DE102017101260B4 - Method for the optical comparison of the transmission properties of two transmission lines for use in motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur optischen Vermessung der optischen Reflexionseigenschaften eines Objekts (O) und/oder der Transmissionseigenschaften einer Übertragungsstrecke (I1, 12, 13, I4) unter Ermittlung eines Messwertes,mit den Schrittena. Erzeugung eines Sendesignals (S9) durch einen ersten Signalgenerator (G1),b. Aussenden eines ersten optischen Signals (s1) durch einen ersten optischen Sender (H1) in Abhängigkeit von dem ersten Sendesignal (S9) in eine erste und/oder zweite Übertragungsstrecke (I1, I2) und Modifikation des ersten optischen Signals (s1) durch den Durchgang durch die erste und/oder zweite Übertragungsstrecke (I1,I2) zu einem zweiten optischen Signal (s2), wobei die erste und/oder zweite Übertragungsstrecke (I1, I2) ein Objekt (O) enthalten kann;c. Aussenden eines dritten optischen Signals (s3) durch einen ersten optischen Sender (H1) in Abhängigkeit von dem ersten Sendesignal (S9) in eine dritte und/oder vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) und Modifikation des dritten optischen Signals (s3) durch den Durchgang durch die dritte und/oder vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) zu einem vierten optischen Signal (s4), wobei die dritte und/oder vierte Übertragungsstrecke (I3, I4) ein Objekt (O) und/oder ein weiteres Objekt (O2) enthalten kann;d. Empfang des zweiten optischen Signals (s2) am Ausgang der ersten und/oder zweiten Übertragungsstrecke (I1, I2) durch einen ersten Empfänger (D1) und Erzeugung eines ersten Empfängerausgangssignals (S0A) in Abhängigkeit von dem zweiten optischen Signal (s2);e. Empfang des vierten optischen Signals (s4) am Ausgang der dritten und/oder vierten Übertragungsstrecke (I3, I4) durch einen zweiten Empfänger (D2) und Erzeugung eines zweiten Empfängerausgangssignals (S0B) in Abhängigkeit von dem vierten optischen Signal (s4);f. Multiplikation des ersten Empfängerausgangssignals (S0A) oder eines davon abhängigen Signals (S1A, S2A) mit dem Sendesignal (S9) in einer ersten Multiplikationsvorrichtung (M1A) zu einem ersten multiplizierten Zwischensignal (S3A);g. Multiplikation des zweiten Empfängerausgangssignals (S0B) oder eines davon abhängigen Signals (S1B, S2B) mit dem Sendesignal (S9) in einer zweiten Multiplikationsvorrichtung (M1B) zu einem zweiten multiplizierten Zwischensignal (S3B);h. Umschalten oder Umsteuern in Abhängigkeit von einem später erläutertenRückkopplungssignal (S8) zwischen dem ersten multiplizierten Zwischensignal (S3A) und dem zweiten multiplizierten Zwischensignal (S3B) durch eine dritte Multiplikationsvorrichtung (M3) zur Bildung eines Filtereingangssignals (S4), wobei dieses Umsteuern auch stufenweise oder fließend durch ein zum einen wertdiskretes oder wertkontinuierliches und zum anderen zeitdiskretes oder zeitkontinuierliches Rückkopplungssignal (S8) erfolgen kann;i. Filtern des Filtereingangssignals (S4) durch einen Filter (F1) zu einem Filterausgangssignal (S5);j. Multiplikation des Filterausgangssignals (S5) mit dem Wert (-1) durch eine Spiegelungseinheit (INV1), wobei die Spiegelungseinheit (INV1) das Rückkopplungssignal (S8) erzeugt.k. Ausgabe des Filterausgangssignals (S5), wobei die Amplitude des Filterausgangssignals (S5) den Messwert darstellt, und/oder Ausgabe des Rückkopplungssignals (S8), wobei in diesem Fall die Amplitude des Rückkopplungssignals (S8) den Messwert oder einen weiteren Messwert darstellt.Method for the optical measurement of the optical reflection properties of an object (O) and / or the transmission properties of a transmission path (I1, 12, 13, I4) while determining a measured value, with the steps a. Generation of a transmission signal (S9) by a first signal generator (G1), b. Transmission of a first optical signal (s1) by a first optical transmitter (H1) as a function of the first transmission signal (S9) in a first and / or second transmission path (I1, I2) and modification of the first optical signal (s1) through the passage through the first and / or second transmission path (I1, I2) to a second optical signal (s2), wherein the first and / or second transmission path (I1, I2) can contain an object (O); c. Transmission of a third optical signal (s3) by a first optical transmitter (H1) as a function of the first transmission signal (S9) in a third and / or fourth transmission path (I3, I4) and modification of the third optical signal (s3) through the passage through the third and / or fourth transmission path (I3, I4) to a fourth optical signal (s4), the third and / or fourth transmission path (I3, I4) containing an object (O) and / or a further object (O2) can; d. Receiving the second optical signal (s2) at the output of the first and / or second transmission path (I1, I2) by a first receiver (D1) and generating a first receiver output signal (S0A) as a function of the second optical signal (s2); e. Reception of the fourth optical signal (s4) at the output of the third and / or fourth transmission path (I3, I4) by a second receiver (D2) and generation of a second receiver output signal (S0B) as a function of the fourth optical signal (s4); f. Multiplication of the first receiver output signal (S0A) or a signal (S1A, S2A) dependent thereon by the transmission signal (S9) in a first multiplication device (M1A) to form a first multiplied intermediate signal (S3A); g. Multiplication of the second receiver output signal (S0B) or a signal (S1B, S2B) dependent thereon by the transmission signal (S9) in a second multiplication device (M1B) to form a second multiplied intermediate signal (S3B); h. Switching or reversing depending on a feedback signal (S8) explained later between the first multiplied intermediate signal (S3A) and the second multiplied intermediate signal (S3B) by a third multiplier (M3) to form a filter input signal (S4), this reversing also being gradual or flowing can be effected by a discrete-value or continuous-value on the one hand and a discrete-time or continuous-time feedback signal (S8) on the other hand; i. Filtering the filter input signal (S4) by a filter (F1) to form a filter output signal (S5); j. Multiplication of the filter output signal (S5) by the value (-1) by a mirroring unit (INV1), the mirroring unit (INV1) generating the feedback signal (S8). K. Output of the filter output signal (S5), the amplitude of the filter output signal (S5) representing the measured value, and / or output of the feedback signal (S8), in which case the amplitude of the feedback signal (S8) represents the measured value or a further measured value.
Description
Einleitungintroduction
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Wassertropfen auf der Windschutzscheibe eines Kfz. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, die die optische Reflexion auswerten. Diese weisen aber meist mehr als eine Leuchtdiode als Lichtquelle auf.The invention relates to a device for detecting water droplets on the windshield of a motor vehicle. For this purpose, devices are known from the prior art which evaluate the optical reflection. However, these usually have more than one light-emitting diode as a light source.
Aus der
- a. Erzeugung eines Sendesignals (
S9 ) durch einen ersten Signalgenerator (G1 ), - b. Aussenden eines ersten optischen Signals (
s1 ) durch einen ersten optischen Sender (H1 ) in Abhängigkeit von dem ersten Sendesignal (S9 ) in eine erste Übertragungsstrecke (I1 ); - c. Reflexion des ersten optischen Signals (
s1 ) nach Durchlaufen der ersten Übertragungsstrecke an dem Objekt (O ) als zweites optisches Signal (s2 ) in eine zweite Übertragungsstrecke (I2 ) hinein; - d. Gleichzeitiges Aussenden eines dritten optischen Signals (s3) durch den ersten optischen Sender (
H1 ) in Abhängigkeit von dem ersten Sendesignal (S9 ) in eine dritte Übertragungsstrecke (I3 ); - e. Reflexion des dritten optischen Signals (
s3 ) nach Durchlaufen der dritten Übertragungsstrecke (I3 ) an dem Objekt (O ) oder einem zweiten davon beabstandeten Objekt (O2 ) als viertes optisches Signal (s4 ) in eine vierte Übertragungsstrecke (I4 ) hinein; - f. Empfang des zweiten optischen Signals (
s2 ) am Ausgang der zweiten Übertragungsstrecke (I2 ) durch einen ersten Empfänger (D1 ) und Erzeugung eines ersten Empfängerausgangssignals (S0A) in Abhängigkeit von dem zweiten optischen Signal (s2 ); - g. Empfang des vierten optischen Signals (
s4 ) am Ausgang der vierten Übertragungsstrecke (I4) durch einen zweiten Empfänger (D2 ) und Erzeugung eines zweiten Empfängerausgangssignals (S0B) in Abhängigkeit von dem vierten optischen Signal (s4 ).
- a. Generation of a transmission signal (
S9 ) by a first signal generator (G1 ), - b. Transmission of a first optical signal (
s1 ) through a first optical transmitter (H1 ) depending on the first transmission signal (S9 ) into a first transmission path (I1 ); - c. Reflection of the first optical signal (
s1 ) after passing through the first transmission path on the object (O ) as a second optical signal (s2 ) into a second transmission path (I2 ) into; - d. Simultaneous transmission of a third optical signal (s3) by the first optical transmitter (
H1 ) depending on the first transmission signal (S9 ) into a third transmission path (I3 ); - e. Reflection of the third optical signal (
s3 ) after passing through the third transmission path (I3 ) on the object (O ) or a second spaced apart object (O2 ) as the fourth optical signal (s4 ) into a fourth transmission path (I4 ) into; - f. Reception of the second optical signal (
s2 ) at the output of the second transmission link (I2 ) by a first recipient (D1 ) and generation of a first receiver output signal (S0A) as a function of the second optical signal (s2 ); - G. Receipt of the fourth optical signal (
s4 ) at the output of the fourth transmission link (I4) by a second receiver (D2 ) and generation of a second receiver output signal (S0B) as a function of the fourth optical signal (s4 ).
Dabei erfordert die
Aus der
Die Ermittlung eines Differenzbildes (siehe Anspruch 1 der
Das aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der Erfindung ist die Ermittlung eines Messwertes in Abhängigkeit von der Benetzung der Frontscheibe des Kfz.The object of the invention is to determine a measured value as a function of the wetting of the front window of the motor vehicle.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a method according to
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass mit dem folgenden Verfahren sehr leicht ein Messwert ermittelt werden kann, der die Benetzung der Frontscheibe mit Wasser widerspiegelt.According to the invention, it was recognized that the following method can very easily be used to determine a measured value that reflects the wetting of the front pane with water.
Der Generator (
Ein zweiter Sender (
Dies kann linearisiert durch die folgende Gleichung angenähert werden:
Dies kann linearisiert durch die folgende Gleichung angenähert werden:
Das Objekt (
Das zweite optische Signal (s2) tritt aus der zweiten Übertragungsstrecke (
Es folgt die Multiplikation des ersten Empfängerausgangssignals (
Ebenso folgt die Multiplikation des zweiten Empfängerausgangssignals (
Im nächsten Schritt erfolgt die Filterung des Filtereingangssignals (
Es folgt das Synchronisieren des wertdiskreten Filterausgangssignals (
Zur Vereinfachung vernachlässigen wir hier den Einfluss dieses zeitlichen Diskretisierungsschrittes und nehmen an, dass er bereits in dem Wert E enthalten ist:
Dies kann beschrieben werden durch:
Die Formeln werden zur besseren Übersichtlichkeit hier noch einmal aufgelistet:
- 1.
- 2.
- 3.
- 4.
- 5.
- 6.
- 7.
- 8.
- 9.
- 10.
- 11.
- 12.
- 13.
- 1.
- 2.
- 3.
- 4th
- 5.
- 6th
- 7th
- 8th.
- 9.
- 10.
- 11.
- 12th
- 13th
Kombination von Gleichung 1 mit Gleichung 3, 2 mit 4, 5 mit 7, 6 mit 8, 9 mit 10, 10 mit 11, 12 mit 13 ergibt:
- 1.
- 2.
- 3.
- 4.
- 5.
- 1.
- 2.
- 3.
- 4th
- 5.
Weitere Kombination führt auf:
Es gilt also
Damit finden wir vereinfacht:
Dies kann umgeformt werden zu:
Es verbleibt für den Fall einer ausreichend großen Signalamplitude die Beziehung
Dem Fachmann ist offenbar, dass die zeitliche und wertmäßige Diskretisierung (Digitalisierung) nicht unbedingt notwendig ist und an verschiedenen Stellen im Signalpfad erfolgen kann. Auch ist es denkbar, die Digitalisierung direkt in den Empfangselementen vorzunehmen und den gesamten folgenden Signalpfad digitalisiert auszuführen. Die Signale können daher auch als Variablenwerte eines Programms aufgefasst werden, dass in einem Signalprozessor ausgeführt wird.It is obvious to the person skilled in the art that discretization (digitization) in terms of time and value is not absolutely necessary and can take place at different points in the signal path. It is also conceivable to carry out the digitization directly in the receiving elements and to carry out the entire following signal path in digitized form. The signals can therefore also be understood as variable values of a program that is executed in a signal processor.
Ggf. kann daher das Filterausgangssignal (
Das Filtern des Filtereingangssignals (
FigurenlisteFigure list
-
1 zeigt das Signalschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Schalter als dritten MultipliziererM3 1 shows the signal scheme of a device according to the invention with a switch as a third multiplierM3 -
2 zeigt das Signalschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem n-bit-breiten Rückkoppelsignal (S8 ) zur Steuerung des dritten MultiplizierersM3 2 shows the signal scheme of a device according to the invention with an n-bit-wide feedback signal (S8 ) to control the third multiplierM3
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- D1D1
- erster Empfängerfirst recipient
- D2D2
- zweiter Empfängersecond recipient
- G1G1
- SignalgeneratorSignal generator
- H1H1
- erster Senderfirst sender
- H2H2
- zweiter Sendersecond transmitter
- F1F1
-
Filter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz
fg oder ein IntegratorFilter, preferably a low-pass filter with a cutoff frequencyf g or an integrator - fg f g
-
Grenzfrequenz des Tiefpassfilters (Filter
F1 )Cutoff frequency of the low-pass filter (filterF1 ) - fu f u
-
untere Grenzfrequenz des Sendesignals (
S9 ).lower limit frequency of the transmission signal (S9 ). - fo f o
-
obere Grenzfrequenz des Sendesignals (
S9 ). Vorzugsweise ist die obere Grenzfrequenzfo kleiner als die doppelte untere Grenzfrequenzfu .upper limit frequency of the transmission signal (S9 ). The upper limit frequency is preferredf o less than twice the lower limit frequencyf u . - FFFF
-
Synchronisier-Vorrichtung, vorzugsweise ein Flipflop. Im Falle eines n-bit-breiten wertdiskreten Filterausgangssignals (
S6 ) kann es sich auch um ein Register, beispielsweise aus mehreren Flip-Flops handeln.Synchronizing device, preferably a flip-flop. In the case of an n-bit-wide discrete-value filter output signal (S6 ) it can also be a register, for example made up of several flip-flops. - I1I1
- erste Übertragungsstreckefirst transmission path
- I2I2
- zweite Übertragungsstreckesecond transmission path
- I3I3
- dritte Übertragungsstreckethird transmission path
- I4I4
- vierte Übertragungsstreckefourth transmission path
- INV1INV1
- Spiegelungseinheit, vorzugsweise ein InverterMirroring unit, preferably an inverter
- M1A M1 A
- erste Multiplikationsvorrichtungfirst multiplier
- M1B M1 B
- zweite Multiplikationsvorrichtungsecond multiplier
- M3M3
-
dritte Multiplikationsvorrichtung zum Umschalten (bei Realisierung als Schalter) oder stufenweisen oder kontinuierlichem Umsteuern zwischen dem ersten multiplizierten Zwischensignal (
S3A ) und dem zweiten multiplizierten Zwischensignals (S3B ) zur Bildung eines Filtereingangssignals (S4 ), wobei der Begriff Umschalten hier alle Arten des Umsteuerns mit einer streng monotonen Abhängigkeitsfunktion der Anteile des ersten multiplizierten Zwischensignals (S3A ) und des zweiten multiplizierten Zwischensignals (S3B ) an dem Filtereingangssignal (S4 ) in Abhängigkeit von dem Rückkopplungssignal (S8 ) umfasst. Das dermaßen breit aufgefasste Umschalten erfolgt in Abhängigkeit von dem besagten Rückkopplungssignal (S8 ). Die Realisierung eines mit einem ein-bit-breiten digitalen Rückkopplungssignal (S8 ) gesteuerten Schalters (z.B. eines Transfer-Gates) ist besonders bevorzugt.third multiplication device for switching (if implemented as a switch) or stepwise or continuous reversing between the first multiplied intermediate signal (S3 A ) and the second multiplied intermediate signal (S3 B ) to generate a filter input signal (S4 ), whereby the term switching here includes all types of reversing with a strictly monotonic dependence function of the components of the first multiplied intermediate signal (S3 A ) and the second multiplied intermediate signal (S3 B ) at the filter input signal (S4 ) depending on the feedback signal (S8 ) includes. The so broadly understood switching takes place as a function of the said feedback signal (S8 ). The realization of a one-bit-wide digital feedback signal (S8 ) controlled switch (for example a transfer gate) is particularly preferred. - OO
- Objekt (z.B. Windschutzscheibe mit Wassertropfen)Object (e.g. windshield with water droplets)
- O2O2
- ggf. zweites Objektpossibly second object
- S0A S0 A
- erstes Empfängerausgangssignalfirst receiver output signal
- S0B S0 B
- zweites Empfängerausgangssignalsecond receiver output signal
- s1s1
- erstes optisches Signalfirst optical signal
- S1A S1 A
- erstes Eingangsverstärkerausgangssignalfirst input amplifier output signal
- S1B S1 B
- zweites Eingangsverstärkerausgangssignalsecond input amplifier output signal
- s2s2
- zweites optisches Signalsecond optical signal
- S2A S2 A
- erstes Eingangsfilterausgangssignalfirst input filter output signal
- S2B S2 B
- zweites Eingangsfilterausgangssignalsecond input filter output signal
- s3s3
- drittes optisches Signalthird optical signal
- S3A S3 A
- erstes multipliziertes Zwischensignalfirst multiplied intermediate signal
- S3B S3 B
- zweites multipliziertes Zwischensignalsecond multiplied intermediate signal
- s4s4
- viertes optisches Signalfourth optical signal
- S4S4
- FiltereingangssignalFilter input signal
- S5S5
- Filterausgangssignal (Dieses spiegelt einen möglichen Messwert wider.)Filter output signal (This reflects a possible measured value.)
- S6S6
- wertdiskretes Filterausgangssignal (Dieses spiegelt einen möglichen Messwert wider.) Das wertdiskrete Filterausgangssignal ist typischerweise, aber nicht notwendigerweise zeitkontinuierlich.Discrete-value filter output signal (This reflects a possible measured value.) The discrete-value filter output signal is typically, but not necessarily, continuous in time.
- S7S7
- synchronisiertes Filterausgangssignal (Dieses spiegelt einen möglichen Messwert wider.) Das synchronisierte Filterausgangssignal ist typischerweise wert- und zeitdiskret.synchronized filter output signal (This reflects a possible measured value.) The synchronized filter output signal is typically discrete in value and time.
- S8S8
- Rückkoppelsignal(Dieses spiegelt einen möglichen Messwert wider.)Feedback signal (This reflects a possible measured value.)
- S9S9
-
Sendesignal. Das Sendesignal ist bevorzugt monofrequent oder bandbegrenzt mit einer unteren betragsmäßigen Grenzfrequenz
fu und einer oberen betragsmäßigen Grenzfrequenzfo . Für die Beträge dieser Grenzfrequenzen gilt vorzugsweise: (|f0-fu|)<|fg|<|fu|. Vorzugsweise handelt es sich um ein PWM Signal mit 50% Duty-Cycle. Die Verwendung von PCM Signalen ist möglich. In dem Fall ist aber Sorge zu tragen, dass die Synchronisierung im Flipflop (FF ) immer nur am Ende eines PCM-Codes erfolgt. Der PCM-Code sollte einen Füllfaktor von 50% haben. Das ist die zeitliche 1-Fläche im Vergleich zur zeitlichen 0-Fläche bezogen auf die Dauer der Aussendung des betreffenden PCM-Codes. Auch ist die Verwendung von bandbegrenzten Zufallssignalen möglich. In dem Fall muss ein Tiefpassfilter ähnlich dem Filter (F1 ) vorgesehen werden, das das Quadrat des Sendesignals filtert, und die mittlere Amplitude subtrahiert. Bei den dann folgenden Nulldurchgängen des Signals kann eine Synchronisierung erfolgen. In ähnlicher Weise können PFM-Modulationsverfahren etc. benutzt werden, wenn die Synchronisierung in der Synchronisier-Vorrichtung nur dann erfolgt, wenn die bis dahin pro Zeiteinheit ausgesendete Lichtmenge dem Zielwert, typischerweise 50%, entspricht.Transmission signal. The transmission signal is preferably mono-frequency or band-limited with a lower limit frequency in terms of magnitudef u and an upper limit frequency in terms of magnitudef o . The following preferably applies to the amounts of these limit frequencies: (| f 0 -f u |) <| f g | <| f u |. It is preferably a PWM signal with a 50% duty cycle. The use of PCM signals is possible. In this case, however, care must be taken that the synchronization in the flip-flop (FF ) only ever occurs at the end of a PCM code. The PCM code should have a fill factor of 50%. This is the temporal 1 area compared to the temporal 0 area based on the duration of the transmission of the PCM code in question. The use of band-limited random signals is also possible. In this case, a low-pass filter similar to the filter (F1 ) which filters the square of the transmitted signal and subtracts the mean amplitude. Synchronization can then take place at the zero crossings of the signal which then follow. In a similar way, PFM modulation methods etc. can be used if the synchronization in the synchronization device only takes place if the amount of light emitted per unit of time up to that point corresponds to the target value, typically 50%.
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-
2017
- 2017-01-24 DE DE102017101260.5A patent/DE102017101260B4/en active Active
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