DE19927502A1

DE19927502A1 - Abstandsensorik für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19927502A1
Application number: DE19927502A
Authority: DE
Inventors: Arthur Schneider; Andre Zander
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: SCHNEIDER, ARTHUR, DE
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2000-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abstandssensorik (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Motor, eine mit dem Motor verbundene Motorwelle, einen Laserscanner, wobei der Lichtstrahl von Laserscanner direkt oder indirekt über eine Bewegung der Motorwelle einen Überwachungssektor überstreicht, wobei die Abstandssensorik (1) ein im wesentlichen stabartiges Gehäuse (2) umfaßt, das im Austrittsbereich des Lichtstrahls des Laserscanners (5, 6) mindestens im Wellenlängenbereich des Laserscanners (5, 6) lichtdurchlässig ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstandssensorik und ein Verfahren zur Ansteuerung der Abstandssensorik.

Aufgrund der zunehmenden Verkehrsdichte steigen die Anforderungen hinsichtlich der Wahrnehmung des Verkehrsgeschehens an einen Kraftfahrzeugführer kontinuierlich an. Daher wurden bereits vielfältige Anstrengungen unternommen, Fahrer-Assistenzsysteme zu schaffen, um den Kraftfahrzeugführer zu entlasten. Eine sehr wichtige Information für den Kraftfahrzeugführer ist der Abstand eines Objektes sowie die Bewegung des Objektes zum Kraftfahrzeug. Diese Daten werden beispielsweise für automatische Abstandsregelungen, aktive und passive Kollisionsverhinderungseinrichtungen oder für eine Precrash-Sensorik zur frühzeitigen Auslösung eines passiven Fahrzeuginsassenrückhaltesystems benötigt.

Aus der DE 38 27 729 ist eine Kollisionswarneinrichtung für Kraftfahrzeuge bekannt, insbesondere zur Vermeidung von Kollisionen mit stehenden Hindernissen im Nahbereich eines Kraftfahrzeuges, mit einer Abstandsmeßeinrichtung zur berührungslosen Abstands- Lageerkennung für ein Objekt im Bereich des Kraftfahrzeuges, wobei wenigstens ein Sensor zur Erfassung der einem bestimmten, gerade vorliegenden Fahrzeugbetriebszustand entsprechenden Fahrzeugkurs vorgesehen ist und die entsprechenden Bewegungssignale abgibt, daß die Abstands- und Lagesignale sowie die Bewegungssignale einer Auswerteeinheit zuführt werden, die anhand dieser Signale unter Berücksichtigung der fahrzeugspezifischen Gegebenheiten errechnet, ob eine Kollision mit dem erfaßten Objekt möglich ist, wobei das Ergebnis auf einer Anzeigeeinheit darstellbar ist. Besonders vorteilhaft wird als Abstandsmeßeinrichtung je eine Sende-/Empfangseinheit für Ultraschallsignale und für eine schmale Sendekeule eines Infrarot-Strahls an diagonal gegenüberliegenden Ecken eines Kraftfahrzeuges angebracht. Der Infrarot-Strahl dient zur Lageerkennung und Zuordnung einer Winkelposition für ein Objekt in je einem 270°-Winkelbereich vor bzw. hinter dem Kraftfahrzeug und seitlich davon. Mit der schmalen Sendekeule des Infrarot-Strahls wird jeweils dieser Bereich schnell abgetastet. Zudem sind die 270°-Winkelbereiche in jeweils drei 90°-Bereiche unterteilt, die von je einer Ultraschallmaßeinheit umfaßt sind. Damit wird die hohe Genauigkeit der Ultraschallmessung bei der Abstandsmessung und die schnellere Datenerfassung mit Infrarotlicht zur Lagebestimmung ausgenützt, wobei der gesamte Bereich um ein Fahrzeug herum erfaßt wird.

Aus der DE 195 30 281 A1 ist eine Vorrichtung zum optischen Erfassen von Hindernissen vor Fahrzeugen innerhalb eines Überwachungssektors bekannt, mit einem am Fahrzeug angeordneten Laserscanner, der einen eng fokussierten Strahl von Lichtimpulsen und die Blickrichtung eines Lichtempfängers in einer im wesentlichen waagerechten Schwenkbewegung bewegt und mit einer Auswerteeinrichtung, die aus Winkel und Laufzeit der Impulse das Profil von Hindernissen in der Schwenkebene ermittelt, wobei der Strahl um 360° umlaufend bewegt wird und benachbart zum Scanner in der Schwenkebene außerhalb des Überwachungssektors wenigstens ein Planspiegel angeordnet ist, der den Strahl in den Überwachungssektor reflektiert.

Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen ist, daß diese jeweils nur ein eingeschränktes Sichtfeld aufweisen, so daß für jede Assistenzvorrichtung, wie beispielsweise Einparkhilfe, Precrashsensorik, Fahrspurwechsel-Hilfseinrichtungen, jeweils separate Sensoren benötigt werden. Da für eine Precrashsensorik die ganze Fahrzeugumgebung erfaßt werden muß, sind hier sogar mehrere Sensoren für eine Hilfseinrichtung notwendig.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Abstandssensorik für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die umfassend die Fahrzeugumgebung erfaßt. Ein weiteres technisches Problem ist, durch die Abstandssensorik den ästhetischen Gesamteindruck des Kraftfahrzeuges so wenig als möglich zu stören. Ein weiteres technisches Problem besteht darin, ein geeignetes Ansteuerungsverfahren für die Abstandssensorik bereitzustellen.

Die Lösung der technisches Probleme ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1, 17 und 18. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Verwendung eines im wesentlichen stabartigen Gehäuses, das mindestens im Austrittsbereich des Lichtstrahls des Laserscanners mindestens im Wellenlängenbereich des Laserscanners lichtdurchlässig ausgebildet ist, kann der Laserscanner derart zur Karosserie des Kraftfahrzeuges angeordnet werden, daß keine Abschattungseffekte durch das Kraftfahrzeug selbst auftreten, die eine Einschränkung des möglichen Überwachungssektors zur Folge hätten. Im Gegensatz dazu sind nunmehr Überwachungssektoren von 360° möglich. Eine besonders geeignete Position der Abstandssensorik ist das Kraftfahrzeugdach, da aufgrund dieser exponierten Lage die reale Länge des Gehäuses nicht übermäßig groß gewählt werden muß, um Abschattungen zu vermeiden. Dadurch kann die Abstandssensorik gleichzeitig für verschiedene Assistenz-Systeme verwendet werden bzw. in Assistenz-Systemen, die zur Überwachung die gesamte Fahrzeugumgebung benötigen, reicht eine einzige Abstandssensorik aus. Um das ästhetische Gesamterscheinungsbild des Kraftfahrzeuges so wenig als möglich zu stören, wird die Abstandssensorik in ein vorhandenes Antennensystem des Kraftfahrzeuges integriert. Da die Anforderungen an Reichweite und Auflösung der Objekterfassung von der Position des Objektes relativ zum Kraftfahrzeug abhängig sind, wird die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle und/oder die Abtastfrequenz und/oder die Sendeleistung des Laserscanners in Abhängigkeit von der Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder in Abhängigkeit vom Lenkwinkel und/oder in Abhängigkeit von einer erfaßten Verkehrssituation variiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse mit einer mindestens partiell im Wellenlängenbereich des Laserscanners lichtdurchlässigen Abdeckung ausgebildet.

Des weiteren kann die Abstandssensorik mit einem Spiegel ausgebildet sein, wobei zur Erzeugung des Scanvorganges der Laserscanner und/oder der Spiegel über die Motorwelle relativ zum Gehäuse bewegbar sind. Die Abdeckung kann dabei entweder fest oder beweglich zum Gehäuse angeordnet sein. Der Vorteil einer festen Anordnung liegt in der einfacheren Befestigung, um den Eintritt von Staub oder Wasser zu verhindern. Der Vorteil einer sich bewegenden Abdeckung hingegen ist, daß auf der Oberfläche befindliche oder auftretende Partikel oder Wassertropfen, die die Meßwerte der Abstandssensorik negativ beeinflussen könnten, durch die Bewegung der Abdeckung abgestreift werden.

Vorzugsweise wird mittels der Abstandssensorik eine 360°-Schwenkbewegung durchgeführt, so daß die gesamte Fahrzeugumgebung erfaßt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne mindestens eines weiteren Kommunikationssystems in dem Gehäuse angeordnet. Derartige Systeme sind beispielsweise GSM, GPS oder Radio. Durch diese multifunktionale Nutzung des Gehäuses wird die Beeinträchtigung des optischen Gesamteindruckes des Kraftfahrzeuges weniger gestört.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Laserscanner ortsfest im Fuß des Gehäuses angeordnet, wobei die Zu- und Abführung der empfangenen bzw. auszusendenden Strahlung über Lichtwellenleiter realisiert wird. Dies reduziert den Verkabelungsaufwand mit der Auswerteelektronik und erlaubt eine noch kompaktere Bauform der lichtdurchlässigen Abdeckung.

Die Umsetzung der Rotation der Motorwelle in einer 360° Schwenkbewegung erfolgt vorzugsweise mittels eines rotationssymmetrischen Körpers, wie beispielsweise einer Kugel, auf der ein vorzugsweise konkaver Spiegel angeordnet ist, wobei der rotationssymmetrische Körper beispielsweise aus Glas oder Kunststoff ausgebildet und mit der Motorwelle verbunden ist.

Die empfangene Strahlung fällt dann auf den Spiegel und wird von dort auf einen Brennpunkt fokussiert und in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt, der die Strahlung zum Empfänger des Laserscanners im Fuß des Gehäuses leitet.

Prinzipiell könnte der rotierende Spiegel auch für die Abstrahlung genutzt werden.

Vorzugsweise ist jedoch die Abstrahleinrichtung separat auf der Kugel, vorzugsweise als Cassegrainsche Abstrahleinrichtung, angeordnet, die die Abstrahlung eines parallelen Bandes erlaubt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Cassegrainsche Abstrahleinrichtung streifenförmig ausgebildet, wodurch einerseits die Empfangsverluste klein gehalten werden und andererseits die potentiell die Augen eines Menschen erreichbare Strahlungsdosis reduziert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Abstandssensorik für das Sendeprinzip,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Abstandssensorik für das Empfangsprinzip,

Fig. 3 eine Vorderansicht der lichtdurchlässigen Abdeckung und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die lichtdurchlässige Abdeckung.

Die Abstandssensorik 1 umfaßt ein Gehäuse 2, einen Motor 3, eine mit dem Motor 3 verbundene Motorwelle 4 und einen mindestens eine Laserdiode 5 und eine Photodiode 6 umfassenden Laserscanner. Das Gehäuse 2 setzt sich aus einem Fuß 7, einem stabförmigen Mittelbau 8 und einer lichtdurchlässigen, kugelförmigen Abdeckung 9 zusammen. Im Fuß 7 des Gehäuses 2 sind der Motor 3 und der Laserscanner 5, 6 angeordnet. Im stabförmigen Mittelbau 8 ist die Motorwelle 4 angeordnet, über die eine innerhalb der lichtdurchlässigen Abdeckung 9 angeordnete Kugel 10 rotierbar angetrieben werden kann. Zur Kompensation von Unwuchten ist die Kugel 10 über ein Lager 11 auf der der Motorwelle 4 entgegengesetzten Seite gelagert. Die Kugel 10 ist teilweise mit einer konvexen Verspiegelung 12 ausgebildet. In der der Verspiegelung 12 entgegengesetzten Seite der Kugel 10 weist diese eine streifenförmige Ausnehmung auf, in der eine Cassegrainsche Abstrahleinrichtung angeordnet ist. Die Cassegrainsche Abstrahleinrichtung umfaßt einen Sendeparabol 13, einen Reflektor 14 und eine im Scheitelpunkt des Sendeparabols 13 angeordnete Selfoc-Linse 15, die mit einem Lichtwellenleiter 16 optisch gekoppelt ist. Die Laserdiode 5 ist optisch mit einem Lichtwellenleiter 17 gekoppelt, der durch das Gehäuse 2 zur Kugel 10 geführt ist, wo die Lichtimpulse der Laserdiode 5 in den Lichtwellenleiter 16 über eine optische Kopplung 18 eingespeist werden. Das Sendeprinzip besteht nun darin, daß die ortsfeste Laserdiode 5 ihre Impulse in den Lichtwellenleiter 17 einkoppelt. Diese Impulse gelangen zur optischen Kopplung 18, wo die Impulse beispielsweise in den Lichtwellenleiter 17 eingespiegelt werden und über die Selfoc-Linse 15 gebündelt auf Reflektor 14 gestrahlt werden. Die auf den Reflektor 14 auftreffende Strahlung wird auf den Sendeparabol 13 reflektiert und als paralleles, schmales Band 19 nach außen durch die lichtdurchlässige Abdeckung 9 abgestrahlt. Durch die Drehung der Motorwelle 4 wird auch die Kugel 10 und somit die Position des Sendeparabols 13 gedreht, so daß das Band 19 um 360° geschwenkt wird. Das definierte schmale Band 19 erhöht zudem die Augensicherheit, da jeweils nur ein Bruchteil des Bandes 19 auf den Augenbereich eines Menschen treffen kann.

In der Fig. 2 ist das Empfangsprinzip dargestellt, wobei einige nur für das Sendeprinzip wesentlichen Bauteile aus Gründen der Übersicht nicht dargestellt sind. Im Brennpunkt 20 der konvexen Verspiegelung 12 ist ein Lichtwellenleiter 21 mit einer gegebenenfalls zusätzlichen Einkoppelungsoptik angeordnet. Der Lichtwellenleiter 21 ist durch das Gehäuse 2 bis zur im Fuß 7 angeordneten Photodiode 6 geführt und mit dieser optisch gekoppelt. Die von einem zu erfassenden Objekt kommende Strahlung 22 aufgrund von Reflektionen des Bandes 19 tritt durch die lichtdurchlässige Abdeckung 9 in die Kugel 10 ein. Der dabei auf den schmalen Sendeparabol 13 auftreffende Anteil der Strahlung 22 wird wieder zurückreflektiert und steht damit einer Auswertung nicht zur Verfügung. Der restliche Anteil der Strahlung 22 durchdringt die Kugel 10 und fällt auf die Verspiegelung 12, von wo aus die Strahlung in den Brennpunkt 20 fokussiert und in den Lichtwellenleiter 21 eingekoppelt wird. Die eingekoppelte Strahlung wird über den Lichtwellenleiter 21 zur Photodiode 6 umgelenkt und mittels einer nicht dargestellten Auswerteelektronik ausgewertet.

Die Größenordnung der Verluste beim Empfang durch den Sendeparabol 13 wird durch die Vorderansicht gemäß Fig. 3 verdeutlicht. Die aufgrund des Sendeparabols 13 reduzierte effektive Empfangsfläche ist wegen der streifenförmigen Ausführungsform vernachlässigbar.

Die Kugel 10 ist im Bereich der Lager 11 mit einer Abflachung 23 ausgebildet, was die Anordnung der Lager 11 auf der Kugel 10 erleichtert.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Abstandssensorik

2

Gehäuse

3

Motor

4

Motorwelle

5

Laserdiode

6

Photodiode

7

Fuß

8

Mittelbau

9

Abdeckung

10

Kugel

11

Lager

12

Verspiegelung

13

Sendeparabol

14

Reflektor

15

Selfoc-Linse

16

Lichtwellenleiter

17

Lichtwellenleiter

18

Kopplung

19

Band

20

Brennpunkt

21

Lichtwellenleiter

22

Strahlung

23

Abflachung

Claims

1. Abstandssensorik für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Motor, eine mit dem Motor verbundene Motorwelle, einen Laserscanner, wobei der Lichtstrahl vom Laserscanner direkt oder indirekt über eine Bewegung der Motorweile einen Überwachungssektor überstreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensorik (1) ein im wesentlichen stabartiges Gehäuse (2) umfaßt, das Gehäuse (2) im Austrittsbereich des Lichtstrahls des Laserscanners (5, 6) mindestens im Wellenlängenbereich des Laserscanners (5, 6) lichtdurchlässig ausgebildet ist.

2. Abstandssensorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) im Austrittsbereich des Lichtstrahls des Laserscanners (5, 6) mit einer mindestens im Wellenlängenbereich des Laserscanners (5, 6) mindestens partiell lichtdurchlässigen Abdeckung (9) ausgebildet ist.

3. Abstandssensorik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensorik (1) einen Spiegel (12) umfaßt, wobei der Spiegel (12) und/oder der Laserscanner (5, 6) und/oder die Abdeckung (9) über die Motorwelle (4) relativ zum Gehäuse (2) bewegbar sind.

4. Abstandssensorik nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der austretende Lichtstrahl eine 360°-Schwenkbewegung durchführt.

5. Abstandssensorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fuß (7) des Gehäuses (2) der Motor (3) und/oder eine Auswerteelektronik angeordnet sind.

6. Abstandssensorik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im stabartigen Gehäuse (2) mindestens eine Antenne eines anderen Kommunikationssystems angeordnet ist.

7. Abstandssensorik nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserscanner (5, 6) ortsfest im Fuß (7) des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei über Lichtwellenleiter (16, 17, 21) die Lichtimpulse von und zu dem lichtdurchlässigen Bereich des Gehäuses (2) oder der Abdeckung (9) geführt sind.

8. Abstandssensorik nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Gehäuses (2) oder der Abdeckung (9) ein den Spiegel (12) tragender, im wesentlichen rotationssymmetrischer Körper angeordnet ist, der mit der Motorwelle (4) verbunden ist.

9. Abstandssensorik nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Körper als Kugel (10) ausgebildet ist.

10. Abstandssensorik nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Körper aus Glas oder Kunststoff ausgebildet ist.

11. Abstandssensorik nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (12) konvex ausgebildet ist.

12. Abstandssensorik nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der der Photodiode (6) des Laserscanner-Sensors (5, 6) zugeordnete Lichtwellenleiter (21) im Brennpunkt (20) des Spiegels (12) angeordnet ist.

13. Abstandssensorik nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im rotationssymmetrischen Körper eine Cassegrainsche Abstrahleinrichtung angeordnet ist.

14. Abstandssensorik nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Cassegrainsche Abstrahleinrichtung streifenförmig ausgebildet ist.

15. Abstandssensorik nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der rotationssymmetrische Körper (10) einen Schlitz aufweist, in dessen Grund ein schmaler parabolischer Spiegel (13) ausgebildet ist, der als Cassegrainische Abstrahleinrichtung dient.

16. Abstandssensorik nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Cassegrainische Abstrahleinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie parallel zur Drehachse der Motorwelle (4) abstrahlt.

17. Abstandssensorik für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Motor, eine mit dem Motor verbundene Motorwelle, einen Laserscanner, wobei der Lichtstrahl vom Laserscanner direkt oder indirekt über eine Bewegung der Motorwelle einen Überwachungssektor überstreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensorik in ein Antennensystem des Kraftfahrzeuges integriert ist.

18. Verfahren zur Ansteuerung einer Abstandssensorik nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle (4) und/oder die Abtastfrequenz und/oder die Sendeleistung des Laserscanners (5, 6) in Abhängigkeit von der Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder in Abhängigkeit vom Lenkwinkel und/oder in Abhängigkeit von einer erfaßten Verkehrssituation variierbar sind.