DE102011082545A1

DE102011082545A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern oder Überwachen der Öffnungsbewegung eines Karosseriebauteils

Info

Publication number: DE102011082545A1
Application number: DE201110082545
Authority: DE
Inventors: Anto Mijac; Thomas Weingärtner; Gaetan Koers
Original assignee: Melexis Technologies NV; Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Melexis Technologies NV; Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern einer Kollision eines an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenkten Karosseriebauteils 2, das eine von einer ebenen Fläche abweichende Kontur aufweist, mit einem dem Kraftfahrzeug benachbarten Hindernis H, H’ während des Öffnens des Karosseriebauteils 2 weist einen optischen Sensor 4 auf, der im Schwenkbereich des Karosseriebauteils 2 befindliche Hindernisse H, H’ erfasst und Abstandssignale an eine Auswertelogik abgibt, die im Schwenkbereich des Karosseriebauteils 2 auftretende Hindernisse H, H’ mit der Kontur des Karosseriebauteils 2 korreliert, eine Kollision des vom optischen Sensor 4 erfassbaren Teils 21 des Karosseriebauteils 2 oder eine Kollision eines nicht erfassbaren Teils 23 mit dem Hindernis H, H’ beim weiteren Öffnen des Karosseriebauteils 2 ermittelt und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalabstandes eines Teils 21, 23 vom Hindernis H, H’ ein Auslösesignal für eine die Gefahr der Kollision des Karosseriebauteils 2 mit dem Hindernis H, H’ verringernde oder beseitigende Maßnahme abgibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern einer Kollision eines an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenkten Karosseriebauteils gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 11.
Aus der DE 100 56 569 A1 ist ein Fahrzeug mit wenigstens einer schwenkbaren Tür und mit einer Einrichtung zum Verhindern einer Kollision der Tür mit einem dem Fahrzeug benachbarten Gegenstand während des Öffnens der Tür bekannt, die einen Sensor mit nach geschalteter Auswertelogik enthält, mit denen während einer dem Öffnen der Tür unmittelbar vorausgehenden Fahrzeugbewegung der Gegenstand einer möglichen Kollision in seiner Lage und Lageänderung relativ zum Fahrzeug erfasst wird. Besteht die Gefahr einer Kollision zwischen dem Gegenstand und der Fahrzeugtür, so wird als Maßnahme zur Verringerung der Kollisionsgefahr eine Feststellvorrichtung für die Türbewegung und/oder ein Warnsignal ausgelöst.
Die bekannte Einrichtung zum Verhindern einer Kollision der Tür mit einem dem Fahrzeug benachbarten Gegenstand erfordert keine besondere Türsensorik, sondern verwendet eine vorhandene Abstandssensorik, mit der eine Beschädigung des Fahrzeugs bzw. benachbarter Fahrzeuge beim Einparken verhindert wird. Durch den Sensor mit nach geschalteter Auswertelogik werden mögliche Hindernisse für die Tür beim Einparken bzw. während der Vorbeifahrt erkannt und ihre Lage beim Stillstand des Fahrzeugs aufgrund der Analyse der Fahrzeugbewegung in Bezug auf das Hindernis bestimmt.
Weist die Kraftfahrzeugtür oder ein anderes, an der Karosserie des Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenktes Karosseriebauteil wie eine Kraftfahrzeugtür, eine Heckklappe oder ein Cabrioletverdeck eine von einer ebenen Fläche abweichende Kontur bzw. Geometrie auf, so sind mehrere Sensoren derart an dem Karosseriebauteil anzuordnen, dass eine vollständige Erfassung aller Teile des Karosseriebauteils gewährleistet ist, um eine Kollision mit einem Gegenstand oder einer Person zu verhindern, gleichzeitig aber einen maximalen Öffnungswinkel des Karosseriebauteils zu gewährleisten. Dies trifft insbesondere beim Einsatz von optischen Sensoren und zum Verhindern der Kollision einer schwenkbar am Dach einer Kraftfahrzeugkarosserie angelenkten Heckklappe auf, die eine von gestalterischen Gesichtspunkten unter Berücksichtigung eines maximalen Laderaums bestimmte Kontur bzw. Geometrie aufweist. Soll die Kollision einer beispielsweise mit einem horizontal verlaufenden Knick versehenen Heckklappe mit einer Garagendecke bei Einsatz eines im Spoilerbereich der Heckklappe, d. h. im Bereich der Anlenkung der Heckklappe am Dach der Kraftfahrzeugkarosserie, verhindert werden, so ermöglicht der optische Sensor lediglich die Überwachung des vom optischen Sensor erfassbaren Teils der Heckklappe, d. h. des Teils der Heckklappe zwischen der Anlenkung und dem horizontal verlaufenden Knick, während der Teil der Heckklappe vom horizontal verlaufenden Knick bis zum Ende der Heckklappe im Bereich des Nummernschildes nicht mittels des optischen Sensors erfassbar ist, um den Abstand zu einem Hindernis im Schwenkbereich der Heckklappe und damit eine drohende Kollision der Heckklappe mit dem Hindernis zu bestimmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei minimalem Bauteilaufwand, insbesondere bei minimalem Sensorikaufwand eine zuverlässige Erfassung möglicher Kollisionen eines schwenkbar an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs angelenkten Karosseriebauteils mit Hindernissen auch bei Karosseriebauteilen mit von einer ebenen Fläche abweichenden Konturen gewährleisten und einen maximalen Öffnungswinkel des Karosseriebauteils vor einer Kollision mit einem Hindernis ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine zuverlässige Erfassung einer möglichen Kollision eines Karosseriebauteils, das schwenkbar an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs angelenkt ist und eine von einer ebenen Fläche abweichende Kontur oder Geometrie aufweist, mit einem Hindernis, das sich im Schwenkbereich des Karosseriebauteils befindet, wobei ein maximaler Öffnungswinkel des Karosseriebauteils vor einer Kollision mit dem Hindernis ermöglicht wird und der Bauteilaufwand, insbesondere der Sensorikaufwand, minimal ist und in aller Regel nur ein optischer Sensor erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit unter Einsatz insbesondere nur eines optischen Sensors auch die Erfassung von Teilen eines schwenkbaren Karosseriebauteils, die außerhalb des Erfassungsbereichs des optischen Sensors liegen, der wegen der Verwendung von Licht- oder Laserstrahlen auf eine Ebene oder Fläche beschränkt ist. Der Erfassungsbereich des optischen Sensors durchschwenkt beim Öffnen des Karosseriebauteils aber einen Bereich, der während des Öffnens zu einem späteren Zeitpunkt auch von dem nicht einsehbaren Teil des Karosseriebauteils durchquert wird. Unter Verwendung der bekannten Geometrie oder Kontur des Karosseriebauteils können somit die beim Öffnen des Karosseriebauteils erfassten Signale bzw. Daten zu eventuell auftretenden Hindernissen im Schwenkbereich des Karosseriebauteils zu einem nachfolgenden Zeitpunkt dazu verwendet werden, eine mögliche Kollision der nicht erfassbaren Teile des Karosseriebauteils mit dem Hindernis zu verhindern und gleichzeitig zu gewährleisten, dass das Karosseriebauteil unter Berücksichtigung seiner Geometrie oder Kontur und den registrierten Hindernissen bis zu einem maximalen Öffnungswinkel ohne Kollision mit dem Hindernis geöffnet werden kann.
Vorzugsweise werden zur Vermeidung einer Kollision der nicht erfassbaren Teile des Karosseriebauteils mit dem Hindernis beim Öffnen des Karosseriebauteils mittels des optischen Sensors erfasste Abstandsdaten zu Hindernissen gespeichert, die bei einem größeren Öffnungswinkel des Karosseriebauteils mit den nicht erfassbaren Teilen des Karosseriebauteils kollidieren können, so dass eine die Abstandsdaten speichernde Auswertelogik durch Korrelation der Abstandsdaten mit der bekannten Kontur oder Geometrie des Karosseriebauteils Maßnahmen zur Verhinderung der Kollision treffen kann.
Um die Öffnungsbewegung des Karosseriebauteils nach einer detektierten Kollisionsgefahr und Abbrechen der Öffnungsbewegung des Karosseriebauteils fortzusetzen, wird das eine Unterbrechung der Öffnungsbewegung bewirkendes Auslösesignal inaktiv, wenn das Hindernis im Schwenkbereich des Karosseriebauteils nicht mehr erfasst wird.
Nach einer Maßnahme zum Verhindern einer Kollision eines vom optischen Sensor nicht erfassbaren Teils des Karosseriebauteils mit dem Hindernis beim weiteren Öffnen des Karosseriebauteils wird das Auslösesignal erst dann inaktiv geschaltet, wenn das Karosseriebauteil geschlossen und das Hindernis im Schwenkbereich des Karosseriebauteils nicht mehr erfasst und damit das Verschwinden des nicht unmittelbar erfassbaren Hindernisses bestätigt wurde.
Als Maßnahmen zur Verringerung der Kollisionsgefahr bzw. Verhindern einer Kollision wird bei einer manuellen Betätigung des Karosseriebauteils das Auslösesignal an eine optische und/oder akustische Warneinrichtung zur Abgabe eines Warnsignals weiter geleitet, so dass eine das Karosseriebauteil betätigende Person den Öffnungsvorgang abbrechen kann. Alternativ oder zusätzlich kann bei einer elektromotorischen Betätigung des Karosseriebauteils das Auslösesignal an eine Steuereinrichtung für die Antriebseinrichtung des Karosseriebauteils abgegeben werden, die die Schwenkbewegung des Karosseriebauteils stoppt oder reversiert, wobei die gegebenenfalls zusätzliche Abgabe eines optischen und/oder akustischen Warnsignals die Kollisionsgefahr weiter verringert.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der vom optischen Sensor erfassbare Teil des Karosseriebauteils in mehrere die Kontur des erfassbaren Teils des Karosseriebauteils abbildende Erfassungszonen aufgeteilt, die vom optischen Sensor ausgehend sektorförmig zu den Enden des erfassbaren Teils des Karosseriebauteils oder markanten Stellen des Karosseriebauteils verlaufen. Tritt ein Hindernis in einer der Erfassungszonen oder gleichzeitig in mehreren Erfassungszonen auf, so wird der Abstand zu den in den Schwenkbereich der Erfassungszonen eintretenden Hindernissen ermittelt und vorzugsweise mit einem Schwellwert verglichen, bei dessen Unterschreiten das Auslösesignal abgegeben wird.
Die Ermittlung des Abstandes zwischen dem Karosseriebauteil bzw. einem Teil des Karosseriebauteils zu einem Hindernis erfolgt mittels eines der an sich bekannten optischen Abstands-Messverfahren. Hierzu gehören unter anderen Verfahren

– eine Laufzeitmessung, bei der ein zeitlicher Lichtimpuls von einer Lichtquelle ausgesandt und die Pulslaufzeit, d. h. die Zeit, die der Lichtimpuls braucht, um von einem Objekt zur Quelle reflektiert zu werden, gemessen und durch Multiplikation der Pulslaufzeit mit der Lichtgeschwindigkeit die Distanz zwischen der Quelle und dem Objekt ermittelt wird,
– eine Messung der entfernungsabhängigen Phasenverschiebung eines reflektierten Licht- oder Laserstrahls oder dessen Modulation gegenüber einem ausgesandten Licht- oder Laserstrahl und Ermittlung der vom Licht- oder Laserstrahl zurückgelegten Distanz aus der Phasenverschiebung,
– eine Licht- oder Lasertriangulation, bei der ein Licht- oder Laserstrahl auf das Hindernis fokussiert und mit einer daneben im Sensor befindlichen Kamera, ortsauflösenden Photodiode oder CCD-Zeile die Entfernung des Hindernisses vom Sensor beobachtet wird, bei der sich auch der Winkel, unter dem der Lichtpunkt betrachtet wird, und damit die Position seines Abbildes auf dem Fotoempfänger ändert. Aus der Positionsänderung wird mit Hilfe von Winkelfunktionen die Entfernung des Hindernisses berechnet.

In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verhindern einer Kollision eines an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenkten Karosseriebauteils wird bevorzugt eine Messung der entfernungsabhängigen Phasenverschiebung eines reflektierten Licht- oder Laserstrahls eingesetzt, bei der der optische Sensor die Phasenverschiebung zwischen einem ausgesandten und einem vom Hindernis reflektierten, frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl misst und die Distanz s des erfassbaren Teils des Karosseriebauteils von einem Hindernis aus der Beziehung s = c·T / 4π·Φ
Ermittelt wird, wobei c die Lichtgeschwindigkeit, T die Periodendauer des ausgesandten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls und Φ die aus der Gleichung Φ = Δt / T·2π erhaltene Phasendifferenz zwischen dem ausgesandten und dem empfangenen Licht- oder Laserstrahl mit Δt der zeitlichen Differenz der ansteigenden oder abfallenden Flanken der ausgesandten oder reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen ist.
Um eindeutige Signale bei Entfernungen zu erzielen, die ein Vielfaches der halben Laser- oder Modulationswellenlänge betragen, wird vorzugsweise der ausgesandte frequenzmodulierte Licht- oder Laserstrahl mit mehreren voneinander verschiedenen Phasenlagen abgegeben.
Eine Vorrichtung zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabenstellung ist durch die Merkmale des Anspruchs 10 gekennzeichnet, wonach zum Verhindern einer Kollision eines an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenkten Karosseriebauteils, insbesondere einer Kraftfahrzeugtür oder Heckklappe, das eine von einer ebenen Fläche abweichende Kontur aufweist, mit einem dem Kraftfahrzeug benachbarten Hindernis während des Öffnens des Karosseriebauteils

– ein mit einem Teil des Karosseriebauteils verbundener optischen Sensor zur Ermittlung des Abstandes des Karosseriebauteils von einem Hindernis im Schwenkbereich des Karosseriebauteils und Abgabe von Abstandssignalen,
– eine Auswertelogik, die die Abstandssignale sowohl mit einem vom optischen Sensor erfasbaren Teil des Karosseriebauteils als auch mit einem bzw. mehreren vom optischen Sensor nicht erfassbaren Teil(en) des Karosseriebauteils korreliert und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes des Abstandes zwischen dem vom optischen Sensor erfassbaren Teil des Karosseriebauteils oder dem bzw. den vom optischen Sensor nicht erfassbaren Teil(en) des Karosseriebauteils, der bzw. die bei einem weiteren Öffnen des Karosseriebauteils mit dem Hindernis kollidieren würde(n), ein Auslösesignal abgibt, und
– eine Warneinrichtung, die beim Empfang des Auslösesignals ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgibt, und/oder eine Steuereinrichtung, die beim Empfang eines Warnsignals ein Steuersignal an eine Antriebseinrichtung für das Karosseriebauteil und/oder eine Feststellvorrichtung für das Karosseriebauteil abgibt,

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der optische Sensor einen Sender zur Abgabe eines frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls, einen Empfänger zur Erfassung des von einem Hindernis im Schwenkbereich des Karosseriebauteils reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls und eine elektronische Schaltung zur Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen dem vom Sender ausgesandten, frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl und dem vom Empfänger erfassten, reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl und Abgabe eines den Abstand zu dem Hindernis abgebenden Abstandssignals auf. Darin enthält

– der Sender eine frequenzmodulierte Licht- oder Laserstrahlen abgebende Licht emittierende Diode (LED) oder Laserdiode, die mit dem Ausgang eines Laser/LED-Treibers verbunden ist, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Signalgenerators zur Abgabe von frequenzmodulierten Referenzsignalen beaufschlagt ist,
– der Empfänger eine Sensordiode, die die von einem Hindernis reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen erfasst und ein dem erfassten, vom Hindernis reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl entsprechendes Sensorsignal an einen Signalmischer zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen abgibt, der die Phasenlage des Referenzsignals und des Sensorsignals vergleicht und ein der Phasenverschiebung zwischen dem Sensorsignal und dem Referenzsignal entsprechendes Abstandssignal an die Auswertelogik abgibt.

Zur Bereitstellung eindeutiger Signale ist der Signalgenerator als Mehrphasen-Signalgenerator ausgebildet und gibt mehrere gegeneinander phasenverschobene, frequenzmodulierte Referenzsignale sowohl an den Laser/LED-Treiber als auch an den Signalmischer zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen ab.
Bevorzugt wird ein Vier-Phasen-Signalgenerator eingesetzt, der vier um 90° gegeneinander phasenverschobene, frequenzmodulierte Referenzsignale sowohl an den Laser/LED-Treiber als auch an den Signalmischer zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen abgibt.
Die Auswertelogik speichert die Abstandssignale und gibt bei Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes des Abstandes zwischen dem bzw. den vom optischen Sensor nicht erfassbaren Teilen des Karosseriebauteils, der bzw. die bei einem weiteren Öffnen des Karosseriebauteils mit dem Hindernis kollidieren würden, das Auslösesignal ab.
Vorzugsweise ist der optische Sensor im Bereich der Schwenkachse am Karosseriebauteil angeordnet, so dass er beim Öffnen des Karosseriebauteils mitbewegt wird.
Alternativ kann der optische Sensor im Bereich der Schwenkachse des Karosseriebauteils an der Karosserie angeordnet werden, wobei entweder die Information über den Öffnungswinkel des Karosseriebauteils zu einem Mitführen des optischen Sensors und damit des Winkels, unter dem Hindernisse erfasst werden, und/oder zu einer entsprechenden Beeinflussung der Abstandssignale führt. Zu diesem Zweck ist der optische Sensor mit einer Einrichtung zur Anpassung des optischen Sensors an den Schwenkwinkel des Karosseriebauteils verbunden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass der optische Sensor einen vorzugsweise mittig zwischen zwei zueinander beabstandeten Sendern angeordneten Empfänger aufweist.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Teilansicht einer an eine Kraftfahrzeugkarosserie angelenkten Heckklappe und eines im Bereich der Anlenkung angeordneten optischen Sensors sowie schematisch eingezeichnete Erfassungszonen des optischen Sensors;
2 einen Längsschnitt durch die an der Kraftfahrzeugkarosserie angelenkte Heckklappe mit schematisch eingetragenen Erfassungszonen des optischen Sensors in Bezug auf zwei Hindernisse;
3 ein schematisches Blockschaltbild eines in ein Karosseriebauteil integrierten optischen Sensors;
4 eine schematische Darstellung eines frequenzmodulierten, von dem Sender eines optischen Sensors abgegebenen Referenzsignals und eines vom Empfänger des optischen Sensors empfangenen Sensorsignals mit einer Phasendifferenz zwischen Referenz- und Sensorsignal und
5 ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung zum Verhindern einer Kollision eines Karosseriebauteils mit einem Hindernis.
1 zeigt eine teilweise Heckansicht und 2 einen Längsschnitt durch das Heck eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie 1 und einer an der hinteren Dachkante 10 der Karosserie 1 um eine horizontale Achse schwenkbar angelenkten Heckklappe 2. Die Kontur der Heckklappe 2 weist einen Knick 22 auf, der die Heckklappe 2 in einen oberen, im Wesentlichen die Heckscheibe enthaltenden Teil 21 und einen unteren, üblicherweise das Nummernschild des Kraftfahrzeugs enthaltenden Teil 23 unterteilt, wobei der Knick 22 zwischen dem oberen Teil 21 und dem unteren Teil 23 etwa in Höhe der unteren Heckscheibenkante verläuft.
Im Bereich der Anlenkung der Heckklappe 2 an der Karosserie 1 ist ein Spoiler 3 mit der Heckklappe 2 verbunden, an dessen Unterseite ein optischer Sensor 4 angeordnet ist. Der optische Sensor 4 besteht aus zwei benachbart zu den Seitenkanten der Heckklappe 2 angeordneten optischen Sendern 5 und einem mittig zwischen den optischen Sendern 5 angeordneten optischen Empfänger 6.
Wie insbesondere dem Längsschnitt durch das Heck des Kraftfahrzeugs gemäß 2 zu entnehmen ist, ist der Erfassungsbereich E des optischen Sensors 4 aufgrund der abgeknickten Heckklappe 2 auf den oberen Teil 21 bis zum Knick 22 zwischen dem oberen Teil 21 und dem unteren Teil 23 der Heckklappe 2 beschränkt, so dass der optische Sensor 4 nur ein im Schwenkbereich der Heckklappe 2 befindliches Hindernis H in diesem Bereich erfassen und eine Kollision der Heckklappe 2 mit dem Hindernis H beim Öffnen der Heckklappe 2 durch Schwenken um die Anlenkachse in Richtung des in 2 eingetragenen Pfeiles W verhindern kann. Da sich das Hindernis H an einer Stelle befindet, die bereits mit dem oberen Teil 21 der Heckklappe 2 kollidieren würde, würde die Erfassung des Hindernisses durch den optischen Sensor 4 in dessen Erfassungsbereich E ausreichen, um die Kollisionsgefahr verringernde Maßnahmen auszulösen.
In 2 befindet sich ein Hindernis H’ jedoch an einer Stelle, an der der obere Teil 21 der Heckklappe 2 ohne die Gefahr einer Kollision mit dem Hindernis H’ beim Öffnen der Heckklappe 2 vorbeigeschwenkt wird, während der untere Teil 23 mit dem Hindernis H’ beim weiteren Öffnen der Heckklappe 2 kollidieren würde.
Der Erfassungsbereich E des am Spoiler 3 angeordneten optischen Sensors 4 beschreibt eine Ebene oder Fläche, die beim Öffnen der Heckklappe 2 einen Bereich E’ durchschwenkt, der während des Öffnungsvorganges zu einem späteren Zeitpunkt vom unteren Teil 23 der Heckklappe 2 durchquert wird. Ein in diesem Bereich befindliches Hindernis H’ erfasst der optische Sensor 4 bevor der untere Teil 23 der Heckklappe 2 in die Nähe des Hindernisses H’ gelangt. Durch Abspeichern der Sensordaten beim Erfassen des Hindernisses H’ während des Bewegungsablaufes beim Öffnen der Heckklappe 2 wird unter Berücksichtigung der bekannten Geometrie bzw. Kontur der Heckklappe 2 bestimmt, wie weit die Heckklappe 2 geöffnet werden kann bzw. welcher maximale Öffnungswinkel der Heckklappe 2 möglich ist, ohne dass der untere Teil 23 mit dem Hindernis H’ kollidiert.
Damit ist sichergestellt, dass trotz des auf den oberen Teil 21 der Heckklappe 2 beschränkten Erfassungsbereichs E bzw. E’ des optischen Sensors 4 Hindernisse H, H’ erfasst und bei der Auslösung von Maßnahmen zum Verhindern einer Kollision berücksichtigt werden, die sowohl mit dem oberen, vom optischen Sensor 4 einsehbaren Teil 21 des Karosseriebauteils 2 als auch mit dem unteren, vom optischen Sensor 4 nicht einsehbaren Teil 23 des Karosseriebauteils 2 kollidieren können, ohne dass weitere optische Sensoren vorgesehen werden müssen, die sämtliche Bereiche der Heckklappe 2 unter Berücksichtigung der Geometrie bzw. Kontur der Heckklappe 2 vorgesehen werden müssen. Dadurch wird eine erhöhte Funktionalität ohne einen Mehraufwand an Bauelementen geschaffen.
Um die für eine Bestimmung einer möglichen Kollision des unteren, vom optischen Sensor 4 nicht einsehbaren Teils 23 des Karosseriebauteils 2 erforderliche Geometrie bzw. Kontur der Heckklappe 2 optimal anzugeben, ist der Erfassungsbereich des optischen Sensors 4 gemäß 1 in verschiedene Zonen, im dargestellten Ausführungsbeispiel in sechs Zonen Z1 bis Z6, eingeteilt. Die Anzahl der Zonen wird im Wesentlichen von der Kontur der Heckklappe 2, beispielsweise von der Anzahl und Art von Vorsprüngen, Kanten oder Wölbungen bestimmt und kann weit über die im Ausführungsbeispiel dargestellten sechs Zonen hinausgehen.
Wie nachstehend näher ausgeführt wird, kann die Aufteilung des Erfassungsbereichs des optischen Sensors in mehrere Zonen dadurch realisiert werden, dass der optische Empfänger 6 beispielsweise aus einem CCD- oder CMOS-Sensor mit in Reihen oder matrixförmig angeordneten lichtsensitiven Pixeln und einer vor dem CCD- oder CMOS-Sensor angeordneten Linse besteht, die die Erfassungszonen auf die den Zonen zugeordneten Pixel des CCD- oder CMOS-Sensors abbildet.
Für jede der Zonen Z1 bis Z6 wertet der optische Sensor 4 die Entfernung zu einem Hindernis H, H’ aus, wobei der Schwellwert für die Erfassung von Hindernissen H, H’ jeder Zone und damit der Erfassungsbereich durch die Länge der schematisch eingetragenen Kreissegmente für die einzelnen Zonen Z1 bis Z6 bestimmt wird. Mit steigender Anzahl und dementsprechend mit abnehmender Größe der Zonen Z1 bis Z6 wird die Genauigkeit der Abbildung der Heckklappe 2 im optischen Sensor 4 erhöht, so dass auch bei komplizierten Konturen eine genaue Erfassung von Hindernissen H, H’ gewährleistet ist.
Die vom optischen Sensor 4 im Erfassungsbereich E, E’ durchgeführten Abstandsmessungen beim Öffnen der Heckklappe 2 können auf unterschiedliche Weise mit an sich bekannten einleitend beispielhaft aufgezeigten optischen Abstandsmessungen realisiert werden.
Der in 3 in einem schematischen Blockschaltbild dargestellte optische Sensor 4 macht beispielsweise vom Prinzip der Abstandsmessung über die Phasenlage eines abgegebenen frequenzmodulierten Referenzlicht- oder -laserstrahls r(t) und eines reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls e(t) Gebrauch. Hierfür weist der optische Sensor 4 einen optischen Sender 5 mit einer Licht emittierenden Diode (LED) oder Laserdiode 51 auf, die den Referenzlicht- oder -laserstrahl r(t) über eine Linse 50 abgibt. Die LED oder Laserdiode 51 wird von einem Treiber 52 angesteuert, der frequenzmodulierte Eingangssignale von einem Signalgenerator 53 empfängt, der eine frequenzmodulierte Impulsfolge mit vorgegebener Frequenz f_n bzw. Periode T an den Treiber 52 abgibt.
Der vom optischen Sender 5 abgegebene frequenzmodulierte Referenzlicht- oder -laserstrahl r(t) wird von einem Hindernis H reflektiert und als frequenzmodulierter reflektierter Licht- oder Laserstrahl e(t) über eine die verschiedenen Zonen Z1 bis Z6 abbildende Linse 60 von einem Detektor bzw. Demodulator empfangen, der einen CCD- oder CMOS-Sensor 61 und einen Signalmischer zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz 62 enthält, der den frequenzmodulierten Referenzlicht- oder -laserstrahl r(t) mit dem frequenzmodulierten reflektierten Licht- oder Laserstrahl e(t) vergleicht und im Multiplexbetrieb die jeweilige Phasendifferenz an eine nachgeschaltete Pixelschaltung 63 abgibt.
Wird der ausgesandte frequenzmodulierte Referenzlicht- oder -laserstrahl r(t) mit einer Frequenz f_n = 1/T moduliert, so erhält man den in 4A dargestellten zeitlichen Verlauf des frequenzmodulierten Referenzlicht- oder -laserstrahls r(t). Der vom optischen Empfänger 6 empfangene und in 4B dargestellte frequenzmodulierte reflektierte Licht- oder Laserstrahl e(t) weist gegenüber dem frequenzmodulierten Referenzlicht- oder -laserstrahl r(t) in Abhängigkeit vom Abstand des Hindernisses H, H’ eine Phasendifferenz Φ auf, die durch die Gleichung Φ = Δt / T·2π aus der zeitlichen Differenz Δt der ansteigenden oder abfallenden Flanken der ausgesandten oder reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen r(t) und e(t) sowie der Periodendauer T bestimmbar ist.
Der Abstand s des Hindernisses H bzw. H’ vom optischen Sensor 4 wird aus der Gleichung s = c·T / 4π·Φ ermittelt, in der c die Lichtgeschwindigkeit, T die Periodendauer des ausgesandten bzw. reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls r(t) bzw. e(t) ist und die Phasendifferenz Φ aus der oben stehenden Gleichung gewonnen wird.
Durch die Erfassung der Phasenverschiebung des reflektierten Licht- oder Laserstrahls gegenüber dem ausgesandten Referenzstrahl ist eine hohe Auflösung mit geringem messtechnischem Aufwand realisierbar. Um eine Eindeutigkeit der frequenzmodulierten Referenzlicht- oder -laserstrahlen r(t) sowie der frequenzmodulierter reflektierten Licht- oder Laserstrahlen e(t) bei Entfernungen eines Vielfachen der halben Laser- bzw. Modulationswellenlänge zu gewährleisten, gibt der Signalgenerator 53 vier um jeweils 90° phasenverschobene Referenzsignale an den Treiber 52 und den Signalmischer 62 zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen ab.
Die vom optischen Sensor 4 abgegebenen Abstandssignale a werden entsprechend dem in 5 dargestellten Blockschaltbild an eine Auswertelogik 7 abgegeben, die das Auftreten von Hindernissen H, H’ im Schwenkbereich der sich öffnenden Heckklappe 2 auswertet und bei drohender Kollisionsgefahr zwischen dem Hindernis H bzw. H’ und der Heckklappe 2 ein Auslösesignal A abgibt, das Maßnahmen zum Verhindern einer Kollision bzw. Verringern der Gefahr einer Kollision einleitet. Dabei berücksichtigt die Auswertelogik 7 die Geometrie bzw. Kontur der Heckklappe 2 beim Auftreten von Hindernissen H’, die zwar nicht mit dem vom optischen Sensor 4 einsehbaren oberen Teil 21 der Heckklappe 2, jedoch mit dem unteren Teil 23 der Heckklappe 2 bei weiterer Öffnung der Heckklappe 2 kollidieren können. Somit gibt die Auswertelogik 7 das Auslösesignal A unabhängig vom Ort des Hindernisses H, H’ ab, wenn dieses sich im Schwenkbereich der Heckklappe 2 befindet.
Das Auslösesignal A kann alternativ oder kombiniert an eine Warneinrichtung 8 und/oder eine Steuereinrichtung 9 abgegeben werden, wobei die Warneinrichtung 8 einen optischen und/oder akustischen Alarm über eine entsprechende optische oder akustische Alarmeinrichtung 80 insbesondere bei manueller Öffnung der Heckklappe 2 auslöst. Die bei einer elektromotorisch angetriebenen Heckklappe 2 vorgesehene Steuereinrichtung 9 wirkt unmittelbar auf eine Antriebseinrichtung 90 zum Stoppen der Öffnungsbewegung der Heckklappe 2 bzw. zum Reversieren der Heckklappe 2 ein. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung 9 auf eine Feststellbremse zum Arretieren der Heckklappe 2 einwirken.
Bezugszeichenliste

1: Karosserie
2: Heckklappe
3: Spoiler
4: optischer Sensor
5: optischen Sender
6: optischer Empfänger
7: Auswertelogik
8: Warneinrichtung
9: Steuereinrichtung
10: Dachkante
21: Oberer Teil der Heckklappe
22: Knick
23: Unterer Teil der Heckklappe
50: Linse
51: Licht emittierende Diode (LED) oder Laserdiode
52: Treiber
53: Signalgenerator
60: Linse
61: CCD- oder CMOS-Sensor
62: Signalmischer zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen
63: Pixelschaltung
80: optische oder akustische Alarmeinrichtung
90: Antriebseinrichtung
a: Abstandssignal
A: Auslösesignal
r(t): frequenzmodulierter Referenzlicht- oder -laserstrahl
e(t): frequenzmodulierter reflektierter Licht- oder Laserstrahl
s: Abstand eines Hindernisses vom Karosseriebauteil
Z1–Z6: Erfassungszonen
W: Schwenkrichtung der Heckklappe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10056569 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Verhindern einer Kollision eines an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenkten Karosseriebauteils, insbesondere einer Kraftfahrzeugtür oder Heckklappe, das eine von einer ebenen Fläche abweichende Kontur aufweist, mit einem dem Kraftfahrzeug benachbarten Hindernis während des Öffnens des Karosseriebauteils, gekennzeichnet durch einen optischen Sensor (4), der im Schwenkbereich des Karosseriebauteils (2) befindliche Hindernisse (H, H’) erfasst und Abstandssignale (a) an eine Auswertelogik (7) abgibt, die im Schwenkbereich des Karosseriebauteils (2) auftretende Hindernisse (H, H’) mit der Kontur des Karosseriebauteils (2) korreliert, eine Kollision des vom optischen Sensor (4) erfassbaren Teils (21) des Karosseriebauteils (2) mit dem Hindernis (H) oder eine Kollision eines vom optischen Sensor (4) nicht erfassbaren Teils (23) oder mehrerer nicht erfassbarer Teile (23) des Karosseriebauteils (2) mit dem Hindernis (H’) beim weiteren Öffnen des Karosseriebauteils (2) ermittelt und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalabstandes eines Teils (21, 23) des Karosseriebauteils (2) von dem Hindernis (H, H’) ein Auslösesignal (A) für eine die Gefahr der Kollision des Karosseriebauteils (2) mit dem Hindernis (H, H’) verringernde oder beseitigende Maßnahme abgibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Öffnen des Karosseriebauteils (2) Abstandsdaten (a) zu Hindernissen (H, H’) gespeichert werden, die bei einem größeren Öffnungswinkel des Karosseriebauteils (2) mit dem Karosseriebauteil (2) kollidieren können.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösesignal (A) inaktiv wird, wenn das Hindernis (H) im Schwenkbereich des Karosseriebauteils (2) nicht mehr erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösesignal (A) nach einer Maßnahme zum Verhindern einer Kollision eines vom optischen Sensor (4) nicht erfassbaren Teils (23) oder mehrerer nicht erfassbarer Teile (23) des Karosseriebauteils (2) mit dem Hindernis (H’) beim weiteren Öffnen des Karosseriebauteils (2) erst dann inaktiv wird, wenn das Karosseriebauteil (2) geschlossen und das Hindernis (H’) im Schwenkbereich des Karosseriebauteils (2) nicht mehr erfasst wurde.
Verfahren nach mindestens einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösesignal (A) an eine optische und/oder akustische Warneinrichtung (8) zur Abgabe eines Warnsignals abgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösesignal (A) an eine Steuereinrichtung (9) einer Antriebseinrichtung (90) für das Karosseriebauteil (2) abgegeben wird, die die Schwenkbewegung des Karosseriebauteils (2) stoppt oder reversiert.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom optischen Sensor (4) erfassbare Teil (21) des Karosseriebauteils (2) in mehrere die Kontur des erfassbaren Teils (21) des Karosseriebauteils (2) abbildende Erfassungszonen (Z1–Z6) aufgeteilt ist, die vom optischen Sensor (4) ausgehend sektorförmig zu den Enden des erfassbaren Teils (21) oder zu markanten Stellen (22) des Karosseriebauteils (2) verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (s) zu in den Schwenkbereich der Erfassungszonen (Z1–Z6) eintretenden Hindernissen (H, H’) ermittelt und mit einem Schwellwert verglichen wird, bei dessen Unterschreiten das Auslösesignal (A) abgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (4) die Phasenverschiebung zwischen einem ausgesandten und einem vom Hindernis reflektierten, frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl (r(t), e(t)) misst und den Abstand (s) des Karosseriebauteils von einem Hindernis aus der Beziehung s = c·T / 4π·Φ ermittelt, wobei c die Lichtgeschwindigkeit, T die Periodendauer des ausgesandten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls (r) und Φ die aus der Gleichung Φ = Δt / T·2π erhaltene Phasendifferenz zwischen dem ausgesandten und dem empfangenen Licht- oder Laserstrahl mit Δt der zeitlichen Differenz der ansteigenden oder abfallenden Flanken der ausgesandten oder reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen (r(t), e(t)) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgesandte frequenzmodulierte Licht- oder Laserstrahl (r(t)) mit mehreren voneinander verschiedenen Phasenlagen abgegeben wird.
Vorrichtung zum Verhindern einer Kollision eines an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenkten Karosseriebauteils, insbesondere einer Kraftfahrzeugtür oder Heckklappe, das eine von einer ebenen Fläche abweichende Kontur aufweist, mit einem dem Kraftfahrzeug benachbarten Hindernis während des Öffnens des Karosseriebauteils, gekennzeichnet durch – einen mit der Karosserie (1) oder dem Karosseriebauteil (2) verbundenen optischen Sensor zur Ermittlung des Abstandes (s) des Karosseriebauteils (2) von einem Hindernis (H, H’) im Schwenkbereich des Karosseriebauteils (2) und Abgabe von Abstandssignalen (a), – eine Auswertelogik (7), die die Abstandssignale (a) sowohl mit einem vom optischen Sensor (4) erfassbaren Teil (21) des Karosseriebauteils (2) als auch mit einem bzw. mehreren vom optischen Sensor (4) nicht erfassbaren Teilen (22) des Karosseriebauteils (23) korreliert und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes des Abstandes (s) zwischen dem vom optischen Sensor (4) erfassbaren Teil (21) des Karosseriebauteils (2) oder dem bzw. den vom optischen Sensor (4) nicht erfassbaren Teil bzw. Teilen (23) des Karosseriebauteils (2), der bzw. die bei einem weiteren Öffnen des Karosseriebauteils (2) mit dem Hindernis (H, H’) kollidieren würde bzw. würden, ein Auslösesignal (A) abgibt, – und eine Warneinrichtung (8), die beim Empfang des Auslösesignals (A) ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgibt, und/oder eine Steuereinrichtung (9), die beim Empfang des Auslösesignals (A) ein Steuersignal an eine Antriebseinrichtung (90) für das Karosseriebauteil (2) und/oder eine Feststellvorrichtung für das Karosseriebauteil (2) abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (4) einen Sender (5) zur Abgabe eines frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls (r) als Referenzsignal, einen Empfänger (6) zur Erfassung des von einem Hindernis (H, H’) im Schwenkbereich des Karosseriebauteils (2) reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahls (e(t)) als Sensorsignal und eine elektronische Schaltung zur Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen dem vom Sender (5) ausgesandten, frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl (r(t)) und dem vom Empfänger (6) erfassten, reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl (e) und Abgabe eines den Abstand (s) zu dem Hindernis (H, H’) angebenden Abstandssignals (a) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (5) eine die frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen (r(t)) abgebende Licht emittierende Diode (LED) oder Laserdiode (51) enthält, die mit dem Ausgang eines Laser/LED-Treibers (52) verbunden ist, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Signalgenerators (53) zur Abgabe von frequenzmodulierten Referenzsignalen beaufschlagt ist, dass der Empfänger (6) einen CCD- oder CMOS-Sensor (61) enthält, der die von einem Hindernis (H, H’) reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen (e(t)) erfasst und ein dem erfassten, vom Hindernis (H, H’) reflektierten frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahl (e(t)) entsprechendes Sensorsignal an einen Signalmischer (62) zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen abgibt, der die Phasenlage des Referenzsignals und des Sensorsignals vergleicht und ein der Phasenverschiebung zwischen dem Sensorsignal und dem Referenzsignal entsprechendes Abstandssignal (a) an die Auswertelogik (7) abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator als Mehrphasen-Signalgenerator (53) ausgebildet ist und mehrere gegeneinander phasenverschobene, frequenzmodulierte Referenzsignale (r(t)) sowohl an den Laser/LED-Treiber (52) als auch an den Signalmischer (62) zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Vier-Phasen-Signalgenerator (53), der vier um 90° gegeneinander phasenverschobene, frequenzmodulierte Referenzsignale (r(t)) sowohl an den Laser/LED-Treiber (52) als auch an den Signalmischer (62) zur Erfassung der Phasenlage bzw. Phasendifferenz der frequenzmodulierten Licht- oder Laserstrahlen abgibt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertelogik (7) die Abstandssignale (a) zwischenspeichert und bei Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes des Abstandes (s) zwischen dem bzw. den vom optischen Sensor (4) nicht erfassbaren Teilen (23) des Karosseriebauteils (2), der bzw. die bei einem weiteren Öffnen des Karosseriebauteils (2) mit dem Hindernis (H, H’) kollidieren würden, das Auslösesignal (A) abgibt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (4) im Bereich der Schwenkachse am Karosseriebauteil (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (4) im Bereich der Schwenkachse des Karosseriebauteils (2) an der Karosserie (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (4) mit einer Einrichtung zur Anpassung des optischen Sensors (4) an den Schwenkwinkel des Karosseriebauteils (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (4) einen vorzugsweise mittig zwischen zwei zueinander beabstandeten Sendern (5) angeordneten Empfänger (6) aufweist.