DE10137263A1 - Rangierhilfe für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rangierhilfe (1) für Kraftfahrzeuge (23), umfassend mindestens einen Laser-Scanner (5, 6), der im hinteren und/oder vorderen Bereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wobei die Scan-Ebene des Laser-Scanners (5, 6) in einem Winkel DOLLAR I1 zur Fahrbahn (24) ausgerichtet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Rangierhilfe für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Rangierhilfen dienen zur Abstandsbestimmung von Objekten wie anderen Kraftfahrzeugen, Mauern oder Laternen beim Ein- und Ausparken. Aufgrund der zunehmenden aerodynamischen Gestaltung von Kraftfahrzeugen wird es für den Kraftfahrzeugführer immer schwieriger, die Abmessungen seines Kraftfahrzeuges abzuschätzen, so daß diese Rangierhilfen insbesondere beim Rangieren in kleinen Parklücken immer unentbehrlicher werden.
• Die überwiegende Anzahl bekannter Rangierhilfen umfassen einen Ultraschall-Abstandssensor. Ultraschallmessungen können mit recht hoher Genauigkeit Abstände bestimmen, sind jedoch in der Winkelauflösung begrenzt, da auch die Empfindlichkeit seitlich zur Strahlrichtung recht hoch ist und eine Anwendung von stark gebündelten Richtstrahlern durch die Notwendigkeit von vielen Blickrichtungen begrenzt ist. Ebenso wird durch die Verwendung von vielen Ultraschallstrahlern die Reaktionszeit des Systems sehr groß, da die einzelnen Echos durch die Ultraschall-Laufzeit abgewartet werden müssen, bevor neue Messungen durchgeführt werden können.
• Aus der DE 87 17 494 U1 ist eine Einparkhilfe für einen rückwärtigen Totbereich eines Kraftfahrzeuges bekannt, mit einem an der Rückseite des Kraftfahrzeuges angeordneten und ein Prüfsignal abstrahlenden Sender und einem das reflektierte Signal aufnehmenden Empfänger, wobei der vom Sender ausgehende Meßstrahl ein Infrarot- oder Laserstrahl ist, der auf das zu messende Objekt gebündelt auftrifft, der reflektierte Meßstrahl vom Empfänger empfangen und mittels einer Auswerteelektronik in einer am Armaturenbrett des Kraftfahrzeuges befindlichen Anzeigeeinrichtung mit entsprechend zugeordneten LED-Anzeigeketten den genauen Abstand zum gemessenen Objekt an der Rückseite anzeigt und gegebenenfalls bei Unterschreiten eines Minimalabstandes ein Warnsignal abgibt, wobei der Sender vorzugsweise in der Mitte des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
• Aus der DE 41 37 068 A1 ist eine optoelektronische Entfernungsmeßeinrichtung zur Positionserkennung von Objekten in einem Flächen- oder Raumwinkelbereich bekannt, wobei durch zeilenförmig oder flächig angeordnete positionsempfindliche Dioden mit Objektiv mit ebenso zeilenförmig oder flächig angebrachten Sende-LEDs oder Laserdioden mit Objektiv, die jeweils durch die abbildenden Objektive einen Flächen- oder Raumwinkel erfassen, wobei die Entfernungsmessung nach dem Triangulationsprinzip durchgeführt wird und positionsempfindlichen Dioden sowie die LEDs oder Laserdioden mehrfach in einer Zeile oder in einer Fläche direkt nebeneinander angebracht sind. Weiter wird vorgeschlagen, daß die Strahlen bzw. Strahlenbündel nicht direkt in den Überwachungsbereich gerichtet werden, sondern über einen rotierenden Spiegel. Der Spiegel sitzt am vorderen Ende der Welle eines Motors. Der Spiegel ist gegenüber dem Objektiv derartig geneigt, daß die von dem PSD-Array ausgehenden Strahlen bzw. Strahlenbündel nahezu parallel zur Fahrbahn aus dem Fenster eines Schutzgehäuses austreten. Die Strahlen werden durch den rotierenden Spiegel um ca. 90° abgelenkt und überstreichen bei Drehung- bzw. Hin- und Herschwenkens des Motors- einen Winkelbereich von ca. 170° in der Horizontalen. Die Strahlrichtung der fünf Einzelstrahlen beträgt ca. ± 20° von der Horizontalen des Mittelstrahls. Ein in dem Überwachungsbereich befindliches Objekt wird einen Lichtpunkt bzw. Lichtstrahl aussenden, der über den Schwenkspiegel und das Empfangsobjektiv auf das PSD-Empfangs-Array auftrifft. Aus der Auftreffstelle auf dem entsprechenden PSD-Element wird gemäß der bekannten Triangulation-Abstandsmessung der Abstand des Objektes erkannt. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß tiefliegende Objekte nicht zuverlässig genug erkannt werden.
• Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Rangierhilfe zu schaffen, die zuverlässig tiefliegende Objekte sicher erfaßt. Ein weiteres technisches Problem ist der Schutz der Rangierhilfe gegen äußere Einflüsse wie beispielsweise Schmutz oder Vandalismus.
• Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Hierzu wird die Scan-Ebene in einem Winkel ∀ < 45° zur Fahrbahn ausgerichtet.
• Dadurch werden auch tiefliegende Objekte wie beispielsweise sehr hohe Bordsteinkanten frühzeitig erkannt, so daß der Kraftfahrzeugführer frühzeitig mittels bekannter Warn- und Anzeigemittel auf das Objekt aufmerksam gemacht wird.
• Die Ausrichtung der Scan-Ebene kann dabei entweder durch Verkippung des Umlenkspiegels des Laser-Scanners oder aber durch einen verkippten Einbau im Kraftfahrzeug erreicht werden. Ebenso ist eine Kombination der beiden Maßnahmen möglich. Insbesondere die Kombination der beiden Verkippungen, also die Verkippung des Umlenkspiegels und die Verkippung einer Drehvorrichtung des Umlenkspiegels durch den verkippten Einbau der Rangierhilfe gewährleistet einen an die Außenkontur anpaßbaren Scan-Bereich. Ohne Verkippung der Drehvorrichtung überstreicht der Laserstrahl einen Kreisbogen, dessen Radius von der Verkippung des Umlenkspiegels abhängig ist. Durch die Verkippung der Drehvorrichtung wird nun der Kreisbogen in ellipsoid -bzw. parabolförmige Kurven geändert, die je nach Winkelstellung optimal an die Fahrzeugkontur anpaßbar sind. Dabei ist es auch möglich, während eines Abtastvorganges den Winkel des Umlenkspiegels zu verändern, so daß entsprechend verformte Kurvenverläufe erzeugbar sind. Eine Veränderung der Verkippung des Drehpunktes während des Scanvorganges ist prinzipiell zwar auch oder zusätzlich möglich, jedoch technisch sehr viel aufwendiger als die Verkippung des Umlenkspiegels. Der Winkel des Umlenkspiegels ist dabei vorzugsweise kleiner als 45° und der Verkippungswinkel der Drehvorrichtung bzw. des Drehpunktes kleiner 90°, vorzugsweise zwischen 75° und 30°.
• Zur Erfassung eines möglichst großen Bereiches wird der Laser-Scanner an einem erhöhten Einbauort wie beispielsweise dem Kofferraumdeckel bzw. der Motorhaube angeordnet, so daß auch überstehende Objekte zuverlässig erkannt werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Öffnungswinkel auf 120° beschränkt. Dadurch läßt sich die Auflösung in diesem Winkelbereich gegenüber einem 180°-Scan erhöhen. Der Scan-Vorgang kann dabei entweder mittels eines drehrichtungsumkehrbaren Motors oder durch zusätzliche Umlenkeinrichtungen erreichen, mittels derer die 360°-Rotationsbewegung in drei überlappende 120°-Scans umgesetzt wird.
• Aus ästhetischen Gründen wird die Rangierhilfe verfahrbar im Kraftfahrzeug angeordnet. Während der normalen Fahrt oder im abgestellten Zustand ist die Rangierhilfe im Kraftfahrzeug versenkt. Dadurch ist diese optisch nicht sichtbar und gegen äußere Einflüsse und Vandalismus geschützt. Bei Einlegung des Rückwärtsganges bzw. des ersten Ganges wird dann die Rangierhilfe herausgefahren und tastet das rückwärtige bzw. vornliegende Umfeld des Kraftfahrzeuges ab.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Laser-Scanner bereits während der Ausfahrbewegung aktivierbar, so daß dieser aufgrund der unterschiedlichen Höhe und/oder Verkippung eine mehrzeilige dreidimensionale Abtastung des Rangierbereiches vornimmt.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Figur zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer als Laserscanner ausgebildeten Rangierhilfe für das Sendeprinzip,
• Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Laserscanners für das Empfangsprinzip und
• Fig. 3 eine schematische Darstellung der Rangierhilfe im eingebauten Zustand. Die Rangierhilfe 1 umfaßt ein Gehäuse 2, einen Motor 3, eine mit dem Motor 3 verbundene Motorwelle 4 und einen mindestens eine Laserdiode 5 und eine Photodiode 6 umfassenden Laserscanner. Das Gehäuse 2 setzt sich aus einem Fuß 7, einem stabförmigen Mittelbau 8 und einer lichtdurchlässigen, kugelförmigen Abdeckung 9 zusammen. Im Fuß 7 des Gehäuses 2 sind der Motor 3 und der Laserscanner 5, 6 angeordnet. Im stabförmigen Mittelbau 8 ist die Motorwelle 4 angeordnet, über die eine innerhalb der lichtdurchlässigen Abdeckung 9 angeordnete Kugel 10 rotierbar angetrieben werden kann. Zur Kompensation von Unwuchten ist die Kugel 10 über ein Lager 11 auf der der Motorwelle 4 entgegengesetzten Seite gelagert. Die Kugel 10 ist teilweise mit einer konvexen Verspiegelung 12 ausgebildet. In der der Verspiegelung 12 entgegengesetzten Seite der Kugel 10 weist diese eine streifenförmige Ausnehmung auf, in der eine Cassegrainsche Abstrahleinrichtung angeordnet ist. Die Cassegrainsche Abstrahleinrichtung umfaßt einen Sendeparabol 13, einen Reflektor 14 und eine im Scheitelpunkt des Sendeparabols 13 angeordnete Selfoc-Linse 15, die mit einem Lichtwellenleiter 16 optisch gekoppelt ist. Die Laserdiode 5 ist optisch mit einem Lichtwellenleiter 17 gekoppelt, der durch das Gehäuse 2 zur Kugel 10 geführt ist, wo die Lichtimpulse der Laserdiode 5 in den Lichtwellenleiter 16 über eine optische Kopplung 18 eingespeist werden. Das Sendeprinzip besteht nun darin, daß die ortsfeste Laserdiode 5 ihre Impulse in den Lichtwellenleiter 17 einkoppelt. Diese Impulse gelangen zur optischen Kopplung 18, wo die Impulse beispielsweise in den Lichtwellenleiter 17 eingespiegelt werden und über die Selfoc-Linse 15 gebündelt auf Reflektor 14 gestrahlt werden. Die auf den Reflektor 14 auftreffende Strahlung wird auf den Sendeparabol 13 reflektiert und als paralleles, schmales Band 19 nach außen durch die lichtdurchlässige Abdeckung 9 abgestrahlt. Durch die Drehung der Motorwelle 4 wird auch die Kugel 19 und somit die Position des Sendeparabols 13 gedreht, so daß das Band 19 geschwenkt wird. Das definierte schmale Band 19 erhöht zudem die Augensicherheit, da jeweils nur ein Bruchteil des Bandes 19 auf den Augenbereich eines Menschen treffen kann.
• In der Fig. 2 ist das Empfangsprinzip dargestellt, wobei einige nur für das Sendeprinzip wesentlichen Bauteile aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt sind. Im Brennpunkt 20 der konvexen Verspiegelung 12 ist ein Lichtwellenleiter 21 mit einer gegebenenfalls zusätzlichen Einkoppelungsoptik angeordnet. Der Lichtwellenleiter 21 ist durch das Gehäuse 2 bis zur im Fuß 7 angeordneten Photodiode 6 geführt und mit dieser optisch gekoppelt. Die von einem zu erfassenden Objekt kommende Strahlung 22 aufgrund von Reflektionen des Bandes 19 tritt durch die lichtdurchlässige Abdeckung 9 in die Kugel 10 ein. Der dabei auf den schmalen Sendeparabol 13 auftreffende Anteil der Strahlung 22 wird wieder zurückreflektiert und steht damit einer Auswertung nicht zur Verfügung. Der restliche Anteil der Strahlung 22 durchdringt die Kugel 10 und fällt auf die Verspiegelung 12, von wo aus die Strahlung in den Brennpunkt 20 fokussiert und in den Lichtwellenleiter 21 eingekoppelt wird. Die eingekoppelte Strahlung wird über den Lichtwellenleiter 21 zur Photodiode 6 umgelenkt und mittels einer nicht dargestellten Auswerteelektronik ausgewertet.
• Zur Begrenzung des Scan-Winkels gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Zum einen kann der Motor 4 als drehrichtungsumkehrbarer Motor ausgebildet sein, der dann jeweils nach +90° bzw. -90° seine Drehrichtung umkehrt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Rotationsbewegung des Motors 4 durch Umlenkelemente in den gewünschten Scanbereich umzulenken. So kann beispielsweise die 360°-Bewegung in zwei 180° oder in drei 120° Scans umgesetzt werden. Zur Ausrichtung der Scan-Ebene kann entweder der Sendeparabol 13 entsprechend verkippt werden und/oder die Rangierhilfe 1 selbst in einem Winkel β in das Kraftfahrzeug 23 eingebaut werden, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei durchstößt das Band 19 die Fahrbahn 24 unter einem Winkel ∀ < 45°. Wie ersichtlich, ist im dargestellten Beispiel der Sendeparabol bzw. das Umlenkelement des Laserscanners nicht verkippt, so daß α ungefähr 90° ist. Dabei gilt allgemein die Beziehung β + α = 90 + ∀, mit ∀ < 45°, wobei jeweils der Sendeparabol bzw. das Umlenkelement und/oder die Rangierhilfe 1 verkippt sein können, um den Winkel ℼ einzustellen. Die Kombination von Verkippung der Rangierhilfe 1 und des Umlenkelementes erfolgt vorzugsweise mittels eines Laserscanners, der einen Umlenkspiegel und eine Drehvorrichtung aufweist, so daß der Umlenkspiegel und der Drehpunkt der Drehvorrichtung verkippt sind. Diese kombinierte Verkippung erlaubt eine optimale Anpassung des Scanbereiches an die Außenkontur des Kraftfahrzeuges 23. Ohne Verkippung der Drehvorrichtung überstreicht der Laserstrahl einen Kreisbogen, dessen Radius von der Verkippung des Umlenkspiegels abhängig ist. Durch die zusätzliche Verkippung der Drehvorrichtung wird nun der Kreisbogen in ellipsoid -bzw. parabolförmige Kurven geändert, die je nach Winkelstellung optimal an die Fahrzeugkontur anpaßbar sind. Dabei ist es auch möglich, während eines Abtastvorganges den Winkel des Umlenkspiegels zu verändern, so daß entsprechend verformte Kurvenverläufe erzeugbar sind. Eine Veränderung der Verkippung des Drehpunktes während des Scanvorganges ist prinzipiell zwar auch oder zusätzlich möglich, jedoch technisch sehr viel aufwendiger als die variable Verkippung des Umlenkspiegels. Der Winkel α des Umlenkspiegels ist dabei vorzugsweise kleiner als 45° und der Verkippungswinkel β der Drehvorrichtung bzw. des Drehpunktes kleiner 90°, vorzugsweise zwischen 75° und 30°.
• Die Rangierhilfe 1 ist mittels einer nicht dargestellten Stelleinrichtung zwischen einer Ruhe- und einer Arbeitsstellung bewegbar, wobei die Stelleinrichtung vorzugsweise über ein Getriebesteuergerät beaufschlagt wird. Alternativ kann die Stelleinrichtung auch manuell durch den Kraftfahrzeugführer betätigt werden. In der eingefahrenen Ruhestellung schließt die Oberseite der Rangierhilfe 1 mit dem Kraftfahrzeug 23 oder wird durch eine separate Abdeckung geschützt. Legt nun der Kraftfahrzeugführer den Rückwärtsgang ein, so signalisiert das Getriebesteuergerät dies der Stelleinrichtung, die die Rangierhilfe 1 in die Arbeitsstellung ausfährt. Die Signale der Rangierhilfe 1 werden dann einer Auswerteelektronik zugeführt, die dann die Ergebnisse akustisch und/oder optisch dem Kraftfahrzeugführer mitteilt. Die für den rückwärtigen Bereich gemachten Aussagen gelten sinngemäß auch für den vorderen Bereich, wobei anstelle des Rückwärtsganges der erste Gang die Arbeitsstellung auslöst.

Claims (8)

1. Rangierhilfe für Kraftfahrzeuge, umfassend mindestens einen Laser-Scanner, der im hinteren und/oder vorderen Bereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scan-Ebene des Laser-Scanners in einem Winkel ∀ < 45° zur Fahrbahn (24) ausgerichtet ist.

2. Rangierhilfe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rangierhilfe (1) in einer Betriebsstellung unter einem Winkel ∀ zur Fahrbahn (24) ausgerichtet ist.

3. Rangierhilfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser-Scanner einen Umlenkspiegel und eine Drehvorrichtung zur Bewegung des Umlenkspiegels umfaßt, wobei der Umlenkspiegel in einem Winkel α < 45° zur Fahrbahn (24) ausgerichtet ist und die Drehvorrichtung in einem Winkel β < 90° zur Fahrbahn (24) verkippt angeordnet ist.

4. Rangierhilfe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β zwischen 75° und 30° liegt.

5. Rangierhilfe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Scan-Winkel im Bereich von 120° liegt.

6. Rangierhilfe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rangierhilfe (1) versenkbar am Kraftfahrzeug (23) angeordnet ist und in Abhängigkeit eines eingelegten Ganges oder einer manuellen Betätigung ausfahrbar ist.

7. Rangierhilfe für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser-Scanner während der Ausfahrbewegung aktivierbar ist, so daß dieser eine mehrzeilige dreidimensionale Abtastung des Rangierbereiches vornimmt.

8. Rangierhilfe für Kraftfahrzeuge, umfassend mindestens einen Laser-Scanner, der im hinteren und/oder vorderen Bereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rangierhilfe (1) versenkbar am Kraftfahrzeug (23) angeordnet ist und in Abhängigkeit eines eingelegten Ganges oder einer manuellen Betätigung ausfahrbar ist.