DE19904110A1

DE19904110A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Informationsübertragung an ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19904110A1
Application number: DE19904110A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Arndt
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: DE50009826D1; EP1026650A1; EP1026650B1; KR100615748B1; KR20000057875A; DE19904110B4; JP2000222684A

Abstract

Das Verfahren umfaßt ein Aussenden eines pulsierenden Lichtsignals mittels eines lichtemittierenden Halbleiterbauelements (2); ein Empfangen des Lichtsignals durch eine optische Empfangseinrichtung (4); ein Auswerten des Lichtsignals und ein Anzeigen der erhaltenen Information und/oder ein Steuern einer Fahrzeug-Komponente auf der Basis der Information. Gleichzeitig wird das lichtemittierende Bauelement zum Aussenden eines visuellen Signals an den Fahrer genutzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Informationsübertragung von einem stationären oder bewegli chen Objekt an ein Fahrzeug.

Um auch bei hoher Verkehrsdichte im Straßenverkehr einen mög lichst reibungslosen Verkehrsfluß zu gewährleisten und gleichzeitig den Kraftfahrzeuginsassen ein erhöhtes Maß an Verkehrssicherheit zu bieten werden verstärkt technische Sy steme zur Verkehrslenkung entwickelt und eingesetzt. Derar tige Verkehrsleit- und/oder Verkehrssicherheitssysteme sind zumeist relativ aufwendig und erfordern häufig die Installa tion von teuren stationären oder fahrzeuggestützten Anlagen. Die Informationsübertragung von stationären Systemen zu Fah rerinformationssystemen im Fahrzeug und von Fahrzeug zu Fahr zeug stellt einen bedeutenden Faktor in der Verkehrsleit- und -sicherheitstechnik dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der auf einfache und kostengünstige Weise Information zum Fahrzeug und zwischen Fahrzeugen übermittelt werden kann und somit auf einfache und kostengünstige Weise sowohl eine Ver kehrslenkung als auch eine Erhöhung der Sicherheit im Stra ßenverkehr ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkma len des Patentanspruches 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Ver fahrens bzw. der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprü che 2 bis 6 bzw. 8 bis 12.

Seit Kurzem ist es möglich, sehr helleuchtende und zuverläs sige lichtemittierende Halbleiterbauelemente, insbesondere Leuchtdioden (LEDs), herzustellen, und es ist bereits vorge schlagen worden, derartige leuchtstarke LEDs im Straßenver kehr als Signalleuchten von Verkehrsampeln oder als Fahrzeu gleuchten einzusetzen.

Die Erfindung macht sich die Eigenschaft derartiger LEDs zu nutze, im Pulsbetrieb mit hohen Frequenzen bis in den MHz- Bereich betrieben werden zu können, ohne daß dabei die von einem Betrachter beobachtete Helligkeit der LED merklich ab nimmt. Dies ermöglicht es, eine pulsierend betriebene leuchtstarke LED als visuell wahrnehmbare Hinweiseinrichtung (beispielsweise Bremslicht, Blinklicht oder Schlußlicht eines. Kraftfahrzeugs oder Signalleuchte einer Verkehrsampel) für den Fahrer eines Fahrzeuges einzusetzten und gleichzeitig in dem Fahrzeug eine Empfangseinrichtung vorzusehen, die das pulsierende Lichtsignal empfängt und durch dessen Auswertung Informationen ermittelt, die über die visuell erfaßbare Hin weisinformation hinausgehen. Diese weiteren Informationen werden dem Fahrer durch ein akustisches und/oder optisches Signal angezeigt und/oder werden als Grundlage für einen Ein griff in den Betriebszustand, z. B. die Fahrgeschwindigkeit, des Fahrzeuges verwendet.

Es sind vielfältige Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Eine erste bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß das ausgesendete Lichtsignal einer LED eines stationären Ob jekts oder eines Fahrzeugs ein Pulssignal mit vorbestimmter konstanter Frequenz ist und daß die Auswerteschaltung aus der Frequenzverschiebung des empfangenen Signals gegenüber dem ausgesendeten Signal - d. h. aus der Frequenzabweichung des elektrischen Empfangssignals von der konstanten Frequenz- die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt bzw. Fahrzeug und dem empfangenden Fahrzeug ermittelt. Mit dieser auf dem Doppler-Effekt beruhenden Ermittlung von Relativgeschwindig keiten kann beispielsweise ein gewünschter, geschwindig keitsangepaßter Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten werden, das im Rücklicht eine oder mehrere pul sierend betriebene LEDs enthält.

Die Einhaltung des gewünschten Abstands kann einerseits indi rekt über eine dem Fahrer mitgeteilte Abstandsanzeige oder ein Hinweissignal bei zu kleinem und/oder zu großem Abstand erfolgen und andererseits besteht die Möglichkeit, eine un mittelbare Abstandsregelung durchzuführen, indem die bei der Auswertung erhaltene Abstandsinformation durch Steuerung des Motor- und/oder Bremssystems direkt den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs verändert. Besonders bei der letztgenannten automatischen Abstandsregelung läßt sich im Kolonnenverkehr oder beim Umschalten einer Ampel von rot auf grün in vorteil i hafter Weise ein flüssigerer Verkehrsablauf mit einem erhöh ten Durchsatz an Kraftfahrzeugen erzielen.

Es ist auch möglich, die Bremsleuchte eines vorausfahrenden Fahrzeugs mit einer oder mehreren LEDs auszustatten und gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Bremsung mit einem vorbekannten, frequenzstabilen Pulssignal zu betreiben. Die vorstehend beschriebene Ab standsüberwachung erfolgt dann bei jeder Bremsung des voraus fahrenden Fahrzeugs, wobei wiederum eine mittelbare, anzei gengestützte Regelung des Abstands über den Fahrer oder eine automatische Abstandsregelung durch einen direkten Eingriff in die Bremssteuerung vorgesehen sein kann. Die automatische Regelung bietet den Vorteil, daß die Bremskraft selbsttätig so scharf wie nötig aber dennoch so moderat wie möglich ein gestellt werden kann. Auf diese Weise kann sowohl ein wei cher und frühzeitiger Bremsablauf bewirkt als auch im Gefah renfall durch frühzeitige Einleitung einer automatischen, scharfen Bremsung ein drohender Auffahrunfall vermieden wer den.

Eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Er findung besteht darin, daß dem ausgesendeten pulsierenden Lichtsignal ein eine Nutzinformation tragendes Nutzsignal aufmoduliert wird, das von der Empfangseinrichtung an die Auswerteschaltung weitergeleitet und dort wieder in die Nutzinformation transformiert wird. Auch bei dieser Ausfüh rungsform bieten sich vielfältige Anwendungsvarianten. Bei spielsweise kann die LED wiederum die Bremsleuchte eines vor ausfahrenden Fahrzeugs bilden, wobei das aufmodulierte Nutz signal für die Stärke der Bremsung repräsentativ ist. Da durch kann im nachfolgenden Fahrzeug nicht nur das Brem sereignis als solches erfaßt sondern auch die Stärke der Bremsung ermittelt werden. Die im Nutzsignal enthaltene In formation kann analog dem bereits im Zusammenhang mit der er sten Ausführungsform beschriebenen Verfahren entweder als Hinweissignal dem Fahrer kenntlich gemacht werden oder einen Eingriff in den Fahrzustand des Fahrzeuges bewirken. Bei spielsweise kann eine automatische Vollbremsung durchgeführt werden, wenn das empfangene Nutzsignal eine Vollbremsung des vorausfahrenden Fahrzeugs angibt.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante der zweiten Ausfüh rungsform ist die LED oder eine Mehrzahl von LEDs als eine Signalleuchte in einer Verkehrsampel oder beispielsweise als Warnleuchte an einem Bahnübergang eingesetzt. Das Nutzsignal kann beispielsweise die Zeit bis zum Ende der Rotphase bzw. der Öffnung des Bahnübergangs repräsentieren. Aufgrund die ser Nutzinformation kann der Fahrer dann entscheiden, ob ein Abstellen des Motors sinnvoll ist. Ebenso ist es möglich, daß der Motor, ausgelöst durch die empfangene Nutzinformation, durch einen direkten Steuereingriff selbstätig abgestellt und zum richtigen Zeitpunkt selbsttätig wieder angestellt wird.

Das Nutzsignal kann ein amplitudemoduliertes oder ein fre quenzmoduliertes Signal sein.

Es ist ohne weiteres möglich und auch zweckmäßig, das Verfah ren nach der ersten Ausführungsform mit dem Verfahren nach der zweiten Ausführungsform zu kombinieren. Die Nutzinforma tion kann dann entweder durch eine Amplitudenmodulation des frequenzstabilen Pulssignals diesem hinzugefügt werden oder es ist auch möglich, ein zusätzliches Nutzsignal vorzusehen, das in einem anderen Frequenzbereich als das frequenzstabile Pulssignal liegt und dadurch von diesem unterschieden werden kann.

Um eine hohe Leuchtintensität zu erreichen, können bei allen Anwendungen mehrere, in Array- oder Zeilenform kombinierte LEDs eingesetzt werden.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist nicht nur auf den Straßenverkehr beschränkt. Denkbar ist beispielsweise auch der Einsatz im schienengebundenen Verkehr.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Sende- und Empfangsan ordnung nach der vorliegenden Erfindung, wie sie in zwei aufeinanderfolgenden Kraftfahrzeugen im Stra ßenverkehr verwendet wird; und

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der in Fig. 1 dar gestellten Anordnung.

Ein vorausfahrendes Fahrzeug 1 weist zwei Bremsleuchten auf, die jeweils durch ein Array helleuchtender roter LEDs 2 rea lisiert sind, welche bei einer Bremsung im Pulsbetrieb bei fester Frequenz betrieben werden.

Ein nachfolgendes Fahrzeug 3 ist an seinem Frontbereich mit einer Empfangseinrichtung 4 ausgestattet, die das von den Bremsleuchten-LEDs 2 ausgesandte Lichtsignal 13 empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal ensprechender Signalampli tude umwandelt. Die optische Empfangseinrichtung 4 ist aus einer Detektordiode mit einer lichteintrittsseitig vorge schalteten Optik ausgebildet. Genauso wie das vorausfahrende Fahrzeug 1 weist auch das nachfolgende Fahrzeug 3 aus LEDs 2 gebildete Bremsleuchten auf.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der in dem nachfolgenden Fahrzeug 3 eingesetzten Sende- und Empfangsanordnung. Das von der optischen Empfangseinrichtung 4 ausgegebene elektri sche Empfangssignal 5 wird einem Mikrocontroller 6 zugeführt. Der Mikrocontroller 6 ermittelt zunächst, ob ein Empfangs signal 5 vorliegt, und stellt, wenn dies der Fall ist, die Frequenz des Empfangssignals 5 fest. Danach berechnet der Mikrocontroller 6 die Differenz zwischen der festgestellten Frequenz des elektrischen Empfangssignals 5 und einer Refe renzfrequenz, die in einem Speicher des Mikrocontrollers 6 abgelegt ist und die identisch mit der festen Pulsfrequenz ist, mit der die LEDs 2 in dem vorausfahrenden Fahrzeug 1 be trieben werden. Aus dem erhaltenen Differenzwert berechnet der Mikrocontroller 6 die Relativgeschwindigkeit zwischen dem vorausfahrenden Fahrzeug 1 und dem hier betrachteten Fahrzeug 3. Dieser Prozeß wird fortlaufend wiederholt, so daß zu je dem Zeitpunkt ein aktueller Wert für die Relativgeschwindig keit vorliegt.

Stellt der Mikrocontroller 6 fest, daß sich bei einer Brem sung des vorausfahrenden Fahrzeugs 1 die Relativgeschwindig keit auch nach Ablauf einer gewissen Reaktionszeit immer noch erhöht oder über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, gibt der Mikrocontroller 6 ein Warnsignal 7 an eine visuelle oder aku stische Anzeigeeinrichtung 8 aus, die den Fahrer auf das Be stehen oder auch die Bedrohlichkeit der Situation aufmerksam macht.

Der Mikrocontroller 6 ist ferner über eine bidirektionale Da tenleitung 9 mit einem Bussystem 10 des Kraftfahrzeugs ver bunden. Das Bussystem 10 steht mit einem in der Fig. 2 nicht dargestellten Bremssteuergerät des Kraftfahrzeugs in Verbin dung, und ferner wird dem Mikrocontroller 6 über die bidirek tionale Datenleitung 10 Fahrzustandsinformation wie bei spielsweise die aktuelle Geschwindigkeit und die aktuelle Be schleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs sowie gegebenen falls Informationen über die Beschaffenheit des Fahrbahnzu stand (trockene/nasse/schneeglatte Fahrbahn) mitgeteilt.

Gemäß einem von dem Mikrocontroller 6 auf der Basis der er mittelten Relativgeschwindigkeiten sowie der Fahrzustandsin formation berechneten Gefahrengrad der Situation gibt der Mi krocontroller 6 über die bidirektionale Datenleitung 9 ein Signal ab, das eine selbsttätige Bremsung einleitet und dabei dem Bremssteuergerät auch die Stärke der erforderlichen Brem sung mitteilt.

Die Anzeige des Warnsignals 7 durch die Anzeigeeinrichtung 8 und die selbsttätige Bremsung über die bidirektionale Daten leitung 9 und das Bussystem 10 können alternativ oder gemein sam erfolgen, und es kann auch vorgesehen sein, daß ein selbsttätiger Bremsvorgang nur bei einem signifikant hohen Gefahrengrad durchgeführt wird, bei dem die Anzeige eines Warnsignals nicht mehr erfolgsversprechend erscheint.

Der Mikrocontroller 6 weist ferner einen nicht dargestellten internen Pulsgenerator auf, an dessen Ausgang ein elektri sches Pulssignal 11 mit der Referenzfrequenz zur Verfügung steht. Das elektrische Pulssignal 11 wird einer LED- Ansteuerschaltung 12 zugeleitet, die den von den LEDs 2 der LED-Arrays benötigten gepulsten Betriebsstrom erzeugt. Die Referenzfrequenz liegt im kHz bis MHz-Bereich.

Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dem die LEDs ansteuernden elektrischen Pulssignal 11 ein Nutzsignal überlagert sein. In diesem Fall wird dem Mikro controller 6 über die bidirektionale Datenleitung 9 neben den bereits genannten Daten beispielsweise auch eine Information über die Stärke einer gerade erfolgenden Bremsung mitgeteilt. Diese Information wird der LED-Ansteuerschaltung 12 entweder durch eine geeignete Amplitudenmodulation des elektrischen Pulssignals 11 fester Frequenz (Referenzfrequenz) oder durch Erzeugung eines zusätzlichen, amplituden- oder frequenzmodu lierten elektrischen Nutzsignals, welches dem Pulssignal 11 überlagert ist und eine andere Frequenz als dieses aufweist, verfügbar gemacht.

Bei einer Signaldetektion kann der Mikrocontroller 6 eines nachfolgenden Fahrzeugs aus dem Empfangssignal 5 die Nutzin formation zurückgewinnen und auf der Basis der Nutzinformati- on sowie der gegebenenfalls gemäß der ersten Ausführungsform ermittelten Relativgeschwindigkeitswerte sowie der Fahrzu standsinformationen weitere Maßnahmen einleiten.

Die aufmodulierte Nutzinformation muß keine Bremsinformation sein sondern kann vielfältige Arten von Information wie bei spielsweise auch Anfahrinformation, Beschleunigungsinformati on oder dergleichen umfassen. Ferner ist es auch möglich, zur Übertragung von Nutzinformation mehrere überlagerte Nutz signale vorzusehen.

Bezugszeichen

1

vorausfahrendes Fahrzeug

2

Leuchtdiode (LED)

3

nachfolgendes Fahrzeug

4

optische Empfangseinrichtung

5

elektrisches Empfangssignal

6

Mikrocontroller

7

Warnsignal

8

Anzeigeeinrichtung

9

bidirektionale Datenleitung

10

Bussystem

11

elektrisches Pulssignal

12

LED-Ansteuerschaltung

13

pulsierendes Lichtsignal

Claims

1. Verfahren zur Informationsübermittlung von einem stationä ren oder beweglichen Objekt (1) an ein Fahrzeug, das die Schritte aufweist:

- Aussenden eines einer zu übermittelnden Information ent sprechend pulsierenden Lichtsignals (13) mittels mindestens einem lichtemittierenden Halbleiterbauelement (2), das an dem stationären oder beweglichen Objekt (1) angebracht ist;
- Empfangen des pulsierenden Lichtsignals (13) mittels einer im oder am Fahrzeug (3) angeordneten optoelektronischen Empfangseinrichtung (4), die das pulsierende Lichtsignal (13) in ein elektrisches Empfangssignal (5) umwandelt
- Auswerten des elektrischen Empfangssignals (5) durch eine dem Fahrzeug zugeordnete Auswerteschaltung (6);
- Anzeigen der dem elektrischen Empfangssignal entsprechenden Information im Fahrzeug und/oder Steuern von zumindest ei ner den Betriebszustand des Kraftfahrzeuges beeinflussenden Fahrzeug-Komponente auf der Basis der dem Empfangssignal entsprechenden Information und
- mit dem Aussenden der zu übermittelnden Information gleich zeitges Aussenden eines visuellen Signales unmittelbar an den Fahrer des Fahrzeuges mittels des lichtemittierenden Halbleiterbauelements alleine oder zusammen mit weiteren lichtemittierenden Elementen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

- das ausgesendete Lichtsignal (13) ein Pulssignal mit vorbe stimmter konstanter Frequenz ist, und
- die Auswerteschaltung (6) aus einer Frequenzabweichung des elektrischen Empfangssignals (5) von der konstanten Fre quenz die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Objekt (1) und dem Fahrzeug (3) ermittelt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem,

- dem ausgesendeten pulsierenden Lichtsignal (13) ein Nutzin formation tragendes Nutzsignal aufmoduliert ist,
- die Auswerteschaltung (6) das in dem elektrischen Emp fangsignal (5) enthaltene umgewandelte Nutzsignal auswertet und
- die bei der Auswertung (6) erhaltene Information die Nutzinformation umfaßt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Nutzsignal ein amplitudenmoduliertes oder ein frequenzmo duliertes Signal ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erhaltene Information dem Fahrer des Fahrzeuges (3) durch ein optisches und/oder akustisches Hinweissignal (7) ange zeigt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Bremsanlage und/oder eine die Motorbeschleunigung re gelnde Komponente des Fahrzeugs (3) auf der Basis der bei der Auswertung erhaltenen Information gesteuert wird.

7. Sende- und Empfangsanordnung zur Informationsübertragung von einem stationären oder beweglichen Objekt (1) an ein Fahrzeug

- mit mindestens einem an einem stationären oder beweglichen Objekt (1) angebrachten, zur Erzeugung eines visuellen Si gnals für den Fahrer des Fahrzeugs vorgesehenen lichtemit tierendem Halbleiterbauelement (2), das ein pulsierendes Lichtsignal (13) aussendet;
- mit einer an dem Fahrzeug (3) angebrachten optoelektroni schen Empfangseinrichtung (4), die das ausgesendete pulsie rende Lichtsignal (13) empfängt und in ein elektrisches Empfangssignal (5) umwandelt;
- mit einer dem Fahrzeug (3) zugeordneten Auswerteschaltung (6), die das elektrische Empfangssignal (5) auswertet; und
- mit einer Anzeigeeinrichtung (8), die die bei der Auswer tung erhaltene Information anzeigt und/oder einer Steuer einrichtung, die zumindest eine Fahrzeug-Komponente auf der Basis des bei der Auswertung erhaltenen Empfangssignals steuert.

8. Sende- und Empfangsanordnung nach Anspruch 7, bei der das Objekt (1) ein dem Fahrzeug (3) vorausfahrendes weiteres Fahrzeug ist.

9. Sende- und Empfangsanordnung nach Anspruch 8, bei der die Leuchtdiode (2) im Rücklicht oder im Bremslicht eines voraus fahrenden weiteren Fahrzeugs (1) angeordnet ist.

10. Sende- und Empfangsanordnung nach Anspruch 7, bei der das Objekt (1) eine stationäre Verkehrshinweiseinrichtung, insbe sondere eine Verkehrsampel oder eine Warnleuchte ist.

11. Sende- und Empfangsanordnung nach Anspruch 10, bei der die Verkehrsampel oder die Warnleuchte eine Vielzahl von lichtemittierenden Halbleiterbauelementen aufweist, die das pulsierende Lichtsignal aussenden, das gleichzeitig sowohl zur Anzeige der Signalzustände der Ampel bzw. der Warnleuchte für den Fahrer dient als auch die zu übertragende Information an die Empfangseinrichtung des Fahrzeugs enthält.

12. Sende- und Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei der zur Aussendung des pulsierenden Lichtsignals (13) ein LED-Array oder eine Zeile aus mehreren LEDs (2) vor gesehen ist.