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Die
Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein
Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Fahrzeugabstandes
gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 7.
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Im
Kraftfahrzeugbau ist es bekannt, unterschiedliche Sensoren unmittelbar
hinter einer Außenhaut eines Kraftfahrzeugs zur Bestimmung
von bspw. Abstand, Objekterkennung und Detektion von Umweltbedingungen
anzuordnen, wobei Ultraschall- oder Radar- oder optische Messsysteme
zum Einsatz kommen. Derartige Sensoren werden in einem Stoßfänger
eines Kraftfahrzeugs eingebracht, wobei Aufnahmen zur stationären
Befestigung angespritzt oder angeklebt bzw. in Halteeinsätzen
unmittelbar hinter der Stoßfängerinnenoberfläche
im Bereich des Motorraums des Kraftfahrzeugs eingebracht sind. Aus
dem Stand der Technik sind auch sogenannte Parktronic-Sensoren (PTS-Sensoren),
die den Abstand zu anderen Fahrzeugen oder Hindernissen feststellen
und als aktive Einparkhilfen verwendet werden, bekannt und seit
Jahren in Kraftfahrzeugen im Einsatz.
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In
der Offenlegungsschrift
LU
90347 A1 wird ein kapazitives Messverfahren zur Bestimmung
der kapazitiven Kopplung von mindestens zwei Elektroden an einem
Körper/Objekt offenbart, wobei die Elektroden mit einer
frequenzvariablen Wechselspannung beaufschlagt und die Koppelkapazitäten mittels
Netzwerkanalyse anhand der jeweiligen Strom- und Spannungswerte
durch zeitlich getaktete Messungen ermittelt werden.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE
3844340 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abmessungen
einer Parklücke, wobei mehrere an einem Kraftfahrzeug umfänglich
angebrachte Ultraschallsensoren oder Infrarot- oder Mikrowellensender
und -empfänger die geometrische Lage einer Parklücke
relativ zum Kraftfahrzeug vermessen und mittels trigonometrischen
Berechnungsverfahren oder durch Laufzeitmessungen der akustischen
oder optischen oder elektrischen Signale bestimmen.
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Aus
der
DE 10045616 A1 ist
ein Verfahren zum automatischen Einparken eines Fahrzeugs bekannt,
wobei der Umgebungsbereich eines Fahrvorausfeldes mit einer Videokamera
aufgenommen und die Videobildsequenz mittels Bildauswerteverfahren dem
Kraftfahrzeugfahrer beim Einparken in eine Parklücke dargestellt
wird und dadurch eine Abstandsparametrisierung erfolgt.
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Ein
Problem derartiger aus dem Stand der Technik bekannter Sensoranordnungen
in Kraftfahrzeugstoßfängern besteht darin, dass
diese Messverfahren aufwendige Berechnungs- bzw. Softwarealgorithmen
zur Ermittlung der Abstandsdaten von Hindernissen und Objekten erfordern
und Formen von Objekten/Hindernissen in realen Straßenverkehrssituationen
nur sehr aufwendig sowie eingeschränkt bestimmen können.
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Wichtig
in diesem Zusammenhang ist auch, dass die aufgenommenen Mess-/Objektdaten
sowie die jeweils zugehörigen Abstandsdaten durch witterungsbedingte
Einflüsse wie Schnee, Eisbildung oder Regen zur Fehlinformationsdarstellung
beim Kraftfahrzeugfahrer hinsichtlich Abstand von Objekten/Hindernissen
zum Kraftfahrzeug führen. Auch ist die Art und Interaktion
des Messverfahrens mit dem Objekt und dessen Umfeld und Umgebung
sowie Objektgeometrie bestimmend hinsichtlich der Ermittlung der
realen Abstandswerte in einem Fahrvorausfeld des Kraftfahrzeugs.
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Von
Einparkhilfen wie PTS-, APS- oder PDC-Sensoren, die in Stoßfängerkomponenten
von Kraftfahrzeugen verbaut werden, ist bekannt, dass diese Sensoren
aufgrund einer keulenartigen Abstrahlcharakteristik – auch
Feldcharakteristik genannt – sogenannte Abbildungslücken
der Objekte entstehen lassen, die im Falle der vor- oder rückwärtigen
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs zu Fehlaussagen bezüglich
des Abstandes: Objekt -Kraftfahrzeug führen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Fahrzeugabstandsbestimmung
und Objekterkennung vorzuschlagen, so dass bekannte Nachteile aus
dem Stand der Technik behoben werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei
mindestens zwei nebeneinander angeordnete Sensorbänder,
insbesondere kapazitive Sensorbänder, vorgesehen sind,
so dass eine Bestimmung der Hindernisrichtung möglich ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung des
Kraftfahrzeugabstandes gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen nach Anspruch 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In
einer bevorzugten Ausführung werden in mindestens vier
Teilbereichen des Stoßfängers in symmetrischer
Anordnung zur Stoßfängersymmetrieachse die Sensorbänder,
insbesondere kapazitiven Sensorbänder, angeordnet, wobei
vorteilhaft eine richtungsabhängige und räumlich
selektive Bestimmung des Abstandes Hindernis/Objekt zum Kraftfahrzeug
erfolgen kann. Eine Unterteilung in mindestens drei sensorbestückte
Teilbereiche des Stoßfängers am bspw. Heck des
Fahrzeuges wird durch eine mittige sowie linke und rechte Sensorbandanordnung
geschaffen.
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Damit
wird erreicht, dass in unterschiedlichen Einparksituationen das
elektronische Steuergerät ein selektives – insbesondere
kapazitiv – elektrisches Signal aus einem Teilbereich des
Stoßfängers mit dort angeordnetem Sensorband bzgl.
des abstandsnächsten Objekts/-teils erhält. Eine
Auswertesoftware/-algorithmus des Steuergeräts bestimmt aus
den jeweiligen Messdaten den aktuellen Objektabstand zum Kraftfahrzeug
und überträgt elektronisch diesen zeitlich dynamischen
Abstandswert via einem graphischen User-Interface (GUI abgekürzt) an
ein Kraftfahrzeuginformationssystem, wobei dem Kraftfahrzeugfahrer
die Richtung und/oder der Abstand zum bspw. kürzesten Hindernis/Objekt
sowie die zugehörige Objektumgebung so angezeigt wird, dass
bspw. Ein-/Ausparkvorgänge sicher für den Kraftfahrzeugfahrer
vorgenommen werden können.
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Insbesondere
mittels der kapazitiven Sensorbandanordnung wird eine kapazitive
Erfassungszone der Kraftfahrzeugumgebung in realen Fahrsituationen
geschaffen, die betreffend unterschiedlicher Hindernis-/Objektformen
sowie -situationen eine homogene Feldcharakteristik aufweist, wodurch
eine lückenlose und somit homogene Detektionszone geschaffen
wird, die vorteilhaft nahe beieinander stehende Objekte/Hindernisse
sowie deren unterschiedlich geometrischen Formen und verschiedenartigen Materialen
bei Fahrtsituationen ortsaufgelöst bestimmt und erfasst.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei Unterschreiten
eines Minimalabstandes d von Kraftfahrzeugstoßfänger
und Objekt/Hindernis eine Bremsassistentenvorrichtung so aktiviert, dass
eine Weiterfahrt/-bewegung des Fahrzeuges unterbrochen wird.
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Dadurch
ist sichergestellt, dass Objektkollisionen beim bspw. rückwärts
gerichteten Einparken im kritischen Abstandsbereich von unter 60
bis 20 cm vermieden werden.
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Die
elektronischen Messsignale können auch via Funk oder opto-elektronischen
Mitteln dem GUI und anschließend dem Fahrzeuginformationssystem
zugeführt werden, wobei eine mikroprozessorgesteuerte Rechner-/Steuereinheit
im Kraftfahrzeug den aktuellen Fahrzeugabstand zum Hindernis/Objekt
aus den Messsignalen der jeweiligen Sensorbandanordnung, insbesondere
kapazitiven Messsignalen, bestimmt und dem Fahrer mittels optischer und/oder
akustischer Mittel anzeigt bzw. mittels vibratorischer Mittel – beispielhaft
am Lenkrad angeordnet – zur Kenntnis bringt.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung liefert somit eine
Information über den Außenbereich des Kraftfahrzeugs
und stellt diese dem Fahrer in geeigneter Weise zur Verfügung.
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Erfindungsgemäß ist
weiterhin vorgesehen, dass die Sensorbandanordnung, insbesondere
kapazitive Sensorbandanordnung, mehrfach redundant ausgelegt ist.
D. h., dass im Falle eines unfallbedingten Schadens entlang eines
Stoßfängerabschnitts, die Funktionstauglichkeit
der Objekterkennung für diesen Bereich des Stoßfängers
im Falle der Weiterfahrt weiterhin gewährleistet ist. Dies
wird dadurch erreicht, dass jeweils mindestens zwei Sensorbänder – insbesondere
mindestens zwei kapazitive Sensorbänder – innerhalb
einer Außenhautschicht des Stoßfängers
symmetrisch zu dessen Symmetrieachse eingebracht sind und das eine
dazu komplementäre Sensorbandanordnung in gleicher symmetrischer
und geometrischer Anordnung und Auslegung auf der in Fahrtrichtung
innen liegenden Seite des Stoßfängers, d. h. entlang
der Innenkontur angebracht ist. Das Steuergerät zur Ermittlung
des elektronischen/kapazitiven Signals kann im Falle des betriebsbedingten
Ausfalls eines aktiv geschalteten Sensorbandpaares das jeweils andere
komplementär angeordnete, d. h. redundante Sensorbandpaar aktivieren,
wobei nunmehr dessen elektronische/kapazitive Messsignale zum Nachweis/Erkennen
von Hindernissen/Objekten im Falle der Weiterfahrt verwendet werden.
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Gemäß Anspruch
7 wird ein Verfahren zur Ermittlung des Kraftfahrzeugabstandes mittels
eines mit mindestens zwei Sensorbändern, insbesondere kapazitiven
Sensorbändern bestückten Stoßfängers angegeben,
wobei im Falle der Verwendung von kapazitiven Sensorbändern
eine Abbildung des detektierten Fahrzeugumgebungsbereichs erstellt
wird, in welchem die Hindernisse/Objekte liegen.
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Die
Angaben zur Kraftfahrzeugrichtung und dessen Abstände bzgl.
der Umgebungsobjekte werden durch einen mikroprozessorgesteuerten
Rechner ermittelt und einem Fahrzeuginformationssystem mittels GUI übermittelt,
wobei im Falle einer Abstandsunterschreitung von Objekt zu Kraftfahrzeug die
Weiterfahrt durch eine aktivierte Bremsassistentenvorrichtung unterbrochen
wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie
anhand der Figurenbeschreibung.
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Es
zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung von 4, insbesondere kapazitiven Sensorbändern
innerhalb eines Kraftfahrzeugstoßfängers symmetrisch
angeordnet und verbunden mit einer elektronischen Mess- und Steuereinheit;
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2:
ein Blockdiagramm einer kapazitiven Sensorbandanordnung in einem
Kraftfahrzeugstoßfänger in Wirkverbindung mit
einem Kraftfahrzeuginformationssystem stehend.
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Mit
der Erfindung wird erreicht, dass Objekte/Hindernisse in einem Fahrvorausfeld
in vorwärts- sowie rückwärtsgerichteter
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erkannt und deren Abstände
zum Kraftfahrzeug zeitlich dynamisch bestimmt und dem Fahrzeugfahrer übermittelt
werden.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung von vier Sensorbändern 2a,
b, c, d, insbesondere vier kapazitive Sensorbänder, in
symmetrischer Anordnung im Stoßfänger 1 eines
nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs eingebracht und in elektrischer
Wirkverbindung mit einer Mess- und Steuereinheit 3 stehend.
Jeder der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten kapazitiven
Sensorbänder 2a, b, c, d ist über ein
Mess- und Steuergerät 3 elektrisch verbunden und
welches innerhalb der Fahrvorausstrecke F die kapazitive Feldverteilung
K von Objekten und Hindernissen 4 zeitabhängig
ermittelt. Die Sensorbänder 2a, b, c, d sind im
montierten Zustand des Stoßfängers von außen
unsichtbar, vorzugsweise an dessen Innenseite angeordnet. Im Falle,
dass keine Hindernisse/Objekte entlang der Fahrvorausstrecke F vorhanden
sind, ist die kapazitive Feldverteilung homogen; Verzerrungen und
damit Veränderungen im kapazitiven Feldverhalten werden
immer dann mittels der Sensorbänder 2a, b, c,
d detektiert, wenn Objekte/Hindernisse 4 entlang der Fahrstrecke
F auftreten und führen innerhalb der Mess- und Steuereinheit 3 zu
einem elektrisch kapazitiven Signal. Durch die Anordnung von in
diesem Ausführungsbeispiel vier nahezu symmetrisch zur
Symmetrieachse S des Kraftfahrzeugstoßfängers 1 angeordneten
kapazitiven Sensorbändern 2a, b, c, d wird vorteilhaft
erreicht, dass ein elektrisch kapazitives Messsignal M verstärkt
und selektiv aus einem Teilbereich des Stoßfängers 1 mit
bspw. zugehöriger kapazitiven Sensorbandanordnung 2a für
ein Objekt/Hindernis 4 detektiert wird und somit die Richtung
zum Objekt/Hindernis 4 bestimmt ist. Anhand der kapazitiven Feldverformung
durch ein derartiges Objekt/Hindernis 4 wird mittels eines
Auswertealgorithmus der Abstandswert d des Kraftfahrzeugs zum Objekt/Hindernis 4 zeitlich
dynamisch unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit
v ermittelt und dieser Wert einem grafischen User-Interface (GUI) 6 opto-elektronisch
oder elektronisch oder via Funk übermittelt, so dass ein
mikroprozessorgesteuertes Fahrerinformationssystem 7 den
Kraftfahrzeugfahrer informiert (siehe 2).
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Dem
Fahrer wird im Falle einer abstandsgefährlichen Fahrsituation
beispielsweise ein optisches und/oder akustisches und/oder vibratorisches
Signal so übermittelt, dass Entscheidungen angepasst an die
jeweilige Fahrtsituation im Fahrvorausfeld F durch den Fahrer rechtzeitig
getroffen werden können. Neben der Detektion der Objekte/Hindernisse 4 kann
mittels diesen Sensorbändern 2a, b, c, d auch eine
Objekt-/Hindernistopographie zeitdynamisch entlang der Fahrvorausstrecke
F erstellt werden. Über die zeitabhängige kapazitive
Messdetektion der Sensorbänder 2a, b, c, d kann
somit ein Fahrzeug zu Objekt-/Hindernisabstand d zeitlich verlaufend
ermittelt und im Falle der Annäherung an einen Abstandsgrenzwert
eine Bremsassistentenvorrichtung 8 ohne Fahrerentscheidung
betätigt werden. Dies ist insbesondere für Ein-
und Ausparkvorgänge von Vorteil, da hier oftmals kritische
Abstände d zu einem anderen Fahrzeug/Objekt innerhalb einer
Parklücke bestehen, die unübersichtlich für
den Fahrer sind. Durch die vorteilhafte Anordnung der Sensorbänder 2a,
b, c, d im vorderen Stoßfänger als auch im Heckstoßfänger
sowie die elektronische Verbindung zum Mess-/Steuersystem 3 eines
Kraftfahrzeuges wird damit ein Ein-/Ausparkvorgang für
den Fahrzeugfahrer im Ablauf sicherer.
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Weiterhin
wurde erkannt, dass eine redundante Sensorbandanordnung im Falle
eines Versagens eines Sensorbandes die aktive Sicherheit verbessert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur
Bestimmung des Fahrzeugabstandes d mittels eines sensorbestückten Stoßfänger 1 angegeben,
wobei beispielsweise eine kapazitive Sensoranordnung 2a,
b, c, d eingebracht im vorderen und/oder rückwärtigen
Stoß-/Heckfänger die Umgebungsdaten im Außenbereich
des Kraftfahrzeugs aufnimmt und die Berechnung der Abmessungen eines
bestimmten Bereichs unter Benutzung der aufgenommenen Umgebungsdaten
zur Ermittlung des Fahrzeug-Objekt-/Hindernisabstandes d unter Berücksichtigung
fahrzeugspezifischer Abmessungen und Geschwindigkeit v erfolgt.
Die kapazitiven Umgebungsdaten werden somit angepasst an die Fahrzeuggeschwindigkeit,
d. h. mittels zeitabhängiger Messungen des kapazitiven
Feldverlaufs einer mit Objekten/Hindernissen versehenen Fahrvorausstrecke über
ein elektronisches Steuergerät aus einem Teilbereich des
Stoßfängers detektiert, so dass eine zeitabhängige
Abstands- und Richtungsangabe von Kraftfahrzeug hin zum Objekt/Hindernis bestimmt
wird und mittels einer mikroprozessorgesteuerten Rechnereinheit
via einem GUI einem Kraftfahrzeuginformationssystem des Fahrzeugs
zugeführt wird. Bei Unterschreiten eines minimalen Abstandes
d wird eine Bremsassistentenvorrichtung durch das Steuergerät
unabhängig vom Fahrverhalten des Fahrzeugfahrers aktiviert.
Insbesondere bei Ein- und Ausparkvorgängen des Kraftfahrzeugs
wurde in diesem Erfindungszusammenhang ein kritischer Abstand d
von 50 bis 20 cm bei Ein- oder Ausparkgeschwindigkeiten von 3 bis
5 km/h als vorteilhaft erkannt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - LU 90347 A1 [0003]
- - DE 3844340 A1 [0004]
- - DE 10045616 A1 [0005]