DE4010220C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor
richtung zum Ermitteln des Abstands zwischen dem
eigenen Kraftfahrzeug und dem vorausfahrenden Kraft
fahrzeug, die so ausgestaltet ist, daß ein Licht
projektor und ein Lichtempfänger, die auf dem
eigenen Kraftfahrzeug montiert sind, derart
automatisch gedreht werden, daß sie auf einen
Reflektor, der auf dem vorausfahrenden Kraft
fahrzeug montiert ist, gerichtet sind, um Impuls
licht, das einen spezifischen Code hat, aus dem
Lichtprojektor auf das vorausfahrende Kraftfahr
zeug zu projizieren und das reflektierte Licht
aus dem Reflektor durch den Lichtempfänger zu
empfangen, wodurch der Abstand zwischen dem
eigenen Kraftfahrzeug und dem vorausfahrenden
Kraftfahrzeug zusammen mit dem Winkel zwischen den
Achsen der beiden Kraftfahrzeuge durch Messen des
Projektionswinkels des optischen Systems ermittelt wird.
Bisher ist eine aktive Abstandsmeßvorrichtung bekannt,
die derart angeordnet ist, daß bei einem Licht
projektor und einem Lichtempfänger, die um eine vor
bestimmte Grundlinien-Entfernung voneinander be
abstandet sind, Impulslicht aus dem Lichtprojektor
in Richtung eines zu messenden Objekts projiziert
wird, wobei der Lichtempfänger gedreht wird, und
der Winkel des Lichtempfängers wird bei Ermittlung
des reflektierten Lichts aus dem Objekt ermittelt,
um dadurch den Abstand zum Objekt zu ermitteln.
Eine solche Abstandsmeßvorrichtung wurde bei
spielsweise für das automatische Fokussiersystem
von Kameras verwendet.
Das Prinzip der herkömmlichen Abstandsmeßvorrichtung
ist in Fig. 6 veranschaulicht.
In Fig. 6 bezeichnen das Bezugszeichen 11 ein licht
emittierendes Element, z. B. eine Infrarotlicht
emittierende Diode, und das Bezugszeichen 9 eine
lichtprojizierende Linse, welche in Kombination
einen Lichtprojektor bilden.
Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen photoelektrischen
Wandler, beispielsweise eine Photodiode oder eine
positionssensitive Einrichtung, und das Bezugszeichen
10 eine Licht empfangende Linse, welche in Kombination
einen Lichtempfänger bilden.
Das Bezugszeichen 19 bezeichnet ein Meßobjekt, während
das Bezugszeichen D eine vorbestimmte Grundlinien-
Entfernung und das Bezugszeichen L den Abstand
zum Objekt 19 bezeichnen. Hier kann L erhalten
werden durch L = D×tanR.
Im Betrieb wird das aus dem lichtemittierenden
Element 11 ausgesendete Licht durch die lichtproji
zierende Linse 9 gebündelt, um das Objekt 19
anzustrahlen, und das reflektierte Licht von dem
Objekt 19 wird über die lichtempfangende Linse
10 gebündelt und von dem photoelektrischen Wandler
12 empfangen, wobei der Abstand L zum Objekt 19
durch L = D×tanR erhalten wird.
Die herkömmliche Abstandsmeßvorrichtung weist jedoch
die folgenden Probleme auf. Einerseits muß das
Objekt 19 auf der optischen Achse des Lichtprojektors
vorhanden sein. Im Falle einer Kamera kann der
Benutzer das Objekt 19 auf die optische Achse des
Lichtprojektors setzen, indem er die Kamera selbst
bewegt. In dem Fall, wo eine derartige Abstandsmeß
vorrichtung dazu verwendet wird, um den Abstand
zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem voraus
fahrenden Kraftfahrzeug zu ermitteln, muß der Fahrer
jedoch die Position des Lichtprojektors so einstellen,
daß das vorausfahrende Kraftfahrzeug immer dann
auf die optische Achse des Lichtprojektors ausge
richtet wird, wenn der Abstand zwischen den beiden
Kraftfahrzeugen ermittelt werden soll, was den
Fahrer so stark in Anspruch nimmt, daß ein sicheres
Fahren nicht mehr gewährleistet ist.
Andererseits ist, wenn der Lichtprojektor unverrückbar
befestigt ist, die Ermittlung des Abstands schwierig
und von äußerst geringer Zuverlässigkeit im Falle
einer Kraftfahrzeugabstand-Ermittlungsvorrichtung,
bei der die Veränderungen der Achse des eigenen
Kraftfahrzeugs und der des vorausfahrenden Kraft
fahrzeugs nicht zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Außerdem ist aus US 47 86 164 eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Abstandsmessung zweier Fahrzeuge,
die auf der gleichen Fahrbahn fahren, bekannt, wobei
ein Laser-Lichtsender, ein Lichtempfänger und eine
Laser-Lichtsender-Steuerung am Fahrzeug angebracht
sind. Die Laser-Lichtsender-Steuerung dient dazu, den
Lichtstrahl in einem begrenzten Winkelbereich zu
schwenken, um mit Hilfe von am rechten und linken
Straßenrand in gleichmäßigem Abstand zusätzlich erforderlichen
Reflektoren, die vom Meßfahrzeug benutzte
Fahrspur zu bestimmen. Die eigentliche Abstandsmessung
erfolgt durch Ermittlung der Zeitdifferenz
zwischen dem Zeitpunkt der Sendung und dem Empfang
des dann reflektierten Lichtstrahles. Mit dieser Methode
ist es nur möglich, die kürzeste Entfernung zum
zu messenden Obekt zu ermitteln, was sich besonders
bei Kurvenfahrten und Fahrten in mehreren Spuren nebeneinander
nicht bewährt.
In der US 46 32 543 ist ein optisches Radarsystem für
Fahrzeuge beschrieben, bei dem ebenfalls ein Sender
und Empfänger am Fahrzeug angebracht sind und die
Entfernung ebenfalls mittels der Zeitdifferenz
zwischen Lichtsende- und -empfangssignal ermittelt
werden, so daß die bereits genannten Nachteile auch
bei dieser Lösung auftreten.
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme
beim Stand der Technik ist es die primäre Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Kraftfahrzeug
abstand-Ermittlungsvorrichtung vorzusehen, mit der
es möglich ist, den Abstand zwischen dem eigenen
Kraftfahrzeug und dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug
zu jeder Zeit zu ermitteln, und zwar unabhängig
von dem Winkel zwischen den Achsen des eigenen
Kraftfahrzeugs und des vorausfahrenden Kraft
fahrzeugs, und dem Winkel zwischen den Achsen
der beiden Fahrzeuge zu ermitteln.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln des Abstands
zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem voraus
fahrenden Kraftfahrzeug vor, bestehend aus:
einem Paar von angetriebenen optischen Systemen, die auf dem eigenen Kraftfahrzeug in einem vorbe stimmten Abstand voneinander vorgesehen sind, wobei jedes angetriebene optische System einen Licht projektor, der Impulslicht mit einem spezifischen Code in Richtung des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs projiziert, einen Lichtempfänger, der das vom vorausfahrenden Kraftfahrzeug reflektierte Impuls licht empfängt, wobei der Lichtprojektor und der Lichtempfänger in so dichter Nachbarschaft zueinander angeordnet sind, daß die jeweiligen optischen Achsen als im wesentlichen auf der gleichen Achse liegend angesehen werden können, und ein Antriebs system umfaßt, um den Projektionswinkel des Licht projektors auf der Grundlage eines Signals aus dem Lichtempfänger einzustellen, und einer zentralen Verarbeitungseinheit, die auf dem eigenen Kraft fahrzeug vorgesehen ist, um die Drehung des Paares von optischen Systemen zu steuern und den Projektions winkel des Impulslichtes aus jedem Lichtprojektor zu ermitteln, wenn der Lichtempfänger jedes der optischen Systeme das reflektierte Impuls licht erfaßt, und um den Abstand zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug zusammen mit dem Winkel zwischen den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge zu ermitteln.
einem Paar von angetriebenen optischen Systemen, die auf dem eigenen Kraftfahrzeug in einem vorbe stimmten Abstand voneinander vorgesehen sind, wobei jedes angetriebene optische System einen Licht projektor, der Impulslicht mit einem spezifischen Code in Richtung des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs projiziert, einen Lichtempfänger, der das vom vorausfahrenden Kraftfahrzeug reflektierte Impuls licht empfängt, wobei der Lichtprojektor und der Lichtempfänger in so dichter Nachbarschaft zueinander angeordnet sind, daß die jeweiligen optischen Achsen als im wesentlichen auf der gleichen Achse liegend angesehen werden können, und ein Antriebs system umfaßt, um den Projektionswinkel des Licht projektors auf der Grundlage eines Signals aus dem Lichtempfänger einzustellen, und einer zentralen Verarbeitungseinheit, die auf dem eigenen Kraft fahrzeug vorgesehen ist, um die Drehung des Paares von optischen Systemen zu steuern und den Projektions winkel des Impulslichtes aus jedem Lichtprojektor zu ermitteln, wenn der Lichtempfänger jedes der optischen Systeme das reflektierte Impuls licht erfaßt, und um den Abstand zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug zusammen mit dem Winkel zwischen den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge zu ermitteln.
Daher werden unter der Steuerung der zentralen Verar
beitungseinheit die Antriebssysteme des Paares von
optischen Systemen betätigt, um diese zu drehen,
so daß die optischen Achsen der optischen Systeme
automatisch mit dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug
in Fluchtlinie gebracht werden, und Impulslicht
mit einem spezifischen Code wird aus jedem Licht
projektor auf das vorausfahrende Kraftfahrzeug
projiziert. Der Projektionswinkel jedes optischen
Systems wird dann, wenn das reflektierte Impulslicht
aus dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug vom Licht
empfänger empfangen wird, von der zentralen Verar
beitungseinheit gemessen, wodurch der Abstand
zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem voraus
fahrenden Kraftfahrzeug zusammen mit dem Winkel
zwischen den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge
gemessen und auf diese Weise die Position des voraus
fahrenden Kraftfahrzeugs relativ zum eigenen Kraft
fahrzeug ermittelt wird.
Der vorstehend beschriebene und andere Zwecke, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungs
beispiels derselben in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung klarer ersichtlich, in der gleiche Bezugs
zeichen gleiche Elemente bezeichnen.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungs
beispiels der Kraftfahrzeugabstand-
Ermittlungsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm, das die Anordnung
eines optischen Systems und seiner
peripheren Einheiten in dem Aus
führungsbeispiel schematisch
veranschaulicht,
Fig. 3 einen Ablaufplan, der eine Unterroutine
zum Ermitteln des Abstands zwischen zwei
Kraftfahrzeugen in dem Ausführungs
beispiel verdeutlicht,
Fig. 4 ein Diagramm, das veranschaulicht, wie
der Abstand zwischen dem eigenen
Kraftfahrzeug und einem Reflektor,
der auf dem vorausfahrenden Kraft
fahrzeug vorgesehen ist, und der
Winkel zwischen der Achse des eigenen
Kraftfahrzeugs und der imaginären
Linie, die das eigene Kraftfahrzeug
und den Reflektor auf dem voraus
fahrenden Kraftfahrzeug verbindet,
bei dem Ausführungsbeispiel erhalten
wird,
Fig. 5 einen Ablaufplan, der eine Unterroutine
zum Ermitteln des Winkels des reflek
tierten Lichts in der in Fig. 2 dar
gestellten Anordnung verdeutlicht,
und
Fig. 6 ein Diagramm, das das Prinzip
einer herkömmlichen aktiven
Abstandsmeßvorrichtung veran
schaulicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeugabstand-
Ermittlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nachstehend im einzelnen mit Bezug
auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 ist, wie gesagt, ein Blockdiagramm eines
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
aus dem ersichtlich ist, daß die Kraftfahrzeugabstand-
Ermittlungsvorrichtung optische Systeme 4a und 4b
einschließt, die jeweils einen (nicht dargestellten)
Lichtprojektor, um Impulslicht mit einem spezifischen
Code zu projizieren, und einen (nicht dargestellten)
Lichtempfänger haben, um das reflektierte Impuls
licht aus einem Kraftfahrzeug 1 zu empfangen, das
dem eigenen Kraftfahrzeug 3 vorausfährt, wobei der
Lichtprojektor und der Lichtempfänger derart ange
ordnet sind, daß die jeweiligen optischen Achsen
als im wesentlichen miteinander identisch angesehen
werden können. Die optischen Systeme 4a und 4b
werden zum Drehen jeweils durch Antriebssysteme
5a und 5b angetrieben. Die Kombinationen der optischen
Systeme 4a, 4b und der Antriebssysteme 5a, 5b
bilden ein Paar von angetriebenen optischen Systemen
6a bzw. 6b.
Die angetriebenen optischen Systeme 6a und 6b sind
jeweils in einer Entfernung D von der Mitte des
vorderen Endes des eigenen Kraftfahrzeugs 3 installiert.
Eine zentrale Verarbeitungseinheit 16 (die nachstehend
mit "CPU" bezeichnet wird) und ein Kraftfahrzeugabstand-
Indikator 17 sind in der Nachbarschaft des Zwischen
paneels installiert.
Strahlen von Impulslicht mit spezifischen Impuls
codes werden jeweils aus den Lichtprojektoren der
optischen Systeme 4a und 4b auf Reflektoren 2a
und 2b projiziert, die auf dem vorausfahrenden
Kraftfahrzeug 1 vorgesehen sind, und die reflek
tierten Strahlen von Impulslicht aus den Reflektoren
2a und 2b werden durch die Lichtempfänger der
optischen Systeme 4a und 4b empfangen. Zu diesem
Zeitpunkt mißt die CPU 16 die Winkel Φa, Φb, ψa und
ψb, die zwischen den optischen Achsen der gedrehten
optischen Systeme 4a, 4b und den jeweiligen ent
sprechenden Linien, die lotrecht zum eigenen
Kraftfahrzeug 3 verlaufen, erstellt werden, wodurch
die Länge L der imaginären Linie RO zwischen der
Mitte R des hinteren Endes des vorausfahrenden
Kraftfahrzeugs 1 und der Mitte O des vorderen
Endes des eigenen Kraftfahrzeugs 3 bestimmt wird,
welche dann der Abstand zwischen den beiden
Kraftfahrzeugen ist.
Die CPU 16 erhält auch den Winkel R, der zwischen
der Linie RO und der Linie HO erstellt wird, die
lotrecht zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Impulscodes
verwendet, die voneinander, beispielsweise hinsichtlich
der Frequenz des ausgesendeten Lichts oder des
Leistungsverhältnisses, verschieden sind, um eine
Konfusion zwischen den reflektierten Strahlen von
Impulslicht, die von den optischen Systemen 4a und
4b empfangen werden, zu verhindern, und die Messung
der Winkel der reflektierten Strahlen von Impulslicht
wird daher in der folgenden Reihenfolge durchgeführt:
Φa, Φb, ψa und ψb.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Bezugszeichen 18
einen Rücksetzschalter bezeichnet, der betätigt wird,
um die CPU 16 in ihren Anfangszustand zurückzusetzen.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Ausführungs
beispiels mit Bezug auf Fig. 2 erläutert.
Fig. 2 zeigt schematisch eines der angetriebenen
optischen Systeme 6a und 6b bei dem in Fig. 1
dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen mit
den peripheren Einheiten derselben.
Da die angetriebenen Systeme 6a und 6b von der
Anordnung her gleich sind, sind die Bauteile des
optischen Antriebssystems und die der in Fig. 2
dargestellten internen Anordnung desselben jeweils
mit Bezugszeichen bezeichnet, die kein Suffix "a"
oder "b" aufweisen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sei bemerkt, daß die
lichtemittierende Diode 11 und der photoelektrische
Wandler 12 in einem optischen System 4 das gleiche
Frequenzband verwenden. Die lichtemittierende Diode 11,
die in einem Lichtprojektor 7 des optischen Systems 4
vorgesehen ist, wird betätigt, um Licht abhängig
von einem Impulssignal auszusenden, das in einem
Lichtemissionskreis 20 erzeugt und mit einem Takt
steuerkreis 22 synchronisiert wird, die in einer
Steuerschaltung 15 vorgesehen sind, und Strahlen von
Impulslicht werden dadurch in Fahrtrichtung des
eigenen Kraftfahrzeugs über die lichtprojizierende
Linse 9 projiziert, so daß ein vorbestimmter, fester
Winkel eingestellt wird.
Wenn die vom Lichtprojektor 7 projizierte Licht
strahlen vom Reflektor 2a und 2b des vorausfahrenden
Kraftfahrzeugs 1 reflektiert werden und in einen
Lichtempfänger 8 eintreten, der auf im wesentlichen
der gleichen Achse wie der Lichtprojektor 7 ange
ordnet ist, werden die reflektierten Lichtstrahlen
durch die lichtempfangende Linse 10 gebündelt,
und die empfangene Lichtmenge wird durch den photo
elektrischen Wandler 12 photoelektrisch umgewandelt.
Die Ausgabe des photoelektrischen Wandlers 12
wird als Lichtmengensignal in einem lichtempfangenden
Kreis 21 ermittelt.
Die CPU 16 liest das Lichtmengensignal, das in einem
Bewertungskreis 23 einer Rauschverarbeitung unter
worfen wurde, in den das Lichtmengensignal aus dem
lichtempfindlichen Kreis 21 und ein Impulssignal,
das mit dem Taktsteuerkreis 22 synchronisiert wird,
eingegeben werden, und die CPU 16 gibt ein Signal Φ
auf einen Antriebskreis 24 aus, so daß die Position
des optischen Systems 4 den Winkel Φn erreicht,
bei dem die maximale Lichtmenge ermittelt wird.
In Erwiderung auf das Signal Φn treibt der Antriebs
kreis 24 einen Gleichstrommotor 13 im Antriebs
system 5 an.
Der Wert Φ 0 eines Potentiometers 14 wird von einem
Motorpositions-Ermittlungskreis 25 gelesen, und die
CPU 16 steuert den Gleichstrommotor 13 über eine
Rückkopplung im Hinblick auf die Drehposition des
Motors 13 durch Verwendung eines Korrekturkoeffizienten,
der durch Φn und Φ 0 bestimmt wird.
Die Winkel Φa, Φb, ψa und ψb der reflektierten Strahlen
des Impulslichts, die in Fig. 1 dargestellt sind,
werden durch Messen des Winkels Φn, bei dem die
maximale Lichtmenge erfaßt wird, mit Bezug auf
jedes der angetriebenen optischen Systeme 6a und 6b
durch Verwendung der vorstehend beschriebenen Ein
richtungen erhalten, wobei die Messung gemäß dem
Ablaufplan der Unterroutine zum Ermitteln des
Winkels Φn reflektierten Lichtstrahlen durchge
führt wird, der in Fig. 5 dargestellt ist. Der Ablauf
plan in Fig. 5 wird nachstehend erläutert:
In Schritt S1 wird der Winkel Φn zwischen der Achse
des optischen Systems 4 und der Linie, die lotrecht
zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft, in den Winkel Φn1
gemäß der folgenden Gleichung (1) umgewandelt, und
zwar aufgrund der Annahme, daß zwecks Vereinfachung
der Berechnung eine Linie, die zum eigenen Kraft
fahrzeug 3 lotrecht verläuft und die durch das
optische System 4 geht, die Y-Achse und die vordere
Stirnfläche des eigenen Kraftfahrzeugs 3 die X-Achse
ist:
Φn1 = Φn + 90° (1)
Bei diesem Ausführungsbeispiel bewertet die CPU 16,
wenn die Stromversorgungseinheit für die Vorrichtung
gerade eingeschaltet wurde oder wenn der Rücksetz
schalter 18 gerade betätigt wurde oder wenn keine
reflektierten Strahlen des Impulslichts ermittelt
werden, das System als in seinem Anfangszustand be
findlich und definiert den Winkel Φn als Φn = 0°,
und die CPU 16 erneuert den Wert des Winkels Φn
genau vor dem Ende der Unterroutine, d. h. in Schritt S10.
In Schritt S2 werden die Winkel Φmin und Φmax (bei
denen Φmin <Φmax ist) eines Winkelbereichs, innerhalb
dessen das optische System 4 tatsächlich bewegt
werden soll, und ein Lichtmengen-Vergleichswert λ₀
aus dem Winkel Φn1, der in Schritt S1 erhalten wird,
zusammen mit dem maximalen Winkel Φm und dem
minimalen Winkel Φl des Winkelbereichs erhalten,
innerhalb dessen das optische System 4 mechanisch
bewegt werden kann.
So werden beispielsweise, wenn die CPU 16 auf der
Grundlage der vorerwähnten Bedingung das System
als in seinem Anfangszustand befindlich bewertet,
die Winkel Φmin und Φmax des Drehwinkelbereichs auf 0°
bzw. 180° eingestellt, und der Lichtmengen-Ver
gleichswert λ₀ wird auf den Maximalausgangswert des
Bewertungskreises 23 eingestellt, der durch Störungen
wie Streulicht verursacht wird und der vorher
gemessen wurde. Wenn das System als nicht in seinem
Anfangszustand befindlich bewertet wird, so bedeutet
dies, daß die Unterroutine zum Ermitteln des Kraft
fahrzeugsabstands L zumindest einmal bereits durch
laufen wurde; daher wird der Lichtmengen-Vergleichs
wert λ₀ auf den geschätzten maximalen Lichtmengen
wert λ₁, der vorher entsprechend des ermittelten
Kraftfahrzeugabstands L bestimmt wurde, eingestellt,
und die Winkel Φmin und Φmax des Drehwinkelbereichs
werden auf der Grundlage des Winkels Φn1 eingestellt,
der vor der Beendigung der vorangegangegen Unter
routine erneuert wird, damit er innerhalb des Bereichs
liegt, der von dem maximalen Winkel Φm und dem
minimalen Winkel Φl definiert wird, in dem das optische
System 4 mechanisch bewegt werden kann, wie dies
durch die folgenden Gleichungen (2) und (3) ausge
drückt wird:
Φmin = max {Φl, Φn 1 - 10°} (2)
Φmax = min {Φm, Φn 1 + 10°} (3)
In Schritt S3 wird der Motorzielwinkel Φ um einen
vorbestimmten Bewegungswinkel ΔΦ verzögert, und
zwar ausgehend vom Winkel Φmin, der in Schritt S2
erhalten wurde.
In Schritt S4 wird die Rückkopplungssteuerung auf
die bereits vorstehend angegebene Weise bewirkt,
so daß die Position des Gleichstrommotors 13 den
in Schritt S3 bestimmten Zielwinkel Φ erreicht.
In Schritt S5 wird die zu diesem Zeitpunkt gemessene
Lichtmenge λ = f(Φ) im Speicher in Übereinstimmung
mit dem Winkel Φ gespeichert, d. h. in Form eines
Paares von Datenteilen, nämlich (Φ, λ).
Es sei darauf hingewiesen, daß g die Übereinstimmung
der Lichtmenge λ mit dem Winkel Φ darstellt, die im
Speicher beim Winkel Φ gespeichert wurde, während
umgekehrt f die Übereinstimmung des Winkels Φ mit
der Lichtmenge λ darstellt.
In Schritt S6 werden der Winkel Φ und der maximale
Drehwinkel Φmax miteinander verglichen. Wenn Φ≦Φmax
ist, kehrt der Prozeß auf Schritt S3 zurück. Wenn
Φ <Φmax ist, geht der Prozeß auf Schritt S7 weiter.
In Schritt S7 wird der Maximalwert λ der Lichtmengen
werte, die im Winkelbereich vom Winkel Φmin zum
Winkel Φmax erhalten werden, erhalten.
In Schritt S8 wird der Lichtmengen-Vergleichswert λ₀,
der in Schritt S1 auf der Grundlage einer vorbestimmten
Bedingung bestimmt wurde, mit dem maximalen Licht
mengenwert λ verglichen. Wenn λ <λ₀ ist, wird der
ermittelte Lichtmengenwert als ungültig bewertet,
und der Prozeß geht dann auf Schritt S11 weiter,
während, wenn λ ≧λ₀ ist, der ermittelte Lichtmengen
wert als gültig bewertet wird, und der Prozeß geht
dann auf Schritt S9 weiter.
In Schritt S9 wird der Winkel Φ = g (λ), der dem
maximalen Lichtmengenwert λ entspricht, aus den
Daten erhalten, welche die Beziehung zwischen dem
Winkel und der Lichtmenge betreffen, die in Schritt S5
im Speicher gespeichert wurde, und Φ = Φn1 wird
gesetzt. Dann erfolgt die Rückkopplungssteuerung,
so daß die Motorposition den Zielwinkel Φ erreicht.
In Schritt S10 wird der Winkel Φn1, der aufgrund
der Annahme definiert worden ist, daß eine Linie,
welche lotrecht zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft
und die durch das optische System 4 geht, die Y-Achse
und die vordere Stirnfläche des eigenen Kraftfahr
zeugs 3 die X-Achse ist, in den Winkel Φn zwischen
der Achse des optischen Systems 4 und der Linie,
die lotrecht zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft,
gemäß Gleichung (1) auf die gleiche Weise wie
in Schritt S1 umgewandelt; damit ist die Verarbeitung
beendet.
In Schritt S11 wird beurteilt, ob der maximale Winkel
Φm des Winkelbereichs, innerhalb dessen das optische
System 4 mechanisch bewegt werden kann, gleich dem
Winkel Φmax ist, der in Schritt S1 erhalten wurde,
oder nicht; oder ob der minimale Winkel Φl gleich dem
Winkel Φmin ist oder nicht. Bei JA geht der Prozeß
auf Schritt S13 weiter, in dem eine Markierung aus
gegeben wird, die anzeigt, daß keine reflektierten
Strahlen ermittelt werden können; damit ist die Ver
arbeitung beendet. Falls die Antwort in Schritt S11 NEIN
ist, geht der Prozeß auf Schritt S12 weiter.
In Schritt S12 wird der Winkel Φn1 aus der folgenden
Gleichung (4) erhalten, wobei die Lichtmengenwerte,
die den Winkeln Φmin und Φmax entsprechen,
auf λmin = g (Φmin) bzw. λmax = g (Φmax) eingestellt
sind, und der Prozeß kehrt dann auf Schritt S2
zurück:
Φ = f (max {λmin, λmax}) + 10° (4)
Durch die vorstehend beschriebene Prozedur kann der
Winkel Φn der reflektierten Impulslichtstrahlen
ermittelt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, nachdem die
Winkel Φa, Φb, ψa und ψb zwischen den reflektierten
Lichtstrahlen, die von den optischen Systemen 4a, 4b
empfangen werden, und den entsprechenden Linien, die
lotrecht zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verlaufen und
in Fig. 1 dargestellt sind, durch die vorstehend
beschriebene Prozedur ermittelt worden sind, die
Länge L der imaginären Linie RO zwischen der Mitte R
des hinteren Endes des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs 1
und der Mitte O des vorderen Endes des eigenen Kraft
fahrzeugs 3 zusammen mit dem Winkel R zwischen der
Linie RO und der Linie HO erhalten, die lotrecht
zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft. Die Methode
der Ermittlung der Länge L der Linie RO und des
Winkels R wird als nächstes unter Bezugnahme auf den
Ablaufplan in Fig. 3 erläutert, der die Unterroutine
zum Ermitteln des Abstands L zwischen den beiden
Kraftfahrzeugen zeigt.
In Schritt S21 werden, wobei das optische System 4a
bewegt wird, die Winkel Φa und Φb zwischen der Achse
des optischen Systems 4a und der Linie, die lotrecht
zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft, dann erhalten,
wenn die reflektierten Impulslichtstrahlen vom
optischen System 4a ermittelt werden. Auf ähnliche
Weise werden in Schritt S22, wobei das optische
System 4b bewegt wird, die Winkel ψa und ψb zwischen
der Achse des optischen Systems 4b und der Linie,
die lotrecht zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft,
dann erhalten, wenn die reflektierten Impuls
lichtstrahlen vom optischen System 4b ermittelt
werden.
In Schritt S23 wird beurteilt, ob die Markierung, die
anzeigt, daß keine reflektierten Strahlen ermittelt
werden können, vorhanden ist oder nicht. Bei JA wird
die Bewertung vorgenommen, daß es unmöglich ist,
den Abstand zwischen den beiden Kraftfahrzeugen
zu ermitteln, und der Prozeß geht dann auf Schritt S26
weiter, bei dem der Kraftfahrzeugabstand-Indikator 17
angewiesen wird, anzuzeigen, daß es unmöglich ist, den
Kraftfahrzeugabstand zu ermitteln; dadurch wird
der Fahrer über diesen Sachverhalt informiert.
Wenn die Markierung nicht vorhanden ist, geht der
Prozeß auf Schritt 24 weiter.
In Schritt S24 werden die Abstände La und Lb zwischen
den Reflektoren 2a, 2b und dem eigenen Kraftfahrzeug 3,
die in Fig. 1 dargestellt sind, zusammen mit den
Winkeln Ra und Rb zwischen der Achse des eigenen Kraft
fahrzeugs 3 und den imaginären Linien, die jeweils die
Mitte O des vorderen Endes des eigenen Kraftfahrtzeugs 3
und die Reflektoren 2a und 2b verbinden, durch Verwen
dung der Winkel Φa, Φb, ψa und ψb erhalten, die in den
Schritten S21 und S22 ermittelt wurden.
Fig. 4 zeigt, wie der Abstand La zwischen dem Reflektor
2a und dem eigenen Kraftfahrzeug 3 und der Winkel Ra
zwischen der Achse des eigenen Kraftfahrzeugs 3 und der
imaginären Linie erhalten wird, die die Mitte O des
vorderen Endes des eigenen Kraftfahrzeugs 3 und des
Reflektors 2a verbindet. Die Beschreibung wird mit
Bezug auf Fig. 4 im folgenden weiter fortgesetzt:
Der Winkel Φa wird zwischen der Linie AA1, die lotrecht
zum eigenen Kraftfahrzeug 3 verläuft und durch das op
tische System 4a geht, und der Linie AP erstellt, die
das optische System 4a und den Reflektor 2a verbindet.
Beim Winkel Φa und beim Winkel ψa, der auf die gleiche
Weise wie der Winkel Φa definiert wird, werden die fol
genden Gleichungen (5) und (6) auf der Grundlage der
trigonometrischen Messung erhalten, und dadurch ist es
möglich, den Winkel Ra zwischen der Achse des eigenen
Kraftfahrzeugs 3 und der imaginären Linie, die die
Mitte O des vorderen Endes des eigenen Kraftfahrzeugs 3
und den Reflektor 2a verbindet, und den Abstand La
zwischen dem Reflektor 2a und dem eigenen Kraftfahrzeug 3
zu erhalten.
Ra = (tanΦa + tan ψa)/2 (5)
La = D/{cosRa* (tanΦ - tanRa) (6)
In einem einfacheren System können der Abstand La und
der Winkel Ra als Informationsteile verwendet werden,
die ungefähr als Abstand zwischen den beiden Kraftfahr
zeugen bzw. Winkel zwischen den Achsen der beiden Kraft
fahrzeuge angesehen werden.
Auf ähnliche Weise werden der Winkel Rb und der Abstand
Lb erhalten, und der Prozeß geht auf Schritt S25 weiter.
In Schritt S25 werden der Abstand L zwischen den beiden
Kraftfahrzeugen und der Winkel R zwischen den Achsen
der beiden Kraftfahrzeuge auf der Grundlage der Winkel
Ra, Rb und der Abstände La, Lb erhalten; damit ist die
Verarbeitung beendet. Die Prinzipien, auf deren Grundlage
der Kraftfahrzeugabstand L und der Winkel R er
halten werden, werden nachstehend erläutert.
Im Hinlick auf das in Fig. 1 dargestellte Dreieck POQ
wird die Länge Lc der Linie PQ aus der folgenden Glei
chung (7) auf der Grundlage des Cosinus-Theorems er
halten, während der Winkel Rc zwischen den Linien PQ
und PO aus der folgenden Gleichung (8) auf der Grund
lage des Sinus-Theorems erhalten wird:
Lc² = La² + Lb² - 2*La*Lb*cos{|Ra + Rb|} (7)
Lc/sin{|Ra + Rb|} = Lb/sinRc (8)
Im Hinblick auf das Dreieck PRO, wo R der Mittelpunkt
der Linie PQ ist, wird die Länge L der Linie RO aus der
folgenden Gleichung (9) auf der Basis des Cosinus-
Theorems erhalten:
L² = (Lc/2)² + La² - (Lc/2)*La*cosRc (9)
Andererseits wird die Länge Lh der lotrechten Linie OH
von der Mitte des vorderen Endes des eigenen Kraftfahr
zeugs 3 aus zum vorausfahrenden Kraftfahrzeug 1 aus der
folgenden Gleichung (10) erhalten, und der Winkel R wird
ohne weiteres aus der folgenden Gleichung (11) er
halten:
cosRa = Lh/La (10)
cosR = Lh/L (11)
Die Kraftfahrzeugabstand-Ermittlungsvorrichtung dieses
Ausführungsbeispiels zeigt auf dem Kraftfahrzeug
abstand-Indikator 17 den Kraftfahrzeugabstand L und
den Winkel R an, die zu jeder vorbestimmten Zeitperiode
auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Prin
zipien ermittelt werden, und wenn der Kraftfahrzeug
abstand L geringer als ein vorbestimmter kritischer
Kraftfahrzeugabstand wird, informiert die Vorrichtung
den Fahrer über diese gefährliche Situation mittels
eines Alarmtons und einer speziellen Anzeige. Daher
ist die Kraftfahrzeugabstand-Ermittlungsvorrichtung
dieses Ausführungsbeispiels zusätzlich mit einer
Kollisionsverhinderungs-Systemfunktion versehen. Die
Vorrichtung kann des weiteren eine Fehleranzeige lie
fern, wenn es unmöglich ist, aufgrund störenden Lichts
oder einer anderen Störung die Ermittlung vorzunehmen.
Obwohl bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungs
beispiel der im Antriebssystem 5 vorgesehene Motor 13
ein Gleichstrommotor ist, können auch andere Arten von
Motoren, beispielsweise ein Schrittschaltmotor, Ver
wendung finden, solange wie der verwendete Motor eine
absolute Positionssteuerung ermöglicht. Hinzu kommt,
daß, wenn die Lichtprojektoren der optischen Systeme
4a und 4b unterschiedliche Impulscodes haben und
nicht befürchtet zu werden braucht, daß diese Impuls
codes miteinander verwechselt werden kraft des Vor
sehens beispielsweise eines Störlicht-Beseitigungs
kreises, die Reihenfolge der Messung der Winkel
zwischen den optischen Systemen 4a, 4b und den ent
sprechenden Linien, die lotrecht zum eigenen Kraft
fahrzeug 3 verlaufen, nicht notwendigerweise auf die
vorerwähnte, d. h. Φa, Φb, ψa und ψb, begrenzt ist,
sondern nach Wunsch festgelegt werden kann.
Da die Kraftfahrzeugabstand-Ermittlungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ermittlung der
Position des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs 1 relativ
zum eigenen Kraftfahrzeug 3 auf der Grundlage des
Winkels R und des Abstands L zwischen dem eigenen
Kraftfahrzeug 3 und dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug 1
ermöglicht, kann sie auch als Bauelement eines automa
tischen Spurfolge-Steuersystems zum automatischen Spur
folgen des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs 1 Verwendung
finden.
In einem einfacheren System kann die Anordnung derart
sein, daß unter den Abständen La und Lb zwischen den
Reflektoren 2a, 2b und dem eigenen Kraftfahrzeug 3
und den Winkeln Ra und Rb zwischen den Reflektoren
2a, 2b und der Achse des eigenen Kraftfahrzeugs 3, die
in Fig. 1 dargestellt sind, La und Ra oder Lb und Rb
erhalten und als Informationsteile verwendet werden,
die ungefähr als Abstand zwischen den beiden Kraftfahr
zeugen bzw. Winkel zwischen den Achsen der beiden Kraft
fahrzeuge angesehen werden können.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Paar
von optischen Systemen, die jeweils einen Lichtpro
jektor und einen Lichtempfänger haben, die derart
angeordnet sind, daß die jeweiligen optischen Achsen
im wesentlichen auf der gleichen Achse liegen, ange
trieben, um sich durch die zugeordneten Antriebs
systeme derart zu drehen, daß Impulslicht mit einem
spezifischen Code aus jedem Lichtprojektor auf das
vorausfahrende Kraftfahrzeug projiziert wird und daß
zur gleichen Zeit, da die am vorausfahrenden Kraftfahrzeug
reflektierten Strahlen des Impulslichts
von den Lichtempfängern empfangen werden, der Abstand
zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem vorausfah
renden Kraftfahrzeug zusammen mit dem Winkel zwischen
den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge ermittelt wird.
Dementsprechend ist es möglicht, ein derartiges automa
tisches Drehen der Lichtprojektoren und der Licht
empfänger zu ermöglichen, daß sie auf das vorausfah
rende Kraftfahrzeug gerichtet sind und Impulslicht
mit einem spezifischen Code projizieren und
empfangen. Auf diese Weise ist es durch Messen des
Projektionswinkels jedes optischen Systems möglich,
den Abstand zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem
vorausfahrenden Kraftfahrzeug zusammen mit dem Winkel
zwischen den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge mit hoher
Zuverlässigkeit zu erhalten, ohne dem Fahrer irgendeine
Belastung aufzuerlegen.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Ermitteln des Abstands zwischen
dem eigenen Kraftfahrzeug und dem voraus
fahrenden Kraftfahrzeug,
gekennzeichnet durch
ein Paar von angetriebenen optischen Systemen (4a, 4b), die auf dem eigenen Kraftfahrzeug (3) in einem vorbestimmten Abstand voneinander vorgesehen sind, wobei jedes angetriebene optische System (4a, 4b) einen Lichtprojektor (7), der Impulslicht mit einem spezifischen Code in Richtung des voraus fahrenden Kraftfahrzeuges (1) projiziert, einen Lichtempfänger (8), der das vom vorausfahrenden Kraftfahrzeug (1) reflektierte Impulslicht empfängt, wobei der Lichtprojektor (7) und der Lichtempfänger (8) in so dichter Nachbarschaft zueinander ange ordnet sind, daß die jeweiligen optischen Achsen als im wesentlichen auf der gleichen Achse liegend angesehen werden können, und ein Antriebssystem (5a, 5b) umfaßt, um den Projektions winkel des Lichtprojektors (7) auf der Grundlage eines Signals aus dem Lichtempfänger (8) einzu stellen, und
eine zentrale Verarbeitungseinheit (16), die auf dem eigenen Kraftfahrzeug (3) vorgesehen ist, um die Drehung des Paares von optischen Systemen (4a, 4b) zu steuern und den Projektionswinkel des Impulslichtes aus jedem Lichtprojektor (7) zu ermitteln, wenn der Licht empfänger (8) jedes der optischen Systeme (4a, 4b) das reflektierte Impulslicht erfaßt, und um den Abstand (L) zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug (3) und dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug (1) zusammen mit dem Winkel (R) zwischen den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge zu ermitteln.
gekennzeichnet durch
ein Paar von angetriebenen optischen Systemen (4a, 4b), die auf dem eigenen Kraftfahrzeug (3) in einem vorbestimmten Abstand voneinander vorgesehen sind, wobei jedes angetriebene optische System (4a, 4b) einen Lichtprojektor (7), der Impulslicht mit einem spezifischen Code in Richtung des voraus fahrenden Kraftfahrzeuges (1) projiziert, einen Lichtempfänger (8), der das vom vorausfahrenden Kraftfahrzeug (1) reflektierte Impulslicht empfängt, wobei der Lichtprojektor (7) und der Lichtempfänger (8) in so dichter Nachbarschaft zueinander ange ordnet sind, daß die jeweiligen optischen Achsen als im wesentlichen auf der gleichen Achse liegend angesehen werden können, und ein Antriebssystem (5a, 5b) umfaßt, um den Projektions winkel des Lichtprojektors (7) auf der Grundlage eines Signals aus dem Lichtempfänger (8) einzu stellen, und
eine zentrale Verarbeitungseinheit (16), die auf dem eigenen Kraftfahrzeug (3) vorgesehen ist, um die Drehung des Paares von optischen Systemen (4a, 4b) zu steuern und den Projektionswinkel des Impulslichtes aus jedem Lichtprojektor (7) zu ermitteln, wenn der Licht empfänger (8) jedes der optischen Systeme (4a, 4b) das reflektierte Impulslicht erfaßt, und um den Abstand (L) zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug (3) und dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug (1) zusammen mit dem Winkel (R) zwischen den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge zu ermitteln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Impulslicht, das von einem
der Lichtprojektoren (7) projiziert wird, einen
spezifischen Code hat, der sich von einem
spezifischen Code des Impulslichtes, welches
von dem anderen der Lichtprojektoren (7) proji
ziert wird, unterscheidet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Projektionswinkel eines
Impulslichtes aus einem der Lichtprojektoren (7)
gemessen wird, nachdem der Projektionswinkel
eines Impulslichtes aus dem anderen der
Lichtprojektoren (7) gemessen worden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die angetriebenen optischen
Systeme (4a, 4b) jeweils im gleichen Abstand (D) von der
Mitte des vorderen Endes des eigenen Kraft
fahrzeugs (3) installiert sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das vorausfahrende Kraftfahrzeug (1)
ein Paar von Reflektoren (2a, 2b) aufweist, auf welche
Strahlen von Impulslicht mit spezifischen
Impulscodes jeweils aus den Lichtprojektoren (7)
der angetriebenen
optischen Systeme (4a, 4b) projiziert werden, daß die
von den Reflektoren (2a, 2b) reflektierten Strahlen von
Impulslicht von den Lichtempfängern (8) der optischen
Systeme (4a, 4b) empfangen werden, daß die zentrale
Verarbeitungseinheit (16) die Winkel
zwischen der jeweiligen optischen Achse der gedrehten
optischen Systeme (4a, 4b) und
lotrecht zum eigenen Kraftfahrzeug (3)
verlaufenden Linien mißt, wenn die Licht
empfänger (8) jeweils die maximale Lichtmenge
empfangen, und daß die zentrale Verarbeitungs
einheit (16) auf der Grundlage der gemessenen
Winkel die Länge (L) der imaginären Linie zwischen
der Mitte des hinteren Endes des voraus
fahrenden Kraftfahrzeugs (1) und der Mitte des
vorderen Endes des eigenen Kraftfahrzeugs (3)
zusammen mit dem Winkel (R) zwischen dieser imaginären
Linie und der Linie, die lotrecht zum eigenen
Kraftfahrzeug (3) verläuft, ermittelt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das vorausfahrende Kraftfahrzeug (1)
einen Reflektor (2a) aufweist, auf
welchen Strahlen von Impulslicht mit spezifischen
Impulscodes jeweils aus den Lichtprojektoren (7)
der angetriebenen optischen
Systeme (4a, 4b) projiziert werden, daß die vom Reflektor (2a)
reflektierten Strahlen von Impulslicht von den
Lichtempfängern (8) der optischen Systeme (4a, 4b) empfangen
werden, daß die zentrale Verarbeitungseinheit (16)
die Winkel zwischen der jeweiligen optischen
Achse der gedrehten optischen Systeme (4a, 4b) und
lotrecht
zum eigenen Kraftfahrzeug (3) verlaufenden Linien mißt,
wenn die Lichtempfänger (8) jeweils die
maximale Lichtmenge empfangen, und daß die
zentrale Verarbeitungseinheit (16) auf der Grundlage
der gemessenen Winkel die Länge (La) der imaginären
Linie zwischen dem Reflektor (2a) und der Mitte des
vorderen Endes des eigenen Kraftfahrzeugs (3) zusammen
mit dem Winkel (Ra) zwischen dieser imaginären Linie
und der Linie, die lotrecht zum eigenen Kraft
fahrzeug (3) verläuft, ermittelt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß weiterhin ein Indikator (17)
vorgesehen ist, auf dem der Abstand (L) zwischen
dem eigenen Kraftfahrzeug (3) und dem voraus
fahrenden Kraftfahrzeug (1) und der Winkel (R)
zwischen den Achsen der beiden Kraftfahrzeuge
angezeigt wird.
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