DE69206652T2

DE69206652T2 - Berührungsloser Grenztaster

Info

Publication number: DE69206652T2
Application number: DE69206652T
Authority: DE
Inventors: Mark Anthony Lee
Original assignee: Proximeter Co Ltd
Current assignee: Proximeter Co Ltd
Priority date: 1991-01-29
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2012-02-13
Also published as: US5396070A; DE69206652D1; EP0505028A2; ATE131626T1; IE910477A1; EP0505028B1; IE71181B1; CA2060397A1; EP0505028A3; EP0505028B2; DE69206652T3; US5319201A

Description

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Neuerung auf dem Gebiet der Näherungserfassungssysteme. Diese finden im besonderen bei Kraftfahrzeugen ihre Anwendung, indem sie dem Fahrer die Entfernung fremder Objekte anzeigen, zum Beispiel die des nächsten Autos beim Einparken.
GB 221490 ist ein System dieser Art. Ein Infrarotsender und ein Infrarotempfänger werden in bestimmtem Abstand voneinander an der Stoßstange angebracht. Vom Sender geht ein divergentes Strahlenbündel aus, das man in etwa als konisch bezeichnen kann, während der Empfänger Signale von einem entspechenden konischen Umfeld aufnimmt. Der Sender und der Empfänger sind leicht gegeneinander geneigt, so daß sich die beiden Strahlenkegel überschneiden. Ein Tonerzeuger produziert einen Ton, dessen Lautstärke von der vom Empfänger ausgehenden Signalstärke abhängt.
Angenommen, das Fahrzeug ist neben einem feststehenden Objekt wie zum Beispiel einem anderen Auto geparkt. Der Strahlenkegel des Senders beleuchtet einen gob kreisförmigen Flächenausschnitt des betreffenden Objektes. Der Empfänger für Licht aus einem entsprechenden kreisförmigen Ausschnitt des Objekts empfänglich Während sich das Fahrzeug noch ziemlich weit von dem feststehenden Objekt weg befindet, überschneiden sich die beiden Kreise auf dem Objekt kaum. Das Empfangssignal wird deshalb leise sein. Je weiter sich das Farhrzeug dem festen Objekt nähert, desto mehr überschneiden sich die beiden Lichtkreise, wobei sie gleichzeitig kleiner werden, so daß der Signalton lauter wird. Sobald die Kreise völlig deckungsgleich sind, entfernen sie sich wieder voneinander, wenn sich das Fahrzeug dem Objekt weiter nähert. Folglich wird das Signal wieder schwächer, bis es völlig ausbleibt, sobald sich die Kreise nicht mehr überschneiden. Der Fahrer kann also in genau abgestimmter Entfernung vom Objekt anhalten, indem er das Fahrzeug zum Stehen bringt, sobald der Ton des Tonelements leiser wird.
Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß das System ein kleines Objekt nur dann ausmachen kann, wenn es sich im Schnittfeld der Lichtkegel von Empfänger und Sender befindet. Wenn die Reichweite des Geräts also zum Beispiel 30 bis 5 cm beträgt, so wird es auch nur ein Objekt, das sich in der Reichweite von 30 cm befindet, ausmachen können. Zusammenstöße sind also wahrscheinlich, wenn sich ein kleines unbewegliches Objekt mehr als etwa 20 cm rechts oder links vom System befindet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung war es, diese Schwäche des GB 221490 - Systems zu beheben. Das System US -A-4479053 verfügt über einen optischen Entfernungssensor mit einer Illuminatorkonstruktion, die aus einem Illuminatorobjektiv mit einer Vielzahl von Leuchtdioden bestehet, die sich an bestimmten Stellen entlang der Brennebene des Illuminatorobjektivs befinden und über eine Detektorkonstruktion, die mit einem Detektorobjektiv mit einer Vielzahl von Photozellen versehen ist. Diese befinden sich an entsprechenden Stellen auf dem Detektorobjektiv. Die Entfernung der beiden Konstruktionen komplementär zur Anordnung der Leuchtdioden und der Photozellen ist je nach gewünschter Reichweite des Systems gewählt. Die Leuchtdioden und die Photozellen sind so angeordnet, daß alle Leuchdiode-Photozelle-Paare in richtigem Verhältnis zueinander stehen, sobald eines dieser Paare korrekt angeordnet ist.
Ein Näherungserfassungssystemsystem wie in der Präambel zu Antrag 1 beschrieben, ist von GB-A-2 051 356 her schon bekannt.
Die Erfindung läßt sich folgendermaßen beschreiben: Die Sende- und Empfangseinheiten sind so gebaut, daß sich komplementär angelegte Strahlen- und Lichtempfindlichkeitskeitsmuster ergeben, wobei die Lichtempfindlichlichkeit des Näherungserfassungssystems einem Objekt gegenüber, das sich auf einer parallelen Linie derselben Länge befindet, gleich bleibt.
Die Strahlenfelder des Sendeteils und des Empfangsteils sollen möglichst divergieren, das heißt, das Empfangsteil und das Sendeteil müssen so angeordnet sein, daß ihre Felder sich außerhalb der Geraden zwischen dem Sender und dem Empfänger überschneiden. Das polare Schaubild zumindest eines der Einheiten soll möglichst zwei unterschiedliche Höhepunkte aufweisen, die ungefähr auf derselben Ebene mit der Illuminatorreihe liegen. Zu diesem Zweck konstruiert man einfach die einzelnen Einheiten aus vielen Elementen und plaziert sie hinter eine gemeinsamen Blende, wobei die Achse jedes dieser Elemente durch diese Blende einen dieser Höhepunkte bildet.
Das System funktioniert am besten mit Infrarotstrahlung, doch auch andere Strahlungsarten sind denkbar.
Das System weist bemerjenswerterweise keinerlei Spiegel, Linsen oder bewegliche Teile auf. Die Größe, das Reflexionsvermögen und die Farbe des fixen Objekts wird also die Amplitude des Empfangssignals beeinflußen. Dies hat jedoch keine Auswirkung auf die Funktionsfähigkeit und die Anwendung des Systems, denn unabhängig von der Größe, dem Reflexionsvermögen oder der Farbe des Objektes, wird die Amplitude des Tonsignals immer in derselben Entfernung von dem Objekt am höchsten sein. Die relative Lautstärke des Signals und nicht seine jeweilige Amplitude bewegt den Fahrer zum Anhalten des Wagens.
Im Unterschied zu dem bekannten System macht das vorliegende System von einer Vielzahl sendender und empfangender Einheiten Gebrauch. Diese Einheiten bestehen wiederum aus mehreren Elementen, wie oben beschrieben. Das neue System registriert also Objekte größerer Entfernung als das bekannte System, bei vergleichbarem Schaltkreis und ähnlichen Bestandteilen.
Ein anderer Vorzug der vorliegenden Erfindung ist, daß es ein Näherungserfassungssystem konstituiert, dessen Bestandteile die Amplitude ses Signals in Form eines pulsierenden Tons anzeigen, der je nach Entfernung langsamer oder schneller wird.
Im folgenden soll mit Hilfe eins Beispiels und mit Bezug auf die Schaubilder ein Näherungserfassungssystemsystem beschrieben werden, das die beschriebene Erfindung inkorporiert:
Fig. 1 ist ein Diagramm zur Veranschauklichung des Stromkreises des Systems in Form eines Blockdiagramms
Fig. 2 veranschaulicht die Anordnung der Sende- und Empfangseinheiten
Fig. 3 und 4 beschreiben den Bau der einzelnen Sende- und Empfangseinheiten
In Fig. 1 ist eine Reihe von IR Sendern (10) zu sehen. Diese empfangen elektrische Signale von einem Wechselstrommotor (11), der wiederum von einem Oszillatoren (12) über einen Randauslöser (13) angetrieben wird. Eine Reihe von IR Empfängern (20) sind an einen starken Analogverstärker (21) angeschloßen. Dieser Analogverstärker kann zum Beispiel ein Chopper-Verstärker sein der mit dern Oszillator (12) synchronisiert ist, der wiederum an einen Wechselstrom-Gleichstromtransformator (22) angeschloßen ist. Der Ausstoß der IR Sender wird durch den Oszillatoren (12) pulsiertv wobei der Output der Empfänger (20) gleichermaßen pulsiert wird. Der Stromgleichrichter (22) wandelt dieses pulsierende Signal in ein gleichförmiges um.
Der Stromgleichrichter (22) ist an einen Komparator (23) angeschloßen, der das Signal quantifiziert, indem er bestimmt, welcher Kategorie seine Amplitude angehört. Teil 23 ist mit einem Tonübermittler (24, Lautsprecher) über einen Geschwindigkeitswechselstromkreis (25) verbunden, das dern Lautsprecher Signale übermittelt, deren Stärke von dern Output des Komparators (23) abhängt.
Wie im folgenden gezeigt werden wird, ist das Näherungserfassungssystem zur Installation an einem Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel einem Auto vorgesehen. Wenn das Auto auf ein feststehendes Objekt zu bewegt wird, wie zum Beispiel beim Einparken, wird die Amplitude des Signals immer größer, bis sie ihren Höhepunkt erreicht hat. Je weiter sich das Auto langsam auf das Objekt zubewegt, desto geringer wird sie wieder. Die Amplitude des Signals nimmt viel schneller ab als sie zunimmt. Wenn die Amplitude des Signals zunimmt, wird das Endsignal, das den Fahrer zum Anhalten des Wagens bewegt, aktiviert. Dieser Ton ist so lange zu hören, bis die Amplitude des Signais wieder abnimmt. Der Fahrer hält das Auto an, sobald das Signal beginnt, leiser zu werden. Das Endsignal wird zum Beispiel aktiviert, wenn eine Voltzahl von 4,8 Volt erreicht ist. Das Signal ist am lautesten bei einer Stromstärke von 6,5 Volt und wird wieder leiser, sobald das Auto dern Objekt sehr nahe ist. Das System sollte eine 12 Volt -Konstruktion sein, so daß es mit Hilfe einer Autobatterie aufgeladen werden kann.
Das Niveau, auf dem der Komparator (23) mit dern ersten Output unter Strom gesetzt wird, kann bei nahezu Null eingestellt werden, so daß ein langsam pulsierender Ton die Inbetriebnahme des Systems anzeigt. Die Pulsfrequenz erhöht sich in diesem Fall in zwei Phasen, bis sich schließlich ein kontinuierlicher Ton ergibt. Ein pulsierender Ton wird von eiem Fahrer schneller eingeordnet, als ein kontinuierlicher Ton variierender Lautstärke.
Das Signalniveau des ersten Komparator-Outputs kann andererseits aber auch höher eingestellt werden, als das Niveau der ihn umgebenden IR Strahlen und der Reflektionen, die von weiter entferneten Objekten ausgehen. In diesem Falle kann das System wenn erforderlich permanent in Betrieb bleiben.
Unter der Empfängerserie kann sich auch ein Potentiometer (nicht abgebildet) befinden, der das empfangene Signal abschwächt bevor es quantifiziert wird, so daß die Empfindlichkeit des Systems und die Entfernung, bei der ein Objekt vom System wahrgenommen wird variiert werden kann, so daß die Outputs des Stromgleichrichters unter Strom gesetzt werden.
Fig. 2 zeigt, daß die Sender aus drei Sendeelementen (10-1 -10-3) bestehen, die parallel betrieben werden. Die Empfänfger bestehen aus zwei Empfängerelementen (20-1 - 20-2), die an den Verstärker (21) über ein Summierungsnetzwerk (nicht abgebildet) angeschlossen sind. Diese 5 Elemente sind wie abgebildet in gleichen Abständen auf der Stoßstange eines Fahrzeugs (18)angebracht.
Fig. 3 veranschaulicht den Bau des Sendeelements(10-1). Sendeelemente 10-2 und 10-3 sind genauso konstruiert. Element 10-1 ist mit einem Gehäuse (30) mit IR-durchlässiger Schutzhülle versehen . Dieses enthält die drei IR-Sendeelemente 10-1A, 10-1B und 10-1C.
Die Reichweite jedes dieser Elemente beträgt ungefähr 100y, wie an Element 10 -1B veranschaulicht. Die Elemente sind so angeordnet, dass ihre Achsen ungefähr in einem 60_ Winkel zueinander stehen, wie an den Elementen 10-1B und 10-1C veranschaulicht. Das Polardiagramm jedes einzelnen Elementes ergibt ein Lobus mit einem maximalen Winkel von 100 . Zwischen diesen Enden ist er ziemlich flach, mit abnehmender Tendenz in Richtung dieser Enden. Das Gesamtdiagramm der Einheit, das heißt der Kombination der drei Elemente ist durch die gestrichelte Linie (32) dargestellt. Es wird deutlich, daß die Mitte der Kurve ein geringeres Niveau anzeigt, als ihre Höchstpunkte: die Kurve hat zwei Höhepunkte bei ungefähr 30 im Verhältnis zu ihrer Mittelachse.
Fig. 4 zeigt den Bau des Empfangselementes 20-1, wobei Empfangselement 2 gleich konstruiert ist. Element 20-1 besteht aus einem Gehäuse (40) mit IR-durchlässiger Schutzhülle (41). Dieses wiederum besteht aus zwei IR-Empfangselementen. Eine Maske bildet eine Blende auf der Innenseite der Schutzhülle (41).
Die Strahlen , die tangential zur Oberfläche der Blende verlaufen, treffen auf Element 20-1B. Es wird sich zeigen, daß alle Strahlen, die innerhalb des Winkels A einfallen und durch die Blende gehen, auf das Element 20-1B treffen während von den Strahlen, die in Sektor B bis E (auf beiden Siten des Sektors A) einfallen, immer weniger durch die Blende gehen und auf Element 20-1B fallen. Die Elemente 20-1A und 20-1B produzieren also beide ein polares Empfindlichkeitsdiagramm, das entlang ihrer Achse einen Höhepunkt aufweist. Das Gesamtdiagramm der Einheit, das heißt der Kombination der beiden Elemente, ist durch die gestrichelte Linie (43) dargestellt. Es wird deutlich, daß die Mitte der Kurve ein geringeres Niveau anzeigt, als ihre Höchstpunkte: die Kurve hat zwei Höhepunkte bei ungefähr 30 im Verhältnis zu ihrer Mittelachse.
Die Strahlenschemen der drei jeweiligen Sendeeinheiten (s. Fig. 2) ergeben selbstverständlich ein gemeinsames Gesamtstrahlenschema, wobei sich die Empfindlichkeitsmuster der beiden Empfängereinheiten entsprechend verbinden. Es ist nicht möglich, diese Kombinationen in einem polaren Diagramm graphisch zu veranschaulichen, denn die Entfernung zwischen den beiden Quellen ist vergleichbar mit den Entfernungen zwischen den Punkten, an denen die Lichtintensität gemessen wird. Die Kurven 36 und und 46 deuten jedoch an, in welchem Verhältnis die IR-Strahlungsmuster des Sendeteils zur Empfindlichkeit des Empfangsteils stehen.
Man kann erkennen, daß die beiden Muster bei einer bestimmten Entfernung gleich sind, und zwar bei einer Entfernung, die der Breite der Fahrzeugstoßstange(18) enspricht. Die Empfindlichkeit des Systems ist gegenüber feststehenden Objekten konstant, solange sie sich gegenüber der Stoßstange (18) befinden.
Die Kurven 36 und 46 weisen zusätzliche Windungen auf, wobei die konkaven Krümmungen der einen Kurve in etwa den konvexen Krümmungen der anderen Kurve entsprechen, so daß sich diese mehr oder weniger gegenseitig aufheben, mit dem Resultat daß die Empfindlichkeit des Gesamtsystems mehr oder weniger gleichbleibend ist.
Diese Empfindlichkeitskonstanz wird durch die Verwendung einer Vielzahl von Sende- und Empfangseinheiten erreicht. Die Sende- und Empfangseinheiten, die mehrere Elemente mit divergierenden Achsen enthalten, sind so konzipiert, daß die Polardiagramme der einzelnen Einheiten entlang ihrer Hauptachse eine Reduktion aufweisen. Durch diese Ausformung der Polardiagramme der einzelnen Einheiten ist es möglich, die Entfernung zwischen den einzelnen Einheiten möglichst groß zu halten, so daß nur eine geringe Anzahl von Einheiten benötigt wird.

Claims

1. Näherungserfassungseystem für Fahrzeuge, das umfaßt:

eine Sendereinrichtung (10), die Strahlung erzeugt;

eine Empfängereinrichtung (20), die einen strahlungsempfindlichen Bereich aufweist, der sich mit der Strahlung der Sendereinrichtung (10) Uberschneidet; und

eine Anzeigeeinrichtung (25), die die Nähe von Objekten in dem empfindlichen Bereich mittels der Von der Empfängereinrichtung (20) empfangenen Signale anzeigt;

wobei die Sender- und die Empfängereinrichtung (10,20) zusmen wenigstens drei Einheiten umfassen, wobei die Einheiten abwechselnd Sendereinheiten (10-1,10-2,10-3) und Empfängerainheiten (20-1,20-2) sind, die mit zwischenräumen auf einer im wesentlichen geraden Linie (18) beabstandet sind;

dadurch gekennzeichet, daß die Sendereinheiten (10-1, 10-2,10-3) und die Empfängereinheiten (0-1,20-2) so aufgebaut sind, daß sie eine Strahlungsstruktur (36) bzw. eine Empfindlichkeitsstruktur (46) erzeugen, die zueinander komplementär sind, so daß das Näherungserfassungssystem eine im wesentlichen konstante Empfindlichkeit gegenüber einem Objekt an jeder beliebigen Position auf einer weiteren Linie aufweist, die parallel zu der ersten erwähnten Linie (18) ist und im wesentlichen die gleiche Länge hat.

2. Näherungserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Art Einheit ein Polardiagramm mit wenigstens zwei verschiedenen Richtungen hoher Intensität ungefähr koplanar mit einer Ebene aufweist, die durch die Linie der Einheiten und die weitere Linie gebildet wird.

3. Naherungserfassungssystem nach Anspruch 2, wobei jede dieser Einheiten aus einer Vielzahl von Elementen (10-1A,10-1B,10-1C;20;20-1A,20-1B) hinter einer gemeinsamen Öffnung (31,41) besteht, wobei die Hauptstrahlungs- bzw. Empfindlichkeitsachse jedes Elementes durch die Öffnung verläuft und so eine der Richtungen hoher Intensität bildet, wobei die Hauptachsen divargierend sind.

4. Näherungserfassungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Empfänger- und die Sendereinheiten im wesentlichen gleichmäßig auf der Linie der Einheiten beabstandet sind.

5. Näherungsdetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sandereinrichtung infrarote Strahlung emittiert und die Empfängereinrichtung empfindlich dafür ist.

6. Näherungsdetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzeigeeinrichtung die Amplitude des Signals mittels eines gepulsten Tons anzeigt, dessen Pulsfrequenz verändert wird.