Hannover, 17.09.2010 Hanover, 17.09.2010
2010P00059DE, Dr. Koschnitzki/Bremer 2010P00059DE, Dr. Koschnitzki / Bremen
(EM 2010E00040DE) (EM 2010E00040)
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Umfeld-Überwachungssystem für ein Fahrzeug Environment monitoring system for a vehicle
Die Erfindung betrifft ein Umfeld-Überwachungssystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Ermittlung eines Objektabstands. The invention relates to an environment monitoring system for a vehicle and to a method for determining an object distance.
Umfeld-Überwachungssysteme an Fahrzeugen dienen zur Ermittlung von Objekten im Umfeld des Fahrzeuges. Bei Rückraum- Überwachungssys- femen soll insbesondere eine mögliche Kollision mit sich im Rückraum (Umfeld hinter dem Fahrzeug) befindenden Objekten während einer Rückwärtsfahrt ermittelt werden. Environment monitoring systems on vehicles are used to determine objects in the environment of the vehicle. In the case of back-room monitoring systems, in particular a possible collision with objects located in the rear space (environment behind the vehicle) during a reverse drive is to be determined.
Hierzu weisen die Umfeld-Überwachungssysteme Abstandssensoren (Entfernungssensoren) auf. Bei Laufzeitmessungen sendet ein Abstandssensor in einem Aussende-Zeitpunkt ein Detektionssignal in den zu überwachenden Bereich aus. Wenn ein Objekt von dem Detektionssignal erfasst wird, reflektiert es dieses zurück, so dass der Abstandssensor es in einem Empfangszeitpunkt detektieren kann. Die Laufzeit des Detektionssignals kann als Differenz des Empfangszeitpunkts und des Aussende-Zeitpunkts ermittelt werden, so dass unter Heranziehung der Signal-Geschwindigkeit die Gesamt- Wegstrecke ermittelt werden kann, die das Doppelte des Abstandes des Objektes von dem Sensor darstellt. Derartige Laufzeitmessungen werden insbesondere mit Ultraschallsensoren und Radarsensoren, zum Teil auch mit Lichtstrahlen (Laser) als Detektionssignalen durchgeführt. Eine richtungsabhängige bzw. winkelaufgelöste Detektion kann mit Laufzeitmessungen zunächst nicht durchgeführt werden. For this purpose, the environment monitoring systems on distance sensors (distance sensors). In transit time measurements, a distance sensor sends a detection signal into the area to be monitored at a transmission time. When an object is detected by the detection signal, it reflects it back, so that the distance sensor can detect it at a reception time. The transit time of the detection signal can be determined as the difference between the time of reception and the time of transmission, so that the total travel distance, which is twice the distance of the object from the sensor, can be determined by using the signal speed. Such transit time measurements are carried out in particular with ultrasound sensors and radar sensors, in some cases also with light beams (lasers) as detection signals. A direction-dependent or angle-resolved detection can not initially be performed with runtime measurements.
In z. B. der DE 10 2007 052 977 A1 wird eine Triangulation vorgeschlagen, bei der zwei Ultraschallsensoren im Stoßfängerbereich eines Fahrzeugs
in einer Horizontallinie angeordnet sind, und jeweils für sich eine Laufzeitmessung durchführen, so dass zwei Abstandsinformationen ermittelt werden, die mittels einer Triangulation zur Ermittlung des Abstandes des Sensors gegenüber dem Fahrzeug bzw. dem Umfeld-Überwachungssystem dienen können, wobei ein derartiger Abstand im Allgemeinen als minimaler Abstand gegenüber dem Fahrzeug ermittelt wird. Auch die DE 10 2006 002 232 B4 schlägt eine derartige Triangulation zur Positionsbestimmung eines Objektes durch Messung zweier Abstände von zwei verschiedenen Positionen vor. In z. For example, DE 10 2007 052 977 A1 proposes a triangulation in which two ultrasonic sensors in the bumper region of a vehicle are arranged in a horizontal line, and in each case perform a transit time measurement, so that two distance information is determined, which can serve by means of a triangulation for determining the distance of the sensor relative to the vehicle or the environment monitoring system, such a distance in general as minimum distance from the vehicle is determined. DE 10 2006 002 232 B4 also proposes such a triangulation for determining the position of an object by measuring two distances from two different positions.
Bei derartigen Triangulationen kann bei bekanntem Sensorabstand (Abstand zwischen den Sensoren) und den separat ermittelten einzelnen Abständen eines Objektes gegenüber jedem der beiden Abstandssensoren somit ein Dreieck festgelegt werden, so dass der Abstand des Objektes zu dem Überwachungssystem als Höhe in diesem Dreieck festgelegt ist. Auch die DE 10 2007 042 220 A1 schlägt eine derartige Triangulation mittels Ultraschallsensoren vor. Aus der DE 41 37 068 A1 ist ein integrierter optischer Vielfach-Abstandssensor vorgesehen, der eine optische Triangulation unter Verwendung von positionsempfindlichen Dioden vorschlägt. With triangulations of this type, a triangle can thus be defined with a known sensor spacing (distance between the sensors) and the separately determined individual distances of an object relative to each of the two distance sensors, so that the distance of the object to the monitoring system is defined as height in this triangle. DE 10 2007 042 220 A1 also proposes such a triangulation by means of ultrasonic sensors. From DE 41 37 068 A1 an integrated optical multiple distance sensor is provided, which proposes optical triangulation using position sensitive diodes.
Die DE 195 07 957 C1 schlägt eine Triangulation unter Verwendung von Infrarot-LEDs vor, wobei eine Fahrbahnoberfläche abgetastet wird, um eine Fahrspurbegrenzung zu erfassen. Aus der DE 102 51 357 A1 ist ein Verfahren zum Setzen oder Abschalten eines Fahrtrichtungsanzeigers bekannt, bei dem aus ermittelten Umgebungsdaten Spur- und/oder Fahrtrichtungswechsel ermittelt werden, wobei neben einer Fahrspurerkennung auch eine Abstandsmessung als Laufzeitmessung mittels Infrarotsensoren einer Monokamera, sowie die Abstandsmessung mittels Triangulation einer Stereokamera beschrieben ist. DE 195 07 957 C1 proposes a triangulation using infrared LEDs, wherein a road surface is scanned to detect a lane boundary. From DE 102 51 357 A1 a method for setting or switching off a direction indicator is known, are determined from the determined environment data lane and / or direction change, wherein in addition to a lane detection and a distance measurement as transit time measurement by infrared sensors of a monocamera, and the distance measurement means Triangulation of a stereo camera is described.
Derartige Triangulationsverfahren setzen voraus, dass jeder Abstandssensor das zu bestimmende Objekt an im Wesentlichen der gleichen Stelle
erfasst und somit ein Dreieck gebildet wird. Bei größeren Objekten kann eine derartige Ermittlung durch Triangulation jedoch komplexer sein. Weiterhin kann ggf. einer der Abstandssensoren auch kein Messsignal detektieren, wenn z. B. das Objekt ungünstig verlaufende schräge Flächen aufweist, da Radarstrahlen und auch Ultraschallwellen eine gerichtete Reflektion erfahren, wobei Reflektionen an ungünstigen schrägen Ebenen ggf. nicht zu einem Echo an dem Abstandssensor führen. Nachteilhaft ist weiterhin die für herkömmliche Rückraumüberwachungssysteme im Allgemeinen erforderliche hohe Anzahl von Abstandssensoren, üblicherweise sechs bis acht Abstandssensoren bei einer Fahrzeugbreite eines Nutzfahrzeugs von z. B. 2,5 m. Such triangulation methods require that each distance sensor locate the object to be determined at substantially the same location recorded and thus a triangle is formed. For larger objects, however, such triangulation detection may be more complex. Furthermore, if necessary, one of the distance sensors can not detect a measurement signal, if z. B. the object has unfavorable sloping surfaces, since radar and ultrasonic waves undergo a directional reflection, with reflections on unfavorable inclined planes may not lead to an echo at the distance sensor. Another disadvantage is the generally required for conventional rear space monitoring systems high number of distance sensors, usually six to eight distance sensors at a vehicle width of a commercial vehicle of z. B. 2.5 m.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Umfeld- Überwachungssystem zu schaffen, das mit relativ geringem Aufwand eine sichere Überwachung des Umfeldes ermöglicht. The invention is based on the object to provide an environment monitoring system that enables reliable monitoring of the environment with relatively little effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Umfeld-Überwachungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Ergänzend ist ein entsprechendes Verfahren zur Ermittlung von Abständen von Objekten, insbesondere unter Verwendung eines derartigen Umfeld-Überwachungssystems, vorgesehen. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. This object is achieved by an environment monitoring system according to claim 1. In addition, a corresponding method is provided for determining distances of objects, in particular using such an environment monitoring system. The dependent claims describe preferred developments.
Erfindungsgemäß wird somit eine indirekte Messung vorgenommen, bei der ein erster Abstandssensor ein Detektionssignal abgibt, und ein anderer Abstandssensor in einem passiven Betriebsmodus ohne zu senden das von einem Objekt reflektierte Detektionssignal des ersten Abstandssensors de- tektiert, d.h. ein indirektes Echo aufnimmt. Thus, according to the invention, an indirect measurement is made in which a first distance sensor emits a detection signal, and another distance sensor detects in a passive operating mode without sending the detection signal of the first distance sensor reflected by an object, i. takes on an indirect echo.
Das von dem ersten, sendenden Abstandssensor ausgegebene Detektionssignal gelangt somit über einen ersten Abstand zu dem Objekt, wird an diesem reflektiert und gelangt über einen zweiten Abstand zu dem zweiten Abstandssensor. Durch diese indirekte Messung können bei einer Laufzeit-
ermittlung somit Gesamtwegstrecken ermittelt werden, die sich als Summe der Abstände des sendenden und des empfangenen Abstandsensors zu dem Objekt darstellen. The detection signal output by the first transmitting distance sensor thus passes to the object over a first distance, is reflected thereon and reaches the second distance sensor over a second distance. This indirect measurement can be used for a runtime determining total distance distances are determined, which are the sum of the distances of the transmitting and the received distance sensor to the object.
Vorzugsweise werden herkömmliche direkte Messungen, bei denen ein Abstandssensor sendet und empfängt, mit den erfindungsgemäßen indirekten Messungen kombiniert, wodurch ein kombinierter Betriebsmodus gebildet wird. Bei dieser Kombination empfangen somit beide Abstandssensoren, wobei nur einer sendet. Somit erfolgt eine direkte Messung zur Ermittlung des ersten Abstandes und die indirekte Messung der kombinierten Gesamtwegstrecke, aus der unter Hinzuziehung des gemessenen ersten Abstandes der andere Abstand ermittelt werden kann. Preferably, conventional direct measurements in which a distance sensor transmits and receives are combined with the indirect measurements of the invention, thereby forming a combined mode of operation. With this combination, both distance sensors receive, whereby only one sends. Thus, a direct measurement is carried out to determine the first distance and the indirect measurement of the combined total distance, from which the other distance can be determined by using the measured first distance.
Vorteilhafterweise können derartige kombinierte Betriebsmodi alternierend durchgeführt werden, so dass abwechselnd jeder Abstandssensor sendet, und die Anderen empfangen. Advantageously, such combined modes of operation may be performed alternately so that each distance sensor alternately transmits and receives the others.
Erfindungsgemäß werden einige Vorteile erreicht: According to the invention, some advantages are achieved:
Es können zusätzlich zu den direkten Messungen indirekte Messungen erfolgen, ohne relevanten zusätzlichen Hardwareaufwand; es ist lediglich eine ergänzende Software-Programmierung der Abstandssensoren dahingehend erforderlich, dass sie in dem passiven Betriebsmodus des Empfangens ohne eigenes Sendesignal betreibbar sind. In addition to the direct measurements, indirect measurements can be made without relevant additional hardware expenditure; only supplemental software programming of the distance sensors is required in that they can be operated in the passive operating mode of receiving without their own transmission signal.
Durch die indirekte Messung kann eine Triangulation erfolgen, auch wenn ggf. einer der beiden Sensoren keine direkte Messung empfängt, was z. B. bei ungünstig verlaufenden Reflektionsflächen des zu erfassenden Objektes vorliegen kann. In derartigen Fällen kann durch den kombinierten Betriebsmodus dennoch der Abstand beider Abstandsensoren zu dem Objekt und ergänzend auch die laterale Position des Objektes ermittelt werden.
Die indirekten Messungen können insbesondere zusätzlich zu den direkten Messungen erfolgen, um eine gegenseitige Plausibilisierung oder Abschätzung von Fehlern zu ermöglichen. Dies ist bereits bei Einsatz von lediglich zwei Abstandssensoren hilfreich. In einem derartigen Fall können die Abstandssensoren insbesondere an den seitlichen Bereichen des Fahrzeughecks angebracht sein und relativ breite Abstrahlwinkel, z. B. über 60 Grad, vorzugsweise fast 90 Grad aufweisen, um den Rückraum jeweils weitgehend zu erfassen, so dass der Überlappbereich der Abstrahlwinkel groß ist. Die Abstrahlwinkel sind insbesondere nach innen gerichtet, so dass sie nach hinten den gesamten Rückraum als Überlappbereich erfassen. By indirect measurement, a triangulation can be done, even if possibly one of the two sensors does not receive direct measurement, which z. B. may be present at unfavorably extending reflection surfaces of the object to be detected. In such cases, the distance between the two distance sensors to the object and, in addition, the lateral position of the object can still be determined by the combined operating mode. In particular, the indirect measurements may be in addition to the direct measurements to allow mutual plausibility or estimation of errors. This is already helpful when using only two distance sensors. In such a case, the distance sensors can be mounted in particular on the lateral areas of the vehicle rear and relatively wide radiation angle, z. B. over 60 degrees, preferably almost 90 degrees, to detect the back space each largely, so that the overlap region of the radiation angle is large. The emission angles are in particular directed inwards, so that they cover the entire rear space as an overlap region towards the rear.
Die indirekte Messung sollte für zwei Abstandssensoren in beide Messrichtungen grundsätzlich die gleiche Gesamt-Wegstrecke als Summe der einzelnen Abstände ergeben, so dass die beiden wechselseitigen, indirekten Messungen auch zur Verifizierung dienen können. The indirect measurement should in principle result in the same total distance as the sum of the individual distances for two distance sensors in both measuring directions, so that the two reciprocal, indirect measurements can also be used for verification.
Erfindungsgemäß können zusätzliche Betriebsmodi bzw. Erkennungsmethoden durchgeführt werden, insbesondere auch für den Fall, dass ein Erfassungsobjekt nicht zu einem Echo bei beiden Sensoren führt. Diese zusätzlichen Erkennungsmethoden können hierbei umfassen: According to the invention, additional operating modes or detection methods can be carried out, in particular also for the case that a detection object does not lead to an echo in both sensors. These additional detection methods may include:
- eine Radiusabschätzung, falls nur ein direktes Echo eines einzelnen Abstandssensors empfangen wurde, a radius estimate, if only a direct echo of a single distance sensor was received,
- eine Kombination der direkten Echos für eine herkömmliche Triangulation, a combination of direct echoes for conventional triangulation,
- im Falle lediglich indirekter Messungen die Ermittlung des Objektabstandes auf einer Ellipse. Eine derartige Ellipsenbildung kann grundsätzlich ausreichend sein, um einen minimalen möglichen Abstand zu detektieren; - In the case of only indirect measurements, the determination of the object distance on an ellipse. Such ellipse formation may in principle be sufficient to detect a minimum possible distance;
- eine Back up-Funktion bzw. additive Leistungsfunktion, bei der beide bzw. sämtliche Abstandssensoren gleichzeitig senden und empfangen, wo-
durch eine Überlagerung sämtlicher abgestrahlten Detektionssignale erreichbar ist, um die Gesamtleistung zu erhöhen. In diesem Fall kann der Abstand des Objektes zwar nur abgeschätzt werden, bei Einsatz mehrerer Abstandssensoren ergibt sich jedoch bereits eine Wellenfront, die der horizontalen Linie des Sensorsystems relativ nahe kommt. Die hierdurch erreichte Ge- samt-Leistung ermöglicht somit die Erfassung von Objekten, die durch einzelne direkte Messungen ggf. noch nicht möglich ist. a back-up function or additive power function in which both or all distance sensors transmit and receive at the same time, achievable by superimposing all the radiated detection signals to increase the overall performance. In this case, although the distance of the object can only be estimated, when using a plurality of distance sensors already results in a wavefront, which comes relatively close to the horizontal line of the sensor system. The total power thus achieved enables the detection of objects that may not yet be possible by individual direct measurements.
Somit wird ein kostengünstiges System geschaffen, das zusätzlich zu den bekannten direkten Messungen und direkten Triangulationsverfahren ergänzende Betriebsmodi und Erkennungsmethoden ermöglicht, durch die die Sicherheit und die Detektionsgenauigkeit bzw. die Plausibilisierung von Messergebnissen deutlich verbessert wird, ohne dass hierfür relevanter zusätzlicher Hardware-Aufwand auftritt. Thus, a cost-effective system is provided which, in addition to the known direct measurements and direct triangulation method allows additional operating modes and detection methods by which the security and detection accuracy and the plausibility of measurement results is significantly improved without this relevant additional hardware overhead occurs.
Die Synchronisation der Abstandssensoren für die indirekten Messungen kann durch die gemeinsame Steuereinrichtung erfolgen, die ohnehin auch zur Datenermittlung der herkömmlichen Triangulationsverfahren erforderlich ist. Hierbei können Synchronisationssignale über ein geeignetes Bus- System oder über eine Stern-Verbindung ausgegeben werden, so kann z. B. ein LIN-Bus zwischen den Abstandssensoren und der gemeinsamen Steuereinrichtung vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung kann die Synchronisationssignale als Bus-Kommandos ausgeben, wobei z. B. sämtliche Abstandssensoren adressiert werden, und die Angabe des jeweils sendenden Abstandssensors als Parameter enthalten ist. Die Messsignale werden entsprechend von den Abstandssensoren über den Bus an die Steuereinrichtung ausgegeben. Bei einer derartigen Ausbildung ist der ergänzende Software- Aufwand relativ gering. The synchronization of the distance sensors for the indirect measurements can be done by the common control device, which is anyway required for data acquisition of conventional triangulation. This synchronization signals can be output via a suitable bus system or via a star connection, so z. B. a LIN bus between the distance sensors and the common control device may be provided. The control device can output the synchronization signals as bus commands, wherein z. B. all distance sensors are addressed, and the indication of each transmitting distance sensor is included as a parameter. The measurement signals are output accordingly from the distance sensors via the bus to the control device. With such a design of the additional software effort is relatively low.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Umfeld- Überwachungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform mit zwei Abstandssensoren und schematisierter Darstellung der Entfernungsmessung; The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings of some embodiments. Show it: 1 shows a vehicle with an inventive environment monitoring system according to a first embodiment with two distance sensors and a schematic representation of the distance measurement.
Fig. 2 eine schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Fig. 2 is a schematic representation of the invention
Messprinzips und der Signale; Measuring principles and signals;
Fig. 3 eine zu Figur 1 alternative Ausführung mit drei Abstandssensoren. Fig. 3 is an alternative to Figure 1 embodiment with three distance sensors.
Ein Fahrzeug 1 kann z. B. als Anhängerfahrzeug, oder auch als Einzel- Fahrzeug ausgebildet sein. In oder an seinem Heckbereich 2 ist ein Rück- raum-Überwachungssystem 3 angebracht, das bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 zwei Ultraschall-Abstandssensoren 4-1 , 4-2 und eine Steuereinrichtung 5 aufweist, die über einen LIN-Bus 6 miteinander verbunden sind, so dass das Rückraum-Überwachungssystem ein Bus-System bildet. A vehicle 1 may, for. B. be designed as a trailer, or as a single vehicle. In or at its rear region 2, a rear-room monitoring system 3 is mounted, which in the embodiment according to FIG. 1 has two ultrasonic distance sensors 4-1, 4-2 and a control device 5, which are connected to one another via a LIN bus 6 so that the back room monitoring system forms a bus system.
Die beiden Ultraschall-Abstandssensoren 4-1 und 4-2 sind an den seitlichen Außenbereichen des Heckbereichs 2 angeordnet; gemäß der Draufsicht der Figur 1 ist der linke Abstandssensor 4-1 somit ganz links, und der rechte Abstandssensor 4-2 ganz rechts am Heckbereich 2 des Fahrzeugs 1 angeordnet. The two ultrasonic distance sensors 4-1 and 4-2 are arranged at the lateral outer portions of the rear portion 2; According to the plan view of Figure 1, the left distance sensor 4-1 is thus the leftmost, and the right distance sensor 4-2 arranged on the rightmost rear of the vehicle 2.
Die Ultraschall-Abstandssensoren 4-1 und 4-2 weisen z. B. in an sich bekannter Weise eine Membran auf, die sowohl zum Senden als auch Empfangen von Ultraschallwellen dient. Alternativ hierzu können die Ultraschall- Abstandssensoren 4-1 und 4-2 jedoch auch jeweils getrennte Sende- und Empfangseinrichtungen aufweisen.
ln Figur 1 sind Abstrahlwinkelbereiche 8-1 und 8-2 der Abstandssensoren 4-1 und 4-2 gezeigt, die einen Rückraum 7 hinter dem Fahrzeug 1 erfassen; diese Abstrahlbereiche 8-1 und 8-2 können z. B. Abstrahlkegel sein, vorteilhaft liegt jedoch eine Abstrahlcharakteristik im Wesentlichen in horizontaler Ebene vor. In Figur 2 sind die von dem ersten Ultraschall-Abstandssensor 4-1 ausgesandten Ultraschallwellen mit 9-1 und die von einem Objekt 10 nachfolgend reflektierten Ultraschallwellen mit 11-1 bezeichnet. Entsprechend sind die vom zweiten Ultraschall-Abstandssensor 4-2 in dessen Abstrahlbereich 8-2 ausgesandten Ultraschall-Wellen als 9-2 und die nachfolgend von dem Objekt 10 reflektierten Ultraschall-Wellen als 1 1-2 bezeichnet. Die Abstrahlbereiche 8-1 und 8-2 sind jeweils nach hinten und innen gerichtet, so dass sich die Abstrahlbereiche 8-1 und 8-2 weitgehend überlappen. Die Erfassungsbereiche der Ultraschall-Abstandssensoren 4-1 und 4-2, innerhalb von denen sie reflektierte Ultraschall-Wellen aufnehmen können, sind im Allgemeinen größer als ihre Abstrahlwinkelbereiche 8-1 und 8-2. The ultrasonic distance sensors 4-1 and 4-2 have z. B. in a conventional manner, a membrane which serves both to transmit and receive ultrasonic waves. Alternatively, however, the ultrasonic distance sensors 4-1 and 4-2 may also have separate transmitting and receiving devices. In Fig. 1, radiation angle ranges 8-1 and 8-2 of the distance sensors 4-1 and 4-2 which detect a rear space 7 behind the vehicle 1 are shown; These radiation ranges 8-1 and 8-2 can z. B. Abstrahlkegel, but advantageously there is a radiation pattern substantially in the horizontal plane. In FIG. 2, the ultrasonic waves emitted by the first ultrasonic distance sensor 4-1 are denoted by 9-1 and the ultrasonic waves subsequently reflected by an object 10 are denoted by 11-1. Accordingly, the ultrasonic waves emitted by the second ultrasonic distance sensor 4-2 in its emission area 8-2 are designated as 9-2 and the ultrasonic waves subsequently reflected by the object 10 are designated as 1-2. The emission areas 8-1 and 8-2 are respectively directed backwards and inwards, so that the emission areas 8-1 and 8-2 largely overlap. The detection ranges of the ultrasonic distance sensors 4-1 and 4-2, within which they can receive reflected ultrasonic waves, are generally larger than their radiation angle ranges 8-1 and 8-2.
Erfindungsgemäß ist ein erster, direkter Betriebsmodus möglich, bei dem - in an sich bekannter Weise - jeder Abstandssensor 4-1 bzw. 4-2 für sich Ultraschallwellen 9-1 bzw. 9-2 aktiv aussendet und nachfolgend seine reflektierten Ultraschallwellen detektiert. So sendet der erste Ultraschall- Abstandssensor 4-1 in diesem ersten Betriebsmodus Ultraschallwellen 9-1 aus, die teilweise von dem Objekt 10 als Ultraschallwellen 1 1-1 reflektiert werden, und detektiert diese reflektierten Ultraschallwellen 1 1-1 nach einer Zeitdifferenz ΔΤ. Ein Abstand L1 des Objektes 10 von dem ersten Abstandssensor 4-1 kann nachfolgend nach dem Prinzip der Laufzeitmessung detektiert werden: Die Ultraschallwellen 9-1 , 11-1 legen die Wegstrecke 2 x L1 mit der Schallgeschwindigkeit c zurück, so dass According to the invention, a first direct mode of operation is possible in which - in a manner known per se - each distance sensor 4-1 or 4-2 actively emits ultrasonic waves 9-1 or 9-2 and subsequently detects its reflected ultrasonic waves. Thus, in this first operation mode, the first ultrasonic distance sensor 4-1 transmits ultrasonic waves 9-1 partly reflected by the object 10 as ultrasonic waves 1-1-1, and detects these reflected ultrasonic waves 1-1-1 after a time difference Δθ. A distance L1 of the object 10 from the first distance sensor 4-1 can be subsequently detected according to the principle of transit time measurement: The ultrasound waves 9-1, 11-1 return the distance 2 x L1 with the speed of sound c, so that
2 x L1 = ΔΤ x c ist, 2 x L1 = ΔΤ x c,
woraus L1 ermittelt werden kann. Der Abstandssensor 4-1 gibt ein direktes Messsignal S1 an die Steuereinrichtung 5.
Entsprechend misst der zweite Ultraschall-Abstandssensor 4-2 in dem direkten Betriebsmodus durch eine Laufzeitmessung aktiv seinen Abstand L2 zu dem Objekt 10 und gibt ein direktes Messsignal S2 an die Steuereinrichtung 5. from which L1 can be determined. The distance sensor 4-1 outputs a direct measurement signal S1 to the control device 5. Accordingly, the second ultrasonic distance sensor 4-2 actively measures its distance L2 to the object 10 in the direct mode of operation by a travel time measurement and outputs a direct measurement signal S2 to the control device 5.
Weiterhin ist der Abstand d zwischen den Abstandssensoren 4-1 und 4- 2 bekannt, so dass das Dreieck 4-1 , 10, 4-2 vollständig mit seinen Seiten L1 , L2 und d bekannt ist und ein Objektabstand s sich somit als Höhe in diesem Dreieck ergibt, wobei die Höhe s senkrecht auf d steht. Die Ermittlung des Objektabstandes s erfolgt somit in der Steuereinrichtung 5 durch eine Triangulation anhand des bekannten Dreiecks 4-1 , 10, 4-2. Furthermore, the distance d between the distance sensors 4-1 and 4- 2 is known, so that the triangle 4-1, 10, 4-2 is completely known with its sides L1, L2 and d and an object distance s is thus as height in gives this triangle, the height s is perpendicular to d. The determination of the object distance s thus takes place in the control device 5 by triangulation on the basis of the known triangle 4-1, 10, 4-2.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein zweiter, indirekter Betriebsmodus möglich, bei dem die Abstandssensoren 4-1 und 4-2 reflektierte Ultraschallwellen 1 1-2 bzw. 1 1 -1 aufnehmen, die von dem jeweils anderen Abstandssensor 4-2 bzw. 4-1 ausgesandt wurden: so sendet der erste Abstandssensor 4-1 Ultraschallwellen 9-1 aus und der zweite Abstandssensor 4-2 detek- tiert passiv ohne zu senden die von dem Objekt 10 reflektierten Ultraschallwellen 11-1. Die Ultraschallwellen haben somit in diesem zweiten Betriebsmodus die Gesamtstrecke L1 + L2 von dem ersten Abstandssensor 4-1 über das Objekt 10 zu dem zweiten Abstandssensor 4-2 zurückgelegt. Indem die Abstandssensoren 4-1 und 4-2 synchronisiert sind, kann die Zeitdifferenz zwischen dem Absendezeitpunkt beim ersten Abstandssensor 4-1 und dem Empfangszeitpunkt beim zweiten Abstandssensor 4-2 als Laufzeit ermittelt und mit der Schallgeschwindigkeit c entsprechend die Gesamtstrecke L1 + L2 errechnet werden. According to the invention, a second, indirect operating mode is furthermore possible, in which the distance sensors 4-1 and 4-2 receive reflected ultrasonic waves 1 to 1 or 1 to 1, which are emitted by the respective other distance sensor 4 - 2 or 4 - 1 Thus, the first distance sensor 4-1 transmits ultrasonic waves 9-1, and the second distance sensor 4-2 passively detects without transmitting the ultrasonic waves 11-1 reflected from the object 10. The ultrasonic waves have thus covered the total distance L1 + L2 from the first distance sensor 4-1 via the object 10 to the second distance sensor 4-2 in this second operating mode. By the distance sensors 4-1 and 4-2 are synchronized, the time difference between the transmission time at the first distance sensor 4-1 and the reception time at the second distance sensor 4-2 can be determined as transit time and calculated with the speed of sound c corresponding to the total distance L1 + L2 ,
Weiterhin kann umgekehrt auch der zweite Abstandssensor 4-2 aktiv Ultraschallwellen 9-2 aussenden und entsprechend der erste Abstandssensor 4-1 passiv ohne zu senden die von dem Objekt 10 reflektierten zweiten
Ultraschallwellen 11-2 detektieren, so dass durch die Laufzeitmessung dieselbe Gesamtstrecke L2 + L1 ermittelt werden kann. Furthermore, conversely, the second distance sensor 4-2 can actively emit ultrasonic waves 9-2, and accordingly the first distance sensor 4-1 passively transmits the second reflected by the object 10 without transmitting Detecting ultrasonic waves 11-2, so that the same total distance L2 + L1 can be determined by the transit time measurement.
Vorteilhafterweise werden der direkte und indirekte Betriebsmodi dahingehend kombiniert, dass ein Abstandssensor, z. B. 4-1 sendet, und zum einen im direkten Betriebsmodus selbst empfängt, und der andere Abstandssensor 4-2 passiv empfängt. Somit können in diesem kombinierten Betriebsmodus gleichzeitig die Strecken L1 sowie L1 + L2 ermittelt werden. Advantageously, the direct and indirect modes of operation are combined to form a distance sensor, e.g. B. 4-1 sends, and on the one hand receives in the direct mode of operation itself, and the other distance sensor 4-2 receives passively. Thus, in this combined operating mode, the distances L1 and L1 + L2 can be determined simultaneously.
Nachfolgend sendet dann der zweite Abstandssensor 4-2 und empfängt in seinem direkten Betriebsmodus, während der erste Abstandssensor 4-1 lediglich passiv empfängt, so dass dann gleichzeitig die Strecken L2 sowie L2+ L1 gemessen werden können. Subsequently, the second distance sensor 4-2 then sends and receives in its direct operating mode, while the first distance sensor 4-1 only receives passively, so that then the distances L2 and L2 + L1 can be measured simultaneously.
Die Abstandssensoren 4-1 und 4-2 geben indirekte Messsignale S3 und S4 an die Steuereinrichtung 5. Bei diesem kombinierten Betriebsmodus können aus den beiden Messsignalen jeder Messung bereits beide Wegstrecken ermittelt werden. So kann in der ersten Messung, bei der der erste Abstandssensor 4-1 aktiv sendet und empfängt und der zweite Abstandssensor 4-2 lediglich passiv empfängt, direkt aus dem aktiven Messsignal S1 des ersten Abstandssensors 4-1 durch Halbieren die Wegstrecke L1 ermittelt werden, und dieser Wert vom der als passives Messsignal S4 des anderen Abstandssensors 4-2 übermittelten Gesamtstrecke L1 +L2 abgezogen werden: The distance sensors 4-1 and 4-2 give indirect measuring signals S3 and S4 to the control device 5. In this combined operating mode, both distances can already be determined from the two measuring signals of each measurement. Thus, in the first measurement in which the first distance sensor 4-1 actively transmits and receives and the second distance sensor 4-2 receives only passively, the distance L1 can be determined directly from the active measurement signal S1 of the first distance sensor 4-1 by halving the distance L1, and this value is subtracted from the total distance L1 + L2 transmitted as the passive measurement signal S4 of the other distance sensor 4-2:
1. der Abstandssensor 4-1 sendet, beide Abstandssensoren 4-1 und 4-2 empfangen. Somit misst der erste Abstandssensor die Wegstrecke D1 = L1 + L1 , der zweite Abstandssensor 4-2 die Wegstrecke D2 = L1 + L2; 1. the distance sensor 4-1 sends, both distance sensors 4-1 and 4-2 received. Thus, the first distance sensor measures the distance D1 = L1 + L1, the second distance sensor 4-2 measures the distance D2 = L1 + L2;
2. aus D1 wird durch Halbieren L1 berechnet, 2. D1 is calculated by halving L1,
3. aus D2 und dem im Schritt 2 bestimmten L1 wird durch Subtraktion L2 berechnet.
Somit ist das Dreieck 4-1 , 10, 4-2 bekannt, so dass dessen Höhe (Höhe des Objekts 10 auf der Seite d) als Objektabstand s des Objektes 10 zu den Sensoren 4-1 , 4-2 bzw. dem Fahrzeug 1 ermittelt werden kann. Gemäß Figur 2 kann nachfolgend die laterale Position p des Objektes 10 ermittelt werden, z. B. gemäß Figur 2 als Teilstrecke p zwischen der Höhenprojektion des Objektes 10 entlang der Höhe s und dem ersten Abstandssensor 4-1 , wobei p2 + S2 = L12. Somit ist die Lage des Objektes 10 zu den beiden Abstandssensoren 4-1 und 4-2, sowie auch zu dem Fahrzeugheck 2 (bei bekannter Position der Abstandssensoren 4-1 , 4-2 am Fahrzeugheck 2) bekannt. 3. from D2 and the L1 determined in step 2 is calculated by subtracting L2. Thus, the triangle 4-1, 10, 4-2 is known, so that its height (height of the object 10 on the side d) as object distance s of the object 10 to the sensors 4-1, 4-2 and the vehicle. 1 can be determined. According to FIG. 2, the lateral position p of the object 10 can subsequently be ascertained, eg. As shown in Figure 2 as part of section p between the height projection of the object 10 along the height s and the first distance sensor 4-1, where p 2 + S 2 = L1. 2 Thus, the position of the object 10 to the two distance sensors 4-1 and 4-2, as well as to the vehicle rear 2 (in known position of the distance sensors 4-1, 4-2 at the rear of the vehicle 2) known.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der gegenüber der Ausführungsform der Figur 1 zusätzlich der dritte, mittlere Ultraschall- Abstandssensor 4-3 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform können die Abstrahlwinkelbereiche (Abstrahlkeulen) 8-1 und 8-2 der beiden äußeren Ultraschall- Abstandssensoren 4-1 und 4-2 ggf. etwas nach außen gedreht werden, da der mittlere Bereich durch den ergänzend vorgesehenen Abstandssensor 4-3 erfasst wird. Somit kann hier auch ein seitlicher Heckbereich zusätzlich er- fasst werden. FIG. 3 shows a further embodiment in which, in addition to the embodiment of FIG. 1, the third, middle ultrasonic distance sensor 4-3 is additionally provided. In this embodiment, the Abstrahlwinkelbereiche (emission lobes) 8-1 and 8-2 of the two outer ultrasonic distance sensors 4-1 and 4-2 may possibly be rotated slightly outward, since the central region detected by the complementary provided distance sensor 4-3 becomes. Thus, a lateral rear area can also be detected here.
Bei der Ausführungsform der Fig. 3 können drei direkte Abstandsmessungen durchgeführt werden. Weiterhin sind indirekte Messungen möglich, wobei alternierend jeweils einer der Abstandssensoren 4-1 , 4-3, 4-2 sendet und alle drei Abstandssensoren 4-1 , 4-2, 4-3 empfangen, so dass sich sechs indirekte Messungen ergeben, und die Strecken L1 + L2, L1 + L3, L2 + L3 jeweils wiederum doppelt (in beide Richtungen) gemessen werden. In the embodiment of FIG. 3, three direct distance measurements can be performed. Furthermore, indirect measurements are possible, alternately each one of the distance sensors 4-1, 4-3, 4-2 sends and all three distance sensors 4-1, 4-2, 4-3 receive, so that there are six indirect measurements, and the distances L1 + L2, L1 + L3, L2 + L3 are again measured twice (in both directions).
Somit kann bei dieser Ausführungsform ein umfangreicheres Gleichungssystem zur Ermittlung des Objektabstandes s sowie der lateralen Breite p angesetzt werden.
Bei sämtlichen Ausführungsformen kann sich das Objekt 10 auch neben dem Fahrzeug 1 befinden. Diese seitliche Position des Objektes 10 kann erfindungsgemäß erkannt werden, wobei in diesem Fall die Distanz p negativ oder größer als d ist. Derartige Objekte können vom Algorithmus direkt verworfen oder als nicht behindernd angezeigt werden. Thus, in this embodiment, a more extensive system of equations for determining the object distance s and the lateral width p can be used. In all embodiments, the object 10 may also be located next to the vehicle 1. This lateral position of the object 10 can be recognized according to the invention, in which case the distance p is negative or greater than d. Such objects can be discarded directly by the algorithm or displayed as non-obstructive.
Grundsätzlich kann es auftreten, dass ein Objekt 10 Ultraschallwellen 8- 1 oder 8-2 nicht vollständig bzw. nicht symmetrisch in sämtliche Richtungen reflektiert, z. B. aufgrund seiner Materialeigenschaften oder insbesondere auch der Neigung seiner Flächen. Somit kann z. B. in Fig. 1 der Fall auftreten, dass das Objekt 10 nicht zu einem Echo bei beiden Abstandssensoren 4-1 und 4-2 führt. Wenn z. B. der erste Abstandssensor 4-1 sendet, kann evtl. der zweite Abstandssensor 4-2 kein Echo bzw. keine reflektierten Ultraschallwellen 1 1-1 empfangen, oder umgekehrt nur der zweite Abstandssensor 4-2 reflektierte Ultraschallwellen 1 1-1 empfangen, nicht jedoch der sendende Abstandssensor 4-1 selbst. Gerade in diesem letzten Fall ist in dem herkömmlichen ersten Betriebsmodus die Detektion eines Signals ggf. gar nicht möglich. Erfindungsgemäß können in derartigen und anderen Fällen zusätzliche Erkennungsmethoden durchgeführt werden. Diese sind z. B.: In principle, it may occur that an object 10 does not completely or not symmetrically reflect ultrasonic waves 8-1 or 8-2 in all directions, e.g. B. due to its material properties or in particular the inclination of its surfaces. Thus, z. Example, in Fig. 1, the case that the object 10 does not lead to an echo in both distance sensors 4-1 and 4-2. If z. For example, when the first distance sensor 4-1 transmits, the second distance sensor 4-2 may not receive echo or reflected ultrasonic waves 1-1-1, or conversely, only the second distance sensor 4-2 may receive reflected ultrasonic waves 1-1-1 However, the transmitting distance sensor 4-1 itself. Especially in this last case, the detection of a signal may not be possible in the conventional first operating mode. According to the invention, additional detection methods can be carried out in such and other cases. These are z. B .:
- eine Radiusschätzung, falls nur ein direktes Echo, d. h. über die Wegstrecke L1 + L1 oder die Wegstrecke L2 +L2 empfangen wurde. Somit ist der Radius des Abstandskreises oder der Abstandskugel zu dem Abstandssensor bekannt, der das direkte Echo empfängt; a radius estimate, if only a direct echo, d. H. was received over the distance L1 + L1 or the distance L2 + L2. Thus, the radius of the pitch circle or space ball to the distance sensor is known which receives the direct echo;
- eine Triangulation von direkten Messungen, falls keine indirekten Echos empfangen wurden. Somit werden die Strecken L1 + L1 und L2 + L2 gemessen, aber keine Mischtherme. In diesem Fall ist eine herkömmliche Triangulation aus den einzeln gemessenen Wegstrecken L1 und L2 und dem bekannten Sensorabstand d möglich.
- die Ermittlung des Objektabstandes s auf einer Ellipse, falls lediglich indirekte Messungen möglich sind. Die indirekten Messungen liefern die Summe L1 +L2 der beiden Abstände L1 und L2. Alle Punkte mit dieser konstanten Summe liegen auf einer Ellipse, in deren Brennpunkten die Abstandssensoren 4-1 und 4-2 liegen. Eine derartige Ellipsenbildung kann grundsätzlich ausreichend sein, um einen minimalen möglichen Abstand zu detektieren. - a triangulation of direct measurements if no indirect echoes were received. Thus, the distances L1 + L1 and L2 + L2 are measured, but no mixed heat. In this case, a conventional triangulation of the individually measured distances L1 and L2 and the known sensor distance d is possible. - The determination of the object distance s on an ellipse, if only indirect measurements are possible. The indirect measurements provide the sum L1 + L2 of the two distances L1 and L2. All points with this constant sum lie on an ellipse, at the focal points of which are the distance sensors 4-1 and 4-2. Such an ellipse formation may in principle be sufficient to detect a minimum possible distance.
- als Backup: beide Abstandssensoren 4-1 und 4-2 senden und empfangen gleichzeitig, um die abgestrahlte Gesamt- Signalleistung zu erhöhen. Somit kann eine Gesamt-Leistung erreicht werden, die sich als Überlagerung der Abstrahlwinkelbereiche (Abstrahlkegel) 8-1 und 8-2 bildet (in Fig. 3 der Abstrahlwinkelbereiche 8-1 , 8-2, 8-3). Diese Überlagerung nimmt zu größeren Objektabständen s hin stärker die Form einer parallelen Wellenfront an. In diesem Modus kann der Objektabstand s nur geschätzt werden; gerade bei größeren Objektabständen s ist jedoch die Messungenauigkeit aufgrund der unbekannten lateralen Position nicht mehr so relevant, insbesondere wenn s sehr groß gegen d wird. Somit sind auch Abschätzungen größerer Objektabstände s möglich. - as a backup: both distance sensors 4-1 and 4-2 send and receive at the same time to increase the total radiated signal power. Thus, a total power can be achieved, which forms as a superposition of the Abstrahlwinkelbereiche (Abstrahlkegel) 8-1 and 8-2 (in Fig. 3 of the Abstrahlwinkelbereiche 8-1, 8-2, 8-3). This superposition takes the form of a parallel wavefront more strongly towards larger object distances s. In this mode, the object distance s can only be estimated; however, even with larger object distances s, the measurement inaccuracy due to the unknown lateral position is no longer so relevant, especially when s becomes very large towards d. Thus, estimates of larger object distances s are possible.
Die Synchronisierung der Abstandssensoren 4-1 und 4-2 erfolgt vorteilhafterweise über die Steuereinrichtung 5, die entsprechende Steuersignale bzw. Kommandos über den LIN-Bus 6 ausgibt. So können von der Steuereinrichtung 5 über den Bus 6 Synchronisationskommandos K1 an sämtliche Abstandssensoren 4-1 und 4-2 der Fig. 1 und 4-1 , 4-2 und 4-3 der Fig. 3 ausgegeben werden, d.h. sämtliche Sensoren werden adressiert, wobei das Synchronisationskommando K1 jeweils einen Parameter zur Festlegung des sendenden Abstandssensors und enthält, und alle Abstandssensoren empfangen, woraufhin sie Messsignale S1 und S4 oder S2 und S3 an die Steuereinrichtung 5 ausgeben.
Erfindungsgemäß sind auch Messungen in verschiedenen Ebenen sowie Messungen über verschiedene Ebenen hinweg möglich.
The synchronization of the distance sensors 4-1 and 4-2 advantageously takes place via the control device 5, which outputs corresponding control signals or commands via the LIN bus 6. Thus, synchronization commands K1 can be output from the control device 5 via the bus 6 to all distance sensors 4-1 and 4-2 of FIGS. 1 and 4-1, 4-2 and 4-3 of FIG. 3, ie all sensors are addressed wherein the synchronization command K1 each contains a parameter for determining the transmitting distance sensor and, and all distance sensors receive, whereupon they output measurement signals S1 and S4 or S2 and S3 to the control device 5. According to the invention, it is also possible to carry out measurements in different levels and measurements over different levels.