DE3903501A1 - Optical distance measuring apparatus for vehicles - Google Patents

Optical distance measuring apparatus for vehicles

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Abstract

A device for optical distance measurement for vehicles, especially between two vehicles, which device consists of a transmission and receiver unit which is preferably in the form of rows and is installed transversely with respect to the roadway direction, the emitted radiation from a laser light source operating in accordance with the pulse propagation-time method depending on the energy scattered back and received and being used for evaluation, characterised in that a semiconductor laser, especially a diode laser having a wavelength approximately in the range between 0.8 mu m and 1.0 mu m, is included in the unit as the transmitter, and in that its transmission power is auto-adaptively matched by a signal evaluation unit to the environmental conditions, especially to the visual conditions on the one hand and to eye safety on the other hand.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Abstandsmessung für Fahrzeuge mittels eines Meßgerätes gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung geht dabei aus von einem Stand der Technik wie er, insbesondere in der Deutschen Offenlegungsschrift 33 35 869 be­ schrieben ist. Bei dieser Einrichtung werden zum Eliminieren eines op­ tischen Hintergrundrauschens optische Filter eingesetzt. Da Filter ab­ schwächend wirken, ist eine höhere Sendeleistung erforderlich.The invention relates to a device for optical distance measurement for vehicles using a measuring device according to the generic term of Claim 1. The invention is based on a prior art as he, especially in the German Offenlegungsschrift 33 35 869 be is written. With this facility, to eliminate an op table background noise optical filters used. Because filters off weakening, a higher transmission power is required.

Aus der DE 36 40 449 C1 ist eine Einrichtung zum Bestimmen der Entfer­ nung zwischen zwei Objekten wie Kraftfahrzeugen bekannt, bei der statt Filter elektronische Mittel zur Eliminierung von Hintergrundrauschen vorgesehen sind.DE 36 40 449 C1 describes a device for determining the distance voltage between two objects known as motor vehicles at which instead Filters electronic means to eliminate background noise are provided.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches Abstands-Meßgerät für Fahr­ zeuge zu schaffen, daß einen Laser als optischen Sender verwendet, des­ sen Strahlung gut empfangen und erkannt werden kann und dessen Leistung sich nach Umweltbedingungen und dem Augenschutz von Personen, insbeson­ dere in Fahrzeugen vor unangenehmer oder gar schädlicher Laserstrahlung richtet. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Lösung erfüllt.The object of the invention is to provide an optical distance measuring device for driving to create that uses a laser as an optical transmitter, the radiation can be easily received and recognized and its performance according to environmental conditions and the eye protection of people, in particular especially in vehicles from unpleasant or even harmful laser radiation judges. This object is achieved by the solution specified in claim 1 Fulfills.

Unterhalb von 1,3 µm tritt eine Schädigung der Netzhaut ein, wenn Strahlung in diesem Bereich durch die Linse des Auges auf die Netzhaut fokussiert wird. Die Erfindung vermeidet dies durch angepasste Herab­ setzung der Laserstrahlungsenergie.Damage to the retina below 1.3 µm occurs when Radiation in this area through the lens of the eye to the retina is focused. The invention avoids this by adapting down setting of laser radiation energy.

Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen ange­ geben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Training and further developments of the invention are set forth in further claims give and in the following description is an embodiment the invention explained with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels in schematischer Darstellung; Fig. 1 is a block diagram of an embodiment in a schematic representation;

Fig. 2a ein Diagramm bezüglich der Herabregelung der Energie bei hohem Signal im Nahbereich; FIG. 2a is a graph relating to the down-regulation of the energy at high signal at close range;

Fig. 2b ein Diagramm bezüglich der Hinaufregelung der Energie bei schlechten Sichtbedingungen; Figure 2b is a graph relating to the Up regulation of the energy in low visibility conditions.

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Einbaus der Sende- und Empfangsein­ heit in einem Fahrzeug. Fig. 3 shows an embodiment of the installation of the transmitting and receiving unit in a vehicle.

Die in Fig. 1 skizzierte Einrichtung zur optischen Abstandsmessung setzt sich aus einem Sender 11 und einem Empfänger 13 zusammen, denen eine Einrichtung zur Signalauswertung 14 zugeordnet ist. Als Sender 11 dient vorzugsweise ein gepulster Halbleiterlaser, insbesondere Laserdiode des GaAs oder GaAlAs-Typs von einer Wellenlänge 0,8 µm bis 1,0 µm, ins­ besondere 810-950 nm, dessen ausgesendeter Strahl 12 von einem Hinder­ nis reflektiert wird und als Signal 12 a vom Empfänger aufgenommen und der Einheit zur Signalauswertung 14 zugeleitet wird und entsprechend der Pulsmodulation sicher erkannt wird durch Unterscheidung von Hintergrund­ rauschen. Diese ist einmal eine Einrichtung zur Signalbewertung 15, eine Meßgrößen-Anzeigeeinrichtung 17 und eine Signaleinheit 18 zugeordnet. Erstere Einheit 15 führt eine Bewertung in bezug auf Abstand, Amplitude und Augensicherheit, entweder einzeln oder gemeinsam durch und gibt das Bewertungsergebnis als Signal einer Energiesteuereinheit 16 weiter, die dementsprechend den Sendestrahl 12 des Senders 11 regelt. Das heißt: Die Ausgangsleistung und/oder die Ausgangsenergie des Senderlasers wird ent­ sprechend dem von der Empfangseinheit 13 durch den reflektierten Strahl 12 a detektierten Abstand eines Zieles durch die Energiesteuereinheit 16 auf ein Minimum geregelt, weil gute Sichtbedingungen etc. eine Reduzie­ rung der Laserausgangsleistung bzw. der Laserausgangsenergie zulassen. Die Leistungsregelung ist sich selbstanpassend - autoadaptiv - an die jeweiligen Bedingungen ausgeführt, mit Hilfe eines Rechners wie MC oder MP und "lernfähigem" Speicher für die nötigen Informationen. The device for optical distance measurement outlined in FIG. 1 is composed of a transmitter 11 and a receiver 13 , to which a device for signal evaluation 14 is assigned. The transmitter 11 is preferably a pulsed semiconductor laser, in particular laser diode of the GaAs or GaAlAs type with a wavelength of 0.8 μm to 1.0 μm, in particular 810-950 nm, the emitted beam 12 of which is reflected by an obstacle and as a signal 12 a is picked up by the receiver and fed to the unit for signal evaluation 14 and is reliably detected in accordance with the pulse modulation by distinguishing background noise. This is assigned a device for signal evaluation 15 , a measured variable display device 17 and a signal unit 18 . The former unit 15 carries out an evaluation with regard to distance, amplitude and eye safety, either individually or jointly, and forwards the evaluation result as a signal from an energy control unit 16 , which accordingly regulates the transmission beam 12 of the transmitter 11 . That means: The output power and / or the output energy of the transmitter laser is regulated accordingly to a minimum by the receiving unit 13 by the reflected beam 12 a detected distance of a target by the energy control unit 16 because good visibility conditions etc. reduce the laser output power or allow the laser output energy. The power control is self-adapting - auto-adaptive - to the respective conditions, with the help of a computer such as MC or MP and "learnable" memory for the necessary information.

Liegen nun schlechte Sichtverhältnisse vor oder verschlechtern sich die gegebenen Sichtverhältnisse, beispielsweise durch beginnenden Regen, Rauch oder aufziehenden Nebel, so stellt dies die Einheit zur Signalaus­ wertung 14 im Zusammenhang mit der Einrichtung zur Signalbewertung 15 fest und leitet das entprechend bewertete Empfangssignal 12 a der Ener­ giesteuerung 16 zu, die nun den Lasersendestrahl 12 auf ein entsprechen­ des Maximum höher regelt. Dieses Maximum bezieht sich jeweils auf die Ausgangsleistung oder die Ausgangsenergie oder auf Energie und Leistung. Hierbei wird das Signal-/Rauschverhältnis deutlich verbessert. Die Maxi­ malleistung richtet sich jedoch nach der Augensicherheit des Sendelasers (Verträglichkeit der Strahlung). Wenn z.B. starker Nebel oder dgl. herrscht, so ergibt sich für die Strahlung eine entsprechend den Umwelt­ bedingungen eine verstärkte Dämpfung, oder eine verringerte Transmis­ sion, welche eine höhere Sendeleistung für den Laser gestattet.If there are poor visibility conditions or the visibility conditions deteriorate, for example due to the onset of rain, smoke or rising fog, this determines the unit for signal evaluation 14 in connection with the device for signal evaluation 15 and conducts the correspondingly evaluated reception signal 12 a of the energy source Casting control 16 , which now regulates the laser transmission beam 12 to a correspondingly higher maximum. This maximum relates in each case to the output power or the output energy or to energy and power. The signal-to-noise ratio is significantly improved. However, the maximum power depends on the eye safety of the transmitter laser (radiation tolerance). If, for example, there is heavy fog or the like, the radiation has an increased attenuation or a reduced transmission which corresponds to the environmental conditions, which allows a higher transmission power for the laser.

Beide Fälle sind durch die Diagramme in den Fig. 2a und 2b angedeutet.Both cases are indicated by the diagrams in FIGS. 2a and 2b.

Nun ist das vorgeschlagene Abstandsmeßgerät 10 so konzipiert, daß dessen Sendeeinheit 11 bei Detektierung einer Unterschreitung eines vorgegebe­ nen Mindestabstandes automatisch abgeschaltet wird und daß die Signal­ auswertung 14 außerdem bei Unterschreitung von vorgegebenen Mindestmeß­ bedingungen und/oder Erkennung einer zu einer Fehlinterpretation führen­ den Meßbedingung die Signaleinheit 18 ansteuert, durch die ein optisches oder akustisches Warnsignal gegeben wird. Das optische Warnsignal kann gegebenenfalls auch durch die Meßgrößen-Anzeigeeinrichtung 17 erfolgen. Es ist aber auch vorgesehen, daß die Signaleinheit 18 zusätzlich eine Schaltfunktion übernimmt, beispielsweise das Abblendlicht oder die Ne­ belleuchten oder die Scheibenwischer aktiviert, ggfs. auch die Fahrge­ schwindigkeit regelt, z.B. verzögert, bremst, stoppt, durch Eingriff in den Antrieb, die Kraftübertragung, wie autom. Getriebe, oder Brems­ system. Besonders vorteilhaft anwendbar ist die Erfindung für Fahrzeuge, die in Kolonnen z.B. auf der Bundesautobahn möglichst dicht und mit gleichbleibendem Abstand fahren (Projekt "Convoy"). Now, the proposed distance measuring device 10 is designed so that its transmitter unit 11 is automatically switched off upon detection of falling below a predetermined minimum distance and that the signal evaluation 14 also falls below specified minimum measurement conditions and / or detection of a misinterpretation lead to the measurement condition of the signal unit 18 controls, by which an optical or acoustic warning signal is given. The optical warning signal can optionally also be given by the measured variable display device 17 . However, it is also provided that the signal unit 18 additionally takes on a switching function, for example the low beam or the ne lamps or the windshield wipers activated, possibly also regulating the speed, for example decelerating, braking, stopping, by intervention in the drive, the power transmission how autom. Transmission or braking system. The invention can be used particularly advantageously for vehicles which drive as close as possible in columns, for example on the federal highway, and at a constant distance ("Convoy" project).

In Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Einrichtung zur optischen Abstands­ messung in dem Fahrzeug 101 in dessen Frontbereich eingebaut ist und quer zur Straße, insbesondere linienhaft angeordnet ist, d.h. die Ein­ richtung 102 stellt einen Querbalken quer zur Fahrtrichtung dar mit mehreren Sendern 103 und Empfängern 104 für die rückgestreute Strahlung, die sie der Auswerteeinrichtung entweder in 102 oder dem Bordcomputer mit entsprechender Einrichtung zuführt. Letzterer kann auch nur die Ab­ standsanzeige enthalten. Die Entfernung wird bestimmt nach dem Laufzeit­ unterschied zwischen ausgesandter Strahlung 106 und reflektierter Strah­ lung 105. Reflektiert wird die Strahlung von dem vorausfahrenden Fahr­ zeug 201, insbesondere dessen Heckpartie. Bei Unterschreitung eines be­ stimmten Mindestabstandes je nach Fahrgeschwindigkeit bzw. Relativge­ schwindigkeit zwischen zweitem und erstem Fahrzeug und je nach Umweltbe­ dingungen, insbesondere Sichtbedingungen, wird zunächst ein optisches und/oder akustisches Signal vom Bordcomputer, insbesondere im Bereich des Armaturenbretts oder sonst in Fahrernähe abgegeben und ggfs. auch eine Geschwindigkeitsverminderung bis hin zur Motorabschaltung und/oder Bremsung eingeleitet je nach Kraftübertragung bzw. Antriebs-/Abtriebs­ einheit des Fahrzeuges, Bremskreisen und weiterer nötiger bzw. förder­ licher Einrichtungen.In Fig. 3 it can be seen that the device for optical distance measurement in the vehicle 101 is installed in its front region and is arranged transversely to the road, in particular linearly, that is, a device 102 represents a crossbar transverse to the direction of travel with several transmitters 103 and Receivers 104 for the backscattered radiation, which it supplies to the evaluation device either in 102 or to the on-board computer with the corresponding device. The latter can only contain the status indicator. The distance is determined according to the transit time difference between emitted radiation 106 and reflected radiation 105 . The radiation is reflected by the vehicle driving ahead 201 , in particular its rear end. If a certain minimum distance is undershot depending on the driving speed or relative speed between the second and first vehicle and depending on the environmental conditions, in particular visibility conditions, an optical and / or acoustic signal is first emitted by the on-board computer, especially in the area of the dashboard or otherwise near the driver, and If necessary, a speed reduction up to engine shutdown and / or braking initiated depending on the power transmission or drive / output unit of the vehicle, brake circuits and other necessary or promotional facilities.

Die Einrichtung mit mehreren Sendern und Empfängern als Querbalken-Ein­ heit 102 hat den Vorteil auch seitlich, bei Kurvenfahren etc., insbeson­ dere Kolonnenfahrten zu ermöglichen, d.h. dem vorausfahrenden Fahrzeug zu folgen.The device with several transmitters and receivers as a crossbar unit 102 has the advantage also laterally, when cornering etc., in particular to enable column trips, ie to follow the vehicle ahead.

Eine Plausibilitätskontrolle des Rechners ist vorteilhaft für die Erken­ nung.A plausibility check of the computer is advantageous for the branches nung.

Der vorgeschlagene Lasertyp (Halbleiter oder Festkörper) weist hier (Fig. 3) eine breite Sendekeule auf.The proposed type of laser (semiconductor or solid) has here ( FIG. 3) a broad transmission lobe.

Claims (5)

1. Einrichtung zur optischen Abstandsmessung für Fahrzeuge, insbe­ sondere zwischen zwei Fahrzeugen, das aus einer vorzugsweise zeilenför­ migen quer zur Fahrbahnrichtung eingebauten Sende- und Empfängereinheit besteht, wobei die ausgesandte Strahlung einer Laserlichtquelle nach dem Pulslaufzeitverfahren je nach rückgestreuter und empfangener Energie ar­ beitet und zur Auswertung gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß ge­ pulste Sender insbesondere elektronisch ansteuerbarer Halbleiterlaser, wie Diodenlaser, mit einer Wellenlänge von etwa im Bereich zwischen 0,8 µm und 1,0 µm, in der Einheit (102) enthalten sind deren Sende­ leistung von einer Signalauswerteeinheit autoadaptiv den Umweltbedingun­ gen insbesondere Sichtverhältnissen einerseits und der Augensicherheit andererseits angepaßt ist.1. Device for optical distance measurement for vehicles, in particular between two vehicles in particular, which consists of a preferably zeilenför-shaped transversely to the direction of the built-in transmitter and receiver unit, the emitted radiation from a laser light source according to the pulse transit time process depending on the backscattered and received energy ar and for Evaluation arrives, characterized in that ge pulsed transmitters, in particular electronically controllable semiconductor lasers, such as diode lasers, with a wavelength of approximately in the range between 0.8 µm and 1.0 µm, contain the transmission power of a signal evaluation unit in the unit ( 102 ) auto-adaptive to the environmental conditions, in particular visibility conditions, on the one hand, and eye safety, on the other. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (11) bei Detektierung einer Unterschreitung eines vorgege­ benen Mindestabstandes abgeschaltet wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the transmitting unit ( 11 ) is switched off upon detection of falling below a pre-specified minimum distance. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertung (14) bei Unterschreitung von vorgegebenen Mindest­ meßbedingungen und/oder Erkennung einer zu einer Fehlinterpretation füh­ renden Meßbedingung die Signaleinheit (18) ansteuert, die ein optisches oder akustisches Warnsignal abgibt und/oder eine Schaltfunktion, z.B. Lichteinschaltung, Scheibenwischerbetätigung etc., aktiviert.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the signal evaluation ( 14 ) controls the signal unit ( 18 ), which emits an optical or acoustic warning signal when the measurement measurement conditions and / or detection of a measurement condition leading to a misinterpretation is undershot / or a switching function, such as switching on lights, wiper actuation, etc., is activated. 4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswertung bei Erken­ nung von für die Fahrsicherheit kritischen Meßwerten eine Einheit steuert, die geschwindigkeitsverzögernd, bremsend, stoppend in Antrieb, Kraftübertragung oder Bremse eingreift. 4. Setup according to one or more of the preceding An sayings, characterized in that the signal evaluation at Erken unit of measurement values critical for driving safety controls, decelerating, braking, stopping in drive, Power transmission or brake engages.   5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Fahrzeugen angewandt wird, die im Kolonnen­ verkehr hintereinander fahrend auf möglichst kurzem gleichbleibenden Ab­ stand gehalten werden.5. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is applied to vehicles operating in the convoy traffic in succession on the shortest possible constant ab withstand.
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