DE19842250A1 - Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung, insbesondere einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung, insbesondere einem Kraftfahrzeug

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung, insbesondere einem Kraftfahrzeug, bei welchem ein an dieser Einrichtung angeordneter erster und zweiter Sensor ein Signal abgibt, welches von dem Objekt reflektiert wird und das reflektierte Signal von dem das Signal aussendenden Sensor und dem jeweils anderen Sensor empfangen wird und eine Auswerteeinrichtung die Laufzeiten zwischen dem Aussenden des Signals und dem Empfangen des Signals für jeden Sensor bestimmt und daraus alle möglichen Positionen des Objektes zur örtlich veränderlichen Einrichtung bezogen auf den Sensor ermittelt, wobei aus den übereinstimmenden Positionen der Messungen der Abstand zum Kraftfahrzeug bestimmt wird. DOLLAR A Bei einem Verfahren, bei welchem bei minimaler Auswertezeit ein hochgenaues Ergebnis der Abstandsmessung ermöglicht wird, ermittelt die Auswerteeinrichtung aus den Meßdaten in einem ersten sehr genauen Auswerteschritt übereinstimmende Position und bestimmt anschließend aus den verbliebenen, unverifizierten Meßdaten in einem zweiten, weniger genauen Auswerteschritt weitere übereinstimmende Positionen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung, insbesondere einem Kraftfahrzeug, bei welchem ein an dieser Einrichtung angeordneter er­ ster oder zweiter Sensor ein Signal abgibt, welches von dem Objekt reflektiert wird und das reflektierte Signal von dem das Signal aussendenden Sensor und dem jeweils anderen Sensor empfangen wird und eine Auswerteeinrichtung die Laufzeiten zwischen dem Aussenden des Signals und dem Empfangen des Signals für jeden Sensor bestimmt und daraus alle möglichen Positionen des Objektes zur örtlich veränderlichen Einrichtung bezogen auf den Sensor ermit­ telt, wobei aus den übereinstimmenden Positionen der Messungen der Abstand zum Kraftfahrzeug bestimmt wird.
Um das Rückwärtsfahren zu erleichtern, und Zusammenstöße mit parkenden Wagen oder anderen im Weg stehenden Gegenständen zu verhindern, ist es bekannt, an der Rückseite des Kraftfahrzeuges Sensoren vorzusehen, welche beispielsweise Ultraschall- oder Radarsignale aussenden und die von dem Hindernis reflektierte Strahlung wieder empfangen. Dabei wird der Abstand zwischen dem am Kraftfahrzeug angeordneten Sensor und dem Hindernis aus der Laufzeit des Signals vom Sensor zum Hindernis und wieder zurück be­ stimmt.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 40 23 538 A1 bekannt, bei wel­ chem eine berührungslose Abstandsmessung zwischen einem Hindernis und einem Kraftfahrzeug durchgeführt wird. Dabei sind zwei Ultraschallsensoren in einem vorgegebenen Abstand angeordnet und eine Einrichtung zur Auswer­ tung der Laufzeiten zwischen dem Aussenden jeweils eines Ultraschallsignales und dem Empfang eines reflektierten Ultraschallsignales des jeweils gleichen und anderen Ultraschallsensors vorgesehen. Der Abstand wird dabei durch das Triangulationsprinzip ermittelt.
Aus der noch unveröffentlichten 197 11 467.9 werden die durch die direkte Messung (der das Signal aussendende Sensor empfängt das reflektierte Si­ gnal) und die durch eine indirekte Messung (ein zweiter Sensor empfängt das reflektierte Signal) gewonnenen Meßdaten verglichen und für die Position, wel­ che durch beide Meßverfahren ermittelt wurde, der Abstand berechnet.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß aufgrund unterschiedlicher, verwen­ deter Meßverfahren auch unterschiedlich genaue Ergebnisse erzielt werden, da bei jedem Meßvorgang Meßdaten erzeugt werden, die nicht ausgewertet wer­ den können.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des senkrechten Abstandes des Objektes von einem Kraftfahrzeug anzugeben, welches bei minimaler Auswertezeit ein genaues Ergebnis der Abstandsmes­ sung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auswerteeinrich­ tung aus den Meßdaten in einem ersten, sehr genauen Auswerteverfahren übereinstimmende Positionen ermittelt und anschließend aus den verbliebenen unverifizierten Meßdaten in einem zweiten, weniger genauem Auswerteverfah­ ren weitere übereinstimmende Positionen bestimmt werden.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die in einem einzigen Meß­ vorgang generierten Meßdaten infolge einer Mehrfachauswertung sehr genaue Meßergebnisse erzielt werden. Auf eine umständliche Mehrfachmessung, um die Genauigkeit nur eines Meßverfahrens zu erhöhen, wird dabei verzichtet.
In einer Ausgestaltung ermittelt die Auswerteeinrichtung aus denk Meßdaten in einem ersten Auswerteschritt die durch mindestens drei Laufzeitmessungen bestimmten Positionen des Objektes, wobei für die Position des Objektes, die durch alle drei Laufzeitmessungen erfaßt wurden, der Abstand bestimmt wird. Anschließend wird in einem zweiten Auswerteschritt aus allen, im ersten Aus­ werteschritt unberücksichtigten Meßdaten die durch mindestens zwei Laufzeit­ messungen bestimmten Positionen des Objektes bestimmt und aus der durch beide Laufzeitmessungen erfaßten Position der Abstand bestimmt, wobei in einem dritten Auswerteschritt, aus den im zweiten Auswerteschritt unberück­ sichtigten Meßdaten der Abstand aus einer durch eine einfache Laufzeitmes­ sung ermittelte Position bestimmt wird.
Aufgrund dieses Verfahrens ist nicht nur eine einfache und genauere, sondern auch eine schnellere Auswertung der gewonnen Meßdaten möglich. Ein sol­ ches Auswerteverfahren ist insbesondere für den Nahbereich des Kraftfahr­ zeuges günstig, da hier in diesem Bereich durch Überdeckungslücken der Sen­ sorkeulen weniger Informationen vorliegen. Die gewählte Abfolge der verschie­ denen Auswertverfahren führt zu einer Filterung der Meßdaten, so daß sicher jeder Meßwert nur einmal ausgewertet wird.
Vorteilhafterweise überwacht die Auswerteeinrichtung die in den drei Auswerte­ schritten bestimmten übereinstimmenden Positionen hinsichtlich der Häufigkeit ihres Auftretens und nur für die Positionen, derer Häufigkeit einen vorgegebe­ nen Grenzwert übersteigt, wird der Abstand zwischen Objekt und Kraftfahrzeug bestimmt. Diesem Verfahrensschritt liegt die Erkenntnis zugrunde, daß auch unterschiedliche Auswerteschritte zu dem gleichen Ergebnis kommen können, wobei die Auswerteeinrichtung registriert, daß eine Position mehrfach belegt ist. Diese Mehrfachbelegung ist somit eine Aussage für die Zuverlässigkeit der Auswertung. Außerdem werden Zufallsmeßdaten, die nur einmal auftreten und aufgrund von Streuungen in der Umgebung des Kraftfahrzeuges erfaßt wurden, herausgefiltert.
Aus den übereinstimmenden Positionen, die mehrfach erfaßt wurden, wird der Abstand senkrecht zur Fahrzeugkontur bestimmt.
Um Umwelteinflüsse auszusondern, wird der Abstand zwischen Objekt und der sich örtlich verändernden Einrichtung nur dann bestimmt, wenn sich das Objekt in einem Sensorkorridor befindet, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor aufgespannt ist.
In einer Weiterbildung wird bei Anwesenheit von mehreren Sensoren der Sen­ sorkorridor zwischen den die aktuellen Messungen ausführenden Sensoren aufgespannt. Somit wird sichergestellt, daß die direkte und indirekte Messung immer durch zwei Sensoren durchgeführt wird.
Da die Sensoren unterschiedliche Entfernungen voneinander aufweisen, wer­ den bei der paarweisen Messung der Sensoren unterschiedlich breite Sensor­ korridore aufgespannt. Es können somit unterschiedlich große Objekte bzw. Hindernisse geortet werden.
Bei der Erfassung von mehreren Objekten mit unterschiedlichen Abständen zu der sich örtlich ändernden Einrichtung wird das Objekt mit dem minimalen Ab­ stand bestimmt und der minimale senkrechte Abstand berechnet und abge­ speichert.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen
Fig. 1 Anordnung zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Hindernis und einem Kraftfahrzeug,
Fig. 2 Verfahren zur Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 direkte und indirekte Messung bei zwei Sensoren,
Fig. 4 Sensorkorridore.
Gemäß Fig. 1 sind an der rückseitigen Stoßstange eines Kraftfahrzeuges K vier Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 in gleichmäßigen Abständen angeordnet, die als Rückfahr- und Einparkhilfe genutzt werden.
Die verwendeten piezoelektrischen Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 dienen sowohl als Sender als auch als Empfänger. Eine Steuereinheit 7, welche vorzugsweise ein Mikroprozessor ist, ist über Sende- 5 und Empfangsleitungen 6 mit jedem der Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 verbunden. Der Mikroprozessor weist dabei eine Ein- und Ausgabeeinheit 8, eine zentrale Recheneinheit 9 sowie einen Arbeits­ speicher 10 und einen Festwertspeicher 11 auf.
Der Mikroprozessor 7 erzeugt elektrische Impulse mit einer Frequenz von un­ gefähr 40 KHz, die über die Leitung 5 an den jeweiligen Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 weitergeleitet und dort in entsprechende Ultraschallimpulse umgewandelt werden. Die vom Objekt A reflektierten Ultraschallsignale (Echos) werden von den Ultraschallempfängern 1, 2, 3 bzw. 4 empfangen und als elektrisches Si­ gnal über die Leitung 6 an die Steuereinheit 7 geleitet. Die Steuereinheit 7 mißt mit Hilfe ihres internen, nicht weiter dargestellten Taktgebers, die Laufzeit zwi­ schen der Aussendung des elektrischen Impulses und dem Empfang des elek­ trischen Impulses und speichert diese im Arbeitsspeicher 11 ab.
Üblicherweise wird aus der Laufzeit t des Ultraschallsignals der Abstand s zwi­ schen dem Kraftfahrzeug (Sensor) und dem Hindernis A nach der bekannten Gleichung
s = ½ × v × t
bestimmt, wobei v die Schallgeschwindigkeit darstellt.
Bei dieser direkten Messung ist nur eine Aussage über den Abstand zwischen Sensor und Objekt möglich. Eine Angabe des senkrechten Abstandes zwi­ schen Objekt A und dem Kraftfahrzeug K, an dem sich der Sensor befindet, scheitert an der Mehrdeutigkeit, hervorgerufen durch die möglichen Positionen des Objektes. Denn es existieren beliebig viele Objekt-Positionen mit dem glei­ chen Sensor-Objektabstand. Man kann diesen Sensor-Objektabstand auch als Radius eines Kreises betrachten und den Kreis als die Kurve auf dem sich ein, aber auch beliebig viele Objekte befinden können. Dieser Halbkreis soll des­ halb als Anwesenheitskurve DA1A und DA1B bzw. DA2A und DA2B (vgl. Fig. 3) bezeichnet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der Fig. 2 und 3 für zwei Sensoren erläutert werden.
Vor Beginn der eigentlichen Messung muß jeder Ultraschallsensor mindestens ein. Signal gesendet haben. Dies erfolgt in einer Initialisierungsphase 0.
In der eigentlichen Meßphase 1 werden die Sensoren 1, 2, 3, 4 für direkte und indirekte Messungen zyklisch von der Steuereinheit 7 angesteuert und abgeta­ stet. Das heißt, Sensor 1 gibt ein Ultraschallsignal ab, was einmal vom Objekt A und außerdem vom Objekt B reflektiert wird. Die Echos werden vom Sensor 1 empfangen. Aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten der Signale - vom Sen­ sor 1 zum Objekt A bzw. vom Sensor 1 zum Objekt B und wieder zurück - be­ rechnet die Steuereinheit 7 für jedes Objekt A und B einen Abstand zum Sen­ sor 1, der im Speicher 10 abgespeichert wird. Alle mit diesem Abstand mögli­ chen Positionen des Objektes A sind durch die Anwesenheitskurve DA1A ge­ kennzeichnet. Für das Objekt B ergeben sich alle möglichen Positionen zum Sensor 1 entsprechend der Anwesenheitskurve DA1B.
Die Aussendung und der Empfang des Signals von ein und demselben Sensor soll im weiteren als direkte Messung bezeichnet werden.
Dieselbe direkte Messung erfolgt mit dem Sensor 2, wobei der Sensor 2 sowohl das Signal aussendet als auch die reflektierten Signale empfängt. Aus dieser Messung ergeben sich für das Objekt A Positionen zum Sensor 2, welche auf der direkten Anwesenheitskurve DA2A liegen. Die Positionen des Objektes B liegen auf der Umhüllungskurve DA2B. Diese Kurven sind im Speicher 11 des Steuergerätes 7 abgespeichert.
Gleichzeitig mit der direkten Messung erfolgen immer indirekte Messungen. Bei der indirekten Messung sendet ein Sensor, während ein zweiter Sensor das Ultraschallsignal nach der Reflexion durch ein Objekt empfängt. Diese Mes­ sung ist also keine Abstandsmessung, sondern es wird die Strecke, die das Ultraschallsignal vom Sensor 1 zum Objekt und weiter zu Sensor 2 zurücklegt, ermittelt (Fig. 4). Die Laufstrecke ergibt sich aus der Gleichung
s = v × t
wobei v auch hier die Schallgeschwindigkeit mit 343 m/s bei 20°C darstellt.
Für den Sensor 2, der bei Aussendung des Signals vom Sensor 1 nur das re­ flektierte Signal empfängt, ergeben sich aufgrund der indirekten Messung die Anwesenheitskurven IAA und IAB, die im folgenden erläutert werden sollen.
Werden alle möglichen, der ermittelten Laufzeit entsprechenden Positionen aufgetragen, ergibt sich eine elliptische Anwesenheitskurve, wie sie in Fig. 3 als IAA und IAB dargestellt ist.
Nach Schritt 2 der Fig. 2 werden die durch die direkte Messung der Sensoren 1 und 2 ermittelten Anwesenheitskurven DA1A und DA2A bzw. DA1B und DA2B verglichen, um gemeinsame Positionen der Objekte festzustellen. Dies er­ folgt durch Bestimmung der Schnittpunkte der Anwesenheitskurven. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ergeben sich aber neben den realen Objekten A und B, da­ bei auch noch imaginäre Objekte D und C. Im Schritt 3 werden diese Schnitt­ punkte durch die Kurven IAA und IAB, die durch die indirekte Messung des Sen­ sors 2 bzw. 1 gewonnen werden, verifiziert. Nur die Schnittpunkte der direkten Messungen, an denen sich auch reale Objekte befinden, werden von der An­ wesenheitskurve IAA bzw. IAB der indirekten Messung durchlaufen.
Die erfaßten Objekte werden in einem zweidimensionalen Koordinatensystem abgespeichert, bei welchen die x-Achse parallel zur hinteren Fahrzeugkontur verläuft und die y-Achse senkrecht dazu den Abstand des Objektes bis zum Fahrzeug charakterisiert.
Alle während eines Meßvorganges gemessenen Daten werden in einem ersten Auswerteschritt 4 ausgewertet, welches das genaueste Meßverfahren darstellt.
Bei diesem Meßverfahren handelt es sich um eine Auswertung von drei Lauf­ zeiten, die entweder durch zwei direkte Messungen und eine indirekte Messung oder aber äquivalent dazu aus zwei indirekten Messungen und einer direkten Messung besteht. Alle die Meßdaten, die mit Hilfe dieser Auswertemethode zu einem Ergebnis führen, werden ausgesondert.
Alle die Meßdaten, die in diesem ersten Auswerteschritt nicht zugeordnet wer­ den konnten, werden einem zweiten Auswerteschritt 5 zugeführt. Bei diesem Auswerteschritt werden die Positionen, welche sich aus zwei Laufzeitmessun­ gen ergeben, miteinander verglichen, auch hier gibt es drei zueinander gleich­ bedeutende Auswertemöglichkeiten. Dabei können die Positionen aus den zwei direkten Messungen der beiden Sensoren verglichen werden oder die Positio­ nen, die in einem direkten Meßverfahren und in einem indirekten Meßverfahren erzeugt wurden oder aber als dritte Variante können auch die Positionen vergli­ chen werden, die bei zwei indirekten Messungen bestimmt wurden. Auch in diesem Verfahrensschritt werden die Meßdaten herausgefiltert, die zu einem zuverlässigen Ergebnis führen.
An den Auswerteschritt 5 schließt sich ein dritter Auswerteschritt 6 an, dem die Meßdaten unterzogen wurden, die weder im ersten noch im zweiten Verfa­ hrensschritt zu einem plausiblen Ergebnis geführt haben.
Im dritten Verfahrensschritt werden die Meßdaten herausgesucht, die mit einer einfachen Laufzeitmessung infolge einer direkten Messung oder indirekten Messung die Position des Objektes bestimmen.
In allen drei Auswerteschritten 4, 5, 6 werden Objektdaten bestimmt. Dabei ist es möglich, daß bei unterschiedlichen Auswerteschritten die gleichen Objekt­ daten ermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung zählt die Häufigkeit der auf­ tretenden gleichen Objektdaten und ermittelt aus den Objektdaten, die einen bestimmten Grenzwert überschreiten, die Abstände des Objektes zu der Au­ ßenkontur des Kraftfahrzeuges.
Im Schritt 8 wird aus allen als real erfaßten Objekten das Objekt mit dem klein­ sten Abstand festgelegt und der Abstand berechnet. Der minimale Abstand wird durch gleitende Mittelwertbildung gefiltert und im Schritt 9 an die Anzeige­ einrichtung 12 in Fig. 1 ausgegeben. Diese Anzeigevorrichtung ist üblicher­ weise ein Lautsprecher, der bei Annäherung des Kraftfahrzeuges an ein Hin­ dernis einen Hupton abgibt.
Zur Erhöhung der Sicherheit der Meßergebnisse kann zusätzlich noch festge­ stellt werden, ob sich das so festgestellte Objekt A bzw. B auch in einem Sen­ sorkorridor zwischen den an der Schnittpunktbildung beteiligten Sensoren be­ findet. Dieser Sensorkorridor erstreckt sich senkrecht in der vollen Breite des Abstandes der Sensoren in Richtung Hindernis. (Fig. 4).
Bei den in Fig. 4 dargestellten verwendeten vier Sensoren 1, 2, 3, 4 wird das Meßverfahren immer so durchgeführt, daß die beschriebene direkte und indi­ rekte Messung immer paarweise erfolgt. Da die direkte Messung jedes Sensors mit den aller anderen Sensoren geschnitten werden, ergeben sich sechs mögli­ che Kombinationen von Sensoren und somit sechs mögliche Korridore, die sich in der Breite unterscheiden können.
Aufgrund dieser Auswertemethode wird eine hochgenaue und sichere Bestim­ mung des Hindernisses möglich.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung, insbesondere einem Kraft­ fahrzeug, bei welchem ein an dieser Einrichtung angeordneter erster oder zweiter Sensor ein Signal abgibt, welches von dem Objekt reflektiert wird, wobei das reflektierte Signal von dem das Signal aussendenden und dem jeweils anderen Sensor empfangen wird und eine Auswerteeinrichtung die Laufzeiten zwischen dem Aussenden des Signales und dem Empfangen des Signales für jeden Sensor bestimmt und daraus alle möglichen Posi­ tionen des Objektes zur örtlich veränderlichen Einrichtung für jeden Sen­ sor ermittelt, wobei aus übereinstimmenden Positionen der senkrechte Abstand zu der sich örtlich verändernden Einrichtung bestimmt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung aus den Meßdaten in einem ersten, sehr genauen Auswerteverfahren übereinstimmende Po­ sitionen ermittelt und anschließend aus den verbliebenen unverifizierten Meßdaten in einem zweiten, weniger genauem Auswerteverfahren weitere übereinstimmende Positionen bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß aus den Meßdaten in einem ersten Auswerteschritt die durch mindestens drei Laufzeitmessungen bestimmten Positionen des Objektes ermittelt werden und für die Position des Objektes, die durch alle drei Laufzeitmessungen übereinstimmend erfaßt wurden, der Abstand bestimmt wird, anschlie­ ßend in einem zweiten Auswerteschritt aus allen, im ersten Auswerte­ schritt unberücksichtigten Meßdaten die durch mindestens zwei Laufzeit­ messungen ermittelten Positionen des Objektes verglichen werden und aus den durch beide Laufzeitmessungen übereinstimmend erfaßten Posi­ tion der Abstand bestimmt wird, wobei anschließend in einem dritten Aus­ werteschritt, aus dem im zweiten Auswerteschritt unberücksichtigten Meßdaten der Abstand aus einer durch eine einfache Laufzeitmessung ermittelten Position bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer­ teeinrichtung die in den drei Auswerteschritten bestimmten Positionen hinsichtlich der Häufigkeit des Auftretens überwacht und nur für die Posi­ tion den Abstand bestimmt, deren Häufigkeit einen vorgegebenen Grenz­ wert übersteigt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand zwischen dem Objekt und der sich örtlich verän­ dernden Einrichtung nur dann bestimmt wird, wenn sich das Objekt in ei­ nem Sensorkorridor befindet, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor aufgespannt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwe­ senheit mehrerer Sensoren an der sich örtlich verändernden Einrichtung der Sensorkorridor zwischen den die aktuellen Messungen ausführenden Sensoren aufgespannt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Er­ fassung von mehreren Objekten mit unterschiedlichen Abständen zu der sich örtlich ändernden Einrichtung das Objekt mit dem minimalen Abstand erfaßt wird.
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