DE19923702A1 - Abstandssensorik - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abstandssensorik (1), umfassend Laserscanner (5) zur Erfassung eines Überwachungssektors (8), wobei der Laserstrahl nach Überstreichung des Überwachungssektors (8) durch eine Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung oder außerhalb des Überwachungssektors (8) angeordnete Umlenkelemente in den Überwachungssektor (8) umlenkbar sind, wobei die Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung derart ansteuerbar oder die Umlenkelemente derart angeordnet sind, daß die umgelenkten Scans gegenüber den ursprünglichen Scans um einen ganzzahligen Bruchteil der Winkelauflösung versetzt sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abstandssensorik und ein Verfahren zum Betreiben der
Abstandssensorik.
Zur Erfassung von Objekten in der Umgebung eines Kraftfahrzeuges sind auf
unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhende Abstandssensoren bekannt.
Beispiele für solche Sensoren sind Radar-, Laserscanner- oder Ultraschallsensoren.
Die Laserscanner-Sensoren lassen sich dabei in zwei Gruppen unterteilen, nämlich in
kontinuierlich rotierende und in eine Pendelbewegung durchführende Sensoren.
Ein solcher rotierender Laserscanner ist beispielsweise aus dem Prospekt "LADAR 2D
OWS" der Firma IBEO Lasertechnik Fahrenkrön 125, D-22163 Hamburg, bekannt. Ein um
eine lotrechte Achse gedrehtes Prisma lenkt den von einem gepulsten Laser erzeugten
Strahl und die Blickrichtung des Empfängers in eine waagerechte Ebene um. Trifft der Strahl
auf Hindernisse, so kann deren Profil in der Schwenkebene aus der jeweiligen
Winkelstellung und der Impulslaufzeitdifferenz genau bestimmt werden. Das ermittelte Profil
kann zur Anzeige gebracht oder vermessen werden zur Angabe von Warnsignalen oder zur
automatischen Steuerung des Fahrzeuges mit nachgeschalteten Steuerungsrechnern. Bei
dieser Konstruktion läuft der Strahl um 360° in der Schwenkebene um. Es wird jedoch nur
ein Überwachungssektor von dem Fahrzeug von beispielsweise 60° Öffnungswinkel
benötigt. Daher wird nur ein Teil der möglichen Winkelauflösung des Scanners ausgenutzt.
Kann der Scanner beispielsweise Winkeldifferenzen von 1° sauber auflösen, so ergäben sich
im Überwachungssektor von 60° nur 60° sauber voneinander unterscheidbare Scans,
obwohl der Scanner bei einem Umlauf insgesamt 360° einzelne Scans auflösen kann.
Außerdem erfolgt die Abtastung von Hindernissen im Überwachungssektor in zeitlichen
Abständen, da der Strahl nach Durchlaufen des Überwachungssektors einen größeren
ungenutzten Winkelbereich, der im gewählten Beispiel 300° beträgt, durchlaufen muß, bis er
wieder in den Überwachungssektor gelangt.
Zur partiellen Lösung dieser Probleme ist es aus der DE 195 30 281 A1 bekannt, daß
benachbart zum Scanner in der Schwenkebene außerhalb des Überwachungssektors
wenigstens ein Planspiegel angeordnet ist, der den Strahl in den Überwachungssektor
reflektiert. Durch entsprechend viele Spiegel kann die Totzeit gegen Null gehen. Zusätzlich
wird vorgeschlagen, die reflektierten Strahlen in einem Höhenwinkel zur ursprünglichen
Scanebene zu neigen, um dadurch dreidimensionale Profile zu erzeugen. Trotz des
zusätzlichen konstruktiven Aufwandes aufgrund der notwendigen Spiegel bleibt jedoch die
Winkelauflösung begrenzt.
Des weiteren sind Laserscanner bekannt, die den Strahl innerhalb des gewünschten Sektors
hin- und herschwenken. Diese haben den Vorteil der vollen Ausnutzung der möglichen
Winkelauflösung des Laserscanners und der dauernden Abtastung, jedoch gegenüber
kontinuierlich rotierenden Einrichtungen den Nachteil der diskontinuierlichen, ständig
beschleunigenden Bewegung.
Bei allen bekannten Laserscannern ist jedoch die erreichbare Winkelauflösung durch den
Sensor selbst begrenzt. Wird für den speziellen Anwendungsfall eine höhere
Winkelauflösung benötigt, so muß ein entsprechender Laserscanner verwendet werden, der
sehr teuer ist.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Abstandssensorik mit
einem Laserscanner zu schaffen, mittels dessen einfach eine verbesserte Winkelöffnung
erreichbar ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche
1 und 3.
Durch jeweils versetzte Auflösung des Scans bei den Durchläufen im Überwachungssektor
läßt sich mit einfachen Mitteln die resultierende Winkelauflösung des Laserscanners auf ein
Vielfaches erhöhen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Abstandssensorik
mit einer Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung.
Die Abstandssensorik 1 umfaßt eine Steuereinheit 2, einen drehrichtungsumkehrbaren Motor
3 mit einer Motorwelle 4 und einen Laserscannner 5. Der Laserscanner 5 umfaßt
beispielsweise eine Laserdiode, eine Photodiode und eine Steuer- und Auswerteelektronik.
Auf der Motorwelle 4 ist ein Permanent-Magnet 6 fest angeordnet, dem außerhalb der
Motorwelle ein Hall-Sensor 7 zugeordnet ist, der auf einen Steuereingang der Steuereinheit
2 zurückgeführt ist. Mittels der Abstandssensorik 1 soll ein Überwachungssektor 8 von
beispielsweise 60° abgedeckt werden. Dabei sei aus Gründen der Übersicht angenommen,
daß der Laserscanner 5 eine Winkelauflösung von 15° aufweise, d. h. für die Erfassung des
gesamten Überwachungssektors 8 werden fünf Scans benötigt, die als durchgezogene
Linien dargestellt sind, wobei praxisnahe Werte für die Winkelauflösung beispielsweise 0,5-
1° sind. Zur Abtastung wird der Laserscanner 5 durch den drehrichtungsumkehrbaren Motor
3 in Form einer Pendelbewegung über den Überwachungssektor 8 geschwenkt, wobei die
Drehrichtung jeweils bei der Winkelstellung +30° bzw. -30° umgekehrt wird. Zur Erfassung
der genauen Position der Motorwelle 4 dient der Permanentmagnet 6, dessen
winkelabhängige Normalkomponente eine winkelabhängige Spannung im Hall-Sensor 7
erzeugt. Über einen Steuereingang 9 der Steuereinheit 2 kann dann eine gewünschte
Vervielfältigung der Auflösung eingegeben werden. Im dargestellten Beispiel soll die
Winkelauflösung verdreifacht werden, also eine Winkelauflösung von 5°. Nachdem der
Laserscanner 5 beispielsweise von -30° bis 30° mit fünf Scans des Überwachungssektors 8
überstrichen hat, wird die Drehrichtung des Motors 3 umgedreht. Mittels der Signale des
Hall-Sensors 7 kennt die Steuereinheit 2 die genaue Position der Motorwelle 4 und damit des
Laserscanners 5. Aufgrund der gewünschten Verdreifachung der Winkelauflösung weiß nun
die Steuereinheit 2, daß der nächste Scan 5° versetzt zum ursprünglichen Scan einsetzen
muß. Hierzu muß die Laserdiode des Laserscanners 5 nur zeitlich verzögert angesteuert
werden, d. h. der nächste Laserimpuls wird erst ausgesendet, wenn die Motorwelle 4 bei 25°
steht, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Scans pro Durchlauf durch den
Laserscanner 5 auf 15° festgelegt ist. Die Scans des zweiten Durchgangs sind gestrichelt
dargestellt. Bei -20° wird dann der letzte Scan durchgeführt. Die Motonwelle 4 dreht weiter
bis -30° und kehrt die Drehrichtung um. Wenn die Motorwelle 4 bei -25° steht, wird wieder
mit der Aussendung von Laserimpulsen begonnen. Dieser dritte Scanvorgang ist gepunktet
dargestellt. Diese synchronisierte Zeitverzögerung der Ansteuerung des Laserscanners 5
erfolgt dabei um eine Steuerleitung 10. Nach den drei Schwenkbewegungen ergibt. sich
resultierend eine Verdreifachung der Winkelauflösung. Zwar hat sich die Wiederholrate
entsprechend gedrittelt, dies ist jedoch mit keinem wesentlichen Informationsverlust
verbunden, da in Realität die einzelnen Scans sehr eng nebeneinander liegen. Anstelle des
Permanentmagneten 6 mit zugeordneten Hall-Sensor 7 kann beispielsweise auch ein
Potentiometer zur Positionserfassung der Motorwelle 4 verwendet werden, dessen
Widerstand proportional zur Winkelstellung ist. Ebenso kann der Laserscanner 5 ortsfest
angeordnet werden, und ein Spiegel wird von der Motorwelle bewegt, der dann die Impulse
des Laserscanners 5 in den Überwachungssektor 8 umlenkt. Des weiteren kann auch eine
rotierende Anordnung mit außerhalb des Überwachungssektors 8 angeordneten
Umlenkelementen verwendet werden.
Neben der Erhöhung der Winkelauflösung kann auch vorgesehen sein, daß der
Laserscanner 5 bzw. ein verwendeter Umlenkspiegel in seinem Neigungswinkel veränderbar
ist, wodurch das im Stand der Technik beschriebene 3D-Profil erzeugt wird. Der Vorteil eines
derartigen zusätzlichen 3D-Profils ist, daß die erfaßten Meßwerte des Laserscanners 5
unempfindlicher gegenüber Neigungsänderungen des Kraftfahrzeuges und damit der
Abstandssensorik 1 aufgrund von Beschleunigungen bzw. Veränderungen sind.
Claims (3)
1. Abstandssensorik, umfassend einen Laserscanner zur Erfassung eines
Überwachungssektors, wobei der Laserstrahl nach Überstreichung des
Überwachungssektors durch eine Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung
oder außerhalb des Überwachungssektors angeordnete Umlenkelemente in den
Überwachungssektor umlenkbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung derart ansteuerbar oder die
Umlenkelemente derart angeordnet sind, daß die umgelenkten Scans gegenüber den
ursprünglichen Scans um einen ganzzahligen Bruchteil der Winkelauflösung versetzt
sind.
2. Abstandssensorik nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Umkehrung der Schwenkbewegung, der Laserscanner (5) oder die
Umlenkelemente in ihrem Neigungswinkel veränderbar sind.
3. Verfahren zum Betreiben einer Abstandssensorik (1) nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- a) Auswählen einer gewünschten Winkelauflösung im Überwachungssektor (8), die n- mal größer als die Winkelauflösung des Laserscanners (5) ist und
- b) n-faches Abscannen des Überwachungssektors (8), wobei die Scans bei jedem Durchlauf um 1/n X Winkelauflösung zu dem Scan des vorangegangenen Durchlaufs versetzt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19923702A DE19923702A1 (de) | 1999-05-22 | 1999-05-22 | Abstandssensorik |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19923702A DE19923702A1 (de) | 1999-05-22 | 1999-05-22 | Abstandssensorik |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19923702A1 true DE19923702A1 (de) | 2000-11-23 |
Family
ID=7908979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19923702A Ceased DE19923702A1 (de) | 1999-05-22 | 1999-05-22 | Abstandssensorik |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19923702A1 (de) |
Cited By (5)
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CN116413688A (zh) * | 2021-12-31 | 2023-07-11 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 振镜和激光雷达 |
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-
1999
- 1999-05-22 DE DE19923702A patent/DE19923702A1/de not_active Ceased
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