DE4040894C1

DE4040894C1 - Motor vehicle parking aid using pulsed laser - evaluates signal reflected from obstacle and received by semiconductor diode at rear corner of vehicle

Info

Publication number: DE4040894C1
Application number: DE4040894A
Authority: DE
Inventors: Guenter 6900 Heidelberg De Wichmann
Original assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg De GmbH
Current assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg De GmbH
Priority date: 1990-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1992-04-30
Anticipated expiration: 2010-12-21

Description

Die Erfindung betrifft eine sogenannte Einparkhilfe mittels Lasersensoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein dazugehöriges Meßverfahren.

Eine solche Einparkhilfe ist aus der anläßlich der IAA 1989 erschienenen VW-Dokumentation "IRVW-Futura, Das Volkswagen-Forschungsauto" Abschnitt 4.3 "Automatisches Einparken" der Seite 6/7 bekannt. Lasersensoren werden hier zum Abtasten von Parklücken und die breiten Meßkeulen von Ultraschall sensoren zum Erfassen von Hindernissen empfohlen. Aus Gründen der im Fahr zeugbau äußerst knappen Kalkulation sind jeweils nur drei solcher Sensoren im Front- und im Heckbereich vorgesehen. Dadurch entsteht jeweils in der Mitte zwischen zwei Sensoren ein nicht unerheblicher Risikobereich, weil nämlich an dieser Stelle der Wirkungsbereich beider Sensoren endet oder sich allenfalls nur geringfügig überschneidet. Eine zusätzliche Ungenauig keit entsteht dadurch, daß Entfernungsangaben für gleichweit vom Auto ent fernte Hindernisse unterschiedlich ausfallen, je nach dem ob ein Sensor geradeaus oder schräg nach der Seite hin mißt.

Außerdem ist eine der Gattung entsprechende Einparkhilfe aus der DE 87 17 494 U1 bekannt, bei der an der Rückseite des Fahrzeugs mittig ein Sender und in den rückwärtigen äußeren Kantenbereichen je ein Empfänger angeordnet sind. Es liegt auf der Hand, daß auch für diese Art der Anordnung die vorerwähnten Nachteile eines erhöhten Risikobereichs außerhalb der einzigen Stahlkeule sowie die Gefahr unterschiedlicher Entfernungsangaben für gleichweite Hindernisse gegeben ist, je nach dem ob der Sensor geradeaus oder schräg nach der Seite hin mißt.

Neben den üblichen Entfernungsmeßverfahren, die mit Triangulation, Laufzeit messungen oder Frequenzmodulation arbeiten, wird in der DE 32 15 845 C1 bzw. EP 00 92 825, insbesondere Fig. 7, ein aus mehreren Kanälen bestehender Empfänger eines Abstandssensors für Geschoßzünder behandelt. Dieser Ab standssensor ist mit einem nach dem Impulslaufzeitverfahren arbeitenden Laserentfernungsmesser ausgerüstet, dessen Sender Impulse in Richtung Ziel abstrahlt. Außerdem enthält er der Anzahl der Meßstellen entsprechend viele Empfangsdioden, die die vom Ziel reflektierten Impulse in elektrische Sig nale umwandeln, sowie eine Abtastschaltung, die über mit den Sendeimpulsen synchronisierte, gegenüber diesen kurz ausgebildete und in vorgegebener Weise verzögerte Abtastimpulse die Empfangssignale abtastet. Auf diese Weise wird im Fall einer Relativbewegung zwischen Sensor und Ziel und der damit verbundenen Phasenverschiebung zwischen Empfangssignalen und Nadel impulsen eine Folge von Abtastwerten erzeugt, die die Amplitudenwerte auf einanderfolgender Empfangssignale zu jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten dieser Signale repräsentieren. Für eine kontinuierliche Überwachung eines Entfernungsbereiches ist eine Phasenmodulation des Nadelimpulses notwendig, wie sie Fig. 8 und zugehöriger Beschreibung der Druckschriften zu entnehmen ist. Der Impulsgenerator kann hierbei als Trigger für eine Monoflopstufe verwendet werden, deren Zeitkonstante durch eine Modulationsspannung variiert wird. Aus der Rückflanke des Monoflopimpulses wird sodann der Nadelimpuls gewonnen.

Die Aufgabe der Erfindung wird in der Schaffung einer Möglichkeit gesehen, die gesamten Lang- und/oder Breitseiten eines Fahrzeugs mit exakten Ent fernungsangaben zuverlässig gegen Einparkhindernisse, andere Fahrzeuge, Bordkanten und dgl. abzusichern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 gelöst. Auf diese Weise lassen sich sowohl mehrere Sensoren als auch die zwischen ihnen gelegenen Tot punkte vermeiden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Meßverfahren für die Einparkhilfe ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden an Hand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele der Er findung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander ent sprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt

Fig. 1 die Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Anordnung an einem PKW (a); bestehend aus einer Vielzahl kleiner Spiegel (b) oder mit einer sägezahnförmigen Faltung des Reflektors (c),

Fig. 2 die erfindungsgemäße Anordnung innerhalb einer leicht gekrümmten Karosseriekontur - in vergrößertem Maßstab: Eine durchgehend halbdurchlässige Verspiegelung auf der einen und ein total verspiegeltes Sägezahnprofil auf der anderen Seite (a) sowie mit einer im Vergleich zur Durch biegung großen Bautiefe (b),

Fig. 3 das Impulsdiagramm eines aus der HF-Oszillographie für sich bekannten Abtastverfahrens mittels eines Nadelimpulses und

Fig. 4 das Blockschaltbild des Empfängers bei gleichzeitiger Bestrahlung mehrerer Meßpunkte des Hindernisbereiches.

Grundsätzlich lassen sich die als Einparkhilfen bezeichneten Sensoran ordnungen an allen vier Seiten des in Fig. 1a angedeuteten Fahrzeugs 1 vorsehen, wenn sie auch bevorzugt an den Front- und Heckpartien Verwen dung finden. Sie werden zweckmäßigerweise über die gesamte Länge der be treffenden Fahrzeugseite, parallel zur Fahrbahnoberfläche und an Stellen installiert, die nicht durch bewegliche Teile wie die Autotüren eine Be einträchtigung ihrer Funktion erwarten lassen. In Fig. 1a ist hiermit bei spielsweise die Heckpartie eines PKWs bestückt, um auf diese Weise besser in kleine Parklücken hineinzufinden. Ein anderes, zeichnerisch nicht er faßtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht die Montage bei einem LKW vor, damit dieser problemloser an Laderampen heranfahren kann. Diese und noch weitere Anwendungsbeispiele der Erfindung sind denkbar bzw. sollen von ihr umfaßt werden, ohne daß alle Möglichkeiten im einzelnen aufgeführt werden.

Die in Fig. 1a und (für sich genommen) auch in Fig. 1c - hier in vergrößer tem Maßstab - dargestellte Einparkhilfe sieht in der - in Fahrtrichtung gesehen - z. B. rechten hinteren Fahrzeugecke die Halbleiterdiode 2 vor, deren mittels Linse 9 kollimiertes Lichtbündel 3 in etwa parallel zur Stoßstange 19 verläuft. Dieses Lichtbündel wird diagonal von dem streifenförmigen Reflektor 4 durchzogen, der im Bereich der Sende diode dem Autoblech am nächsten und entsprechend an der gegenüberliegenden Seite am weitesten entfernt von diesem ist. Dadurch wird die von der Diode 2 ankommende Strahlung über die gesamte Länge des Reflektors, der im vor liegenden Fall z. B. ein sägezahnförmig gefalteter Stanniolstreifen sein kann, unter vorzugsweise 90° in Fahrtrichtung abgestrahlt. Bei Serienproduktion wird man anstelle des Stanniolstreifens Preßteile mit Sägezahnprofil und einer entsprechenden Verspiegelung verwenden. Dabei wird das meistbedrohende, weil am nächsten gelegene Hindernis 5 Anteile des Sendesignals 7 als Empfangssignal 7′ reflektieren. Dieser Empfangsimpuls trifft als erster auf einen weiteren Reflektor 4′, der in seiner Bauweise dem Reflektor 4 entspricht, jedoch auf der Sendediodenseite am weitesten vom Autoblech entfernt ist, während sein gegenüberliegendes Ende dem Autoblech am nächsten liegt. Der letztere Reflektor reflektiert demnach den Empfangsimpuls 7′ unter 90° in Pfeilrichtung 17 über Linse 9′ auf die Empfangsdiode 2′. Von hier gelangt das Signal nach entsprechender Umwandlung in eine Entfernungs angabe auf die Armaturenanzeige im Fahrzeuginneren.

Die Fig. 1b zeigt eine Variante des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels. Die Reflektoren 4 und 4′ werden hier durch eine Reihe kleiner Spiegel 4′′ ersetzt.

Alle bisher aufgezeigten Möglichkeiten sind in einem transpartenten Kunst stoffrohr 18 oder einer ebensolchen Kunstsoffstange geeigneten Querschnitts untergebracht und lassen sich als kompakte Baueinheit am Fahrzeug befestigen. Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die einzelnen Komponenten 2 bis 4′ gemäß Fig. 2 auch innerhalb der Karosseriekontur oder der Stoßstange 19 untergebracht werden können. Sofern Kunststoffrohr oder -stange - aus Gründen der Anpassung an die Fahrzeug- oder Stoßstangenkontur - eine Krümmung aufweisen, müssen ge eignete Maßnahmen vorgesehen werden, damit das Licht trotz der Krümmung über die ganze Breite hinweg die Abstrahlbereiche des Reflektors 4′′′ trifft. Im Fall der Fig. 2a ist deshalb die Strahlenaustrittsseite durchgehend mit der halbdurchlässigen Verspiegelung 20 versehen, während die gegenüberliegende Seite durchgehend mit dem verspiegelten Sägezahnprofil 4′′′ versehen ist. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2b ist darüber hinaus die Bautiefe 12 in Fahrtrichtung größer als die Durchbiegung 13 des Kunststoffrohrs bzw. der Kunststoffstange 18.

Da komplette Laserentfernungsmesser als Massenprodukt der Autoindustrie zu teuer sind, bietet sich bei dem vorgesehenen Zweck für die eigentliche Entfernungsmessung ein Verfahren an, wie dies beispielsweise in anderem Zusammenhang der DE 32 15 845 C1 bzw. der EP 00 92 825 A2 zu entnehmen ist. In Fig. 3a soll dabei ein Signal, dessen Folgefrequenz bekannt ist, empfangen werden. Hierfür wird gemäß Fig. 3b ein Empfangstast- oder Nadelimpuls 8 (im Laborjargon auch Samplingimpuls genannt) erzeugt, der die gleiche Folge frequenz aufweist wie der zu empfangende Signalimpuls, der über mehrere Laufzeitglieder 24 entsprechend viele Empfangstastdioden 6 schaltet (Fig. 4). Größenordnungsmäßig werden hierfür 10 bis 15 Kanäle 11, die über den Ent fernungsbereich von ca. 5 cm bis ca. 2 m verteilt werden. Über eine Diode - es sind dies die Samplingdioden 6 bis 6 ⁿ der Fig. 4 - werden beide Im- pulse, Signalimpuls 7 und Nadelimpuls 8, auf einen Kondensator - in Fig. 4 die Kondensatoren 9 bis 9 ⁿ - gegeben, so daß am Ausgang des zwischen Diode und Kondensator geschalteten Verstärkers - in Fig. 4 die Positionen 10 bis 10 ⁿ - die aus Fig. 3c ersichtliche Sägezahnspannung 26 entsteht, deren Spitzenamplitude der Summe beider Momentanwerte entspricht. Wäre das Ei gangssignal Null, so würde sich ein Spannungsverlauf nach Fig. 3d ergeben. Bei Vorhandensein des Signalimpulses entsteht ein niederfrequentes Signal 29, das gemäß Fig. 3e einem zeitlich gedehnten Originalimpuls entspricht. Das in diesem Absatz Gesagte ist Stand der Technik und dient der Erläuterung des sogenannten Samplingverfahrens, das im Rahmen der vor liegenden Erfindung wie folgt zum Einsatz gelangt:

Sollen bestimmte Hindernis-Entfernungen erfaßt werden, kann man den ver schiedenen Meßpunkten entsprechend viele Empfangskanäle 11′ bis 11 ⁿ zu ordnen, deren zugehörige Nadelimpulse 8 gegenüber den Sendeimpulsen 7 zeit lich so verzögert werden, daß sie mit den reflektierten Sendeimpulsen zu sammenfallen. Die hierzu und zum Verständnis erforderliche Elektronik ist wieder Teil des vorerwähnten Samplingverfahrens und somit nicht Gegenstand der Erfindung. Hierbei erzeugt der Impulsgenerator 22 (Fig. 4) eine Spannung, so daß die Sendediode 31 nach optoelektronischer Umwandlung den Signalim puls 7 (Fig. 3) aussendet. Ein kleiner Teil der impulsförmigen Treiber spannung wird ausgekoppelt und nach Durchlaufen der Verzögerungsglieder 24′ bis 24 ⁿ als Nadelimpuls 8 gemäß Fig. 3b verwendet. Die Verzögerungs zeiten der Verzögerungsglieder 24′ bis 24 ⁿ (Fig. 3) werden dabei so ein gestellt, daß sie dem zu detektierenden vorbestimmten Weg der Signalim pulse von der Sendediode 31 zum Ziel, sprich Hindernis 5, und wieder zu rück zur Empfangsdiode 30 entsprechen.

Das vorstehend beschriebene vereinfachte Samplingverfahren liefert aller dings nur dann Signale, wenn zwischen Sensor und Ziel eine Relativbewegung vorhanden ist. Da beim Einparkvorgang eine solche Relativbewegung gegen NULL gehen kann, ist das Verfahren nur anwendbar, wenn die ausgesandten Laserim pulse z. B. durch eine Chopper-Scheibe oder durch elektrisches Umschalten der Sendeleistung moduliert werden oder wenn auf der Empfängerseite eine Amplitudenmodulation durch entsprechende Beeinflussung des Verstärkungs grades erzielt wird.

Claims

1. Einparkhilfe mit entlang der Außenkontur eines Fahrzeugs und parallel zur Fahrbahnoberfläche befestigten Lasersensoren, deren ausgesandte und von einem Hindernis reflektierte Signale dem Fahrzeuglenker auf einer im Fahrzeuginneren vorgesehenen Anzeige den nach dem Impulsrück laufverfahren ermittelten Abstand des Hindernisses signalisieren, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Sensor aus einer in einem äußeren Eckbereich des Fahrzeugs (1) befestigten und parallel zu der betreffenden Außenkontur abstrah lenden, kollimierten Lichtquelle (2), vorzugsweise einer Halbleiter diode, besteht,
b) in dem Lichtbündel (3) der Halbleiterdiode (2) ein der Länge der zu überwachenden Fahrzeugfront angepaßter und das Lichtbündel - von der Autowand aus - diagonal durchspannender streifenförmiger Reflektor (4) vorgesehen ist, der die Eigenschaft besitzt, die von der Diode an kommende Strahlung vorzugsweise unter 90° abzustrahlen und
c) unmittelbar unter- oder oberhalb ein weiterer streifenförmiger Re flektor (4′) so vorgesehen ist, daß er den vom Hindernis (5) reflek tierten Strahlungsanteil (7′), der unter einem Winkel von 90° ein fällt, auf eine Empfangsdiode (2′) in der gegenüberliegenden Fahr zeugecke abstrahlt.

2. Einparkhilfe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Reflektoren (4; 4′, 4′′′) entweder aus einer Stanniolfolie oder einem verspiegelten Preßteil mit einem vorzugs weise unter 90° zur ankommenden und zur reflektierten Strahlung (7) ausgebildeten Sägezahnprofil oder aber aus einer Vielzahl von in der Dia gonale unter 45° angeordneten kleinen Spiegeln (4′′) bestehen.

3. Einparkhilfe nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (4 bis 4′′′) bzw. die Lichtleiter (16; 16′) samt Sende- und Empfangsoptiken (21; 21′) ent weder mittels eines sie umgebenden transparenten Kunststoffrohres (18) oder einer ebensolchen Kunststoffstange geeigneten Querschnitts zu einer Baueinheit zusammengefaßt oder in der entsprechend ausgebildeten Stoßstange (19) des Fahrzeugs (1) angeordnet sind.

4. Einparkhilfe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei (aus Gründen der Anpassung an die Fahrzeug- oder Stoßstangenkontur) gekrümmtem Kunststoffrohr oder gekrümmter Kunststoffstange (18) die Strahlenaustrittsseite zumindest teilweise mit einer halbdurchlässigen Verspiegelung (20) und die gegenüberliegende Seite zumindest an den ent sprechenden Stellen mit einem verspiegelten Sägezahnprofil (4′′′) ver sehen ist (Fig. 2a).

5. Einparkhilfe nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bautiefe (12) von Kunststoffrohr oder -stange (18) in Fahrt richtung groß ist im Vergleich zu ihrer Durchbiegung (13) (Fig. 2b) .

6. Meßverfahren für die Einparkhilfe nach einem der vorausgehenden Ansprüche, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein aus der Wehrtechnik an sich bekannter Abstands sensor mit den Merkmalen

- einer Halbleiterdiode (2) zum Ausstrahlen von Sende impulsen (7),
- einer Abtastschaltung zur Abtastung der vom Hindernis (5) reflektierten Empfangssignale (7′) durch mit den Sende impulsen (7) synchronisierte, gegenüber diesen jedoch in vorgegebener Weise verzögerte Abtastimpulse,
- der Anzahl der Meßstellen entsprechend vielen Sampling dioden (6 bis 6 ⁿ) zur Umsetzung der durch die Empfangs diode (30) in elektrische HF-Signale gewandelte Sicht impulse in niederfrequente Impulsabbildungen, gegenüber den Sendeimpulsen (7) zeitlich so verzögerten Abtast bzw. Nadelimpulsen (8), daß sie mit den von den ver schiedenen Meßpunkten reflektierten Sendeimpulsen zu sammenfallen Verwendung findet und außerdem
- zum Feststellen der Entfernung des meistbedrohlichen Hindernisses (5) mittels einer Überwachungselektronik derjenige Kanal (11′ bis 11 ⁿ) ermittelt wird, der die kürzeste Entfernung signalisiert und
- entweder durch Amplitudenmodulation des Sendeimpulses (7), durch periodische Unterbrechung des Sendestrahls oder durch rhythmisches Auf- und Zuschalten der Empfangs elektronik eine Modulation des Empfangssignals erzielt wird.