DE19645339A1 - Verfahren zur von den Fahrzeugdaten abhängigen Abstandsmessung aus einem Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur von den Fahrzeugdaten abhängigen Abstandsmessung aus einem Fahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abstandsmessung von Hindernis sen aus einem Fahrzeug mit Hilfe eines Echoverfah­ rens, vorzugsweise Ultraschallverfahrens. Dabei wird ein Sendesignal von dem angestrahlten Objekt in Form eines Echos zum Fahrzeug zurückgeworfen und in dem Fahrzeug während ei­ nes zeitlichen Hörfensters in Abhängigkeit von einem Schwellwert eines Empfängers ein Warnsignal ausgelöst. Im Zusammenhang mit derartigen Verfahren ist es bekannt, zur Vermeidung von Fehlwarnungen bestimmte Echos auszublenden, die keine Gefahr für das Fahrzeug darstellen. Dabei kann es sich beispielsweise um das Fahrbahnecho bei bestimmter Fahr­ bahnbeschaffenheit handeln. Weiterhin ist es bekannt, nur die während eines bestimmten Zeitraums auftretenden Echos auszuwerten. Während zum einen eine bestimmte Abklingzeit des Sendesignals abgewartet werden muß und erst dann die Echos ausgewertet werden können, ist es zum anderen wenig sinnvoll, Echos mit sehr großer Laufzeit auszuwerten, da diese von weit entfernten Gegenständen kommen, die für das Fahrzeug keine Gefahr darstellen. Dieses sog. Hörfenster kann zeitlich daher eine vergleichsweise große Raumtiefe überwachen. Das Hörfenster kann aber auch zeitlich sehr ein­ geschränkt sein, so daß ein nur wenig tiefer Raumabschnitt überwacht wird. Zur Änderung des Überwachungsverhaltens ei­ ner derartigen Überwachungsanlage kann weiterhin gehören, daß man die Sendezeit verkürzt oder verlängert und/oder daß die Sendeleistung vergrößert wird. In der Regel wird man für eine größere Sendeleistung auch eine größere Sendezeit benö­ tigen, da die An- und Abschwingzeiten beachtet werden müs­ sen.
Hinweise zu den beschriebenen Verfahren lassen sich bei­ spielsweise der DE-OS 39 37 585 entnehmen. Es ist weiterhin bekannt, während des zeitlichen Ablauf des Hörfensters die Empfindlichkeitsschwelle des Empfängers zu ändern. Im Prin­ zip wird dabei derart vorgegangen, daß die Schwelle für die Echos mit längerer Laufzeit immer mehr gesenkt wird, bis dann schließlich das Hörfenster geschlossen wird. Einer der Gründe liegt darin, daß das Fahrbahnecho in einem ver­ gleichsweise geringen Abstand zum Fahrzeug auftritt. Durch diesen vergleichsweise einfachen Kurvenverlauf in Zeitabhän­ gigkeit von dem Zeitablauf des Hörfensters läßt sich errei­ chen, daß das Fahrbahnecho nicht zu Warnsignalen bei der Abstandsmessung führt. Nachteilig ist allerdings, daß die Empfindlichkeit der Abstandsmessung an sich immer so groß wie möglich sein sollte, also auch in dem Nahbereich, der zwischen dem Sender und dem Fahrbahnecho liegt. Hier kann es allerdings wiederum passieren, daß Vorsprünge des Fahrzeugs wie eine Anhängerkupplung, für ein Warnsignal sorgen.
Eine ähnliche Überlegung geht dahin, daß die ausgelösten Warnsignale für den Fahrer von unterschiedlicher Bedeutung sind. Wird ein Hindernis hinter dem Heck des Wagens erkannt, so ist dies von relativ geringer Bedeutung, wenn der Fahrer nach vorn fährt. Ähnlich verhält es sich, wenn er eine Kurve fährt. Hier werden u. U. Warnsignale ausgelöst, die Hinder­ nisse betreffen, welche der Fahrer aufgrund des Lenkein­ schlages des Fahrzeugs nie erreichen wird. Weiterhin ist die Meldung weit entfernter Hindernisse vergleichsweise bedeu­ tungslos, wenn der Fahrer besonders langsam fährt, während bei schnellerer Fahrt derartige Warnungen durchaus sinnvoll sein können. Umgekehrt können auch schwache Echos für den Fahrer von Bedeutung sein, wenn sie aus einem Umgebungsbe­ reich des Fahrzeugs kommen, in den er gerade aufgrund seines Lenkeinschlages hineinfährt, den er aber bei Geradeausfahrt nie erreichen würde.
Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung. Auf­ gabe der Erfindung ist es, die Arbeitsweise der Abstands­ messung an die Parameter des Fahrzeugs anzupassen. Die Auf­ gabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merkmalskombination gelöst. Dabei kann entsprechend der angegebenen Lehre in geeigneter Weise vor­ gegangen werden. Hinsichtlich der räumlichen Daten (Para­ meter) des Fahrzeugs kann beispielsweise so vorgegangen wer­ den, daß das Hörfenster im sehr nahen Bereich zwar geöffnet bleibt, die Schwelle aber an die aus dem Nahbereich kommen­ den Echos angepaßt wird. Es ist dann nicht mehr so, daß die Schwelle mit sinkendem Abstand zum Fahrzeug monoton steigt, sie kann auch wieder fallen oder mehrmals sich in ihrer Richtung umkehren. So kann es beispielsweise sein, daß durch Anheben der Schwelle innerhalb eines bestimmten Zeitbereichs des Hörfensters das Bodenecho ausgeblendet, dann bei weite­ rer Annäherung an das Fahrzeug die Schwelle wieder abgesenkt und dann schließlich bei großer Nähe des Fahrzeugs (Anhän­ gerkupplung) innerhalb eines kurzen Bereichs wiederum an­ gehoben wird. Dabei kann der Schwellenverlauf in der Meß­ anlage fest angestellt bleiben, er kann sich aber auch in Abhängigkeit von den räumlichen Daten des Fahrzeugs ändern. So ist beispielsweise eine Änderung der zurückgeworfenen Echos zu erwarten, wenn sich das Heck des Fahrzeugs aufgrund größerer Belastung senkt bzw. im entladenen Zustand hebt. Da die Schallgeschwindigkeit sich mit der Temperatur ändert, können auch hier Änderungen des Echoverhaltens auftreten. Bei Verwendung von mehreren nebeneinander an der Stoßstange angeordneten Sendern, Empfängern bzw. Wandlern kann man in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung derart vorgehen, daß man Lage und Dauer des Hörfensters ändert bzw. die Meß­ strecke zumindest an einigen der Wandler herabsetzt. Sind die Vorderräder beispielsweise um einen bestimmten Winkel eingeschlagen, so ist es nicht notwendig, den Fernbereich auf der Seite des Fahrzeugs zu messen, welche diesen Fern­ bereich aufgrund der Winkelstellung der Lenkräder nicht er­ reichen wird. Hier kann beispielsweise das Hörfenster früher enden. Umgekehrt kann es sich empfehlen, auf der gegenüber­ liegenden gefährdeten Seite das Hörfenster zu vergrößern und/oder die Sendeleistung zu erhöhen. Zusätzlich können aber auch andere fahrdynamische Daten des Fahrzeugs zur Än­ derung der Meßparameter der Abstandsmessung herangezogen werden. Dies kann beispielsweise die Beschleunigung des Fahrzeugs, die Geschwindigkeit, die Lenkwinkeländerung oder ähnliches sein. Das gilt insbesondere für Echomeßeinrichtun­ gen, welche die Entfernung zum vorausfahrenden Fahrzeug mes­ sen.
Die Erfindung gibt weiterhin verschiedene Abstandsmeßein­ richtungen an, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet sind. Dabei werden als Meßein­ richtungen speziell mit Ultraschallverfahren arbeitende Ab­ standsmesser hervorgehoben. Das erfinderische Prinzip läßt sich analog aber auch für andere Echoverfahren anwenden, die beispielsweise mit Infrarot, Radar oder Laserstrahlung ar­ beiten. Insoweit sind die auf die Abstandsmeßeinrichtungen ausgerichteten Ansprüche nur beispielhaft zu verstehen und sollen keine Beschränkung der Erfindung auf Ultraschall dar­ stellen. Es können auch in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall die in den Ansprüchen genannten Merkmale mit­ einander in geeigneter Weise verknüpft werden. Dabei muß man immer im Auge haben, daß die einzelnen Maßnahmen sich gegen­ seitig unterstützen. Dabei wirkt beispielsweise die auf sehr große Werte angehobene Schwelle wie eine Unterbrechung des Hörfensters. Andererseits macht es keinen Sinn, die Sende­ leistung zum Erzielen von Echos mit großer Laufzeit anzuhe­ ben, wenn nicht das Hörfenster entsprechend erweitert wird. Es ist also auch möglich, statt die Eingangsschwelle extrem anzuheben, das Hörfenster kurzzeitig zu unterbrechen. Diese Maßnahme kommt dann in Frage, wenn sich die Steuerung des Hörfensters leichter als die Steuerung des Schwellwertes erreichen läßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 in ausschnittsweise symbolischer Darstellung die prinzipielle Wirkungsweise eines mit Ultraschall arbeitenden Abstandsmeßgerätes
Fig. 2 die Abhängigkeit von störenden Echos von der Lauf­ zeit der Echos und
Fig. 3 den für ein Fahrzeug wichtigen Meßbereich bei Kur­ venfahrt.
In Fig. 1 wird einem Sendeverstärker 1 eine für einen Wand­ ler geeignete Frequenz zugeführt. In Abhängigkeit von dem Steuersignal eines Steuergeräts 2 wird der Verstärker 1 ein­ geschaltet, so daß der Wandler 3 für eine gewisse Sendezeit 4 zu senden beginnt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Sendezeit mit der Schwingzeit nicht vollkommen überein­ stimmt, da der Wandler eine Einschwingzeit und eine Aus­ schwingzeit besitzt. Nachdem das Sendesignal von dem sowohl in Sende- als auch Empfangsrichtung arbeitenden Wandler 3 ausgesandt ist und der Verstärker 1 abgeschaltet wurde, wird nach dem Ende der Ausschwingzeit des Wandlers 3 der Emp­ fangsverstärker 12 eingeschaltet, welcher das von dem Wand­ ler 3 abgegebene Signal verstärkt und einem Vergleicher 9 zuführt. Der Empfangsverstärker ist während eines sog. Hör­ fensters geöffnet, das ist der Zeitbereich, in dem sinnvoll­ erweise die Echos der möglichen Hindernisse (beim Parken) erwartet werden. Die Zeit des Hörfensters 5 wird wiederum durch das Steuergerät 2 gesteuert. Gleichzeitig schaltet das Steuergerät schrittweise einen Speicher 6 weiter, in dessen einzelnen Speicherplätzen 7 in Form von Digitalwerten Schwellwerte gespeichert sind. Diese digitalen Schwellwerte werden über einen Digital/Analog-Wandler 8 in analoge Signa­ le überführt und ebenso wie die Signale des Empfangsverstär­ kers 12 dem Vergleicher 9 zugeführt. Der Vergleicher gibt nur dann ein als Warnsignal dienendes Ausgangssignal ab, wenn der Ausgangswert des Empfangsverstärkers 4 größer ist als der Schwellwert am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 8.
Es ist somit erkennbar, daß die Wirkungsweise des Entfer­ nungsmeßgerätes sowohl durch die Sendezeit 4, die Empfangs­ zeit 5 (Hörfenster) und die Größe der Schwellwerte im Spei­ cher 6 bestimmt ist. Hierdurch läßt sich die Arbeitsweise des Abstandsmeßgerätes weitgehend an die bestehenden Bedürf­ nisse anpassen.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Abhängigkeit der Amplitude der von dem Wandler 3 empfangenen Echos von der Laufzeit. Es wird dabei von dem Zeitpunkt T0 ausgegangen, bei dem die Sendezeit 4 schließt. Anschließend muß bis zu dem Zeitpunkt T1 gewartet werden, bis zu dem das Sendesignal des Wandlers 3 abgeklungen ist. Anschließend beginnt mit dem Zeitpunkt T1 das Hörfenster, welches bis zu dem Zeitpunkt T2 reicht, d. h. innerhalb dieses Zeitraums ist der Empfangsverstärker 12 durch das Steuergerät 2 eingeschaltet. Es wird angenommen, daß zum Zeitpunkt T4 das Echo 14 der Anhängerkupplung des Fahrzeugs, zum Zeitpunkt T5 das Echo 15 eines Hindernisses und zum Zeitpunkt T6 das Bodenecho vom Wandler empfangen wird. Dabei bleibt die Laufzeit der Echos 14 und 16 im we­ sentlichen gleich, während der Zeitpunkt T5 von dem Abstand des Fahrzeugs zu dem Hindernis abhängt. Die Kurve 17 zeigt nun einen bisher verwendeten Verlauf des Schwellwertes über der Laufzeit. Danach nimmt die Schwelle mit sinkender Lauf­ zeit also von T2 nach T1 monoton zu. Nach T2 ist das Hörfen­ ster zu Ende, da die noch zu erwartenden Echos nur noch sehr schwach und auch außerhalb des wichtigen Warnbereichs lie­ gen. Gemäß der Erfindung wird nun so vorgegangen, daß, wie aus der Kurve 18 ersichtlich, die Schwelle nicht mehr nur monoton steigt sondern auch fällt, um in einem wichtigen Abschnitt des Überwachungsbereichs auch schwächere Signale feststellen zu können. Dies läßt sich beispielsweise an dem Echo 15 bei T5 erkennen, welches mit der früher benutzten Schwellenkurve nicht erkannt worden wäre, während dieses Hindernis durch den neuartigen Verlauf der Schwellkurve er­ kannt wird. Gleichwohl werden aber auch durch die Kurve 18 die für die Auswertung unerwünschten Echos 14 und 16 durch entsprechende Anhebung der Schwelle ausgeblendet.
Fig. 3 zeigt ein Fahrzeug 20, welches sich auf einer Kurven­ fahrt befindet. Der kommende Verlauf der Reifenspuren 21, 22 bei Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt ist in Fig. 3 angedeutet. Das Fahrzeug ist mit jeweils vier Wandlern, an der vorderen und der hinteren Stoßstange versehen, wobei die Strahlungs­ keulen 23 bis 30 angedeutet sind. Es zeigt sich nun, daß es zweckmäßig ist, in für die den durch das Fahrzeug künftig überfahrenen Bereich weisende Kante (26) das Hörfenster zu vergrößern bzw. den Meßbereich zu verlängern. Dies ist hin­ sichtlich der Wandlerkeule 26 durch diese Keule erweiternde Pfeile 31 angedeutet. Im Gegensatz hierzu macht es Sinn, bei den Keulen 23 und 30 den Meßbereich entsprechend zu verrin­ gern, was durch entsprechende Pfeile 32 und 33 angedeutet ist. Wie weiter oben beschrieben, sind aber auch andere Maß­ nahmen möglich. Wie erwähnt, kann eine derartige Änderung des Meßbereichs auch dann vorgenommen werden, wenn das Fahr­ zeug stark beladen oder vollkommen entladen wird. Weitere fahrdynamische Daten wie die Fahrgeschwindigkeit, der Lenk­ winkel bzw. die Lenkwinkeländerung, die Fahrtrichtung und ähnliches können ebenfalls zu einer Anpassung der entspre­ chenden Meßbereiche bzw. der Strahlungskeulen führen.
Zusammenfassend läßt sich die Erfindung wie folgt beschrei­ ben:
Abhängig von der Montage im Fahrzeug oder auch von Bela­ dungszuständen etc. gibt es unterschiedliche Störquellen (z. B. Boden der Anbauteile wie Anhängerkupplung), die Echo­ signale in jeweils spezifischen Abständen und Amplituden erzeugen. Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, den Erfassungsbereich gezielt zu formen (d. h. lokal zu erweitern oder einzuengen).
Alle diese Punkte lassen sich vorteilhaft lösen, wenn die Empfindlichkeit des Systems nicht stetig mit der Entfernung zunimmt. Derart wurde bisher vorgegangen, um das Reflexions­ verhalten eines Normhindernisses nachzubilden. Sinnvoll ist eine maximale Empfindlichkeit im Nahbereich, angepaßt an den Abstand zur Fahrbahnoberfläche, an Anbauteile wie Anhänger­ kupplung o. ä. Vor allem im mittleren Entfernungsbereich ist es angebracht, abhängig von der Einbaulage der Wandler durch rauhe Fahrbahnoberflächen erzeugte Reflexionsmuster durch gezielte Absenkung der Empfindlichkeit auszublenden.
Um die Empfindlichkeit zu beeinflussen wird die Komparator­ schwelle über eine Anzahl von Stützstellen digitalisiert und in einem Speicher abgelegt (im Wandler und/oder im Steuerge­ rät). In analog zurückgewandelter Form bestimmt sie während der Messung das Verhalten des Wandlers; dies kann für jeden Wandler optimal angepaßt sein.
Die Schwelle kann immer wieder variiert werden (z. B. Aus­ tausch der Wandler in anderes Fahrzeug, Änderungen des Be­ triebsmodus - z. B. nur Empfang ohne vorheriges Senden er­ möglicht größere Empfindlichkeit, Änderungen des Ladezustan­ des - Abstand und Winkel zur Fahrbahnoberfläche). Diese Ver­ änderungen können bei der Wartung des Fahrzeuges, im Betrieb z. B. durch über Busschnittstelle erhaltene Daten oder durch ein selbstlernendes System erfolgen.
Es ist natürlich auch möglich, anstatt der Schwelle einen Verstärkungsfaktor zeitlich zu variieren mit genau den sel­ ben Auswirkungen wie oben beschrieben.
Es ist aber auch möglich, anstatt die Schwelle zu variieren, das Meßsignal zu digitalisieren (mit einem A/D-Wandler) und in dem Steuergerät durch digitalen Vergleich (oder einem anderen geeigneten Verfahren) zwischen gewünschten und un­ erwünschten Echos zu unterscheiden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Abstandsmessung von Hindernissen aus einem Fahrzeug mit Hilfe eines Echoverfahrens, vorzugsweise Ultraschallverfahrens, bei dem das Sendesignal (1, 4) von dem angestrahlten Objekt in Form eines Echos zum Fahr­ zeug (3, 20) zurückgeworfen und in dem Fahrzeug während eines zeitlichen Hörfensters (T2-T1, 5) in Abhängigkeit von dem Schwellwert (6,8) des Empfängers (9, 12) ein Warnsignal (10) auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Lage und/oder Dauer des Sendesignals (1, 4) und/oder der zeitliche Verlauf des Schwellwertes (8) während des Hörfensters (5, T2-T1) von den Daten des Fahrzeugs (20) abhängt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten die räumlichen Abmessungen und/oder die Bewe­ gung des Fahrzeugs und/oder den Fahrzeugzustand (Bela­ dung, Neigung, . . .) beschreibende Daten sind.
3. Abstandsmeßeinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit mindestens einem elektroakustischen Wandler (3) zum Aussenden eines Ultraschallsignals und anschließendem Empfangen eines von einem Objekt reflektierten Ultraschallsignals, mit einer Empfangsstufe (9, 12) für die vom Wandler (3) er­ faßten Echosignale, mit einem Steuergerät (2), das die Sendezeit (T4) des Wandlers, eine daran anschließende Abklingzeit des Wandlers, ein Hörfenster (5, T2-T1) für den Empfang der reflektierten Echosignale und schließ­ lich eine Totlaufzeit bis zum nächsten Aktivieren des Wandlers vorgibt, wobei in der Empfangsstufe eine wäh­ rend der Dauer des Hörfensters einen zeitabhängigen Schwellwert besitzende Schwellwertschaltung vorgesehen ist, die nur dann ein Warnsignal veranlaßt, wenn der Empfangswert einen bestimmten Schwellwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendezeit (4) und/oder Sendeleistung des Wandlers (1, 3) und/oder die Dauer und/oder die Lage des Hörfensters (5, T2-T1) und/oder die Zeitabhängigkeit des Schwellwertes (18) von den fahrdynamischen und/oder räumlichen Parametern des Fahr­ zeugs abhängen.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert der Schwellwertschaltung (6, 8, 9) der Verlängerungswert des Verstärkers derart von der Lauf­ zeit (t, Fig. 2) abhängig ist, daß er möglichst niedrig bzw. hoch gehalten ist und laufzeitabhängig nur an den Stellen angehoben bzw. erniedrigt wird, an denen das Echo von Objekten erscheint, die kein Warnsignal aus­ lösen sollen und/oder außerhalb eines gewünschten Warn­ bereichs liegen.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sendedauer (4) und/oder Sendeleistung des Wandlers (3) und/oder Dauer und/oder Lage des Hör­ fensters (T1-T2) von der Fahrzeuggeschwindigkeit des messenden Fahrzeugs abhängig sind.
6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wandler (3) vorgesehen sind und die Lage und/oder Dauer des Hörfensters (4; T2-T1) und/oder die Sendezeit (5) und/oder die Sendeleistung der einzelnen Wandler (5) von der Wartestellung der Rä­ der bzw. der Winkeländerung des Drehwinkels des Lenkra­ des abhängt.
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