DE102011082103B4

DE102011082103B4 - Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011082103B4
Application number: DE102011082103.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten Gollewski; Dr. May Thomas
Original assignee: Audi AG; PMDtechnologies AG
Current assignee: Audi AG; PMDtechnologies AG
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2031-09-03
Also published as: DE102011082103A1

Abstract

Sicherheitssystem für ein Fahrzeug mit einer ersten Lichtlaufzeitkamera (200), die ein Array von Empfangspixel aufweist und einen Umgebungsbereich (E) überwacht, mit einer Beleuchtung (100, 12) zur Abstrahlung eines modulierten Lichts in den zu überwachenden Umgebungsbereich (E), mit einem Modulator (30) zur Erzeugung eines Modulationssignals (M(p1)), der mit der Lichtlaufzeitkamera (200) und der Beleuchtung (100) verbunden ist, mit einer ersten Auswerteeinheit (300), in der die Daten der ersten Lichtlaufzeitkamera (200) ausgewertet werden und bei einer erkannten Gefahrensituation ein erstes Auslösesignal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Fahrzeug mindestens ein Kontrolllichtlaufzeitsensor (210, 220, 230) angeordnet ist, der eine geringere Winkelauflösung als die erste Lichtlaufzeitkamera (200) aufweist und die Anzahl der Empfangspixel pro Raumwinkel kleiner ist als die der ersten Lichtlaufzeitkamera (200) und der zumindest einen Teil des zu überwachenden Umgebungsbereichs (E) erfasst, wobei vorzugsweise nur Objektabstände und daraus abgeleitete Objektgeschwindigkeiten ermittelt werden, dass eine zweite Auswerteeinheit (310) vorgesehen ist, die Daten des Kontrolllichtlaufzeitsensors (210, 220, 230) auswertet und bei einer durch die zweite Auswerteeinheit (310) erkannten Gefahrensituation ein zweites Auslösesignal ausgibt, wobei die erste und zweite Auswerteeinheit (300, 310) nur dann ein erstes bzw. zweites Auslösesignal ausgeben, wenn eine Gefahrensituation erkannt wird, bei der eine Kollision unvermeidlich ist, und dass durch eine Auslöseeinrichtung (500) eine am Fahrzeug vorgesehene Sicherheitseinrichtung (600) nur ausgelöst wird, wenn beide Auswerteeinheiten ein Auslösesignal ausgeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Systems nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Zur Vermeidung von Unfällen und auch zur Fahrerassistenz sind vorausschauende Systeme, die die Verkehrssituation vor einem Fahrzeug mit Sensoren erfassen bekannt.
Die EP 1 903 536 B1 offenbart beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem mit Abstandsregel- und Kollisionswarnfunktion, bei dem zur Abstandsbestimmung Daten eines Radarsensors ausgewertet werden und in Abhängigkeit weiterer Parameter Kollisionswarnungen ausgegeben werden.
Aus der DE 101 49 115 A1 ist eine Objekterfassungsvorrichtung mit einem überlappenden Detektionsbereich bekannt, bei der anhand von Objekten, die im überlappenden Detektionsbereich erfasst werden, die Funktionsfähigkeit des System mit Hilfe einer Fehlererkennungsvorrichtung überprüft wird. Bei Erkennung eines Widerspruchs wird ein Fehlersignal ausgegeben.
Ferner ist aus der DE 10 2010 007 520 B3 eine Sicherheitssteuerung bekannt, bei der in einem Konfigurationsmodus anhand von Zuverlässigkeitssollwerten, die durch die zu erfüllende Detektionsaufgabe vorgegeben werden, und aus Eignungswerten der jeweiligen Sensoren überprüft wird, ob die angeschlossenen Sensoren für die Detektionsaufgabe geeignet sind. Als Ausführungsbeispiel ist ein Gabelstapler mit jeweils einem Laserscanner für den vorderen und rückwärtigen Bereich in Kombination mit einem Rundum-Radar gezeigt. Alternativ wird zudem eine Kombination des Rundum-Radars mit einer Lichtlaufzeitkamera vorgeschlagen. Die Daten der an eine gemeinsame Auswerteeinheit angeschlossenen Sensoren werden unter Berücksichtigung einer Gewichtung zu einem gemeinsamen Objektfeststellungssignal verrechnet und über einen Sicherheitsausgang für eine Abschaltung ausgegeben.
Im Rahmen der Anmeldung sollen mit Lichtlaufzeitkamera nicht nur Systeme umfasst sein, die Entfernungen direkt aus der Lichtlaufzeit ermitteln, sondern insbesondere auch alle Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kamerasysteme, die eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u. a. in den Anmeldungen EP 1 777 747 , US 6 587 186 und auch DE 197 04 496 beschrieben und beispielsweise von der Firma ,ifm electronic gmbh' als Frame-Grabber O3D zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können. Selbstverständlich sollen mit dem Begriff Lichtlaufzeitkamera bzw. Lichtlaufzeitsensor Geräte mit mindestens einem Empfangspixel mit umfasst sein, wie beispielsweise das Entfernungsmessgerät O1D der Anmelderin.
Ist es vorgesehen, die Fahrerassistenzsysteme nicht nur zur Warnung des Fahrers heranzuziehen, sondern auch anhand der erfassten Daten Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise einen Airbag, Gurtstraffer etc., auszulösen sind besonderes hohe Sicherheitsanforderungen, wie beispielsweise SiA3, SiA4 bzw. ASIL D zu erfüllen.
Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere System zur Kollisionswarnung im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Sicherheit zu verbessern.
Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Sicherheitssystem gelöst.
Vorteilhaft ist ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug mit einer ersten Lichtlaufzeitkamera vorgesehen, die ein Array von Empfangspixel aufweist und einen Umgebungsbereich überwacht, mit einer Beleuchtung zur Abstrahlung eines modulierten Lichts in den zu überwachenden Umgebungsbereich,
mit einem Modulator zur Erzeugung eines Modulationssignals, der mit Lichtlaufzeitkamera und der Beleuchtung verbunden ist, und mit einer ersten Auswerteeinheit, in der die Daten der ersten Lichtlaufzeitkamera ausgewertet werden und bei einer erkannten Gefahrensituation ein erstes Auslösesignal ausgegeben wird, wobei am Fahrzeug mindestens ein Kontrolllichtlaufzeitsensor angeordnet ist, der eine geringere Winkelauflösung als die erste Lichtlaufzeitkamera aufweist und zumindest einen Teil des zu überwachenden Umgebungsbereichs erfasst, und dass eine zweite Auswerteeinheit vorgesehen ist, die Daten des Kontrolllichtlaufzeitsensors auswertet und bei einer durch die zweite Auswerteeinheit erkannten Gefahrensituation ein zweites Auslösesignal ausgibt,
und dass durch eine Auslöseeinrichtung eine am Fahrzeug vorgesehene Sicherheitseinrichtung nur ausgelöst wird, wenn beide Auswerteeinheiten ein Auslösesignal ausgeben.
Dieses Vorgehen erlaubt es, die Sicherheit und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems durch die zur Verfügung gestellte diversitäre Redundanz deutlich zu erhöhen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Insbesondere ist es von Vorteil, mindestens zwei Kontrolllichtlaufzeitsensoren am Fahrzeug anzuordnen und zwar so, dass jeder Sensor einen Teilbereich des von der ersten Lichtlaufzeitkamera erfassten Umgebungsbereichs überwacht. So kann insbesondere durch sehr einfache und mit wenigen Empfangspixeln ausgebildete Sensoren bestimmte Teilbereiche des Erfassungsbereichs schnell und zuverlässig ausgewertet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch das grundlegende Prinzip der Photomischdetektion,
2 ein Sicherheitssystem mit einem Kontrolllichtlaufzeitsensor,
3 ein Sicherheitssystem mit mehreren Kontrolllichtlaufzeitsensoren,
4 ein Blockschaltbild des Sicherheitssystems,
5 ein Blockschaltbild des Sicherheitssystems mit verknüpften Auswerteeinheiten.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 bekannt ist.
Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10, 100 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitfotosensor 22. Der Lichtlaufzeitfotosensor 22 bzw. Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Pixel, vorzugsweise jedoch ein Pixel-Array, auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 ist vorzugsweise als Reflektor ausgebildet.
Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitfotosensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einer bestimmten Modulationsfrequenz M(p1) mit einer ersten Phasenlage p1 beaufschlagt. Entsprechend der Modulationsfrequenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmoduliertes Signal S(p1) mit der ersten Phaselage p1 aus. Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben mit einer zweiten Phasenlage p2 als Empfangssignal S(p2) auf den Lichtlaufzeitfotosensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal M(p1) mit dem empfangenen Signal S(p2), gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.
2 zeigt Sende- und Empfangskomponenten des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems. Im vorderen Bereich des Fahrzeugs ist eine Beleuchtung 100 und ein Kontrollsensor 210 und hinter einer Windschutzscheibe eine Lichtlaufzeitkamera 200 angeordnet. Der Kontrollsensor 210 ist bevorzugt als PMD-Sensor mit mindestens einem Empfangspixel ausgebildet, und weist eine geringe Winkelauflösung als die verwendete Lichtlaufzeitkamera 200 auf. Die Beleuchtung 100 sendet ein intensitätsmoduliertes Licht in den von der Lichtlaufzeitkamera 200 überwachten Umgebungsbereich E.
Die Lichtlaufzeitkamera 200 stellt ein Tiefenbild des überwachten Bereichs E zur Verfügung, das mit Hilfe einer ersten Auswerteeinheit beispielsweise im Hinblick auf Objekte bzw. Hindernisse ausgewertet wird. Besteht die Gefahr, dass ein Objekt mit dem Fahrzeug kollidieren könnte, beispielsweise bei einem Unterschreiten eines vorbestimmten Sicherheitsabstands, wird ein Gefahrensignal bzw. ein Auslösesignal ausgegeben.
In der Nähe der Beleuchtung 100 ist ferner ein Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 angeordnet, der zumindest einen Teil des zu überwachenden Umgebungsbereichs E erfasst. Im dargestellten Beispiel erfasst der Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 drei Segmente der überwachten Umgebung E. Der Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass in den jeweils erfassten Bereichen Objektabstände ermittelt werden. Unterschreitet ein Objekt beispielsweise einen Mindestabstand löst eine dem Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 zugeordnete Auswerteeinheit ein weiteres Auslösesignal aus.
Da der Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 im Wesentlichen nur für ein Abstandssignal herangezogen wird, kann die Winkelauflösung, d. h. Anzahl der Empfangspixel pro Raumwinkel, kleiner als für die erste Lichtlaufzeitkamera 200 gewählt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 ebenso wie die Lichtlaufzeitkamera 200 und die Beleuchtung 100 mit einem gemeinsamen Modulator 30 verbunden, so dass das modulierte Licht der Beleuchtung 100 auch für den Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 zur Verfügung steht.
In einer weiteren Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 einen eigenen Modulator aufweist, mit dem auch eine dem Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 zugeordnete Beleuchtung betrieben wird. Dies hat den Vorteil, dass die zweite Abstandsmessung redundant und unabhängig von der ersten Lichtlaufzeitkamera 200 durchgeführt werden kann.
3 zeigt eine Variante bei der im vorderen Bereich des Fahrzeugs drei Kontrolllichtlaufzeitsensoren 210, 220, 230 angeordnet sind. Die Kontrolllichtlaufzeitsensoren sind im dargestellten Beispiel so ausgelegt, dass jeder Sensor im Wesentlichen nur einen Teilbereich der überwachten Umgebung erfasst. In einer solchen Ausgestaltung ist es durchaus denkbar, den Kontrolllichtlaufzeitsensor 210, 220, 230 nur mit einem Empfangspixel auszugestalten.
4 zeigt ein Beispiel einer möglichen Verknüpfung der einzelnen Elemente des Sicherheitssystems. Die Lichtlaufzeitkamera 200 ist mit einer ersten Auswerteeinheit 300 und der Kontrollsensor 210 mit einer zweiten Auswerteinheit 310 verbunden.
Die erste Auswerteeinheit 300 ist vorzugsweise zur Erfassung von Objekten im überwachten Bereich E ausgebildet. Als Daten können beispielsweise Größe, Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der erfassten Objekte ermittelt werden. Weisen die Trajektorien eines Objekts und des Fahrzeugs einen Kollisionsschnittpunkt auf, können dem Fahrer und/oder nachfolgenden Sicherheitssystemen Vorwarnsignale in unterschiedlicher Gewichtung übermittelt werden. Erscheint beispielsweise aufgrund des Abstands und/oder der Geschwindigkeit eine Kollision unvermeidlich, sendet die Auswerteeinheit 300 ein Auslösesignal für nachfolgende Sicherheitseinrichtungen 600 aus. Beispielsweise können als Sicherheitseinrichtungen 600 automatische Bremssysteme, Airbag, Gurtstraffer und ähnliches aktiviert werden, um insbesondere das Fahrzeug zu verzögern und Folgen einer Kollision zu mindern.
Zur Vermeidung einer fehlerhaften Aktivierung der Sicherheitseinrichtungen 600 ist den Sicherheitseinrichtungen 600 eine Auslöseeinrichtung 500 vorgeschaltet. Die Auslöseeinrichtung 500 aktiviert die Sicherheitseinrichtung 600 vorzugsweise nur dann, wenn auch ein zweites Auslösesignal an der Auslöseeinrichtung 500 anliegt.
Dieses zweite Auslösesignal wird über den mindestens einen Kontrolllichtlaufzeitsensor 210, 220, 230 und der nachfolgenden zweiten Auswerteeinheit 310 zur Verfügung gestellt. Die zweite Auswerteeinheit 310 erfasst vorzugsweise nur Objektabstände und daraus abgeleitete Größen, wie beispielsweise eine Objektgeschwindigkeit. Ist ausgehend von den erfassten Daten eine Kollision zu erwarten, sendet die zweite Auswerteeinheit 310 ein zweites Auslösesignal aus.
Durch dieses Vorgehen werden Fehlauslösungen mit hoher Sicherheit vermieden, so dass durch dieses System auch hohe Sicherheitsstandards wie beispielsweise ASIL-D bzw. SiA4 erreicht werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung überwacht der Kontrolllichtlaufzeitsensor 210 nur den Nahbereich der überwachten Umgebung E, dies aber mit einer hohen Abstandsauflösung.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der sowohl die erste als auch die zweite Auswerteinheit 300, 310 auf die Daten der ersten Lichtlaufzeitkamera 200 und des Kontrollsensors 210 zurückgreift. Dies erlaubt beispielsweise, dass die eine Auswerteeinheit die andere Auswerteeinheit, beispielsweise als so genannter Watch-Dog überwachen kann.
Beispielsweise können beide Auswerteeinheiten auch so ausgebildet sein, dass jede Auswerteeinheit 300, 310 die Daten der Lichtlaufzeitkamera 200 und die Daten des Kontrolllichtlaufzeitsensors 210 im Hinblick auf eine Kollision untersucht und nur dann ein Auslösesignal ausgibt, wenn beide Daten ein Kollision unvermeidbar erscheinen lassen.
Vorzugsweise sind die Auswerteeinheit mit einer unterschiedlichen Hardware aufgebaut und/oder verwenden unterschiedliche Programme bzw. Algorithmen zur Auswertung der Daten.
Durch dieses Vorgehen werden besonders vorteilhaft zufällige Hardware und Softwarefehler vermieden.

Claims

Sicherheitssystem für ein Fahrzeug mit einer ersten Lichtlaufzeitkamera (200), die ein Array von Empfangspixel aufweist und einen Umgebungsbereich (E) überwacht, mit einer Beleuchtung (100, 12) zur Abstrahlung eines modulierten Lichts in den zu überwachenden Umgebungsbereich (E), mit einem Modulator (30) zur Erzeugung eines Modulationssignals (M(p1)), der mit der Lichtlaufzeitkamera (200) und der Beleuchtung (100) verbunden ist, mit einer ersten Auswerteeinheit (300), in der die Daten der ersten Lichtlaufzeitkamera (200) ausgewertet werden und bei einer erkannten Gefahrensituation ein erstes Auslösesignal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Fahrzeug mindestens ein Kontrolllichtlaufzeitsensor (210, 220, 230) angeordnet ist, der eine geringere Winkelauflösung als die erste Lichtlaufzeitkamera (200) aufweist und die Anzahl der Empfangspixel pro Raumwinkel kleiner ist als die der ersten Lichtlaufzeitkamera (200) und der zumindest einen Teil des zu überwachenden Umgebungsbereichs (E) erfasst, wobei vorzugsweise nur Objektabstände und daraus abgeleitete Objektgeschwindigkeiten ermittelt werden, dass eine zweite Auswerteeinheit (310) vorgesehen ist, die Daten des Kontrolllichtlaufzeitsensors (210, 220, 230) auswertet und bei einer durch die zweite Auswerteeinheit (310) erkannten Gefahrensituation ein zweites Auslösesignal ausgibt, wobei die erste und zweite Auswerteeinheit (300, 310) nur dann ein erstes bzw. zweites Auslösesignal ausgeben, wenn eine Gefahrensituation erkannt wird, bei der eine Kollision unvermeidlich ist, und dass durch eine Auslöseeinrichtung (500) eine am Fahrzeug vorgesehene Sicherheitseinrichtung (600) nur ausgelöst wird, wenn beide Auswerteeinheiten ein Auslösesignal ausgeben.
Sicherheitssystem nach Anspruch 1, bei dem am Fahrzeug mindestens zwei Kontrolllichtlaufzeitsensoren (210, 220, 230) angeordnet sind und jede einen Teilbereich des von der ersten Lichtlaufzeitkamera (200) erfassten Umgebungsbereichs (E) überwacht.
Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitssystems eines Fahrzeugs mit einer ersten Lichtlaufzeitkamera (200) und mindestens einem Kontrolllichtlaufzeitsensor (210, 220, 230), der eine geringe Winkelauflösung aufweist als die erste Lichtlaufzeitkamera (200) und die Anzahl der Empfangspixel pro Raumwinkel kleiner ist als die der ersten Lichtlaufzeitkamera (200), wobei vorzugsweise nur Objektabstände und daraus abgeleitete Objektgeschwindigkeiten ermittelt werden, und der zumindest einen Teil des zu überwachenden Umgebungsbereichs (E) erfasst, mit einer Beleuchtung (100), die ein moduliertes Licht in einen zu überwachenden Umgebungsbereich (E) abstrahlt, wobei die Lichtlaufzeitkamera (200) und der Kontrolllichtlaufzeitsensor (210, 220, 230) einer ersten und zweiten Auswerteeinheit (300, 310) zugeordnet sind, die die Daten der zugeordneten Kamera (200, 210, 220, 230) unabhängig auswerten und bei einer durch die jeweilige Auswerteeinheit (300, 310) erkannten Gefahrensituation, bei der eine Kollision als unvermeidlich erkannt wird, ein erstes und zweites Auslösesignal bereitstellen, wobei eine Sicherheitseinrichtung (600) durch eine Auslöseeinrichtung (500) nur dann ausgelöst wird, wenn beide Auslösesignale anliegen.