DE19736126A1 - Lagemeßeinrichtung mit schwenkendem Meßstrahl, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagemeßeinrichtung insbesondere zur Kollisionsvermeidung von Kraftfahrzeugen, wobei durch einen Meßstrahl die relative Lage eines kollisionsgefähr­ deten Fahrzeugs berührungslos gemessen wird.

Um den Winkel und den Abstand eines Hindernisses festzustel­ len, ist in der DE-OS 32 44 358 eine Anordnung beschrieben, bei der ein Fahrzeug mit einer Vielzahl von in unterschied­ lichen Winkeln abstrahlenden Sendern versehen ist. Durch Überkreuzmessung einzelner Sender läßt sich die Lage eines Hindernisses einpeilen, so daß indirekt die Winkelstellung und der Abstand eines Hindernisses gegenüber dem messenden Fahrzeug festgestellt werden kann.

Aus der EP-PS 355 490 ist es bekannt, mit Hilfe eines periodisch schwenkenden Infrarotsenders die Winkellage eines Hindernisses festzustellen und dessen Abstand dann mit einem Ultraschallsender zu vermessen. Aus der GB-OS 2 139 445 ist bekannt zur Vermeidung von Kollisionen die Richtung eines Sendestrahls in Abhängigkeit von der Stellung des Lenkrades eines Fahrzeugs zu verändern.

Die Erfindung geht daher aus von einer Lagemeßeinrichtung der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gat­ tung. Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau der Meßein­ richtung zu vereinfachen. Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ergebende Merk­ malskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, die Weite des abgetasteten Winkelbereichs von geeigneten Meßparametern abhängig zu machen und somit das Meßverfahren von den Umgebungsbedingungen des messenden Fahrzeugs abhängig zu machen. Dabei ist es nicht notwendig, die Winkellage des Meßfeldes zu ändern, sondern es wird nur der Winkelbereich des abgetasteten Feldes verkleinert bzw. vergrößert. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß entwe­ der ein kleinerer Bereich mit höherer Genauigkeit vermessen werden kann, oder daß der Winkelbereich auf interessante Randbereiche ausgedehnt wird.

Um den Meßstrahl energiearm verschwenken zu können, emp­ fiehlt sich in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskom­ bination nach Anspruch 2. Hierbei wird darauf verzichtet, den konstant bleibenden Meßbereich ggf. um einen geeigneten Winkel zu verschwenken, sondern es wird der Sender und ggf. auch der Empfänger ständig mit annähernder Resonanzfrequenz verschwenkt. Hierdurch ist eine hohe Energieersparnis mög­ lich. Außerdem arbeitet ein derartiges System stabiler als ein den Sendestrahl nachführendes System.

Aus den Merkmalen nach Anspruch 2 sind eine Reihe von Para­ metern zu entnehmen, die in der Summe oder einzeln oder aber auch in einer geeigneten Kombination zur Festlegung der Grö­ ße des Schwenkwinkels geeignet sind. Wird beispielsweise der Lenkwinkel eines Fahrzeugs innerhalb eines bestimmten Zeit­ rahmens nur wenig bewegt und ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs darüber hinaus noch recht schnell, so kann davon ausgegangen werden, daß sich das Fahrzeug über längere Zeit geradeaus bewegt. Es wird daher versucht, den Winkel des Meßbereichs zu verkleinern, um hier die räumliche Lage eines Hindernisses mit größerer Genauigkeit bestimmen zu können.

Umgekehrt lassen häufige Änderungen des Lenkwinkels und eine niedrige Fahrgeschwindigkeit eher auf eine kurvenreiche Weg­ strecke mit vielen Hindernissen am Wegrand schließen. Ent­ sprechendes gilt für eine starke Einfederung des Fahrzeugs, aus der eine große Änderung der Fahrbahnneigung beispiels­ weise an einer Kuppe des Fahrweges schließen läßt.

Zusätzlich oder anstatt der von der Umgebung abhängigen Än­ derung der Winkelbreite des Meßfeldes kann aber auch der durch die Auswerteeinrichtung ausgewertete Bereich einge­ schränkt werden. Praktisch bedeutet das, daß ggf. nur ein bestimmter Winkelbereich des abgetasteten Meßfeldes ausge­ wertet wird. Der Winkelbereich kann dabei selbst einer Wei­ tenänderung unterliegen oder aber auch nicht. Es wird auf jeden Fall aber auch hier das Ziel erreicht, die Bestimmung der Lagegenauigkeit von Umgebungsparametern abhängig zu ma­ chen.

Eine besonders stabile und energiesparende Verschwenkung wird durch die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 5 er­ reicht. In diesem Falle schwingt das den Sender bzw. Empfän­ ger führende mechanische System im wesentlichen mit seiner Resonanzfrequenz. Die Weite der Schwingung wird dann durch eine entsprechende Einsteuerung oder Verminderung der das System antreibenden Energie erreicht oder möglicherweise durch Erhöhung einer kräfteverzehrenden Reibung.

Eine besonders einfache Elektronik zur Steuerung der Aus­ lösezeitpunkte einer impulsweisen Strahlung ergibt sich durch die Merkmale nach Anspruch 6. Danach kommen die Aus­ löseimpulse für die impulsweise Strahlung und damit die Strahlungsimpulse selbst in gleichem zeitlichen Abstand. Für den Fall, daß das System sinusförmig schwingt, sind dabei die von dem Strahl während eines Pulses überstrichenen Be­ reiche in der Gegend der Mittelachse erheblich größer als die Randbereiche. Hinsichtlich der Auswertung läßt sich also für in den Randbereichen erkannte Hindernisse eine sehr viel genauere Winkelangabe machen als für die in den mittleren Bereichen ausgemachten Hindernisse. Unter der Annahme, daß der Fahrer die mittleren Bereiche ohnedies ständig im Blick­ feld hat, kann sich hieraus ein annehmbares Ergebnis erge­ ben. Vielfach ist es aber erwünscht, beispielsweise in Dun­ kelheit und unter der Annahme, daß bei schneller Fahrweise gerade Hindernisse im mittleren Bereich besonders gefahren­ trächtig sind, gerade für den Mittenbereich besonders genaue Angaben zu machen. Hierbei empfiehlt es sich in Weiterbil­ dung der Erfindung, die Merkmale nach Anspruch 7 anzuwenden. Dabei werden die die Strahlungspulse aus lösenden Impulse derart in sich ändernden Zeitabschnitten ausgegeben, daß der jeweils von dem Strahl überstrichene Winkelbereich gleich groß bleibt. Wegen der größeren Schwenkgeschwindigkeit im mittleren Bereich müssen hier also mehr Strahlungspulse pro Zeiteinheit ausgegeben werden als in den Randbereichen. Selbstverständlich ist es im Bedarf auch möglich, in dem mittleren Bereich eine noch genauere Bestimmung des Winkels und damit der Lage eines Hindernisses insbesondere Fahrzeu­ ges vorzunehmen, etwa auf geraden Strecken von Autobahnen, wo es wichtig sein kann, zu erkennen ob ein zu überholendes Fahrzeug sich noch auf der eigenen Spur oder auf der Nach­ barspur befindet.

Hinsichtlich der verwendeten Strahlung wird gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen, eine pulsweise oder andauernde Radarstrahlung (FMCW-Radar) oder eine gepulste bzw. ungepulste Laserstrah­ lung, aber auch eine Infrarotstrahlung zu verwendet. Verwen­ det man eine andauernde Strahlung, so muß diese mit bestimm­ ten winkelabhängigen Kennungen versehen sein, um eine Be­ stimmung des Winkels vornehmen zu können. Hinsichtlich der Bewertung des Abstandes ist zu beachten, daß dort die glei­ che Unschärfe bei der Messung auftritt wie bei der Winkella­ ge. Da nicht genau gesagt werden kann, in welcher genauen Winkellage sich das Hindernis befindet, sondern nur ein Win­ kelbereich angegeben werden kann, in dem es sich befinden muß, ist auch nicht sicher, wann die ausgesendete Strahlung das Hindernis genau das erste Mal erreicht und die Reflexion dieser Strahlung einsetzt. Dementsprechend kann auch der Abstand des Hindernisses nur bereichsweise angegeben werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels angegeben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen typischen Detektionsbereich des erfindungs­ gemäßen Meßsystems;

Fig. 2 die Synchronisation zwischen der Ablenkeinheit und der Entfernungsmessung für eine äquidistante Zeitba­ sis und

Fig. 3 die Synchronisation zwischen der Ablenkeinheit und der Entfernungsmessung für eine nicht äquidistante Zeitbasis.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1, dessen Sender in einem Winkel­ bereich von 5° nach beiden Seiten verschwenkt wird, also ei­ nen Meßbereich von 10° überstrahlt. Der Meßstrahl selber wird so getaktet, daß er immer Winkelabschnitte von 2° Öffnungs­ winkel überstreicht, also 5 Winkelabschnitte mit zusammen 10°. In Fig. 1 sind fünf Abschnitte dargestellt, die neben­ einanderliegend nacheinander überstrichen werden. Dabei setzt für eine in Fig. 1 nicht dargestellte Zeit in den Grenzbereichen der Strahlungsabschnitte die Sendung des Pul­ ses kurzzeitig aus, so daß in diesen Zeiten aufgrund der kurzen Antwortzeiten bei Radar- oder Laserstrahlung fest­ gestellt werden kann, ob in dem eben überstrichenen Winkel­ abschnitt sich ein Hindernis befindet oder nicht.

In Fig. 2 wird angenommen, daß die Auslenkung zwischen -3,5° und +3,5° verschwenkt wird. Dabei geben die einzelnen Punkte Horizontalrichtung den etwaigen Zeitpunkt an, bei dem der vorangegangene Puls aufhört bzw. kurz danach der neue Puls einsetzt. Da die zeitlichen Abstände, in denen die Pulse ausgelöst bzw. beendet werden, gleich bleiben und immer den Abstand einer einzigen Zeiteinheit ausmachen, andererseits sich aber die Schwenkgeschwindigkeit des Strahles im mitt­ leren Bereich gegenüber den Randbereichen stark erhöht (si­ nusförmige Zeitabhängigkeit), sind die in der Gegend des Auslenkungswinkels 0° zwischen Pulsanfang und -ende zurückge­ legten Winkelabschnitte sehr viel größer als in den Rand­ bereichen bei +3,5° bzw. -3,5°. Am kleinsten sind die Winkel­ bereiche und damit die Auslenkungen pro Zeiteinheit zu den Zeitpunkten 0 und 7. Nach dem Durchschwingen des Strahles von dem Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt 7 schwingt er wieder zurück, wobei er in der Gegend der Winkellage 0° in dem von 10 nach 10,5 reichenden Zeitabschnitt wieder die größte Aus­ lenkungsgeschwindigkeit bzw. Auslenkung besitzt. Es läßt sich also sagen, daß gemäß Fig. 2 während des Strahlungs­ zeitraums zwischen der Zeiteinheit 0 und 1 das Hindernis nur dem Winkelbereich zwischen 3,1 und 3,5° sich befinden kann. Dagegen ist die Angabe für den zwischen 3 und 4 lie­ genden Zeitabschnitt sehr viel ungenauer, da hier ein Win­ kelbereich zwischen -0,9 und +0,9° in Frage kommt.

In Fig. 3 wurden nun die Zeitabschnitte, in denen der Sender pulsweise sendet, von der Winkellage der Auslenkung derart abhängig gemacht, daß etwa immer ein gleichbleibender Win­ kelbereich überstrichen wird, der etwa 1° beträgt. Dagegen sind die Sendezeiten der Pulse stark von der Winkellage des Strahls abhängig, so daß im Bereich von 0° der seitliche Ab­ stand zwischen den Sendepulsen sehr viel kürzer sind als in den Randbereichen.

Für die vorliegende Erfindung ist es also wichtig, daß die Genauigkeit der Abstands- und Winkelmessung von den äußeren Parametern eines Fahrzeugs oder der Meßstation abhängig ge­ macht werden kann, so daß gezielt gerade in den Abschnitten genau gemessen wird, die für das Fahrzeug in Abhängigkeit von den gemessenen Parametern eine besondere Gefahr bedeu­ ten, wie beispielsweise Kurve (Auswertung beispielsweise der Gierrate).

Claims (8)

1. Lagemeßeinrichtung, bei der mindestens ein schwenkbar angeordneter Sender einen Meßstrahl aus sendet und die von einem gemessenen Objekt reflektierte Strahlung von mindestens einem Empfänger empfangen und durch eine nachgeschaltete Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Schwenkwinkel­ bereichs abhängig von mindestens einem Umgebungspara­ meter gesteuert wird.

2. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung sich stetig, insbesondere harmonisch, vorzugsweise si­ nusförmig ändert.

3. Lagemeßeinrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite des Schwenkwinkels von dem Lenkwinkel und/oder dem Gierwin­ kel und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Summe der Lenkwinkeländerungen innerhalb einer vorgege­ benen Zeiteinheit und/oder der pro Zeiteinheit festge­ stellten Hindernisse im Randbereich des jeweils gültigen Schwenkbereiches und/oder der Einfederung des Fahrzeugs abhängt.

4. Lagemeßeinrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Aus­ werteeinrichtung ausgewertete Schwenkwinkelbereich ab­ hängig von mindestens einem Umgebungsparameter gesteuert wird.

5. Lagemeßeinrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Sender und ggf. Empfänger verschwenkende mechanische System in ei­ nem engen Frequenzbereich arbeitet, in dem die mecha­ nische Resonanzfrequenz des Systems liegt.

6. Lagemeßeinrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendestrahlung impulsweise gesendet wird und die Strahlungspulse über gleichmäßige Zeitabschnitte gesendet werden.

7. Lagemeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendezeiten der Pulse derart bemessen sind, daß die Strahlungspulse alle im wesentlichen einen gleichen Winkelbereich überstreichen.

8. Lagemeßeinrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung FMCW- Radar, Pulsradar, gepulste oder ungepulste Laserstrah­ lung oder Infrarotstrahlung ist.