DE102004048279A1

DE102004048279A1 - Kollisionswarnsystem und Verfahren zur Kollisionswarnung

Info

Publication number: DE102004048279A1
Application number: DE102004048279A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Westphal
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2004-10-05
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2006-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kollisionswarnsystem und ein Verfahren zur Kollisionswarnung, bei denen ein Fahrzeug und ein gefährdetes Objekt über Sender und Empfänger verfügen, die Informationen über die relativen Bewegungszustände austauschen und Warnfunktionen auslösen. DOLLAR A Die Erfindung besteht darin, daß zwei Module eingesetzt werden, ein Modul 1 (1) in einem Fahrzeug (3), bestehend aus einer rechts in der Vorderfront eingebauten ersten Empfängereinheit (4) mit einem ersten winkelauflösenden Detektor (5), einer links in der Vorderfront eingebauten zweiten Empfängereinheit (6) mit einem zweiten winkelauflösenden Detektor (7), wobei die Empfängereinheiten (4, 6) einen Basisabstand A voneinander haben und deren Richtcharakteristika einem Fahrbahnverlauf (8) in einer vorgegebenen Hauptverkehrsrichtung (9) folgen, einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (11), die mit einer Energieversorgung (12) sowie mit den Empfängereinheiten (4, 6) verbunden ist, sowie ein Modul 2 (2) an einem gefährdeten Objekt (20), bestehend aus einer Quelle (21), die Strahlung abgibt, deren Richtcharakteristik entgegen dem Fahrbahnverlauf (8) bei der vorgegebenen Hauptverkehrsrichtung (9) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kollisionswarnsystem und ein Verfahren zur Kollisionswarnung bei denen ein Fahrzeug und ein gefährdetes Objekt über Sender und Empfänger verfügen, mit deren Hilfe die relativen Bewegungszustände ermittelt und Warnfunktionen ausgelöst werden.
Im deutschen Straßenverkehr betrug laut Statistischem Bundesamt Deutschland im Jahr 2003 die Anzahl der Verletzten 462052. Dabei ist die Anzahl der Verletzten in Personenkraftwagen seit Jahren leicht rückläufig, was auf verbesserte Technik für den Insassenschutz, wie z.B. Airbag und Seitenaufprallschutz, zurückzuführen ist. Anders sieht die Situation bei Zweiradfahrern aus. Hier betrug allein bei den Radfahrern 2003 die Anzahl der Verletzten 75615 gegenüber 70163 im Jahr 2002. Statt einer Abnahme ist eine signifikante Zunahme zu verzeichnen. Bei Motorradfahrern sieht es ähnlich aus. Es ist davon auszugehen, daß die meisten Unfälle von Zweiradfahrern, vor allem die schweren Unfälle, durch Kollisionen mit Pkw zustande kommen. Als Hauptunfallursachen (für alle Arten von Verkehrsunfällen) werden vom Statistischen Bundesamt angebeben: 1. Nicht angepaßte Geschwindigkeit, 2. Nichtbeachten der Vorfahrt, 3. Ungenügender Abstand. In allen drei Fällen handelt es sich um Fehleinschätzungen des jeweiligen Fahrzeugführers, da Vorsatz in der Regel ausgeschlossen werden kann. Demzufolge sind die Fahrzeugführer häufig mit der Einschätzung von Gefahrensituationen überfordert. Mit anderen Worten, die Fahrzeugführer unterschätzen regelmäßig die Kollisionswahrscheinlichkeit und überschätzen ihr Reaktionsvermögen. Das subjektive Sicherheitsgefühl von Pkw- oder Lkw-Fahrern durch erhöhten Insassenschutz könnte hierzu noch beitragen. Leidtragende von diesem Trend sind vor allem Zweiradfahrer und Fußgänger. Aber auch die nach wie vor sehr hohe Anzahl von Verletzten in Pkw (273822 im Jahr 2003) läßt sich offensichtlich durch schadensmindernde Maßnahmen, wie Airbags und Seitenaufprallschutz, nicht mehr nennenswert verringern.
Der Mensch ist nur unzureichend in der Lage einen Zusammenstoß zweier Verkehrsteilnehmer vorherzusagen. Die Zuverlässigkeit hängt dabei von vielen Faktoren ab: Erfahrung, Aufmerksamkeit, Sichtverhältnisse, etc. Ein technisch basiertes Verfahren könnte die Zuverlässigkeit der Vorhersage erheblich erhöhen und somit die Unfallzahlen dramatisch senken.

Die DE 100 41 714 A1 Schrift offenbart eine Vorrichtung, die aus mehreren Sende- und Empfangseinrichtungen zur Erkennung von Objekten besteht, mit dem Ziel der Kollisionsvermeidung. Zur Informationsübertragung zwischen den Objekten werden Funksignale (Ortungssignal, Kennungssignal) vorgeschlagen. Die Objekterkennung soll primär durch die Funksignal erfolgen. Als zusätzliche (optionale) Objekterkennungssensoren werden IR- oder Temperatursensoren vorgeschlagen. Diese Sensoren sind jedoch nicht zur Übertragung von Signalen vorgesehen, sondern sollen beispielsweise Lebewesen aufgrund ihrer Körpertemperatur identifizieren.

Nachteilig an der hier beschriebenen Vorrichtung ist die Signalübertragung per Funk, da eine präzise Lokalisierung von Objekten aufgrund von Funksignalen aufwendig und störanfällig ist. Zur Störanfälligkeit können insbesondere die Kfz-Elektronik, Mobilfunkgeräte (Handys) und andere Datenübertragungssysteme (Bluetooth) beitragen. Auf der anderen Seite besteht hier auch die Gefahr, daß die Kfz-Elektronik durch die Funksignale der beschriebenen Vorrichtung gestört wird.

Die DE 197 56 706 A1 offenbart eine Vorrichtung, bei der von einem Fahrzeug aus digital kodierte Lichtsignale ausgesendet werden, die dann von einem passiven Reflektor, der beispielsweise an einer gefährdeten Person befestigt ist, reflektiert werden. Es wird vorgeschlagen anhand der reflektierten Strahlung über Laufzeitmessungen die Entfernung zu der gefährdeten Person zu bestimmen.

Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, daß zwar die Entfernung zu einer gefährdeten Person bestimmt wird, nicht jedoch die genaue Position relativ zum Fahrzeug. Daher ist es unmöglich, präzise vorherzusagen, ob eine Kollision bevorsteht oder nicht.

Es ist bekannt, konventionelle Bilderfassungssysteme, d.h. die Beobachtung der Kfz-Umgebung mit einer Kamera unter Einbeziehung von Objekterkennungsalgorithmen zur Identifizierung von Gegenständen einzusetzen.

Das Problem von derartiger Bilderfassungssysteme liegt darin, daß die eindeutige Identifizierung und Klassifizierung von Verkehrsteilnehmern aufwendig und fehleranfällig ist. Bei Dunkelheit sind Bilderkennungssysteme in der Regel auf IR-Kameras und IR-Scheinwerfer angewiesen, die zur Blendung anderer IR-Kameras führen kann. Auch wenn ein Objekt beispielsweise als Radfahrer erkannt wurde, ist eine Kollisionsvermeidung noch nicht gewährleistet, da hierzu auch dessen Entfernung und Bewegungszustand ermittelt werden muß. Da Bilderkennungssysteme auf reflektiertes Licht bzw. Wärmestrahlung angewiesen sind, besteht grundsätzlich die Gefahr, daß die Belichtungszeiten für ein hinreichend schnelles Kollisionswarnsystem zu lang werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorwiegend für den Straßenverkehr vorgesehenes Kollisionswarnsystem zu schaffen, das Zusammenstösse zwischen Verkehrteilnehmern aller Art vermeidet. Insbesondere sollen Kollisionen von Kraftfahrzeugen (Kfz) mit Zweiradfahrern und Kollisionen von Kfz untereinander vermieden werden. Weiterhin soll es prinzipiell auch geeignet sein, um Zusammenstösse von Kraftfahrzeugen mit Fußgängern zu vermeiden. Zudem soll das Verfahren sowohl bei Tageslicht als auch bei Dunkelheit und schlechten Sichtverhältnissen funktionieren. Die benötigten Vorrichtungen sollen kostengünstig herstellbar sein und die Verfügbarkeit soll hoch sein.

Diese Aufgabe wird bei dem Kollisionswarnsystem erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 26 sind vorteilhafte Ausgestaltungen.

Das Kollisionswarnsystem sowie das Verfahren zur Kollisionswarnung kann eigenständig oder in Kombination mit Bilderkennungsverfahren bzw. Radarbasierten Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere umfaßt die Erfindung auch die Ermittlung von Abstand, Geschwindigkeit und Beschleunigung anderer Verkehrsteilnehmer mittels zweier oder mehrerer bildgebender Kameras im Abstand A.

Die Erfindung beruht auf der Nutzung von sichtbarem oder unsichtbarem Licht, insbesondere auf der Übertragung von Infrarot-Signalen. Die Erfindung kann mit bereits vorhanden Bilderfassungssystemen in Kfz kombiniert werden.

Im Zusammenhang mit dieser Erfindung bedeuten IR: Infrarot (Wellenlänge 780 nm – 1 mm), NIR: Nahes IR (780 nm – 1400 nm), MIR: Mittleres IR (1400 nm – 3000 nm), FIR: Fernes IR (3000 nm – 1 mm), VIS: Sichtbarer Spektralbereich (380 nm – 780 nm), IR-LED: Leuchtdioden, die ausschließlich IR-Strahlung aussenden, IR-FD: Fotodioden, die ausschließlich IR-Strahlung detektieren, IR-FT: Fototransistoren, die ausschließlich IR-Strahlung detektieren, IR-Kamera: Bildgebender Detektor oder Zeilendetektor, der nur für IR-Strahlung empfindlich ist, CCD-Kamera: Bildgebender Detektor oder Zeilendetektor, der für UV-, VIS- und NIR-Strahlung empfindlich ist (CCD = Charge Coupled Device), CMOS-Kamera: Bildgebender Detektor oder Zeilendetektor, der für UV-, VIS- und NIR-Strahlung empfindlich ist (CMOS = Complementary Metal Oxid Semiconductor), HUD: Head Up Display (Einspiegelung von Informationen über eine semitransparente Scheibe), DOE: Diffraktiv Optisches Element Modul 1 bezeichnet eine aktiv Abstand, Geschwindigkeit und Beschleunigung ermittelnde Anordnung. Modul 2 ist eine im Bezug zu den Funktionen des Moduls 1 passive Anordnung, welches durch Aussendung von Strahlung die Funktion des Moduls 1 gewährleistet.

Die Stromversorgung der Module 1 und 2 erfolgt in der Regel durch die in die jeweiligen Fahrzeuge bereits serienmäßig installierte Energieversorgung. Es ist jedoch auch eine eigenständige Energieversorgung möglich.

Die Aufgabe wird bei dem Verfahren zur Kollisionswarnung erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 27 gelöst. Die Unteransprüche 28 bis 33 sind vorteilhafte Ausgestaltungen.

Folgende Verfahrensschritte werden unter Verwendung der Module 1 und 2 durchgeführt:

1. Die Sendereinheit des Moduls 1 sendet ein IR-Aktivierungssignal aus, das von dem Empfänger im Modul 2 erkannt wird.
2. Der Sender im Modul 2 wird durch das IR-Aktivierungssignal veranlaßt, für einen vorgegebenen Zeitraum (von ca. 30 s) IR-Antwortimpulse auszusenden. Diese IR-Antwortimpulse sind zeitlich und in der Intensität so ausgelegt, daß sie von dem Modul 1 auf einer Distanz von mindestens 50 m noch eindeutig detektiert werden können, gleichzeitig aber einen minimalen Stromverbrauch verursachen.
3. Da die Empfängereinheiten des Moduls 1 räumlich versetzt angeordnet sind, empfangen sie die näherungsweise punktförmig erscheinenden IR-Antwortsignale unter verschiedenen Winkeln α, β. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung des Moduls 1 berechnet aus den IR-Antwortsignalen die Position des gefährdeten Objektes relativ zum Fahrzeug nach dem Triangulationsprinzip. Der Abstand des Fahrzeuges zu dem gefährdeten Objekt berechnet sich In der Hauptverkehrsrichtung gemäß: dv = A/(tanα – tanβ) + C, und quer zur Hauptverkehrsrichtung gemäß: ds = dv·tanβ, wobei A der Abstand der beiden Empfängereinheiten ist und C der Abstand von den Empfängereinheiten zur vorderen Begrenzung des Fahrzeuges (zum Beispiel der Stoßstange). Die Winkel α und β werden hier jeweils im Uhrzeigersinn positiv gewertet. Die Längsachse des Kfz entspricht 0°. Der Gesamtabstand beider Objekte beträgt demnach: dg = √dv² + ds².
4. Die Schritte 2 und 3 werden wiederholt, um auch den Geschwindigkeitsvektor und die Beschleunigung des gefährdeten Objektes relativ zum Fahrzeug zu ermitteln.
5. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung des Moduls 1 berechnet, ob bei unveränderten Bewegungszuständen des Fahrzeuges und des gefährdeten Objektes die Gefahr einer Kollision besteht.
6. Sofern die Gefahr einer Kollision besteht, werden mindestens an die dem Fahrzeug zugeordneten Personen Signale (optisch, akustisch und/oder haptisch) abgegeben. Optional können auch Warnungen mittels IR-Signalen an das Modul 2 des gefährdeten Objektes übermittelt werden, welche dann an die dem gefährdeten Objekt zugeordneten Personen (optisch, akustisch und/oder haptisch) weitergegeben werden können. Bei extremen Gefahrensituationen kann ggf. auch eine automatische Bremsung des Fahrzeuges eingeleitet werden, um die Kollision zu verhindern. Ein nachfolgendes, weiteres Fahrzeug wird mittels der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren zur Kollisionswarnung über die IR-Verbindung (Modul 2 an der Rückscheibe des Fahrzeuges und Modul 1 an der Windschutzscheibe des nachfolgenden Kfz) über den Bremsvorgang des Fahrzeuges informiert, wodurch Auffahrunfälle vermieden werden.

Dabei kann bei Einsatz von mehr als zwei Empfängern die Genauigkeit der Positionsbestimmung erhöht werden.

Soll die Kollisionswarnung auch bei entgegenkommenden Fahrzeugen funktionieren, enthält das Modul 1 auch die technische Funktion des Moduls 2. Das Modul 1 ist dann in der Lage mit seinen Empfängereinheiten ein Aktivierungssignal zu empfangen und mit seiner Sendereinheit die Abstrahlung von Antwortsignalen zu übernehmen. Voraussetzung ist hier, daß die Signale für jedes Fahrzeug und jedes gefährdete Objekt kodiert sind, so daß eine eindeutige Zuordnung der Signale gewährleistet ist.

Wesentlich ist weiterhin eine extrem schnelle und präzise Messung und Auswertung der Signale, insbesondere im Nahbereich sich begegnender Fahrzeuge, um mit hoher Sicherheit feststellen zu können, ob sich Fahrzeuge auf Kollisionskurs befinden, oder ob diese gefahrlos aneinander vorbei fahren. Hierzu ist insbesondere weiterhin vorgesehen, eine Erfassung und Auswertung des Fahrbahnverlaufes mit durchzuführen.

Um die Position und den Bewegungszustand von mehreren gefährdeten Objekten gleichzeitig ermitteln zu können, ist es vorteilhaft, wenn jedes der gefährdeten Objekte unterschiedliche IR-Antwortsignale aussendet. Dies ist durch bekannte Kodierungsmaßnahmen (z.B. unterschiedliche Impulslängen, -höhen oder -abstände) möglich. Es müssen dann so viele verschiedene Kodierungen existieren, daß die Wahrscheinlichkeit für ein Auftreten von zwei Vorrichtungen 2 mit identischer Kodierung hinreichend gering ist oder durch eine Vergabestelle jeder Code nur einmal ausgegeben wird, so daß Doppelungen ausgeschlossen werden können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß im Falle der Kollisionsgefährdung eine Warnanzeige betätig und/oder automatisch in das Management des Fahrzeuges eingegriffen wird.

Das Kollisionswarnsystem sowie das Verfahren zur Kollisionswarnung kann eigenständig oder in Kombination mit Bilderkennungsverfahren bzw. Radarbasierten Verfahren eingesetzt werden.

Weiterhin sind das Kollisionswarnsystem sowie das Verfahren zur Kollisionswarnung nicht auf Anwendungen für Straßenfahrzeuge begrenzt. Vielmehr eigenen diese sich prinzipiell auch für Transporteinrichtungen in Räumen, landwirtschaftlich und forstwirtschaftlich genutzte Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge sowie Flugzeuge.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1: Darstellung der Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und einem gefährdeten Objekt, welches mit einem aktivierbaren Modul ausgestattet ist
2: Empfängereinheit mit einem Matrix-Detektor
3: Empfängereinheit mit einem Zeilen-Detektor
4: Sendereinheit mit einer Zeilen-Lichtquelle
5: Sendereinheit mit einer punktförmigen Lichtquelle
6: Kombinierte Sendereinheit und Empfängereinheit mit Matrixdetektor
7: Kombinierte Sendereinheit und Empfängereinheit mit Zeiledetektor
8: Aufbau eines Moduls 2 in einer Rückbeleuchtung für ein Fahrrad
9: Einbau der Module in eine Windschutzscheibe mit refraktiver Optik
10: Einbau der Module in eine Windschutzscheibe mit diffraktiver Optik
11: Darstellung der Kommunikation zwischen Fahrzeug und gefährdeten Objekten, bei der in das Fahrzeug zwei Module 1 eingebaut sind.
Die 1 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung, die einen PKW als Fahrzeug 3, das sich in einer Hauptverkehrsrichtung 9 entlang eines Farbahnverlaufes 8 bewegt, und die ein Fahrrad mit Fahrer als gefährdetes Objekt 20 zeigt. Das Fahrzeug 3 hat jeweils eine Empfängereinheit 4, 6, die an der rechten und an der linken oberen Ecke der Windschutzscheibe angebracht sind. Der Abstand A der beiden Empfängereinheiten 4, 6 bildet den Basisabstand A für das Triangulationsverfahren, bei dem die Winkel α und β bestimmt werden. Der Abstand C ist die Entfernung zwischen den Empfängereinheiten und der vordersten Begrenzung des Fahrzeuges 3.
Innerhalb der Winkelbegrenzungen sendet eine Sendereinheit 10, die im Bereich des Rückspiegels, ebenfalls im oberen Bereich der Windschutzscheibe, angeordnet ist, Aktivierungssignale 13 aus.
Weiterhin sind die Empfängereinheiten 4, 6 und die Sendereinheit 10 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 11 verbunden, welche an eine Energieversorgung 12 angeschlossen ist. Die Empfängereinheiten 4, 6, die Sendereinheit 10 und die Steuer- und Auswerteeinheit 11 mit der Energieversorgung 12 bilden ein Modul 1, welches in der Lage ist, die Position und die Relativbewegung eines gefährdeten Objektes 20 aktiv zu erkennen und für eine Gefährdungserkennung auszuwerten.
Das gefährdete Objekt 20 befindet sich in der Nähe des Fahrzeuges 3, hier im Gebiet seiner voraussichtlichen Fahrtrichtung. Im Beispiel ist das Fahrrad vorne, seitlich und hinten mit den üblichen Fahrrad-Beleuchtungseinrichtungen ausgestattet, in denen jeweils die Funktion einer Quelle 21, 21', 21'' und 21''' integriert ist. Je nach dem gewünschten Ausstattungsgrad kann die Quelle 21

a) eine mit Energie versorgte Lichtquelle sein, die Licht in einem Wellenlängenbereich aussendet, welcher von den Empfängereinheiten 4, 6 empfangen wird,
b) ein einfacher Reflektor für die Aktivierungssignale 13 der Sendereinheit 10 sein oder
c) aus einem Empfänger 24 und einem Sender 25 bestehen, die an eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 angeschlossen sind, die mit einer Energieversorgung 23 verbunden ist, wie dies im Beispiel der 1 gezeigt ist.

Die Quelle 21 sowie die optionale Energieversorgung 23 und die Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 bilden ein Modul 2, welches selbst keine Positionsmessung vornimmt. Daher kann das Modul 2 vergleichsweise zum Modul 1 wesentlich kostengünstiger gebaut werden.
Über das erfindungsgemäße Verfahren werden die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Radfahrers relativ zum PKW ermittelt. Dem Pkw-Fahrer wird über eine Warnanzeige 27 akustisch und über ein HUD (nicht dargestellt) angezeigt, daß er bei unveränderter Fahrtrichtung und Geschwindigkeit mit dem Radfahrer zusammenstoßen wird. Reagiert der Pkw-Fahrer auf die Warnung nicht, so kann der Pkw automatisch soweit abgebremst werden, daß eine Kollision verhindert wird.
Zusätzlich ist vorgesehen, daß auch in dem Fahrrad als gefährdetes Objekt 20 eine Warnanzeige 27 installiert ist, die den Fahrradfahrer vor einer gefährlichen Situation warnt. Diese Warnanzeige 27 wird von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 22 ausgelöst, die ihrerseits ein Signal von dem Empfänger 24 erhält. In diesem Fall muß der Empfänger 24 auch für den Empfang von Warnsignalen 14 ausgerüstet sein. Die Warnsignale 14 werden von der Sendereinheit 10 des Moduls 1 abgegeben, die diese nur im Gefahrenfall, von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 gesteuert, aussendet.
Im Beispiel ist am Heck des Fahrzeuges 3 zudem zusätzlich ein Modul 2' angebracht, welches in die Rückbeleuchtung eingebaut ist. Das Modul 2 enthält hier beispielhaft eine Quelle 21, die ständig Strahlung abgibt, die von den Detektoren eines Moduls 1 als Antwortsignal 26 empfangen wird.
Über das erfindungsgemäße Verfahren wird der Fahrer eines nachfolgenden KFZ, das mit dem Modul 1 ausgestattet ist, über den relativen Bewegungszustand des Fahrzeuges 3 informiert und bei einer Gefahrensituation gewarnt. Ein Bremsassistent kann das nachfolgende KFZ abbremsen. Bei unvermeidbarer Kollision können Gurtstraffvorrichtungen und Ähnliches aktiviert werden.
Sind alle Fahrzeuge mit entsprechenden Modulen ausgestattet, können die meisten Auffahrunfälle vermieden oder zumindest in ihren Folgen abgeschwächt werden.
Weiterhin ist es möglich, weiteren nachfolgenden oder vorausfahrende Fahrzeugen Warnzeichen per Funk zu übermitteln, um Massenunfälle zu vermeiden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Empfängereinheiten 4, 6 des Moduls 1. Die IR-Antwortsignale 26 werden durch eine winkelvergrößernde Optik 15, hier ein Weitwinkelobjektiv, auf den Detektor 5, 7, hier eine IR-empfindliche bildgebende Kamera, abgebildet. Die Detektoren 5, 7 sind mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 verbunden, welche ihrerseits mit einer Energieversorgung 12 gekoppelt ist.
Bevorzugt handelt es sich um Kameras, die auch für den sichtbaren Wellenlängenbereich geeignet sind. Es kann sich z.B. um konventionelle CCD- oder CMOS-Kameras handeln, die in der Regel im VIS- und NIR-Bereich sensitiv sind. Bei Verwendung von speziellen IR-Kameras, die das atmosphärische Fenster (z.B. 8-14 μm) nutzen, sind hingegen auch die Wellenlängen des Senders 25 auf die für die IR-Kameras geeigneten Wellenlängen auszulegen.
Die Abbildungseigenschaften der winkelvergrößernden Optik 15 sind derart ausgelegt, daß jedem Pixel ein Einstrahlwinkel α bzw. β zugeordnet werden kann. Um das Triangulationsverfahren auch bei 50-100 m Abstand zum gefährdeten Objekt 20 anwenden zu können, sollte die Winkelauflösung in der Größenordnung von 0,1° liegen.
Um wahlweise einen zweckmäßigen Spektralbereich auswählen zu können, um das optimale Erkennen der IR-Aktivierungssignale zu ermöglichen, sind vor den Detektoren 5, 7 elektromechanisch wechselbare oder über Polarisationseffekte schaltbare Spektralfilter 16 angebracht. Je nach spektralem Durchlaßbereich kann dann wahlweise sichtbare Strahlung VIS oder IR-Strahlung unterdrückt werden. Bei der Verwendung von NIR-LEDs oder NIR-Laserdioden im Modul 2 kommt bevorzugt eine CCD- oder CMOS-Kamera in Verbindung mit einem Langpaßspektralfilter mit Durchlässigkeit im NIR-Bereich zum Einsatz. Bevorzug liegt der Durchlaßbereich des Spektralfilters 16 im Spektralbereich der Antwortsignale 26 des Moduls 2.
3 entspricht im wesentlichen 2, zeigt aber zwei Ansichten der Empfängereinheit 4, 6. Der Detektor 5, 7 ist hier eine Zeilenkamera. Die winkelvergrößernde Optik 15 kann hier durch Zylinderoptiken realisiert werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Sendereinheit 10 des Moduls 1. Kreisförmig parallel zur Fahrbahnebene angeordnete Lichtquellen 17, hier IR-LEDs, strahlen ein gepulstes IR-Aktivierungssignal 13 ab, wobei sich die Strahlkegel der LEDs überlappen, so daß keine Abstrahllücken entstehen.
Die IR-Aktivierungssignale 13 sind für alle Module 1 einheitlich und so ausgelegt, daß sie von Empfängern 24 im Modul 2 in 100 m Entfernung noch detektierbar sind. Die Empfängereinheiten 4, 6 und die Sendereinheit 10 des Moduls 1 haben eine gemeinsame Elektronik-Ansteuerung durch die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 und eine gemeinsame Energieversorgung 12.
5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für die Sendereinheit 10 des Moduls 1. Ein Weitwinkelobjektiv als winkelvergrößernde Optik 15 sorgt für die aufgefächerte Abstrahlung der Lichtquelle 17, beispielsweise einer leistungsstarken IR-LED oder eines leistungsstarken IR-Diodenlasers.
6 zeigt, daß die Detektoren 5, 7 der Empfängereinheiten 4, 6 und die Lichtquelle 17 der Sendereinheit 10 des Moduls 1 im selben Gehäuse untergebracht sind. Die Strahlung wird über einen Strahlteiler 37 vereinigt und über die winkelvergrößernde Optik 15 ausgesendet bzw. empfangen.
7 zeigt eine Anordnung, bei der daß die Detektoren 5, 7 der Empfängereinheiten 4, 6 und die Lichtquelle 17 der Sendereinheit 10 des Moduls 1 übereinanderliegend in einem Gehäuse angeordnet sind.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das Modul 2, das am gefährdeten Objekt angeordnet ist. Hier ist eine Variante für die Verwendung am Fahrrad dargestellt, die eine konventionelle Rückbeleuchtung 38 mittels Glühlampe oder Weißlicht-LED enthält. Das Gehäuse ist weiterhin mit Reflektoren 39 versehen. In das Gehäuse sind jeweils mehrere IR-Fotoempfänger 18 zum Empfang des IR-Aktivierungssignals 13 und mehrere IR-LEDs als Lichtquellen 17 zum Abstrahlen des IR-Antwortsignals 26 eingebaut. Eine energiesparende Steuer- und Auswerteeinheit 22 identifiziert die IR- Aktivierungsignale 13 und liefert für ca. 30 s kodierte IR-Antwortsignale 26. Zur Unterscheidung von mehreren Modulen 2 wird vorzugsweise eine Pulshöhen-Modulation eingesetzt, um die Fähigkeit des Moduls 1, Intensitätsunterschiede messen zu können, auszunutzen. Hierdurch kann die Anzahl der für eine Kodierung notwendigen IR-Impulse minimiert werden, was die Reaktionszeit des Verfahrens erhöht. Die IR-Impulslänge wird minimiert, um möglichst wenig Strom zu verbrauchen. Zur Gewährleistung einer wartungsfreien Funktion für mindestens 1 Jahr, kann das Modul 2 folgende Elemente für die Stromversorgung aufweisen: Batterie 29, Akku 30, Dynamo 31, Solarzelle 32 sowie einer intelligente Ladeelektronik. Die Vorrichtung kann weiterhin mit einem Beschleunigungssensor 28 versehen werden, um bei längerem Stillstand des Fahrrads den Stromverbrauch weitgehend abzuschalten.
Prinzipiell kann das Modul 2 auch ein von dem Modul 1 ausgesendetes Kollisionswarnsignal über die IR-Fotodioden empfangen und auswerten. In diesem Fall kann das Modul 2 auch eine akustische, optische oder haptische Warnanzeige 27 bzw. eine Schnittstellen zu solchen Warnvorrichtungen aufweisen.
Für den Fall, daß das Modul 2 in einem Kfz eingebaut ist, können die Energiespar-Funktionen entfallen.
Die 9 und 10 zeigen Ausführungen für das Modul 1 oder das Modul 2, das eine Minimierung von Reflexionsverlusten an Frontscheibe 33 bzw. an der Heckscheibe 34 realisieren. Die Ein- und Auskopplung der IR-Strahlung erfolgt gemäß 9 über refraktive optische Koppelelemente 35, im Beispiel aufgeklebte Prismenkoppler. Die Ein- und Auskopplung der IR-Strahlung erfolgt gemäß 10 über diffraktive optische Koppelelemente 36, im Beispiel oberflächlich angebrachte DOEs.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Das gefährdete Objekt 20, das Fahrrad mit seinem Fahrer hat hier ein Modul 2, das als Quelle 21 einen einfachen Reflektor für die Aktivierungssignale 13 aufweist. Die reflektierten Aktivierungssignale treffen als Antwortsignale 26 auf die Detektoren 6, 7 des Moduls 1.
Weiterhin zeigt 11, daß in dem Fahrzeug 3 eine weiteres Modul 1' im Bereich der Heckscheibe 34 eingebaut ist. Das Modul 1' korrespondiert mit einem Modul 1'', welches in einen nachfolgenden Fahrzeug 3' eingebaut ist. Die Module 1' und 2' senden und empfangen jeweils Aktivierungssignale 13 und Antwortsignale 26, so daß beide Fahrzeuge 3 und 3' eine relative Positions- und Bewegungsbestimmung vornehmen können. Diese Anordnung ist insbesondere auch zum Erkennen von Hindernissen bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges 3 von Vorteil.

1: Modull
2: Modull
3: Fahrzeug
4: erste Empfängereinheit für Antwortsignale 26
5: erster Detektor
6: zweite Empfängereinheit für Antwortsignale 26
7: zweiter Detektor
8: Fahrbahnverlauf
9: Hauptverkehrsrichtung
10: Sendereinheit für Aktivierungssignale 13 und Warnsignale 14
11: Steuer- und Auswerteeinrichtung
12: Energieversorgung
13: Aktivierungssignale
14: Warnsignale
15: winkelvergrößernde Optik
16: Spektralfilter
17: Lichtquelle
18: Fotoempfänger
19
20: gefährdetes Objekt
21: Quelle
22: Steuer- und Auswerteeinrichtung
23: Energieversorgung
24: Empfänger für Aktivierungssignale 13
25: Sender für Antwortsignale 26
26: Antwortsignale
27: Warnanzeige
28: Beschleunigungssensor
29: Batterie
30: Akku
31: Solarzelle
32: Dynamo
33: Frontscheibe
34: Heckscheibe
35: refraktives optisches Koppelelement
36: diffraktives optisches Koppelelement
37: Strahlteiler
38: Rückbeleuchtung
A: Basisabstand der Detektoren
C: Abstand der Empfängereinheiten von der vorderen Fahrzeugbegrenzung
α: Winkel des Meßsignals für den ersten Detektor
β: Winkel des Meßsignals für den zweiten Detektor

Claims

Kollisionswarnsystem, bestehend aus einem Modul 1 (1) in einem Fahrzeug (3), bestehend aus – einer rechts in der Vorderfront eingebauten ersten Empfängereinheit (4) mit einem ersten winkelauflösenden Detektor (5) – einer links in der Vorderfront eingebauten zweiten Empfängereinheit (6) mit einem zweiten winkelauflösenden Detektor (7), wobei die Empfängereinheiten (4, 6) einen Basisabstand A voneinander haben und deren Richtcharakteristika einem Fahrbahnverlauf (8) in einer vorgegebenen Hauptverkehrsrichtung (9) folgen, – einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (11), die mit einer Energieversorgung (12) sowie mit den Empfängereinheiten (4, 6) verbunden ist, sowie einem Modul 2 (2) an einem gefährdeten Objekt (20), bestehend aus – einer Quelle (21), die Strahlung abgibt, deren Richtcharakteristik entgegen dem Farbahnverlauf (8) bei der vorgegebenen Hauptverkehrsrichtung (9) ausgerichtet ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul 2 eine aktive strahlende Quelle (21) aufweist, die vorzugsweise die rückwärtige Beleuchtung eines gefährdeten Objektes (20) oder Fahrzeuges (3) ist, welche mit einer Energieversorgung (23) verbunden ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul 1 (1) – eine Sendereinheit (10) aufweist, die in der Vorderfront des Fahrzeuges (3) eingebaut ist und zumindest den Erfassungsbereich der beiden Empfängereinheiten (4, 6) überstrahlt und deren Aktivierungssignale (13) eine Richtcharakteristik haben, die dem Fahrbahnverlauf (8) in der vorgegebenen Hauptverkehrsrichtung (9) folgt, sowie daß die Energieversorgung (12) mit der Sendereinheit (10) verbunden ist, weiterhin, daß das Modul 2 (2) eine passiv strahlende Quelle (21) aufweist, die als Reflektor für Strahlung der Aktivierungssignale (13) oder deren transformierter Strahlung wirkt.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul 1 (1) – eine Sendereinheit (10) aufweist, die in der Vorderfront eingebaut ist und zumindest den Erfassungsbereich der beiden Empfängereinheiten (4, 6) überstrahlt und deren Aktivierungssignale (13) eine Richtcharakteristik haben, die dem Fahrbahnverlauf (8) in der vorgegebenen Hauptverkehrsrichtung (9) folgt, sowie daß die Energieversorgung (12) mit der Sendereinheit (10) verbunden ist, weiterhin, daß das Modul 2 (2) einen Empfänger (24) für die Aktivierungssignale (13), weiterhin einen Sender (25) für Antwortsignale (26) als aktiv strahlende Quelle (21) sowie – eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (22) aufweist, die mit einer Energieversorgung (23) sowie mit dem Empfänger (24) und dem Sender (25) verbunden ist.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Modul 2 (2') an dem gefährdeten Objekt (20) angeordnet ist, dessen Richtcharakteristika dem Fahrbahnverlauf (8) in der Hauptverkehrsrichtung (9) folgt.
Kollisionswarnsystem nach einem der den Ansprüchen von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Modul 2 (2'') an dem gefährdeten Objekt (20) angeordnet ist, dessen Richtcharakteristika quer zu dem Fahrbahnverlauf (8) ausgerichtet ist.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul 2 (2) an dem gefährdeten Objekt (20) horizontal 360° erfaßt.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul 2 (2, 2', 2'') des gefährdeten Objektes (20) ein codiertes Antwortsignal (26) aussendet, das als Antwort auf ein Aktivierungssignal (13) der Sendereinheit (10) des Moduls 1 (1) zu den Empfängereinheiten (4, 6) in dem Fahrzeug (3) gegeben wird.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (3) selbst, ein anderes Fahrzeug, ein Fußgänger, ein Tier oder ein feststehendes Objekt am Fahrbahnrand ein gefährdetes Objekt (20) ist, an dem ein Modul 2 (2, 2', 2'') installiert ist oder dieses an mitgeführten Gegenständen oder an der Kleidung befestigt ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul 2 (2, 2', 2'') in einem Rückreflektor, einem Frontreflektor und/oder einem Seiten- oder Speichenreflektor eines Zweirades, Mofas oder Motorrades eingebaut ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (10) und die Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 (1) sowie der Empfänger (24) und der Sender (25) des Moduls 2 (2) elektromagnetische Strahlung vorzugsweise im IR-Bereich empfangen oder aussenden.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (10) im Modul 1 (1) und ein Empfänger (24) im Modul 2 (2) eine Wellenlänge nutzen sowie ein Sender (25) im Modul 2 (2) und die Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 eine andere Wellenlänge nutzen.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (10) im Modul 1 (1) und der Empfänger (24) im Modul 2 (2) eine Codierung oder Modulation nutzen sowie der Sender (25) im Modul 2 (2) und die Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 (1) eine andere Codierung oder Modulation nutzen.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteeinheiten (11, 22) mit einer optischen, akustischen oder haptischen Warnanzeige (27) verbunden sind.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (5, 7) in den Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 (1) jeweils als eine Detektorzeile ausgebildet sind, der jeweils eine winkelvergrößernde Optik (15), vorzugsweise eine Zylinderoptik, vorgeschaltet ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (5, 7) in den Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 (1) jeweils eine IR-Kamera oder eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera sind, der jeweils eine winkelvergrößernde Optik (15), vorzugsweise ein Weitwinkelobjektiv, vorgeschaltet ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 (1) jeweils ein Spektralfilter (16) vor den Detektoren (5, 7) angeordnet ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (10) des Moduls 1 (1) eine Lichtquelle (17), insbesondere eine LED oder eine Laserdiode, verwendet, der eine winkelvergrößernde Optik (15) vorgeschaltet ist.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Modul 1 (1) innerhalb der Rückfront an dem Fahrzeug (3) angeordnet ist, wobei die Richtcharakteristika der Sendereinheit (10) und der Empfängereinheiten (4, 6) entgegen dem Fahrbahnverlauf (8) der normalen Hauptverkehrsrichtung (9) folgen.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul 1 (1) an dem Fahrzeug (3) Empfängereinheiten (4, 6) und eine Sendereinheit (10) aufweist, deren Richtcharakteristika horizontal 360° erfassen.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 4 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteeinheiten (11, 22) mit einer Schnittstelle zur Datenübertragung und/oder mit einem Funksender verbunden sind.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Fahrzeuglenker in dem Fahrzeug (3) die Position und der Bewegungszustand von gefährdeten Objekten (20) anzeigbar sind, insbesondere durch eine Einspiegelung über die Windschutzscheibe.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungen (12, 23) durch die bordeigene Stromversorgung des Fahrzeuges (3) oder des gefährdeten Objektes (20) erfolgt, insbesondere mittels Lichtmaschine, Dynamo (32) oder eine Solarzelle (31), die mit einem Akku (30) verbunden ist.
Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteeinrichtung (11, 22) mit einem Beschleunigungssensor (28) verbunden ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Modul 1 (1) jeder Empfängereinheit (4, 6) eine eigene Sendereinheit (10, 10') zugeordnet ist.
Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Modul 1 (1) jede Empfängereinheit (4, 6) zusätzlich die Funktion eines Empfängers von Aktivierungssignalen (13) und jede Sendereinheit (10) zusätzlich die Funktion eines Senders von Antwortsignalen (26) hat.
Verfahren zur Kollisionswarnung vor Objekten (20), von denen eine Gefährdung ausgehen kann, in einem Fahrzeug (3), bei dem folgende Schritte ausgeführt werden: 1. eine Quelle (21) im Modul 2 (2) gibt Strahlung in Form von Antwortsignalen (26) ab, 2. die Antwortsignale (26) werden von dem mindestens zwei räumlich versetzt, im Abstand A angeordneten Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 (1) unter verschiedenen Winkeln (α, β) empfangen 3. die Steuer- und Auswerteeinheit (11) berechnet aus der Winkelinformation die Position (durch Entfernung und Richtung) des gefährdeten Objektes (20) relativ zum Fahrzeug (3), 4. Wiederholung der Punkte 2. bis 3. zur Gewinnung eines Geschwindigkeitsvektors und der Beschleunigung des gefährdeten Objektes (20) relativ zum Fahrzeug (3), 5. Auswertung der Position und des Bewegungszustandes in der Steuer- und Auswerteeinheit (11) und Berechnung, ob bei dem vorliegenden und andauernden relativen Bewegungszustand die Gefahr einer Kollision besteht.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß von der Quelle (21) ständig Strahlung als Antwortsignal (26) ausgesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß von der Quelle (21) nur dann Strahlung als Antwortsignal (26) ausgegeben wird, wenn die Quelle (21) von Aktivierungssignalen (13) bestrahlt wird, welche von einer Sendereinheit (10) im Modul 1 (1) abgegeben werden.
Verfahren zur Kollisionswarnung vor Objekten (20), von denen eine Gefährdung ausgehen kann, in einem Fahrzeug (3), bei dem folgende Schritte ausgeführt werden: 1. die Sendereinheit (10) des Moduls (1) sendet permanent Aktivierungssignale (13) aus, 2. im Empfangsbereich wird der Empfänger (24) im Modul 2 (2) durch das Aktivierungssignal (13) veranlaßt, für einen vorgegebenen Zeitraum Antwortsignale (26) auszusenden, 3. die Antwortsignale (26) werden von dem mindestens zwei räumlich versetzt, im Abstand (A) angeordneten Empfängereinheiten (4, 6) des Moduls 1 (1) unter verschiedenen Winkeln (α, β) empfangen 4. die Steuer- und Auswerteeinheit (11) berechnet aus der Winkelinformation die Position (durch Entfernung und Richtung) des gefährdeten Objektes (20) relativ zum Fahrzeug (3), 5. Wiederholung der Punkte 2. bis 4. zur Gewinnung eines Geschwindigkeitsvektors und der Beschleunigung des gefährdeten Objektes (20) relativ zum Fahrzeug (3), 6. Auswertung der Position und des Bewegungszustand in der Steuer- und Auswerteeinheit (11) und Berechnung, ob bei dem vorliegenden und andauernden relativen Bewegungszustand die Gefahr einer Kollision besteht.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Modul 2 (2) des gefährdeten Objektes (20) ein codiertes Antwortsignal (26) ausgesendet wird, das als Antwort auf ein Aktivierungssignal (13) der Sendereinheit (10) des Moduls 1 (1) zu den Empfängereinheiten (4, 6) in dem Fahrzeug (3) gegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 27 oder Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuer- und Auswerteeinheit (11) gesteuert, wenn die Gefahr einer Kollision besteht, der Fahrzeuglenker im Fahrzeug (3) eine optische, akustische und/oder haptische Warnanzeige (27) erhält und/oder eine Änderung des Bewegungszustandes des Fahrzeuges (3) eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuer- und Auswerteeinheit (11) gesteuert, wenn die Gefahr einer Kollision besteht, von der Sendereinheit (10) im Modul 1 (1) Warnsignale (14) an den Empfänger (24) im Modul 2 (2) des gefährdeten Objektes (20) abgegeben werden, die einer Alarmierung von Personen durch eine optische, akustische und/oder haptische Warnanzeige (27) einleiten und/oder eine Änderung des Bewegungszustandes des gefährdeten Objektes (20) hervorrufen.