DE19711467A1 - Verfahren zur Bestimmung des senkrechten Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung des senkrechten Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des senkrechten Ab­ standes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrich­ tung, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, bei welcher ein an dieser Einrich­ tung angeordneter erster Sensor ein Signal abgibt, welches von dem Objekt reflektiert wird und dieses reflektierte Signal von diesem ersten Sensor empfangen wird, wobei aus der Laufzeit des Signals von der Aussendung bis zum Empfang durch den ersten Sensor der Abstand zwischen dem er­ sten Sensor und dem Objekt bestimmt wird.
Um das Rückwärtsfahren zu erleichtern, und Zusammenstöße mit parkenden Wagen oder anderen im Weg stehenden Gegenständen zu verhindern, ist es bekannt, an der Rückseite des Kraftfahrzeuges Sensoren vorzusehen, wel­ che beispielsweise Ultraschall- oder Radarsignale aussenden und die von dem Hindernis reflektierte Strahlung wieder empfangen. Dabei wird der Ab­ stand zwischen dem am Kraftfahrzeug angeordneten Sensor und dem Hin­ dernis aus der Laufzeit des Signals vom Sensor zum Hindernis und wieder zurück bestimmt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß nur eine Aussage über den Abstand als solchen zwischen Sensor und Objekt möglich ist. Eine Angabe des senk­ rechten Abstandes zwischen Hindernis und Kraftfahrzeug (auf der Basis des am Kraftfahrzeug angeordneten Sensors) scheitert aber an der Mehrdeutig­ keit, welche durch die möglichen Positionen des Hindernisses hervorgerufen werden, die dieses mit dem gleichen Sensor-Hindernis-Abstand einneh­ men kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestim­ mung des senkrechten Abstandes des Objektes von einem Kraftfahrzeug anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit Hilfe dieses Ab­ standes alle möglichen Positionen des Objektes vom ersten Sensor ermittelt werden, weiterhin das vom Objekt reflektierte Signal von einem zweiten, ebenfalls an der sich örtlich verändernden Einrichtung angeordneten Sensor empfangen wird und aus der Laufzeit des Signals vom ersten zum zweiten Sensor eine Strecke vom ersten Sensor zum Objekt und von diesem zum zweiten Sensor bestimmt wird, aus welcher alle möglichen Positionen des Objekts zum zweiten Sensor bestimmt werden, anschließend die möglichen Positionen des ersten und des zweiten Sensors miteinander verglichen wer­ den und für die Position des Objektes, die sowohl vom ersten als auch vom zweiten Sensor bestimmt werden der senkrechte Abstand zur sich örtlich verändernden Einrichtung berechnet wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß neben der zuverlässigen Be­ stimmung des senkrechten Abstandes eine zuverlässige Unterscheidung zwischen imaginären und realen Hindernissen aufgrund der zusätzlichen Information der indirekten Messung möglich ist.
In einer Weiterbildung sendet der zweite Sensor ein Signal aus, das vom Objekt reflektiert wird und empfängt dieses reflektierte Signal (direkte Mes­ sung), wobei aus der Laufzeit dieses Signals die möglichen Positionen des Objektes mit dem gleichen Abstand zum zweiten Sensor bestimmt werden.
Nur dort, wo alle direkten und indirekten Messungen die Position eines Ob­ jektes angeben, existiert ein reales Hindernis.
In einer Ausgestaltung werden zunächst in einer direkten Messung alle mög­ lichen Positionen des Objektes zum zweiten Sensor bestimmt und anschlie­ ßend in einer indirekten Messung die Strecke zwischen ersten Sensor, Ob­ jekt und zweiten Sensor bestimmt.
Um Mehrdeutigkeiten zu unterbinden, wird der senkrechte Abstand des Ob­ jektes von der sich örtlich verändernden Einrichtung für die Position des Objektes bestimmt, die sowohl mit der indirekten Messung des ersten Sen­ sors als auch mit der direkten und indirekten Messung des zweiten Sensors erfaßt wurden.
Um Umwelteinflüsse auszusondern, wird der Abstand zwischen Objekt und der sich örtlich verändernden Einrichtung nur dann bestimmt, wenn sich das Objekt in einem Sensorkorridor befindet, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor aufgespannt ist.
In einer Weiterbildung wird bei Anwesenheit von mehreren Sensoren an der sich örtlich verändernden Einrichtung die direkte und indirekte Messung im­ mer durch zwei Sensoren durchgeführt und die so ermittelten möglichen Positionen des Objektes miteinander verglichen. Der Sensorkorridor wird dabei zwischen den, die aktuelle Messung ausführenden Sensoren aufge­ spannt.
Da die Sensoren unterschiedliche Entfernungen voneinander aufweisen, werden bei der paarweisen Messung der Sensoren unterschiedlich breite Sensorkorridore aufgespannt. Es können somit unterschiedlich positionierte Objekte bzw. Hindernisse geortet werden.
Bei der Erfassung von mehreren Objekten mit unterschiedlichen Abständen zu der sich örtlich ändernden Einrichtung, wird das Objekt mit dem minima­ len Abstand bestimmt und der minimale senkrechte Abstand berechnet und abgespeichert.
In einer Weiterbildung wird der minimale Abstand des Objektes mit dem mi­ nimalen direkten Abstand des von einem Randsensor erfaßten Objektes verglichen und der kleinere dieser beiden Abstände als der minimale Ab­ stand zum nächsten Objekt bestimmt. Dadurch werden die Bereiche jenseits der Randsensoren, die durch die Sensorkorridore nicht abgedeckt sind, miterfaßt.
Um nur tatsächlich vorhandene Hindernisse zu erfassen, wird jede Laufzeit­ messung mehrfach durchgeführt und ein erfaßtes Objekt nur dann weiter betrachtet, wenn es bei allen Messungen erfaßt wurde. Vor jeder ersten indi­ rekten Messung müssen alle Sensoren einmal ein Signal ausgesendet ha­ ben.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eines soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Fig. näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 Anordnung zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Hin­ dernis und einem Kraftfahrzeug,
Fig. 2 Verfahren zur Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 Direkte und indirekte Messung bei zwei Sensoren,
Fig. 4 Bestimmung der Laufstrecke bei der indirekten Messung,
Fig. 5 Sensorkorridore,
Fig. 6 Betrachtung des Randbereiches eines Fahrzeuges,
Fig. 7 Direkte und indirekte Messung im Randbereich.
Gemäß Fig. 1 sind an der rückseitigen Stoßstange eines Kraftfahrzeuges K vier Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 in gleichmäßigen Abständen angeordnet, die als Rückfahr- und Einparkhilfe genutzt werden.
Die verwendeten piezoelektrischen Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 dienen sowohl als Sender als auch als Empfänger. Eine Steuereinheit 7, welche vorzugs­ weise ein Mikroprozessor ist, ist über Sende- 5 und Empfangsleitungen 6 mit jedem der Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 verbunden. Der Mikroprozessor weist dabei eine Ein- und Ausgabeeinheit 8, eine zentrale Recheneinheit 9 sowie einen Arbeitsspeicher 10 und einen Festwertspeicher 11 auf.
Der Mikroprozessor 7 erzeugt elektrische Impulse mit einer Frequenz von ungefähr 40 KHz, die über die Leitung 5 an den jeweiligen Ultraschallgeber 1, 2, 3, 4 weitergeleitet und dort in entsprechende Ultraschallimpulse umge­ wandelt werden. Die vom Objekt A reflektierten Ultraschallsignale (Echos) werden von den Ultraschallempfängern 1, 2, 3 bzw. 4 empfangen und als elektrisches Signal über die Leitung 6 an die Steuereinheit 7 geleitet. Die Steuereinheit 7 mißt mit Hilfe ihres internen, nicht weiter dargestellten Takt­ gebers, die Laufzeit zwischen der Aussendung des elektrischen Impulses und dem Empfang des elektrischen Impulses vom Ultraschallgeber und speichert diese im Arbeitsspeicher 11 ab.
Üblicherweise wird aus der Laufzeit t des Ultraschallsignals der Abstand s zwischen dem Kraftfahrzeug (Sensor) und dem Hindernis A nach der be­ kannten Gleichung
s = ½×c×t
bestimmt, wobei c die Schallgeschwindigkeit darstellt.
Bei dieser direkten Messung ist nur eine Aussage über den Abstand zwi­ schen Sensor und Objekt möglich. Eine Angabe des senkrechten Abstandes zwischen Objekt und dem Kraftfahrzeug K, an dem sich der Sensor befindet, scheitert an der Mehrdeutigkeit hervorgerufen durch die möglichen Positio­ nen des Objektes. Denn es existieren beliebig viele Objekt-Positionen mit dem gleichen Sensor-Objektabstand. Man kann diesen Sensor- Objektabstand auch als Radius eines Kreises betrachten und den Kreis als die Kurve auf dem sich ein, aber auch beliebig viele Objekte befinden kön­ nen. Dieser Halbkreis soll deshalb als Anwesenheitskurve DA1A und DA1B bzw. DA2A und DA2B (vgl. Fig. 3) bezeichnet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der Fig. 2 und 3 für zwei Sensoren erläutert werden.
Vor Beginn der eigentlichen Messung muß jeder Ultraschallsensor minde­ stens ein Signal gesendet haben. Dies erfolgt in einer Initialisierungsphase 0.
In der eigentlichen Meßphase 1 werden die Sensoren 1, 2, 3, 4 für direkte und indirekte Messungen zyklisch von der Steuereinheit 7 angesteuert und abgetastet. Das heißt, Sensor 1 gibt ein Ultraschallsignal ab, was einmal vom Objekt A und außerdem vom Objekt B reflektiert wird. Die Echos wer­ den vom Sensor 1 empfangen. Aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten der Signale - vom Sensor 1 zum Objekt A bzw. vom Sensor 1 zum Objekt B und wieder zurück - berechnet die Steuereinheit 7 für jedes Objekt A und B einen Abstand zum Sensor 1, der im Speicher 10 abgespeichert wird. Alle mit diesem Abstand möglichen Positionen des Objektes A sind durch die Anwesenheitskurve DA1A gekennzeichnet. Für das Objekt B ergeben sich alle möglichen Positionen zum Sensor 1 entsprechend der Anwesenheits­ kurve DA1B.
Die Aussendung und der Empfang des Signals von ein und demselben Sen­ sor soll im weiteren als direkte Messung bezeichnet werden.
Dieselbe direkte Messung erfolgt mit dem Sensor 2, wobei der Sensor 2 so­ wohl das Signal aussendet als auch die reflektierten Signale empfängt. Aus dieser Messung ergeben sich für das Objekt A Position zum Sensor 2, wel­ che auf der direkten Anwesenheitskurve DA2A liegen. Die Positionen des Objektes B liegen auf der Umhüllungskurve DA2B. Diese Kurven sind im Speicher 11 des Steuergerätes 7 abgespeichert.
Gleichzeitig mit der direkten Messung erfolgen immer indirekte Messungen.
Für den Sensor 2, der bei Aussendung des Signals vom Sensor 1 nur das reflektierte Signal empfängt, ergeben sich aufgrund der indirekten Messung die Anwesenheitskurven IAA und IAB, die im folgenden erläutert werden sol­ len.
Bei der indirekten Messung sendet ein Sensor, während ein zweiter Sensor das Ultraschallsignal nach der Reflexion durch ein Objekt empfängt. Die Messung ist also keine Abstandsmessung, sondern es wird die Strecke, die das Ultraschallsignal vom Sensor 1 zum Objekt und weiter zu Sensor 2 zu­ rücklegt ermittelt (Fig. 4). Die Laufstrecke ergibt sich aus der Gleichung
s=c×t
wobei c auch hier die Schallgeschwindigkeit mit 343 m/s bei 20°C darstellt.
Es wird also die Strecke, die das Signal vom Sensor 1 zum Objekt A und weiter vom Objekt A zum Sensor 2 zurücklegt, ermittelt. Werden alle diese Positionen aufgetragen, ergibt sich eine elliptische Anwesenheitskurve, wie sie in Fig. 3 als IAA und IAB dargestellt ist.
Nach Schritt 2 der Fig. 2 werden die durch die direkte Messung der Senso­ ren 1 und 2 ermittelten Anwesenheitskurven DA1A und DA2A bzw. DA1B und DA2B verglichen, um gemeinsame Positionen der Objekte festzustel­ len. Dies erfolgt durch Bestimmung der Schnittpunkte der Anwesenheitskur­ ven. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ergeben sich aber neben den realen Objek­ ten A und B, dabei auch noch imaginäre Objekte D und C. Im Schritt 3 wer­ den diese Schnittpunkte durch die Kurven IAA und IAB, die durch die indirek­ te Messung des Sensors 2 bzw. 1 gewonnen werden, verifiziert. Nur die Schnittpunkte der direkten Messungen, an denen sich auch reale Objekte befinden, werden von der Anwesenheitskurve IAA bzw. IAB der indirekten Messung durchlaufen.
Nach Schritt 4 wird entschieden, ob sich das so festgestellte Objekt A bzw. B auch in einem Sensorkorridor zwischen den an der Schnittpunktbildung be­ teiligten Sensoren befindet. Dieser Sensorkorridor erstreckt sich senkrecht in der vollen Breite des Abstandes der Sensoren in Richtung Hindernis. Dies ist in Fig. 5 für die verwendeten vier Sensoren 1, 2, 3, 4 dargestellt. Das im Zusammenhang mit Fig. 3 erläuterte Meßverfahren wird bei den vier Sen­ soren 1, 2, 3, 4 immer so durchgeführt, daß die beschriebene direkte und indirekte Messung immer paarweise erfolgt. Da die direkte Messung jedes Sensors mit den aller anderen geschnitten werden, ergeben sich sechs
mögliche Kombinationen von Sensoren:
Sensor 1-Sensor 2
Sensor 1-Sensor 3
Sensor 1-Sensor 4
Sensor 2-Sensor 3
Sensor 2-Sensor 4
Sensor 3-Sensor 4.
Dabei wird jeweils berücksichtigt, daß bei einem Sensorpaar die indirekten Messungen von links nach rechts und von rechts nach links laufen können. Unabhängig davon gilt immer der gleiche Korridor. Somit ergeben sich auch sechs mögliche Korridore, die sich in der Breite unterscheiden können.
Die Steuereinheit 7 speichert alle Impulse, die in einer maximalen Meßzeit empfangen werden. Diese maximale Meßzeit ergibt sich aus dem maxima­ len vom Sender erfaßbaren Abstand, üblicherweise beträgt dieser 2 m.
Die im beschriebenen Meßverfahren ermittelten Objekte, werden im Schritt 5 (Fig. 2) hinsichtlich ihrer Stabilität gefiltert. Es werden nur Objekte weiter­ bearbeitet, die bei mehrfacher Messung auch immer erfaßt werden. Die er­ faßten Objekte werden in einem zweidimensionalen Koordinationssystem abgespeichert, bei welchen die X-Achse parallel zur hinteren Fahrzeugkon­ tur verläuft und die Y-Achse senkrecht dazu den Abstand des Objektes zum Fahrzeug charakterisiert. Im Schritt 6 wird aus allen als real erfaßten Objek­ ten das Objekt mit dem kleinsten Abstand festgelegt und der Abstand be­ rechnet.
Gemäß Schritt 7 werden jeweils die Bereiche der sich am Rand des Fahr­ zeuges angeordneten Sensoren 1, 4 betrachtet. Bedingt durch die Sensor­ korridore sind die Bereiche jenseits der Randsensoren nicht abgedeckt. Bei der Betrachtung der Anwesenheitskurven der direkten Messung bei den Randsensoren z. B. Sensor 1 läßt sich beobachten, daß diese genau der Fahrzeugkontur folgen. Daraus folgt, daß die äußeren Bereiche durch die direkten Messungen der Randsensoren vollständig erfaßt werden. Es muß daher nur der direkte Abstand des dem Randsensor 1 bzw. 4 nächsten Ob­ jektes mit dem berechneten minimalem Abstand verglichen werden. Der kleinere dieser Werte ist dann der gültige minimale Abstand. Auch in diesem Fall läßt die direkte Messung mit Hilfe des Randsensors 1 bzw. 4 nur eine Aussage darüber zu, wieweit weg sich ein Objekt befindet. Eine präzise Aussage über die Objektposition ist nur möglich, wenn durch den unmittelbar neben dem Randsensor 1 angeordneten Sensor 2 eine indirekte Messung IA durchgeführt wird (Fig. 7).
Der minimale Abstand wird durch gleitende Mittelwertbildung gefiltert (Schritt 8) und im Schritt 9 an die Anzeigeeinrichtung 12 in Fig. 1 ausgegeben. Die­ se Anzeigevorrichtung ist üblicherweise ein Lautsprecher, der bei Annährung des Kraftfahrzeuges an ein Hindernis einen Hupton abgibt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung des senkrechten Abstandes zwischen einem Objekt und einer sich örtlich verändernden Einrichtung, insbesondere ei­ nes Kraftfahrzeuges, bei welchem ein an dieser Einrichtung angeordne­ ter erster Sensor ein Signal abgibt, welches von dem Objekt reflektiert wird und dieses reflektierte Signal von diesem ersten Sensor empfangen wird, wobei aus der Laufzeit des Signals von der Aussendung bis zum Empfang durch den ersten Sensor der Abstand zwischen dem ersten Sensor und dem Objekt bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe dieses Abstandes alle möglichen Positionen des Objektes zum er­ sten Sensor ermittelt werden, weiterhin das vom Objekt reflektierte Si­ gnal von einem zweiten, ebenfalls an der sich örtlich verändernden Ein­ richtung angeordneten Sensor empfangen wird und aus der Laufzeit des Signals vom ersten zum zweiten Sensor eine Strecke vom ersten Sensor zum Objekt und von diesem zum zweiten Sensor ermittelt wird, aus wel­ cher alle möglichen Positionen des Objektes zum zweiten Sensor be­ stimmt werden, anschließend die vom ersten und zweiten Sensor mit dem gleichen Abstand ermittelten Positionen miteinander verglichen werden und für die Position des Objektes, die sowohl vom ersten als auch vom zweiten Sensor erfaßt werden, der senkrechte Abstand zur sich örtlich verändernden Einrichtung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Sensor ein Signal aussendet und das vom Objekt reflektierte Signal empfängt, aus welchem die möglichen Positionen des Objektes zum zweiten Sensor ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender ein Signal aussendet und alle vorhandenen Sender das vom Objekt re­ flektierte Signal empfangen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand des Objektes von der sich örtlich verändernden Ein­ richtung für alle die Positionen des Objektes bestimmt wird, die sowohl mit der direkten Messung des ersten Sensors als auch mit der direkten und indirekten Messung des zweiten Sensors erfaßt werden und/oder umgekehrt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand zwischen Objekt und der sich örtlich verän­ dernden Einrichtung nur dann bestimmt wird, wenn sich das Objekt in ei­ nem Sensorkorridor befindet, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor aufgespannt ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Anwesenheit mehrerer Sensoren an der sich örtlich verändernden Einrichtung, die direkten und indirekten Messungen immer von zwei Sensoren durchgeführt werden und die ermittelten Positionen miteinander verglichen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkorridor zwischen den die aktuellen Messungen ausführenden Sensoren aufgespannt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Erfas­ sung von mehreren Objekten mit unterschiedlichen Abständen zu der sich örtlich ändernden Einrichtung das Objekt mit dem minimalen Ab­ stand erfaßt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Abstand des Objektes mit dem minimalen direkten Abstand des von ei­ nem Randsensor erfaßten Objektes verglichen wird und der kleinere die­ ser beiden Abstände als der minimale Abstand zum nächsten Objekt bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Laufzeitmessung mehrfach durchgeführt wird und ein erfaßtes Objekt nur dann weiter betrachtet wird, wenn es bei allen Mes­ sungen erfaßt wurde.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer ersten Bestimmung der indirekten Anwesenheitspositionen alle Sensoren mindestens einmal ein Signal ausgesendet haben.
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