DE19923702A1

DE19923702A1 - Abstandssensorik

Info

Publication number: DE19923702A1
Application number: DE19923702A
Authority: DE
Inventors: Arthur Schneider
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 1999-05-22
Publication date: 2000-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abstandssensorik (1), umfassend Laserscanner (5) zur Erfassung eines Überwachungssektors (8), wobei der Laserstrahl nach Überstreichung des Überwachungssektors (8) durch eine Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung oder außerhalb des Überwachungssektors (8) angeordnete Umlenkelemente in den Überwachungssektor (8) umlenkbar sind, wobei die Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung derart ansteuerbar oder die Umlenkelemente derart angeordnet sind, daß die umgelenkten Scans gegenüber den ursprünglichen Scans um einen ganzzahligen Bruchteil der Winkelauflösung versetzt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstandssensorik und ein Verfahren zum Betreiben der Abstandssensorik.

Zur Erfassung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeuges sind auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhende Abstandssensoren bekannt. Beispiele für solche Sensoren sind Radar-, Laserscanner- oder Ultraschallsensoren.

Die Laserscanner-Sensoren lassen sich dabei in zwei Gruppen unterteilen, nämlich in kontinuierlich rotierende und in eine Pendelbewegung durchführende Sensoren.

Ein solcher rotierender Laserscanner ist beispielsweise aus dem Prospekt "LADAR 2D OWS" der Firma IBEO Lasertechnik Fahrenkrön 125, D-22163 Hamburg, bekannt. Ein um eine lotrechte Achse gedrehtes Prisma lenkt den von einem gepulsten Laser erzeugten Strahl und die Blickrichtung des Empfängers in eine waagerechte Ebene um. Trifft der Strahl auf Hindernisse, so kann deren Profil in der Schwenkebene aus der jeweiligen Winkelstellung und der Impulslaufzeitdifferenz genau bestimmt werden. Das ermittelte Profil kann zur Anzeige gebracht oder vermessen werden zur Angabe von Warnsignalen oder zur automatischen Steuerung des Fahrzeuges mit nachgeschalteten Steuerungsrechnern. Bei dieser Konstruktion läuft der Strahl um 360° in der Schwenkebene um. Es wird jedoch nur ein Überwachungssektor von dem Fahrzeug von beispielsweise 60° Öffnungswinkel benötigt. Daher wird nur ein Teil der möglichen Winkelauflösung des Scanners ausgenutzt. Kann der Scanner beispielsweise Winkeldifferenzen von 1° sauber auflösen, so ergäben sich im Überwachungssektor von 60° nur 60° sauber voneinander unterscheidbare Scans, obwohl der Scanner bei einem Umlauf insgesamt 360° einzelne Scans auflösen kann. Außerdem erfolgt die Abtastung von Hindernissen im Überwachungssektor in zeitlichen Abständen, da der Strahl nach Durchlaufen des Überwachungssektors einen größeren ungenutzten Winkelbereich, der im gewählten Beispiel 300° beträgt, durchlaufen muß, bis er wieder in den Überwachungssektor gelangt.

Zur partiellen Lösung dieser Probleme ist es aus der DE 195 30 281 A1 bekannt, daß benachbart zum Scanner in der Schwenkebene außerhalb des Überwachungssektors wenigstens ein Planspiegel angeordnet ist, der den Strahl in den Überwachungssektor reflektiert. Durch entsprechend viele Spiegel kann die Totzeit gegen Null gehen. Zusätzlich wird vorgeschlagen, die reflektierten Strahlen in einem Höhenwinkel zur ursprünglichen Scanebene zu neigen, um dadurch dreidimensionale Profile zu erzeugen. Trotz des zusätzlichen konstruktiven Aufwandes aufgrund der notwendigen Spiegel bleibt jedoch die Winkelauflösung begrenzt.

Des weiteren sind Laserscanner bekannt, die den Strahl innerhalb des gewünschten Sektors hin- und herschwenken. Diese haben den Vorteil der vollen Ausnutzung der möglichen Winkelauflösung des Laserscanners und der dauernden Abtastung, jedoch gegenüber kontinuierlich rotierenden Einrichtungen den Nachteil der diskontinuierlichen, ständig beschleunigenden Bewegung.

Bei allen bekannten Laserscannern ist jedoch die erreichbare Winkelauflösung durch den Sensor selbst begrenzt. Wird für den speziellen Anwendungsfall eine höhere Winkelauflösung benötigt, so muß ein entsprechender Laserscanner verwendet werden, der sehr teuer ist.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Abstandssensorik mit einem Laserscanner zu schaffen, mittels dessen einfach eine verbesserte Winkelöffnung erreichbar ist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 3.

Durch jeweils versetzte Auflösung des Scans bei den Durchläufen im Überwachungssektor läßt sich mit einfachen Mitteln die resultierende Winkelauflösung des Laserscanners auf ein Vielfaches erhöhen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Abstandssensorik mit einer Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung.

Die Abstandssensorik 1 umfaßt eine Steuereinheit 2, einen drehrichtungsumkehrbaren Motor 3 mit einer Motorwelle 4 und einen Laserscannner 5. Der Laserscanner 5 umfaßt beispielsweise eine Laserdiode, eine Photodiode und eine Steuer- und Auswerteelektronik. Auf der Motorwelle 4 ist ein Permanent-Magnet 6 fest angeordnet, dem außerhalb der Motorwelle ein Hall-Sensor 7 zugeordnet ist, der auf einen Steuereingang der Steuereinheit 2 zurückgeführt ist. Mittels der Abstandssensorik 1 soll ein Überwachungssektor 8 von beispielsweise 60° abgedeckt werden. Dabei sei aus Gründen der Übersicht angenommen, daß der Laserscanner 5 eine Winkelauflösung von 15° aufweise, d. h. für die Erfassung des gesamten Überwachungssektors 8 werden fünf Scans benötigt, die als durchgezogene Linien dargestellt sind, wobei praxisnahe Werte für die Winkelauflösung beispielsweise 0,5- 1° sind. Zur Abtastung wird der Laserscanner 5 durch den drehrichtungsumkehrbaren Motor 3 in Form einer Pendelbewegung über den Überwachungssektor 8 geschwenkt, wobei die Drehrichtung jeweils bei der Winkelstellung +30° bzw. -30° umgekehrt wird. Zur Erfassung der genauen Position der Motorwelle 4 dient der Permanentmagnet 6, dessen winkelabhängige Normalkomponente eine winkelabhängige Spannung im Hall-Sensor 7 erzeugt. Über einen Steuereingang 9 der Steuereinheit 2 kann dann eine gewünschte Vervielfältigung der Auflösung eingegeben werden. Im dargestellten Beispiel soll die Winkelauflösung verdreifacht werden, also eine Winkelauflösung von 5°. Nachdem der Laserscanner 5 beispielsweise von -30° bis 30° mit fünf Scans des Überwachungssektors 8 überstrichen hat, wird die Drehrichtung des Motors 3 umgedreht. Mittels der Signale des Hall-Sensors 7 kennt die Steuereinheit 2 die genaue Position der Motorwelle 4 und damit des Laserscanners 5. Aufgrund der gewünschten Verdreifachung der Winkelauflösung weiß nun die Steuereinheit 2, daß der nächste Scan 5° versetzt zum ursprünglichen Scan einsetzen muß. Hierzu muß die Laserdiode des Laserscanners 5 nur zeitlich verzögert angesteuert werden, d. h. der nächste Laserimpuls wird erst ausgesendet, wenn die Motorwelle 4 bei 25° steht, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Scans pro Durchlauf durch den Laserscanner 5 auf 15° festgelegt ist. Die Scans des zweiten Durchgangs sind gestrichelt dargestellt. Bei -20° wird dann der letzte Scan durchgeführt. Die Motonwelle 4 dreht weiter bis -30° und kehrt die Drehrichtung um. Wenn die Motorwelle 4 bei -25° steht, wird wieder mit der Aussendung von Laserimpulsen begonnen. Dieser dritte Scanvorgang ist gepunktet dargestellt. Diese synchronisierte Zeitverzögerung der Ansteuerung des Laserscanners 5 erfolgt dabei um eine Steuerleitung 10. Nach den drei Schwenkbewegungen ergibt. sich resultierend eine Verdreifachung der Winkelauflösung. Zwar hat sich die Wiederholrate entsprechend gedrittelt, dies ist jedoch mit keinem wesentlichen Informationsverlust verbunden, da in Realität die einzelnen Scans sehr eng nebeneinander liegen. Anstelle des Permanentmagneten 6 mit zugeordneten Hall-Sensor 7 kann beispielsweise auch ein Potentiometer zur Positionserfassung der Motorwelle 4 verwendet werden, dessen Widerstand proportional zur Winkelstellung ist. Ebenso kann der Laserscanner 5 ortsfest angeordnet werden, und ein Spiegel wird von der Motorwelle bewegt, der dann die Impulse des Laserscanners 5 in den Überwachungssektor 8 umlenkt. Des weiteren kann auch eine rotierende Anordnung mit außerhalb des Überwachungssektors 8 angeordneten Umlenkelementen verwendet werden.

Neben der Erhöhung der Winkelauflösung kann auch vorgesehen sein, daß der Laserscanner 5 bzw. ein verwendeter Umlenkspiegel in seinem Neigungswinkel veränderbar ist, wodurch das im Stand der Technik beschriebene 3D-Profil erzeugt wird. Der Vorteil eines derartigen zusätzlichen 3D-Profils ist, daß die erfaßten Meßwerte des Laserscanners 5 unempfindlicher gegenüber Neigungsänderungen des Kraftfahrzeuges und damit der Abstandssensorik 1 aufgrund von Beschleunigungen bzw. Veränderungen sind.

Claims

1. Abstandssensorik, umfassend einen Laserscanner zur Erfassung eines Überwachungssektors, wobei der Laserstrahl nach Überstreichung des Überwachungssektors durch eine Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung oder außerhalb des Überwachungssektors angeordnete Umlenkelemente in den Überwachungssektor umlenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung derart ansteuerbar oder die Umlenkelemente derart angeordnet sind, daß die umgelenkten Scans gegenüber den ursprünglichen Scans um einen ganzzahligen Bruchteil der Winkelauflösung versetzt sind.

2. Abstandssensorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung, der Laserscanner (5) oder die Umlenkelemente in ihrem Neigungswinkel veränderbar sind.

3. Verfahren zum Betreiben einer Abstandssensorik (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend folgende Verfahrensschritte:

a) Auswählen einer gewünschten Winkelauflösung im Überwachungssektor (8), die n- mal größer als die Winkelauflösung des Laserscanners (5) ist und
b) n-faches Abscannen des Überwachungssektors (8), wobei die Scans bei jedem Durchlauf um 1/n X Winkelauflösung zu dem Scan des vorangegangenen Durchlaufs versetzt werden.