DE19531632B4

DE19531632B4 - Entfernungsmeßgerät

Info

Publication number: DE19531632B4
Application number: DE19531632A
Authority: DE
Inventors: Kiyokazu Toyokawa Takagi; Yoshiaki Toyota Hoashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2015-08-29
Also published as: US5627511A; JPH08122437A; DE19531632A1; JP3564800B2

Abstract

Entfernungsmessgerät, mit:
einer Signalausgabeeinrichtung (39), die Signale in vorgewählten Winkelintervallen über eine vorgegebene Objekterfassungszone ausgibt;
einer Signalempfangseinrichtung (43), die ein durch Reflexion eines der ausgegebenen Signale von einem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekt erzeugtes Signal empfängt;
einer Fahrzeugfahrtzustand-Ermittlungseinrichtung (90), die überprüft, ob das Fahrzeug fährt oder nicht, und ein entsprechendes Anzeigesignal liefert;
einer Zeitdifferenzermittlungseinrichtung, die eine Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des einen der ausgegebenen Signale und dem Empfang dieses Signals durch die Signalempfangseinrichtung bestimmt;
einer Speichereinrichtung, die einen Referenzentfernungsbereich speichert, der auf der Basis einer Zeitdauer festgelegt wird, die eines der von der Signalausgabeeinrichtung (39) gelieferten Signale benötigt, um bei Nebel, Regen oder Schnee vorhandenen, in der Luft schwebenden Teilchen reflektiert und von der Signalempfangseinrichtung (43) empfangen zu werden; und
einer Entfernungsermittlungseinrichtung, die eine Entfernung zu dem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekt unter Zugrundelegung der von der Zeitdifferenzermittlungseinrichtung ermittelten Zeitdifferenz, des in...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht auf ein Entfernungsmeßgerät, das dazu ausgelegt ist, Laserimpulssignale in vorgegebenen Zyklen bzw. Perioden auszusenden und das von einem reflektierenden Objekt reflektierte Signal zu empfangen, um auf diese Weise die Entfernung zu dem betreffenden Objekt unter Zugrundelegung einer Zeitdifferenz zwischen der Aussendung des Impulssignals und dem Empfang des reflektierten Signals zu bestimmen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein solches Entfernungsmeßgerät, das in einem Kraftfahrzeug-Anti-kollisionssystem verwendet werden kann und das die Entfernung zu einem vor dem Fahrzeug befindlichen Objekt mißt, um eine Kollision mit diesem zu vermeiden.
In den japanischen Patentoffenlegungsschriften mit den Nummern 59-142488 , 60-201276 und 62-015480 sind herkömmliche Entfernungsmeßsysteme für Kraftfahrzeuge beschrieben, die Impulssignale in Form von Lichtwellen oder Millimeterwellen intermittierend bzw. diskontinuierlich aussenden und das von einem reflektierenden Objekt reflektierte Signal empfangen, um die Entfernung zu diesem unter Zugrundelegung einer Zeitdifferenz zwischen der Aussendung des Impulssignals und dem Empfang des reflektierten Signals zu ermitteln.
Im einzelnen offenbart die Druckschrift JP 59-142488 A ein derartiges Entfernungsmeßgerät, bei dem eine sogenannte Empfindlichkeits-Zeitsteuerung (STC = "sensitivity time control") durchgeführt wird, bei der die Empfindlichkeit des Signalempfangs auf die Aussendung eines Lichtsignals hin verringert wird, worauf sie mit der Zeit wieder erhöht wird. Wenn das betreffende Fahrzeug bei Nebel fährt oder wenn es schneit, empfängt das Entfernungsmeßsystem Licht, das von den jeweiligen Partikeln bzw. Teilchen des Nebels oder des Schnees gestreut worden ist. Zwar ist das Reflexionsvermögen von Nebel oder Schnee sehr viel kleiner als das eines Fahrzeugkörpers, jedoch tritt die entsprechende Reflexion bei einer kürzeren Entfernung auf, was zu einer erhöhten Intensität des jeweils empfangenen Lichts führt (die Intensität des reflektierten Lichts ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Entfernung zu einem reflektierenden Objekt). Bei dem in dieser Druckschrift vorgeschlagenen Entfernungsmeßsystem wird daher die Empfangsempfindlichkeit von solchem Licht, das aus einer kurzen Entfernung reflektiert worden ist, herabgesetzt, um dadurch zu verhindern, daß die Entfernung zu einem reflektierenden Objekt irrtümlich unter Zugrundelegung des vom Nebel reflektierten Lichts bestimmt wird.
In der JP 60-201276 A wird demgegenüber ein Entfernungsmeßsystem beschrieben, bei dem ein Lichtintensitätsbereich von Licht, das von in der Luft schwebenden Teilchen wie beispielsweise Nebel reflektiert wird, relativ zur Entfernung zu diesen Teilchen gespeichert wird, wobei immer dann kein Ausgangssignal geliefert wird, wenn ein Signalpegel des empfangenen Lichts innerhalb dieses Lichtintensitätsbereichs liegt. In der Praxis stuft dieses bekannte System das jeweils empfangene Licht immer dann als ein durch Nebel reflektiertes Licht ein, wenn die Intensität des empfangenen Lichts kleiner 20 P (wobei mit P eine Lichtintensitätsgrenze im kürzesten Erfassungsbereich bezeichnet ist) und wenn die Entfernung L kleiner 20 m ist.
Die JP 62-015480 A offenbart schließlich ein Kraftfahrzeug-Nebelerfassungssystem, das immer dann auf das Auftreten von Nebel schließt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorgegebener Wert ist und die ermittelten Entfernungsdaten länger als eine vorbestimmte Zeitspanne einen Wert anzeigen, der einen vorbestimmten Wert übersteigt. Wenn sich beispielsweise ein vorausfahrendes Fahr zeug schneller als mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt oder wenn ein voraus befindliches Hindernis stationär bzw. unbeweglich bleibt, werden die ermittelten Entfernungsdaten zu diesem Objekt unverzüglich geändert. Selbst dann, wenn sich ein vorausfahrendes Fahrzeug mit der gleichen Geschwindigkeit wie das eigene Fahrzeug bewegt, ändert sich die Entfernung zu dem vorausfahrenden Fahrzeug in der Regel kontinuierlich, so daß sie für eine vorbestimmte Zeitspanne kaum konstant bleibt, während dann, wenn sich innerhalb eines Erfassungsbereichs Nebel bildet, die Entfernungsdaten unabhängig von der Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs einen konstanten Wert annehmen.
Die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Systeme leiden jedoch an den folgenden Nachteilen.

(1) Es ist unmöglich, ein ein geringeres Reflexionsvermögen aufweisendes Objekt von Nebel zu unterscheiden, so daß diese Systeme nicht in der Lage sind, ein ein geringeres Reflexionsvermögen aufweisendes Objekt zu erfassen, wenn sich dieses in einem kurzen Abstand befindet.
(2) Die bekannten Systeme sind nicht in der Lage, ein Objekt, dessen Entfernung zu ermitteln ist, dann zu erfassen, wenn sie Nebel erfassen.

Die vorstehend diskutierten Druckschriften JP 59-142488 A und JP 60-201276 A machen sich die Eigenschaft von Nebel zunutze, daß dieser gewöhnlich in einem kurzen Bereich vor dem Fahrzeug gebildet wird und ein geringeres Reflexionsvermögen aufweist, um entweder die Empfindlichkeit des Signalempfangs nach dem Aussenden eines Lichtsignals herabzusetzen und diese dann mit der Zeit zu verringern oder um überhaupt kein Entfernungssignal auszugeben, wenn ein empfangenes Lichtsignal innerhalb des vorgegebenen Lichtintensitätsbereichs liegt. Diese bekannten Systeme können daher nicht zwischen einem in einem kurzen Abstandsbereich be findlichen Objekt mit geringerem Reflexionsvermögen und Nebel unterscheiden.
An Fahrzeugen befestigte Reflektoren sowie weiße bzw. helle Fahrzeugkörper besitzen gewöhnlich ein hohes Reflexionsvermögen, während beispielsweise Personen, die dunkle Kleider tragen, oder schmutzige oder dunkle Fahrzeuge ein geringeres Reflexionsvermögen aufweisen. Da die neben dem Fahrgestell befindlichen Bereiche von Lastkraftwagen gewöhnlich schwarz lackiert sind und sich auf dem gleichen Niveau wie das von dem Entfernungsmeßsystem ausgegebene Lichtsignal befinden, weisen diese ebenfalls ein geringeres Reflexionsvermögen auf.
Bei dem in der Druckschrift JP 62-015480 A beschriebenen Nebelerfassungssystem wird die Bildung von Nebel unter Zugrundelegung der Tatsache ermittelt, daß die abgeleiteten Entfernungsdaten aufgrund der Natur von Nebel unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit einen konstanten Wert anzeigen. Da dieses bekannte System jedoch so ausgelegt ist, daß es nur ein einzelnes Objekt erfaßt, ist dieses System, sobald einmal Nebel erfaßt worden ist, nicht in der Lage, ein weiteres Objekt zu erfassen, das sich vor dem erfaßten Nebel befindet und dessen Entfernung gemessen werden soll.
Aus der DE 36 06 337 C1 ist ein Verfahren zur Entfernungskorrektur von im Nebel gemessenen Entfernungen bekannt, bei dem ein Signal ausgegeben wird und nach einer Reflexion an einem Ziel empfangen wird. Anhand eines Phasenunterschieds zwischen ausgesendetem und empfangenem Signal wird die Entfernung bestimmt. Die Korrektur des gemessenen Entfernungswerts wird mittels einer in einem Speicher abgelegten Kennlinie durchgeführt. Diese Kennlinie basiert auf einer Entfernung R_N des Nebels und kann daher als ein Referenzentfernungsbereich bezeichnet werden, der auf der Basis einer Zeitdauer festgelegt wird, die ein von der Signalausgabeeinrichtung geliefertes Signal benötigt, um von einem bestimmten, in der Luft schwebenden Teilchen reflektiert und von der Signalempfangseinrichtung empfangen zu werden.
Die DE 21 50 816 A offenbart einen Entfernungsmesser, welcher eine Entfernung zu einem Objekt bei vorhandenem Nebel entsprechend einer zwischen einer Aussendung und einem Empfang eines reflektierten Impulses verstrichenen Zeit bestimmt. Dies erfolgt jedoch unter anderem mittels eines Taktschrittgenerators und einer Mehrzahl von Zählern und Gattern.
Aus der DE 42 33 379 C1 ist schließlich noch eine Vorrichtung bekannt, die ein Entfernungsmeßgerät nach dem Impulslaufzeitprinzip beinhaltet. Darüber hinaus weist die Vorrichtung Mittel zur Nebelerkennung auf. Nebel wird erkannt, wenn das reflektierte Signal einen weichzielspezifischen Amplitudenverlauf aufweist, der auf einer Streuung an einzelnen räumlich verteilten Teilchen beruht und wenn das reflektierte Signal unterhalb einer Referenzlaufzeit empfangen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Ausschaltung der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik ein Entfernungsmeßgerät zu schaffen, das in der Lage ist, die Entfernung zu einem Ziel selbst dann korrekt zu messen, wenn Nebel herrscht oder wenn es schneit.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgesstaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels wird ein Entfernungsmeßgerät geschaffen, das folgende Merkmale aufweist: eine Signalausgabeeinrichtung, die in vorbestimmten Winkelabständen über eine vorgegebene Objekterfassungszone Signale ausgibt; eine Signalempfangseinrichtung, die ein Signal empfängt, das durch Reflexion mindestens eines der ausge sendeten Signale von einem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekt erzeugt worden ist; eine Zeitdifferenzermittlungseinrichtung, die eine Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des eines der ausgegebenen Signale und dem Empfang dieses Signals durch die Signalempfangseinrichtung bestimmt; eine Speichereinrichtung, die einen Referenzentfernungsbereich speichert, der unter Zugrundelegung derjenigen Zeitspanne festgelegt wird, die eines der von der Signalausgabeeinrichtung gelieferten Signale benötigt, um von einem bestimmten, in der Luft schwebenden Teilchen reflektiert und von der Signalempfangseinrichtung empfangen zu werden, nachdem dieses eine Signal ausgegeben worden ist; und eine Entfernungsermittlungseinrichtung, die eine Entfernung zu dem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekt unter Zugrundelegung der von der Zeitdifferenzermittlungseinrichtung ermittelten Zeitdifferenz und dem in der Speichereinrichtung gespeicherten Referenzentfernungsbereich bestimmt.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels sendet die Signalausgabeeinrichtung Laserimpulssignale über die vorgegebene Objekterfassungszone aus.
Der Referenzentfernungsbereich wird vorzugsweise durch diejenige Zeit definiert, die eines der Signale benötigt, um durch Schnee, Nebel oder Regen gestreut und von der Signalempfangseinrichtung empfangen zu werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels wird ein Entfernungsmeßgerät für ein Kraftfahrzeug geschaffen, das folgende Merkmale umfaßt: eine Signalausgabeeinrichtung, die Signale in vorgegebenen Zyklen bzw. Perioden über eine vorgegebene Objekterfassungszone um das Fahrzeug herum ausgibt; eine Signalempfangseinrichtung, die einen durch Reflexion eines der ausgegebenen Signale von einem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekt erzeugtes Signal empfängt; eine Fahrzeugfahrtzustand-Ermitt lungseinrichtung, die überprüft, ob das Fahrzeug fährt oder nicht, um ein den entsprechenden Zustand anzeigendes Signal zu liefern; eine Zeitdifferenzermittlungseinrichtung, die eine Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des einen der ausgegebenen Signale und dem Empfang dieses Signals durch die Signalempfangseinrichtung ermittelt; eine Speichereinrichtung, die einen Referenzentfernungsbereich speichert, der durch diejenige Zeitdifferenz bestimmt ist, die eines der von der Signalausgabeeinrichtung gelieferten Signale benötigt, um von einem bestimmten, in der Luft schwebenden Teilchen reflektiert und von der Signalempfangseinrichtung empfangen zu werden; und eine Entfernungsermittlungseinrichtung, die die jeweilige Entfernung zu dem in der vorgegebenen Objekterfassungzone befindlichen Objekt unter Zugrundelegung der von der Zeitdifferenzermittlungseinrichtung bestimmten Zeitdifferenz, dem in der Speichereinrichtung gespeicherten Referenzentfernungsbereich und dem von der Fahrzeugfahrtzustand-Ermittlungseinrichtung gelieferten Signal bestimmt.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist ferner eine Objekttyp-Ermittlungseinrichtung vorgesehen, die den jeweiligen Typ des in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekts ermittelt. Die Entfernungsermittlungseinrichtung bestimmt Entfernungen unter Zugrundelegung der von der Zeitdifferenzermittlungseinrichtung ermittelten Zeitdifferenzen über vorgegebene Meßzyklen. Die Objekttyp-Ermittlungseinrichtung bestimmt, daß die Entfernungen jeweils Entfernungen zu in der Objekterfassungszone in der Luft schwebenden Teilchen sind, wenn die Fahrzeugfahrtzustand-Ermittlungseinrichtung bestimmt, daß das Fahrzeug fährt, und wenn die ermittelten Entfernungen innerhalb des Referenzentfernungsbereichs liegen.
Wenn die Signalempfangseinrichtung eine Vielzahl von Signalen empfängt, die durch eine Vielzahl von Reflexionen mindestens eines der von der Signalausgabeeinrichtung aus gegebenen Signale aus der vorgegebenen Objekterfassungszone hervorgerufen werden, ermittelt die Zeitdifferenzermittlungseinrichtung eine jeweilige Zeitdifferenz unter Zugrundelegung der empfangenen Signale und die Entfernungsermittlungseinrichtung ermittelt eine jeweilige Entfernung unter Zugrundelegung jeder der ermittelten Zeitdifferenzen. Wenn einige der Signale, die von der Signalempfangseinrichtung empfangen werden und von einem vorgewählten Bereich der Objekterfassungszone reflektiert worden sind, im wesentlichen den gleichen kürzesten Entfernungswert anzeigen, liefert die Entfernungsermittlungseinrichtung eine zweitkürzere Entfernung als Anzeigewert für die Entfernung zu dem in der Objekterfassungszone befindlichen Objekt.
Wenn einige der Signale, die von der Signalempfangseinrichtung empfangen werden und von dem vorgewählten Bereich der Objekterfassungszone reflektiert worden sind, demgegenüber Entfernungswerte innerhalb des Referenzentfernungsbereichs anzeigen, liefert die Entfernungsermittlungseinrichtung die zweitkürzeste Entfernung unter den ermittelten Entfernungen als Anzeigewert für die Entfernung zu dem in der Objekterfassungszone befindlichen Objekt.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels wird ein Entfernungsmeßgerät für ein Kraftfahrzeug geschaffen, das folgende Merkmale aufweist: eine Signalausgabeeinrichtung, die Signale in vorbestimmten Winkelintervallen über eine vorgegebene Objekterfassungszone ausgibt; eine Signalempfangseinrichtung, die ein durch Reflexion eines der ausgegebenen Signale von einem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen reflektierenden Objekt erzeugtes Signal empfängt; eine Zeitdifferenzermittlungsein-richtung, die eine Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des einen der ausgegebenen Signale und dem Empfang dieses Signals durch die Signalempfangseinrichtung ermittelt; eine Entfernungsermittlungseinrichtung, welche die jeweilige Entfernung zu dem Objekt unter Zugrundelegung der von der Zeitdifferenzer mittlungseinrichtung ermittelten Zeitdifferenz bestimmt; und eine Objekttyp-Ermittlungseinrichtung, die den jeweiligen Typ des in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekts ermittelt. Die Objekttyp-Ermittlungseinrichtung identifiziert das betreffende Objekt als in der Luft schwebende Teilchen, wenn eine Vielzahl der von der Signalempfangseinrichtung empfangenen Signale durch eine Vielzahl von Reflexionen eines einzelnen der von der Signalausgabeeinrichtung ausgegebenen Signale erzeugt worden sind, und wenn eine Vielzahl der von der Signalempfangseinrichtung empfangenen Signale durch Reflexionen der von der Signalausgabeeinrichtung in einen vorgegebenen Winkelbereich der vorgegebenen Objekterfassungszone ausgegebenen Signale erzeugt worden sind, und wenn die von der Entfernungsermittlungseinrichtung unter Zugrundelegung der Vielzahl der empfangenen Signale ermittelten Entfernungen vorgegebene Werte anzeigen.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels identifiziert die Objekttyp-Ermittlungseinrichtung das jeweilige Objekt als in der Luft schwebende Teilchen, wenn die von der Entfernungsermittlungseinrichtung unter Zugrundelegung der Vielzahl der empfangenen Signale ermittelten Entfernungen im wesentlichen den gleichen Wert aufweisen.
Die Entfernungsermittlungseinrichtung liefert die zweitkürzeste Entfernung unter den ermittelten Entfernungen als Anzeigewert einer Entfernung zu einem zweiten Objekt, das mit den in der Luft schwebenden Teilchen nicht übereinstimmt, wenn die Objekttyp-Ermittlungseinrichtung das betreffende Objekt als in der Luft schwebende Teilchen identifiziert.
Wenn durch die Vielzahl der Reflexionen des einen der von der Signalausgabeeinrichtung ausgegebenen Signale keine Signale erzeugt werden, identifiziert die Objekttyp-Ermittlungseinrichtung das betreffende Objekt als in der Luft schwebende Teilchen, wenn die kürzeste Entfernung unter den ermittelten Entfernungen innerhalb des bestimmten Referenzentfernungsbereichs liegt, und zwar unter Zugrundelegung derjenigen Zeitspanne, die eines der von der Signalausgabeeinrichtung gelieferten Signale benötigt, um von einem der in der Luft in der vorgegebenen Objekterfassungszone schwebenden Teilchen reflektiert und von der Signalempfangseinrichtung empfangen zu werden, nachdem das eine Signal ausgegeben worden ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 anhand eines Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts;
2 anhand eines Flußdiagramms einen von dem Entfernungsmeßgeräts durchgeführten Steuerungsablauf zum Messen der Entfernung zu einem Objekt;
3(a) ein Impulsdiagramm, das den Verlauf von Schaltungssignalen beim Messen der Entfernung zu einem Objekt zeigt, wenn ein einzelnes reflektiertes Lichtsignal empfangen wird;
3(b) ein Impulsdiagramm, das den Verlauf von Schaltungssignalen beim Messen der Entfernung zu einem Objekt zeigt, wenn zwei reflektierte Lichtsignale empfangen werden;
4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Bewegung eines entfernungsmessenden Lichtsignals;
5 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer von dem eigenen Fahrzeug erfaßten Entfernung zu fallendem Schnee und einem Verhältnis der Erfassungsergebnisse in Übereinstimmung mit der Differenz im Lichtdurchlaßgrad zeigt;
6 anhand eines Flußdiagramms einen von einem Entfernungsmeßgerät eines zweiten Ausführungsbeispiels durchgeführten Steuerungsablauf zum Messen der Entfernung zu einem Objekt;
7 anhand eines Flußdiagramms einen von einem Entfernungsmeßgerät eines dritten Ausführungsbeispiels durchgeführten Steuerungsablauf zum Messen der Entfernung zu einem Objekt;
8(a) ein Signaldiagramm, das Änderungen im Pegel der von schwebenden Teilchen reflektierten Signale in Übereinstimmung mit der Differenz im Lichtdurchlaßgrad der schwebenden Teilchen darstellt; und
8(b) ein Signaldiagramm, das Änderungen im Pegel der von schwebenden Teilchen reflektierten Signale darstellt, wenn Differenzen im Zeitpunkt, zu denen die Signale eine Signalerfassungspegel-Untergrenze übersteigen, beim dritten Ausführungsbeispiel verringert werden.
Die zweiten und dritten Ausführungsbeispiele bilden nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sondern dienen lediglich deren Erläuterung.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts 100 gezeigt, das bei einem Kraftfahrzeug-Antikollisionsradarsystem oder einem automatischen Verfolgungssystem verwendbar ist, das für eine derartige Steuerung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs dient, daß dieses einem vorausfahrenden Fahrzeug unter Beibehaltung eines konstanten Zwischenfahrzeugabstands folgt.
Das erfindungsgemäße Entfernungsmeßgerät 100 enthält im allgemeinen zwei Hauptteile: eine Sender-Empfänger-Einheit bzw. Transceivereinheit 31 sowie eine arithmetische Schaltung bzw. Recheneinrichtung 33.
Die Sender-Empfänger-Einheit 31 enthält eine Halbleiter-Laserdiode 39 und ein lichtempfindliches Element 43. Die Laserdiode 39 sendet Laserstrahlen H in Form von Impulssignalen unter vorgegebenen Winkelintervallen bzw. -abständen durch eine Abtastspiegeleinheit 35 und eine Lichtaussendungslinse 37 aus. Das lichtempfindliche Element 43 empfängt den bzw. die von einem bzw. mehreren (nicht gezeigten) Hindernissen reflektierten Laserstrahl(en) H und liefert eine Spannung, die der Intensität des jeweils empfangenen Laserstrahls H entspricht. Die Sender-Empfänger-Einheit 31 kann alternativ eine Radiowelle oder eine Ultraschallwelle anstelle des Laserstrahls verwenden.
Die Laserdiode 39 ist über einen Diodentreiber bzw. eine Diodenansteuereinheit 45 mit der Recheneinrichtung 33 verbunden und spricht auf ein Diodensteuersignal aus der Recheneinrichtung 33 an, um die Laserstrahlen H auszusenden. Die Abtastspiegeleinheit 35 besteht aus einem Spiegel 47 und einem (nicht gezeigten) Elektromotor. Der Spiegel 47 ist mittels einer sich vertikal erstreckenden Welle gelagert und wird vom Elektromotor horizontal bewegt bzw. geschwenkt, um zu bewirken, daß die Laserstrahlen H einen vorderen Erfassungsbereich über einen vorgegebenen Winkel auf einer horizontalen Ebene abtasten.
Ein von dem lichtempfindlichen Element 43 ausgegegebenes Spannungssignal wird von einer STC-Schaltung 51 (STC = "sensitive time control", Zeitempfindlichkeitssteuerung) auf einen vorgegebenen Pegel verstärkt und daraufhin einem Verstärker 53 mit änderbarem Verstärkungsfaktor zugeführt. Die Intensität des empfangenen Signals ist gewöhnlich umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Entfernung zu einem Ziel, weshalb immer dann, wenn ein Objekt mit einem hohen Reflexionsvermögen wie beispielsweise ein Reflektor in kurzer Entfernung bzw. im Nahbereich vorhanden ist, dies dazu führt, daß die Intensität des empfangenen Signals erhöht wird. Die Empfindlichkeitszeitsteuerungs-schaltung 51 dient dazu, einen derartigen Anstieg der Empfindlichkeit des empfangenen Signals zu kompensieren.
Der Verstärker 53 mit variablem Verstärkungsfaktor ist über einen D/A-Wandler 55 mit der Recheneinrichtung 33 verbunden und verstärkt die jeweilige Eingangsspannung in Übereinstimmung mit einem von der Recheneinrichtung 33 gelieferten Verstärkungsfaktor, um einem Komparator 57 ein entsprechend verstärktes AusgangsSignal zuzuführen. Der Komparator 57 vergleicht eine vom Verstärker 53 mit variablen Verstärkungsfaktor ausgegebene AusgangsSpannung V mit einem vorgegebenen Referenzspannungspegel VO. Wenn die Ausgangsspannung V die Referenzspannung VO übersteigt (V > VO), führt der Komparator 57 einer Zeitzählschaltung 61 ein vorgewähltes LichtempfangsSignal als StoppimpulsSignal PB zu.
Das der Diodensteuereinheit 45 aus der Recheneinrichtung 33 zugeführte Diodensteuersignal wird der Zeitzählschaltung 61 als Startimpulssignal PA zugeführt. Die Zeitzählschaltung 61 codiert eine Phasendifferenz (d. h. eine Eingangs- bzw. Zufuhrzeitdifferenz) zwischen den Impulssignale PA und PB in ein binäres Digitalsignal und führt dieses der Recheneinrichtung 33 zu. Die Zeitzählschaltung 61 ist so ausgelegt, daß sie Mikrozeitintervalle in numerische Größen derart umsetzt, daß selbst dann, wenn eine Vielzahl von empfangenen Lichtsignalen relativ zu einem einzelnen Impuls der ausgesendeten Laserstrahlen H liegen, eine Zeitdifferenz jedes empfangenen Lichtsignals ermittelt werden kann.
Die Zeitzählschaltung 61 kann einen aus einer ungeradzahligen Anzahl von Stufen bestehenden Ringoszillator aufweisen, bei dem eine ungeradzahlige Anzahl von Invertiergatter-Verzögerungsschaltungen, die den jeweiligen Pegel der zugeführten Signale invertieren, in Ringform miteinander verbunden sind und bei dem eine Impulsflanke um die verbundenen Verzögerungsschaltungen herum zirkuliert wird. Ein geeignetes Ringgatter-Verzögerungsschaltungssystem ist beispielsweise in der Druckschrift "IEICE TRANS. ELECTRON", Band E76-C, Nr. 12, auf den Seiten 1774 bis 1779, veröffentlicht im Dezember 1993, beschrieben.
Die Phasendifferenz (d. h. die Zeitdifferenz) zwischen dem Startimpulssignal PA und dem Stoppimpulssignal PB wird wie folgt ermittelt: im Ansprechen auf die Zufuhr des Startimpulssignals PA wird eine Impulsflanke um den Ringoszillator herum zirkuliert, während im Ansprechen auf die Zufuhr des Stoppimpulssignals PB überprüft wird, welche der invertierenden Verzögerungsschaltungen die auf die Zufuhr des Startimpulssignals PA hin erzeugte Impulsflanke erreicht hat, um auf diese Weise die Phasendifferenz zwischen den zwei Impulssignalen PA und PB zu ermitteln.
Die Zeitzählschaltung 61 besitzt darüber hinaus eine Zeitauflösungs-Korrekturfunktion, um ein genaues Zeitzählen zu ermöglichen. Durch Verwendung eines Referenzsignals (wie beispielsweise eines quarzgesteuerten Schwingungstakts) wird mittels einer Digitalschaltung ein digitaler Korrekturvorgang durchgeführt.
Wenn zur Messung einer Zeit eine digitale Schaltung verwendet wird, wird gewöhnlich davon ausgegangen, daß die Taktzyklen die erzielbare Auflösung darstellen; wie bereits erwähnt wurde, ist die Zeitzählschaltung 61 demgegenüber dazu ausgelegt, ein Zeitintervall (d. h. die Phasendifferenz zwischen den zwei ImpulsSignalen PA und PB) in eine numerische Größe mit einem Auflösungsmaß zu konvertieren, das sehr viel feiner als das von einer Taktschaltung gelieferte ist. Die jeweilige Phasendifferenz jedes empfangenen Lichtsignals kann daher selbst dann ermittelt werden, wenn eine Vielzahl von empfangenen Lichtsignalen relativ zu einem Einzelimpuls der Laserstrahlen H liegt, d. h., wenn zwei StoppimpulsSignale PB relativ zu einem einzelnen Startim pulssignal PA liegen. In der nachfolgenden Erläuterung ist diese Art der Phasendifferenzerfassung als "Mehrfachüberlappungs-Erfassung" bezeichnet. Die dadurch erhaltenen Entfernungsdaten werden entsprechend als "Mehrfachüberlappungs-Entfernungsdaten" bezeichnet.
Es wird nun wieder auf 1 Bezug genommen; die Recheneinrichtung 33 bestimmt aufgrund der Phasendifferenz (d. h. der Zeitdifferenz), die von der Zeitzählschaltung 61 ermittelt worden ist, sowie anhand des jeweiligen Winkels des Spiegels 47 sowohl die Entfernung zu einem innerhalb der Erfassungszone liegenden Hindernis als auch die Richtung desselben. Der den variablen Verstärkungsfaktor aufweisende Verstärker 53 führt einer Spitzenwert-Halteschaltung 63 die AusgangsSpannung V zu. Die Spitzenwert-Halteschaltung 63 führt der Recheneinrichtung 33 folglich den jeweiligen Maximalwert der AusgangsSpannung V zu.
Die Recheneinrichtung 33 empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, das mittels eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 90 erhalten wird, der beispielsweise mittels eines Tachometers realisiert werden kann.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgeräts 100 näher erläutert. In 2 ist ein Flußdiagramm eines Steuerungsablaufs bzw. einer Sequenz logischer Schritte dargestellt, die von der Recheneinrichtung 33 durchgeführt werden. 3(a) ist ein Signal- bzw. Impulsdiagramm, das die Wirkungsweise bzw. den Verlauf von Schaltungssignalen darstellt, die bei der Messung der Entfernung zu einem Objekt auftreten, wenn ein einzelnes reflektiertes Lichtsignal empfangen wird, wohingegen 3(b) ein entsprechendes Impulsdiagramm darstellt, das den jeweiligen Verlauf der Schaltungssignale beim Empfang von zwei reflektierten Lichtsignalen erläutert.
Gemäß 2 verzweigt der Ablauf nach dem Eintritt in die Steuerungsroutine zu einem Schritt 100, bei dem der Diodenansteuereinheit 45 das Diodensteuersignal zugeführt wird, um die Laserdiode 39 zu aktivieren, wodurch Laserstrahlen H ausgesendet werden (siehe den Verlauf der entsprechenden Kurven (1) bis (3) in den 3(a) und 3(b)). Der Ablauf verzweigt daraufhin zu einem Schritt 105, bei dem der von einem (nicht gezeigten) Hindernis reflektierte Laserstrahl H über die Lichtempfangslinse 41 als reflektiertes Signal empfangen wird. Der empfangene Laserstrahl H wird von dem lichtempfindlichen Element 43 in ein Spannungssignal umgewandelt, dessen Pegel der Intensität des empfangenen Laserstrahls H entspricht, und anschließend über die Zeitempfindlichkeitssteuerungsschaltung 51, den den variablen Verstärkungsfaktor aufweisenden Verstärker 53 und den Komparator 57 (siehe die Signalverläufe (4) und (5) in den 3(a) und 3(b)) der Zeitzählschaltung 61 zugeführt. Wenn eine Vielzahl von reflektierten Signalen vorliegt, findet bzw. ermittelt die Zeitzählschaltung 61 eine jeweilige Phasendifferenz jedes der reflektierten Signale (siehe die Kurve (6) in 3(b)), um der Recheneinrichtung 33 die Mehrfachüberlappungs-Entfernungsdaten zuzuführen. Die Mehrfachüberlappungs-Entfernungsdaten werden daraufhin in einem (nicht gezeigten) Schreib/Lese-Speicher (RAM) der Recheneinrichtung 33 gespeichert.
Wenn das MotorSteuersignal von der Recheneinrichtung 33 über eine Motor-Ansteuereinheit 49 der Abtastspiegeleinheit 35 zugeführt wird, schwingt bzw. bewegt sich der Spiegel 47 horizontal in der Weise, daß die vordere Erfassungszone abgetastet wird, so daß die Laserstrahlen H über einen vorbestimmten Winkel vor dem Fahrzeug ausgesendet werden.
In einem Schritt 110 wird überprüft, ob das Abtasten des Laserstrahls H über die Gesamtheit der Erfassungszone bereits beendet ist oder nicht. Wenn eine negative Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß der Abtastvorgang des La serstrahls H noch nicht abgeschlossen ist, kehrt der Ablauf zum Schritt 100 zurück.
Wenn im Schritt 110 demgegenüber eine positive Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 115, bei dem überprüft wird, ob irgendwelche Entfernungsdaten ermittelt worden sind oder nicht. Wenn dies verneint wird, was bedeutet, daß noch keine Entfernungsdaten vorhanden sind, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 120, bei dem keine Entfernungsdaten ausgegeben werden.
Wenn im Schritt 115 demgegenüber eine positive Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 125, bei dem die Entfernungsdaten auf die nachfolgend beschriebene Weise in verschiedene Typen gruppiert bzw. aufgeteilt werden. Gemäß vorstehender Beschreibung verwendet das Entfernungsmeßgerät 100 dieses Ausführungsbeispiels eine Laserstrahleinheit des Abtasttyps, bei der die Laserdiode 39 jedesmal dann aktiviert wird, wenn der Spiegel 47 um einen vorgegebenen Winkel (von beispielsweise 0.5°) dreht, so daß eine Vielzahl von Laserstrahlen H diskontinuierlich bzw. intermittierend in verschiedenen Richtungen über die Erfassungszone ausgesendet werden. Jeder Einzelwert der Entfernungsdaten wird daher als einem einzelnen der in verschiedene Richtungen ausgesandten Laserstrahlen H entsprechender Wert identifiziert, so daß selbst dann, wenn einige Einzelwerte der Entfernungsdaten anhand von solchen Lichtsignalen, die vom gleichen Objekt reflektiert worden sind, erhalten werden, diese als unterschiedliche Datenwerte behandelt bzw. verarbeitet werden. Aus diesem Grund werden bei diesem Ausführungsbeispiel die nahe beieinander liegenden Entfernungsdatenwerte zur Vereinfachung der nachfolgenden Verarbeitungsschritte zusammengefaßt bzw. gruppiert.
Die enge Beziehung zwischen den Entfernungsdatenwerten kann in Übereinstimmung mit verschiedenen Bedingungen definiert bzw. festgelegt werden. Es ist jedoch ratsam, immer dann, wenn die auf solche Laserstrahlen, die in zueinander benachbarte Richtungen ausgesendet worden sind, zurückzuführenden Entfernungsdatenwerte nahe beieinander liegende Werte aufweisen, diese in einer Gruppe zusammenzufassen. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß einige der unter vorgegebenen Winkeln ausgesendeten Laserstrahlen H vom hinteren Ende des gleichen Fahrzeugs reflektiert werden können, wenn ein weiteres Fahrzeug vor dem eigenen Fahrzeug fährt.
Im Anschluß an den Schritt 125 verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 130, bei dem überprüft wird, ob Mehrfachüberlappungs-Entfernungsdaten vorhanden sind oder nicht. Diese Überprüfung wird durchgeführt, um zu erkennen, ob eine Vielzahl von empfangenen Lichtsignalen relativ bei einem Einzelimpuls der Laserstrahlen H liegt oder nicht. In der nachfolgenden Beschreibung werden die kürzesten Entfernungswerte unter den Entfernungsdatenwerten als "erste Entfernungsdaten" bezeichnet, während die zweitkürzesten Entfernungsdaten als "zweite Entfernungsdaten" bezeichnet werden.
Wenn im Schritt 130 eine positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß Mehrfachüberlappungs-Entfernungsdaten vorhanden sind, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 135, bei dem unter Zugrundelegung von Laserstrahlen, die aus dem größten Bereich der abgetasteten Erfassungszone (d. h. einem vorgegebenen Winkelbereich der Erfassungszone) reflektiert worden sind, überprüft wird, ob eine Vielzahl von Entfernungsdatenwerten, die im wesentlichen den gleichen kurzen Entfernungswert unter den erhaltenen Entfernungsdatenwerten aufweisen, vorliegen oder nicht. Wenn es schneit oder neblig ist, sind Teilchen des Schnees bzw. Nebels gewöhnlich in gleichmäßiger Verteilung über der abgetasteten Erfassungszone vorhanden. Wenn die Teilchen bzw. Partikel des Schnees oder Nebels in gleichmäßiger Verteilung im wesentlichen über der gesamten Fläche der abgeta steten Erfassungszone vorhanden sind, werden die Entfernungsdaten daher auf der Basis von Lichtsignalen erhalten, die von den im Nahbereich bzw. in kurzer Entfernung vorhandenen Teilchen gestreut worden sind.
Wenn die Laserstrahlen H den rechten und linken Bereich der Erfassungszone abtasten, nimmt der Lichterfassungswirkungsgrad des optischen Systems ab, so daß Schnee- oder Nebelteilchen nicht mehr erfaßt werden können. Um dieses Problem zu vermeiden, wird im Schritt 135 nicht überprüft, ob die den im wesentlichen gleichen kurzen Entfernungswert angebenden Entfernungsdatenwerte über der gesamten Fläche der Erfassungszone vorhanden sind oder nicht, "andern es wird vielmehr überprüft, ob sie im vorgegebenen Winkelbereich der Erfassungszone vorhanden sind oder nicht.
Im einzelnen wird im Schritt 135 überprüft, ob die von Laserstrahlen, die unter unterschiedlichen Abtastwinkeln ausgegeben worden sind, abgeleiteten Zeitdifferenzen (d. h. Phasendifferenzen) den gleichen Wert aufweisen oder nicht. Diese Art der Ermittlung kompensiert einen Erfassungsfehler.
Wenn im Schritt 135 eine positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß die gleichen kurzen Distanzwerte vorliegen, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 140, bei dem überprüft wird, ob das eigene Fahrzeug in einer verschneiten oder nebligen Umgebung fährt, worauf diese Information im Speicher gespeichert wird. Anschließend verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 145, bei dem, da die im Schritt 135 erhaltenen gleichen kurzen Entfernungswerte als die ersten Entfernungsdaten angesehen werden können, die zweiten Entfernungsdaten, die länger als die ersten Entfernungsdaten sind, als repräsentativer Wert für die Entfernung zu dem Objekt ausgegeben werden, worauf der Ablauf zum Schritt 100 zurückkehrt.
Wenn im Schritt 135 demgegenüber eine negative Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß keine im wesentlichen gleichen Entfernungswerte erhalten worden sind oder daß sie von solchen Lichtsignalen erhalten worden sind, die nur von einem Teil des vorgegebenen Winkelbereichs der Erfassungszone reflektiert worden sind, kann angenommen werden, daß die Entfernungsdaten nicht durch Nebel oder Schnee erzeugt worden sind, worauf der Ablauf zum Schritt 155 verzweigt, bei dem die ersten Entfernungsdaten als die für die Entfernung zum Objekt repräsentativen Daten ausgegeben werden. Der Ablauf kehrt daraufhin zum Schritt 100 zurück.
Wenn im Schritt 130 eine negative Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß keine Mehrfachüberlappungs-Entfernungsdaten vorhanden sind, d. h., daß lediglich einer der Entfernungsdatenwerte erhalten worden ist, verzweigt der Ablauf zum Schritt 150. Beim Schritt 150 wird unter Zugrundelegung des Sensorsignals aus dem Geschwindigkeitssensor 90 überprüft, ob das eigene Fahrzeug fährt oder nicht. Wenn im Schritt 150 eine negative Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das eigene Fahrzeug geparkt ist bzw. steht, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 155, bei dem die ersten Entfernungsdaten ausgegeben werden. Da in diesem Fall lediglich ein einziger Wert der Entfernungsdaten erhalten worden ist, wird dieser als erste Entfernungsdaten ausgegeben. Die ersten Entfernungsdaten können nicht dahingehend überprüft werden, ob sie durch Nebel oder aber durch ein anderes Fahrzeug hervorgerufen worden sind. Da das Fahrzeug im hier betrachteten Fall jedoch steht, besteht keine Gefahr einer Kollision mit einem anderen Objekt. Im Schritt 155 werden die ersten Entfernungsdaten daher unbeachtlich der jeweiligen Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Schnee oder Nebel ausgegeben.
Wenn im Schritt 150 demgegenüber eine positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß sich das eigene Fahrzeug bewegt, ist es wichtig, zu überprüfen, ob die ersten Ent fernungsdaten durch Nebel usw. hervorgerufen werden oder auf ein anderes Objekt zurückzuführen sind. Zu diesem Zweck werden die ersten Entfernungsdaten in einem Schritt 160 mit einem Bezugs- bzw. Referenzentfernungsbereich verglichen, der derjenigen Zeitspanne entspricht, die der Laserstrahl H benötigt, um von in der Erfassungszone schwebenden Teilchen wie beispielsweise Nebel oder Schnee reflektiert und von der Sender-Empfänger-Einheit 31 empfangen zu werden, nachdem er ausgegeben worden ist. Der Referenzentfernungsbereich kann beispielsweise auf weniger als acht Meter eingestellt werden. Dies basiert auf der Tatsache, daß durch Schnee, Nebel oder Regen gestreutes Licht in einem sehr nahen Abstandsbereich erzeugt wird.
In 5 sind Versuchsergebnisse gezeigt, die die Beziehung zwischen einer Entfernung zu erfaßtem fallenden Schnee und einem Verhältnis der Anzahl von Erfassungen darstellen. Gewöhnlich hängt der Lichtdurchlaßgrad eines Laserstrahls von einem Schneefall oder der Dichte der Schneeteilchen bzw. -flocken ab. In 5 sind mit dem Symbol "
" Entfernungsdaten bezeichnet, wenn der Lichtdurchlaßgrad klein ist. Das Symbol "
" bezeichnet Entfernungsdaten, wenn der Lichtdurchlaßgrad mittelgroß ist. Das Symbol "
" bezeichnet schließlich Entfernungsdaten, wenn der Lichtdurchlaßgrad groß ist.
Wie aus 5 unmittelbar hervorgeht, besitzt das Erfassungsverhältnis bei einem kleinen Lichtdurchlaßgrad den höchsten Wert dann, wenn die Entfernung zum erfaßten Schnee 2 m beträgt. Der Referenzentfernungsbereich kann daher so eingestellt werden, daß er kleiner als 5 m ist. Wenn der Lichtdurchlaßgrad mittelgroß ist, hat das Erfassungsverhältnis dann den höchsten Wert, wenn die Entfernung zu dem erfaßten Schnee 3 m beträgt. Der Referenzentfernungsbereich kann daher auf weniger als 6 m eingestellt werden. Wenn der Lichtdurchlaßgrad demgegenüber groß ist, zeigt das Erfassungsverhältnis im wesentlichen den gleichen Wert, wenn die Entfernung zu dem erfaßten Schnee innerhalb eines Bereichs von 2 bis 7 m liegt. Die Referenzentfernungsdaten können daher so eingestellt werden, daß sie weniger als 8 m betragen. Hieraus erkennt man, daß solange korrekt festgestellt werden kann, ob die ersten Entfernungsdaten die Entfernung zu Nebel usw. oder aber zu einem anderen Fahrzeug angeben, wie der Referenzentfernungsbereich auf weniger als auf 8 m eingestellt wird. Während 5 gemäß vorstehender Beschreibung die bei Schnee gefundenen Versuchsergebnisse darstellt, stellt sich heraus, daß Nebel und Regen ebenfalls die gleiche Erfassungstendenz aufweisen.
Nach dem Schritt 160 verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 170, bei dem überprüft wird, ob die ersten Entfernungsdaten fortlaufend n-mal (d. h. über n Programmzyklen hinweg) einen Wert anzeigen, der innerhalb des Referenzentfernungsbereichs liegt, oder nicht. Falls eine positive Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 175, bei dem entschieden wird, daß das eigene Fahrzeug unter Schnee- oder Nebelbedingungen fährt, und die entsprechende Information wird im Speicher gespeichert. Der Ablauf kehrt daraufhin zum Schritt 100 zurück. Die im Schritt 170 durchgeführte Überprüfung basiert auf der Tatsache, daß dann, wenn es schneit oder Nebel um das eigene Fahrzeug herum herrscht, eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß die ersten Entfernungsdaten kontinuierlich über n Programmzyklen hinweg einen Wert anzeigen, der innerhalb der Referenzentfernungsdaten liegt. Wenn demgegenüber beispielsweise ein anderes Fahrzeug vor dem eigenen Fahrzeug fährt, besteht nahezu keine Wahrscheinlichkeit dafür, daß die ersten Entfernungsdaten kontinuierlich über n Programmzyklen den gleichen Wert innerhalb des Referenzentfernungsbereichs anzeigen.
Wenn im Schritt 170 eine negative Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 180, bei dem überprüft wird, ob die Information vorliegt, daß Nebel um das eigene Fahrzeug herum herrscht, oder nicht. Der Grund für die Durchführung dieser Überprüfung liegt darin, daß es nicht ausreicht, lediglich deshalb zu entscheiden, daß kein Schneefall oder keine Nebelbildung vorliegt, weil die ersten Entfernungsdaten über n Programmzyklen hinweg keinen Wert anzeigen, der innerhalb des Referenzentfernungsbereichs liegt. Wenn beispielsweise im Schritt 140 oder 175 entschieden wird, daß Schneetreiben herrscht oder eine Nebelbildung vorliegt, und die entsprechende Information im Speicher gespeichert wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 185, und zwar ohne den Schluß zu ziehen, daß es schneit oder um das eigene Fahrzeug herum Nebel herrscht. Im Schritt 185 wird vielmehr angenommen, daß es schneit oder daß Nebel um das eigene Fahrzeug herum herrscht. Der Ablauf kehrt daraufhin zum Schritt 100 zurück.
Wenn im Schritt 180 eine negative Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß das eigene Fahrzeug nicht in einer nebligen Umgebung oder bei Schneefall fährt, verzweigt der Ablauf zum Schritt 155, bei dem die ersten Entfernungsdaten ausgegeben werden.
Gemäß vorstehender Beschreibung ist das Entfernungsmeßgerät 100 dieses Ausführungsbeispiels in der Lage, Laserstrahlen H in vorgegebenen Zeitintervallen auszusenden, eine Vielzahl von Lichtsignalen in Relation zu einem einzelnen Impuls der Laserstrahlen H zu erfassen, und Phasendifferenzen oder Zeitdifferenzen der reflektierten Lichtsignale zu ermitteln, um entsprechende Entfernungen zu Objekten zu messen. Wie anhand der 4 beispielhaft dargestellt ist, kann das Entfernungsmeßgerät 100 selbst dann, wenn in kurzer Entfernung vor dem eigenen Fahrzeug eine Nebelbildung vorliegt und sich vor der Nebelwand ein zu messendes Objekt befindet, sowohl von dem Nebel als auch von dem Objekt reflektierte Lichtsignale erfassen, indem die durch den Nebel und das Objekt hervorgerufenen Zeitdifferenzen korrekt gemessen werden, um dadurch die jeweilige Entfernung zum Nebel und zum Objekt zu ermitteln. Die Überprüfung dahingehend, ob die ermittelte Entfernung die Entfernung zum Nebel oder zum Objekt darstellt, wird unter Verwendung der physikalischen Eigenschaften des Schnees und Nebels durchgeführt. Im einzelnen speichert das Entfernungsmeßgerät 100 im Speicher denjenigen Referenzentfernungsbereich, der einer Lichtwelle entspricht, die durch Streuung eines Lichtsignals durch solche Teilchen hervorgerufen wird, die bei Wetterbedingungen wie Schnee, Nebel oder Regen in der Luft schweben. Wenn die gleichen kurzen Entfernungsdaten über den Großteil der von den Laserstrahlen H abgetasteten Erfassungszone hinweg erhalten werden (wenn im Schritt 135 die Antwort JA erhalten wird), wird beispielsweise entschieden, daß es schneit oder Nebel herrscht. Es wird überprüft, ob die ersten Entfernungsdaten über n Programmzyklen hinweg kontinuierlich einen Wert anzeigen, der innerhalb des Referenzentfernungsbereichs liegt (Schritt 170). Wenn dem so ist, wird entschieden, daß es schneit oder um das eigene Fahrzeug herum Nebel herrscht (Schritt 175).
Wenn ein ein geringes Reflexionsvermögen aufweisendes Objekt, wie beispielsweise eine dunkle Kleider tragende Person, ein schmutziges oder dunkles Fahrzeug, oder ein Bereich neben dem Fahrgestell eins Lastkraftwagens, in nahem Abstand vorhanden ist, nimmt dieses die gleichen physikalischen Eigenschaften wie diejenigen von Nebel an, wenn der Nebel in nahem Abstand herrscht und ein geringes Reflexionsvermögen aufweist. Es ist daher schwierig, zu entscheiden, ob es sich bei einem empfangenen Lichtsignal um von dem das geringe Reflexionsvermögen aufweisenden Objekt oder vom Nebel reflektiertes Licht handelt. In dem erfindungsgemäßen Entfernungsmeßgerät 100 wird dieses Problem dadurch gelöst, daß überprüft wird, ob das eigene Fahrzeug gerade fährt oder nicht.
Wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug beispielsweise mit einer Geschwindigkeit fährt, die höher als die des eigenen Fahrzeugs ist, oder wenn ein Hindernis stationär bleibt (einschließlich eines geparkten Fahrzeugs), ändern sich die aus einem reflektierten Lichtsignal ermittelten Zeitdifferenzdaten unverzüglich. Selbst wenn das voraus befindliche Fahrzeug mit der gleichen Geschwindigkeit wie das eigene Fahrzeug fährt, tritt gleichwohl selten der Fall ein, daß diese Situation lange anhält, so daß sich der Zwischenfahrzeugabstand dennoch konstant ändert.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel näher erläutert, welches nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, sondern lediglich deren Erläuterung dient.
Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels schwenkt die Abtastspiegeleinheit 35 den Spiegel 47 horizontal, damit die Laserstrahlen H die vorgegebene Erfassungszone abtasten. Alternativ hierzu kann die Erfindung auch ein feststehendes Laserstrahl-Sendesystem verwenden.
Ein derartiges feststehendes Laserstrahl-Sendesystem macht keinen Gebrauch von der Abtastspiegeleinheit 35 und der Motor-Ansteuereinheit 49. Anstelle davon ist die Laserdiode 39 so aufgebaut, daß sie einen Laserstrahl aussendet, dessen Breite über einen vorgegebenen Winkelbereich (der im wesentlichen der Erfassungszone des ersten Ausführungsbeispiels entspricht) zunimmt.
In 6 ist anhand eines Flußdiagramms ein Steuerungsablauf gezeigt, der von dem das feststehende Laserstrahl-Sendesystem verwendenden Entfernungsmeßgerät 100 durchgeführt wird. Dieses Flußdiagramm enthält nicht die im Flußdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführten Schritte 110, 125 und 135. Das heißt, aufgrund der Unterschiede im Typ des Laserstrahl-Sendesystems ist es beim zweiten Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, Überprüfungen dahingehend durchzuführen, ob der Abtastvorgang des Laserstrahls H über die gesamte Erfassungszone hinweg abgeschlossen ist oder nicht, sowie dahingehend, ob eine Vielzahl von im wesentlichen die gleiche kurze Entfernung anzeigenden Entfernungswerten auf der Basis der aus dem Großteil der abgetasteten Erfassungszone reflektierten Lichtstrahlen erhalten werden oder nicht, wobei es weiterhin nicht erforderlich ist, diese Vielzahl von ermittelten Entfernungsdaten zu gruppieren.
Wenn in einem Schritt 220 daher eine positive Antwort erhalten wird, was bedeutet, daß keine Mehrfachüberlappungs-Entfernungsdaten vorhanden sind, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 225, bei dem die ersten Entfernungsdaten mit dem Referenzentfernungsbereich verglichen werden. Daraufhin verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 230, bei dem überprüft wird, ob die ersten Entfernungsdaten kontinuierlich über m Programmzyklen hinweg einen innerhalb des Referenzentfernungsbereichs liegenden Wert anzeigen oder nicht. Es sei angemerkt, daß die Anzahl "m" der Anzahl "n" entsprechen oder auch unterschiedlich zu dieser sein kann. Wenn eine positive Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 235, bei dem entschieden wird, daß die ersten Entfernungsdaten auf der Basis von Lichtsignalen erhalten worden sind, die von Schnee oder Nebel reflektiert worden sind. In einem Schritt 240 werden die zweiten Entfernungsdaten als diejenigen Daten ausgegeben, die die Entfernung zu einem Objekt repräsentieren, worauf der Ablauf zum Schritt 200 zurückkehrt.
Wenn im Schritt 220 demgegenüber eine negative Antwort erhalten wird, verzweigt der Ablauf zu einem Schritt 245, bei dem überprüft wird, ob das eigene Fahrzeug fährt oder nicht. Die nachfolgenden Schritte 255 bis 275 entsprechen den Schritten 160 bis 185 der 2, weshalb auf eine erneute Erläuterung derselben verzichtet wird.
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel näher erläutert, welches nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, sondern lediglich deren Erläuterung dient. Wie bereits der vorstehenden Erläuterung entnehmbar war, liegt das wesentliche Merkmal der Erfindung darin, daß Entfernungsdaten, die durch Verwendung der spezifischen Eigenschaften von Schnee oder Nebel erhalten worden sind, von solchen Daten unterschieden werden, die aus einem zu messenden Objekt erhalten worden sind. Nachfolgend werden die Eigenschaften von Schnee oder Nebel in näheren Einzelheiten untersucht.
Zeitdifferenzwerte, die aus Lichtsignalen erhalten werden, die durch Streuung durch solche Teilchen reflektiert bzw. hervorgerufen werden, die bei Wetterbedingungen wie Schnee, Nebel oder Regen in der Luft schweben, hängen von sogenannten Schleierreflexionen ab, die durch diese schwebenden Teilchen hervorgerufen werden, wodurch jeder dieser Zeitdifferenzwerte im Prinzip im wesentlichen den gleichen Wert aufweisen sollte. Aus diesem Grund ist der in 2 gezeigte Schritt 135 aufgrund der Annahme vorgesehen, daß Teilchen wie Schnee oder Nebel in gleichmäßiger Verteilung über dem gesamten Bereich der von den Laserstrahlen abgetasteten Erfassungszone existieren.
Die Dichte der schwebenden Teilchen kann innerhalb der Erfassungszone jedoch unterschiedlich sein. Insbesondere im Falle eines Nebels kann sich lokal ein sehr dichter Nebel entwickeln. Der entsprechende Unterschied in der Dichte der schwebenden Teilchen führt daher zu einem entsprechenden Unterschied im Lichtdurchlaßgrad relativ zum Laserstrahl. Insbesondere führt ein geringer Lichtdurchlaßgrad zu einem vergrößerten Pegel einer reflektierten Welle, so daß deren Spitzenwert entsprechend hoch sein wird, während ein großer Lichtdurchlaßgrad zu einem verringerten Pegel einer reflek tierten Welle führt, so daß deren Spitzenwert entsprechend verringert ist.
In 8(a) sind Änderungen im Pegel von drei erfaßten Lichtsignalen LI, L2 und L3 in Übereinstimmung mit dem Ausmaß des Lichtdurchlaßgrads gezeigt. Sobald jedes der Lichtsignale LI bis L3 eine Signalpegel-Erfassungsgrenze überschreitet, kann es zur Ermittlung der Entfernung zu einem Objekt verwendet werden. Wie aus 8(a) deutlich hervorgeht, überschreiten die drei Lichtsignale LI bis L3 die Signalpegel-Erfassungsgrenze zu verschiedenen Zeitpunkten t1, t2 bzw. t3. Dies führt zu Erfassungsfehlem, die durch Unterschiede in der den Zeitdifferenzen zwischen t1, t2 und t3 entsprechenden Entfernung hervorgerufen werden. Insbesondere der Unterschied in der Dichte von schwebenden Teilchen wie Nebel oder Schnee verursacht den Unterschied in der Erfassungszeit.
Mit dem dritten Ausführungsbeispiel soll das vorgenannte Problem beseitigt werden. In 7 ist anhand eines Flußdiagramms ein Steuerungsablauf gezeigt, der von dem Entfernungsmeßgerät 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Die Erläuterung derjenigen Schritte, die denen der 2 entsprechen, wird indes weggelassen.
In einem Schritt 335 wird überprüft, ob oder ob nicht eine Vielzahl von Entfernungsdatenwerten vorliegen, die unter den unter Zugrundelegung der von dem vorgegebenen Winkelbereich der abgetasteten Erfassungszone reflektierten Laserstrahlen abgeleiteten Entfernungsdatenwerten im wesentlichen den gleichen geringen Entfernungswert aufweisen. Der Referenzentfernungsbereich ist gemäß vorstehender Beschreibung auf etwas weniger als 8 m eingestellt. Schnee oder Nebel wird, wie aus 5 hervorgeht, gewöhnlich innerhalb des Bereichs von 8 m erfaßt, und zwar unabhängig von dem Ausmaß des Lichtdurchlaßgrads. Wenn die von den La serstrahlen abgetastete Erfassungszone teilweise einen Bereich mit größerem Lichtdurchlaßgrad aufweist, kann daher in einem Schritt 340 ermittelt werden, daß es schneit oder Nebel herrscht, solange die ersten Entfernungsdaten einen Wert anzeigen, der innerhalb des Referenzentfernungsbereichs von weniger als 8 m innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs der Erfassungszone liegt. In einem Schritt 345 werden daher die zweiten Entfernungsdaten als diejenigen Daten ausgegeben, die die Entfernung zu einem Ziel repräsentieren.
Das dritte Ausführungsbeispiel ist dann von Vorteil, wenn die Zeitpunkte t1 bis t3, zu denen die drei Lichtsignale LI bis L3 die Signalpegel-Erfassungsgrenze überschreiten, unterschiedlich zueinander sind, so daß die auf diese Zeitdifferenzen zurückzuführenden Entfernungen zu groß werden, als daß sie ignoriert werden könnten. Die jeweiligen Zeitintervalle zwischen t1 bis t3 können jedoch auf ein solches Maß verkürzt werden, daß Zeitdifferenzdaten, die von diesen Lichtsignalen LI bis L3 abgeleitet werden, als gleich zueinander angesehen werden können, indem einer Schaltungsanordnung, die das reflektierte Licht in ein elektrisches Signal umwandelt, eine Funktion hinzugefügt wird, die die Lichtsignale LI bis L3 so steuert, daß diese schnell ansteigen, wie aus 8(b) hervorgeht. Die entsprechende Verringerung der Zeitdifferenzen zwischen t1, t2 und t3 unter eine zeitliche Auflösung der Zeitzählschaltung 61 eliminiert Meßfehler, die durch den Unterschied im Lichtdurchlaßgrad zwischen reflektierenden Objekten hervorgerufen wird.
Der in 8(b) gezeigte schnelle Anstieg der Lichtsignale kann dadurch erreicht werden, daß die (induktive oder kapazitive) Recktanz der Lasersendeanordnung um die Laserdiode 39 herum herabgesetzt wird. Ein derartiges Verfahren ist auf dem Gebiet der optischen Kommunikation bereits realisiert worden. Beispielsweise gibt es eine Laserdiode, die eine Halbbreiten-Emission in der Größenordnung von mehreren Nanosekunden aufweist. Die Verwendung einer derartigen Laserdiode macht es jedoch erforderlich, das Frequenzband einer Lichtempfangseinheit zu vergrößern. Beispielsweise kann eine Avalanche-Photodiode (APD) als lichtempfindliches Element 43 verwendet werden.
Der schnelle Anstieg der Lichtsignale verbessert darüber hinaus die Meßgenauigkeit, wodurch auf die Verwendung des den variablen Verstärkungsfaktor aufweisenden Verstärkers 53 und der Spitzenwert-Halteschaltung 63 gegebenenfalls verzichtet werden kann.
Vorstehend wurde ein Entfernungsmeßgerät für Kraftfahrzeuge offenbart, das Laserimpulse in vorgegebenen Winkelintervallen über eine Objekterfassungszone ausgibt und ein durch Reflexion von einem der ausgegebenen Signale an einem reflektierenden Objekt erzeugtes Signal empfängt, um die Entfernung zu diesem Objekt zu ermitteln. Das erfindungsgemäße Entfernungsmeßgerät enthält ferner eine Objekttyp-Ermittlungsfunktion, um den jeweiligen Typ des in der Objekterfassungszone befindlichen Objekts zu ermitteln. Wenn eine Vielzahl der durch Streuung eines einzelnen Impulses der Laserimpulssignale erzeugten Signale vorhanden sind, und wenn die anhand der aus dem Großteil der Objekterfassungszone reflektierten Signale ermittelten Entfernungen vorgegebene kürzere Entfernungswerte anzeigen, wird das in der Objekterfassungszone befindliche Objekt als ein in der Luft schwebendes Teilchen wie beispielsweise Schnee oder Nebel identifiziert.

Claims

Entfernungsmessgerät, mit: einer Signalausgabeeinrichtung (39), die Signale in vorgewählten Winkelintervallen über eine vorgegebene Objekterfassungszone ausgibt; einer Signalempfangseinrichtung (43), die ein durch Reflexion eines der ausgegebenen Signale von einem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekt erzeugtes Signal empfängt; einer Fahrzeugfahrtzustand-Ermittlungseinrichtung (90), die überprüft, ob das Fahrzeug fährt oder nicht, und ein entsprechendes Anzeigesignal liefert; einer Zeitdifferenzermittlungseinrichtung, die eine Zeitdifferenz zwischen der Ausgabe des einen der ausgegebenen Signale und dem Empfang dieses Signals durch die Signalempfangseinrichtung bestimmt; einer Speichereinrichtung, die einen Referenzentfernungsbereich speichert, der auf der Basis einer Zeitdauer festgelegt wird, die eines der von der Signalausgabeeinrichtung (39) gelieferten Signale benötigt, um bei Nebel, Regen oder Schnee vorhandenen, in der Luft schwebenden Teilchen reflektiert und von der Signalempfangseinrichtung (43) empfangen zu werden; und einer Entfernungsermittlungseinrichtung, die eine Entfernung zu dem in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekt unter Zugrundelegung der von der Zeitdifferenzermittlungseinrichtung ermittelten Zeitdifferenz, des in der Speichereinrichtung gespeicherten Referenzentfernungsbereichs und des von der Fahrzeugfahrzustand-Ermittlungseinrichtung (90) gelieferten Anzeigesignals ermittelt.
Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Objekttyp-Ermittlungseinrichtung, die den Typ eines in der vorgegebenen Objekterfassungszone befindlichen Objekts ermittelt, wobei die Entfernungsermittlungseinrichtung Entfernungen unter Zugrundelegung der von der Zeitdifferenzermittlungseinrichtung ermittelten Zeitdifferenzen über vorgegebene Meßzyklen ermittelt, wobei die Objekttyp-Ermittlungseinrichtung entscheidet, daß die von der Entfernungsermittlungseinrichtung ermittelten Entfernungen jeweils Entfernungen zu in der Luft in der Objekterfassungszone schwebenden Teilchen sind, wenn die Fahrzeugfahrtzustand-Ermittlungseinrichtung entscheidet, daß das Fahrzeug fährt, und wenn die ermittelten Entfernungen innerhalb des Referenzentfernungsbereichs liegen.
Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es derart ausgebildet ist, dass dann, wenn die Signalempfangseinrichtung (43) aus der vorgegebenen Objekterfassungszone eine Mehrzahl von Signalen empfängt, die durch eine Mehrzahl von Reflexionen eines der von der Signalausgabeeinrichtung (39) ausgegebenen Signale erzeugt worden sind, die Zeitdifferenzermittlungseinrichtung eine Zeitdifferenz unter Zugrundelegung jedes der empfangenen Signale ermittelt, wobei die Entfernungsermittlungseinrichtung eine Entfernung unter Zugrundelegung jeder der ermittelten Zeitdifferenzen ermittelt, und wobei die Entfernungsermittlungseinrichtung dann die zweitkürzeste Entfernung als die die Entfernung zu dem in der Objekterfassungszone befindlichen Objekt repräsentierende Entfernung liefert, wenn einige Signale der von der Signalempfangseinrichtung (43) empfangenen, aus einem vorgewählten Bereich der Objekterfassungszone reflektierten Signale den gleichen kürzesten Entfernungswert aufweisen.
Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es derart ausgebildet ist, dass dann, wenn die Signalempfangseinrichtung (43) aus der vorgegebenen Objekterfassungszone eine Mehrzahl von Signalen empfängt, die durch eine Mehrzahl von Reflexionen eines der von der Signalausgabeeinrichtung (39) ausgegebenen Signale erzeugt worden sind, die Zeitdifferenzermittlungseinrichtung eine Zeitdifferenz unter Zugrundelegung jedes der empfangenen Signale ermittelt, wobei die Entfernungsermittlungseinrichtung eine Entfernung unter Zugrundelegung jeder der ermittelten Zeitdifferenzen ermittelt, und wobei die Entfernungsermittlungseinrichtung dann die zweitkürzeste Entfernung als die die Entfernung zu dem in der Objekterfassungszone befindlichen Objekt repräsentierende Entfernung liefert, wenn einige Signale der von der Signalempfangseinrichtung (43) empfangenen, aus einem vorgewählten Bereich der Objekterfassungszone reflektierten Signale innerhalb des Referenzentfernungsbereichs liegende Entfernungswerte aufweisen.