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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Objektes (im Folgenden kurz als ”Objekterfassungsvorrichtung” bezeichnet), die zum Beispiel in einem Fahrzeug eingebaut ist, um ein Objekt wie etwa ein vorausfahrendes Fahrzeug oder einen Abstand zu einem solchen Objekt unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle wie etwa eines Laserlichts zu erfassen.
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Eine herkömmliche, in einem Fahrzeug eingebaute Objekterfassungsvorrichtung verwendet zum Beispiel ein Laserlicht, um einen Abstand zu einem Objekt wie etwa einem vorausfahrenden Fahrzeug zu erfassen. Diese Erfassungsvorrichtung steuert periodisch eine Laserdiode an, um das Laserlicht in Richtung des Bereichs vor dem Fahrzeug auszustrahlen, und erfasst das von dem sich vor dem Fahrzeug befindenden Objekt (im Folgenden kurz als ”vorderes Objekt” bezeichnet) reflektierte Laserlicht mit Hilfe eines Fotosensors. Die Erfassungsvorrichtung misst den Abstand zu dem vorderen Objekt auf der Grundlage einer Zeitdifferenz zwischen einem Lichtaussendezeitpunkt und einem Lichtempfangszeitpunkt.
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Wie in der
JP 2002-031685A offenbart ist, umfasst die Erfassungsvorrichtung eine Wellenaussendeeinheit zum Aussenden eines Laserlichts, einen Polygonspiegel und eine Wellenempfangseinheit zum Empfangen eines reflektierten Laserlichts. Der Polygonspiegel weist die Form eines Pyramidenstumpfes einer hexagonalen Pyramide auf und ist drehbar als Ablenkspiegel ausgebildet.
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Die Erfassungsvorrichtung wird in der rauhen Umgebung eines Fahrzeugs eingesetzt. Daher sind die oben genannten Ablenkteile und optischen Komponenten, sowie elektronische Schaltungen und dergleichen in einem Gehäuse untergebracht, um vor gefrierendem Wasser und Fremdstoffen wie etwa Staub geschützt zu sein. Das Gehäuse umfasst ein Fenster, durch das Lichtstrahlen ausgesendet werden (im Folgenden als ”Wellenaussendefenster” bezeichnet) und ein Fenster, durch das empfangene Lichtstrahlen eintreten (im Folgenden als ”Wellenempfangsfenster” bezeichnet), wobei diese Fenster jeweils luft- oder fluiddicht mit transparenten Platten abgedeckt sind. Diese transparenten Platten können jedoch Steinschlag etc. ausgesetzt sein, so dass sie brechen oder zerbrechen können.
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Wenn die Erfassungsvorrichtung weiterhin mit zerbrochenen transparenten Platten benutzt wird, um das Objekt oder den Abstand zu erfassen, dringen Fremdstoffe in das Gehäuse, und verschiedene Komponenten im Innern des Gehäuses werden aufgrund von Vereisungen rosten. Dies hat zur Folge, dass eine exakte Objekterfassung nicht mehr möglich ist.
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Eine Objekterfassungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff ist in der
US 5,463,384 offenbart. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei ferner auf die
DE 102 56 102 A1 verwiesen, in der ein Fahrzeugscheinwerfer und ein Verfahren zu dessen Betrieb offenbart sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Objekterfassungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine unzureichende Luft- oder Fluiddichtheit aufgrund eines gebrochenen Gehäuses zu erfassen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Objekterfassungsvorrichtung für ein Fahrzeug eine Einheit zum Aussenden elektromagnetischer Wellen (im Folgenden als ”Wellenaussendeeinheit” bezeichnet) und Einheit zum Empfangen elektromagnetischer Wellen (im Folgenden als ”Wellenempfangseinheit” bezeichnet), die in einem Gehäuse untergebracht sind, welches ein Wellenaussendefenster und ein Wellenempfangsfenster zur Erfassung eines Objekts oder eines Abstandes zu dem Objekt aufweist. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Sensor zum Erfassen eines Zustandes im Inneren des Gehäuses (im Folgenden als ”Gehäuseinnenzustandssensor” bezeichnet).
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Der Gehäuseinnenzustandssensor kann Temperaturen, Feuchtigkeit oder Drücke in dem Gehäuse (Gehäuseinnenzustände) erfassen. Ein Bruch des Gehäuses wird auf der Grundlage einer Änderung der erfassten Gehäuseinnenzustände erfasst. Darüber hinaus kann zur Erfassung eines Bruchs des Gehäuses ein Gehäuseaußenzustand verwendet werden.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
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1 eine Querschnittsansicht einer Objekterfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Draufsicht einer Anordnung eines Polygonspiegels und einer Wellenempfangseinheit und dergleichen gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 eine schematische Ansicht einer Anordnung eines Temperatursensors und einer Steuerungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 eine schematische Ansicht einer Anordnung eines Temperatursensors und einer Steuerungsschaltung in einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
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5 eine schematische Ansicht einer Anordnung eines Feuchtigkeitssensors und einer Steuerungsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Ansicht einer Anordnung eines Temperatursensors, eines Drucksensors und einer Steuerungsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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(Erste Ausführungsform)
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst eine Objekterfassungsvorrichtung ein quaderförmiges Gehäuse und verschiedene Komponenten, die in dem Gehäuse 1 untergebracht sind. Die Vorrichtung ist in einem Fahrzeug eingebaut, um als Laserradar verwendet zu werden. Die Vorrichtung ist so angeordnet, dass sie ein Laserlicht (elektromagnetische Welle) in der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs, in 1 nach rechts und in 2 nach unten, aussendet, um einen Abstand zu einem vorderen Objekt wie etwa einem vorausfahrenden Fahrzeug während einer automatischen Fahrtregelung (autocruise control) zu erfassen.
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Das Gehäuse 1 umfasst ein erstes Gehäuse 1a und ein zweites Gehäuse 1b. Das erste Gehäuse 1a ist kastenförmig und an einer Seite (untere Seite in 1) geöffnet. In dem ersten Gehäuse 1a sind verschiedene Komponenten untergebracht. Das erste Gehäuse 1a umfasst ein Wellenaussendefenster 1c und ein Wellenempfangsfenster 1d, die nebeneinander angeordnet sind. Die Fenster 1c und 1d können aus einer lichtdurchlässigen Platte aus Harz wie etwa Glas- oder Acrylharz hergestellt sein.
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Das zweite Gehäuse 1b ist aus einem plattenförmigen Harz hergestellt. Die Gehäuse 1a und 1b sind über ein dazwischen angeordnetes Dichtungselement 1e miteinander verbunden. Das zweite Gehäuse 1b weist einen elektrischen Verbinder 1f auf, der aus Harz hergestellt ist. Der Verbinder 1f ragt teilweise von dem zweiten Gehäuse 1b hervor, um die (nicht gezeigten) elektrischen Teile zu verbinden, die innerhalb und außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sind.
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In dem Gehäuse 1 (1a und 1b) sind eine Wellenaussendeeinheit 2, ein Reflexionsspiegel 3, ein Polygonspiegel 4 und eine elektrische Schaltungsplatine 6 aufgenommen. Die Schaltungsplatine 6 umfasst eine elektronische Steuerungsschaltung (3–6), die mit der Wellenaussendeeinheit 2 verbunden sind, eine Wellenempfangseinheit 5 und dergleichen, um ein vorderes Objekt zu erfassen und den Abstand zu dem vorderen Objekt zu messen. Die Wellenempfangseinheit 5 ist so in dem Gehäuse 1 untergebracht, dass sie dem Lichtempfangsfester 1d gegenüberliegt, und umfasst eine Fresnellinse 5a und eine Wellenempfangsvorrichtung 5b.
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Die Wellenaussendeeinheit 2 wird von der Steuerungsschaltung 6a angesteuert, die auf der Schaltungsplatine 6 angeordnet ist, und strahlt das Laserlicht in Richtung des Reflexionsspiegels 3 aus. Die Wellenaussendeeinheit 2 kann eine Laserdiode umfassen, um das Laserlicht in Pulsform auszusenden.
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Der Reflexionsspiegel 3 reflektiert das von der Aussendeeinheit 3 ausgesendete Laserlicht und richtet es auf den Polygonspiegel 4. Der Reflexionsspiegel 3 ist durch ein Halteteil 7, das an der Innenwand des Gehäuses 1 befestigt ist, schwenkbar an dem Gehäuse 1 befestigt. Der Reflexionsspiegel 3 kann zum Beispiel durch einen (nicht gezeigten) Motor betätigt und von der Steuerungsschaltung 6a der Schaltungsplatine 6 gesteuert sein, um die Richtung der Reflexion einzustellen. Der Reflexionsspiegel 3 reflektiert das Laserlicht in Richtung des Polygonspiegels 4.
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Der Polygonspiegel 4 weist die Form eines Pyramidenstumpfes einer hexagonalen Pyramide auf und wird durch das Gehäuse 1 gestützt. Der Polygonspiegel 4 ist um eine Achse des Pyramidenstumpfes drehbar und wird ebenfalls durch einen (nicht gezeigten) Motor betätigt und durch die Steuerungsschaltung 6a der Schaltungsplatine 6 gesteuert. Der Polygonspiegel 4 weist um seinen gesamten Umfang Reflexionsspiegeloberflächen auf, von denen jede als Ablenkreflexionsspiegel arbeitet.
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Insbesondere reflektiert der Polygonspiegel 4 das von der Aussendeeinheit 2 ausgesendete und durch den Reflexionsspiegel 3 reflektierte Laserlicht und richtet das Laserlicht durch das Aussendefenster 1c auf den Bereich vor dem Fahrzeug. Wenn der Polygonspiegel 4 gedreht wird, ändert sich der Winkel, den eine jeweilige Seitenfläche des Polygonspiegels 4 mit dem Laserstrahl einnimmt. Als Folge davon ändert sich der Projektionswinkel des Laserlichts, um so einen vorbestimmten Bereich vor dem Fahrzeug abzurastern.
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Die Wellenempfangseinheit 5 umfasst die Fresnellinse 5a und die Wellenempfangsvorrichtung 5b wie etwa eine Fotodiode. Die Fresnellinse 5a bündelt das von dem vorderen Objekt reflektierte und durch das Wellenempfangsfenster 1d eintretende Laserlicht. Die Wellenempfangsvorrichtung 5b empfängt das von dem vorderen Objekt reflektierte, durch das Wellenempfangsfenster 1d empfangene und von der Fresnellinse 5a gebündelte Laserlicht. Die Wellenempfangsvorrichtung 5b erzeugt eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom, die mit der empfangenen Lichtintensität variieren. Die Ausgangsspannung bzw. der Ausgangsstrom wird der Steuerungsschaltung 6a der Schaltungsplatine 6 zugeführt.
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Die Wellenempfangseinheit 5 ist seitlich von dem Polygonspiegel 4 (rechts in 2) angeordnet. Und zwar ist sie von der Rotationsachse des Polygonspiegels 4 in lateraler Richtung versetzt. Auf der Schaltungsplatine 6 sind verschiedene elektrische Schaltungen, einschließlich der Steuerungsschaltung 6a installiert.
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Die oben beschriebene Objekterfassungsvorrichtung wird aktiv, wenn ein Schalter zur automatischen Fahrregelung (im Folgenden als ”Fahrregelungsschalter” bezeichnet), der sich im Fahrzeuginnenraum befindet, eingeschaltet wird.
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Insbesondere wird, während das Fahrzeug fährt, der Reflexionsspiegel 3 motorbetätigt zu einem vorbestimmten Winkel bewegt, der zur Erfassung eines Objekts eingestellt ist. Die Wellenaussendeeinheit 2 strahlt das Laserlicht zu einem vorbestimmten Zeitpunkt aus, und der Reflexionsspiegel 3 und der Polygonspiegel 4 reflektieren das ausgesendete Laserlicht, so dass das Laserlicht durch das Wellenaussendefenster 1c von dem Fahrzeug nach vorn gerichtet wird, wie es in 1 gezeigt ist.
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Wenn das Laserlicht von einem Objekt wie etwa einem vorausfahrenden Fahrzeug reflektiert wird, tritt das Laserlicht durch das Wellenempfangsfenster 1d in das Gehäuse 1 ein. Dieses reflektierte Laserlicht wird durch die Fresnellinse 5a gebündelt und von der Wellenempfangsvorrichtung 5b empfangen.
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Die Wellenempfangsvorrichtung 5b erzeugt das der Intensität des empfangenen Laserlichts entsprechende Ausgangssignal, und dieses Ausgangssignal wird der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Auf diese Weise wird nicht nur das Vorhandensein eines vorderen Objekts aus dem verstärkten Ausgangssignal erfasst, sondern es wird außerdem der Abstand (d) zu dem Objekt als Funktion der Zeitdifferenz (Td) zwischen dem Laserlichtaussendezeitpunkt und dem Laserlichtempfangszeitpunkt unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit (V) zu d = V × Td/2 berechnet.
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Dieser berechnete Abstand kann durch den Verbinder 1f der Motorsteuerung ECU oder einer (nicht gezeigten) Bremssteuerung ECU zugeführt werden, so dass ein Fahrzeugmotor oder eine Fahrzeugbremsvorrichtung automatisch reguliert werden kann, um den gewünschten Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug aufrechtzuerhalten.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist ein Temperatursensor 10 in dem Gehäuse 1 als Gehäuseinnenzustandssensor angeordnet, um die Temperatur in dem Gehäuse 1 zu erfassen. Während des oben beschriebenen Objekterfassungsvorgangs wird das Ausgangssignal des Temperatursensors 10 der Steuerungsschaltung 6 zugeführt, so dass die Steuerungsschaltung 6a einen Bruch des Gehäuses 1, das die Fenster 1c und 1d enthält, aus der in dem Gehäuse 1 erfassten Temperatur erfasst.
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Insbesondere berechnet die Steuerungsschaltung 6a eine Änderungsrate der erfassten Temperaturen und vergleicht die Änderungsrate mit einem vorbestimmten Wert, um zu bestimmen, ob das Gehäuse 1 (1c, 1d) gebrochen oder zerbrochen ist. Die Änderungsrate ist nicht so hoch, wenn das Gehäuse 1 nicht gebrochen ist, da sich die Innentemperatur aufgrund der Wärmekapazität des Gehäuses 1 nur langsam ändert. Die Änderungsrate erhöht sich stark, wenn das Gehäuse 1 aufgrund des Bruchs nicht mehr so luft- oder fluiddicht ist, wenn die Außenluft in das Gehäuse einströmt. Somit zeigt eine große Änderungsrate der erfassten Temperaturen den Bruch des Gehäuses 1 an.
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Ein Ausgangssignal, das den Bruch des Gehäuses 1 anzeigt, wird von der Steuerungsschaltung 6a über den Verbinder 1f zu einem äußeren Teil wie etwa einer Instrumententafel übertragen. Auf diese Weise wird ein Fahrer über den Bruch des Gehäuses 1 informiert, so dass das Gehäuse 1 repariert werden kann. Folglich wird verhindert, dass Fremdstoffe in das Gehäuse 1 eindringen oder verschiedene Teile in dem Gehäuse 1 durch Frostbildung rosten.
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Als eine Modifikation der ersten Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Temperatursensoren verwendet werden, um den Bruch des Gehäuses 1 zu erfassen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor an einer Position (A in 1) in der Nähe des zweiten Gehäuses 1b, das vorzugsweise aus spritzgegossenem Aluminium hergestellt ist, angeordnet sein, so dass es aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und spezifischen Wärme von Aluminium eine vergleichsweise hohe Wärmekapazität aufweist. Ein weiterer Temperatursensor kann an einem Rand (B in 1) der Schaltungsplatine 6 angeordnet sein, die vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, so dass sie aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und der spezifischen Wärme des glasfaserverstärkten Kunststoffes, die kleiner als diejenigen des Aluminiums sind, eine vergleichsweise geringe Wärmekapazität aufweist. Die Steuerungsschaltung 6a berechnet zwei Temperaturänderungsraten, die von jeweiligen Temperatursensoren erfasst werden, und bestimmt auf der Grundlage einer Differenz zwischen den zwei berechneten Änderungsraten, ob das Gehäuse 1 gebrochen oder zerbrochen ist.
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Ferner kann zusätzlich zu dem Temperatursensor 10 in dem Gehäuse 1, wie es in 4 gezeigt ist, ein weiterer Temperatursensor 20 außerhalb des Gehäuses 1 als Außenzustandssensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur vorgesehen sein. Ein Ausgangssignal des Temperatursensors 30 wird ebenfalls der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Die Steuerungsschaltung 6a berechnet eine Änderungsrate der von dem Temperatursensor 20 erfassten Umgebungstemperatur, berechnet eine Differenz zwischen der Änderungsrate der Temperaturen in dem Gehäuse 1 und der Änderungsrate der Temperaturen außerhalb des Gehäuses 1 und bestimmt, dass das Gehäuse gebrochen ist, wenn die berechnete Differenz einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Der Temperatursensor 20 kann ein Temperatursensor sein, der in weiteren Vorrichtungen wie etwa einer Klimaanlage verwendet wird, die sich von der Objekterfassungsvorrichtung unterscheiden.
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(Zweite Ausführungsform)
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In der zweiten Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt ist, ist ein Feuchtigkeitssensor 30 als Gehäuseinnenzustandssensor in dem Gehäuse 1 angeordnet, um die Feuchtigkeit in dem Gehäuse 1 zu erfassen. Ein Ausgangssignal des Feuchtigkeitssensors 6a wird ebenfalls der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Die Feuchtigkeit in dem Gehäuse 1 ändert sich stark, wenn das Gehäuse 1 gebrochen ist. Die Steuerungsschaltung 60a berechnet eine Änderung der erfassten Feuchtigkeit und vergleicht diese mit einem vorbestimmten Wert. Die Schaltung 60a bestimmt, dass das Gehäuse 1 gebrochen ist, wenn die berechnete Änderungsrate den Schwellenwert überschreitet.
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Als eine Modifikation der zweiten Ausführungsform kann in dem Gehäuse 1 zusätzlich zu dem Feuchtigkeitssensor 30 ein Temperatursensor 10 vorgesehen sein. Solange das Gehäuse 1 nicht gebrochen ist, besteht zwischen der Temperatur und der Feuchtigkeit in dem Gehäuse 1 normalerweise eine bestimmte Beziehung. Diese Beziehung kann experimentell bestimmt werden.
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Die Steuerungsschaltung 6a berechnet eine Beziehung zwischen der durch den Temperatursensor 10 erfassten Temperatur und der durch den Feuchtigkeitssensor 30 erfassten Feuchtigkeit und vergleicht sie mit der experimentell bestimmten Beziehung. Die Steuerungsschaltung 6a bestimmt, dass das Gehäuse 1 gebrochen ist, wenn die berechnete Beziehung außerhalb eines erlaubten Abweichungsbereichs liegt, der aus der experimentell bestimmten Beziehung bestimmt wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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In der dritten Ausführungsform, wie sie in 6 gezeigt ist, ist in dem Gehäuse 1 ein Drucksensor 40 als der Gehäuseinnenzustandssensor zusätzlich zu dem Temperatursensor 20 vorgesehen, um den Druck im Innern des Gehäuses zu erfassen. Ein Ausgangssignal des Drucksensors 40 wird ebenfalls der Steuerungsschaltung 6a zugeführt. Solange das Gehäuse 1 nicht gebrochen ist, besteht zwischen der Temperatur und dem Druck in dem Gehäuse normalerweise eine bestimmte Beziehung. Diese Beziehung kann experimentell bestimmt werden.
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Die Steuerungsschaltung 6a berechnet eine Beziehung zwischen der durch den Temperatursensor 10 erfassten Temperatur und des durch den Drucksensor 40 erfassten Drucks und vergleicht sie mit der experimentell bestimmten Beziehung. Die Steuerungsschaltung 6a bestimmt, dass das Gehäuse 1 gebrochen ist, wenn die berechnete Beziehung außerhalb eines erlaubten Abweichungsbereichs liegt, der aus der experimentell bestimmten Beziehung bestimmt wird.
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(Weitere Ausführungsformen)
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen können verschiedene Teile des Gehäuses 1 und verschiedene Teile in dem Gehäuse 1 unterschiedlich angeordnet sein. Zum Beispiel können das Wellenaussendefenster 1c und das Wellenempfangsfenster 1d in vertikaler Richtung angeordnet sein. Darüber hinaus können verschiedene andere elektromagnetische Wellen als das Laserlicht verwendet werden.
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Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.