DE4140716C2 - System zum Erfassen und Bestimmen der Entfernung eines Zielfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Erfassen und Bestim­ men der Entfernung eines Zielfahrzeugs von einem Kraftfahr­ zeug, in welchem das System arbeitet, und insbesondere ein System zum Erfassen und Bestimmen der Entfernung eines Zielfahrzeugs, bei welchem das System ein vom Zielfahrzeug, welches sich vor dem mit einem derartigen System aus­ gerüsteten Kraftfahrzeug befindet, reflektiertes Signal empfängt.

Ein System zum Erfassen einer Gefahrenquelle für ein Kraft­ fahrzeug, welches Gefahrenquellen und Hindernisse fest­ stellt, wie beispielsweise ein führendes Kraftfahrzeug, welches vor dem mit einem derartigen System ausgestatteten Fahrzeug fährt, ist an sich bekannt. Ein derartiges System löst in der Regel einen Alarm aus, nachdem eine empfangene Signalwelle als eine Signalwelle angesehen wird, welche ei­ ne Gefahrenquelle erfaßt. Herkömmlicherweise wird die emp­ fangene Signalwelle als eine derartige, eine Gefahrenquelle feststellende Signalwelle nur dann angesehen, wenn die Aus­ gangssignale von zwei Sätzen von empfangenen Wellen, wie beispielsweise Überschallwellen, die von einer Gefahren­ quelle reflektiert wurden, identisch sind. Ein derartiges, eine Gefahrenquelle erfassendes System ist beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 58-131,575 be­ kannt.

Die Verwendung eines derartigen, eine Gefahrenquelle fest­ stellenden Systems in einem Kraftfahrzeug zur Vermeidung von Frontalzusammenstößen oder Unfällen auf einer Straße ist offensichtlich sehr wünschenswert. Daher wurde in der letzten Zeit eine Vielzahl von Apparaten entwickelt, welche die Entfernung von Kraftfahrzeugen feststellen. Ein derar­ tiges Gerät vergleicht einen mindestens zugelassenen oder kritischen Fahrzeugabstand, welcher entsprechend der Fahr­ zeuggeschwindigkeit veranschlagt ist, mit einer tatsächli­ chen Entfernung zwischen einem Kraftfahrzeug und einem Ge­ genstand oder einem Zielfahrzeug, welches vor dem Kraft­ fahrzeug herfährt. Dem Fahrer des Kraftfahrzeugs wird eine Warnung, beispielsweise mit einer Alarmleuchte oder einem Warnton gegeben, wenn die tatsächliche Entfernung kleiner ist als der kritische Fahrzeugabstand. Ein derartiges Sy­ stem zum Feststellen einer Gefahrenquelle ist z. B. aus der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-155, 700 bekannt.

DE 32 22 263 A1 betrifft ein Abstands-Warnsystem mit einer Radaranlage und einem Auswerterechner, wobei zur Überwa­ chung eines Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug der Lenkwinkel und die Eigengeschwindigkeit als Meßgrößen her­ angezogen werden, um den Abstand zum vorausfahrenden Fahr­ zeug auch bei einem Fahrrichtungswechsel zu überwachen. Bei einer Abstandsüberwachung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auf einer steil ansteigenden und abfallenden Strecke oder beim Entgegenkommen einem anderen mit einer Sendevorrich­ tung ausgestatten Fahrzeugs gibt das System Fehlinforma­ tionen an den Fahrer.

Eine Vorrichtung zur Vermeidung von Zusammenstößen zwischen einem sich bewegendem Fahrzeug und Hindernissen ist aus der DE 31 21 684 A1 bekannt. An der Peripherie eines Fahrzeugs sind Sender und Empfänger vorgesehen, die es erlauben von Hindernissen reflektierte Signale und unter Einbeziehung von Daten über die Bewegung des Fahrzeugs von einem im Fahrzeug befindlichen Rechner ständig mit dem Ziel auszu­ werten und den Fahrer vor einem in Fahrzeugnähe befindli­ chen Hindernis zu warnen. Die Vorrichtung ist jedoch nur zur Erkennung und Vermeidung von Kollisionen mit festen Hindernissen in einem Nahbereich eines Fahrzeugs bis ca. 10 Meter verwendbar.

DE 34 07 588 A1 und DE 38 08 972 A1 betreffen jeweils Vor­ richtungen zum Verfolgen eines sich bewegenden Objektes, wobei die Vorrichtungen feststehend angeordnet sind und jeweils einen mit Lasersendern und -empfängern versehenen Meßkopf verwenden. Aus den von einem Zielfahrzeug reflek­ tierten Signalen werden Ablagesignale erzeugt, um ein Nachführen auf das Zielfahrzeug zu ermöglichen.

Mit den beschriebenen Systemen kann die tatsächliche Ent­ fernung zwischen Fahrzeugen nicht genau festgestellt wer­ den.

Wenn die Frequenz einer gesendeten Radarwelle für zwei in entgegegengesetzte Richtungen um eine Biegung fahrende Fahrzeuge gleich ist, sind die Systeme in dieser Situation außerstande, zwischen einer Radarwelle zu unterscheiden, die von einem Zielfahrzeug reflektiert wird, und einer Ra­ darwelle, die direkt vom Zielfahrzeug ausgesendet wird.

Um dieses Problem zu lösen, können passend polarisierte Ra­ darwellen verwendet werden. Das ermöglicht die Unterschei­ dung der Radarwellen eines Fahrzeugs von denjenigen des an­ deren Fahrzeugs einfach durch Bestimmung von Unterschieden in der Polarisationrichtung zwischen den von den Fahrzeugen ausgesandten Wellen. Systeme, welche derartig polarisierte Wellen anwenden, sind in der Regel jedoch außergewöhnlich teuer, weil die notwendige Ausrüstung, mit welcher die Po­ larisation der Radarwellen bewirkt wird, sehr kostspielig ist.

Ein anderes, typischerweise in Systemen zur Feststellung von Gefahrenquellen gefundenes Problem besteht darin, daß bei einem gewundenen Verlauf einer Straße, einer kurvigen oder einer steil ansteigenden Straße die Möglichkeit des Nachweises und Verfolgens eines Zielfahrzeugs vermindert ist. Genauer gesagt, wird in Systemen, welche ein Laserradar zur Abstandsbestimmung zwischen Kraftfahrzeugen verwen­ den, die Ausgangsleistung eines Laserradars auf eine be­ stimmte Entfernung begrenzt, um einen schädlichen Einfluß auf menschliche Körper zu vermeiden. In diesen Systemen wird die Eigenschaft zum Auffinden und Nachweisen eines Zielfahrzeugs durch Überwachen der Streuung des Laser­ strahls verbessert. Um ein Beispiel zu geben, könnte ein Laserstrahl eines herkömmlichen Gefahrenquellenerfassungs­ systems einen Punkt bilden, der etwa 3,5 m Durchmesser in einer Entfernung von etwa 100 m vom Laserrradar hat. Eine Herabsetzung der Zielverfolgungsmöglichkeiten tritt typi­ scherweise auf gewundenen oder steil verlaufenden Straßen auf, weil der vom Laserstrahl gebildete Punkt einen zu kleinen Durchmesser hat. Wenn der vom Laserstrahl tatsäch­ lich gebildete Punkt zu klein ist, läuft das Ziel aus dem Punkt heraus, wenn es auf einer gewundenen oder steil ver­ laufenden Straße fährt, selbst wenn das Ziel auf einer ge­ raden Straße ganz leicht vom Laserstrahl erfaßt werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welches in der Lage ist, ein Zielfahrzeug ununterbrochen zu erfassen, selbst wenn die Fahrtrichtung des Zielfahrzeugs bezüglich einem Primärfahr­ zeug wechselt, d. h. einem Fahrzeug, welches das Zielerfas­ sungs- und Entfernungsbestimmungssystem hat.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ziel­ erfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem für ein Kraft­ fahrzeug zu schaffen, welches in der Lage ist, zwischen Si­ gnalen zu unterscheiden, die von einem Zielfahrzeug reflek­ tiert werden und Signalen, welche direkt vom Zielfahrzeug ausgesendet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem für ein Kraftfahrzeug (d. h., einem "Primär"fahrzeug) vorhanden ist, welches eine besondere Entfernungsbestimmungsvorrich­ tung umfaßt zum Senden eines ersten Entfernungssignals mit verschiedenen Frequenzen, Richten des Entfernungssignals auf ein Zielfahrzeug und Empfangen eines zweiten Entfer­ nungssignals, als Abstandssignal, welches vom Zielfahrzeug reflektiert wird, während es vor dem Primärfahrzeug fährt, welches mit dem Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungs­ system ausgerüstet ist. Die Entfernung zwischen dem Primärfahrzeug und dem Zielfahrzeug wird entsprechend der Zeit zwischen der Aussendung des ersten Entfernungsbestim­ mungssignals und dem Empfang des zweiten Entfernungsbestim­ mungssignals sowie einer Phasendifferenz zwischen dem er­ sten und zweiten Entfernungsbestimmungssignal ermittelt.

Das System umfaßt ferner eine Identifikationsvorrichtung zum Erzeugen eines Identifikationssignals mit einer unter­ scheidbaren Frequenz, die von der des Entfernungsbestim­ mungssignals verschieden ist, und eine Steuervorrichtung zum Umschalten der Signalsendevorrichtung, so daß die Fre­ quenz des Entfernungs-Bestimmungssignals von einer ersten in eine zweite geändert wird, wenn die Signalempfangsvor­ richtung ein reflektiertes Entfernungs-Bestimmungssignal empfängt, das ein Identifikationssignal mit einer anderen Frequenz enthält, die von der unterscheidbaren Frequenz verschieden ist, um dadurch den Abstand zwischen dem Pri­ märfahrzeug und dem Zielfahrzeug auf der Grundlage des Ent­ fernungs-Bestimmungssignals mit der zweiten Frequenz zu ermitteln.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Zieler­ fassungs- und Entfernungsbestimmungssystem mit einer Ent­ fernungsbestimmungsvorrichtung geschaffen, welche eine Linsenvorrichtung, welche die Signale aussendet, zum Rich­ ten eines ersten Entfernungsbestimmungssignals auf ein Zielfahrzeug aufweist. Das System umfaßt auch eine Linsen­ vorrichtung, welche Signale empfängt, zum Empfang eines zweiten Entfernungsbestimmungssignals, welches vom Ziel­ fahrzeug reflektiert wird, sowie einer Steuervorrichtung, welche folgendes aufweist:

• 1. eine Erfassungsvorrichtung, welche eine rela­ tive Richtung feststellt, zum Ermitteln einer relativen Fahrtrichtung zwischen dem Primär­ fahrzeug und dem Zielfahrzeug und zur Liefe­ rung eines Musters oder eines Richtungssig­ nals, welches einem Wechsel der relativen Fahrt­ richtung entspricht, und
• 2. eine Ansteuervorrichtung zum Drehen der signal­ aussendenden Linsenvorrichtung zusammen mit der signalempfangenden Linsenvorrichtung entsprechend dem Mustersignal in Bezug auf eine Richtung, in welcher das Kraftfahrzeug fährt.

Auf diese Weise kann das System ein Zielfahrzeug ununter­ brochen verfolgen, selbst auf einer gewundenen Straße.

Die vorstehend beschriebenen und andere Aufgaben und ver­ schiedene Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Abstandsermitt­ lung zwischen zwei Kraftfahrzeugen;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm, welches das Prinzip zeigt, wel­ ches die Abstandsermittlung zwischen zwei Kraftfahrzeugen ermöglicht;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Laserkopfes eines Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungs­ systems eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig. 4 eine Darstellung des Musters einer reflektierten Entfernungsbestimmungswelle, die vom Laserkopf empfangen wird;

Fig. 5 ein Blockdiagramm, welches das Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 6 eine Darstellung, in der gezeigt wird, auf welche Weise eine Fahrtrichtung eines Fahrzeugs festge­ stellt werden kann;

Fig. 7 ein Blockdiagramm, welches ein Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem für ein Kraft­ fahrzeug gemäß einem weiteren bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 8 ein Zeitdiagramm, welches das Prinzip veran­ schaulicht, welches die Abstandsbestimmung zwischen zwei Fahrzeugen ermöglicht; und

Fig. 9, 10 und 11 Darstellungen, welche die relativen Fahrtbedin­ gungen zwischen den zwei Fahrzeugen zeigen, die auf einem "S"-förmigen Weg fahren.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen und ins­ besondere auf Fig. 1 wird ein Zielferfassungs- und Entfer­ nungsbestimmungssystem mit einem automatischen Zielverfol­ gungsteil gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das System ist in ein Primärkraftfahr­ zeug X eingebaut und verwendet als eine Entfernungsbe­ stimmungssignalwelle eine Impulslaserwelle zur Erfassung eines Zielfahrzeugs Y, welches in einer Entfernung R vor dem Primärfahrzeug X fährt. Das System ermittelt somit den Auto-zu-Auto-Abstand zwischen den zwei Fahrzeugen (der zur Vereinfachung als Fahrzeugabstand bezeichnet wird). Das Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem umfaßt einen Laserkopf 2, welcher als einen Bestandteil ein Lin­ senfeld 2a hat, welches im einzelnen in Fig. 3 gezeigt ist. Das Linsenfeld wird im einzelnen später beschrieben. Der Laserkopf 2 umfaßt auch eine Steuereinheit 3 und eine La­ serkopfverstellvorrichtung 5.

Der Laserkopf 2 wird über Impulssteuersignale gesteuert, die von der Steuereinheit 3 abgegeben werden, um einen Laser­ impulsstrahl SP zu erzeugen und als Entfernungsbestimmungs­ welle auszusenden. Der Laserkopf 2 bewirkt, daß die Entfer­ nungsbestimmungwelle divergiert, da er die Entfernungsbe­ stimmungswelle SB durch sein Linsenfeld 2a auf das Ziel­ fahrzeug Y richtet. Der Laserkopf 2 empfängt ferner die Entfernungsbestimmungswelle SB, die vom vorausfahrenden Zielfahrzeug Y reflektiert wird, durch das Linsenfeld 2a und liefert ein Entfernungssignal an die Steuereinheit 3.

Gemäß Fig. 2 berechnet die Steuereinheit 3, den Fahrzeug­ abstand R zwischen dem Zielfahrzeug Y und dem Primärfahr­ zeug X nach der folgenden Formel:

R = (t × c)/2

wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist;
und t eine Zeit zwischen dem Aussenden und dem Empfang der Entfernungs­ bestimmungswelle SB durch den Laserkopf 2 ist.

Die Steuereinheit 3 berechnet ferner eine Relativgeschwin­ digkeit zwischen den zwei Fahrzeugen X und Y auf der Grund­ lage des Fahrzeugabstand und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges X (die auf bekannte Weise festgestellt werden können). Die Laserkopfverstellvorrichtung 5 verstellt oder neigt den Laserkopf 2 in zwei Richtungen bezüglich einer Richtung, in welcher das Fahrzeug X fährt, nämlich auf und ab sowie nach links und rechts.

Es wird jetzt auf Fig. 3 Bezug genommen, welche Einzelhei­ ten des Linsenfeldes 2a des Laserkopfes 2 zeigt. Das Lin­ senfeld 2a umfaßt eine lichtempfangende optische Haupt­ linse Rm, die in der Mitte des Feldes angeordnet ist; eine Gruppe von beispielsweise 4 lichtempfangenden optischen Hilfslinsen Rs1-Rs4, die oberhalb, rechts bzw. links und unterhalb der Hauptlinse Rm angeordnet sind und einer ande­ ren Gruppe von beispielsweise vier lichtwerfenden optischen Linsen T1-T4, die diametral schräg oberhalb bzw. unterhalb der Hauptlinse Rm angeordnet sind. Die lichtempfangende Hauptlinse Rm bzw. Hilfslinsen Rs1-Rs4 sind plastische Fresnel-Linsen und haben Linsenöffnungen von etwa 50 mm; die lichtwerfenden Linsen T1-T4 sind plastische, asphäri­ sche Linsen und haben Linsenöffnungen von ungefähr 30 bis 40 mm. Der Laserkopf 2 umfaßt Fotodioden 10 (siehe Fig. 5) die hinter der Hauptlinse Rm bzw. lichtempfangenden Hilfs­ linsen Rs1-Rs4 liegen, sowie Laserdioden 8 (siehe Fig. 5), die hinter den lichtwerfenden Linsen T1-T4 liegen. Die lichtwerfenden Linsen T1-T4 liefern divergierende Entfer­ nungswellen SB, welche Strahlenpunkte bilden, die sich zur Bildung eines einzigen Lichtpunktes auf einem Objekt über­ lappen.

Wie in Fig. 4 gezeigt wird, haben konvergierende Entfer­ nungsbestimmungswellen SBr, die auf die lichtempfangenden Linsen Rm, Rs1, Rs2, Rs3 und Rs4 nach der Reflektion durch ein Objekt auftreffen, einen Durchmesser von etwa 3,5 m bei einer Entfernung von etwa 100 m vom Laserkopf 2 und werden auf die Fotodioden 10 hinter den lichtempfangenden Linsen Rm, Rs1, Rs2, Rs3 bzw. Rs4 fokusiert. Jede Entfernungsbe­ stimmungswelle SBr hat einen Konvergenzwinkel Gm oder Gs von etwa zwei Grad oder 35 mrad. Eine Achse der Entfer­ nungsbestimmungswelle SBr, die auf jede der lichtempfangen­ den Hilfslinsen Rs auftrifft, schneidet eine Achse der Lichtbestimmungswelle SBr, die auf die lichtempfangende Hauptlinse Rm unter einem Winkel Gms auftrifft. Der Winkel Gms kann beispielsweise etwa 1,7° oder 30 mrad sein. Die konvergierenden Entfernungsbestimmungswellen überlappen sich teil­ weise und sind innerhalb eines räumlichen Kreisbereichs an­ geordnet, der einen Durchmesser von etwa 6 m hat.

Gemäß Fig. 5 wird die Steuereinheit 3 des Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystems in einem Blockdiagramm gezeigt. Sie umfaßt einen Sender 6 (Entfernungsbestimmungs­ wellensender), einen Empfänger 9 (Entfernungsbestimmungs­ wellenempfänger) und einen Regler 12. Der Sender 6 umfaßt einen Impulssteuerkreis 7, welcher einen Impuls zur An­ regung der Laserdioden 8 erzeugt und diese anregt, Ent­ fernungsbestimmungswellen auszusenden, die nach vorne durch die lichtwerfenden Linsen T1-T4 projiziert werden. Der Empfänger 9 umfaßt einen Breitbandverstärker 11 zur Ver­ stärkung der Ausgangsleistung der Fotodioden 10, auf welche die Entfernungsbestimmungswellen über die Haupt- und Hilfs­ linsen Rm bzw. Rs1-Rs4 fokussiert werden. Der Regler 12 um­ faßt einen Impulsgenerator 13, einen Prozessor 14 zur Ent­ fernungsberechnung, einen Signalprozessor 15 einschließ­ lich beispielsweise eines Allzweckmikroprozessor, sowie einen Laserkopfregler 17. Der Impulsgenerator 13 umfaßt einen logischen Schaltkreis, wie beispielsweise einen UND- Schaltkreis 18, einen Impulssignal-Vor-Prozessor 19 und einen Berichtiger 20. Die Impulse und die reflektierten Signale werden vom Impulssteuerkreis 7 des Senders 6 und vom Breitbandverstärker 11 des Empfängers 9 abgegeben. Der Entfernungsberechnungsprozessor 14 umfaßt einen Taktgenera­ tor 21, einen Impulsbreitenabtaster (Sampler) 22, und einen Zeit/Entfernungs-Wandler 23.

Ein Ausgang des Zeit/Entfernungs-Wandlers 23 wird im Si­ gnalprozessor 15 zur Abgabe von Signalen SR und SV verar­ beitet, die sowohl einen Fahrzeugabstand R als auch eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Zielfahrzeug Y und dem Fahrzeug X darstellen. Der Signalprozessor 15 liefert ferner an den Laserkopfregler 17 ein Signal, welches die Laserkopfverstellvorrichtung 5 in die Lage versetzt, den La­ serkopf 2 in jede gewünschte Richtung zu verstellen.

Wenn ein Zielfahrzeug Y auf einem geraden Weg vorausfährt und das Primärfahrzeug X, welches mit dem Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ausgestattet ist, bei­ spielsweise auf einem Weg fährt, welcher nach rechts ab­ biegt, wie in Fig. 6 gezeigt ist, verändern sich die In­ tensitäten der Entfernungsbestimmungswellen, die auf die lichtempfangende Hauptlinse Rm und die lichtempfangenden Hilfslinsen Rs1 und Rs3 auftreffen, die in einer horizon­ talen geraden Linie angeordnet sind, nachdem sie vom Ziel­ fahrzeug Y reflektiert wurden, wie ebenfalls in Fig. 6 ge­ zeigt ist. D. h., ein Ausgangssignal der Fotodiode 10 von einer reflektierten Entfernungsbestimmungswelle, die mit­ tels der Hauptlinse Rm gebündelt ist, ist zu Anfang auf seinem höchsten Intensitätspegel. Das Ausgangssignal fällt mit der Zeit allmählich in seiner Intensität zurück. Ein Ausgangssignal der Fotodiode 10 von einer reflektierten Entfernungsbestimmugnswelle, die von der auf der rechten Seite der Hauptlinse Rm angeordneten Hilfslinse Rs1 ge­ bündelt ist, ist zu Beginn auf einem niedrigeren Inten­ sitätspegel. Dieses Ausgangssignal steigt in der Inten­ sität allmählich auf den höchsten Pegel an, der so hoch ist wie die anfängliche Intensität des Ausgangssignals der Fotodiode 10 hinter der Hauptlinse Rm, und fällt dann all­ mählich mit der Zeit in der Intensität ab. Ein Ausgangs­ signal der Fotodiode 10 von einer reflektierten Entfer­ nungsbestimmungswelle, die von der auf der rechten Seite der Hauptlinse Rm angeordneten Hilfslinse Rs3 gebündelt wird, ist zu Beginn auf einem niedrigeren Intensitäts­ pegel. Dieses Ausgangssignal fällt allmählich zu einem frühzeitigen Nullpegel (0) ohne irgendeinen Anstieg ab. Dieses Muster der Intensitätsschwankung der Ausgangssig­ nale der Fotodioden 10 zeigt entweder an, daß das Ziel­ fahrzeug Y bezüglich der Fahrtrichtung des Primärfahr­ zeugs X im Verhältnis zum Primärfahrzeug X nach links ab­ biegt oder daß das Primärfahrzeug X bezüglich der Fahrt­ richtung des Zielfahrzeugs Y im Verhältnis zum Zielfahr­ zeug Y nach rechts abbiegt.

Wenn das in Fig. 6 gezeigte Muster der Intensitätsabwei­ chung festgestellt wird, liefert der Signalprozessor 15 dem Laserkopfregler 17 ein Steuersignal, um die Laserkopfstell­ vorrichtung 5 dazu zu bringen, den Laserkopf 2 horizontal nach links zu drehen. Wenn entweder das Zielfahrzeug Y in Bezug auf die Richtung, in welcher das Fahrzeug X fährt, im Verhältnis zum Fahrzeug X nach rechts dreht oder das Fahr­ zeug X dreht bezüglich des Zielfahrzeugs Y nach links, wird das in Fig. 6 gezeigte Muster der Intensitätsabweichungen der Ausgangssignale der Fotodioden 10 verändert, so daß die Intensitäten des Ausgangssignals der Fotodiode 10 hinter den Hilfslinsen Rs1 und Rs3 miteinander umgeschaltet werden, obwohl das Ausgangssignal der Fotodiode 10 hinter der Hauptlinse Rm in der oben beschriebenen Weise sich in der Intensität verändert. Wenn das Muster der Signalintensi­ tätsabweichung auf diese Weise verändert wird, liefert der Signalprozessor 15 dem Laserkopfregler 17 ein Signal, wel­ ches die Laserkopfverstellvorrichtung 5 dazu bringt, den Laserkopf 2 horizontal nach rechts zu drehen.

Wenn das Zielfahrzeug Y auf einer Bahn fährt, welche auf und ab führt, werden die gleichen Intensitätsmuster­ abweichungen des Ausgangssignals von der Hauptlinse Rm und den Hilfslinsen Rs2 und Rs4 erzeugt, wie die von der Haupt­ linse Rm und den Hilfslinsen Rs1 und Rs3 gelieferten. In Übereinstimmung mit den Mustern der Signalintensitätsab­ weichungen wird bestimmt, ob sich das Zielfahrzeug Y auf- oder abbewegt bezüglich einer Richtung, in welcher das Pri­ märfahrzeug X fährt im Verhältnis zum Fahrzeug X, welches mit dem Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ausgerüstet ist. Der Signalprozessor 15 liefert dann dem Laserkopfregler 17 ein Signal, welches bewirkt, daß die La­ serkopfverstellvorrichtung 5 den Laserkopf 2 vertikal nach oben oder unten bewegt.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann das Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem des Pri­ märfahrzeugs X ein vor dem mit dem System ausgerüsteten Fahrzeug fahrendes Zielfahrzeug Y ununterbrochen anzielen und verfolgen, selbst auf Wegen, die eine Biegung machen oder ansteigendes oder abfallendes Gefälle aufweisen.

Während das Fahrzeug X durch eine Biegung fährt, d. h. eine S-förmige Kurve, ist es möglich, daß die Entfernungsbestim­ mungswelle des Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungs­ systems auf ein anderes Fahrzeug gerichtet wird, welches in einer entgegenkommenden Spur fährt, wie in Fig. 9 gezeigt wird. Wenn ein in der Gegenspur fahrendes Fahrzeug Y eine Entfernungsbestimmungswelle SB' aussendet, welche die glei­ che oder eine ähnliche Frequenz hat wie die Entfernungsbe­ stimmungswelle SB, kann es mit der vom Fahrzeug X ausgesen­ deten Entfernungsbestimmungswelle SB interferieren, wie es in Fig. 10 gezeigt wird. Es ist mit anderen Worten möglich, daß das Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem nicht in der Lage ist, zwischen seiner eigenen, vom Ziel­ fahrzeug Y reflektierten Entfernungsbestimmungswelle SB und der direkt vom Zielfahrzeug Y ausgesendeten Entfernungsbe­ stimmungswelle SB' zu unterscheiden.

Das Unvermögen, zwischen zwei Entfernungsbestimmungswellen zu unterscheiden, wird mit einem Zielerfassungs- und Ent­ fernungsbestimmungssystem gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beseitigt. Dieses Aus­ führungsbeispiel ist schematisch in den Fig. 7 und 8 dar­ gestellt und verwendet ein Identifikationssignal.

Gemäß Fig. 7 wird ein Zielerfassungs- und Entfernungsbe­ stimmungssystem gezeigt, welches einen Sender S für eine Entfernungsbestimmungswelle und einen Empfänger E für eine Entfernungsbestimmungswelle umfaßt. Der Sender S enthält einen Oszillator 41, wie beispielsweise einen spannungsge­ steuerten durchstimmbaren Frequenzoszillator (VCO) und er­ zeugt eine frequenzmodulierte ununterbrochene Welle (die der Einfachheit halber als Entfernungsbestimmungswelle SB bezeichnet wird) mit verschiedenen Frequenzen. Insbesonde­ re erzeugt der Oszillator 41 im Normalzustand eine Ent­ fernungsbestimmungswelle, die eine einer Normal- oder ersten Steuerspannung V₁ entsprechende erste Frequenz f₁ hat, in welche eine Versorgungsspannung +B an einem Eingang S₁ mittels eines ersten Spannungswandlers 42 umgewandelt wird. Andererseits wandelt der erste Spannungs­ wandler 42 die Versorgungsspannung +B in eine zweite Steu­ erspannung V₂, die sich von der ersten Steuerspannung V₁ unterscheidet, in einen bestimmten Zustand um, wenn beispielsweise ein Diskriminator 39 des Empfängers R (der später beschrieben wird), ein unrichtiges Identifikations­ signal oder andere Signale feststellt, die dem ersten Span­ nungswandler 42 ein Kontrollspannungs-Umschaltsignal lie­ fern. In diesem besonderen Zustand erzeugt der Oszillator 41 eine zweite Frequenz f₂, die sich von der ersten Frequenz f₁ unterscheidet, für die mit der zweiten Steuerspannung V₂ übereinstimmende Entfernungsbestim­ mungswelle SB. Die vom Oszillator 41 frequenzmodulierte Entfernungsbestimmungswelle SB wird an einen Trägerwellen­ soszillator 43 gesendet und dann vom Trägerwellenoszillator 43 weiter moduliert. Die auf diese Weise durch die Träger­ welle modulierte Entfernungsbestimmungswelle SB mit der er­ sten Frequenz f₁ oder der zweiten Frequenz f₂ wird über einen Isolator 25 an einen Richtungskoppler (Wellen­ leiter) 26 übertragen, der mit einer Sendeantenne 29 ver­ bunden ist.

Das System enthält ferner einen Oszillator 27, der eine frequenzmodulierte ununterbrochene Welle als Identifika­ tionssignal (als ID-Signalwelle bezeichnet) mit einer be­ stimmten Frequenz f₃ erzeugt, die sich von der ersten und zweiten Frequenz f₁ und f₂ unterscheidet. Das ID-Signal wird an einen Trägerwellenoszillator 28 übertra­ gen und wird ferner vom Trägerwellenoszillator 28 weiter moduliert. Die die Frequenz f₃ aufweisende ID-Signalwel­ le wird direkt an den Richtungskoppler 26 übertragen, so daß sie der Entfernungsbestimmungswelle SB im Richtungs­ koppler 26 überlagert wird. Die ID-Signalwelle bildet dabei eine Entfernungsbestimmungsmillimeterwelle SB, welche von der Sendeantenne 29 ausgesendet oder übertragen wird.

Der Empfänger E enthält eine Empfangsantenne 31 zum Empfang der Entfernungsbestimmungswelle SBr, die von einem vor dem Primärfahrzeug X herfahrenden Zielfahrzeug Y reflektiert wird. Die reflektierte Entfernungsbestimmungswelle SBr wird von einem zweiten Richtungskoppler (Wellenleiter) 32 empfangen, der mit dem ersten Richtungskoppler (Wellenlei­ ter) 26 verbunden ist und dem ersten Richtungskoppler (Wel­ lenleiter) 26 in Aufbau und Funktion entspricht. Eine ID- Signalwelle wird von der Entfernungsbestimmungswelle SBr im zweiten Richtungskoppler 32 getrennt. Die ID-Signalwelle und die Entfernungsbestimmungswelle SBr werden an einen De­ modulator 38 bzw. einen Isolator 33 übertragen. Die an den Isolator 33 übertragene Entfernungsbestimmungswelle SBr wird über einen Bandpaßfilter 35 gefiltert, der eine Filterkon­ stante aufweist, die nach der Wandlung im Frequenzwandler 34 verändert wird, wie später beschrieben wird. Der Band­ paßfilter 35 läßt eine Welle an einen Entfernungsdetektor 36 durch, welche eine von der Filterkonstante des Bandpaß­ filters 35 festgelegte Frequenz hat. Der Entfernungsdetek­ tor 36 bestimmt einen Abstand zwischem dem Primärfahr­ zeug X und dem Zielfahrzeug Y, welches vor dem Primärfahr­ zeug X herfährt.

Andererseits wird die ID-Signalwelle, die im Demodulator 38 demoduliert wird, an einen Identifikationssignal(ID)-Dis­ kriminator 39 übertragen und vom Identifikationssignal-Dis­ kriminator 39 auf der Grundlage seiner Frequenz von anderen Signalen einschließlich anderen Identifikationssignalwel­ len, die von anderen Fahrzeugen ausgesandt werden, diskri­ miniert. Wenn das ID-Signal die gleiche Frequenz wie die dritte Frequenz f₃ der vom Sender S des Systems ausgesandten ID-Signalwelle hat, wird entschieden, daß die ID-Signalwelle ein echter Anteil der von der Sendeantenne 29 ausgesandten und richtig vom Zielfahrzeug reflektierten Entfernungsbestimmungswelle SBr ist.

Wenn tatsächlich die richtige ID-Signalwelle festgestellt wird, liefert der ID-Diskriminator 39 ein Steuerspannungs­ umschaltsignal an einen zweiten Spannungswandler 40 statt an den ersten Spannungswandler 42. Beim Vorhandensein des Steuerspannungsumschaltsignals wandelt der zweite Span­ nungswandler 40 die Versorgungsspannung +B in eine be­ stimmte vorgegebene Spannung um, um die Filterkonstante des Bandpaßfilters 35 entsprechend der ersten Frequenz f₁ zu verändern. Ein Fahrzeugabstand, der auf der reflektier­ ten Entfernungsbestimmungswelle mit der ersten Frequenz f₁ beruht, wird dabei bestimmt.

Wenn jedoch eine falsche ID-Signalwelle vorliegt oder ande­ re Signalwellen festgestellt werden, liefert der ID-Diskri­ minator 39 ein Steuerspannungsumschaltsignal an den ersten Spannungswandler 42 statt an den zweiten Spannungswandler 40. Beim Vorhandensein des Steuerspannungsumschaltsignals wandelt der erste Spannungswandler 42 die Versorgungsspan­ nung +B in die zweite Steuerspannung V₂ um, so daß der Oszillator 41 die Entfernungsbestimmungswelle SB mit der zweiten Frequenz f₂ erzeugt, die sich von der ersten Frequenz f₁ unterscheidet. Die zweite Frequenz ent­ spricht der zweiten Steuerspannung V₂. Andererseits wandelt der zweite Spannungswandler 40 beim Entfernen des Steuerspannungsumschaltsignals die vorgegebene bestimmte Spannung in die Versorgungsspannung +B um, um die Filter­ konstante des Bandpaßfilters 35 entsprechend der zweiten Frequenz f₂ zu verändern. Eine auf der reflektierten Entfernungsbestimmungswelle SBr mit der zweiten Frequenz f₂ beruhende Fahrzeugentfernung wird auf diese Weise bestimmt.

Der Entfernungsdetektor 36 stellt eine Entfernung zwischen den zwei sich bewegenden Fahrzeugen X, Y auf der Grundlage der gefilterten Entfernungsbestimmungswelle SB in einer auf dem Gebiet des Radars bekannten Weise fest und liefert ein dem Fahrzeugabstand R entsprechendes Entfernungssignal.

Wie in Fig. 8 gezeigt wird, kann der Entfernungsdetektor 36 beipsielsweise eine Schwebungsfrequenz F(fb₁ - fb₂) auf dem Verhältnis der Frequenz zur Zeitverzögerung (d) zwischen der Übertragung des Entfernungsbestimmungswellen­ signals f(t) und dem Empfang der reflektierten Entfernungs­ bestimmungswelle f(t - d) bilden. Der Entfernungsdetektor 36 berechnet einen der Schwebungsfrequenz F(fb₁ - fb₂) entsprechenden Fahrzeugabstand auf eine Weise, die auf dem Gebiet des Radars gut bekannt ist, um ein den Fahrzeugab­ stand darstellendes Entfernungssignal SR zu liefern. Das Entfernungssignal wird zu einem vorgegebenen Pegel mittels eines Verstärkers 37 verstärkt. Das Entfernungssignal SR wird dann mit einem Bezugsentfernungssignal verglichen, welches einen vorgegebenen kritischen Fahrzeugabstand dar­ stellt, und liefert, wenn nötig, eine Warnung, wenn ein Fahrzeugabstand vorliegt, der kürzer ist als der vorgegebe­ ne kritische Fahrzeugabstand. Ein Warnungsschaltkreis kann mit einem Anschluß S₂ des Systems verbunden sein.

Wie Fig. 10 zeigt, empfängt das System des Primärfahrzeugs X möglicherweise nicht nur seine eigene vom Zielfahrzeug Y reflektierte Entfernungsbestimmungswelle SBr, sondern auch eine direkt vom Zielfahrzeug Y ausgesandte Entfernungsbe­ stimmungswelle, wenn das Primärfahrzeug X und ein ankommen­ des Zielfahrzeug Y, welches ein ähnliches Zielerfassungs und Entfernungsbestimmungssystem hat, in entgegengesetzte Rich­ tungen, beispielsweise auf einer S-förmigen Biegung oder einem S-förmigen Weg, fahren. Wenn die von den Fahrzeugen X und Y ausgesandten Entfernungsbestimmungswellen die gleiche oder ähnliche Frequenzen aufweisen, ist das System des Fahrzeugs X, wenn es keine ID-Signalwelle enthält, nicht in der Lage, zwischen seiner eigenen Entfernungsbestimmungs­ welle und der vom Zielfahrzeug X ausgesandten Entfernungs­ bestimmungswelle zu unterscheiden. Erfindungsgemäß unter­ scheidet das System jedoch zwischen "richtigen" und "falschen" Entfernungsbestimmungswellen, sogar obwohl ein Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem des Ziel­ fahrzeugs Y eine Entfernungsbestimmungswelle aussendet, welche die gleiche oder eine ähnliche Frequenz hat, wie die Entfernungsbestimmungswelle des Systems des Fahrzeugs X. Der Grund hierfür liegt darin, daß das System des Zielfahr­ zeugs Y ein ID-Signal ID(Y) hat, welches sich von der Fre­ quenz des ID-Signals ID(X) des Systems des Fahrzeugs X un­ terscheidet. D. h. mit anderen Worten, das System des Fahr­ zeugs X sendet seine die ID-Signalwelle ID(X) enthaltende Entfernungsbestimmungswelle SB aus und empfängt eine reflek­ tierte Entfernungsbestimmungswelle SBr. Wenn der ID-Diskri­ minator 39 eine ID-Signalwelle feststellt, beispielsweise die ID-Signalwelle ID(Y), die sich in ihrer Frequenz von der ID-Signalwelle ID(X) unterscheidet, wird ein Steuerspan­ nungsumschaltsignal an den ersten Spannungswandler 42 ge­ liefert. Als Ergebnis wandelt der Wandler 42 seine Steuer­ spannung von der ersten Spannung V₁ in den zweiten Spannungswert V₂ um. Folglich wechselt der Oszillator 41 die Frequenz seiner Entfernungsbestimmungswelle von der ersten Frequenz f₁ ("A"-Kanal) zur zweiten Frequenz f₂ ("B"-Kanal). Da andererseits kein Steuerspannungsum­ schaltsignal für den zweiten Spannungswandler 40 bereitge­ stellt wird, verändert sich die Filterkonstante des Band­ paßfilters 35, so daß die die zweite Frequenz f₂ auf­ weisenden Entfernungsbestimmungswellen durchgelassen wer­ den. Als Folge davon bestimmt das System des Fahrzeugs X einen Fahrzeugabstand, der nur auf der reflektierten Ent­ fernungsbestimmungswelle der zweiten Frequenz f₂ be­ ruht, so daß ein Fahrzeugabstand zuverlässig ohne Einfluß von der vom Zielfahrzeug ausgesandten Entfernungsbestim­ mungswelle ermittelt wird.

Nachdem die Fahrzeuge X und Y aneinander vorbeigefahren sind, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, erzeugt das System des Fahrzeugs X, weil die ID-Signalwellen ID(Y) vom Fahrzeug Y nicht länger empfangen werden, seine Entfernungsbestim­ mungswelle SB mit einer ersten Frequenz f₁ und wech­ selt die Filterkonstante des Bandpaßfilters 35, so daß sie mit der ersten Frequenz f₁ übereinstimmt.

Claims (13)

1. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem für ein Kraftfahrzeug zur Bestimmung eines Abstandes zwi­ schen zwei Fahrzeugen, mit
einer Signalsendevorrichtung zum Senden eines Entfer­ nungsbestimmungssignals (SB) in Richtung auf ein Ziel­ fahrzeug (Y), und einer Signalempfangsvorrichtung zum Empfang eines reflektierten Entfernungsbestimmungs­ signals (SBr), welches vom Zielfahrzeug (Y) reflektiert wird, um den Abstand des Primärfahrzeugs (X) vom Ziel­ fahrzeug (Y) entsprechend wenigstens einer Zeit zwischen dem Senden des Entfernungsbestimmungssignals (SB) bis zum Empfang des reflektierten Entfernungsbe­ stimmungssignals (SBr) zu ermitteln, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
eine Identifikationsvorrichtung (27) zum Erzeugen eines Identifikationssignals (ID) mit einer unter­ scheidbaren Frequenz (f3), die von der des Entfer­ nungsbestimmungssignals (SB) verschieden ist, und eine Steuervorrichtung (41) zum Umschalten der Signalsende­ vorrichtung, so daß die Frequenz des Entfernungsbe­ stimmungssignals von einer ersten (f1) in eine zweite (f2) geändert wird, wenn die Signalempfangsvorrichtung (E) ein reflektiertes Entfernungsbestimmungssignal, (SBr) empfängt, das ein Identifikationssignal (ID) mit einer anderen Frequenz enthält, die von der unter­ scheidbaren Frequenz (f3) verschieden ist, um dadurch den Abstand (R) zwischen dem Primärfahrzeug (X) und dem Zielfahrzeug (Y) auf der Grundlage des Entfer­ nungsbestimmungssignals (SB) mit der zweiten Frequenz zu ermitteln.

2. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Identifikationssignal (ID) vor dem Aussenden dem Entfernungsbestimmungssignal (SB) überlagert wird, die Identifikationsvorrichtung (27) die Identifikationssignale feststellt, die sich in ihrer Frequenz von der unterscheidbaren Frequenz (f3) unter­ scheiden, um ein Steuersignal zu liefern, die Steuervorrichtung (41) die Frequenz des Entfer­ nungsbestimmungssignals (SB) ändert, wenn das Steuer­ signal vorhanden ist, und daß die Phasendifferenz zwischen dem Entfernungsbesimmungssignal (SB) und dem reflektierten Entfernungsbestimmungssignal (SBr) er­ mittelt wird.

3. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (12) eine Vorrichtung um­ faßt, welche eine relative Richtung zwischen dem Pri­ märfahrzeug (X) und dem Zielfahrzeug (Y) feststellt, um ein einen Wechsel in der relativen Richtung dar­ stellendes Richtungssignal zu liefern, und daß sie eine Ansteuervorrichtung (5) zum Drehen der Signalsen­ devorrichtung (6) zusammen mit der Signalempfangsvor­ richtung (9) entsprechend dem Richtungssignal umfaßt, so daß ununterbrochen eine Nachführung auf das Ziel­ fahrzeug (Y) erfolgt.

4. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalsendevorrichtung (6) eine signalaussen­ dende Linsenanordnung und die Signalempfangsvorrich­ tung (9) eine signalempfangende Linsenanordnung ent­ hält.

5. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, welche eine Relativrichtung fest­ stellt, eine photoelektrische Vorrichtung (10) zur Ermittlung einer elektrischen Stärke des reflektier­ ten Entfernungsbestimmungssignals (SBr) umfaßt, um ein Veränderungsmuster der elektrischen Stärke des reflektierten Entfernungsbestimmungssignals (SBr) über der Zeit zu finden, womit ein Wechsel der rela­ tiven Fahrtrichtung festgestellt wird.

6. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die signalempfangende Linsenanordnung eine op­ tische Hauptlinse (Rm) und eine Vielzahl von Sätzen von optischen Hilfslinsen (Rs1-Rs4) umfaßt, wobei die optischen Hilfslinsen (Rs1-Rs4) eines jeden der Viel­ zahl von Sätzen diametral auf gegenüberliegenden Sei­ ten der optischen Hauptlinse (Rm) angeordnet sind.

7. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die signalempfangende Linsenanordnung wenigstens zwei Sätze von optischen Hilfslinsen (Rs1-Rs4) umfaßt, wobei einer (Rs2, Rs4) dieser zwei Sätze vertikal diametral angeordnet und der andere (Rs1, Rs3) der beiden Sätze horizontal diametral angeordnet ist.

8. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die signalaussendende Linsenanordnung eine hin­ ter der optischen Hauptlinse und jeder der optischen Hilfslinsen (T1-T4) angeordnete Laserdiode (8) umfaßt.

9. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die signalaussendende Linsenanordnung eine Vielzahl von optischen Linsen (T1-T4) umfaßt, die um die optische Hauptlinse herum angeordnet sind.

10. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die signalempfangende Linsenanordnung eine hin­ ter jeder optischen Linse (Rm, Rs1-Rs4) angeordnete Fotodiode (10) umfaßt.

11. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungsvorrichtung (5) einen in zwei vertikalen Richtungen neigbaren Kopf (2) umfaßt, auf welchem die signalaussendende Linsenanordnung und die signalempfangende Linsenandordnung angebracht sind.

12. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Filtervorrichtung (35) aufweist, die das Entfernungsbestimmungssignal (SB) mit der ersten Fre­ quenz durchläßt, wenn das Steuersignal nicht vorhan­ den ist, und die das Entfernungsbestimmungssignal (SB) mit der zweiten Frequenz durchläßt, wenn das Steuersignal vorhanden ist.

13. Zielerfassungs- und Entfernungsbestimmungssystem ge­ mäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsbestimmungsvorrichtung einen Os­ zillator (41) zur Frequenzmodulation des Entfernungs­ bestimmungssignals (SB) aufweist, wenn das Steuer­ signal vorhanden ist.