EP1295151A1 - Verfahren zur bestimmung der entfernung zwischen einem bezugsobjekt und mindestens einem zielobjekt - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der entfernung zwischen einem bezugsobjekt und mindestens einem zielobjekt

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EP1295151A1
EP1295151A1 EP01940441A EP01940441A EP1295151A1 EP 1295151 A1 EP1295151 A1 EP 1295151A1 EP 01940441 A EP01940441 A EP 01940441A EP 01940441 A EP01940441 A EP 01940441A EP 1295151 A1 EP1295151 A1 EP 1295151A1
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EP
European Patent Office
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distance
control signal
signal
unit
target object
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01940441A
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English (en)
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Inventor
Holger Schanz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Original Assignee
ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ADC Automotive Distance Control Systems GmbH filed Critical ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Publication of EP1295151A1 publication Critical patent/EP1295151A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Definitions

  • the distance of a reference object to moving or stationary objects (target objects) and / or the speed and / or the acceleration of moving or stationary objects (target objects) must be determined for different areas of observation (distance ranges).
  • observation areas with a short distance between the pulling object and the target objects are of interest ("close range", for example depending on the application up to 20 m or 250 m distance), e.g. to detect the traffic area surrounding a motor vehicle, i.e.
  • the measuring systems used for this purpose in particular have a measuring unit with a transmitting unit and a receiving unit, as well as a
  • the transmission signal is cyclically interrupted in accordance with a clock specified by a clock generator, ie it is triggered by controlling the transmission unit with a specific one
  • P303I98 DOC Control signal emitted as a transmission signal transmission pulses with a certain pulse duration; in the pulse pauses between two transmission pulses, the reflection signals of the preceding transmission pulses are detected as reception signals, ie the reflection signal of a transmission pulse is recorded at fixed time intervals and the signal transit time is measured over the elapsed time in the form of clock units, and the distance to the target objects is determined therefrom.
  • This distance to the target objects should be determined with sufficient accuracy in the entire observation area; this is particularly important if (as is the case with clocked measurement systems) further information is derived from the distance to the target objects, e.g. by
  • sampling methods are often used in which the received signal is sampled at a sampling frequency (sampling period) predetermined by a clock, i.e. measured values are generated on the basis of the received signal at specific sampling times;
  • the accuracy of the distance determination can be increased by an interpolation or center of gravity of the measured values.
  • the greater the ratio of the pulse length of the transmit pulses to the sampling period the better: when the pulse length of the transmit pulses is increased, however, the possibility of separating different target objects is adversely affected; with a reduction in the sampling period, the demands on the clock generator, the receiving unit and the control unit (evaluation unit) become very high (in particular with regard to the speed and quality of the components, and with regard to the stability with regard to parameter scattering and temperature changes), which in turn entails high costs.
  • the invention has for its object to provide a method for determining the distance between a reference object and at least one target object according to the preamble of claim 1, with which the distance to simple
  • the invention is based on the knowledge that with scanning methods (in particular when evaluating their measured values by means of interpolation or center of gravity formation) the achievable distance accuracy, i.e. the functional dependency of the distance (the measured distance) between the reference object and the target object determined by the scanning method on the actual distance between the reference object and the target object has a periodic behavior with the periodicity of the sampling frequency (sampling period), since the distance determined by the scanning method (the measured Distance) differs from the actual distance depending on the location of the sampling time; E.g. the achievable distance accuracy (and thus the actual distance) has a sinusoidal shape with respect to the measured distance.
  • the minima of the achievable distance accuracy are always in a fixed phase relationship
  • Received signal (ie for controlling the receiving unit) uses different, mutually detuned control signals (clock signals); the phase shift between these two control signals (clock signals) is chosen so that the achievable range accuracy has a minimum given the resulting phase position of the transmitted signal and the received signal, ie that the deviation between the distance determined by the scanning method (the measured distance) and the actual distance becomes minimal.
  • the phase shift between the two control signals (clock signals) is preferably controlled in small steps or linearly by means of suitable circuit means, and is preferably regulated by means of a control loop.
  • the same clock generator is used to control the transmission unit and to control the reception unit, whose clock signal is the first control signal either for the transmission unit or for the reception unit.
  • the receiving unit is supplied with the unchanged clock signal) as the second control signal and the transmitting unit with the phase-shifted clock signal as the first control signal.
  • phase shift between the two control signals must be taken into account as an offset when determining the distance, i.e. the distance resulting from the phase shift must be added to the measured distance.
  • the phase shift can be measured in a simple manner; with a value specified by means of a control or regulation, the phase shift is known as a control variable or controlled variable or reference variable.
  • the method according to the invention can only be used for certain (selected) of the target objects located in the field of observation and thus the
  • Determination of their distance are carried out with high accuracy, while the distance to the other target objects located in the observation area is determined with the "normal" measurement accuracy resulting from the scanning method; in particular, the method according to the invention is used for target objects with high relevance, for example target objects , in which further measured variables are derived from the distance (e.g. the speed or the acceleration) or for target objects which are used for control functions and / or regulating functions.
  • the sampling frequency of the sampling method can be reduced (simple re handling of the measuring system) and the resulting reduction in the range accuracy via the phase shift between the two control signals (clock signals) can be compensated or overcompensated again
  • the specified phases of the two control signals or their phase shifts only have to be stable during the duration of the measurement and the phase control; E.g. this period of time is clocked at RF measurement systems (radar measurement systems) or clocked optical measuring systems (laser measurement systems) between 10- 5 and 10 "s.
  • the method can be implemented in a simple manner with a small number of inexpensive and commercially available components, so that the distance resolution and thus the accuracy of the distance determination for a given (arbitrary) number of target objects is increased significantly by simple means and consequently with only a small additional cost can be.
  • FIG. 2 shows the functional dependency of the distance deviation on the measured distance
  • FIG. 3 is a schematic block diagram with the for the phase shift
  • the distance and / or the speed and / or the acceleration of those located in the observation area can be
  • Target objects ie the distance between your own motor vehicle and vehicles ahead, oncoming or following vehicles, people and other reflection objects and / or the speed of your own motor vehicle with regard to vehicles traveling ahead, oncoming or following vehicles, people and other reflection objects and / or the acceleration of your own Motor vehicle with regard to preceding, oncoming or following vehicles, people and other reflection objects can be used as the basis for driver assistance systems.
  • the distance and / or speed and / or acceleration must be determined clearly and with high resolution: e.g. the desired range uniqueness range is 10 m Desired distance resolution 0.5 m, the desired speed resolution 1 m / s and the desired acceleration resolution 0.1 m / s 2 .
  • Target objects 2 for example the vehicles or obstacles in front
  • received reflection signal 14 is detected by the receiving unit 5 of the measuring unit 3 at certain times during the pulse pause of the transmission signal 13 as an analog reception signal. From the control unit 7, e.g.
  • a CPU central process unit
  • central process unit which also functions as an evaluation unit, scans the received signal at certain times ("sampling") and thereby increases the accuracy of the distance measurement;
  • the scanned measured values are evaluated with regard to the transit time, from which the distance information and / or the speed information and / or the acceleration information is obtained by processing the distance information, i.e. the distance dz between the motor vehicle as reference object 1 and the reflection object as target object 2 and / or the speed of the reflection object as target object 2 and / or the acceleration of the reflection object as target object 2.
  • the opening field 22 or the detected angular range (opening angle ⁇ , ⁇ ) is subdivided into several target sectors 21 (for example in 1 ⁇ target sectors 21), each of which is assigned to detecting reflection object is assigned as target object 2 and by means of the information of which an object matrix of target objects 2 is created.
  • the various e.g.
  • this "distance accuracy function” results in a more or less large distance deviation ⁇ d or a more or less large difference between the measured distance dz and the actual distance d s ;
  • the distance deviation ⁇ d can thus have a value between ⁇ d TM (minimum distance deviation ⁇ d with a symmetrical position of the sampling times with respect to the received signal) and ⁇ d, TM ( maximum distance deviation ⁇ d with an asymmetrical position of the sampling times with respect to the received signal), in particular this distance deviation ⁇ d and thus the distance accuracy function due to the statistical distribution of the sampling times with respect to the received signal as a periodicity with the period T * of the scanning process, e.g.
  • the control signal the clock signal
  • the minimum distance deviation ⁇ d TM is 1 cm and the maximum distance deviation ⁇ d m »10 cm.
  • the phase shift ⁇ between the first control signal AS1 and the second control signal AS2 can assume any values within a period of the control period, ie the phase shift ⁇ can be between 0 ° and 3 ⁇ 0 °.
  • FIG. 3 shows the components of the measuring system 10 which are relevant for the specification of the control signals AS1, AS2 and their relative phase shift.
  • the transmitter unit 4 of the measuring unit 3 has, for example. a transmission element designed as a pulsed IR semiconductor laser, which emits a pulse-shaped transmission signal 1 3
  • the clock generator ⁇ is provided (for example a quartz oscillator), the clock frequency fT of which, for example. Is 100 MHz.
  • the receiving unit 5 is driven directly by the clock generator 6, that is to say it is operated in clocked fashion with the second control signal AS2, which is unchanged in the phase position, with the clock frequency fT for specifying the sampling times of the received signal 14.
  • the transmitter unit 4 is driven by the clock generator 6 via a phase shifter 8, that is to say it is operated in a clocked manner with the first drive signal AS1, which has been changed in the phase position, for specifying the pulse-shaped transmission signal 13 at the clock frequency fT.
  • a phase shifter 8 for specifying the phase difference or phase shift ⁇ between the first control signal AS1 and the second control signal AS2, for example, an easy to implement, analog controllable delay element is provided.
  • the results (data) of the distance measurements are transmitted to the control unit 7 (evaluation unit) connected downstream of the measuring unit 3 and evaluated by the latter; From the results of the distance measurements, ie the measured distances dz to the target objects 2 in the observation area, speed values and / or acceleration values can be derived and the temporal processes of the measuring process can be controlled, in particular the coordination of transmission mode and reception mode, ie the coordination of the transmitter unit 4 for specifying the pulse-shaped transmission signal 13 and receiving unit 5 for specifying the sampling times of the received signal 14.
  • the output signal of the phase shifter 8 is fed to a (easy to implement) phase detector 9 (at the same time, the phase shifter 9 is also included with the second drive signal AS2 generated by the clock generator ⁇ the clock frequency fT), the output signal of which is in turn processed by the control unit 7 and used to control the phase shifter 8; this means that a simple control realized by the resulting phase shift ⁇ between the second control signal AS2 for controlling the receiving unit 5 and the first control signal AS1 for controlling the transmitting unit 4 depending on the position of the sampling times with respect to the received signal.

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Bezugsobjekt und mindestens einem Zielobjekt durch eine Laufzeitmessung. Es soll auf einfache Weise und mit geringen Kosten eine Bestimmung der Entfernung zwischen einem Bezugsobjekt und mindestens einem sich im Beobachtungsbereich befindlichen Zielobjekt und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung mindestens eines sich im Beobachtungsbereich befindlichen Zielobjekts mit hoher Genauigkeit ermöglicht werden. Die zur Emission eines pulsförmigen Sendesignals dienende Sendeeinheit mit einem ersten Ansteuersignal getaktet angesteuert und die zur Detektion des hieraus resultierenden Reflexionssignals dienende Empfangseinheit mit einem zweiten Ansteuersignal getaktet angesteuert, um das Reflexionssignal zu bestimmten Abtastzeitpunkten abzutasten. Das zweite Ansteuersignal wird gegenüber dem ersten Ansteuersignal derart phasenverschoben, dass die Entfernungsabweichung zwischen der aufgrund der Laufzeitmessung bestimmten Entfernung zum Zielobjekt und der tatsächlichen Entfernung zum Zielobjekt minimal wird. Verfahren zur Unterstützung von Fahrerassistenzsystemen für Kraftfahrzeuge.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Bezugsobiekt und mindestens einem Zieiobiekt
Für viele Anwendungsfäile muß die Entfernung eines Bezugsobjekts zu bewegten oder ruhenden Objekten (Zielobjekten) und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung von bewegten oder ruhenden Objekten (Zielobjekten) für unterschiedliche ßeobachtungsbereiche (Entfernungsbereiche) bestimmt werden. Oftmals sind hierbei insbesondere Beobachtungsbereiche mit geringer Entfernung zwi- sehen dem ßezugsobjekt und den Zielobjekten von Interesse ("Nahbereich", bsp. je nach Anwendung bis 20 m oder 250 m Entfernung), bsp. zur Erfassung des ein Kraftfahrzeug umgebenden Verkehrsraums, d.h. zur Bestimmung der Entfernung (des Abstands) eines Kraftfahrzeugs als Bezugsobjekt zu vorausfahrenden, nachfolgenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen oder sonstigen Refiexionsobjekten und/oder der Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bezüglich vorausfahrenden, nachfolgenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen oder sonstigen Refiexionsobjekten und/oder der Relativbeschieunigung des Kraftfahrzeugs bezüglich vorausfahrenden, nachfolgenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen oder sonstigen Reflexionsobjekten. Die hierzu eingesetzten Meßsysteme weisen insbesonde- re eine Meßeinheit mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit sowie eine
Steuereinheit (Auswerteeinheit) auf: das von der Sendeeinheit emittierte Sendesignal - dieses kann bsp. als optisches Sendesignal im infraroten (IR) Spektralbereich oder im sichtbaren Spektralbereich oder als Radarsignal im HF-Spektralbereich oder als Ultraschallsignal emittiert werden - wird nach der Reflexion an den sich im Beob- achtungsbereich befindlichen Zielobjekten von der Empfangseinheit der Meßeinheit detektiert und dieses Reflexionssignal als Meßsignal von der Steuereinheit (Auswer¬ teeinheit) nach der Signalverarbeitung (Weiterverarbeitung) hinsichtlich der Laufzeit ausgewertet; hieraus kann dann insbesondere die gewünschte Entfernungsinforma¬ tion und/oder Geschwindigkeitsinformation und/oder Beschleunigungsinformation gewonnen werden. Bei getaktet betriebenen Meßsystemen wird das Sendesignal nach Maßgabe eines von einem Taktgeber vorgegebenen Takts zyklisch unterbrochen, d.h. es werden durch Ansteuerung der Sendeeinheit mit einem bestimmten
P303I98.DOC Ansteuersignal als Sendesignal Sendepulse mit einer bestimmten Pulsdauer emittiert; in den Pulspausen zwischen zwei Sendepulsen werden die Reflexionssignale der vorausgehenden Sendepulse als Empfangssignale detektiert, d.h. das Reflexionssignal eines Sendepulses wird in festen Zeitabständen erfaßt und über die ver- strichene Zeit in Form von Takteinheiten die Signallaufzeit gemessen und hieraus die Entfernung zu den Zielobjekten bestimmt.
Diese Entfernung zu den Zielobjekten sollte im gesamten Beobachtungsbereich mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden; dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn (wie dies bei getaktet betriebenen Meßsystemen der Fall ist) aus der Entfernung zu den Zielobjekten weitere Informationen abgeleitet werden, bsp. durch
Differenzierung aufeinanderfolgender Entfernungsmessungen die Relativgeschwindigkeit oder Relativbeschleunigung. Daher werden oftmals Abtastverfahren eingesetzt, bei denen das Empfangssignal mit einer von einem Taktgeber vorgegebenen Abtastfrequenz (Abtastperiode) abgetastet wird, d.h. es werden auf der Grundlage des Empfangssignals zu bestimmten Abtastzeitpunkten Meßwerte generiert; über eine Interpolation bzw. Schwerpunktbildung der Meßwerte kann die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung (die Entfernungsauflösung) erhöht werden. Bei getaktet betriebenen Meßsystemen ist die Genauigkeit hierbei umso besser, je größer das Verhältnis von Pulslänge der Sendepulse zur Abtastperiode ist: bei einer Vergröße- rung der Pulslänge der Sendepulse wird jedoch die Möglichkeit der Separierung unterschiedlicher Zielobjekte negativ beeinflußt; bei einer Verringerung der Abtastperiode werden die Anforderungen an den Taktgeber, die Empfangseinheit und die Steuereinheit (Auswerteeinheit) sehr hoch (insbesondere hinsichtlich Geschwindigkeit und Qualität der Bauelemente, sowie hinsichtlich der Stabilität bezüglich Parameterstreuungen und Temperaturänderungen), was wiederum hohe Kosten bedingt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Bezugsobjekt und mindestens einem Zielobjekt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, mit dem die Entfernung auf einfache
Weise mit hoher Genauigkeit und mit geringen Kosten bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Abtastverfahren (insbesondere bei einer Auswertung deren Meßwerte mittels Interpolation bzw. Schwerpunktbildung) die erreichbare Entfernungsgenauigkeit, d.h. die funktionale Abhängigkeit der mittels des Abtastverfahrens bestimmten Entfernung (der gemessenen Entfernung) zwischen Bezugsobjekt und Zielobjekt von der tatsächlichen Entfernung zwischen Bezugsobjekt und Zielobjekt, ein periodisches Verhalten mit der Periodizität der Abtastfrequenz (Abtastperiode) aufweist, da die mittels des Abtastverfahrens bestimmte Entfernung (die gemessene Entfernung) je nach Lage des Abtastzeitpunktes von der tatsächlichen Entfernung abweicht; bsp. weist die erreichbare Entfernungsgenauigkeit (und damit die tatsächliche Entfernung) bezüglich der gemessenen Entfernung einen sinusförmigen Verlauf auf. Insbesondere stehen die Minima der erreichbaren Entfernungsgenauigkeit immer in einem festen Phasenverhältnis zur
Abtastperiode, wobei das Phasenverhältnis vom verwendeten Interpolationsverfahren und der verwendeten Pulsform abhängt.
Erfindungsgemäß werden daher für die Auslösung des Sendepulses und damit für den Zeitpunkt der Emission des Sendesignals (d.h. zur Ansteuerung der Sendeein- heit) und für den Abtastvorgang und daher für den Zeitpunkt der Detektion des
Empfangssignals (d.h. zur Ansteuerung der Empfangseinheit) unterschiedliche, in ihrer Phase gegeneinander verstimmte Ansteuersignale (Taktsignale) verwendet; die Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Ansteuersignalen (Taktsignalen) wird hierbei so gewählt, daß die erreichbare Entfernungsgenauigkeit bei der hieraus re- sultierenden Phasenlage des Sendesignals und des Empfangssignals ein Minimum aufweist, d.h. daß die Abweichung zwischen der mittels des Abtastverfahrens bestimmten Entfernung (der gemessenen Entfernung) und der tatsächlichen Entfernung minimal wird. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Ansteuersignalen (Taktsignalen) wird mittels geeigneter Schaltungsmittel vorzugsweise in kleinen Schritten oder linear gesteuert, vorzugsweise wird sie mittels eines Regelkreises geregelt. Insbesondere wird zur Ansteuerung der Sendeeiπheit und zur Ansteuerung der Empfangseinheit der gleiche Taktgeber eingesetzt, dessen Taktsignal als erstes Ansteuersignal entweder für die Sendeeinheit oder für die Empfangseinheit unver- ändert belassen wird und dessen Taktsignal als zweites Ansteuersignal für die Empfangseinheit oder für die Sendeeinheit mittels geeigneter Phasenschieber phasenverschoben wird; vorzugsweise wird aufgrund der gegenüber der Emission des Sendesignals aufwendigeren Detektion des Empfangssignals die Empfangseinheit mit dem unveränderten Taktsigna) als zweitem Ansteuersignal und die Sendeeinheit mit dem phasenverschobenen Taktsignal als erstem Ansteuersignal beaufschlagt.
Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Ansteuersignalen (Taktsignalen) muß bei der Entfernungsbestimmung als Offset berücksichtigt werden, d.h. die aus der Phasenverschiebung resultierende Entfernung muß zur gemessenen Entfernung ad- diert werden. Bei einem fest eingestellten Wert kann die Phasenverschiebung auf einfache Weise gemessen werden, bei einem mittels einer Steuerung oder Regelung vorgegebenen Wert ist die Phasenverschiebung als Steuergröße oder Regelgröße bzw. Führungsgröße bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nur für bestimmte (ausgewählte) der sich im ßeobachtungsbereich befindlichen Zielobjekte eingesetzt werden und damit die
Bestimmung deren Entfernung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, während die Entfernung zu den übrigen sich im Beobachtungsbereich befindlichen Zielobjekten mit der „normalen" sich aus dem Abtastverfahren ergebenden Meßgenauigkeit bestimmt wird; insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren für Zielobjekte mit hoher Relevanz eingesetzt, bsp. für Zielobjekte, bei denen anhand der Entfernung weitere Meßgrößen abgeleitet werden (bsp. die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung) oder für Zielobjekte, die für Steuerungsfunktionen und/oder Regelfunktionen herangezogen werden. Insbesondere kann auch je nach Anwendungsfall oder Zielobjekt die Abtastfrequenz des Abtastverfahrens reduziert werden (eiπfache- re Handhabung des Meßsystems) und die hierdurch bedingte Verringerung der Entfernungsgenauigkeit über die Phasenverschiebung zwischen den beiden Ansteuersignalen (Taktsignalen) wieder kompensiert bzw. überkompensiert werden. Falls die Phasenverschiebung mittels eines Regelkreises realisiert wird, müssen die vorgegebenen Phasen der beiden Ansteuersignale bzw. deren Phasenverschiebun- gen nur während der Zeitdauer der Messung und der Phasenregelung stabil sein; bsp. beträgt diese Zeitdauer bei getakteten HF-Meßsystemen (Radar-Meßsystemen) oder getakteten optischen Meßsystemen (Laser-Meßsystemen) zwischen 10-5 und 10«s. Vorteiihafterweise kann das Verfahren auf einfache Weise mit einer geringen Anzahl an kostengünstigen und handelsüblichen Bauteilen realisiert werden, so daß die Entfernungsauflösung und damit die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung für eine vorgegebene (beliebige) Anzahl an Zielobjekten mit einfachen Mitteln und demzufolge mit nur geringen zusätzlichen Kosten signifikant erhöht werden kann.
Im folgenden wird als Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Kraftfahrzeug und Zielobjekten mittels optischer IR-Pulse im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigt
Figur 1 .eine schematische Darstellung des der Entfernungsbestimmung mittels
Laufzeitmessung zugrundeliegenden Prinzips, Figur 2 die funktionale Abhängigkeit der Entfernungsabweichung von der gemes- senen Entfernung,
Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild mit den für die Phasenverschiebung der
Ansteuersignale benötigten Komponenten.
Im Nahbereich eines Kraftfahrzeugs kann die Entfernung und/oder die Geschwin- digkeit und/oder die Beschleunigung von im Beobachtungsbereich befindlichen
Zielobjekten, d.h. der Abstand zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und vorausfahrenden, entgegenkommenden oder nachfolgenden Fahrzeugen, Personen und sonstigen Reflexionsobjekten und/oder die Geschwindigkeit des eigenen Kraftfahrzeugs bezüglich vorausfahrender, entgegenkommender oder nachfolgender Fahr- zeuge, Personen und sonstiger Reflexionsobjekte und/oder die Beschleunigung des eigenen Kraftfahrzeugs bezüglich vorausfahrender, entgegenkommender oder nachfolgender Fahrzeuge, Personen und sonstiger Reflexionsobjekte, als Basis für Fahrerassistenzsysteme Verwendung finden. Die Entfernung und/oder Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung muß eindeutig und mit hoher Auflösung bestimmt werden: bsp. beträgt der gewünschte Entfernungseindeutigkeitsbereich 10 m, die gewünschte Entfernungsauflösung 0.5 m, die gewünschte Geschwindigkeitsauflösung 1 m/s und die gewünschte Beschleunigungsauflösung 0.1 m/s2.
Gemäß der Figur 1 wird das bsp. als optisches Meßsystem ausgebildete Meßsystem 1 0 aus Meßeinheit 3 (Sendeeinheit 4, Empfangseinheit 5) und Steuereinheit 7 (Aus- werteeinheit) an einer je nach Anwendungsfall vorgegebenen Position im Kraftfahrzeug 1 implementiert.
In mehreren aufeinanderfolgenden Meßvorgängen wird von der Sendeeinheit 4 der Meßeinheit 3 ein pulsförmiges Sendesignal 13 im infraroten (IR) Spektralbereich mit der Wellenlänge von bsp. 850 nm emittiert; das durch Reflexion an den sich im Öff- nungsfeld 22, d.h. im durch das pulsförmige Sendesignal 13 erfaßten Entferπungs- bereich und Winkelbereich (horizontaler Öffnungswinkel α, bsp. α = 50°; vertikaler Öffnungswinkel ß, bsp. ß = 1 2°) befindlichen Zielobjekten 2 (bsp. den vorausfahrenden Fahrzeugen oder Hindernissen) erhaltene Reflexionssignal 14 wird von der Empfangseinheit 5 der Meßeinheit 3 zu bestimmten Zeitpunkten während der Pul- spause des Sendesignals 13 als analoges Empfangssignal detektiert. Von der Steuereinheit 7, bsp. eine CPU („central process unit"), die gleichzeitig als Auswerteeinheit fungiert, wird das Empfangssignal zu bestimmten Zeitpunkten abgetastet („sampling") und hierdurch die Genauigkeit der Entfernungsmessung erhöht; die abgetasteten Meßwerte werden hinsichtlich der Laufzeit ausgewertet, woraus die Entfernungsinformation und/oder durch Verarbeitung der Entfemungsinformation die Geschwindigkeitsinformation und/oder die Beschleunigungsinformation gewonnen wird, d.h. die Entfernung dz zwischen dem Kraftfahrzeug als Bezugsobjekt 1 und dem Reflexionsobjekt als Zielobjekt 2 und/oder die Geschwindigkeit des Reflexionsobjekts als Zielobjekt 2 und/oder die Beschleunigung des Reflexionsobjekts als Zielobjekt 2. Das Öffnungsfeld 22 bzw. der erfaßte Winkelbereich (Öffnungswinkel α, ß) wird in mehrere Zielsektoren 21 unterteilt (bsp. in 1 ό Zielsektoren 21 ), denen jeweils ein zu erfassendes Refiexionsobjekt als Zielobjekt 2 zugeordnet wird und mittels deren Information eine Objektmatrix der Zielobjekte 2 erstellt wird. In der Figur 2 ist die funktionale Abhängigkeit der Entfernungsabweichung Δd = dz - d„ als Differenz zwischen der gemessenen Entfernung dz und der tatsächlichen Entfernung d« von der gemessenen Entfernung dz dargestellt. Je nach Abtastzeitpunkt des Empfangssignals und damit der Lage der verschiedenen (bsp. 3) abgetasteten Meßwerte bezüglich des Empfangssignals, insbesondere hinsichtlich deren Abweichung (Asymmetrie) bezüglich des Symmetrieveriaufs des Empfangssignals, ergibt sich bei dieser „Distanzgenauigkeitsfunktion" eine mehr oder weniger große Entfernungsabweichung Δd bzw. eine mehr oder weniger große Differenz zwischen der gemessenen Entfernung dz und der tatsächlichen Entfernung ds; die Entfemungsab- weichung Δd kann somit einen Wert zwischen Δd™ (minimale Entfernungsabweichung Δd bei einer symmetrischen Lage der Abtastzeitpunkte bezüglich des Empfangssignals) und Δd,™ (maximale Entfernungsabweichung Δd bei einer asymmetrischen Lage der Abtastzeitpunkte bezüglich des Empfangssignals) annehmen. Insbesondere weist diese Entfernungsabweichung Δd und damit die Distanzgenauig- keitsfunktion aufgrund der statistischen Verteilung der Abtastzeitpunkte bezüglich des Empfangssignals eine Periodizität mit der Periodendauer T* des Abtastvorgangs auf, bsp. den in der Figur 2 dargestellten sinusförmigen Verlauf. Durch Beeinflussung des Ansteuersignais (des Taktsignals) für die Ansteuerung entweder der Sendeeinheit 4 oder der Empfangseinheit 5 der Meßeinheit 3 und damit durch die Ver- Schiebung deren Phasenlage werden die mit einer Entfernungsabweichung Δd zwischen Δdmin und Δd » bestimmbaren Entfernungen in den Bereich der Distanzgenauigkeitsfunktion mit einer minimalen Entfernuπgsabweichung von Δd = Δd™» verschoben, wodurch die gemessene Entfernung zum Zielobjekt 2 mit der maximal möglichen Genauigkeit des Meßsystems 10 bestimmt wird. Beispielsweise beträgt bei einer Abtastfrequenz von fT = 100 MHz bzw. einer Periodendauer T* des Abtastvorgangs von TA = 10 ns und einer auf der Basis eines Gaußverfahrens realisierten schwerpunktbildenden Verfahrens die minimale Entfernungsabweichung Δd™ 1 cm und die maximale Entfernungsabweichung Δdm» 10 cm. Die Phasenverschiebung Δφ zwischen dem ersten Ansteuersignal AS1 und dem zweiten Ansteuersignal AS2 kann hierbei innerhalb einer Periodendauer der Ansteuerperiode beliebige Werte annehmen, d.h. die Phasenverschiebung Δφ kann zwischen 0° und 3ό0° betragen. In der Figur 3 sind die für die Vorgabe der Ansteuersignale AS1 , AS2 und deren relativer Phasenverschiebung zueinander relevanten Komponenten des Meßsystems 10 dargestellt.
Die Sendeeinheit 4 der Meßeinheit 3 weist bsp. ein als gepulsten IR-Halbleiterlaser ausgebildetes Sendeelement auf, der ein pulsförmiges Sendesignal 1 3 mit einer
Leistung von bsp. 10 W und einer Wellenlänge von bsp. 850 nm emittiert. Zur Vorgabe des ersten Ansteuersigπals AS1 (Taktsignals) für die Sendeeinheit 4 und des zweiten Ansteuersignais AS2 (Taktsignals) für die Empfangseinheit 5 ist der Taktgeber ό vorgesehen (bsp. ein Quarzoszillator), dessen Taktfrequenz fT bsp. 100 MHz beträgt. Die Empfangseinheit 5 wird hierbei vom Taktgeber 6 direkt angesteuert, d.h. mit dem in der Phasenlage unveränderten zweiten Ansteuersignal AS2 mit der Taktfrequenz fT zur Vorgabe der Abtastzeitpunkte des Empfangssignals 14 getaktet betrieben. Die Sendeeinheit 4 wird vom Taktgeber 6 über einen Phasenschieber 8 angesteuert, d.h. mit dem in der Phasenlage geänderten ersten Ansteuersignal AS1 zur Vorgabe des puisförmigen Sendesignals 13 mit der Taktfrequenz fT getaktet betrieben. Als Phasenschieber 8 zur Vorgabe der Phasendifferenz bzw. Phasenverschiebung Δφ zwischen dem ersten Ansteuersignal AS1 und dem zweiten Ansteuersignal AS2 ist bsp. ein einfach zu realisierendes, analog ansteuerbares Delay-Glied vorgesehen. Der der Meßeinheit 3 nachgeschalteten Steuereinheit 7 (Auswerteeinheit) werden die Ergebnisse (Daten) der Entfernungsmessungen übermittelt und von dieser ausgewertet; aus den Ergebnissen der Entfernungsmessungen, d.h. den gemessenen Entfernungen dz zu den Zielobjekten 2 im Beobachtungsbereich, können Geschwindigkeitswerte und/oder Beschleunigungswerte abgeleitet werden sowie die zeitli- chen Abläufe des Meßvorgangs gesteuert werden, insbesondere die Koordination von Sendebetrieb und Empfangsbetrieb, d.h. die Koordination von Sendeeinheit 4 zur Vorgabe des puisförmigen Sendesignals 13 und Empfangseinheit 5 zur Vorgabe der Abtastzeitpunkte des Empfangssignals 14. Das Ausgangssignal des Phasenschiebers 8 wird einem (einfach zu realisierenden) Phasendetektor 9 zugeführt (gleichzeitig wird auch der Phasenschieber 9 mit dem vom Taktgeber ό generierten zweiten Ansteuersignal AS2 mit der Taktfrequenz fT beaufschlagt), dessen Ausgangssignal wiederum von der Steuereinheit 7 verarbeitet und zur Ansteuerung des Phasenschiebers 8 verwendet wird; hierdurch wird demnach ein einfacher Regel- kreis realisiert, durch den die resultierende Phasenverschiebung Δφ zwischen dem zweiten Ansteuersignal AS2 zur Ansteuerung der Empfangseinheit 5 und dem ersten Ansteuersignal AS1 zur Ansteuerung der Sendeeinheit 4 in Abhängigkeit der Lage der Abtastzeitpunkte bezüglich des Empfangssignals kontrolliert und geregelt wer- den kann.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung der Entfernung (dz) zwischen einem Bezugsobjekt (1 ) und mindestens einem Zielobjekt (2) durch eine Laufzeitmessung des von einer Sendeeinheit (4) einer Meßeinheit (3) emittierten puisförmigen Sendesignals (1 3), wobei das von einer Empfangseinheit (5) der Meßeinheit (3) detektierte Reflexionssignal (1 ) zu bestimmten Abtastzeitpunkten abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit (4) mit einem ersten Ansteuersignal (AS1 ) für die Ansteuerung des Sendesignals (13) getaktet angesteuert wird, daß die Empfangseinheit (5) mit einem zweiten Ansteuersignal (AS2) für den Abtastvorgang getaktet angesteuert wird, und daß das zweite Ansteuersignal (AS2) gegenüber dem ersten Ansteuersignal (AS1 ) derart phasenverschoben wird, daß die Entfernungsabweichung (Δd) zwischen der aufgrund der Laufzeitmessung bestimmten Entfernung (dz) zum Zielobjekt (2) und der tatsächlichen Entfernung (dR) zum Zielobjekt (2) minimal wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ansteuersignal (AS1 ) zur Ansteuerung der Sendeeinheit (4) und das zweite Ansteuersignal (AS2) zur Ansteuerung der Empfangseinheit (5) durch den gleichen Taktgeber (6) generiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung (Δφ) wischen dem ersten Ansteuersignal (AS1 ) zur Ansteuerung der Sendeeinheit (4) und dem zweiten Ansteuersignal (AS2) zur Ansteuerung der Empfangseinheit (5) mittels eines Phasenschiebers (8) generiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen dem ersten Ansteuersignal (AS1 ) zur Ansteuerung der Sendeeinheit (4) und dem zweiten Ansteuersignal (AS2) zur Ansteuerung der Empfangseinheit (5) mittels eines Regelkreises geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung (Δφ) zwischen dem ersten Ansteuersignal (AS1 ) zur Ansteuerung der Sendeeinheit (4) und dem zweiten Ansteuersignal (AS2) zur Ansteuerung der Empfangseinheit (5) mittels eines Phasendetektors (9) bestimmt wird, daß der Steuereinheit (7) das von der Phasenverschiebung (Δφ) abhängige Ausgangssignal des Phasendetektors (9) zugeführt wird, und daß der Phasenschieber (8) abhängig von dem in der Steuereinheit (7) ausgewerteten Ausgangssignal des Phasendetektors (9) durch die Steuereinheit (7) angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Geschwindigkeit eines Zielobjekts (2) durch Differenzierung der in aufeinanderfolgenden Laufzeitmessungen bestimmten Entfernungen (dz) zu dem Zielobjekt (2) ermittelt wird.
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