DE3642196A1 - Optoelektronische kollisionsschutzvorrichtung fuer fahrzeuge - Google Patents

Optoelektronische kollisionsschutzvorrichtung fuer fahrzeuge

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Description

Stand der Technik
Bisher ist kein einsatzfähiges System für im öffentlichen Verkehr bewegte Fahrzeuge vorgestellt worden, obwohl verschiedene Patent­ anmeldungen vorliegen. Der Grund hierfür liegt in den prinzipiel­ len Schwächen der bisher angemeldeten Systeme.
  • 1. Mikrowellen-Radar - (Patent-Nr. DE 30 28 076 oder DE 29 33 692) Alle Mikrowellen-Radar-Systeme haben Schwierigkeiten, im Nahbereich unter 10 m aufgrund der kurzen Schaltzeiten noch etwas erkennen zu können. Weiterhin ist es durch die starke Strahlaufweitung nicht möglich, in größerer Entfernung ein­ zelne Objekte fein genug auflösen zu können bzw. die exakte Breite der zur Verfügung stehenden Durchfahrt ermitteln zu können. Hierdurch sind die Systeme gezwungen bei Objekten wie enge Durchfahrten, z.B. zwischen zwei Pfosten oder zwei ande­ ren Fahrzeugen Alarm zu geben, die keine Gefahr darstellen.
  • Es handelt sich um aktive Systeme, ein Einsatz dieser Systeme im großen Rahmen ist durch die gegenseitige Beeinflussung deshalb kaum möglich.
  • 2. Ultraschall-Echo-Systeme z.B. Patent-Nr. DE-OS 35 18 613 Der Einsatz ist nur bis zu einer Reichweite von 15 m möglich. Schon bei dieser Reichweite sind die Empfangssysteme sehr empfindlich gegenüber Verschmutzung. Nur im Nahbereich bis 6 m lassen sich umweltunempfindliche Systeme herstellen. Das vom Objekt reflektierte Signal kann vom Seitenwind fortgetra­ gen werden. Es handelt sich um ein aktives System mit der Möglichkeit der Beeinflussung durch andere Fahrzeuge.
  • 3. Optisch aktive Systeme - Patent-Nr. DE 34 23 536 Systeme dieser Art sind grundsätzlich nur im Nahbereich ein­ setzbar, möglichst innerhalb von geschlossenen Räumen. Ein Einsatz bei normalen Tages- bzw. Sonnenlicht wie bei größerer Entfernung ist kaum möglich durch die hohe notwendige Licht­ stärke. Es handelt sich um ein aktives System mit der Mög­ lichkeit der Beeinflussung durch andere Fahrzeuge.
  • 4. Passive Infrarot-Sensoren sind im Einsatzbereich auf ge­ schlossene Räume mit fixen Wärme- bzw. Strahlungsverhältnis­ sen beschränkt.
  • 5. Doppler-Radar-Systeme z.B. DE 32 38 022, DE 32 22 900, DE 27 34 998. Mit diesen Systemen ist nur eine sehr ungenaue Ob­ jektabstandsmessung möglich. Hierbei ergeben sich große Un­ terschiede zwischen metallischen oder nichtmetallischen Ob­ jekten (Menschen). Nichtmetallische Objekte werden wesentlich schwächer angezeigt. Aus diesem Grunde ist der Einsatzbereich nur auf sehr eingeengte Spezialfälle beschränkt. Es handelt sich um aktive Systeme, ein Einsatz dieser Systeme im großen Rahmen ist durch die gegenseitige Beeinflussung deshalb kaum möglich.
  • 6. Laufzeitmessung - Patent-Nr. DE OS 34 20 004 Bei einer Art Laufzeitmessungen müssen aktive Systeme verwen­ det werden, die sich gegenseitig beeinflussen können. Ein Einsatz im größeren Umfang ist hierdurch ausgeschlossen. Werden zur Laufzeitmessung Lichtimpulse verwendet, so be­ steht hier die Möglichkeit, Laserimpulse zu verwenden, die auch über größere Entfernungen eine genügende kleine Objekt­ auflösung garantieren. Jedoch wird die notwendige Lichtinten­ sität durch den Schutz der menschlichen Augen nicht zugelas­ sen.
  • Andere Prinzipien mit Laufzeitmessung wurden bereits abgehan­ delt. Es handelt sich immer um aktive Systeme mit begrenzter Einsatzmöglichkeit.
Aus den bisherigen Erfahrungen ergibt sich, daß ein Kollisions­ schutzsystem folgende Eigenschaften haben muß: Es sollte passiv arbeiten, um bei einem zu erwartenden umfassenden Einsatz an allen Fahrzeugen keine gegenseitige Behinderung aufzuweisen. Es muß von einem möglichen Kollisionsobjekt die exakte Position ermitteln. Hierzu gehört der Abstand zum Fahrzeug sowie der seitliche Abstand zur Fahrbahnmitte, um zu erkennen, ob noch eine Durchfahrt möglich ist. Als zweiter Schritt sollte der Geschwin­ digkeitsvektor des möglichen Kollisionsobjekts bestimmt werden, um beinahe Kollisionen auszuschließen. Erst aus diesen Daten ist es möglich, ein Kollisionsschutzsystem ohne Fehlwarnungen aufzu­ bauen. Neben einer exakten Objekterkennung ist somit ein schnel­ les Mikrocomputersystem zur Auswertung der Meßwerte notwendig.
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Kollisionsschutz­ vorrichtung für Fahrzeuge unter Verwendung des Tageslichts bzw. bei Nacht des Scheinwerferlichts zur Ausleuchtung des Kollisions­ objektes.
(Fig. 1) Es wird ein Objekt (1) mit seinem Abstand (e) in Fahrt­ richtung (M) des Fahrzeuges und seinem seitlichen Abstand (s) von der Mittellinie (M) über 2 Objektive (2, 3) auf 2 fotoempfind­ lichen Halbleiterarrays (4, 5) auf die Positionen (6, 7) abgebil­ det.
Mit Hilfe einer nachgeschalteten Mikroelektronik (Fig. 3:) beste­ hend aus den Halbleiterarray-Ansteuerungen (21, 22) und einem Microcomputer (20) kann durch vergleichende Mustererkennung der Abstand (a 1) und (b 1) vom jeweiligen Mittelpunkt der fotoempfind­ lichen Halbleiterarrays ermittelt werden. Durch trigonometrische Berechnungen mit Hilfe der Brennweite (f) ist es möglich, die Koordinaten (e) und (s) des Objektes (1) zu ermitteln.
Zur Ermittlung der kritischen Objektposition erhält der Mikrocom­ puter (20) die Fahrzeuggeschwindigkeit und errechnet hieraus den notwendigen Bremsweg bei vorgegebener Bremsverzögerung. Gleich­ zeitig werden alle im Erkennungsbereich (13) erfaßten Objekte auf ihre Position untersucht. Wenn ein Objekt erkannt wird, das einen Abstand (e) kleiner als der kritische Abstand hat, der sich durch den notwendigen Bremsweg ergibt und gleichzeitig der Abstand (s) kleiner als die notwendige halbe Fahrbreite ist, so wird vom Mikrocomputer ein Bremssignal zur Warnung des Fahrers gegeben oder ein Befehl zur Betätigung der Bremse des Fahrzeug erzeugt. Um Fehlwarnungen durch quer zur Fahrtrichtung bewegte Objekte (z.B. Vögel) auszuschließen besteht die Möglichkeit den Geschwin­ digkeitsvektor möglicher Kollisionsobjekte über zwei Positions­ messungen in einer definierten Zeiteinheit zu erfassen und mit dem Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs zu vergleichen, ob eine Kollision möglich ist.
Da das System sowohl für Tageslicht sowie für Scheinwerfer­ beleuchtung geeignet sein muß, ist es notwendig, die abbildenden Objektive (28, 29) mit automatisch steuerbaren Blenden (25, 26) zu versehen, die je nach Helligkeit des Überwachungsbereichs (13) eine optimale Lichtstärke auf den fotoempfindlichen Halbleiterar­ rays (23, 24) erzeugen. Die dazu notwendigen Steuersignale werden aus der Bilderkennung durch den Mikrocomputer (20) erzeugt.
Als Abringungsort für die optischen Elemente (10, 11) eignet sich insbesondere die Position hinter den Scheinwerfergläsern, hier­ durch ist auch ein nachträglicher Einbau möglich, ebenso besteht die Möglichkeit, über die dort vorhandene Wischwasch-Anlage der Scheinwerfer das optische System mit reinigen zu lassen.
Die Bilderkennung der auf den fotoempfindlichen Halbleiterarrays abgebildeten Objekte erfolgt durch Vergleich der Lichtstärkesig­ nale von jeweils in horizontaler Linie hintereinander liegenden einzelnen Bildpunkten des Arrays (4) mit anderen jeweils in horizontaler Linie hintereinander liegenden Bildpunkten Zellen des Arrays (5).
Sind die Lichtsignalmuster der hintereinanderliegenden Bildpunkte (23) gleich zu anderen hintereinander liegenden Bildpunkten von 24, ergeben sich aus den Positionen (6, 7) und die Verschiebungen (a 1, b 1) gegenüber der Mittellinie. Bei konstanten Lichtstärkesig­ nalen von hintereinanderliegenden Bildpunkten, wird angenommen, daß sich kein Objekt im Erkennungsbereich befindet.
Die Vorteile des Systems gegenüber bisherigen Versuchen mit Ul­ traschall- oder Radarsystemen als Kollisionsschutzsystem bestehen darin, daß es keine Beeinflussung der Fahrzeuge untereinander gibt und daß auch eine genaue Objekterkennung bezogen auf den Abstand (s) für die benötigte Fahrbahnbreite besteht. Erst hier­ durch ist es möglich, Alleebäume bzw. Straßenpfosten von wirklich gefährlichen Objekten zu unterscheiden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch infrarotlichtempfindliche fotoempfindlichen Halbleiterarrays das System auch bei Nebel wirkungsvoll arbeiten zu lassen, da Nebel für bestimmte Infrarotlichtfrequenzen relativ durchlässig ist.

Claims (13)

1. Optoelektronische Kollisionsschutzvorrichtung für Fahrzeug, die bei Eintritt eines Hindernisses in den möglichen Kolli­ sionsbereich Signal gibt und das Fahrzeug abbremsen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die über zwei oder mehr Objektive (10, 11) abgebildeten Bilder des kollisionsgefährdeten Be­ reichs (13) durch Bildanalyse auf mögliche Kollisionsobjekte untersucht werden.
2. Kollisionsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bildaufnahme Elemente fotoempfindlichen Halbleiterarrays sind.
3. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsmessung (e) zum Hindernisobjekt (1) durch Erkennung der gleichen Bildmuster­ signale an den Positionen (6) und (7) auf den fotoempfind­ lichen Halbleiterarrays (4) und (5), verursacht durch Abbil­ dung des Hindernisobjekts (1) erfolgt.
4. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Objekt-bilder (a 1 und b 1) auf den fotoempfindlichen Halb­ leiterarrays (6 und 7) von ihrem jeweiligen Mittelpunkt mit Hilfe eines Mikrocomputers ermittelt wird.
5. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Abständen (a 1) und (b 1) durch einen Mikrocomputer über trigonometrische Berechnungen, der Hindernisobjektabstand (e) ermittelt wird.
6. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Abständen (a 1) und (b 1) mit Hilfe eines Mikrocomputers über trigonometische Berechnungen der Objektabstand (s) von der Mittellinie (M) ermittelt wird.
7. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Systeme (10, 11) diffus reflektiertes Licht der möglichen Hin­ dernisobjekte im Bereich von 0,4 µm bis 10 µm erfaßt.
8. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer anhand der ihm angegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit den für das Fahrzeug kritischen Kollisions-minimalabstand (e) ermit­ telt, und bei Unterschreitung des Abstands durch ein Hinder­ nis Signal gibt.
9. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoempfindlichen Halbleiterarrays mit abbildenden Objektiven an der Vorder­ seite des Fahrzeug (12) angebracht sind (10 und 11).
10. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Bilderken­ nungseinrichtung hinter den Scheinwerfergläsern untergebracht sind.
11. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung vorn am Fahrzeug durch eine Wischwasch-Anlage gereinigt wird.
12. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektive (28, 29) mit mikrocomputersteuerbaren Blenden (20, 26) versehen sind.
13. Kollisionsschutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das durch zwei oder mehr zeitlich aufeinander folgende Messungen die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Hindernisobjektes durch den Mikrocom­ puter errechnet wird.
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