DE10158967A1

DE10158967A1 - Verfahren zur optischen Entfernungsmessung in Fahrzeugen

Info

Publication number: DE10158967A1
Application number: DE10158967A
Authority: DE
Inventors: Josef Baerenweiler; Guenter Fendt; Helmut Riedel
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-12
Also published as: AU2002357962A8; WO2003048805A2; WO2003048805A3; DE10295667D2; AU2002357962A1

Abstract

Bevorzugt werden Überwachungssysteme am vorderen Knotenpunkt des Dachhimmels oder direkt an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angebracht, da sich diese Position zur Überwachung sowohl des Fahrgastraumes als auch der Fahrzeugumgebung in Fahrtrichtung optimal eignet. Problematisch ist, dass sich diese Stelle des Fahrzeugs aufgrund der Sonneneinstrahlung sehr stark erwärmen kann, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der dort angebrachten optischen und elektronischen Systeme verringert wird. DOLLAR A Verfahren zur aktiven optischen Entfernungsmessung in einem Fahrzeug mittels einer optischen Sensoranordnung, die aus einem Lichtsender und einem zugehörigen und mit dem Lichtsender synchronisierten Empfänger besteht, wobei der Lichtsender das Blickfeld der Sensoranordnung mit einer variablen Bildwiederholrate überstreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholrate von der Änderung der Inhalte aufeinander folgender Bilder abhängig gemacht wird. DOLLAR A Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Betrieb einer im Bereich der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angebrachten Entfernungsmesseinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Entfernungsmessung in Fahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In Kraftfahrzeugen werden zukünftig verstärkt optische Systeme wie Kameras oder andere Bilderfassungssysteme zur Überwachung des Fahrgastraumes sowie Hinderniswarnsysteme zur Überwachung der Fahrzeugumgebung zum Einsatz kommen. Ebenso werden mehr Komfortsysteme mit optischer Wirkungsweise zur Unterstützung des Fahrzeugführers eingesetzt werden, beispielsweise ein Regensensor zum automatischen Einschalten der Scheibenwischer oder ein Lichtsensor zum automatischen Einschalten der Fahrzeugbeleuchtung.
Bevorzugt werden solche Überwachungssysteme am vorderen Knotenpunkt des Dachhimmels oder direkt an der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angebracht, da sich diese Position zur Überwachung sowohl des Fahrgastraumes als auch der Fahrzeugumgebung in Fahrtrichtung optimal eignet. Problematisch ist jedoch, dass sich diese Stelle des Fahrzeugs aufgrund der Sonneneinstrahlung sehr stark erwärmen kann, wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der dort angebrachten optischen und elektronischen Systeme verringert wird.
Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 465 806 A2 ist eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung von Abständen zu Objekten bekannt. Die Abtastrate und die Anzahl der Abtastimpulse werden von einer programmierten Steuereinheit eingestellt und sind abhängig von den zu messenden Abständen und dem gewünschten Signal-Rausch-Verhältnis.
Bei dieser in der Militärtechnik eingesetzten Anordnung wird aus Tarnungsgründen die Sende-Impulszeit möglichst gering gehalten. Derartige Systeme für sehr große Entfernungen und eine hohe Genauigkeit sind für den Einsatz in Fahrzeugen viel zu teuer und beanspruchen zu viel Bauraum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effektives und kostengünstiges Verfahren zur optischen Entfernungsmessung anzugeben, so dass die Temperaturbelastung der optischen und elektronischen Bauelemente durch die im Betrieb erzeugte Verlustleistung so gering als möglich gehalten wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Das Verfahren nach Anspruch 1 weist die Vorteile auf, dass die durch Verlustleistung erzeugte Wärme ohne zusätzliche technische oder sonstige Einrichtungen und somit kostengünstig auf ein Minimum eingeschränkt wird uns sich die thermische Belastung der im genannten Bereich angeordneten Baugruppen dadurch in Grenzen hält.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Betrieb einer im Bereich der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angebrachten Entfernungsmesseinrichtung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert.
Es zeigen
Fig. 1a eine symbolische Darstellung eines horizontalen Abtastvorgangs einer optischen Sensoranordnung einer vor einem Fahrzeug befindlichen Straße ohne Hindernis,
Fig. 1b ein Diagramm der horizontalen Bildwiederholrate pro Zeiteinheit bei der Situation nach Fig. 1a,
Fig. 2a eine symbolische Darstellung eines horizontalen Abtastvorgangs der optischen Sensoranordnung der vor einem Fahrzeug befindlichen Straße mit Hindernis und
Fig. 2b ein Diagramm der horizontalen Bildwiederholrate pro Zeiteinheit bei der Situation nach Fig. 1b.
Die Fig. 1a zeigt eine symbolische Darstellung eines horizontalen Abtastvorgangs einer optischen Sensoranordnung 1 einer vor einem Fahrzeug 2 befindlichen Fahrbahn 3. Ins Fahrzeug 2, und zwar bevorzugt am Knotenpunkt in der Mitte seines Dachhimmels, ist als Sensoranordnung 1 ein Hinderniswarnsystem eingebaut, das wenigstens eine gerichtete Strahlenkeule 4 in Fahrtrichtung aussendet. Die Strahlenkeule 4 kann dadurch entstehen, dass ein einziger Strahl in vertikaler Richtung oszilliert oder dass mehrere Strahlen gleichzeitig oder sequentiell in vertikaler Richtung ausgesendet werden.
Bei dem Hinderniswarnsystem 1, das aus einem Lichtsender und einem zugehörigen und mit dem Lichtsender synchronisierten Empfänger besteht handelt es sich vorzugsweise um einen aus der WO 99/60629 A1 bekannten PMD-Sensor (Photomischdetektor, photonic mixer device), der zur Messung des Abstands zu einem Hindernis modulierte Lichtwellen aussendet und anhand der Phaseninformation des reflektierten Lichtanteils den Abstand zum Hindernis bestimmt.
Die Sensoranordnung 1 sendet also wenigstens eine Strahlenkeule 4 mit konstanter Leistung aus, mit der gemäß eines Pfeils 5 die Fahrbahn 3 mit einem rechten Fahrbahnrand 6 und einem Mittelstreifen 7 in einem Bogen in horizontaler Richtung abgetastet wird. Beispielsweise wird die Fahrbahn 3 in Fahrtrichtung von rechts nach links abgetastet, beginnend zu einem ersten Zeitpunkt t₁ im Bereich des rechten Fahrbahnrandes 6, und weiter in gerader Richtung zu einem Zeitpunkt t₂, bis zu einem Zeitpunkt t₃ im Bereich des Mittelstreifens 7. Danach wird die Fahrbahn 3 durch die Strahlenkeule 4 entweder in entgegengesetzter Richtung vom Mittelstreifen 7 zum rechten Fahrbahnrand 6 hin abgetastet, oder die Strahlenkeule 4 wird in kurzer Zeit an den rechten Fahrbahnrand 6 verschwenkt und in dieser Zeit ausgetastet, so dass die Fahrbahn 3 immer in gleicher Richtung, hier von rechts nach links, abgetastet wird.
Da kein Hindernis und somit nur wenige oder keine Veränderungen im Verlauf der Fahrbahn 3 zu erkennen sind, wird erfindungsgemäß von der Sensoranordnung 1, ausgehend von einer mittleren Bildwiederholrate, eine niedrigere horizontale Bildwiederholrate gewählt, d. h. die Abtastgeschwindigkeit wird verringert, so dass nur wenige Abtastvorgänge pro Zeiteinheit durchgeführt werden, wie dies im Diagramm der Fig. 1b dargestellt ist. Die dadurch weniger erzeugte Verlustleistung verhindert eine zu hohe Erwärmung der optischen und elektronischen Bauteile und Systeme, die vorzugsweise in einer Baueinheit zusammen gefasst und an der genannten Stelle des Fahrzeugs 2 angeordnete sind.
Je weniger Änderungen der Bildinhalte von der Sensoranordnung 1 registriert werden, desto geringer kann auch die horizontale Bildwiederholrate, d. h. die Anzahl der Abtastvorgänge pro Zeiteinheit sein, ohne dass durch die geringere Bildwiederholrate infolge weniger oder keiner relevanter Veränderungen ein Informationsverlust in Kauf genommen werden muss. Die Bildwiederholrate kann zur Einsparung von Verlustleistung und dadurch zur Temperaturabsenkung noch weiter bis zur einer minimalen Bildwiederholrate verringert werden, dass, ähnlich wie bei einem Stand-by-Betrieb, nur noch wenige Abtastvorgänge pro Zeiteinheit ausgeführt werden, wie dies in Fig. 1b ab dem Zeitpunkt t₃ geschieht.
Ein anderer Anlass, aufgrund dessen eine geringere horizontale Bildwiederholrate analog zu Fig. 1b eingestellt wird, kann sein, dass beispielsweise mittels Geschwindigkeitssensor oder Raddrehzahlsensor keine oder nur eine geringe Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 gemessen wird. Ergibt die Prüfung der Plausibilität, dass sich das Fahrzeug 2 wegen eines Staus, einer roten Ampel oder einer beliebigen Verkehrsstörung momentan nicht bewegt, so wird trotz eines sich ändernden Bildinhalts die Bildwiederholrate abgesenkt, und erst wieder erhöht, wenn eine zunehmende Geschwindigkeit gemessen wird.
In Fig. 2a ist wiederum das Fahrzeug 2 dargestellt, das mittels seiner Sensoranordnung 1 und wenigstens einer Strahlenkeule 4 die Fahrbahn 3 abtastet. Zu einem Zeitpunkt t₄ tastet die Strahlenkeule 4 beispielsweise den rechten Fahrbahnrand 6 ab, ohne dabei ein Hindernis oder eine Änderung des Verlaufs der Fahrbahn 3 zu registrieren. Die Strahlenkeule 4 wird danach weiter in Richtung des Pfeils 5 zur Mitte der Fahrbahn 3 hin verschwenkt, wo sie zu einem Zeitpunkt t₅ auf ein Hindernis 8 trifft.
Ab diesem Ereignis, einer Änderung des Bildinhalts zum Zeitpunkt t₅, wird die horizontale Bildwiederholrate sehr schnell erhöht, d. h. die Abtastwinkelgeschwindigkeit wird erhöht, so dass sehr viel mehr Abtastvorgänge pro Zeiteinheit durchgeführt werden, wie dies auch im Diagramm der Fig. 2b dargestellt ist. Dies geschieht zum einen, um die Art des Hindernisses 8 genau feststellen zu können, und zum anderen, um die sich laufend verringernde Entfernung zum Hindernis 8 zu messen und notwendige Maßnahmen, wie beispielsweise die Warnung des Fahrers, einzuleiten.
Zu einem Zeitpunkt t₆, wenn die Strahlenkeule 4 weiter in Richtung des Mittelstreifens 7 verschwenkt ist, wird ein weiteres Hindernis 9 registriert, weshalb die hohe Bildwiederholrate beibehalten wird. Bei den Hindernissen 8 und 9 kann es sich beispielsweise um Begrenzungspfosten in einer Kurve der Fahrbahn 3 handeln, um ein liegen gebliebenes Fahrzeug oder um ein sonstiges Hindernis, von dem die Gefahr eines Auffahrunfalls ausgehen könnte.
Gemäß der Fig. 2b wird, solange Hindernisse 8, 9 erkannt werden, die maximale Bildwiederholrate beibehalten, so dass der in Fahrtrichtung liegende Bereich der Fahrbahn 3 mit der maximal möglichen Anzahl von Abtastvorgängen pro Zeiteinheit überwacht wird. Zur Prüfung der Plausibilität, ob es sich bei den Hindernissen 8, 9 tatsächlich beispielsweise um Begrenzungspfosten handelt, werden vorteilhaft entsprechende Informationen von einem Lenkwinkelsensor, einem Drehratensensor oder einem sonstigen geeigneten Sensor herangezogen und mit dem Ergebnis der Sensoranordnung 1 verglichen.
Sobald nach einer sinnvoll festzulegender Anzahl von Abtastvorgängen kein Hindernis 8, 9 mehr auf der Fahrbahn 3 erkannt wird, verringert sich zur Vermeidung von Verlustwärme die Bildwiederholrate der Sensoranordnung 1, gegebenenfalls bis zur minimalen Bildwiederholrate, wenn zwischenzeitlich kein Hindernis 8, 9 mehr auftaucht.
Ein anderes Ereignis, aufgrund dessen die horizontale Bildwiederholrate analog zu Fig. 2b sehr schnell erhöht wird, kann ein entsprechendes Signal vom Lenkwinkel-, Drehraten- oder von einem Fahrwerkssensor sein, das auf eine sich anbahnende Gefahrensituation hinweist. Ergibt die Prüfung der Plausibilität, dass ein Aufprall wahrscheinlich ist, können Insassenschutzsysteme in Bereitschaft versetzt bzw. deren Auslöseschwellen entsprechend eingestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur aktiven optischen Entfernungsmessung in einem Fahrzeug (2) mittels einer optischen Sensoranordnung (1), die aus einem Lichtsender und einem zugehörigen und mit dem Lichtsender synchronisierten Empfänger besteht, wobei der Lichtsender das Blickfeld der Sensoranordnung (1) mit einer variablen Bildwiederholrate überstreicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholrate von der Änderung der Inhalte aufeinander folgender Bilder abhängig gemacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholrate bis zu einem minimalen Wert verringert wird, wenn die Inhalte aufeinander folgender Bilder keine Änderungen enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholrate bis zu einem maximalen Wert erhöht wird, wenn die Inhalte aufeinander folgender Bilder Änderungen, unerwartete Informationswerte oder beides enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholrate auch von einem Signal eines Sensors des Fahrzeugs (2) abhängig gemacht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholrate bis zu einem minimalen Wert verringert wird, wenn keine oder nur eine geringe Geschwindigkeit des Fahrzeugs (2) gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwiederholrate erhöht wird, wenn eine zunehmende Geschwindigkeit des Fahrzeugs (2) gemessen wird.