DE10059891A1 - Kraftfahrzeugabstandssensor - Google Patents

Kraftfahrzeugabstandssensor

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Abstract

Bei einem Kraftfahrzeugabstandssensor zur Ermittlung des Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zu einem vorausbefindlichen Objekt ist der Öffnungswinkel eines Sensorstrahls des Kraftfahrzeugabstandssensors einstellbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftfahrzeugabstandssensor, zur Ermittlung von Abständen zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder vorausbefindlichen Objekt.
Kraftfahrzeugabstandssensoren sind an sich bekannt. Sie werden insbesondere für Fahrsicherheitssysteme zur Verhinderung von Zusammenstößen (Collision Avoidance) oder Warnung vor Zusammenstößen (Collision Warning) oder zur Abstandsregelung eingesetzt. Als Kraftfahrzeugabstandssensor kommen optische Sensoren oder Kameras oder Sensoren in Frage, die gerichtete elektromagnetische Wellen (Laser, Radar) aussenden. Die von einem Objekt, z. B. einem vorausfahrenden Fahrzeug, reflektierten elektromagnetischen Wellen werden wieder empfangen und aus deren Laufzeit und Phaseninformation kann der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug ermittelt werden. Diese Abstandsinformation wird einer Auswerte- und Steuereinheit zugeführt, die die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch einen Eingriff in das Motormanagement und/oder das Bremssystem so steuert, daß das Kraftfahrzeug vor dem erfaßten Objekt zum Stehen kommt oder auf dessen Geschwindigkeit abgebremst wird (Fahrsicherheitssystem) oder daß der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug einen vorgegebenen Sollabstand (Sicherheitsabstand) entspricht (Abstandsregelungssystem).
In Geschwindigkeitsregelungssystemen für Kraftfahrzeuge (Tempomat oder Cruise Control), bei denen eine vom Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit konstant gehalten werden soll, kann ebenfalls eine Abstandsregelung integriert werden. Derartige Systeme, die z. B. unter dem Namen ACC (Adaptive Cruise Control) oder AICC (Autonomous Intelligent Cruise Control) bekannt sind, ermöglichen nicht nur ein Fahren mit einer konstanten Geschwindigkeit (wie bei herkömmlichen Geschwindigkeitsregelungssystemen), sondern darüber hinaus auch, einem langsameren, vorausfahrenden Fahrzeug mit einem vorgegebenen Abstand zu folgen. Dazu können diese Systeme ohne Zutun des Fahrers selbständig das Bremssystem des Kraftfahrzeugs beeinflussen und die Radbremsen mit Bremsdruck beaufschlagen.
Der Kraftfahrzeugabstandssensor kann vor dem Kraftfahrzeug existierende Objekt aber nicht erfassen, wenn sich der Fahrtweg des Kraftfahrzeugs außerhalb des von dem Kraftfahrzeugabstandssensor erfaßten Bereichs ausdehnt. Eine derartige Situation kann z. B. aufgrund einer hohen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in einem scharfen Winkel um eine Kurve gegeben sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Kraftfahrzeugabstandssensor zu schaffen, der so ausgelegt ist, daß die Nachteile überwunden werden und der Kraftfahrzeugabstandssensor ein verbessertes Erkennen vorausbefindlicher Objekte oder Fahrzeuge gestattet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Einzelheiten ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 9.
Die Lösung besteht im Grunde darin, zur Ermittlung des Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zu einem vorausbefindlichen Objekt einen einstellbaren Öffnungswinkel des Sensorstrahls des Kraftfahrzeugabstandssensors vorzusehen.
Unter dem Begriff "Öffnungswinkel" ist hier der von einem Sensorstrahl des Kraftfahrzeugabstandssensors erfaßte Bereich gemeint, der erfindungsgemäß durch geeignete Mittel vergrößert bzw. verkleinert werden soll, wobei der Öffnungswinkel des Sensorstrahls an sich verändert und nicht der erfaßbare Bereich des Kraftfahrzeugabstandssensors durch eine Ablenkung des Sensorstrahls im Sinne eines Abtastvorgangs, wie z. B. bei einem Scan-Radar, verändert werden soll.
In Ausgestaltung der Erfindung ist der Öffnungswinkel stufenlos einstellbar.
Vorzugsweise wird der Öffnungswinkel in einem Bereich zwischen 8° bis 20° eingestellt.
Es ist vorgesehen, daß der Öffnungswinkel durch Fokussierung des Sensorstrahls eingestellt wird, was vorzugsweise mittels Linsen oder linsenähnlicher Mittel bzw. deren Bewegung erfolgt.
Erfindungsgemäß ist der Öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Kraftfahrzeugdynamik, dem umgebenden Verkehrszsenario, der vorausbefindlichen Wegstrecke und/oder den Witterungs- und Fahrbahnbedingungen einstellbar. Die Einstellung des Öffnungswinkel kann darüber hinaus auch beladungsabhängig erfolgen.
Vorzugsweise wird der Öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Kraftfahrzeugdynamik, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit, d. h. der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, eingestellt. Dabei werden unterstützend die von Fahrdynamiksensoren gelieferten Informationen zur Bestimmung des Fahrzustands ausgewertet. Es wird z. B. die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mittels der Raddrehzahlsensoren eines elektronischen Bremsenregelungsystems, wie ABS, ASR oder ESP, ermittelt und nach Maßgabe der Fahrgeschwindigkeit wird der Öffnungswinkel gesteuert.
Nach der Erfindung wird dabei mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ein zunehmend kleinerer Öffnungswinkel und mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ein zunehmend größerer Öffnungswinkel eingestellt.
Der Öffnungswinkel ist vorteilhaft auch in Abhängigkeit vom Fahrbahnverlauf veränderbar. Dann wird der Öffnungswinkel vorzugsweise bei einer Kurvenfahrt oder wenn das Kraftfahrzeug eine schräge Bahn auf- oder abwärtsfährt (hügelige Straße) vergrößert, wobei der Sensorstrahl bei einer Kurvenfahrt zumindest eine Aufweitung in horizontaler Richtung erfährt und wobei der Sensorstrahl bei einer hügeligen Straße zumindest eine Aufweitung in vertikaler Richtung erfährt.
Eine Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs kann auf Grundlage des Lenkwinkel und der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfaßt werden. Besonders vorteilhaft werden vorhandene Sensoren z. B. eines Fahrdynamikregelungssystems (ESP) eingesetzt.
Es ist ebenso vorgesehen, daß der Sensorstrahl asymmetrisch ist oder dessen Veränderung asymmetrisch erfolgt. So kann beispielsweise - im Fall eines Rechtsverkehrs - der in Fahrtrichtung rechte Bereich gegenüber dem linken Bereich des Sensorstrahls weiter und/oder breiter ausgebildet sein, um die vorausfahrenden Fahrzeuge früher zu erkennen.
Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugabstandssensor ist insbesondere für Fahrsicherheitssysteme, Abstandsregelungssystem und/oder Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssysteme geeignet, vorzugsweise aber für Fahrzeuggeschwindigkeitsregelungssysteme wie ACC oder AICC.
Der erfindunggemäße Kraftfahrzeugabstandssensor wird dann verwendet, um den Abstand des Kraftfahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zu einem vorausbefindlichen Objekt und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zum vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zum vorausbefindlichen Objekt und zur Straße zu ermitteln. Nach Maßgabe des ermittelten Abstands und der relativen Geschwindigkeit wird in einer ACC/AICC-Reglereinheit eine aktualisierte Sollgeschwindigkeit ermittelt und die Fahrzeuggeschwindigkeit diesem Wert der Sollgeschwindigkeit angepaßt. Es wird z. B. ein Signal für eine Motorsteuerungs- und/oder Bremsensteuerungseinheit erzeugt, um eine vorgegebene Geschwindigkeit zu halten oder einen vorgegebenen Abstand zu einem langsameren, vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten. Das Signal kann so z. B. dazu dienen, die Kraftfahrzeugbremsen automatisch zu betätigen, wenn das Kraftfahrzeug einen vorgegebenen Abstand zu dem vorausbefindlichen Objekt oder Fahrzeug relativ zum Fahrzeug bzw. Objekt und zur Straße unterschreitet.
Es ist vorgesehen, daß zusätzlich mit Hilfe des Schwenkmittel der Kraftfahrzeugabstandssensor um einen vorgegebenen Winkel verschwenkt wird, wenn das Kraftfahrzeug sich in einer Kurvenfahrt befindet, um den Sensorstrahl in die Richtung zu lenken, in der das Kraftfahrzeug fährt. Der Winkel wird vorzugsweise entsprechend dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs vorgegeben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß bei einem Kraftfahrzeug mit einem Fahrsicherheitssystem und/oder einem Fahrtregelungssystem, mit einem Kraftfahrzeugabstandssensor, zur Ermittlung des Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zu einem vorausbefindlichen Objekt und der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zum vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zum vorausbefindlichen Objekt und zur Straße, der Öffnungswinkel des Sensorstrahls des Kraftfahrzeugabstandssensor durch geeignete Mittel einstellbar ist, wobei nach Maßgabe des ermittelten Abstands und der relativen Geschwindigkeit ein Signal für eine Motorsteuerungs- und/oder Bremsensteuerungseinheit erzeugt wird.
Der Begriff Kraftfahrzeugabstandssensor umfaßt hier insbesondere Infrarotsensoren (Lidar), Radarsensoren und bildverarbeitende Sensoren (CCD-Kamera).
Mit der CCD-Kamera wird die Situation insbesondere vor dem Kraftfahrzeug aufgenommen, wobei zur Objekterkennung Symmetrien von Fahrzeugen und Fahrbahn genutzt werden und durch Triangulation und durch Größenvergleich mit erkannten Objekten die Entfernungen bestimmt werden.
Geschwindigkeiten können dann aus Größen- und Lageänderungen von erkannten Objekten ermittelt werden. Unter Lidar-Sensoren sind hier Infarot-Laser-Sensoren zu verstehen. Diese ermitteln den Abstand durch Laufzeitmessung und die Relativgeschwindigkeit aus der zeitlichen Änderung des Abstands. Auch Lidar-Sensoren können erfindungsgemäß einstrahlig, mehrstrahlig oder scannend zur Anwendung kommen.
Vorzugsweise werden aber Radarsensoren eingesetzt, wobei als Radar-Sensoren im wesentlichen Puls-Doppler-Radare und FM-CW-Radare (Frequency Modulated Continuous Wave-Radare) zu verstehen sind. Diese bieten den Vorteil, daß der Abstand und Relativgeschwindigkeit direkt gemessen werden kann. Zudem werden sie kaum von Witterungsbedingungen, wie Niederschlägen oder Nebel, beeinflußt. Durch die direkte Relativgeschwindigkeitsmessung über den Dopplereffekt werden auch stehende Ziele eindeutig als solche erkannt. Da Radarwellen von Kunststoffen und Glas kaum gedämpft werden, ist eine Montage hinter entsprechenden Karosserieteilen im Frontbereich des Kraftfahrzeugs möglich. Eine Anordnung hinter einem lichtdurchlässigen Materiel (z. B. Frontscheibe, Scheinwerferglas) ist aber nicht zwingend erforderlich, so daß der Platzbedarf für die Anordnung von verstellbaren Linsen oder Linsensystemen zur Fokussierung der Radarstrahlen einfach vorgesehen werden kann.
Der Radarsensor wird an einem vorderen Karosserieabschnitt des Kraftfahrzeugs angeordnet. Er umfaßt zumindest ein Sendeeinheit und eine Empfangseinheit, wobei erfindungsgemäß zumindest der Öffnungswinkel der Sendeeinheit einstellbar ist. Die Sendeeinheit sendet Radarwellen nach vorne auf vor dem Kraftfahrzeug existierende Objekte, z. B. ein anderes Fahrzeug. Reflektiert das Fahrzeug die Radarwellen, so kann die Empfangseinheit die reflektierten Wellen empfangen und an eine Berechnungseinheit weitergeben, die dann einen Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt sowie ggf. auch eine Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt. Die Signale des Abstands und der Relativgeschwindigkeit, die von der Berechnungseinheit ermittelt und erzeugt wurden, werden an eine Steuereinheit übertragen. Der Steuereinheit werden auch Signale zugeführt von einem Lenkwinkelsensor zur Erfassung eines Lenkwinkels der lenkbaren Räder und einem Geschwindigkeitssensor zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit. Ferner kann ein Sensor zur Erfassung der Größe der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (Längs-G-Sensor) und/oder ein Fahrbahn- Sensors zur Erfassung eines Reibungskoeffizienten auf einer Fahrbahnoberfläche des Fahrtweges (Fahrbahn-µ-Sensor) des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein.
Die Erfindung umfaßt ebenso ein- oder mehrstrahlige, z. B. dreistrahlige Radar-Sensoren bzw. Radar-Antennen oder scannende Radare, deren Radarstrahl-Öffnungswinkel erfindungsgemäß einstellbar ist.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch jegliche Modifikationen und Abänderungen in Hinsicht auf die relative Richtung des Sensorstrahls bezogen auf die Kraftfahrzeuglängsachse. Im Sinne der Erfindung ist daher insbesondere auch eine Anordnung des Kraftfahrzeugabstandssensors mitumfaßt, bei der zusätzlich oder alternativ der Bereich um das Kraftfahrzeug herum, d. h. neben oder hinter dem Kraftfahrzeug erfaßt wird. Damit ist der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugabstandssensors ebenso vorgesehen zur Ermittlung des Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem neben oder hinter dem Kraftfahrzeug fahrenden anderen Fahrzeugs bzw. sich befindlichen Objekt.
Die Erfindung wird nun anhand von zwei Abbildungen (Fig. 1 und Fig. 2) beipielhaft näher erläutert. In der Fig. 1 und Fig. 2 sind die geometrischen Verhältnisse (z. B. Öffnungswinkel, Abstände) aus Übersichtlichkeitsgründen nur schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt eine Veränderung des Öffnungswinkels β bei einem Kraftfahrzeug mit einem einstrahligen Kraftfahrzeugabstandssensors, das sich auf einer geraden Fahrbahn befindet.
In der Fig. 2 ist eine Veränderung des Öffnungswinkels β bei einem Kraftfahrzeug dargestellt, wobei die vorausbefindliche Fahrbahn eine Krümmung aufweist.
Das in der Fig. 1 dargestellte Kraftfahrzeug A befindet sich auf einer geraden Fahrtbahn B. Der Öffnungswinkels β des frontseitigen Kraftfahrzeugabstandssensors S wird hier geschwindigkeitsabhängig eingestellt. Bei einer höheren Geschwindigkeit, z. B. größer 100 km/h, wird ein kleinerer Öffnungswinkel β1, vorzugsweise bis maximal 10°, z. B. in einem Bereich zwischen 5° bis 10°, eingestellt. Das Fahrzeug D wird bei diesem Winkel β1 noch erfaßt, aber das davor befindliche Fahrzeug C ist noch außerhalb des durch den Winkel β1 gezeigten Öffnungsbereichs. Vorteilhaft kann bei einer gegebenen Radarleistung bei höheren Geschwindigkeiten die Reichweite des Erfassungsbereichs des Radars erfindunggemäß vergrößert werden. Denn dann kommt es insbesondere darauf an, daß frühzeitig ein vorausfahrendes Fahrzeug oder Objekt erkannt wird, damit eine entsprechende Kraftfahrzeugregelung rechtzeitig vorgenommen werden kann. Dies gilt insbesondere für Fahrten des Kraftfahrzeugs auf der Autobahn. Verringert das Kraftfahrzeug seine Geschwindigkeit, z. B. auf eine Geschwindigkeit kleiner 100 km/h, wird der Öffnungswinkel entsprechend vergrößert (Öffnungswinkel β2), vorzugsweise auf minimal 8°, z. B. in einem Bereich zwischen 10° bis 15°. Das Fahrzeug C kann erfaßt werden. Bei geringeren Geschwindigkeiten ist stärker mit einer kurvigen Fahrtstrecke und/oder anderen, benachbarten Fahrzeugen, hier Fahrzeug C, zu rechnen. Daher ist es in diesem Fall sinnvoll, einen in der Breite vergrößerten Erfassungsbereich vorzusehen, damit frühzeitig auch ein Fahrzeug oder Objekt erkannt werden kann, welches sich seitlich nähert.
Das in der Fig. 1 gezeigte Kraftfahrzeug A befindet sich hier auf einer gekrümmten Fahrbahn B. Der Öffnungswinkels β des Kraftfahrzeugabstandssensors S wird hier entsprechend einem erkannten vorausbefindlichen Fahrtstreckenverlauf eingestellt, d. h. von einem kleineren Öffnungswinkel β1, z. B. maximal 10°, insbesondere in einem Bereich zwischen 5° bis 10°, ausgehend, wird analog zur Fig. 1 der Öffnungswinkel, vorzugsweise auf minimal 8°, z. B. in einem Bereich zwischen 10° bis 15°, vergrößert (Öffnungswinkel β2). Dadurch kann das davor befindliche Fahrzeug C, das sich bereits in der Kurve befindet und somit zum Kraftfahrzeug B seitlich versetzt angeordnet ist, erfaßt werden.
Es ist sinnvoll und vorgesehen, beide in der Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Situationen zu erfassen und ggf. eine entsprechende Kraftfahrzeugsteuerung vorzunehmen. Dann wird insbesondere im Fall einer geringeren Geschwindigkeit und bei erkannter kurvigen Fahrtstrecke eine relativ große Aufweitung des Öffnungswinkels β vorgenommen und bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit und Geradeausfahrt wird der Öffnungswinkel verkleinert. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen kann das bekannte ACC/AICC-System verbessert und hinsichtlich seiner Erkennungsicherheit bezogen auf die vorliegende Verkehrssituation verbessert werden und die Regelungsgüte und -sicherheit kann erhöht werden.

Claims (10)

1. Kraftfahrzeugabstandssensor zur Ermittlung des Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zu einem vorausbefindlichen Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel eines Sensorstrahls des Kraftfahrzeugabstandssensor einstellbar ist.
2. Kraftfahrzeugabstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel stufenlos einstellbar ist.
3. Kraftfahrzeugabstandssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel durch Fokussierung des Sensorstrahls eingestellt wird.
4. Kraftfahrzeugabstandssensor einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Sensorstrahls mittels Linsen oder linsenähnlicher Mittel erfolgt.
5. Kraftfahrzeugabstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Öffnungswinkel in einem Bereich von 8° bis 20° einstellbar ist.
6. Kraftfahrzeugabstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Kraftfahrzeugdynamik, dem umgebenden Verkehrszsenario, der vorausbefindlichen Wegstrecke und/oder den Witterungs- und Fahrbahnbedingungen einstellbar ist.
7. Kraftfahrzeugabstandssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ein zunehmend kleinerer Öffnungswinkel und mit abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ein zunehmend größerer Öffnungswinkel eingestellt wird.
8. Kraftfahrzeugabstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel in Abhängigkeit vom Fahrbahnverlauf veränderbar ist.
9. Kraftfahrzeugabstandssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftfahrzeugabstandssensor ein Radarsensor ist.
10. Kraftfahrzeug mit einem Fahrsicherheitssystem und/oder einem Fahrtregelungssystem, mit einem Kraftfahrzeugabstandssensor, zur Ermittlung des Abstands des Kraftfahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zu einem vorausbefindlichen Objekt und der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs relativ zum vorausfahrenden Fahrzeug bzw. zum vorausbefindlichen Objekt und zur Straße, wobei nach Maßgabe des ermittelten Abstands und der relativen Geschwindigkeit ein Signal für eine Motorsteuerungs- und/oder Bremsensteuerungseinheit erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des Sensorstrahls des Kraftfahrzeugabstandssensor durch geeignete Mittel einstellbar ist.
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