DE4344295C1 - Kalibriervorrichtung für eine berührungslose optishe Geschwindigkeits- und/oder Wegstreckenmeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Einrichtung zur berührungslosen optischen Geschwindig­ keits- und/oder Wegstreckenmessung für Bewegungen eines Objek­ tes über einer strukturierten Fläche, wobei die Einrichtung ei­ nen Sensor zum Erfassen von von der strukturierten Fläche emit­ tiertem Licht beinhaltet.

Systeme zur Geschwindigkeits- und/oder Wegstreckenmessung wer­ den beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet. Weit verbrei­ tet sind hierbei Systeme, die auf der Erfassung von Raddreh­ zahlen basieren. Eine derartige Messung hängt von einer Viel­ zahl von Fahrzeug- und insbesondere Reifenparametern ab, wie z. B. Getriebeübersetzung, Felgen- und Reifengröße, Reifendruck und Radschlupf, deren Berücksichtigung entsprechenden Aufwand erfordert, wenn hohe Meßgenauigkeiten gefragt sind. Aufgrund dessen werden in jüngerer Zeit vermehrt fahrzeugseitig angeord­ nete, berührungslos messende optische Systeme verwendet. Diese erfassen über einen geeigneten Sensor vom strukturierten Fahr­ bahnbelag rückgestreutes Licht und werten das durch die Objekt­ bewegung über die Fahrbahnbelagstruktur abhängig von der Bewe­ gungsgeschwindigkeit modulierte Sensorsignal zur Ermittlung der Bewegungsgeschwindigkeit aus. Als Licht für den Meßvorgang kann das Umgebungslicht, vorzugsweise aber zwecks Abkopplung von den Umgebungsbedingungen zusätzlich auf die Fahrbahn eingestrahltes Licht, z. B. Laserlicht, dienen, wobei dann im Fahrzeug eine Einheit zur Erzeugung der jeweiligen Lichtstrahlung vorgesehen ist, die auf die Fahrbahn gerichtet wird, von wo sie teilweise zum Sensor zurückreflektiert wird. Durch die nachfolgende Ver­ arbeitung der Sensorsignale läßt sich die Information über die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug sich über dem Fahrbahnbe­ lag bewegt, sowie über die vom Fahrzeug zurückgelegte Wegstrecke unabhängig von einem etwaigen Radschlupf und den anderen oben genannten Parametern gewinnen. Derartige berührungslose optische Geschwindigkeits- und/oder Wegstreckenmeßsysteme sind z. B. in den Offenlegungsschriften DE 32 29 343 A1, DE 33 40 924 A1, DE 40 09 737 A1, DE 40 18 189 A1, EP 0 522 815 A1 und DE 40 34 846 A1 offenbart. Mit Hilfe eines artverwandten Hintergrund­ subtraktionsverfahrens wird bei einer Vorrichtung nach der Pa­ tentschrift US 5 194 908 berührungslos optisch die Geschwindig­ keit eines entfernt gelegenen Objektes bestimmt.

In der Offenlegungsschrift JP 60-169770 (A) ist eine Anordnung zur Kalibrierung eines Tachometers vom Korrelationstyp mittels eines antreibbaren Endlosbandes beschrieben. In der Offenle­ gungsschrift DE 33 33 202 A1 wird eine Vorrichtung zum Prüfen eines Fahrtenschreibers offenbart, bei der für den Prüfvorgang Prüfimpulse von einem Prüfimpulsgeber erzeugt und dem Fahrten­ schreiber über eine vorhandene Buchse zugeführt werden.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Kalibrieren von Einrichtungen zur berüh­ rungslosen optischen Geschwindigkeits- und/oder Wegstreckenmes­ sung zugrunde, die mit geringem Aufwand einen präzisen und fle­ xibel anpaßbaren Kalibriervorgang gewährleistet.

Dieses Problem wird durch eine Kalibriervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Bei dieser Vorrichtung wird zur Kalibrierung der Meßeinrichtung bezüglich einer jewei­ ligen strukturierten Fläche diese Fläche auf einer Bildanzeige­ einrichtung abgebildet, die dem Sensor gegenüberliegend positi­ oniert wird. Während der Sensor ortsfest bleibt, wird die strukturierte Fläche als bewegtes Bild über die Bildanzeigeflä­ che geführt und auf diese Weise eine Relativbewegung des Sen­ sors über der strukturierten Fläche simuliert. Durch die Bild­ generatoreinheit wird die Durchlaufgeschwindigkeit der Fläche im Bild definiert eingestellt. Diese Geschwindigkeit entspricht folglich der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Sensor und der sich auf dem Bild bewegenden strukturierten Fläche, so daß sich dem jeweiligen Sensormeßsignal in eindeutiger Weise ein Wert für die Geschwindigkeit bzw. für die in einem bestimmten Zeit­ raum zurückgelegte Wegstrecke des Sensors relativ zu dieser Fläche zuordnen läßt. Es versteht sich, daß bei diesem Kali­ briervorgang das Bild der simulierten, bewegten Fläche durch geeignete Änderung der Bildeinstellparameter, wie Helligkeit, Kontrast und Synchronimpulse, an das jeweils verwendete Meßsy­ stem, d. h. insbesondere den Sensor, anpaßbar und zur Simulation verschiedener Umgebungshelligkeiten oder verschieden stark lichtreflektierender Flächen jeweils passend veränderbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Bildgeneratoreinheit eine kalibrierte Bilddurchlauf-Frequenzsteuerungseinheit, so daß durch die Wahl eines jeweiligen kalibrierten Bilddurchlauffre­ quenzwertes eine definierte Einstellung der Bewegungsgeschwin­ digkeit der Fläche im Bild erzielbar ist. Insbesondere zur Ge­ winnung eines genauen Kalibrierkurvenverlaufs für das Meßsystem ist die Frequenzsteuerungseinheit in ihrer Frequenz vorzugswei­ se stufenlos regelbar, so daß entsprechend die Bewegungsge­ schwindigkeit der Fläche im Bild stufenlos auf exakte Werte einstellbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet die Bildgeneratoreinheit eine Bildspeichereinheit, in der eine Mehrzahl von Flächen unterschiedlicher Struktur abspeicherbar ist. Mit dieser Maßnahme lassen sich verschiedenartige reale Fahrbahnarten, wie z. B. verschiedene Typen von Asphaltbelägen, Pflasterbeläge, Schotterbeläge u. dgl., abspeichern, wonach das jeweilige Meßsystem mit derselben Kalibriervorrichtung auf die­ se verschiedenen Fahrbahnbeläge geeicht werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt in einem schematischen Blockdiagramm einen Teil einer berührungslosen optischen Geschwindigkeits- und Wegstreckenmeßeinrichtung eines Kraftfahrzeuges zusammen mit einer Vorrichtung zum Kalibrieren derselben.

Die Figur zeigt von der Meßeinrichtung explizit einen Sensor in Form einer Fotozelle (1), die an der Unterseite eines schema­ tisch und ausschnittweise angedeuteten Kraftfahrzeuges (4) als Teil einer berührungslosen optischen Geschwindigkeits- und Weg­ streckenmeßeinrichtung des Fahrzeuges angeordnet ist. Diese Meßeinrichtung zur direkten Bestimmung der Fahrzeuggeschwindig­ keit und des vom Fahrzeug zurückgelegten Weges ist von einer der eingangs erwähnten herkömmlichen Bauarten und braucht daher hier nicht weiter beschrieben zu werden. Das Meßprinzip besteht darin, vom strukturierten Fahrbahnbelag rückgestreutes Licht der Umgebung oder zwecks Unabhängigkeit von den Umgebungsbedin­ gungen besser einer am Fahrzeug angeordneten Lichtquelle über die Fotozelle (1) zu erfassen. Dieses Helligkeitssignal besitzt wegen der Strukturiertheit der rückstreuenden Fahrbahnfläche bei Bewegungen des Fahrzeugs und damit der Fotozelle über der Fahrbahn eine entsprechende Modulation, die in weiteren, der Fo­ tozelle (1) nachgeschalteten Komponenten zur Gewinnung einer Information über die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs über der abgetasteten Fahrbahnfläche ausgewertet werden kann. Das Resultat wird dann an einer üblichen Tachometeranzeige analog, alternativ digital, wiedergegeben.

Die zur Kalibrierung dieses Meßsystems vorgesehene Vorrichtung beinhaltet ein Bildschirmsichtgerät (2) als Bildanzeigeeinrich­ tung sowie eine mit diesem über eine Verbindungsleitung (6) verbundene Bildgeneratoreinheit (3). Die Bildgeneratoreinheit (3) kann dabei Teil einer weiteren, hier nicht näher interessie­ rende Komponenten umfassenden Kalibriergerätesteuerung sein. Als Bildschirmsichtgerät wird eine Fernsehröhre verwendet, alterna­ tiv ist aber beispielsweise auch der Monitor eines PC-Systems oder eine Bildprojektionseinrichtung verwendbar. Zur Kalibrie­ rung der Meßeinrichtung wird das Bildschirmsichtgerät (2), wie in der Figur gezeigt, unterhalb der fahrzeugseitigen Fotozelle (1) derart positioniert, daß dessen Bildschirmfläche (5) der Fotozelle (1) exakt in einem vorgegebenen Abstand (A) gegen­ überliegt, der dem Abstand entspricht, den die Fotozelle (1) im normalen Fahrzeugbetrieb des Fahrzeugs (4) von der Fahrbahn hat. Dabei liegt die Bildschirmfläche (5) in einer zur Fahr­ bahnunterseite parallelen Ebene. Auf diese Weise ist gewährlei­ stet, daß die Bildschirmfläche (5) genau an der Stelle positio­ niert ist, an der sich im normalen Fahrbetrieb der von dem Meß­ system abgetastete Fahrbahnabschnitt befindet.

In einer Bildspeichereinheit innerhalb der Bildgeneratoreinheit (3) ist eine Mehrzahl von Fahrbahnflächen unterschiedlicher Struktur als digitale Information abgespeichert. Durch Abrufen dieser Information und entsprechende Ansteuerung des Bild­ schirmsichtgerätes (2) über die Verbindungsleitung (6) erzeugt die Bildgeneratoreinheit (3) ein zugehöriges Bild dieser Fläche auf dem Bildschirm (5) und simuliert auf diese Weise der fahr­ zeugseitigen Fotozelle (1) einen entsprechenden Fahrbahnbelag. Die erforderliche digitale Bildinformation über die verschie­ denartigen Flächen wird durch Aufnehmen derartiger Flächen mit­ tels einer Videokamera und Einspeisen dieser Videoinformation in die Bildgeneratoreinheit (3) bereitgestellt. Alternativ kann vorgesehen sein, die unterschiedlich strukturierten Flächen durch geeignete Programmierung eines in der Bildgeneratorein­ heit (3) angeordneten Mikrocomputers softwaremäßig zu erzeugen.

Die dem Bildschirmsichtgerät (2) von der Bildgeneratoreinheit (3) übermittelte Bildinformation enthält des weiteren Daten über eine Bewegung der abzubildenden Fläche quer über den Bild­ schirm (5). Zur Steuerung der Durchlaufgeschwindigkeit, mit der sich die jeweilige Fläche quer über den Bildschirm (5) bewegt, besitzt die Bildgeneratoreinheit eine Bilddurchlauf-Frequenz­ steuerungseinheit, die die Bilddurchlauffrequenz und damit die Flächenbewegungsgeschwindigkeit bestimmt. Die Bilddurchlauf- Frequenzsteuerungseinheit ist in ihrer Frequenz stufenlos re­ gelbar und kalibriert. Durch Einstellen einer bestimmten Fre­ quenz ist es daher möglich, eine ganz definierte Bewegungsge­ schwindigkeit der auf dem Bildschirm (5) abgebildeten Fläche einzustellen. Diese Flächenbewegungsgeschwindigkeit entspricht aufgrund der ortsfesten Anordnung von Fotozelle (1) und Bild­ schirmsichtgerät (2) der Relativgeschwindigkeit der Fotozelle (1) relativ zur abgebildeten, strukturierten Fläche auf dem Bildschirm (5). Das Bildschirmsichtgerät (2) ist hierbei so po­ sitioniert, daß die Bewegungsrichtung der sich über den Bild­ schirm (5) hinwegbewegenden Fläche parallel zur Längsachse des darüber angeordneten Fahrzeugs (4) ist, so daß die simulierte Bewegungsgeschwindigkeit der Fläche auf dem Bildschirm (5) nicht nur betrags-, sondern auch richtungsmäßig exakt mit der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, d. h. der Relativgeschwindigkeit der Fotozelle (1) bezüglich der darunterliegenden Fahrbahn, im normalen Fahrbetrieb korreliert. Dem sich aus der Abtastung des Schirmbildes durch die lichtsensitive Fotozelle (1) jeweils er­ gebenden Meßsignal läßt sich folglich in eindeutiger Weise eine entsprechende Fahrzeuglängsgeschwindigkeit zuordnen, wodurch die Kalibrierung des Meßsystems bewirkt wird. Zur Aufnahme ei­ ner Kalibrierkurve über den gesamten relevanten Geschwindig­ keitsbereich wird die Frequenz der Bilddurchlauf-Frequenzsteu­ erungseinheit von null an bis zu einem Maximalwert auf die ge­ wünschten Kalibriermeßpunkte eingestellt. Aus der direkten Ka­ librierung der Geschwindigkeitsmessung läßt sich sodann indi­ rekt durch integrales Aufsummieren der zeitlichen Abfolge von Geschwindigkeitswerten die Wegstreckenmessung kalibrieren. Durch diese Vorgaben ist auch eine vorgegebene Wegstrecke ge­ schwindigkeitsunabhängig als Kalibriergröße abfahrbar.

Das Geschwindigkeits- und Wegstreckenmeßsystem des Fahrzeugs (4) ist dann für den der simulierten Fläche entsprechenden Fahrbahnbelag kalibriert. Durch Auswahl einer weiteren, in der Bildgeneratoreinheit (3) abgespeicherten, strukturierten Fläche läßt sich das Meßsystem anschließend auch auf diesen weiteren Fahrbahnbelag kalibrieren. Das Meßsystem mit dem Fotozellensen­ sor (1) kann des weiteren durch die Kalibriervorrichtung auf unterschiedliche Zustände eines bestimmten Fahrbahnbelages hin kalibriert werden, z. B. trockener oder nasser, dunkler oder heller Fahrbahnbelag, wozu die Bildgeneratoreinheit (3) durch passende Einstellung der zugehörigen bildbestimmenden Parame­ ter, wie z. B. Helligkeit, Kontrast, Synchronimpulse und verwen­ detes Flächenmuster, ein dementsprechendes Flächenbild auf dem Bildschirm (5) generiert.

Mit der obigen Kalibriervorrichtung ist folglich eine präzise Kalibrierung von berührungslosen optischen Geschwindigkeits- und/oder Wegstreckenmeßgeräten möglich. Dieses Kalibriersystem benötigt keine zusätzliche Fremdbeleuchtung, vielmehr wird die zur Kalibrierung herangezogene Meßfläche in definierter Weise über ein Bildverarbeitungssystem generiert und auf einem Bild­ schirm angezeigt. Damit sind sämtliche umgebungsbedingten Stör­ größen bei der Kalibrierung eliminiert und die Bilddurchlauf­ frequenz stellt die einzige verbleibende dynamische Stellgröße für die Kalibrierung dar, wobei diese Frequenz kalibriert und stufenlos einstellbar ist. Es versteht sich, daß bei der Kali­ briervorrichtung Maßnahmen getroffen sind, die deren Adaption an unterschiedliche, im praktischen Einsatz befindliche, opti­ sche Geschwindigkeits- und/oder Wegstreckenmeßsysteme durch entsprechende Anpassung von Hard- und Software und der die Bilderzeugung bestimmenden Parameter ermöglichen. Die Erfindung eignet sich nicht nur zur Kalibrierung von Meßsystemen, die zur Messung wellenlängenunspezifisches Licht benutzen, sondern auch von Meßsystemen mit weitgehend monochromatischem Meßlicht, z. B. solchen, bei denen das Meßlicht von einem Laser erzeugt wird. Als Bildanzeigeeinrichtung ist für diesen letzten Anwendungs­ fall kann z. B. eine Matrix von in Zeilen und Spalten angeordne­ ten, einzelnen Bildpunkten vorgesehen sein, die Licht wellen­ längenselektiv entsprechend der Wellenlänge des Lasers im Meß­ system emittieren, was beispielsweise durch Anordnung wellen­ längenselektiver Leuchtdioden oder kleinstflächiger Laserele­ mente oder auch einer geeigneten Farbfiltermatrix realisierbar ist.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Kalibrieren einer Einrichtung zur berüh­ rungslosen optischen Geschwindigkeits- und/oder Wegstreckenmes­ sung für Bewegungen eines Objektes über einer strukturierten Fläche, wobei die Einrichtung einen Sensor (1) zur Erfassung von von der strukturierten Fläche emittiertem Licht beinhaltet, gekennzeichnet durch

• - eine eine Bildanzeigefläche aufweisende Bildanzeigeein­ richtung (2), die mit ihrer Bildanzeigefläche (5) in einem vorwählbaren Abstand (A) derart gegenüber dem Sensor (1) positionierbar ist, daß der Sensor (1) das von der Bildan­ zeigefläche (5) emittierte Licht erfaßt, und
• - eine die Bildanzeigeeinrichtung (2) ansteuernde Bildgene­ ratoreinheit (3) zur Erzeugung eines auf der Bildanzeige­ fläche die strukturierte Fläche darstellenden, mit wenig­ stens einer definiert einstellbaren Geschwindigkeit be­ wegten optischen Bildes.

2. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bildgeneratoreinheit (3) eine kalibrierte Bilddurchlauf-Frequenzsteuerungseinheit beinhaltet.

3. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 2, weiter dadurch ge­ kennzeichnet, daß die kalibrierte Bilddurchlauf-Frequenzsteue­ rungseinheit eine stufenlose Frequenzregelung besitzt.

4. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Bildgeneratoreinheit (3) eine Bildspeichereinheit beinhaltet, in der Bilder von mehreren Flächen mit unterschiedlicher Struktur abspeicherbar sind.