DE19622777A1 - Sensorsystem zur automatischen relativen Positionskontrolle - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Sensorsystem für die
automatische relative Positionsbestimmung zwischen zwei
Objekten, wobei zum einen der Abstand, zum andern der
relative Winkel zwischen den beiden Objekten bestimmt werden
muß.
Es sind bereits Verfahren zur Bestimmung des Abstands sowie
des Winkels zwischen zwei Objekten bekannt. Dabei werden
mehrstrahlige Lidars oder Ultraschallsensoren, sowie
winkelaufgelöstes Radar eingesetzt. Diese Sensoren haben
allerdings den Nachteil daß sie für bestimmte Anwendungen,
z. B. für die Nahfeldsensorik am Auto, entweder viel zu
teuer oder für kleine Reichweiten, nämlich dem Bereich von
einigen Zentimetern bis zu etwa 10 Metern nicht realisierbar
sind. Weiterhin sind Triangulationssensoren bekannt, die
allerdings nur eine grobe Abstandsauflösung haben. Für den
Einsatz der Sensorsysteme ist allerdings wünschenswert,
kostengünstige und einfach zu installierende, eventuell
nachrüstbare Sensorsysteme zu haben.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil
daß ein einfacher Abstandssensor mit einem optischen,
winkelauflösenden Sensor verbunden wird und so eine
vorteilhafte, kostengünstige Anordnung für die Erfassung der
relativen Position zweier Objekte zu realisieren ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
des im Hauptanspruch angegebenen Sensorsystems möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, daß der winkelauflösende
Sensor durch einen einfachen Ersatz durch einen Sensor mit
höherer Auflösung an die gewünschten Meßziele angepaßt
werden kann. Weiterhin ist es von Vorteil, daß auch eine
räumliche Erfassung des zu bestimmenden Objektes möglich
ist, da ein winkelauflösender Sensor auch eine
zweidimensionale Messung ermöglicht. Der Abstandssensor
besteht vorteilhafterweise aus einem einfachen
Ultraschallsensor oder einem kleinen günstigen Radar- oder
Lidarsystem.
Von Vorteil ist weiterhin, daß der Abstandssensor nur einen
Meßkanal der Meßwerterfassung mit der relativ aufwendigen
Laufzeitmessung blockiert. Die anderen Kanäle des
winkelabhängigen Sensors dienen als binäre Meßgeber. Damit
ist eine schnelle Auswertung der Meßdaten gegeben.
Es ist weiterhin sehr einfach, die Auflösung des Azimuts auf
der Basis des winkelauflösenden optischen Sensors zu
erhöhen, da eine Lichtbündelung wesentlich einfacher ist als
z. B. die Bündelung von Mikrowellen.
Ein weiterer Vorteil ist es, daß der erfindungsgemäße Sensor
sehr kompakt eingebaut werden kann.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die
Abstands- und Winkelmessung zwischen zwei Objekten mit einem
winkelauflösenden und einem nicht winkelauflösenden Sensor.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit
Triangulationsverfahren.
Das Sensorsystem besteht aus einer Kombination eines nicht
winkelauflösenden Abstandssensors 1, der z. B. über eine
Laufzeitmessung des ausgestrahlten Signals 2 den Abstand zu
dem Objekt 5 auswertet. Es kommen dabei Radar-, Lidar- oder
Ultraschallsensoren zum Einsatz. Das zweite Bauelement des
Sensors besteht aus einer geometrischen Anordnung von
optoelektronischen Sendern und Empfängern 3, die in Form von
Lichtschranken 4 angeordnet sind. Als Voraussetzung für eine
erfolgreiche Messung müssen die beiden Sensoren 1 und 3
einen gemeinsamen Detektionsbereich abdecken. Die Sensoren 1
und 3 sollten räumlich eng benachbart sein (Einbau in die
Frontpartie eines Fahrzeugs 7) und in eine gemeinsame
Richtung strahlen, siehe Fig. 1. Der nicht winkelauflösende
Sensor 1 detektiert das Objekt 5. Er errechnet den Abstand
r, d. h. die longitudinale Position zu diesem Objekt über
Laufzeitmessung, z. B. durch Phasenverschiebung, Pulse, FMCW
des Signals 2. Das Meßsignal wird vom Sensor 1 erfaßt und in
der Meßwerterfassung 7 ausgewertet und so der Abstand
bestimmt. Das Objekt 5 wird auch vom Sensor 3 erfaßt. Wenn
der Strahl eines der optischen Sender das Objekt 5 trifft,
entsteht eine Reflexion auf der Oberfläche. Das
Rückstreusignal von dieser Reflexion wird an einem Empfänger
der Empfängerleiste empfangen. Eine Auswertung der Laufzeit
zwischen Sender und Empfangssignal wird nicht durchgeführt.
Die Position des Empfänger in der Empfängerleiste 4 gibt ein
Maß für die azimutale Position θ. Das Signal des Empfängers
wird als binäre Zahl an die Meßwerterfassung ausgegeben. Auf
Basis von r und θ ist eine zweidimensionale
Positionsbestimmung des Objekts 5 eindeutig möglich.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels einer Array-
Anordnung von optoelektronischen Sendern und Empfängern das
Objekt 5 dreidimensional mit r, θ, Φ erfaßt. θ ist dabei der
Winkel der Abweichung des gemessenen Objekts in der x-y-
Ebene und Φ der Winkel in der x-z-Ebene.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der als
Alternative zu den Lichtschranken 4 eine Kombination von
Triangulationssensoren 3a und 3b mit einem reinen
Abstandssensor des Typs 1 denkbar ist. Die Abstandsauflösung
dieser Kombination ist gegenüber den reinen
Triangulationssensoren 3a mit den Sendestrahlen 4a und mit
den Empfangsstrahlen 4b deutlich erhöht.
Claims (7)
1. Sensorsystem für die automatische relative
Positionsbestimmung zwischen zwei Fahrzeugen, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Abstandssensor mit einem optischen,
winkelauflösenden Sensor kombiniert ist.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstandssensor ein Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensor
sein kann.
3. Sensorsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der optisch winkelauflösende Sensor
Sender und Empfänger in einer Anordnung als Lichtschranken
aufweist.
4. Sensorsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßdatenerfassung den
Abstandsmeßkanal entsprechend der angewandten Meßmethode
auswertet und von den Positionsempfängern ein binäres Signal
erhält.
5. Sensorsystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß optische Sender und Empfänger in einer
Fläche angeordnet sind.
6. Sensorsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensoren in unmittelbare Nähe
voneinander installiert sind.
7. Sensorsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensoren räumlich getrennt
voneinander angeordnet sind.
Priority Applications (3)
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