DE10302541B4

DE10302541B4 - Vorrichtung zur optischen Verkehrsraumüberwachung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10302541B4
Application number: DE10302541A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bärenweiler Josef; Dr. Riedel Helmut; Dipl.-Ing.(FH) Fendt Günter; Dipl.-Ing. Thomas (FH) Ohgke
Original assignee: Individual
Current assignee: London Optical Car Systems Ltd Gb
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: DE10302541A1

Abstract

Vorrichtung zur optischen Verkehrsraumüberwachung in einem Fahrzeug (1), – mit einer in einem Optikeinbauraum (13) angeordneten Optikeinheit (3), – mit einer von dieser räumlich getrennten und mit dieser funktional verbundenen Versorgungseinheit (5) in einem Versorgungseinbauraum (14), – wobei die mit der Optikeinheit (3) funktional verbundene Versorgungseinheit (5), a) zu deren Energieversorgung dient, wobei ein Primärteil (18) eines Netzteils (16) in der Versorgungseinheit (5) und ein Sekundärteil (19) des Netzteils (16) in der Optikeinheit (3) angeordnet ist, und/oder b) zur Bereitstellung von Datenverarbeitungskapazitäten für die mit Hilfe der Optikeinheit (3) aufgenommenen Daten dient, wobei in der Versorgungseinheit (5) eine Datenverarbeitung mit höherer Taktfrequenz als in der Optikeinheit (3) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Verkehrsraumüberwachung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Personenkraftfahrzeug.
Eine Anordnung zur optischen Erfassung des Fahrbahnverlaufs ist beispielsweise aus der DE 196 15 240 A1 bekannt. Hierbei ist ein Kleintransporter mit einer Videokamera mit einem Weitwinkel-Objektiv ausgerüstet. Damit soll eine Erfassung der Fahrbahn auf fast deren gesamter Länge zwischen dem Fahrzeug und dem Horizont möglich sein. Die Anordnung hat jedoch einen erheblichen Raumbedarf am oder im Fahrzeug, was insbesondere bei einem Personenkraftfahrzeug relevant ist.
Aus der Schrift DE 198 05 000 A1 ist eine optische Sensorvorrichtung für Kraftfahrzeuge, die hinter einer Scheibe des Kraftfahrzeugs von der Fahrzeugumgebung abgegrenzt angeordnet ist, bekannt, bei dieser die Scheibe im Durchtrittsbereich eine Schicht mit variabler Lichtdurchlässigkeit aufweist.
Aus der Schrift EP 1 273 516 A1 ist eine Einrichtung zum Erfassen optischer Informationen mit zumindest einer Empfangseinheit bekannt, bei dieser optische Fasern zum Erfassen der optischen Informationen vorgesehen und zum Zusammenführen von diesen mit einer zentralen Empfangseinheit verbindbar sind.
Ein Verfahren und System zur Überwachung von vom Fahrer nicht direkt oder nur über einen Spiegel einsehbaren Räumen um ein Fahrzeug herum ist z. B. aus der Schrift DE 198 01 884 A1 bekannt. Hierbei wird mit Videokameras ein Bild des zu überwachenden Raumes erzeugt und auf Anzeigevorrichtungen für den Fahrer dargestellt.
Ein Verfahren zur Verbesserung der Sicht in einem Fahrzeug, insbesondere bei Dunkelheit, schlechter Witterung und Nebel ist aus der Schrift DE 101 26 492 A1 bekannt. Hierbei wird Laserlicht außerhalb des sichtbaren Spektrums in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich abgestrahlt, der mit einer Kamera beobachtet wird und deren Bilder einem Fahrer angezeigt werden, wobei das Laserlicht mittels Scheinwerfern abgestrahlt wird.
Als Nachteil von diesen Lösung kann betrachtet werden, dass für die einzelnen Komponenten, wie z. B. der mehrfachen Kameraanordnungen, zusätzlichen Laserscheinwerfern, ein nicht unerheblichen Bauraum am oder im Fahrzeug erforderlich ist, sowie insbesondere, dass diese Systeme zur Erfassung bzw. Abbildung der Umgebung, einen nicht unerheblichen Energiebedarf erfordern, welcher im Bereich der optischen Komponenten eine nicht zu vernachlässigende Eigenerwärmung zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur optischen Verkehrsraumüberwachung in einem Fahrzeug anzugeben, welche sich durch einen besonders geringen Raumbedarf wie auch einer geringen Eigenerwärmung im Bereich der Optikeinheit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Vorrichtung weist eine Optikeinheit mit einem Nahbereichs-Optiksystem und einem zusätzlichen Fernbereichs-Optiksystem, jeweils zur Überwachung des Verkehrsraums vor dem Fahrzeug, auf. Der Strahlengang beider Optiksysteme ist in einer gemeinsamen optischen Zentraleinheit zusammengeführt, welche nicht notwendigerweise innerhalb der Optikeinheit angeordnet ist. Die Vorrichtung weist zusätzlich zur Optikeinheit eine räumlich von dieser getrennte Versorgungseinheit auf. Die Versorgungseinheit ist funktional mit der Optikeinheit verbunden und dient beispielsweise deren Energieversorgung und/oder der Bereitstellung von Datenverarbeitungskapazitäten für mit Hilfe der Optikeinheit aufgenommene Daten.
Durch die Bereitstellung getrennter Optiksysteme für den Nahbereich einerseits und den Fernbereich andererseits innerhalb der Optikeinheit können beide Optiksysteme auf den jeweils abzudeckenden Bereich gezielt ausgelegt sein und ermöglichen somit insgesamt wesentlich bessere Abbildungsqualitäten als beispielsweise ein einziges Weitwinkel-Objektiv. Für verschiedene Entfernungs- und/oder Winkelbereiche können insgesamt auch mehr als zwei Optiksysteme vorgesehen sein. Durch die optische Verbindung beider beziehungsweise mehrerer Optiksysteme mit der gemeinsamen optischen Zentraleinheit ist dennoch eine kompakte Bauweise ermöglicht. Einen wesentlichen zusätzlichen Beitrag zum besonders kompakten Aufbau der Optikeinheit leistet darüber hinaus die ”Auslagerung” der Versorgungseinheit aus der Optikeinheit. Vorzugsweise befindet sich die Optikeinheit am so genannten Dachknoten des Fahrzeugs, d. h. am Übergang zwischen Windschutzscheibe und Dach. Ebenso ist jedoch auch ein Einbau der Optikeinheit beispielsweise in ein Gehäuse eines Außenspiegels möglich.
Die optische Zentraleinheit dient dem Empfang und/oder dem Senden optischer Signale. Bevorzugt beinhaltet die optische Zentraleinheit eine Sendefunktion, welche durch eine Laserdiode bereitgestellt wird. Zur Datenübertragung zwischen der Versorgungseinheit und der das Nahbereichs- und das Fernbereichs-Optiksystem umfassenden Optikeinheit ist vorzugsweise eine Lichtleiter-Verbindung vorgesehen. Hierbei ist die optische Zentraleinheit vorzugsweise in der Versorgungseinheit angeordnet.
Zusätzlich zum kompakten Aufbau der Optikeinheit sollte sich diese auch durch einen besonders geringen Energieverbrauch und damit eine besonders geringe Wärmeerzeugung auszeichnen. Eine Energieversorgung ist insbesondere erforderlich zum Betrieb optischer Aufnahmeeinrichtungen und/oder Sendeeinrichtungen. Sowohl Aufnahme- als auch Sendeeinrichtungen sollten daher so weit möglich aus der Optikeinheit ausgelagert und in der Versorgungseinheit konzentriert sein. Auf diese Weise ist die Vorrichtung derart gestaltbar, dass die thermische Leistung der Versorgungseinheit wesentlich größer als die thermische Leistung der Optikeinheit ist. Die Anordnung von elektrischen und elektronischen Komponenten relativ hoher Leistung in der Versorgungseinheit hat darüber hinaus den Vorteil, dass gegebenenfalls in die Optikeinheit integrierte elektronische Bauteile nicht oder nur in unbedeutendem Umfang elektromagnetischen Einflüssen durch den Betrieb der Vorrichtung ausgesetzt sind.
Die Optikeinheit ist, sofern diese am Dachknoten innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist, in einem Bereich innerhalb des Fahrzeuginnenraums eingebaut, welcher einer relativ starken Erwärmung durch Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Dagegen ist die Versorgungseinheit vorzugsweise in einem Bereich innerhalb des Fahrzeugs installiert, welcher in geringerem Maße durch Sonneneinstrahlung erhitzt wird. Weiterhin ist die Versorgungseinheit vorzugsweise derart im Fahrzeug installiert, dass durch deren Betrieb der Fahrzeuginnenraum nicht oder nicht merklich erhitzt wird.
Sofern in der Optikeinheit eine Datenverarbeitung mittels elektronischer Bauteile vorgesehen ist, erfolgt diese vorzugsweise mit einer niedrigeren Taktfrequenz als eine Datenverarbeitung in der Versorgungseinheit. Hierdurch ist ein besonders Energie sparender Betrieb mit entsprechend geringer Wärmeerzeugung innerhalb der Optikeinheit ermöglicht. Von der Optikeinheit werden dabei Rohdaten, auch als unbewertete Daten bezeichnet, an die Versorgungseinheit übertragen, welche den größten Teil der Rechenkapazität bereitstellt und die eigentliche Datenauswertung übernimmt.
Die Versorgungseinheit umfasst darüber hinaus vorzugsweise zumindest ein Primärteil eines Netzteils zur Energieversorgung der Vorrichtung, während der Sekundärteil des Netzteils, welcher eine stabilisierte störungsfreie Gleichspannung liefert, in die Optikeinheit eingebaut ist. Der Primärteil des Netzteils dient dabei der Spannungsanbindung an das Fahrzeug-Bordnetz, nimmt die Autarkiefunktion wahr, und erzeugt den größten Teil der gesamten Verlustleistung des Netzteils. Ebenso nimmt der Primärteil des Netzteils einen größeren Bauraum als der Sekundärteil ein.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung dient die Optikeinheit nicht nur der Verkehrsraumüberwachung, d. h. der Überwachung der Fahrbahn sowie des Verkehrsgeschehens, sondern beinhaltet weitere Funktionen, insbesondere die Überwachung des Fahrzeuginnenraums, beispielsweise zum Zweck der optischen Erkennung der Sitzbelegung. Ebenso kann in die Optikeinheit beispielsweise ein Sensor für die Erfassung der Beleuchtungsstärke des einfallenden Lichtes oder zur Steuerung einer zentralen Schließanlage integriert sein. Ebenso kann die Optikeinheit beispielsweise einen Regensensor oder eine Mikrowellenantenne zur Zusammenwirkung mit einem Verkehrsleitsystem beinhalten.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Figur näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch im Querschnitt ein Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur optischen Verkehrsraumüberwachung.
Die Figur zeigt ein Fahrzeug 1 mit einer Vorrichtung 2 zur Verkehrsraumüberwachung, welche eine Optikeinheit 3 und eine mit dieser über eine Lichtleiterverbindung 4 verbundene Versorgungseinheit 5 umfasst. Die Vorrichtung 2 ist gleichermaßen zum Einbau in Personenkraftfahrzeuge wie in Nutzfahrzeuge geeignet; ebenso kann beispielsweise ein Einbau in ein Schienenfahrzeug vorgesehen sein. In der Optikeinheit 3 ist ein Nahbereichs-Optiksystem 6, ein Fernbereichs-Optiksystem 7 sowie ein mit beiden Optiksystem 6, 7 einerseits und der Lichtleiterverbindung 4 andererseits verbundener Strahlteiler 8 angeordnet. Die Optikeinheit 3 befindet sich im Fahrzeuginnenraum am Dachknoten 9, d. h. am Übergang zwischen Windschutzscheibe und Dach des Fahrzeugs 1.
Das Nahbereichs-Optiksystem 6 ermöglicht eine Objekt-Überwachung im Nahfeld (cV, ca. 6 m), während das Fernbereichs-Optiksystem für eine Objektüberwachung im Fernfeld (ACC, ca. 100 m) vorgesehen ist. Darüber hinaus sind in der Optikeinheit 3 eine Lichtsteuerung, eine OOP(out of position)-Funktion, eine ODC(object detection and classification)-Funktion, ein Empfänger für eine Zentral-Schließvorrichtung sowie ein Regensensor zusammengefasst. Der Regensensor dient der Scheibenwischersteuerung sowie, je nach Fahrzeugtyp, der Schiebedach- oder Verdecksteuerung.
Die Optiksysteme 6, 7 unterscheiden sich voneinander hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Öffnungswinkels, ihrer Reichweite, sowie des Winkels der jeweiligen optischen Achse zur Horizontalen. Beide Optiksysteme 6, 7 sind als Linsensysteme ausgebildet. Während das Nahfeld mittels des Nahbereichs-Optiksystems 6 mit einer breiten Keule, d. h. einem weiten optischen Öffnungswinkel, erfasst wird, wird das Fernfeld mittels des Fernbereichs-Optiksystems 7 mit einem eng gebündelten Richtstrahl, d. h. einem engen optischen Öffnungswinkel, erfasst. Ein in die Optiksysteme 6, 7 eingespeistes Lasersignal wird durch eine einzige Laserdiode 10 in der Versorgungseinheit 5 erzeugt. Die Laserdiode 10 ist mit hohem Wirkungsgrad für den simultanen Betrieb sowohl des Nahbereichs-Optiksystems 6 als auch des Fernbereichs-Optiksystems 7 ausgelegt. Die Nutzung der einzigen Laserdiode 10 für den zeitlich parallelen Betrieb der Optiksysteme 6, 7 ermöglicht insgesamt einen energiesparenden, verlustleistungsarmen Betrieb der Vorrichtung 2. Auch ist auf diese Weise eine sehr schnelle Datengenerierung in der Optikeinheit 3 ermöglicht. Durch die Nutzung einzelner Komponenten der Vorrichtung 2, beispielsweise der Laserdiode 10, für mehrere Aufgaben, ist darüber hinaus ein relativ kompakter, einfacher Aufbau der Vorrichtung 2 gegeben. Entspechendes gilt für den beziehungsweise die in die Vorrichtung 2 eingebauten, nicht näher dargestellten Mikroprozessoren. Die Anzahl der durch die Mikroprozessoren wahrgenommenen Funktionen übersteigt die Anzahl der Mikroprozessoren. Hierbei sind relativ leistungsstarke Mikroprozessoren, betreffend sowohl die Rechenleistung als auch die elektrische Anschlussleistung, in der Versorgungseinheit 5 eingebaut, während die elektronische Datenverarbeitungskapazität in der Optikeinheit 3 auf ein Minimum beschränkt ist und somit praktisch keine Erwärmung verursacht.
Im Ausführungsbeispiel sind die Kegel 11, 12, welche durch das Nahbereichs-Optiksystem 6 bzw. durch das Fernbereichs-Optiksystem 7 ausgeleuchtet werden, voneinander getrennt. Nach einer alternativen Ausgestaltung ist jedoch auch ein Überlappen der Kegel 11, 12 möglich, wodurch eine besonders gute Ausleuchtung im Überlappungsbereich erreicht wird. Innerhalb der Kegel 11, 12 werden optische Signale durch die Vorrichtung 2 sowohl empfangen als auch ausgesendet.
Während der am Dachknoten 9 angeordnete Optikeinbauraum 13 der Optikeinheit 3 innerhalb des Fahrzeugs 1 einen, bezogen auf die Sonneneinstrahlung sowie die Innenraumaufheizung durch elektrische Verbraucher, besonders temperaturkritischen Bereich darstellt, ist die Versorgungseinheit 5 in einem temperaturunkritischen Versorgungseinbauraum 14 am Fahrzeugheck angeordnet. In der Versorgungseinheit 5 ist zusätzlich zu einer die Laserdiode 10 umfassenden optischen Zentraleinheit 15 auch ein Netzteil 16 zur Energieversorgung der Vorrichtung 2 angeordnet. Darüber hinaus ist in die Versorgungseinheit 5 auch eine Auswerteeinheit 17 zur Auswertung von mit der Optikeinheit 3 aufgenommenen Daten integriert.
Das Netzteil 16 setzt sich zusammen aus einem Primärteil 18 und einem Sekundärteil 19, wobei das direkt an das Bordnetz des Fahrzeugs 1 angeschlossene, eine relativ hohe Verlustleistung aufweisende Primärteil 18 in der Versorgungseinheit 5 installiert ist, während das eine vergleichsweise geringe Verlustleistung erzeugende, relativ kompakt aufgebaute, eine stabilisierte störungsfreie 5-Volt-Gleichspannung bereitstellende Sekundärteil 19 in die Optikeinheit 3 eingebaut ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem Primärteil 18 und dem Sekundärteil 19 des Netzteils 16 ist nicht dargestellt. Durch die Zusammenfassung der wesentlichen elektrischen Verbraucher der Vorrichtung 2 in der Versorgungseinheit 5 erzeugt die Optikeinheit 3 nur einen geringen Teil der elektrischen Verlustleistung der Vorrichtung 2. Eine Eigenerwärmung der Optikeinheit 3 tritt daher nur in einem sehr geringen Maß auf. Die räumliche Trennung zwischen der Optikeinheit 3 und der Versorgungseinheit 5 hat darüber hinaus den Vorteil, dass die in der Optikeinheit 3 zusammengefassten Komponenten der Vorrichtung 2 durch elektromagnetische Störaussendungen der Komponenten der Versorgungseinheit 5, insbesondere des Primärteils 18 des Netzteils 16 sowie des Lasergenerators der optischen Zentraleinheit 15, nicht beeinflusst sind.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Vorrichtung
3: Optikeinheit
4: Lichtleiterverbindung
5: Versorgungseinheit
6: Nahbereichs-Optiksystem
7: Fernbereichs-Optiksystem
8: Strahlteiler
9: Dachknoten
10: Laserdiode
11: Kegel
12: Kegel
13: Optikeinbauraum
14: Versorgungseinbauraum
15: Zentraleinheit
16: Netzteil
17: Auswerteeinheit
18: Primärteil
19: Sekundärteil

Claims

Vorrichtung zur optischen Verkehrsraumüberwachung in einem Fahrzeug (1), – mit einer in einem Optikeinbauraum (13) angeordneten Optikeinheit (3), – mit einer von dieser räumlich getrennten und mit dieser funktional verbundenen Versorgungseinheit (5) in einem Versorgungseinbauraum (14), – wobei die mit der Optikeinheit (3) funktional verbundene Versorgungseinheit (5), a) zu deren Energieversorgung dient, wobei ein Primärteil (18) eines Netzteils (16) in der Versorgungseinheit (5) und ein Sekundärteil (19) des Netzteils (16) in der Optikeinheit (3) angeordnet ist, und/oder b) zur Bereitstellung von Datenverarbeitungskapazitäten für die mit Hilfe der Optikeinheit (3) aufgenommenen Daten dient, wobei in der Versorgungseinheit (5) eine Datenverarbeitung mit höherer Taktfrequenz als in der Optikeinheit (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Optikeinbauraum (13) am Dachknoten (9) des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Optikeinbauraum (13) am Außenspiegel des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Zentraleinheit (15) nicht notwendigerweise innerhalb der Optikeinheit (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Zentraleinheit (15) in der Versorgungseinheit (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung in der Optikeinheit (3) aufgenommener Daten in der Versorgungseinheit (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit (3) zusätzlich zur Überwachung des Innenraums des Fahrzeugs (1) vorgesehen ist.
Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der vorrangehenden Ansprüche 1 bis 7.