDO

Inventor name: SANDKUEHLER, DIRK