DE69406807T2 - Rechnergestütztes Steuerungssystem für Kraftfahrzeuge mit Vorhersage von möglichen Kollisionen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein rechnergestütztes Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug, das eine Vorhersage von Kollisionen des Kraftfahrzeugs mit einem oder mehreren beweglichen Objekten - etwa mit anderen Kraftfahrzeugen - oder unbeweglichen Objekten - etwa mit stehenden Fahrzeugen (die beispielsweise im Anschluß an einen Verkehrsunfall, insbesondere nach einem nächtlichen Unfall, den Verkehr behindern), mit Mauern oder anderen Gegenständen abgeben kann. Dieses System ermöglicht gegebenenfalls die Angabe der Zeitspanne ab der Erfassung der Objekte, in der diese voraussichtliche Kollision stattfinden könnte, und damit deren Zeitpunkt, um den Fahrer dementsprechend zu warnen. Dieser kann dann gegebenenfalls alle erforderlichen Vorkehrungen treffen, um eine solche Kollision zu vermeiden, indem er das Fahrzeug in Abhängigkeit von der Entfernung steuert, die es von dem (oder den) auf diese Weise rechtzeitig erfaßten vorgenannten Objekt(en) trennt.
• Unter Berücksichtigung der großen Zahl der Opfer von Straßenverkehrsunfällen sind verschiedene Systeme vorgeschlagen worden, die dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs - nachts ebenso wie tagsüber - die Kontrolle seines Fahrzeugs angesichts eines vom Fahrer zu spät wahrgenommenen Hindernisses ermöglicht, damit er entsprechend reagieren und den Zusammenstoß vermeiden kann.
• Es ist bereits ein in der Patentanmeldung EP-A-0 455 524 beschriebenes System bekannt, das diese Aufgabenstellung durch Mittel zu lösen versucht, welche die Sicht des Fahrers nachts und tagsüber indirekt verbessern. Dieses bekannte System umfaßt einen Scheinwerfer, der ein im nahen Infrarotspektrum polarisiertes Lichtbündel abstrahlt und eine Reichweite besitzt, die größer als die Reichweite der entsprechenden Leuchten ausfällt. Diese Scheinwerfer arbeiten jeweils mit einer Kamera zusammen, die für das Infrarotspektrum empfindlich und mit einem Infrarotfilter verbunden ist. Ein System zur Verarbeitung der durch die Kamera in deren Sichtfeld erfaßten Bilder gibt diese Bilder auf einem Visualisierungsmittel wieder, etwa auf einem in der Nähe des Fahrers angebrachten Bildschirm.
• Um zu verhindern, daß die Kamera durch die Scheinwerfer eines anderen Fahrzeugs geblendet wird, ist diese mit einem Infrarot-Polarisator ausgerüstet, der vor ihrem Objektiv angebracht ist, und der Scheinwerfer ist ebenfalls mit einem Infrarot-Polarisator ausgestattet, dessen Polaristation senkrecht zu derjenigen der Kamera ausgerichtet ist.
• Dieses System weist jedoch eine relativ aufwendige Gestaltung auf, insbesondere aufgrund des Vorhandenseins mindestens einer Spezialkamera, wobei es nur frontale Hindernisse, bezogen auf die Fahrtrichtung eines bestimmten Fahrzeugs, berücksichtigt, das heißt, daß es nicht in der Lage ist, Hindernisse in Betracht zu ziehen, die seitlich, bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, auftauchen.
• Die rechnergestützte Steuerung - RS -, wie sie bei Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommt, ist zwar bereits vorgeschlagen worden; der bisherige Stand der Technik beschränkt jedoch ihre Anwendung auf die Kontrolle der inneren Umgebung, das heißt des Betriebs der wesentlichen Teile der Ausstattung eines Kraftfahrzeugs.
• Die rechnergestützte Steuerung ist hingegen - zumindest nach Kenntnis der Anmelderin - noch nie benutzt worden, um einen Fahrer bei der Kontrolle eine Kraftfahrzeugs im Verhältnis zur äußeren Umgebung zu unterstützen.
• Die technische Aufgabenstellung, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb darin, ein rechnergestütztes Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen - das heißt ein System zur Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bei dessen Kontrolle, bezogen auf die äußere Umgebung des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung -, das in der Lage sein soll, eine Vorhersage einer Kollision des Kraftfahrzeugs. mit einem oder mehreren beweglichen oder unbeweglichen Objekten abzugeben, wobei es den Erfordernissen der Praxis besser entsprechen und zumindest die folgenden Auflagen erfüllen soll:
• - Unempfindlichkeit gegenüber den durch die Umgebung des Fahrzeugs bedingten Störungen, um Fehlalarme zu vermeiden, die seine Glaubwürdigkeit einschränken und letztlich seinen Nutzen aufheben würden;
• - ein Betrieb, der sich nicht störend auf die Umgebung auswirken und die Einhaltung der geltenden Normen und Vorschriften nicht beeinträchtigen darf;
• - korrekter Betrieb bei Regen- oder Nebelwetter;
• - relativ große Reichweite von mindestens 100 Metern (eine Entfernung, die bei 180 km/h in 2 Sekunden zurückgelegt wird);
• - relativ niedrige Kosten.
• Bei einem Kraftfahrzeug können Kollisionen mit statischen oder quasistatischen Objekten (Fußgänger, Fahrräder usw.) nur mit der Frontpartie des Fahrzeugs auftreten. Das bedeutet, daß der Rückwärtsgang - der im wesentlichen zum Ein- und Ausparken dient - sowie Dreher- oder Schleudersituationen ausgeschlossen werden können. Beim Fahren im Rückwärtsgang sind die Geschwindigkeiten niedrig, und die Kollisionen mit statischen oder quasistatischen Objekten haben kaum schwerwiegende Folgen. Die Fußgänger können im übrigen dem im Rückwärtsgang fahrenden Fahrzeug zumeist ausweichen. Bei einem Dreher oder beim Schleudern ist die Kontrolle des Fahrzeugs im allgemeinen schwierig, so daß der Kollisionsalarm überflüssig oder unangebracht ist, da er die Konzentration des Fahrers, die für eine effiziente Kontrolle derartiger Notsituationen erforderlich ist, beeinträchtigen könnte.
• In Verbindung mit der Anforderung, den Preis des Systeins relativ niedrig zu halten, haben diese Überlegungen eine Begrenzung des durch das System zur Kollisionsvorhersage erfaßten Bereichs auf einen Abschnitt zur Folge, der in einer Halbebene enthalten ist, die parallel zur Fahrbahn der Straße verläuft und vor dem Fahrzeug angeordnet (das heißt in Fahrtrichtung ausgerichtet) ist und dieses nicht enthält, vorzugsweise in der Halbebene, die auf der Höhe der Scheinwerfer des Fahrzeugs verläuft, in die das System vorteilhafterweise eingebaut ist.
• Aus der GB-A-2 139 445 ist bereits eine Vorrichtung zur Erfassung von Hindernissen des Typs LIDAR bekannt, bei welcher der Erfassungswinkel der Vorrichtung in Seitenrichtung in Abhängigkeit von der Position des Lenkrads verändert wird.
• Desweiteren ist aus der EP-A-0 340 735 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt, dessen Ausrichtung oder Lichtverteilung vertikal durch die Erfassung des Abstands zu einem anderen Fahrzeug, das in der gleichen Richtung vorausfährt, verändert wird.
• Dabei ist festzustellen, daß in keinem dieser beiden Dokumente ein rechnergestütztes Steuerungssystem dargelegt wird, das die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie berücksichtigt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, die Einschränkungen der Systeme dieser Dokumente aufzuheben.
• Dazu bezieht sie sich auf ein rechnergestütztes Steuerungssystem für ein Kraftfahrzeug, das in der Lage ist, eine Vorhersage zu einer Kollision des Fahrzeugs mit mindestens einem - beweglichen oder unbeweglichen - Objekt in der äußeren Umgebung des Fahrzeugs abzugeben, das mit dem Fahrzeug kollidieren könnte, umfassend:
• - eine Vorrichtung zur Erfassung dieses Objekts entlang einer Ebene, die parallel zu der vom Fahrzeug befahrenen Straße verläuft, wobei diese Erfassungsvorrichtung in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist und ein Signal erzeugt, das von der Entfernung des Objekts zum Fahrzeug abhängig ist;
• - einen Sensor für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie, der ein Signal erzeugt, das jeder Neigungsveränderung entspricht;
• - ein Stellglied, das durch das vom Sensor für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie erzeugte Signal gesteuert wird und auf die Erfassungsvorrichtung einwirkt, um die Erfassungsebene, unabhängig von den Neigungsveränderungen, parallel zur Straße zu halten;
• - Mittel zur Verarbeitung des Signals, das durch den Sensor für Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie erzeugt wird, und des Signals, das durch die Erfassungsvorrichtung erzeugt wird;
• - Rechen- und Steuerungsmittel für den Betrieb des Systems, etwa einen Mikroprozessor, deren Aufgabe darin besteht, die Position des Objekts, bezogen auf das Fahrzeug, ausgehend von dem durch die Erfassungsvorrichtung erzeugten Signal, wie es durch die Verarbeitungsmittel verarbeitet wird;
• - Schnittstellenmittel zum Fahrer des Kraftfahrzeugs, deren Aufgabe darin besteht, diesen über das Vorliegen des Risikos einer Kollision mit dem vorgenannten Objket zu informieren.
• Bei den Mitteln zur Verarbeitung des Signals, das durch den Sensor für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie erzeugt wird, handelt es sich beispielsweise um Mittel der Art, wie sie in der Patentschrift EP-A-0 186 571 beschrieben werden.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsart der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung umfaßt diese:
• - eine Strahlungsquelle für eine mit hoher Frequenz amplitudenmodulierbare elektromagnetische Strahlung;
• - eine Speisevorrichtung für die Strahlungsquelle;
• - eine Vorrichtung zur Modulation der Amplitude der durch die Strahlungsquelle abgestrahlten Strahlung;
• - eine optische Vorrichtung zur Projektion der modulierten Strahlung, die durch diese Strahlungsquelle abgestrahlt wird, auf die äußere Umgebung des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung;
• - eine Vorrichtung für das entlang der Erfassungsebene erfolgende Auffangen der modulierten Strahlung, die durch das Objekt der von der Quelle bestrahlten Umgebung reflekiert wird;
• - eine Mehrzahl von Sensoren für die so aufgefangene reflektierte modulierte Strahlung, wobei diese Sensoren entlang einem Segment aufeinander ausgerichtet sind, das vor der Auffangvorrichtung angeordnet und in der Erfassungsebene enthalten ist, und zwar quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs, wobei jeder Strahlungssensor in der Erfassungsebene (und Auffangebene) einen vorgegebenen Teilsuchwinkel der Umgebung absucht, um die Strahlung zu erfassen, die entlang einer Richtung reflektiert wird, die in diesem Teilsuchwinkel enthalten ist, und ein Signal erzeugt, das von der Position des Objekts, auf dem die Strahlung reflektiert wird, das heißt von seiner Entfernung, bezogen auf das Fahrzeug, abhängig ist.
• Die Anwendung einer Strahlungsquelle für elektromagnetische Wellen mit relativ hohen Frequenzen und Wellenlängen, die den Nebel für diese Strahlung durchlässig machen, die vor allem durch eine Infrarotstrahlung und vorzugsweise - aus Kostengründen - durch eine nahe Infrarotstrahlung gebildet wird, ermöglicht außerdem die Erfüllung der anderen weiter oben bereits angesprochenen Auflagen.
• Die Verarbeitungsinittel, die das durch die Erfassungsvorrichtung erzeugte Signal verarbeiten, enthalten vorteilhafterweise:
• - eine Mehrzahl von Verstärkern, die jeweils einem Sensor für die reflektierte modulierte Strahlung zugeordnet sind;
• - eine Vorrichtung zur Demodulation des Signals, das durch jeden Sensor für das reflektierte und so verstärkte Signal erzeugt wird, wobei diese Demodulationsvorrichtung auch das Ausgangssignal der vorgenannten Modulationsvorrichtung empfängt und die Phasenverschiebung mißt, die zwischen diesem zuletzt genannten Signal und dem verstärkten Signal besteht, das durch jeden Sensor für die reflektierte Strahlung erzeugt wird;
• wobei die Steuerungs- und Rechenmittel, die insbesondere aus einem Mikroprozessor bestehen, die Position des Objekts, mit dem das Fahrzeug kollidieren könnte, aus der vorgenannten Messung der Phasenverschiebung ableiten und gleichzeitig sämtliche Operationen des Systems steuern.
• Erfindungsgemäß kommen die folgenden bevorzugten Anordnungen zur Anwendung:
• - eihe Laserdiode als Strahlungsquelle für eine mit hoher Frequenz amplitudenmodulierbare elektromagnetische Strahlung, da mit einer solchen Diode in einem begrenzten Raum eine bis über 1 GHz modulierbare leistungsfähige Strahlungsquelle geschaffen werden kann;
• - Linsen zur Fokussierung der durch die Laserdiode abgestrahlten Strahlung als Vorrichtung zur Projektion dieser Strahlung auf die äußere Umgebung des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung;
• - ein Leistungsstromverstärker als Speisevorrichtung für die Laserdiode;
• - ein elektronischer Oszillator, dessen Ausgang mit dem Eingang des Leistungsstromverstärkers verbunden ist, als Vorrichtung zur Modulation der durch die Laserdiode abgestrahlten Strahlung;
• - ein stark abgeflachtes und trichterförmiges Gehäuse als Vorrichtung für das entlang der vorgenannten Erfassungsebene erfolgende Auffangen der reflektierten Strahlung, wobei diese Ebene die Symmetrieebene dieses abgeflachten Auffangtrichters bildet, dessen Öffnungswinkel einem vorgegebenen Gesamtsuchwinkel (der einen Wert zwischen 120º und 180º erreichen kann) für das Absuchen der äußeren Umgebung des Fahrzeugs entspricht, der auf die Mehrzahl der vorerwähnten Strahlungssensoren verteilt ist, während die Ausgangsöffnung des Trichters Abmessungen aufweist, die mit den Beugungsproblemen bei den Wellenlängen der angewandten Strahlung vereinbar sind;
• - eine Mehrzahl von Photozellen als Sensoren für die reflektierte modulierte Strahlung, die für einen mit der Laserquelle vereinbaren Frequenzbereich empfindlich sind, wobei die Photozellen auf einer Leiste angeordnet sind und ihre Anzahl - bei einem jeder Photozelle zugeordneten vorgegebenen Teilsuchwinkel - von der Querbreite der Umgebung, bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs , die durch jede Photozelle abgesucht werden soll, bei einer gegebenen Entfernung des Fahrzeugs, abhängig ist, wobei diese Breite in der Erfassungsebene definiert ist;
• - ein Synchrondemodulator, um das durch eine der Photozellen aufgefangene Signal zu demodulieren.
• Die Verarbeitungsmittel, die das durch die Erfassungsvorrichtung erzeugte Signal verarbeiten, umfassen vorteilhafterweise zwischen der Mehrzahl von Verstärkern, die der Mehrzahl von Photozellen zugeordnet ist, und dem Synchrondemodulator einen Analogmultiplexer, der durch die Steuerungs- und Rechenmittel (Mikroprozessor) kontrolliert wird und - ohne jedes bewegliche Teil - eine Abtastung der Umgebung entlang der Erfassungsebene (und Auffangebene) und auf dem vorgenannten Gesamtsuchwinkel bewirkt.
• Erfindungsgemäß bestehen der vorgenannte Sensor für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie und das vorgenannte Stellglied vorzugsweise aus den entsprechenden Elementen einer Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Ausrichtung mindestens eines Scheinwerfers des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von den Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie, wie sie beispielsweise in der Patentschrift EP-A-0 186 571 beschrieben wird. Die Funktion einer solchen Korrekturvorrichtung besteht darin, die Position der Scheinwerfer (bzw. der zugehörigen Reflektoren), bezogen auf die vom Fahrzeug befahrene Straße, konstant zu halten. Das bedeutet, daß es genügt, die Erfassungs- und Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung fest mit einem Scheinwerfer in einer Position zu verbinden, in der er unter normalen Bedingungen auf die vorgenannte Erfassungsebene gerichtet ist. Jede Neigungsveränderung der Fahrzeugkarosserie wird durch die vorgenannte Korrekturvorrichtung korrigiert, so daß die Erfassungsebene automatisch parallel zur befahrenen Straße gehalten wird, wie dies im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgegeben ist, wobei gleichzeitig die Ausrichtung der Scheinwerfer korrigiert wird, was beispielsweise nach der Vorgehensweise geschieht, die bereits in der weiter oben erwähnten Patentschrift EP-A-0 186 571 beschrieben wird.
• Der Mikroprozessor übernimmt natürlich vorteilhafterweise nicht nur die Steuerung des Betriebs der Mittel zur Verarbeitung der verschiedenen vorgenannten Signale, sondern auch die Steuerung des Stellglieds der Erfassungsvorrichtung und damit auch der Korrekturvorrichtung, mit der das Fahrzeug ebenfalls ausgerüstet ist.
• Die Schnittstelle zwischen dem System, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, und dem Fahrer des Fahrzeugs kann ganz einfach aus einem, vorzugsweise akustischen und/oder optischen Alarm bestehen, der durch den Mikroprozessor ausgelöst wird, sobald die von diesem benutzten Informationen davon ausgehen lassen, daß eine Kollision hoch wahrscheinlich ist, wenn keine geeignete Maßnahme seitens des Fahrers erfolgt, um sie zu vermeiden, durch eine entsprechende Kontrolle des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen ihm und dem so rechtzeitig erfaßten Objekt.
• Das Verständnis der Erfindung wird durch die nachstehende weitere Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erleichtert, die zur Veranschaulichung ohne einschränkende Wirkung angeführt werden und auf denen folgendes dargestellt ist:
• - Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips des erfindungsgemäßen Systems.
• - Figur 2 veranschaulicht schematisch die Vorrichtung zur Erfassung eines Objekts, das sich in der Umgebung eines Kraftfahrzeugs befindet und das mit diesem kollidieren kann.
• - Figur 3 veranschaulicht schematisch die bevorzugte Ausführungsart des Systems von Figur 3 mit der Vorrichtung von Figur 2.
• - Figur 4 veranschaulicht ein Prinzipschaltbild eines Demodulators zur Messung der Phasenverschiebung.
• - Figur 5 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Hauptbestandteile des erfindungsgemäßen Systems - die in den vorangehenden Figuren insgesamt oder im Detail schematisch veranschaulicht werden -, wobei die gleichen Elemente jeweils mit den gleichen Bezugsnummern wie in den anderen Figuren versehen sind.
• Zunächst wird auf Figur 1 (siehe auch Figur 5) Bezug genommen, die schematisch das Funktionsprinzip des rechnergestützten Steuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei der mit Dd bezeichnete Block der Vorrichtung zur Erfassung von beweglichen oder unbeweglichen Objekten (oder Körpern) in der - vor allem unmittelbaren - Umgebung eines Kraftfahrzeugs entspricht, mit denen das Fahrzeug kollidieren könnte. Um die Kosten der Vorrichtung Dd und damit des Systems insgesamt auf einem vertretbaren Preisniveau zu halten, ist die Analyse (oder Sondierung) der vorgenannten Umgebung vorzugsweise in einer Ebene - der sogenannten Erfassungsebene Pd - durchzuführen, die parallel zu der vom Fahrzeug befahrenen Fahrbahn (oder Straße) Ch verläuft und in dessen Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Die Höhe h dieser Ebene Pd, bezogen auf die Fahrbahn ch, muß innerhalb der vertikalen Außenabmessungen des Fahrzeugs V enthalten sein und vorzugsweise im Bereich der Scheinwerfer liegen, deren Anbringungsstelle einer geeigneten Höhe h über dem Boden Ch entspricht. Diese Vorrichtung soll unter Bezugnahme auf Figur 2 und Figur 3 noch eingehender beschrieben werden. An dieser Stelle der Beschreibung genügt der Hinweis, daß das Signal, das der Erfassung mindestens eines Objekts Obj entspricht, durch mit Mtr bezeichnete Verarbeitungsmittel erzeugt wird, die mit Mitteln Ord zur Steuerung des Betriebs des Systems und zur Berechnung zusammenwirken, deren Aufgabe darin besteht, die Position, insbesondere als Polarkoordinaten (Entfernung d, bezogen auf das Fahrzeug, und Winkel des Entfernungsvektors im Verhältnis zu einer fest mit dem Fahrzeug verbundenen Bezugsrichtung), beispielsweise mit Hilfe von geeigneten Softwareprogrammen, zu berechnen, wie dies weiter unten noch erläutert wird, und die, ausgehend von dieser Berechnung, den Ausschluß oder die Berücksichtigung einer möglichen Kollision des Fahrzeugs mit dem Objekt folgern, wobei sie in diesem zuletzt genannten Fall ein optisches und/oder akustisches Signal über eine Schnittstelle 1 - etwa einen in der Nähe des Fahrers angeordneten Bildschirm und/oder eine Alarmvorrichtung - an den Fahrer H auslösen, der dadurch sehr schnell und somit rechtzeitig informiert wird, damit er dementsprechend auf sein Fahrzeug einwirken kann, um die Kollision zu vermeiden (Bremsen, Richtungswechsel usw.), und zwar grundsätzlich unter Beachtung des Sicherheitsabstands dank der schnellen Wirkung des rechnergestützten Steuerungssystems, das in der Entfernung - praktisch unverzüglich - die Erfassung von Objekten ermöglicht, die den normalen Verkehr eines Fahrzeugs potentiell behindern können.
• Um die Erfassung fiktiver Hindernisse zu vermeiden, etwa der Äste von Bäumen oder ähnlicher Gegenstände, wenn die Fahrzeugkarosserie ihre Neigung zur Fahrbahn verändert hat, im Anschluß an eine ungleichmäßige Beladung des Fahrzeugs, eine plötzliche Beschleunigung usw. (dazu genügt der Hinweis, daß beispielsweise auf 100 m eine Neigungsänderung um 1º, bezogen auf die Normalposition der Lage der Fahrzeugkarosserie, und damit auch der Erfassungsebene Pd, parallel zur Fahrbahn Ch, zu einer Änderung der Höhe des Suchhorizonts um 1,75 m, bezogen auf die Höhe dieser Ebene, führt) und um die Außerachtlassung realer Hindernisse auszuschließen, ist ein Sensor Cvas für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie vorgesehen, dessen Signal durch die Verarbeitungsmittel Mtr erzeugt wird, um ein Stellglied Act anzusteuern, das - unter Freigabe durch die Steuerungs- und Rechenmittel Ord, die beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildet werden -, auf die Objekterfassungsvorrichtung einwirkt (deren dargestellter Teil der Auffangvorrichtung Dcl entspricht, die weiter unten noch beschrieben werden soll, siehe auch Figur 2 und Figur 3), um dafür zu sorgen, daß das Absuchen stets entlang einer Erfassungsebene Pd erfolgt, die parallel zur Fahrbahn Ch verläuft.
• Der vorgenannte Sensor Cvas für Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie und das vorgenannte Stellglied Act entsprechen dem Sensor und dem Stellglied, die zu einer Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Ausrichtung mindestens eines Scheinwerfers Pj (der durch die zugehörige Abdeckscheibe Gp geschützt ist) oder eines entsprechenden Reflektors für Abbiend- und Fernlicht Rcr (siehe Figur 5) eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von den Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie gehören, wie in der Patentschrift EP- A-0 186 571 beschrieben und wie dies bereits weiter oben dargelegt wurde, mit der das Fahrzeug ebenfalls ausgerüstet ist.
• Da die Korrekturvorrichtung dieser Patentschrift auf den Nachtverkehr begrenzt ist, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise eine Gestaltung vorgesehen werden, die sowohl auf den Nachtverkehr als auch auf den Tagesverkehr anwendbar ist. Dazu genügt es, eine Variante im Verhältnis zu der vorstehend angesprochenen europäischen Patentschrift vorzusehen, die als Strahlungsquelle für die Bestrahlung der Fahrbahn nicht die Verkehrsleuchten, sondern eine zusätzliche Strahlungsquelle für eine elektromagnetische, vor allem infrarote Strahlung umfaßt, insbesondere eine mit hoher Frequenz modulierte Strahlung im nahen Infrarotbereich.
• Diese Strahlungsquelle kann vorteilhafterweise aus der gleichen Quelle 5 bestehen, die in dem rechnergestützten Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird, wie sie im Zusammenhang mit der Erfassungsvorrichtung Dd noch zu beschreiben ist.
• Die Vorrichtung Dd zur Erfassung eines Objekts Obj (siehe Figur 2 sowie Figur 3) umfaßt in ihrer einfachsten Gestaltung:
• - eine Strahlungsqeulle 5 für eine mit relativ hohen Frequenzen modulierte elektromagnetische Strahlung, für die der Nebel durchlässig ist;
• - eine optische Vorrichtung, um die Projektion der von der Strahlungsquelle S ausgesandten Strahlung auf die Umgebung des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung zu bewirken, wobei diese Vorrichtung Opt insbesondere aus einer Linse besteht, die das durch die Strahlungsquelle 5 abgestrahlte Infrarotlichtbündel "ausbreitet";
• - eine Auffangvorrichtung Dcl, um in (oder entlang) der Erfassungsebene Pd, parallel zur Fahrbahn Ch, die modulierte Strahlung aufzufangen, die durch die von der Strahlungsquelle S bestrahlten Objekte Obj in der Umgebung des Fahrzeugs reflektiert wird, das heißt, die in der Lage ist, die reflektierten Srahlen auszusondern, die sich außerhalb der Erfassungsebene Pd befinden: in ihrer einfachsten Ausführungsform umfaßt diese Vorrichtung Dcl ein Gehäuse in Form eines stark abgeflachten Trichters, dessen Symmetrieebene mit der Erfassungsebene Pd zusammenfällt und dessen Öffnungswinkel einem vorgegebenen Gesamtsuchwinkel zum Absuchen der äußeren Umgebung des Fahrzeugs entspricht, der in dessen Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Dieser Gesamtsuchwinkel liegt theoretisch zwischen 120º und 180º, um nicht nur frontale Hindernisse, sondern auch bewegliche Objekte zu berücksichtigen, die seitlich im Verhältnis zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs auftauchen und die ebenfalls mit diesem kollidierön könnten. Solche Werte für diesen Winkel bringen jedoch Probleme bei der praktischen Ausführung der Vorrichtung Dcl mit sich. Im übrigen haben statistische Untersuchungen der Automobilhersteller gezeigt, daß ein Öffnungswinkel nahe 20º geeignet wäre (die meisten Unfälle, die durch ein Antikollisionssystem vermieden werden sollen, sind durch Objekte auf der Fahrbahn oder in ihrer unmittelbaren Nähe bedingt). In Figur 2 wird die ideale Situation dargestellt, bei der der abgeflachte Trichter zum Auffangen der reflektierten Strahlung eine sehr kleine Durchgangsöffnung für diese Strahlung aufweist - theoretisch ein Punkt -, wobei jedoch klar ist, daß die Abmessungen dieser Öffnung mit den Beugungsproblemen bei den Wellenlängen der benutzten Strahlung vereinbar sein müssen. Aus diesem Grund ist diese Öffnung in Figur 3 schematisch so dargestellt worden, daß diese Probleme berücksichtigt werden;
• - eine Mehrzahl von n Sensoren für die reflektierte modulierte Strahlung, die aus Photozellen c&sub1;, ... ci ... cn bestehen, die aufeinander ausgerichtet und in einer Leiste angeordnet sind, die in der Erfassungsebene Pd enthalten ist, und zwar quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs, wobei jede Zelle die Umgebung nach einem Teilsuchwinkel α&sub1; = α/n absucht, der ein Bruch des vorgenannten Gesamtsuchwinkels α ist: Die modulierte Strahlung, die durch das Objekt Obj reflektiert und entlang (bzw. in) der Ebene Pd aufgefangen wird (die in Figur 3 mit der Ebene der Zeichnung zusammenfällt), wird durch eine Photozelle ci aufgegangen, die dann ein Signal entsprechend der Position des Objekts Obj erzeugt;
• - Verstärker Amp&sub1;, ... Ampn, deren Aufgabe darin besteht, die von den Photozellen gelieferten Signale zu verstärken.
• Da praktisch die Entfernung zwischen der Strahlungsquelle und den Photozellen im Verhältnis zu den Entfernungen d&sub1; und d&sub2; der Strahlungsquelle bzw. der Photozellen zum Objekt Obj vernachlässigbar ist, können diese Entfernungen gleichgesetzt werden.
• d sei der gemeinsame Wert für diese Entfernungen, das heißt die Entfernung des Objekts Obj zum Fahrzeug, und f die Modulation des durch die Strahlungsquelle S ausgesandten Signals. Dann ergibt sich die Phasenverschiebung ωt = 2πft zwischen dem ausgesandten Signal und dem durch eine Photozelle aufgefangenen Signal (wobei t die erforderliche Zeit ist, die die Strahlung benötigt, um die Entfernung d&sub1; + d&sub2; bei Lichtgeschwindigkeit co zurückzulegen) aus der Gleichung:
• ωt = 2πf (d&sub1;+d&sub2;)/co = 4πf d/co Radianten.
• Bei f = 5 MHz entspricht eine Entfernung von 100 m einer Phasenverschiebung von etwa 21º.
• Die Phasenverschiebung kann mit Hilfe eines Synchrondemodulators Dmds erzielt werden, wie er nachstehend beschrieben wird, so daß die Entfernung d, vor allem anhand der Steuerungs- und Berechnungsmittel Ord, auf der Grundlage der vorgenannten Formel berechnet werden kann. Präziser gesagt, sind die Mittel Ord in der Lage, eine Zielverfolgung (wobei das Ziel in dem erfaßten Objekt besteht) und eine Vorhersage der Bahn und der möglichen Kollision vorzunehmen, indem sie, zusätzlich zu den durch die vorgenannten Messungen gelieferten Daten, die der Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechende Information verwenden, um zwischen unbeweglichen und beweglichen Objekten durch die Anwendung von verschiedenen Alarmschwellenwerten zu unterscheiden (das heißt, indem sie unterschiedlich verarbeitet werden). Dazu sind die Mittel Ord mit einer geeigneten Software ausgestattet, die das rechnergestützte Steuerungssystem in die Lage versetzen kann, die im Feld der Erfassungsvorrichtung vorhandenen Objekte zu identifizieren und diese Identifizierung während mehrerer aufeinanderfolgender Messungen beizubehalten, um die Bahnen der in der Umgebung erfaßten Objekte bestimmen zu können, das heißt um die Berechnung des Vektors der relativen Geschwindigkeit zu ermöglichen. Genauer gesagt, ergeben die Entfernungsmessungen in Verbindung mit dem Suchrichtungswinkel jeder Photozelle die Polarkoordinaten der im Vordergrund angeordneten Objekte der Umgebung, da bestimmte Objekte durch andere verdeckt sein können. Dazu ist die Identifizierung - oder Erfassung - und die Nachführung der Objekte über mehrere aufeinanderfolgende Messungen unabdingbar, um die für die Bahnbestimmung erforderlichen Geschwindigkeitsvektoren zu berechnen. Dazu sind entsprechende Zielverfolgungsalgorithmen bekannt, insbesondere im Bereich der Radartechnik für Alarmanlagen oder der Radaranlagen zur Überwachung des Flugverkehrs, die in vereinfachter Form bei der Kollisionsvorhersage angewandt werden können.
• In bezug auf die Breite l(d) des Querbereichs der Fahrbahn, die durch jede Photozelle ci, in der Entfernung d vom Fahrzeug, überwacht wird, ergibt sich (siehe Figur 2):
• l(d) = 2d tg (αi/2) = 2d tg (α/2n),
• wobei n die Gesamtzahl der benutzten Photozellen ist, die vorteilhafterweise unter 100 gehalten werden kann, damit der Platzbedarf der entsprechenden Leiste in der Paxis nicht unverhältnismäßig groß ausfällt.
• Die Strahlungsquelle 5 kann vorteilhafterweise aus einer Laserdiode bestehen, die über einen Leistungsstromverstärker Alm gespeist wird, an dessen Eingang der Ausgang eines Oszillators Osc angeschlossen ist, der das vom Verstärker gelieferte Signal mit der gewünschten Frequenz moduliert.
• Die Mittel Mtr zur Verarbeitung der durch die Photozellen c&sub1;, ... cn erzeugten Signale umfassen, abgesehen von den Verstärkern Amp&sub1;, ... Ampn und dem Synchrondemodulator Dmds, außerdem einen Multiplexer Mplx, der - ohne jedes bewegliche Teil - eine Abtastung der Umgebung des Fahrzeugs in dessen Fahrtrichtung bewirkt. Diese Art von Abtastung wird durch die sehr hohe Geschwindigkeit der Messungen der Phasenverschiebungen von Hochfrequenzsignalen mit Hilfe des Synchrondemodulators Dmds ermöglicht. Die richtige Wahl der Modulationsfrequenz (beispielsweise über 1 MHz) bewirkt bei der Demodulation die Eliminierung der Komponenten der Störsignale, die durch natürliche und/oder künstliche Strahlungsquellen außerhalb des Fahrzeugs erzeugt werden (bei den Verarbeitungsmitteln Mtr, wie sie in Figur 3 veranschaulicht sind, wird nicht der Teil dargestellt, der die Signale verarbeitet, die durch den Sensor für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie erzeugt werden und die zur Steuerung des gemeinsamen Stellglieds für die vorgenannte Auffangvorrichtung Dcl und die vorgenannte Korrekturvorrichtung bestimmt sind, da dieser Teil beispielsweise in der weiter oben bereits mehrfach erwähnten Patentschrift EP-A-0 186 571 beschrieben wird).
• Der Synchrondemodulator Dmds, der in der Lage ist, die vorgenannte Phasenverschiebung zu liefern, kann beispielsweise, wie schematisch in Figur 4 veranschaulicht, ausgeführt sein.
• Die Signale i und c (vgl. auch Figur 3), die vom Multiplexer Mpl bzw. vom Oszillator Osc stammen, werden als solche im Multiplikatorblock Mm&sub1; und nach der Einführung einer zusätzlichen Phasenverschiebung t/2 - mit Hilfe eines Hochpaßfilters Fph, an dessen Eingang das Signal c anliegt - im Multiplikatorblock Mm&sub2; verarbeitet.
• Die am Ausgang von Mm&sub1; und Mm&sub2; anstehenden Signale werden nach dem Durchgang durch ein Tiefpaßfilter Fpb&sub1; bzw. Fpb&sub2; im Divisorblock Md verarbeitet. Das am Ausgang des Blocks Md anstehende Signal ist proportional zur Tangente der Phasenverschiebung zwischen dem Signal c und dem Signal entsprechend der Komponente des Signals i bei der Frequenz des Signals c.

Claims (7)

1. Rechnerqestütztes Steuerungssystem für ein Kraft fahrzeug (V), das in der Lage ist, eine Vorhersage zu einer Kollision des Fahrzeugs mit mindestens einem - beweglichen oder unbeweglichen - Objekt (Obj) in der äußeren Umgebung des Fahrzeugs abzugeben, das mit dem Fahrzeug kollidieren könnte, umfassend:

- eine Vorrichtung (Dd) zur Erfassung dieses Objekts entlang einer Ebene (Pd), die parallel zu der vom Fahrzeug (V) befahrenen Straße (Ch) verläuft, wobei diese Erfassungsvorrichtung in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist und ein Signal erzeugt, das von der Entfernung (d) des Objekts (Obj) zum Fahrzeug (V) abhängig ist;

- einen Sensor (Cvas) für die Neigungsveränderungen der Karosserie des Fahrzeugs (V), der ein Signal erzeugt, das jeder Neigungsveränderung entspricht;

- ein Stellglied (Act), das durch das vom Sensor für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie (Cvas) erzeugte Signal gesteuert wird und auf die Erfassungsvorrichtung (Dd) einwirkt, um die Erfassungsebene (Pd), unabhängig von den Neigungsveränderungen, parallel zur Straße (Ch) zu halten;

- Verarbeitungsinittel (Mtr) zur Verarbeitung des Signals, das durch den Sensor für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie (Cvas) erzeugt wird, und des Signals, das durch die Erfassungsvorrichtung (Dd) erzeugt wird;

- Rechen- und Steuerungsmittel (Ord) zur Steuerung des Betriebs des Systems und zur Berechnung der Position des Objekts (Obj), bezogen auf das Fahrzeug (V), ausgehend von dem durch die Erfassungsvorrichtung (Dd) erzeugten Signal, wie es durch die Verarbeitungsmittel (Mtr) verarbeitet wird;

- Schnittstellenmittel (I) zum Fahrer (H) des Kraftfahrzeugs (V), deren Aufgabe darin besteht, den Fahrer (H) über das Vorliegen des Risikos einer Kollision mit dem vorgenannten Objket (Obj) zu informieren.

2. System nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung (Dd) die folgenden Teile umfaßt:

- eine Strahlungsquelle (S) für eine mit hoher Frequenz amplitudenmodulierbare elektromagnetische Strahlung;

- eine Speisevorrichtung (Alin) für die Strahlungsquelle (S);

- eine Vorrichtung (Osc) zur Modulation der Amplitude der durch die Strahlungsquelle (S) abgestrahlten Strahlung;

- eine optische Vorrichtung (Opt) zur Projektion der modulierten Strahlung, die durch diese Strahlungsquelle (S) abgestrahlt wird, auf die äußere Umgebung des Fahrzeugs (V) in dessen Fahrtrichtung;

- eine Auffangvorrichtung (Dcl) für das entlang der Erfassungsebene (Pd) erfolgende Auffangen der modulierten Strahlung, die durch das Objekt (Obj) der von der Quelle (S) bestrahlten Umgebung reflekiert wird;

- eine Mehrzahl von Sensoren (c&sub1;, ... cn) für die so aufgefangene reflektierte modulierte Strahlung, wobei diese Sensoren entlang einem Seginent (B) aufeinander ausgerichtet sind, das vor der Auffangvorrichtung (Dcl) angeordnet und in der Erfassungsebene (Pd) enthalten ist, und zwar quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs, wobei jeder Strahlungssensor in der Erfassungsebene einen vorgegebenen Teilsuchwinkel (αi) der Umgebung absucht, um die Strahlung zu erfassen, die entlang einer Richtung reflektiert wird, die in diesem Teilsuchwinkel (α&sub1;) enthalten ist, und ein Signal erzeugt, das von der Position des Objekts, auf dem die Strahlung reflektiert wird, das heißt von seiner Entfernung, bezogen auf das Fahrzeug (V), abhängig ist.

3. System nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel (Mtr), die das durch die Erfassungsvorrichtung (Dd) erzeugte Signal verarbeiten, die folgenden Teile umfassen:

- eine Mehrzahl von Verstärkern (Amp&sub1;, ... Ampn), die jeweils einem Sensor (c&sub1;, ... cn) für die reflektierte modulierte Strahlung zugeordnet sind;

- eine Demodulationsvorrichtung (Dmds) zur Demodulation des Signals, das durch jeden Sensor (c&sub1;, ... cn) für das reflektierte und so verstärkte Signal erzeugt wird, wobei diese Demodulationsvorrichtung (Dmds) auch das Ausgangssignal der vorgenannten Modulationsvorrichtung (Osc) empfängt und die Phasenverschiebung mißt, die zwischen diesem zuletzt genannten Signal und dem verstärkten Signal besteht, das durch jeden Sensor (c&sub1;, ... cn) für die reflektierte Strahlung erzeugt wird;

und daß die Steuerungs- und Rechenmittel (Ord), die insbesondere aus einem Mikroprozessor bestehen, die Position des Objekts (Obj), mit dem das Fahrzeug (V) kollidieren könnte, aus der vorgenannten Messung der Phasenverschiebung ableiten und gleichzeitig sämtliche Operationen des Systems steuern.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsvorrichtung (Dd) die folgenden Teile umfaßt:

- eine Laserdiode als Strahlungsquelle (5) für eine mit hoher Frequenz amplitudenmodulierbare elektromagnetische Strahlung;

- Linsen zur Fokussierung der durch die Laserdiode abgestrahlten Strahlung als optische Vorrichtung (Opt) zur Projektion dieser Strahlung auf die äußere Umgebung des Fahrzeugs (V) in dessen Fahrtrichtung;

- einen Leistungsstromverstärker als Speisevorrichtung (Alm) für die Laserdiode;

- einen elektronischen Oszillator (Osc), dessen Ausgang mit dem Eingang des Leistungsstromverstärkers (Alm) verbunden ist, als Vorrichtung zur Modulation der durch die Laserdiode abgestrahlten Strahlung;

- ein stark abgeflachtes und trichterförmiges Gehäuse als Auffangvorrichtung (Acl) für das entlang der vorgenannten Erfassungsebene (Pd) erfolgende Auffangen der reflektierten Strahlung, wobei diese Ebene die Symmetrieebene dieses abgeflachten Auffangtrichters (Dcl) bildet, dessen Öffnungswinkel (α) einem vorgegebenen Gesamtsuchwinkel für das Absuchen der äußeren Umgebung des Fahrzeugs (V) entspricht, der auf die Mehrzahl der vorerwähnten Strahlungssensoren (c&sub1;, ... cn) verteilt (nαi) ist, während die Ausgangsöffnung des Auffangtrichters (Dcl) Abmessungen aufweist, die mit den Beugungsproblemen vereinbar sind;

- eine Mehrzahl von Photozellen als Sensoren (c&sub1;, ... cn) für die reflektierte modulierte Strahlung, die für einen mit der Laserquelle (5) vereinbaren Frequenzbereich empfindlich sind, wobei die Photozellen (c&sub1;, ... cn) auf einer Leiste (B) angeordnet sind und ihre Anzahl - bei einem jeder Photozelle zugeordneten vorgegebenen Teilsuchwinkel (αi) - von der Querbreite (nl) der Umgebung, bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs (V), abhängig ist, die durch jede Photozelle (c&sub1;, ... cn) bei einer gegebenen Entfernung (d) des Fahrzeugs abgesucht werden soll und die in der Erfassungsebene definiert ist;

- einen Synchrondemodulator (Dmds), um das durch eine der Photozellen (c&sub1;, ... cn) aufgefangene Signal zu demodulieren.

5. System nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsinittel (Mtr), die das durch die Erfassungsvorrichtung (Dd) erzeugte Signal verarbeiten, zwischen der Mehrzahl von Verstärkern (Amp&sub1;, ... Ampn), die der Mehrzahl von Photozellen (c&sub1;, ... cn) zugeordnet ist, und dem Synchrondemodulator (Dmds) einen Analogmultiplexer (Mplx) umfassen, der durch die Steuerungs- und Rechenmittel (Ord) kontrolliert wird und eine Abtastung der Umgebung entlang der Erfassungsebene (Pd)) und auf dem vorgenannten Gesaintsuchwinkel (α) bewirkt.

6. System nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Cvas) für die Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie und das Stellglied (Act) durch die entsprechenden Elementen einer Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Ausrichtung mindestens eines Scheinwerfers des Kraftfahrzeugs (V) in Abhängigkeit von den Neigungsveränderungen der Fahrzeugkarosserie gebildet werden.

7. System nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellenmittel (I) durch einen in der Nähe des Fahrers angeordneten Bildschirm und/oder durch eine akustische und/oder optische Alarmvorrichtung unter der Kontrolle der Steuerungs- und Rechenmittel (Ord) gebildet werden.