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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Messsystems zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
- - bei dem mit einer Sendeeinrichtung Lichtsignale erzeugt werden,
- - die Lichtsignale mittels wenigstens einem Umlenkbereich einer Lichtsignalumlenkeinrichtung in veränderbarer Richtung in den Überwachungsbereich gelenkt werden, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich bezüglich seiner Umlenkwirkung auf die Richtung der Lichtsignale veränderbar ist,
- - ein die Umlenkwirkung charakterisierender Umlenkzustand des wenigstens einen Umlenkbereichs mit einer Zustandserfassungseinrichtung erfasst und ein den Umlenkzustand charakterisierendes Ist-Zustandssignal erzeugt wird,
- - das Ist-Zustandssignal mit wenigstens einem vorgegebenen oder vorgebbaren Start-Zustandssignal verglichen wird,
- - falls das Ist-Zustandssignal mit dem Start-Zustandssignal übereinstimmt, wenigstens ein Startsignal erzeugt wird, auf das hin eine Messung mit dem Messsystem gestartet werden kann.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Steuer- und Auswerteeinrichtung eines optischen Messsystems zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin, wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung Mittel aufweist,
- - mit denen ein Ist-Zustandssignal, das einen Umlenkzustand wenigstens eines Umlenkbereichs einer Lichtsignalumlenkeinrichtung des Messsystems charakterisiert, mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Start-Zustandssignal verglichen werden kann, wobei mit dem wenigstens einen Umlenkbereich eine Richtung von Lichtsignalen, die mit einer Sendeeinrichtung des Messsystems erzeugt werden können, gelenkt werden kann, und der Umlenkzustand die Umlenkwirkung des wenigstens einen Umlenkbereichs auf die Richtung der Lichtsignale charakterisiert,
- - und mit den Mitteln der Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens ein Startsignal erzeugt werden kann, falls das Ist-Zustandssignal und das Start-Zustandssignal übereinstimmen, auf das hin eine Messung mit dem Messsystem gestartet werden kann.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein optisches Messsystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs auf Objekte hin,
- - mit wenigstens einer Sendeeinrichtung, mit der Lichtsignale erzeugt werden können,
- - mit wenigstens einer Lichtsignalumlenkeinrichtung, welche wenigstens einen Umlenkbereich aufweist, mit dem die Lichtsignale mit veränderbarer Richtung in den Überwachungsbereich gelenkt werden können, wobei der wenigstens eine Umlenkbereich bezüglich seiner Umlenkwirkung auf die Richtung der Lichtsignale veränderbar ist,
- - mit wenigstens einer Zustandserfassungseinrichtung, mit der ein Umlenkzustand des wenigstens einen Umlenkbereichs erfasst und ein den Umlenkzustand des wenigstens einen Umlenkbereich charakterisierendes Ist-Zustandssignal erzeugt werden kann, wobei der Umlenkzustand eine Umlenkwirkung des wenigstens einen Umlenkbereichs auf die Richtung der Lichtsignale charakterisiert,
- - mit wenigstens einer Empfangseinrichtung, mit der Lichtsignale, welche an in dem Überwachungsbereich etwa vorhandenen Objekten reflektiert werden, empfangen werden können,
- - und mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, mit der die wenigstens eine Sendeeinrichtung, die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung, die wenigstens eine Empfangseinrichtung und die wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung gesteuert werden können und mit der wenigstens einen Zustandserfassungseinrichtung und der wenigstens einen Empfangseinrichtung erzeugte Signale ausgewertet werden können,
- - wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung Mittel aufweist, mit denen das Ist-Zustandssignal mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Start-Zustandssignal verglichen werden kann und wenigstens ein Startsignal erzeugt werden kann, falls das Ist-Zustandssignal und das Start-Zustandssignal übereinstimmen, auf das hin eine Messung mit dem Messsystem gestartet werden kann.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2016 122 194 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Sensors eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchem während eines Messzyklus zum Erfassen eines Objekts von einer Sendeeinrichtung Lichtpulse ausgesendet werden und die von dem Objekt reflektierten Lichtpulse mit einer Empfangseinrichtung empfangen werden. Zum Aussenden der Lichtpulse wird eine Lichtquelle der Sendeeinrichtung zu bestimmten Sendezeitpunkten angesteuert und die Lichtpulse werden mit einer Ablenkeinheit der Sendeeinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs abgelenkt. Bevorzugt weist die Ablenkeinheit ein Spiegelelement auf, welches zum Ablenken der Lichtpulse periodisch ausgelenkt wird. Bevorzugt wird ein Auslenkwinkel des Spiegelelements bestimmt und die Lichtquelle wird in Abhängigkeit von dem bestimmten Auslenkwinkel angesteuert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird innerhalb des Winkelbereichs eine Mehrzahl von Winkelpositionen für das Auslenken der Lichtpulse bestimmt, zu jeder der Winkelpositionen wird ein Sendeauslenkwinkel bestimmt und der jeweilige Lichtpuls wird ausgesendet, falls der Auslenkwinkel des Spiegelelementes einem der bestimmten Sendeauslenkwinkel entspricht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Steuer- und Auswerteeinrichtung und ein Messsystem zu gestalten, bei denen die Startsignale zum Starten von Messungen des Messsystems einfacher, insbesondere mit geringerem Aufwand an Bauteilen, erzeugt werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass das Ist-Zustandssignal und das Start-Zustandssignal als analoge Signale realisiert und mittels einem Komparator verglichen werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Komparator verwendet, um das Ist-Zustandssignal und das Start-Zustandssignal miteinander zu vergleichen. Ein Komparator kann einfach, insbesondere kostengünstig realisiert werden. Ferner kann mit dem Komparator der Vergleich der Zustandssignale im Verhältnis zum zeitlichen Abstand der Messungen kurzer Zeit durchgeführt werden. Auf diese Weise kann auf schnelle Analog-Digital-Wandler verzichtet werden, welche bezüglich der Kosten aufwendiger sind.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich eine auf die Lichtsignale reflektierende und/oder beugende und/oder die Lichtsignale formende Wirkung aufweisen, welche die Umlenkung der Richtung der Lichtsignale bewirkt. Wenigstens ein Umlenkbereich kann als Spiegel realisiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Umlenkbereich als diffraktive optische Struktur, insbesondere diffraktives optisches Element, realisiert sein.
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Die Umlenkwirkung wird durch den Umlenkzustand des wenigstens einen Umlenkbereichs charakterisiert. Vorteilhafterweise kann der Umlenkzustand als ein Einfall, insbesondere eine Einfallstelle und/oder einen Einfallswinkel, der Lichtsignale auf den wenigstens einen Umlenkbereich angegeben werden.
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Vorteilhafterweise kann der Umlenkzustand als eine Auslenkung, insbesondere in Schwenkwinkel und/oder eine Verschiebestrecke, wenigstens eines Umlenkbereichs insbesondere gegenüber einer Nullstellung des wenigstens einen Umlenkbereichs angegeben werden.
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Bei den Zustandssignalen kann es sich um Größen handeln, welche die Auslenkung, insbesondere den Schwenkwinkel und/oder die Verschiebestrecke, charakterisieren. Dabei können die Zustandssignale direkt durch die Auslenkung gebildet oder aus einer die Auslenkung charakterisierende Größe, insbesondere eine elektrische Spannung oder dergleichen, gebildet werden.
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Wenigstens eine Zustandserfassungseinrichtung kann vorteilhafterweise als Auslenkungserfassungseinrichtung oder Positionserfassungseinrichtung ausgestaltet sein. Mit der Zustandserfassungseinrichtung kann der Umlenkzustand, insbesondere die Auslenkung, wenigstens eines Umlenkbereichs erfasst werden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Umlenkbereich periodisch ausgelenkt werden. Periodische Schwingungen haben den Vorteil, dass der zeitliche Verlauf der Auslenkung des wenigstens einen Umlenkbereichs bekannt und reproduzierbar ist. Vorteilhafterweise kann der Umlenkbereich harmonische Schwingungen durchführen. Harmonische Schwingungen haben eine sinusförmigen Verlauf.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung kann vorteilhafterweise eine Mikroschwingspiegelanordnung sein. Dabei bilden die Spiegelflächen des Mikroschwingspiegels Umlenkbereiche für die Lichtsignale. Der Mikroschwingspiegel kann mit geeigneten Antriebsmitteln, insbesondere Kammantrieben, angetrieben werden. Dabei können die Umlenkbereiche, nämlich die Spiegelflächen, zu harmonischen Schwingungen um eine Achse angeregt werden. Eine momentane Winkelauslenkung der Umlenkbereiche, nämlich der Spiegelflächen, kann mit der Zustandserfassungseinrichtung erfasst und als elektrisches Ist-Zustandssignal ausgegeben werden.
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Vorteilhafterweise kann das optische Messsystem nach einem Lichtlaufzeitverfahren, insbesondere einem Lichtimpulslaufzeitverfahren, arbeiten. Nach dem Lichtimpulslaufzeitverfahren arbeitende optische Messsysteme können als Time-of-Flight- (TOF), Light-Detection-and-Ranging-Systeme (LiDAR), Laser-Detection-and-Ranging-Systeme (LaDAR) oder dergleichen ausgestaltet und bezeichnet werden. Dabei wird eine Laufzeit vom Aussenden eines Lichtsignals, insbesondere eines Lichtpulses, mit der wenigstens einer Sendeeinrichtung und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals mit wenigstens einer Empfangseinrichtung gemessen und daraus eine Entfernung zwischen dem Messsystem und dem erfassten Objekt ermittelt.
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Vorteilhafterweise kann das optische Messsystem als scannendes System ausgestaltet sein. Dabei kann mit Lichtsignalen, insbesondere Lichtpulse, ein Überwachungsbereich abgetastet, also abgescannt, werden. Dazu können die entsprechenden Lichtsignale bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung über den Überwachungsbereich sozusagen geschwenkt werden. Hierzu wird wenigstens eine Lichtsignalumlenkeinrichtung eingesetzt.
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Vorteilhafterweise kann das Messsystem als laserbasiertes Entfernungsmesssystem ausgestaltet sein. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann als Lichtquelle einer Sendeeinrichtung wenigstens einen Laser, insbesondere einen Diodenlaser, aufweisen. Mit dem wenigstens einen Laser können insbesondere gepulste Lichtstrahlen als Lichtsignale gesendet werden. Mit dem Laser können Lichtsignale in für das menschliche Auge sichtbaren oder nicht sichtbaren Frequenzbereichen emittiert werden. Entsprechend kann wenigstens eine Empfangseinrichtung einen für die Frequenz des ausgesendeten Lichtes ausgelegten Empfänger, insbesondere eine (Lawinen)fotodiode, ein Dioden-Array, ein CCD-Array oder dergleichen, aufweisen. Das laserbasierte Entfernungsmesssystem kann vorteilhafterweise ein Laserscanner sein. Mit einem Laserscanner kann ein Überwachungsbereich mit insbesondere gepulsten Laserstrahlen abgetastet werden.
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Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, einem Luftfahrzeug und/oder einem Wasserfahrzeug verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden, die autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Fahrzeuge. Sie kann auch im stationären Betrieb eingesetzt werden.
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Das optische Messsystem kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung und/oder einem Parkassistenzsystem und oder einer Gestenerkennung oder dergleichen, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise auf diese Weise kann ein wenigstens teilweise autonomer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
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Mit dem optischen Messsystem können stehende oder bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, insbesondere Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Freiräume, insbesondere Parklücken, oder dergleichen, erfasst werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das analoge Start-Zustandssignal aus einem digitalen Start-Zustandssignal ermittelt werden und/oder das Startsignal kann als digitales Startsignal realisiert werden.
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Ein digitales Start-Zustandssignal kann effizient, insbesondere speicherplatzsparend, gespeichert und/oder ermittelt werden. Ferner kann ein digitales Start-Zustandssignal schnell aus einem Speicher ausgelesen werden. Das digitale Start-Zustandssignal kann in ein entsprechendes analoges Start-Zustandssignal umgewandelt werden. Das analoge Start-Zustandssignal kann direkt mit einem entsprechenden analogen Ist-Zustandssignal verglichen werden.
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Vorteilhafterweise können mehrere Start-Zustandssignale in einer Tabelle oder Liste vorgegeben werden. Auf diese Weise kann auf die Start-Zustandssignale schnell zugegriffen werden. Die Tabelle oder Liste kann abgearbeitet werden. Auf diese Weise kann bei den mit der Tabelle oder Liste vorgegebenen entsprechenden Umlenkzuständen des wenigstens einen Umlenkbereichs jeweils ein Lichtsignal in den entsprechenden Teil des Überwachungsbereichs umgelenkt werden und so insgesamt der Überwachungsbereich abgetastet werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Startsignal kann als digitales Startsignal realisiert werden. So kann das Startsignal direkt digital verarbeitet werden. Bauteile zur digitalen Verarbeitung können gegenüber Bauteilen zur analogen Verarbeitung einfacher und/oder platzsparender ausgestaltet sein. Die Bearbeitung des digitalen Startsignals kann so auch auf softwaretechnischem Wege, insbesondere mithilfe eines programmierbaren Bausteins, erfolgen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Startsignal wenigstens einem Validierungsprozess unterzogen werden und, falls das Startsignal validiert wird, kann die Messung gestartet werden, anderenfalls kann die Messung nicht gestartet werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass ein Lichtsignal zu einem nicht passenden Zeitpunkt ausgesendet wird. So kann verhindert werden, dass Lichtsignale in falsche Richtungen gelenkt werden. Insgesamt kann auf diesem Wege eine Augensicherheit des Messsystems vergrößert werden.
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Vorteilhafterweise kann ein Startsignal, welches nicht validiert wird, verworfen werden. Auf diese Weise kann Speicherplatz eingespart werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Startsignal wenigstens einem Validierungsprozess unterzogen werden, bei dem geprüft wird,
- - ob seit einem etwaigen vorherigen validierten Startsignale eine vorgebbare Mindest-Wartezeit eingehalten wird, falls diese unterschritten wird, wird das Startsignal nicht validiert
und/oder
- - ob das Startsignal in einem zeitlichen Mindestabstand zu einer Umkehr der Umlenkwirkung des wenigstens einen Umlenkbereichs erzeugt wird, falls zu das prüfende Startsignal weniger als in dem zeitlichen Mindestabstand zu einer Umkehr erzeugt wird, wird das Startsignal nicht validiert.
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Durch das Einhalten der Mindest-Wartezeit zu einem vorherigen validierten Startsignale kann vermieden werden, dass Messungen zeitlich zu kurz hintereinander ausgeführt werden.
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Im Bereich einer Umkehr der Umlenkwirkung können zeitlich nah hintereinander mehrmals Ist-Zustandssignale realisiert werden, welche mit eins und demselben Start-Zustandssignal übereinstimmen, und entsprechende Startsignale erzeugt werden. Durch das Einhalten des zeitlichen Mindestabstands zu einer Umkehr der Umlenkwirkung kann das am besten geeignete Startsignal ausgewählt werden.
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Vorteilhafterweise kann eine Umkehr der Umlenkwirkung aus einem vorgegebenen und/oder einem gemessenen zeitlichen Verlauf der Umlenkwirkung des wenigstens einen Umlenkbereichs ermittelt werden. Der zeitliche Verlauf der Umlenkwirkung kann insbesondere mit initialen Messungen ermittelt und gespeichert und/oder auf Basis der charakteristischen Bewegungen, insbesondere Schwingung, des wenigstens einen Umkehrbereichs ermittelt, insbesondere berechnet, werden. Sofern der Umlenkbereich harmonisch schwingt, können aus dem sinusförmigen Verlauf der Umlenkwirkung einfach die Umkehr der Umlenkwirkung als Maxima des sinusförmigen Verlaufs ermittelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann auf ein validiertes Startsignal hin wenigstens ein Lichtsignal erzeugt werden und/oder auf ein validiertes Startsignal hin kann eine Vorbereitung der Erzeugung des Lichtsignals gestartet werden und/oder auf ein validiertes Startsignal hin kann eine Empfängersequenz gestartet werden und/oder auf ein validiertes Startsignal hin eine Lichtlaufzeitmessung gestartet werden. Auf diese Weise kann je nach Bedarf auf ein validiertes Startsignal hin ein entsprechender Prozess gestartet werden.
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Vorteilhafterweise kann mithilfe eines Startsignals die Vorbereitung der Erzeugung des Lichtsignals gestartet werden. Insbesondere kann eine elektrische Kapazität zur Anregung einer Lichtquelle, insbesondere eines Lasers, geladen werden. Mit einem diesem Startsignal folgenden Startsignal kann das Lichtsignal erzeugt werden, insbesondere kann der Laser angeregt werden. Ferner kann eines der vorgenannten Startsignal oder ein weiteres Startsignal verwendet werden, um eine Empfängersequenz wenigstens einer Empfängereinrichtung zu starten. Außerdem kann eines der vorgenannten Startsignale oder ein weiteres Startsignal zum Starten der Laufzeitmessung für das Lichtsignal verwendet werden.
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Mithilfe der Startsignale kann insgesamt das Messsystem effizienter gesteuert werden. Insbesondere kann eine Richtung des Lichtsignals genauer vorgegeben und/oder bestimmt werden. Aus der Richtung des Lichtsignals kann eine Richtung eines erfassten Objekts relativ zu Messsystem ermittelt werden. So kann insgesamt die Richtung von erfassten Objekten genauer bestimmt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der Vergleich eines Ist-Zustandssignals mit einem Start-Zustandssignal und die Erzeugung eines Startsignals während einer laufenden Messung durchgeführt werden. Auf diese Weise kann während einer laufenden Messung wenigstens ein Startsignal für eine folgende Messung vorbereitet oder ermittelt werden. Auf diese Weise können die Messungen schneller hintereinander durchgeführt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verfahren zyklisch durchgeführt werden. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich fortwährend, insbesondere kontinuierlich, überwacht werden. So kann eine Tabelle oder Liste mit entsprechenden Umlenkzuständen des wenigstens einen Umlenkbereichs der Reihe nach abgearbeitet werden, um den Überwachungsbereich abzutasten
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei der Steuer- und Auswerteeinrichtung dadurch gelöst, dass
- - das Ist-Zustandssignal und das Start-Zustandssignal analoge Signale sind und
- - die Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens einen Komparator aufweist, wobei wenigstens ein Signaleingang des Komparators mit einem Signalausgang einer Zustandserfassungseinrichtung verbunden ist, an welchem ein Ist-Zustandssignal ausgegeben kann, an wenigstens einem Signaleingang des Komparators wenigstens ein Start-Zustandssignal angelegt werden kann, und wenigstens an einem Signalausgang des Komparators ein Startsignal ausgegeben werden kann.
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Erfindungsgemäß wird mit dem Komparator ein Ist-Zustandssignal mit einem Start-Zustandssignal verglichen. Ein entsprechendes Ergebnis des Vergleichs wird als Startsignal der Steuer- und Auswerteeinrichtung übermittelt. Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann gegebenenfalls nach einer entsprechenden Validierung eine entsprechende Funktion des Messsystems gestartet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens einen Digital-Analog-Wandler aufweisen, welcher einem Signaleingang des wenigstens einen Komparators für das wenigstens eine Start-Zustandssignal vorgeschaltet ist und mit dem wenigstens ein digitales Start-Zustandssignal in wenigstens ein analoges Start-Zustandssignal umgewandelt werden kann. Auf diese Weise kann das Start-Zustandssignal als digitale Größe vorgegeben, insbesondere gespeichert, werden. Nach der Umwandlung wird das analoge Start-Zustandssignal an den Signaleingang des Komparators angelegt und mit diesem direkt mit dem an dem anderen Signaleingang anliegenden analogen Ist-Zustandssignal verglichen werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens eine Liste und/oder Tabelle für Start-Zustandssignale aufweisen. Auf diese Weise können mehrere Start-Zustandssignale, welche unterschiedlichen Umlenkzuständen des wenigstens ein Umlenkbereichs entsprechen, vorgegeben werden. Die Start-Zustandssignale können nacheinander abgearbeitet werden. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich mit den Lichtsignalen abgetastet werden.
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Vorteilhafterweise können die Steuer- und Auswerteeinrichtung und das Verfahren zum Betreiben des optischen Messsystems auf hardwaremäßigem und softwaremäßigem Wege realisiert sein. Die entsprechenden Bauteile der Steuer- und Auswerteeinrichtung können in einer Einheit realisiert sein. Die Bauteile können auch getrennt voneinander, insbesondere in unterschiedlichen Gehäusen, realisiert sein.
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Vorteilhafterweise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens einen programmierbaren Baustein, insbesondere ein Field Programmable Gate Array (FPGA), aufweisen. Auf diese Weise kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung einfacher angepasst werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können wenigstens ein Ist-Zustandssignal und wenigstens ein Start-Zustandssignal elektrische Spannungssignale sein. Elektrische Zustandssignale können auf elektrischem Wege insbesondere mit elektronischen/elektrischen Bauteilen verarbeitet werden. Elektrische Zustandssignale können sowohl analog als auch digital realisiert werden.
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Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Ist-Zustandssignal mittels eines elektrischen Positionsgebers, insbesondere eines Piezoelements oder einer Kammstruktur, beispielsweise bei einem Mikroschwingspiegel, oder dergleichen, erzeugt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Lichtsignalumlenkeinrichtung wenigstens einen Mikroschwingspiegel aufweisen oder daraus bestehen. Mit Mikroschwingspiegeln können schnelle Schwingungen und damit schnelle Richtungsänderungen für die Lichtsignale realisiert werden. Außerdem können Mikroschwingspiegel platzsparend aufgebaut sein.
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Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Messsystem dadurch gelöst, dass
- - das wenigstens eine Ist-Zustandssignal und das wenigstens eine Start-Zustandssignal analoge Signale sind und
- - die Steuer- und Auswerteeinrichtung wenigstens einen Komparator aufweist, wobei wenigstens ein Signaleingang des Komparators mit einem Signalausgang einer Zustandserfassungseinrichtung verbunden ist, welcher wenigstens ein Ist-Zustandssignal ausgeben kann, an wenigstens einem Signaleingang des Komparators wenigstens ein Start-Zustandssignal angelegt werden kann, und an wenigstens einem Signalausgang des Komparators ein Startsignal ausgegeben werden kann.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Steuer- und Auswerteeinrichtung und dem erfindungsgemäßen Messsystem und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 eine Vorderansicht eines Personenkraftwagens mit einem Fahrerassistenzsystem und einem optischen Messsystem zur Überwachung eines Überwachungsbereichs in Fahrtrichtung vor dem Personenkraftwagen;
- 2 eine Funktionsdarstellung des Personenkraftwagens aus der 1 mit dem Fahrerassistenzsystem und dem Messsystem;
- 3 eine detaillierte Funktionsdarstellung des Messsystems aus den 1 und 2 im Bereich einer Steuer- und Auswerteeinrichtung;
- 4 zeitliche Verläufe eines gemessenen Ist-Zustandssignals und eines vorgegebenen Start-Zustandssignals eines Umlenkbereichs einer Lichtsignalumkehreinrichtung des Messsystems und von Startsignalen für Messungen mit dem Messsystem.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in einer Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 verfügt über ein optisches Messsystem 12, welches beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Mit dem optischen Messsystem 12 kann ein Überwachungsbereich 14, welcher in der 2 angedeutet ist, in Fahrtrichtung 16 vor dem Fahrzeug 10 auf Objekte 18 hin überwacht werden. Mit dem optischen Messsystem 12 kann der Überwachungsbereich 14 abgetastet, also abgescannt, werden.
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Das optische Messsystem 12 kann statt in der vorderen Stoßstange auch an einer anderen Stelle des Fahrzeugs 10 angeordnet und in eine andere Richtung gerichtet sein. Es können auch mehrere optische Messsysteme 12 an dem Fahrzeug 10 vorgesehen sein.
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Bei den Objekten 18 kann es sich um stehende oder bewegte Objekte, beispielsweise um andere Fahrzeuge, Personen, Tiere, Hindernisse, Fahrbahnunebenheiten, Schlaglöcher oder Steine, Fahrbahnbegrenzungen, Freiräume, Parklücken oder dergleichen, handeln.
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Ferner verfügt das Fahrzeug 10 über ein Fahrerassistenzsystem 20, mit welchem Fahrfunktionen, beispielsweise Lenkfunktionen, Bremsfunktionen und/oder Motorfunktionen des Fahrzeugs 10 wenigstens teilweise gesteuert oder ein Fahrer unterstützt werden können. Ferner können mit dem Fahrerassistenzsystem 20 Informationen an den Fahrer herausgegeben werden. Mithilfe des Fahrerassistenzsystems 20 kann das Fahrzeug 10 autonom oder wenigstens teilautonom betrieben werden.
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Das Messsystem 12 ist signaltechnisch mit dem Fahrerassistenzsystem 20 verbunden. Auf diese Weise können mit dem Messsystem 12 erlangte Informationen, beispielsweise über Objekte 18 im Überwachungsbereich 16, an das Fahrerassistenzsystem 20 übermittelt werden.
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Das optische Messsystem 12 ist beispielhaft als Laserscanner ausgestaltet. Mit dem optischen Messsystem 12 werden Lichtsignale 30 beispielsweise in Form von Laserpulsen in den Überwachungsbereich 14 gesendet. Dabei wird die Richtung der Lichtsignale 30 in den Überwachungsbereich 14 variiert, sodass der Überwachungsbereich 14 insgesamt abgetastet werden kann. Mit dem Messsystem 12 können Entfernungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von erfassten Objekten 18 relativ zum Fahrzeug 10 ermittelt werden.
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Das Messsystem 12 umfasst eine Sendeeinrichtung 22, eine Lichtsignalumlenkeinrichtung 24, eine Empfangseinrichtung 26 und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 28.
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Die Sendeeinrichtung 22 weist einen Laser, beispielsweise einen Diodenlaser, auf, mit welchem die Lichtsignale 30 erzeugt und ausgesendet werden können. Ferner umfasst die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 ein optisches System beispielsweise mit einer Linse, mit der die Lichtsignale 30 geformt, beispielsweise in einer Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung fokussiert und in einer anderen Richtung quer zur Ausbreitungsrichtung aufgeweitet werden können. Die Sendeeinrichtung 22 ist mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 steuerungstechnisch verbunden.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 ist beispielhaft als sogenannte Mikroschwingspiegelanordnung ausgestaltet. Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 weist ein Umlenkbereich 35 in Form eines Mikrospiegels auf. Der Umlenkbereich 35 ist um eine Schwingungsachse, welche in der 2 beispielhaft senkrecht zur Zeichenebene verläuft und dort als Punkt angedeutet ist, schwingend beispielsweise mithilfe einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Kammantrieb, angetrieben. Die Schwingungsrichtung ist beispielhaft mit einem Doppelpfeil angedeutet. Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 ist so ausgestaltet, dass der Umlenkbereich 35 harmonische Schwingungen durchführt. Der zeitliche Verlauf der Auslenkung des Umlenkbereichs 35 ist sinusförmig.
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Der Umlenkbereich 35 befindet sich im Strahlweg der Lichtsignale 30 hinter der Sendeeinrichtung 22. Die Lichtsignale 30 werden auf den Umlenkbereich 35 gesendet und mit diesem abhängig von seiner Auslenkung entsprechend in den Überwachungsbereich 14 gelenkt. Durch die Schwingung des Umlenkbereichs 35 wird so der Überwachungsbereich 14 mit den Lichtsignalen 30 abgetastet.
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Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Umlenkbereich 35 zusätzlich um eine zweite Schwingungsachse schwingend angetrieben werden. Die zweite Schwingungsachse kann senkrecht zur ersten Schwingungsachse verlaufen. Auf diese Weise kann der Umlenkbereich 35 in zwei Dimensionen schwingen. So kann der Überwachungsbereich 14 in zwei Dimensionen abgetastet werden.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 verfügt ferner über eine Zustandserfassungseinrichtung 32, mit welcher der momentane Umlenkzustand des Umlenkbereichs 35 erfasst werden kann. Der Umlenkzustand charakterisiert die Umlenkwirkung des Umlenkbereichs 35 auf die Lichtsignale 30. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht der Umlenkzustand der momentanen Auslenkung des Umlenkbereichs 35 von dessen Nullstellung. Die Umlenkwirkung ist durch die dadurch bewirkte Richtungsänderung, also Ablenkung, eines von der Sendeeinrichtung 22 kommenden Lichtsignals 30 in den Überwachungsbereich 14 charakterisiert.
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Mit der Zustandserfassungseinrichtung 32 wird ein analoges Ist-Zustandssignal 34 in Form einer elektrischen Spannung erzeugt, welches den Umlenkzustand des Umlenkbereichs 35 charakterisiert. Der zeitliche Verlauf des Ist-Zustandssignals 34 in der 4 als Sinuskurve angedeutet.
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Die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24, respektive die Antriebseinheit und die Zustandserfassungseinrichtung 32, ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. So kann mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 die Lichtsignalumlenkeinrichtung 24 gesteuert oder geregelt werden. Außerdem kann das Ist-Zustandssignal 34 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt und mit dieser verarbeitet werden.
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Die Lichtsignale 30 können an einem etwa im Überwachungsbereich 14 vorhandenen Objekt 18 reflektiert und als reflektierte Lichtsignale 36 und der Empfangseinrichtung 26 empfangen werden.
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Die Empfangseinrichtung 26 verfügt über einen Empfänger, mit dem reflektierte Lichtsignale 36 in mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verwertbare Signale, beispielsweise elektrische Signale umgewandelt werden können. Der Empfänger kann beispielsweise wenigstens eine Fotodiode, wenigstens ein Dioden-Array und/oder wenigstens ein CCD-Array oder dergleichen aufweisen. Optional kann die Empfangseinrichtung 36 ein optisches System, beispielsweise mit einer optischen Linse, aufweisen mit welchem die reflektierten Lichtsignale 26 auf den Empfänger fokussiert werden können.
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Die Empfangseinrichtung 26 ist signaltechnisch mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verbunden. Auf diese Weise kann die Empfangseinrichtung 26 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 gesteuert werden. So kann mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 beispielsweise eine Empfängersequenz gestartet werden. Außerdem können die Signale, die mit der Empfangsreinrichtung 26 aus den empfangenen reflektierten Lichtsignale 26 umgewandelt werden, an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 übermittelt werden.
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Mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 kann das Messsystem 12 gesteuert werden. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 ist auf hardware- und softwaretechnischem Wege realisiert. Die Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 können als Einheit, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse realisiert sein. Alternativ können Elemente der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 teilweise getrennt voneinander realisiert sein.
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Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28, die Zustandserfassungseinrichtung 32, die Sendeeinrichtung 22 und der Empfangseinrichtung 26 sind in der 3 im Detail gezeigt.
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Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 umfasst eine Start-Vorgabeeinrichtung 40, welche beispielsweise in Form eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA) realisiert ist. Mit dem FPGA können auch weitere Funktionen der Steuer- und Auswerteeinrichtung 28 verwirklicht werden.
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Die Start-Vorgabeeinrichtung 40 ist steuerungstechnisch mit der Sendeeinrichtung 22 und der Empfängereinrichtung 26 verbunden.
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Ein Signalausgang der Start-Vorgabeeinrichtung 40 ist mit einem Signaleingang eines Digital-Analog-Wandlers 42 verbunden. Der Signalausgang des Digital-Analog-Wandlers 42 ist beispielhaft mit einem Minus-Signaleingang eines Komparators 44 verbunden. Ein Signalausgang 46 des Komparators 44 ist mit einem Signaleingang der Start-Vorgabeeinrichtung 40 verbunden.
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Der Plus-Signaleingang des Komparators 44 ist mit einem Signalausgang der Zustandserfassungseinrichtung 32 verbunden, an dem das Ist-Zustandssignal 34 anliegt.
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Im Folgenden wird das Verfahren zum Betreiben des Messsystems 12 näher erläutert. In der Start-Vorgabeeinrichtung 40 ist eine Tabelle mit Umlenkzuständen des Umlenkbereichs 35 hinterlegt, bei welchen jeweils ein Lichtsignal 30 erzeugt und eine Messung mit dem Messsystem 12 durchgeführt werden soll. Jedem der Umlenkzustände ist ein entsprechendes digitales Start-Zustandssignal 52 in Form einer elektrischen Spannung zugeordnet.
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Eine Messung besteht aus der Erzeugung eines Lichtsignals 30, dem Starten einer Lichtlaufzeitmessung, dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals 36 und der Bestimmung der Lichtlaufzeit zwischen dem Aussenden des Lichtsignals 30 und dem Empfang des entsprechend reflektierten Lichtsignals 36. Zum Abtasten des Überwachungsbereichs 14 wird die Tabelle abgearbeitet, sodass der Reihe nach bei den entsprechenden Umlenkzuständen des Umlenkbereichs 35 jeweils eine Messung durchgeführt wird.
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Zur Vorbereitung einer Messung wird das digitale Start-Zustandssignal 52, welches an der Reihe ist, an den Digital-Analog-Wandler 42 übermittelt.
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Mit dem Digital-Analog-Wandler 42 wird aus dem digitalen Start-Zustandssignal 52 ein analoges Start-Zustandssignal 52 erzeugt. Die digitalen Start-Zustandssignale 52 werden also zu einem analogen Start-Zustandssignal 52 zusammengesetzt.
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Der zeitliche Verlauf des analogen Start-Zustandssignals 52 während einer Schwingungsperiode des Umlenkbereichs 35 ist in der 4 gezeigt. Insgesamt weist das Start-Zustandssignal 52 einen treppenförmigen Verlauf auf, welcher im Wesentlichen dem Schwingungsverlauf des Umlenkbereichs 35 entspricht. Dabei wird jede Treppenstufe durch ein entsprechendes digitales Start-Zustandssignal 52 gebildet, welches in einer Flanke in das jeweils zeitlich nächste digitalen Start-Zustandssignal 52 übergeht. Das analoge Start-Zustandssignal 52 wird an den Minus-Signaleingang des Komparators 44 gelegt.
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Mit der Zustandserfassungseinrichtung 32 wird fortwährend das den momentanen Umlenkzustand des Umlenkbereichs 35 charakterisierender analoge Ist-Zustandssignal 34 erzeugt. Das Ist-Zustandssignal 34 wird an den Plus-Signaleingang des Komparators 44 angelegt.
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Sobald das an dem Plus-Signaleingang des Komparators 44 anliegende Ist-Zustandssignal 34 und das an dem Minus-Signaleingang anliegende Start-Zustandssignal 52 übereinstimmen, wird mit dem Komparator 44 ein Startsignal 56 erzeugt. In der 4 sind die Stellen, an denen das Ist-Zustandssignal 34 mit dem Start-Zustandssignal 52 übereinstimmt, zur besseren Übersichtlichkeit mit Pfeilen gekennzeichnet.
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Das Startsignal 56 wird an die Start-Vorgabeeinrichtung 40 übermittelt.
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Jedes Startsignal 56 wird in einer weiter unten erläuterten Phase des Verfahrens einem Validierungsprozess unterzogen. Der besseren Unterscheidbarkeit wegen sind in der 4 die in dem Validierungsprozess validierten Startsignale 56 mit dem Bezugszeichen 56a versehen und als Rauten markiert. Die Startsignale 56, welche nicht validiert werden, sind in der 4 mit dem Bezugszeichen 56b versehen und als Kreise mit Kreuzen dargestellt.
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In der Start-Vorgabeeinrichtung 40 wird jedes Startsignal 56 dem Validierungsprozess unterzogen. Dabei wird überprüft, ob das Startsignal 56 zum Starten einer Messung verwendet werden soll. Ein validiertes Startsignal 56a wird zum Starten einer Messung verwendet. Ein nicht validierte Startsignal 56b wird nicht zu einem Start der Messung verwendet.
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Mit dem Validierungsprozess wird geprüft, ob zum Zeitpunkt der Erzeugung des jeweiligen Startsignals 56 seit einem etwaigen vorhergehenden validierten Startsignal 56a eine vorgegebene Mindestwartezeit tvor,min eingehalten wird.
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Beispielhaft wird im Folgenden die Überprüfung der Mindestwartezeit tvor,min anhand des in der 4 zweiten Startsignals 56 von links erläutert. Der zeitliche Abstand td zwischen dem zu prüfenden Startsignal 56 und dem vorherigen validierten Startsignal 56a, in der 4 das erste Startsignal von links, ist kleiner als die Mindestwartezeit tvor,min nach diesem validierten Startsignal 56a. Das in der 4 zweite Startsignal 56 von links wird infolgedessen nicht validiert. Das nicht validierte Startsignal 56 ist daher mit dem Bezugszeichen 56b versehen.
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Sobald das nächste Startsignal 56, nämlich das dritte Startsignal 56 von links vorliegt, wird dieses dem Validierungsprozess unterzogen. Das dritte Startsignal 56 hält die Mindestwartezeit tvor,min gegenüber dem letzten validierten Startsignal 56a, nämlich dem ersten Startsignal 56a von links, ein.
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In dem Validierungsprozess wird ferner geprüft, ob das Startsignal 56, vorliegend das dritte Startsignal 56 von links, einen vorgegebenen zeitlichen Mindestabstand tum,min zu einer Richtungsumkehr des Umlenkbereichs 35. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Richtungsumkehr durch ein Maximum des Ist-Zustandssignals 34 angezeigt.
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Die Richtungsumkehr wird aus einem in der Start-Vorgabeeinrichtung 40 hinterlegten zeitlichen Verlauf des Umlenkzustands des Umlenkbereichs 35 ermittelt. Der hinterlegte Verlauf des Umlenkzustands stimmt im Normalfall mit dem gemessenen Verlauf des Ist-Zustandssignals 34, wie in der 4 gezeigt ist, überein. Da es sich dabei um ein Sinusverlauf handelt, entspricht die Richtungsumkehr dem entsprechenden Maximum der Sinuskurve.
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Das in der 4 gezeigte dritte Startsignal 56 von links hält den Mindestabstand tum, min zu der Richtungsumkehr nicht ein. Das in der 4 dritte Startsignal 56 von links wird infolgedessen nicht validiert. Das nicht validierte dritte Startsignal 56 ist daher mit dem Bezugszeichen 56b versehen.
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Bei Vorliegen des nächsten Startsignals 56, nämlich dem in der 4 vierten Startsignal 56 von links, wird dieses dem Validierungsprozess unterzogen. Das vierte Startsignal 56 von links hält die Mindestwartezeit tvor,min zu dem zuletzt validierten Startsignal 56a, nämlich dem ersten Startsignal 56a, und den Mindestabstand tum,min zu der Richtungsumkehr des Umlenkbereichs 35 ein. Das vierte Startsignal 56 von rechts wird infolgedessen validiert. Das validierte Startsignal 56 ist daher mit dem Bezugszeichen 56a versehen.
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Auf diese Weise werden alle Startsignale 56 dem Validierungsprozess unterzogen.
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Alternativ können die Startsignale 56 zuerst auf die Einhaltung der Mindestwartezeit tvor,min und dann auf die Einhaltung des Mindestabstand tum,min hin überprüft werden.
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Die validierten Startsignale 56a werden jeweils zum Starten einer Messung verwendet. Das entsprechende validierte Startsignal 56b wird hierzu an die Sendeeinrichtung 22 übermittelt. Dabei kann auf das validierte Startsignal 56a hin mit der Sendeeinrichtung 22 direkt ein Lichtsignale 30 erzeugt werden oder eine Vorbereitung zur Erzeugung eines Lichtsignals 30 gestartet werden.
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Ferner kann das Startsignal 56a an die Empfangseinrichtung 26 übermittelt werden und eine entsprechende Empfangssequenz eingeleitet werden. In der Empfangssequenz wird der Empfänger der Empfangseinrichtung entsprechend auf den Empfang eines etwaigen reflektierten Lichtsignals 36 vorbereitet.
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Ferner wird auf das Startsignal 56a hin die Laufzeitmessung gestartet, bei der die Zeit zwischen dem Aussenden des Lichtsignals 30 und dem Empfang des entsprechenden reflektierten Lichtsignals 36 gemessen wird. Aus der Laufzeit des Lichtsignals 30 und des empfangenen reflektierten Lichtsignals 36 wird eine Entfernung des Objekts 18 bestimmt.
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Aus dem momentanen Umlenkzustand des Umlenkbereichs 35, respektive dem Ist-Zustandssignal 34, wird eine Richtung des erfassten Objekts 18 relativ zu dem Messsystem 12 ermittelt.
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Ferner wird aus dem empfangenen reflektierten Lichtsignal 36 eine Geschwindigkeit des erfassten Objekts 18 zu dem Messsystem 12 ermittelt.
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Das Verfahren zur Durchführung der Messung wird zyklisch durchgeführt. Dabei können die Startsignale 56a für eine folgende Messung bereits während einer laufenden Messung durchgeführt werden. Auf diese Weise kann insgesamt die Geschwindigkeit, in der der Überwachungsbereich 14 abgetastet wird, erhöht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016122194 A1 [0004]
