DE4242635A1 - Verfahren zur Erkennung von Hindernissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Hindernis sen im Bereich einer Fahrbahn, die von einem Fahrzeug befahren wird, bei dem berührungslos mittels eines Senders und eines Signalreflexionen detektieren­ den Empfängers das Hindernis geortet wird, insbesondere unter Verwendung von Schallwellen oder elektro­ magnetischen Wellen.

Ein derartiges Verfahren wird insbesondere verwendet, um bei fahrerlosen Fahrzeugen, die sich auf öffent­ lichen Straßen oder Werksstraßen bewegen, einen gefahr­ losen Betrieb auch dann zu ermöglichen, wenn auf den betreffenden Straßen auch andere Verkehrsteilnehmer anzutreffen sind.

Nach dem Stand der Technik bekannte Erkennungsverfahren sind meist sehr aufwendig zu realisieren, da als Ergebnis der Durchführung des Ver­ fahrens sowohl Informationen über die Entfernung eines Hindernisses zum Fahrzeug als auch über die Höhen- und Seitenlage des Hindernisse bezüglich der Fahrtrasse gefordert werden. Es muß somit eine dreidimensionale Auswertung des reflektierten Signalanteiles erfolgen. Unabhängig von der Art der ausgesendeten Wellen, bei­ spielsweise Ultraschall und elektromagnetische Wellen, ist eine komplexe Signalauswertung erforderlich. Zur Durchführung dieser komplexen Signalauswertung sind entweder aufwendige Vorrichtungen erforderlich, oder die aufzubringende Auswertungszeit nimmt ein erheb­ liches Ausmaß an.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu ver­ bessern, daß der erforderliche Auswertungsaufwand redu­ ziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sender und der Empfänger mit voneinander ab­ weichenden örtlichen Sende- und Empfangsbereichen aus­ gestattet werden und daß ein Schnittgebiet der Sende- und Empfangsbereiche derart durch eine Ausrichtung von Sender und Empfänger dimensioniert wird, daß innerhalb des Schnittgebietes ausschließlich eine Auslösung eines Bremsvorganges hervorruf ende Hindernisse detektiert werden und eine Detektion von Hindernissen, die die Fahrt des Fahrzeuges nicht behindern, im wesentlichen unterdrückt wird.

Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, den Detek­ tionsbereich derart zu gestalten, daß nur Hindernisse innerhalb der Fahrtrasse und in einer Entfernung vom Fahrzeug detektiert werden, die eine Auslösung eines Bremsvorganges erforderlich machen.

Insbesondere ist es zur Ermöglichung einer einfachen zeitlichen Auswertung möglich, vom Empfänger impuls­ förmige Signale abzustrahlen. Diese werden vom Empfänger nur dann empfangen, wenn eine Reflexion durch ein Hindernis im Bereich der Fahrbahn erfolgt. Durch die kontinuierliche Verschiebung des Sende- und Empfangsbereiches bei einer Vorwärtsbewegung des Fahr­ zeuges ist es möglich, den Sender und den Empfänger in einer festen Einbauposition anzuordnen.

Zur Ermöglichung einer optimalen Ausnutzung der Empfindlichkeit des Empfängers wird vorgeschlagen, daß daß die Empfangscharakteristik des Empfängers mit einer Begrenzung im wesentlichen entlang mindestens einer Trassenbegrenzung verläuft.

Eine einfache Auswertung der empfangenen Signale wird dadurch ermöglicht, daß vom Sender gepulste Signale generiert werden und vom Empfänger zur Durchführung einer Auswertung die Laufzeit der reflektierten Signale gemessen wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird dadurch bereitgestellt, daß zur Erkennung von Hinder­ nissen im Bereich einer Fahrbahn, die von einem Fahr­ zeug befahren wird, die mindestens einen Sender und mindestens einen Signalreflexionen detektierenden Empfänger aufweist, der Sender im Bereich einer Front des Fahrzeuges seitlich angeordnet ist und eine in die Fahrbahn hineinstrahlende Sendekeule aufweist und daß der Sender derart ausgerichtet ist, daß eine seitliche Trassenbegrenzung der Fahrbahn im wesentlichen mit einer seitlichen Begrenzung der Sendekeulen zusammenfällt und daß der Empfänger auf einer dem Sender abgewandten Seite der Front des Fahrzeuges angeordnet ist und mit einer Empfangscharakteristik die Fahrbahn derart überstreicht, daß eine seitliche Trassenbegrenzung der Fahrbahn mit einer seitlichen Begrenzung der Empfangskeule zusammenfällt.

Die Ortungssicherheit in einem Bereich, in dem be­ sonders häufig Hindernisse anzutreffen sind, wird dadurch erhöht, daß der Sender im Bereich einer Seite des Fahrzeuges bodennah angeordnet ist und daß die Sendekeule die Oberfläche der Fahrbahn auf der Sender­ seite des Fahrzeuges im wesentlichen tangiert und daß der Empfänger auf der dem Sender entgegengesetzten Seite des Fahrzeuges bodennah angeordnet ist und die Empfangskeule die Oberfläche der Fahrbahn und die Trassenbegrenzung der Fahrbahn auf der Empfängerseite tangiert.

Eine Verbesserung der Ausnutzung der Energieabstrahlung des Senders erfolgt dadurch, daß der Sender eine Sende­ keule aufweist, die im Bereich mindestens eines seit­ lichen Verlaufes im wesentlichen gradlinig ausgebildet ist.

Eine zusätzliche Verbesserung kann dadurch erfolgen, daß mindestens eine der Keulen eine Richtcharakteristik aufweist, die mit zwei etwa rechtwinklig zueinander verlaufenden und im wesentlichen gradlinig gestalteten Begrenzungen versehen ist.

Zur Verbesserung der Betriebssicherheit auch bei einem Ausfall von Komponenten wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Fahrzeuges mindestens zwei Sender angeord­ net sind, die relativ zur Fahrbahn seitlich angeordnet sind und die jeweils korrespondierenden Empfänger in einem entgegengesetzten Bereich des Fahrzeuges seitlich angeordnet sind und daß die Sender zur Koordinierung eines Senderbetriebes mit zeitlich nacheinander gene­ rierten Signalen mit einer Steuerung verbunden sind und die jeweils zugeordneten Empfänger zur Detektion der zugehörigen Reflexionen ausgerichtet sind.

Insbesondere für eine Verwendung außerhalb von Gebäuden wird vorgeschlagen, daß der Sender elektromagnetische Wellen generiert, die eine Wellenlänge in einem Bereich von Millimetern bis Zentimetern aufweisen. Es können hierbei sowohl gepulste Signale als auch frequenzmodulierte Dauersignale verwendet werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein im Bereich einer Fahrtrasse angeordnetes Fahrzeug mit sich überschneidenden Sende- und Empfangskeulen,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Fahrzeuges gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Frontansicht eines Fahrzeuges, das jeweils mit Paaren von Sendern und Empfängern ausgestattet ist,

Fig. 4 eine Frontansicht eines Fahrzeuges mit diago­ naler Anordnung von Sender und Empfänger und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Sende- und Empfangs­ einheit mit spezieller Sende- und Empfangs­ charakteristik.

In Fig. 1 ist ein Fahrzeug (1) angegeben, das sich im Bereich einer Fahrbahn (9) befindet, die von Trassen­ begrenzungen (2, 32) definiert ist. Die Fahrbahn (2) weist eine Trassenbreite (3) sowie eine Trassenhöhe (4) auf. Im Bereich von Seiten des Fahrzeuges sind ein Sender (5) und ein Empfänger (6) angebracht. Sowohl der Sender (5) als auch der Empfänger (6) liegen nahe an den jeweiligen äußeren Begrenzungen des Fahrzeuges (1).

Eine Sendekeule (7) des Senders (5), die einen Sende­ bereich definiert, ist derart ausgerichtet, daß ihre Begrenzung etwa mit der seitlichen Begrenzung (2) der Fahrbahn (9) zusammenfällt. Eine Empfangskeule (8) des Empfängers (6), die einen Empfangsbereich definiert ist derart ausgerichtet, daß sie mit der seitlichen Begren­ zung (32) der Fahrbahn (9) zusammenfällt. Sowohl der Sender (5) als auch der Empfänger (6) sind zusätzlich derart ausgerichtet, daß ihre Keulen (7, 8) die Fahrbahn (9) in etwa tangieren. Diese Anordnung bewirkt, daß ein Hindernis (10) nur dann zur einer Reflexion führt, wenn das Hindernis sowohl im Bereich der Sendekeule (7) als auch im Bereich der Empfangskeule (8) liegt. Dies führt dazu, daß Hindernisse (11, 12), die eine Vorwärts­ bewegung des Fahrzeuges (1) nicht behindern, nicht detektiert werden, da sie entweder nicht im Bereich der Sendekeule (7) oder nicht im Bereich der Empfangskeule (8) liegen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die Über­ schneidung der jeweiligen Keulen (7, 8) durch eine schräge Anordnung von Sender (5) und Empfänger (6) relativ zur Vorwärtsbewegungsrichtung erreicht. Zur Berücksichtigung, daß Sender (5) und Empfänger (6) in der Regel in der Nähe der Fahrbahn (9) angeordnet sind, erfolgt gleichfalls eine relativ zur Horizontalen nach oben geneigte Ausrichtung, wie dies in Fig. 2 darge­ stellt ist.

In Fig. 3 ist eine Frontansicht eines fahrerlosen Fahr­ zeuges (1) dargestellt. Der Sender (5) ist hier als ein Paar von Sendern (13, 14) und der Empfänger (6) ist als ein Paar von Empfängern (15, 16) ausgebildet. Die Sender (13, 14) und die Empfänger (15, 16) sind an einem Sicher­ heitskörper (17) angeordnet. Ein derartiger Sicher­ heitskörper (17) ist auch in Fig. 2 dargestellt. Der Sicherheitskörper (17) steht mit einer Fahrzeuglenkung (18) in Verbindung. Aufgrund dieser Verbindung ist es möglich, die rage der jeweiligen Richtcharakteristik bei einer Kurvenfahrt an die Krümmung der Trassenbe­ grenzungen (2, 32) anzupassen. Die Sender (13, 14) und die Empfänger (15, 16) sind so ausgerichtet, daß die Richtcharakteristiken mit ihren jeweiligen Mittellinien in einer Entfernung (19) vor dem Fahrzeug (1) in etwa mit einer Mitte (20) aller vier Fahrtrassenbegrenzungen zusammenfallen. In Fig. 3 ist ein Kreis (21) einge­ tragen, der sich aus dem Schnitt (A, B) gemäß Fig. 2 ergibt. Die Verbindung von je zwei Sende- und Empfangs­ einheiten ermöglicht es, das System zur Hindernis­ erkennung redundant aufzubauen.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform angegeben, bei der der Sender (5) als eine Sendeeinheit (22) ausgebildet ist, die in einer unteren Ecke der Fahrzeugfront montiert ist. Der Empfänger (6) ist als eine Empfangs­ einheit (23) ausgebildet, die in der entgegengesetzten oberen Ecke montiert ist. Die Sende- und Empfangs­ charakteristiken sind auch hier wiederum auf eine Mitte (24) der durch die Trassenbegrenzungen (2, 32) definierten Fahrbahn (9) ausgerichtet.

Eine spezielle Sende- und Empfangscharakteristik ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 vorgesehen. Es sind hier Begrenzungen (25, 30) und Begrenzungen (26, 31) realisiert, die von der Sende- und Empfangseinheit (27) kommend geradlinig und rechtwinklig zueinander ver­ laufen. Eine weitere Begrenzung (28, 29) der Sende- und Empfangscharakteristik kann frei gewählt werden. In der Sendeeinheit (27) ist der Sender (5) und in einer analog aufgebauten Empfangseinheit ist der Empfänger (6) repräsentiert. Durch eine derartige Realisierung der Sende- und Empfangscharakteristik ist es möglich, mit nur einem Sender (5) und einem Empfänger (6) einen sowohl bezüglich seiner Höhe als auch bezüglich seiner Seitenausdehnung begrenzten Erkennungsbereich zu realisieren, der der vorgegebenen Fahrtrasse entspricht.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erkennung von Hindernissen im Bereich einer Fahrbahn, die von einem Fahrzeug befahren wird, bei dem berührungslos mittels eines Senders und eines Signalreflexionen detektierenden Empfängers das Hindernis geortet wird, insbesondere unter Verwendung von Schallwellen oder elektro­ magnetischen Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (5) und der Empfänger (6) mit von einan­ der abweichenden örtlichen Sende- und Empfangsbe­ reichen ausgestattet werden und daß ein Schnittge­ biet der Sende- und Empfangsbereiche derart durch eine Ausrichtung von Sender (5) und Empfänger (6) dimensioniert wird, daß innerhalb des Schnittge­ bietes ausschließlich eine Auslösung eines Brems­ vorganges hervorruf ende Hindernisse detektiert werden und eine Detektion von Hindernissen (11, 12), die die Fahrt des Fahrzeuges (1) nicht behindern, im wesentlichen unterdrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Empfangscharakteristik des Empfängers (6) mit einer Begrenzung im wesentlichen entlang minde­ stens einer Trassenbegrenzung (2, 32) verläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vom Sender (5) gepulste Signale generiert werden und vom Empfänger (6) zur Durch­ führung einer Auswertung die Kaufzeit der reflek­ tierten Signale gemessen wird.

4. Vorrichtung zur Erkennung von Hindernissen im Be­ reich einer Fahrbahn, die von einem Fahrzeug be­ fahren wird, die mindestens einen Sender und min­ destens einen Signalreflexionen detektierenden Empfänger aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (5) im Bereich einer Front des Fahrzeuges (1) seitlich angeordnet ist und eine in die Fahr­ bahn hineinstrahlende Sendekeule (7) aufweist und daß der Sender (5) derart ausgerichtet ist, daß eine seitliche Trassenbegrenzung (2, 32) der Fahr­ bahn im wesentlichen mit einer seitlichen Be­ grenzung der Sendekeulen (7) zusammenfällt und daß der Empfänger (6) auf einer dem Sender (5) abge­ wandten Seite der Front des Fahrzeuges (1) ange­ ordnet ist und mit einer Empfangscharakteristik die Fahrbahn derart überstreicht, daß eine seitliche Begrenzung der Fahrbahn mit einer seitlichen Trassenbegrenzung (2, 32) der Empfangskeule (8) zusammenfällt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sender (5) im Bereich einer Seite des Fahrzeuges bodennah angeordnet ist und daß die Sendekeule (7) die Oberfläche der Fahrbahn (9) auf der Senderseite des Fahrzeuges (1) im wesentlichen tangiert und daß der Empfänger (6) auf der dem Sender (5) entgegengesetzten Seite des Fahrzeuges (1) bodennah angeordnet ist und die Empfangskeule (8) die Oberfläche der Fahrbahn (9) und die Trassenbegrenzung (2, 32) der Fahrbahn (9) auf der Empfängerseite tangiert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sender (5) eine Sendekeule (7) aufweist, die im Bereich mindestens eines seitlichen Verlaufes im wesentlichen grad­ linig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Empfänger (6) eine Empfangskeule (8) aufweist, die im Bereich mindestens einer ihrer seitlichen Begrenzungen einen gradlinigen Verlauf aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Keulen (7, 8) eine Richtcharakteristik aufweist, die mit zwei etwa rechtwinklig zueinander verlaufenden und im wesentlichen gradlinig gestalteten Begren­ zungen versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Fahrzeuges (1) mindestens zwei Sender (5) angeordnet sind, die relativ zur Fahrbahn (9) seitlich angeordnet sind und die jeweils korrespondierenden Empfänger (6) in einem entgegengesetzten Bereich des Fahrzeuges (1) seitlich angeordnet sind und daß die Sender (5) zur Koordinierung eines Senderbetriebes mit zeitlich nacheinander generierten Signalen mit einer Steue­ rung verbunden sind und die jeweils zugeordneten Empfänger (6) zur Detektion der zugehörigen Reflexionen ausgerichtet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sender (5) elektro­ magnetische Wellen generiert, die eine Wellenlänge in einem Bereich von Millimetern bis Zentimetern aufweisen.