DE19746524B4

DE19746524B4 - Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Einbautoleranzen eines Abstandssensors an einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE19746524B4
Application number: DE19746524A
Authority: DE
Inventors: Peter Andreas
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-11-02
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: DE19746524A1

Abstract

Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Einbautoleranzen eines Abstandssensors an einem Fahrzeug,
mit einem geometrisch vorbestimmten Sollabstrahlwinkel (8a) wenigstens eines Strahles (8) des Abstandssensors (5) relativ zum Fahrzeug (2) und einem tatsächlich vorliegenden toleranzbehafteten Istabstrahlwinkel (8b), und
mit einer an den Abstandssensor (5) angeschlossenen Auswerteelektronik (20) zur Bestimmung der aktuellen Objektabstände und aktuellen Objektwinkel erfasster Objekte (3) relativ zum Fahrzeug (2) während des Fahrbetriebs,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteelektronik (20) weiter eine Einrichtung (15) zur Bildung eines Mittelwertes der aktuellen Objektwinkel über eine vorgebbare Zeit zu einem Objektwinkelmittelwert aufweist, wobei der Objektwinkelmittelwert dem Sollrichtungswinkel (8a) eines geradlinig vorausfahrenden Objekts (3) entspricht, und die Kompensationseinrichtung in der Weise ausgebildet ist, dass ein Korrekturdifferenzwinkel (16) zwischen dem ermittelten Sollrichtungswinkel (8a) und dem Istabstrahlwinkel (8b) als Korrekturwert gebildet wird (17), und
dass erfasste aktuelle Objektwinkel mit dem Korrekturdifferenzwinkel (16) zur Kompensation von Einbautoleranzen korrigiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Einbautoleranzen eines Abstandssensors an einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ausstattungen an Kraftfahrzeugen mit Objekterfassungseinrichtungen für Objekte in Fahrtrichtung sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Es werden dabei regelmäßig der Objektabstand und der Objektwinkel gegenüber der Fahrtrichtung ggf. unter Einbeziehung von Kurvenfahrten ermittelt. Solche Erfassungseinrichtungen sind z. B. Bestandteile von Warneinrichtungen, mit denen ein Fahrer optisch und/oder akustisch bei einer kritischen Annäherung an Objekte gewarnt wird.

Weiter sind solche Objekterfassungseinrichtungen als Bestandteile von Geschwindigkeitsregeleinrichtungen bekannt ( GB 2 279 841 A ) mit denen automatisch der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug geregelt wird. Hier werden Kurvenfahrten berücksichtigt und durch eine selbsttätige Verfolgung und Beurteilung erfasster Objekte gefährliche und ungefährliche Objekte unterschieden, wie beispielsweise starre, unbewegliche Barrieren am Fahrbahnrand oder Fahrzeuge in entgegensetzter Fahrtrichtung.

Alle vorstehend genannten Systeme dienen der Bequemlichkeit und Entlastung eines Fahrers, wobei auch Kombinationen der vorstehenden Systeme bekannt sind.

Für die Objekterfassung hinsichtlich eines aktuellen Objektabstands und eines aktuellen Objektwinkels wird jeweils wenigstens ein am Fahrzeug montierter Abstandssensor, beispielsweise ein auf Infrarot-, Radar- oder Laserbasis arbeitender Sensor verwendet, der in einem für die Systemfunktion geometrisch vorbestimmten Sollabstrahlwinkel Strahlen aussenden soll. Üblicherweise werden Mehrstrahlsensoren verwendet, die Strahlen mit bestimmten unterschiedlichen Abstrahlwinkeln aussenden. In einer angeschlossenen Auswerteelektronik werden reflektierte Strahlen und deren Laufdauer ermittelt und daraus der Objektabstand und Objektwinkel, d. h. insgesamt die Lage eines Objekts relativ zum Fahrzeug ermittelt. Bei einer Auswertung dieser Ergebnisse hinsichtlich kritischer Gegebenheiten oder für Regeleingriffe werden regelmäßig Kurvengeometrien des Fahrweges sowie Lageveränderungen erfasster Objekte, beispielsweise zur Ermittlung eines vorausfahrenden Fahrzeugs berücksichtigt.

Warnstrategien für kritische Annäherungen an Objekte werden nur akzeptiert, wenn die Anzahl von Fehlmeldungen gering ist. Besonders kritische Fahrzustände ergeben sich bei halbautomatischen Fahrten in Verbindung mit einer Abstandsregelung oder bei selbsttätigen Bremseingriffen. Solche Systeme können nur bei bester Funktion und höchster Zuverlässigkeit akzeptiert werden.

Ein wesentlicher Faktor für eine gute Funktion ist die exakte Ermittlung der Lage von Objekten mit einem richtigen Objektabstand und richtigen Objektwinkel. Eine Laufdauermessung zur Erfassung eines Objektabstandes ist mit bekannten Maßnahmen exakt durchführbar. Probleme bestehen jedoch bei einer exakten Erfassung des Objektwinkels:
Abstandssensoren werden beispielsweise in Stoßfänger oder Scheinwerfergehäuse eingebaut. Bei der Serienherstellung von Fahrzeugen ergeben sich zwangsläufig Einbautoleranzen, so dass der für die Sensoreinrichtung geometrisch vorbestimmte Sollabstrahlwinkel eines Strahles von dem tatsächlichen toleranzbehafteten Istabstrahlwinkel abweicht. Da solche Objekterfassungen eine maximale Reichweite von ca. 200 Metern haben, ergeben ersichtlich schon äußerst geringe Winkeleinbautoleranzen bei großen Objektabständen erhebliche Messfehler hinsichtlich der seitlichen Lage bezogen auf die Fahrtrichtung des vorliegenden Fahrzeugs. Beispielsweise besteht die Gefahr, dass vorausfahrende Fahrzeuge durch solche Seitenmessfehler einer benachbarten Fahrspur zugeordnet werden, obwohl sie tatsächlich auf der eigenen Fahrspur vorausfahren. Um diese Probleme zu reduzieren, sind sehr genaue und aufwendige Einbauten mit geringen mechanischen Einbautoleranzen erforderlich. Langzeitveränderungen am Einbauort der Abstandssensoren, insbesondere geringfügige Verlagerungen durch beispielsweise Bagatellunfälle werden später nicht berücksichtigt.

Die DE 196 10 351 A1 offenbart eine Radarvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die Signale zu Intervallen einer vorbestimmten Zeit ausgibt, wobei jedes Signal Daten einer Position eines Zieles zu einer Ausgabezeit anzeigt. Eine Positionserfassungseinheit erfasst Daten der Position des Zieles aus dem Signal, das durch die Radareinheit ausgegeben wird, wenn das Fahrzeug in einer geradlinigen Bahn betrieben wird. Eine Korrekturwertbestimmungseinheit erzeugt eine Gruppe von Fehlern einer Strahlemissionsachse zur gradlinigen Bahn bezüglich einer Horizontalrichtung, so dass ein Mittelwert der Fehler bezüglich jedem der Signale aus den Daten bestimmt wird, die durch die Positionserfassungseinheit erfasst werden. Die Korrekturwertbestimmungseinheit bestimmt einen Korrekturwert, in dem der Mittelwert der Mittelwerte der Fehler bezüglich aller Signale genommen wird.

In der US 5,495,254 A wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Horizontalfehlers einer Radarvorrichtung beschrieben, die an einem Fahrzeug montiert ist. Ebenfalls bestimmt wird ein Montagefehler oder ein Fehler basierend auf einem Ungleichgewicht der Durchmesser der Räder. Ein Fahrort eines Fahrzeugs wird dabei im Voraus als ein Referenzort gespeichert, der aus dem Abstand L zwischen dem Fahrzeug und dem Reflektor und der Richtung erhalten wird. Verglichen wird mit dem zuvor gespeicherten Referenzort ein Fahrort beim tatsächlichen Fahren des Fahrzeugs in einer geraden Linie, wobei das Lenkrad in einer neutralen Position gehalten wird. Ein Horizontalfehler wird aus dem Fahrort auf der Koordinationsachse und der Verschiebung von dem Referenzort erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber eine einfache und wirksame sowie kostengünstige Kompensation der Einbautoleranzen eines Abstandssensors an einem Fahrzeug vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung liegt bei einem montierten Abstandssensor an einem Fahrzeug ein toleranzbehafteter Istabstrahlwinkel entsprechend einem tatsächlichen Abstrahlwinkel vor; für eine exakte Winkelerfassung eines Objekts im Abstrahlbereich des Abstandssensors soll jedoch von einem geometrisch genau vorbestimmten Sollabstrahlwinkel ausgegangen werden. Mit einer an den Abstandssensor angeschlossenen Auswerteelektronik werden die aktuellen Objektabstände und aktuellen Objektwinkel erfasster Objekte relativ zum Fahrzeug bzw. zum Abstandssensor während des Fahrbetriebs bestimmt. Erfindungsgemäß umfasst die Auswerteelektronik weiter eine Einrichtung zur Bildung eines Mittelwerts der aktuellen Objektwinkel über eine vorgebbare Zeit. Diese Zeit zur Mittelwertbildung soll relativ lange gewählt werden. Es wird davon ausgegangen, dass sich die Kurvenradien der Links- und Rechtskurven über diesen relativ langen Zeitraum aufheben. Dadurch stellt ein so gebildeter Mittelwert einen Objektwinkelmittelwert dar, der dem tatsächlichen Sollrichtungswinkel eines geradlinig vorausliegenden oder fahrenden Objekts entspricht.

Aus der Differenz zwischen diesem Sollabstrahlwinkel und dem toleranzbehafteten Istabstrahlwinkel wird ein Korrekturdifferenzwinkel ermittelt, mit dem als Korrekturwert ein jeweils erfasster aktueller Objektwinkel korrigiert wird und dadurch die Einbautoleranzen elektronisch kompensiert werden.

Dies führt zu vorteilhaft genau ermittelten Objektwinkeln, die zu einer Funktionsverbesserung nachgeschalteter Systeme, wie Warnstrategien, Geschwindigkeitsregelungen und/oder Abstandsregelungen führen. Zudem ist die Montage von Abstandssensoren wegen geringerer Anforderungen an genaue Einbautoleranzen vereinfacht und weniger aufwendig, da erfindungsgemäß eine betriebsmäßige Feinjustage elektronisch und selbsttätig durchgeführt wird.

Die aufgezeigte elektronische Feinjustage kann über die gesamte Lebensdauer der Sensoreinrichtung durchgeführt werden, so dass vorteilhaft auch Langzeitveränderungen kompensiert werden.

Bevorzugt werden als Abstandssensoren Mehrstrahlsensoren verwendet, die Strahlen in bestimmte, unterschiedliche Abstrahlwinkel aussenden. Für die Winkelkorrektur und Kompensation aktueller Objektwinkel können ein oder mehrere Strahlen einer bestimmten Abstrahlrichtung verwendet werden. Bevorzugt werden nur Strahlen mit Abstrahlwinkeln etwa in Fahrzeuglängsrichtung, insbesondere ein Strahl mit einer Abstrahlrichtung direkt in Fahrzeuglängsrichtung, verwendet.

Diese etwa in Fahrzeuglängsrichtung abgestrahlten Strahlen eignen sich besonders für die vorbeschriebene Mittelwertbildung, da damit vorausfahrende Fahrzeuge erfasst werden, die im Langzeitmittel bei Ausmittelung der Kurvenfahrten in einer geraden Vorausrichtung fah ren. Somit ist bei einer solchen Mittelwertbildung ein exakter Istabstrahlwinkel als Grundlage für eine Korrektur exakt ermittelbar.

Da Winkelabweichungen von der Sensoreinrichtung und der Auswerteelektronik bei unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeugen praktisch nicht feststellbar sind, wird zudem vorgeschlagen, für die Mittelwertbildung zum Erhalt eines Korrekturdifferenzwinkels nur erfasste Objektwinkel zu verwenden im Zusammenhang mit einem ermittelten Objektabstand, der über einem vorgegebenen Schwellwertabstand liegt.

Die vorbeschriebene Kompensation der Einbautoleranzen ist auch mit Mehrstrahlsensoren durchführbar, die Horizontal- und Vertikal-Abstrahlwinkel aufweisen. Abstandssensoren werden üblicherweise in Stoßfänger und/oder Scheinwerfergehäuse am Fahrzeug eingebaut. Die vorstehend beschriebene Kompensation ist unabhängig vom Sensoreinbauort durchführbar.

Anhand zweier Zeichnungsfiguren wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Fahrspur mit zwei hintereinander fahrenden Fahrzeugen, und
2 ein Blockschaltbild einer Abstandsregelung mit einer Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Einbautoleranzen eines Abstandssensors.
In 1 ist in einer Draufsicht eine Fahrspur 1 dargestellt, auf der zwei Fahrzeuge 2, 3 geradlinig hintereinander in einem relativ weiten Abstand 4, z. B. 150 m fahren.
Das hintere Fahrzeug weist als Ausstattung eine Abstandsregelung gemäß 2 auf, mit der der Abstand 4 beispielsweise bei Kolonnenfahrt selbsttätig ohne Fahrereinwirkung eingehalten wird.
Dazu ist es erforderlich, sowohl den Abstand 4 als auch die Winkellage des vorausfahrenden Fahrzeugs 3 relativ zum hinteren Fahrzeug 2 genau zu erfassen. Dazu ist am Fahrzeug 2 ein Abstandssensor 5 als Mehrstrahlsensor angebracht, der nach vorne Strahlen 6 bis 10 in unterschiedlichen, bestimmten Strahlrichtungen abstrahlt.
Das im vorliegenden Fall geradlinig, weit vorausfahrende Fahrzeug 3 wird nur durch den Mittenstrahl 8 erfasst. Dieser Mittenstrahl 8 kann beispielsweise ein Radarstrahl sein, wobei über Laufzeitmessungen der aktuelle Abstand 4 in bekannter Weise mit hoher Genauigkeit erfassbar ist.
Für eine genaue Funktion der Abstandsregelung sollte der Mittenstrahl 8 eine exakt geradlinige Ausrichtung haben, wie dies mit der durchgehenden Linie 8a dargestellt ist. Entsprechend sollten auch die übrigen Abstrahlwinkel relativ zum geometrisch vorbestimmten Sollabstrahlwinkel 8a festliegen, wie dies mit den durchgehenden Linien beispielsweise bei 6a eingezeichnet ist.
Tatsächlich ist die Abstrahlrichtung des Abstandssensors 5 durch Einbautoleranzen insgesamt etwas nach rechts gerichtet, wie dies mit den strichlierten Linien, z. B. 8b und 6b, dargestellt ist. Mit der Linie 8a ist somit ein Sollabstrahlwinkel und mit der Linie 8b ein Istabstrahlwinkel des Mittenstrahls 8 festgelegt, wobei der Istabstrahlwinkel tatsächlich außermittig verläuft.
In Verbindung mit 2 und anhand des Mittenstrahls 8 wird eine elektronische Kompensation der Einbautoleranzen des Abstandssensors 5 näher erläutert:
Vom Abstandssensor 5 werden Signale 11 einer Auswerteelektronik 20 zugeführt, die Angaben über aktuelle Objektabstände 4 und Objektwinkel 8b enthalten, sofern ein Objekt, hier das vorausfahrende Fahrzeug 3, vom Mittenstrahl 8 erfasst wird. Bei Kurvenfahrten wird vom vorausfahrenden Fahrzeug 3 ersichtlich der Erfassungsbereich des Mittenstrahls 8 regelmäßig verlassen.
Von der Auswerteelektronik 20 wird ein Signal 12 entsprechend einem von der Auswerteelektronik 20 aufbereiteten aktuellen Objektabstandes und ein Signal 13 entsprechend einem aktuellen Objektwinkel an die Elektronik einer Abstandsregelung 14 gegeben. Zudem wird das Signal 13 für die aktuellen Objektwinkel einer Einheit zur Mittelwertbildung 15 zugeführt, ggf. in Verbindung mit dem Signal 12 für aktuelle Objektabstände. Es werden dann für die Mittelwertbildung nur Objektwinkel berücksichtigt oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertabstands, der in der Einheit zur Mittelwertbildung 15 festgelegt ist. Zudem ist in dieser Einheit 15 der Zeitraum festgelegt, über den eine Mittelwertbildung erfolgen soll. Eine solche Mittelwertbildung kann auch kontinuierlich oder in gewissen Zeitabständen versetzt regelmäßig wiederholt werden.
Im Ergebnis wird durch eine solche Mittelwertbildung die tatsächliche, richtige Mittenrichtung gemäß dem Bezugszeichen 8a aufgefunden unter der Annahme, dass sich Linkskurven und Rechtskurven im zeitlichen Mittel aufheben und damit tatsächlich vorausfahrende Fahrzeuge 3 über längere Zeiträume im Mittel genau geradeaus erfasst werden.
Dadurch ergibt sich ein Differenzwinkel 16 zwischen der Sollabstrahlrichtung 8a und der tatsächlichen Istabstrahlrichtung 8b. Dieser Differenzwinkel 16 ist geometrisch durch die Einbautoleranzen bestimmt und somit auch für die übrigen in gleicher Ebene liegenden Abstrahlrichtungen 6, 7, 9 und 10 gleich. Der Differenzwinkel wird in der Einheit 17 ermittelt und über die Signalleitung 18 zur jeweiligen Korrektur der aktuellen Objektwinkel der Abstandsregelung 14 zugeführt. Von dort werden Stellelemente 19 für eine Beschleunigung oder Abbremsung und optische und/oder akustische Warneinrichtungen 20 für kritische Fahrsituationen angesteuert. Durch die Korrektur der aktuell festgestellten Objektwinkel mit dem Differenzwinkel 16 wird eine elektronische Kompensation der Einbautoleranzen dergestalt durchgeführt, dass die geometrische, toleranzbehaftete Systemmitte 8b elektronisch auf die richtige Systemmitte 8a kompensiert wird.
Die in 2 als Blöcke dargestellten Funktionselemente sollen nur schematisch die grundsätzliche Funktion angeben und können beispielsweise in einem einzigen, elektronischen Schaltkreis integriert sein.

1: Fahrspur
2, 3: Fahrzeug
4: Abstand
5: Abstandssensor
6–10: Strahl
11, 12, 13: Signal
14: Abstandsregelung
15: Mittelwertbildung
16: Differenzwinkel
17: Einheit
18: Signalleitung
19: Stellelement
20: Auswerteelektronik

Claims

Kompensationseinrichtung zur Kompensation der Einbautoleranzen eines Abstandssensors an einem Fahrzeug, mit einem geometrisch vorbestimmten Sollabstrahlwinkel (8a) wenigstens eines Strahles (8) des Abstandssensors (5) relativ zum Fahrzeug (2) und einem tatsächlich vorliegenden toleranzbehafteten Istabstrahlwinkel (8b), und mit einer an den Abstandssensor (5) angeschlossenen Auswerteelektronik (20) zur Bestimmung der aktuellen Objektabstände und aktuellen Objektwinkel erfasster Objekte (3) relativ zum Fahrzeug (2) während des Fahrbetriebs, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (20) weiter eine Einrichtung (15) zur Bildung eines Mittelwertes der aktuellen Objektwinkel über eine vorgebbare Zeit zu einem Objektwinkelmittelwert aufweist, wobei der Objektwinkelmittelwert dem Sollrichtungswinkel (8a) eines geradlinig vorausfahrenden Objekts (3) entspricht, und die Kompensationseinrichtung in der Weise ausgebildet ist, dass ein Korrekturdifferenzwinkel (16) zwischen dem ermittelten Sollrichtungswinkel (8a) und dem Istabstrahlwinkel (8b) als Korrekturwert gebildet wird (17), und dass erfasste aktuelle Objektwinkel mit dem Korrekturdifferenzwinkel (16) zur Kompensation von Einbautoleranzen korrigiert werden.
Kompensationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandssensor (5) ein Mehrstrahlsensor verwendet wird, der Strahlen (6 bis 10) in bestimmte unterschiedliche Abstrahlwinkel aussendet, und dass für die Mittelwertbildung und die Ermittlung von Korrekturdifferenzwinkeln (16) sowie die Winkelkorrektur aktueller Objektwinkel die Abstrahlwinkel einzelner Strahlen (6 bis 10) herangezogen werden.
Kompensationseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Mittelwertbildung, die Ermittlung von Korrekturdifferenzwinkeln (16) sowie die Winkelkorrektur aktueller Objektwinkel nur Strahlen mit Abstrahlwinkeln etwa in Fahrzeuglängsrichtung, bevorzugt ein Strahl (8) mit einer vorbestimmten Abstrahlrichtung direkt in Fahrzeuglängsrichtung, verwendet werden.
Kompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Mittelwertbildung und Winkelkorrektur nur aktuelle Objektwinkel verwendet werden im Zusammenhang mit Objekten (3), für die ein ermittelter Objektabstand (4) über einem vorgegebenen Schwellwertabstand ermittelt wurde.
Kompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandssensor (5) ein Mehrstrahlsensor mit Horizontal-Abstrahlwinkeln und Vertikal-Abstrahlwinkeln verwendet wird und eine Mittelwertbildung und Winkelkorrektur für die Horizontal-Abstrahlwinkel und/oder Vertikal-Abstrahlwinkel durchgeführt wird.
Kompensationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (5) in einem Stoßfänger und/oder einem Scheinwerfergehäuse des Fahrzeugs (2) eingebaut ist.