DE4005919C2

DE4005919C2 - Verfahren und Anordnung zum Ermitteln der Sichtweite für Autofahrer beim Auftreten von Nebel

Info

Publication number: DE4005919C2
Application number: DE4005919A
Authority: DE
Inventors: Guenter Wichmann
Original assignee: Eltro GmbH and Co
Current assignee: Eltro GmbH and Co
Priority date: 1990-02-24
Filing date: 1990-02-24
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2010-02-25
Also published as: DE4005919C1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Sichtweite nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Aus der DE 37 38 221 A1 ist ein Verfahren bekannt, mit dem Hindernisse auf der Fahrbahndecke geortet werden sollen. Solche Hindernisse sind jedoch u. U. für Meßverfahren, bei denen lediglich die Remession von der Fahrbahndecke in bestimmter Entfernung interessiert, störend, weil sie nämlich den Meßstrahl in unerwünschter Weise unterbrechen. Aus der DE 36 35 396 A1 ist sodann eine Vorrichtung bekannt, die sich zum besseren Erkennen von Hindernissen bei Nebelaufkommen für zwei Untersuchungsbereiche beispielsweise nur eines einzigen Senders bedient, dem zwei Empfänger zugeordnet sind. Hiermit soll ein Hindernis trotz vorhandenem Nebel erkannt werden. Eine Auskunft dagegen, wieviel die Sichtweite in einer ganz bestimmten Entfernung beträgt, ist dieser Schrift nicht zu entnehmen.

Aus der DE 22 23 230 C3 ist ein Verfahren zur Überwachung der Durchlässigkeit der Atmosphäre bekannt, bei dem entlang einer Autostraße im Abstand von etwa 50 bis 150 m mehrere jeweils mit Sender, Empfänger und Warntafel für entsprechende Anzeigen ausgerüstete Meßstellen vorgesehen sind. Sender und Empfänger einer Meßstelle weisen hierbei in entgegengesetzte Richtung und kommunizieren jeweils mit Empfänger bzw. Sender der nächsten Meßstelle. Das Signal wird hierbei von einer Lichtquelle, vorzugsweise einer im In frarotbereich arbeitenden Lumineszenzdiode, erzeugt. Die auf der Wegstrecke vom Sender der einen Meßstelle zum Empfänger der nächsten Meßstelle auf tretende Dämpfung der elektromagnetischen Strahlung durch Nebel wird ge messen. Sodann wird die Frequenz dieser Strahlung in jedem Meßabschnitt durch die Dämpfung des vorhergehenden Abschnitts festgelegt und schließ lich wird aus der Dämpfung und der Frequenz der Strahlung in einem be stimmten Meßabschnitt eine am Anfang eines jeden Meßabschnitts erscheinende Anzeige abgeleitet, die Auskunft über eine etwaige Veränderung der Durch lässigkeit der Atmosphäre gegenüber dem Vorabschnitt erteilt. Eine solche an sich zuverlässig funktionierende Anlage ist ortsgebunden und wegen ihres Aufwands nur an bestimmten, besonders nebelgefährdeten Stellen einsetzbar.

Die DE 32 15 845 C1 bzw. EP 00 92 825 A2 zeigen und beschreiben in ihrer Fig. 7 einen aus mehreren Kanälen bestehenden Empfänger eines Abstands sensors für Geschoßzünder. Dieser Abstandssensor ist mit einem nach dem Impulslaufzeitverfahren arbeitenden Laserentfernungsmesser ausgerüstet, dessen Sender Impulse in Richtung Ziel abstrahlt. Außerdem enthält er der Anzahl der Meßstellen entsprechend viele Empfangsdioden, die die vom Ziel reflektierten Impulse in elektrische Signale umwandeln. Sodann ent hält er eine Abtastschaltung, die über mit den Sendeimpulsen synchroni sierte, gegenüber diesen jedoch kurz ausgebildete und in vorgegebener Weise verzögerte Abtastimpulse die Empfangssignale abtastet. Auf diese Weise wird im Fall einer Relativbewegung zwischen Sensor und Ziel und der damit verbundenen Phasenverschiebung zwischen Empfangssignalen und Nadelimpulsen eine Folge von Abtastwerten erzeugt, die die Amplituden werte aufeinanderfolgender Empfangssignale zu jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten dieser Signale repräsentieren. Für die Überwachung eines Ent fernungsbereiches ist sodann eine Phasenmodulation des Nadelimpulses not wendig, wie sie Fig. 8 und zugehöriger Beschreibung beider Druckschriften zu entnehmen ist. Der Impulsgenerator kann dabei als Trigger für eine Mono flopstufe verwendet werden, deren Zeitkonstante durch eine Modulations spannung variiert wird. Aus der Rückflanke des Monoflopimpulses wird dann der Nadelimpuls gewonnen. Von dieser Technik wird in der vorliegenden Er findung Gebrauch gemacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, für den Autofahrer eine Möglichkeit zu schaffen, bei Sehbehinderung durch Nebel die bestehende Sichtweite besser und genauer abschätzen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichnungsmerkmale des Patentanspruchs 1 sowie durch die im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst. Von Vorteil ist die hohe Entfernungsmeßgenauigkeit bzw. Auflösung eines solchen Verfahrens.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden an Hand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele der Er findung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander ent sprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 das Impulsdiagramm eines herkömmlichen, in der HF- Oszillographie verwendeten Abtastverfahrens mittels eines Nadelimpulses,

Fig. 3 das Blockschaltbild des Empfängers bei gleichzeitiger Bestrahlung mehrerer Meßpunkte der Fahrbahndecke und

Fig. 4 das Blockschaltbild für die Bestrahlung eines ganzen Entfernungsbereiches.

Im Frontbereich des Autos 1 der Fig. 1 ist ein aus Sender und Empfänger bestehender und nach dem Impulslaufzeitverfahren arbeitender Entfernungs messer 2, der z. B. ein Laserentfernungsmesser sein kann, befestigt. Dieser Entfernungsmesser ist auf die auf einem entsprechenden Tableau in äqui distante Schritte a bis j unterteilte Fahrbahndecke 3 ausgerichtet und in dem Gelenk 4 um Winkel α in der Elevation verschwenkbar, und zwar ent weder kontinuierlich oder stufenweise. Dieselbe Bewegung kann in vielen Fällen, und zwar zumeist sogar eleganter, mittels eines hier zeichnerisch allerdings nicht dargestellten Abtastspiegels ausgeführt werden. Solange bei einem solchen Verschwenkvorgang die Fahrbahndecke 3 in allen Positionen des Entfernungsmessers ein ausreichend hohes Signal zum Empfänger reflek tiert, ist die Reichweite, die angenähert der Sichtweite entspricht, größer als die gesamte Meßstrecke j, so daß der Fahrer ungehindert zufahren kann. Reflektiert hingegen beispielsweise nur noch das Signal von Punkt a, weil sich das Auto nämlich der Nebelwand 5 nähert, so bedeutet dies, daß die Sichtweite bereits kleiner als die Meßstrecke b ist und für den Auto fahrer somit größte Vorsicht geboten ist.

Bei einem anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können im Frontbereich des Autos 1 auch mehrere Entfernungsmesser 2 über einander und mit unterschiedlichen, jedoch gegeneinander abgestuften Neigungswinkeln α zur Fahrbahndecke 3 montiert sein. In diesem Fall werden gleichzeitig mehrere Meßstrahlen ausgesandt, so daß sich für den Auto fahrer im Endeffekt die gleiche Information ergibt. Es liegt auf der Hand, daß beide aufgezeigten Varianten nur funktionieren, wenn der Straßenver lauf vor dem Fahrzeug im Bereich der Meßentfernung gerade verläuft. Der Autofahrer darf demnach die Vorrichtung sinnvoll nur betätigen, wenn er sich auf einem geraden Stück Wegstrecke glaubt.

Mit der bisher beschriebenen Sichtweitmessung läßt sich im Bedarfsfall auch eine Messung der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Auto 1 mit seinem Entfernungsmesser 2 und dem Ziel kombinieren. Hierbei zeigen dann alle auf die Fahrbahndecke 3 ausgerichteten Messungen unter Ausnutzung des Dopplereffekts die Fahrzeuggeschwindigkeit. Befindet sich jedoch zwischen Entfernungsmesser und Fahrbahndecke ein Hindernis 5, so wird einerseits durch dieses Hindernis die Sichtweite und zum anderen auch die Relativ geschwindigkeit des eigenen Autos in bezug auf dieses Hindernis bestimmt bzw. angezeigt - ausreichende Sichtweite vorausgesetzt. Dies bedeutet, daß auf diese Weise mit dem Entfernungsmesser bei Abwesenheit von Nebel auch die Relativgeschwindigkeit vorausfahrender Fahrzeuge ermittelt werden kann.

Da nun aber komplette Laserentfernungsmesser als Massenprodukt der Auto industrie noch vergleichsweise teuer sind, bietet sich eine - für den vorgesehenen Zweck immer noch ausreichend genaue - Sichtweitenmessung mit folgenden Gerätekomponenten unter Ausnutzung des optoelektronischen Ver fahrens gemäß DE 32 15 845 C1 bzw. EP 00 92 825 an: In Fig. 2a soll ein Signal, dessen Folgefrequenz bekannt ist, empfangen werden. Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 2b ein Empfangstast- oder Nadelimpuls 8 (im Labor jargon auch als Samplingimpuls bezeichnet) erzeugt, der die gleiche Folge frequenz aufweist wie der zu empfangende Signalimpuls, jedoch gegenüber diesem phasenmoduliert ist. Hierdurch trifft er von Periode zu Periode mit einem anderen Momentanwert des Signalimpulses zusammen. Über eine Diode - es sind dies die Samplingdioden 6 bis 6 ^X der Fig. 3 - werden beide Impulse, Signalimpuls 7 und Nadelimpuls 8, auf einen Kondensator - in Fig. 3 die Kondensatoren 9 bis 9 ^X - gegeben, so daß am Ausgang des zwischen Diode und Kondensator geschalteten Verstärkers - in Fig. 3 die Positionen 10 bis 10 ^X - die aus Fig. 2c ersichtliche Sägezahnspannung 26 entsteht, deren Spitzenamplitude der Summe beider Momentanwerte entspricht. Wäre das Ein gangssignal Null, so würde sich ein Spannungsverlauf nach Fig. 2d ergeben. Bei Vorhandensein des Signalimpulses entsteht ein niederfrequentes Signal 29, das gemäß Fig. 2e einem zeitlich gedehnten Originalimpuls entspricht. Das in diesem Absatz Gesagte ist Stand der Technik und dient lediglich der Erläuterung des sogenannten Samplingverfahrens, das im Rahmen der vor liegenden Erfindung wie folgt zum Einsatz gelangt: Sollen z. B. Sichtweiten bis etwa 100 m erfaßt werden, kann man gemäß Fig. 1 und 3 den zehn Meßpunkten a bis j der Fahrbahndecke 3 zehn Empfangskanäle 11 bis 21 zuordnen, deren zugehörige Nadelimpulse 8 gegen über den Sendeimpulsen 7 zeitlich so verzögert werden, daß sie mit den aus 10, 20, 30 . . . 100 m Entfernung reflektierten Sendeimpulsen zusammen fallen. Wird nun der das Sendesignal enthaltende Meßstrahl des Senders über einen Abtastspiegel (zeichnerisch nicht dargestellt) so abgelenkt, daß er zunächst in 100 m Entfernung auf die Fahrbahndecke 3 trifft und dann durch Kippen des Spiegels immer näher kommt, so wird der Nadelimpuls nacheinander über die Empfangsimpulse 7′ der zehn Kanäle 11 bis 21 laufen, wobei jeder Kanal das Eintreffen seines Nadelimpulses meldet. Die sonst notwendige Phasenmodulation des Nadelimpulses ist hier also nicht nötig. Eine Überwachungselektronik braucht jetzt nur noch festzustellen, welcher Kanal noch Signale erhalten hat.

Die hierzu und zum Verständnis erforderliche Elektronik ist wieder Teil des vorerwähnten Samplingverfahrens und somit nicht Gegenstand der Erfin dung. Hierbei erzeugt der Impulsgenerator 22 (Fig. 3) eine Spannung, so daß die Sendediode 31 nach optoelektronischer Umwandlung den Signalimpuls 7 (Fig. 2) aussendet. Ein kleiner Teil der impulsförmigen Treiberspannung wird ausgekoppelt und nach Durchlaufen der Verzögerungsglieder 24 bis 24 ^X als Nadelimpuls 8 gemäß Fig. 2b verwendet. Die Verzögerungszeiten 25 (Fig. 2) werden dabei so eingestellt, daß sie dem zu detektierenden vorbe stimmten Weg der Signalimpulse von der Sendediode 31 zum Ziel, sprich Fahr bahndecke 3, und wieder zurück zur Empfangsdiode 30 entsprechen.

Fährt ein mit einem solchen Sensor ausgerüstetes Auto 1 eine Straße ent lang, so wird kein Signal empfangen, solange es nicht mit dem Nadelimpuls 8 zusammentreffen kann. Durch die Bewegung des Abtastspiegels läuft das von der Fahrbahndecke 3 reflektierte Signal mit der Spiegelbewegung über den Nadelimpuls hinweg und wird von diesem abgetastet.

Um die vorstehend erwähnte Relativgeschwindigkeit zu ermitteln, muß das Gerät in einen anderen Betriebsmodus geschaltet werden. Hierbei steht der Abtastspiegel still, und zwar in derjenigen Position, die der weitesten Entfernung entspricht. Jetzt braucht nur noch einer der zehn Empfangs kanäle 11 bis 21 benutzt werden. Hierfür ist zunächst eine gleichfalls wieder für sich genommen aus DE 32 15 845 C1 und EP 00 92 825 A2 bekannte Phasenmodulation des Nadelimpulses 8 gemäß Fig. 4 notwendig. Der Impuls generator 22 kann dabei als Trigger für die Monoflopstufe 27 verwendet werden, deren Zeitkonstante durch eine Modulationsspannung des Modula tionsgenerators 28 variiert wird. Aus der Rückflanke des Monoflopimpul ses wird dann wieder der Nadelimpuls gewonnen. Der zu überwachende Be reich kann hierbei beliebig eingestellt werden. Er kann sowohl von Punkt "a" bis zur maximalen Reichweite "j" als auch auf einen Bereich zwischen zwei Entfernungen eingestellt werden. Hierbei wird - je nach Vorgabe - entweder die Impulsbreite gemessen oder aber es finden mehrere Entfernungs messungen statt, wobei dann die Unterschiede in den einzelnen Entfernungen gemessen werden müssen. Im ersten Fall enthält die Umhüllende des Signals die Information über die gesuchte Relativgeschwindigkeit, während sie sich im zweiten Fall aus der erfolgten Weg- und Zeitmessung ergibt.

Bei einem weiteren, zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich der Abtastspiegel in folgender Weise ersetzen: Mit irgendwelchen optischen Mitteln, z. B. einer zylindrischen Linse, werden Sende- und Empfangsstrahl in vertikaler Richtung so aufgeweitet, daß alle zehn Meß punkte a bis j erfaßt werden. Vor oder hinter der Optik ist ein Chopper angeordnet, der den Sende- oder Empfangsstrahl in einfacher Weise derge stalt moduliert, daß etwa im 100-Hz-Rhythmus in allen 10 Kanälen (11-21) eine Ja/Nein-Aussage über evtl. in der Meßstrecke vorhandene Hindernisse entsteht.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln der Sichtweite unter Verwendung eines im Frontbereich eines Autos befestigten, aus Sender und Empfänger bestehenden Entfernungsmessers, wobei die unmittelbar vor dem Auto liegende Meßstrecke in äquidistante Schritte a bis j unterteilt ist und jeder dieser Schritte einem Teilbereich des Strahls zugeordnet werden kann und Signale reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Sende- und der Empfangsimpuls (7; 7′) entweder mit nur einem angelenkten Entfernungsmesser oder mit mehreren untereinander und mit unterschiedlichem Neigungswinkel fest installierten Entfernungsmessern oder mit Hilfe eines Abtastspiegels über die Schritte a bis j - angefangen vom entferntesten bis hin zum nächstliegenden - gelenkt werden,
b) nur Impulse von allen nicht vom Nebel bedeckten Meßpunkten der Fahrbahndecke (3) nach dem Empfänger hin reflektiert werden,
c) gegenüber den Sendeimpulsen (7) dergestalt verzögerte Abtast- bzw. Nadelimpulse (8) verwendet werden, daß letztere mit den von den Meßpunkten a bis j reflektierten Sendeimpulsen zusammenfallen und
d) der Anzahl der Meßpunkte a bis j entsprechend viele Samplingdioden (6′ bis 6 ^X) verwendet werden, die der Umsetzung von durch die Empfangsdiode (30) in elektrische HF-Signale gewandelte Sichtimpulse in niederfrequente Impulsabbildungen (29) dienen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entfernungsmesser (2) gekoppelt mit einem Geschwindigkeitsmesser verwendet wird, mit dem unter Ausnutzung des Dopplereffekts bei freier Sicht die Relativgeschwindigkeit zu einem zwischen Entfernungsmesser und Fahrbahndecke (3) befindlichen Hindernis (5) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feststellen der Sichtweite mittels einer Überwachungselektronik die den einzelnen Samplingdioden (6′ bis 6 ^X) zugeordneten Kanäle (11 bis 21) ermittelt werden, die noch Signale erhalten haben.

4. Verfahren nach Anspruch 3 und unter Verwendung eines Impulsgenerators (22) als Trigger für einen Monoflop (27), dessen Zeitkonstante durch die Spannung eines Modulationsgenerators (28) variiert wird, wobei aus der Rückflanke des Monoflopimpulses der Nadelimpuls (8) gewonnen wird, da durch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der Relativge schwindigkeit der Abtastspiegel angehalten, nurmehr ein Empfangskanal benutzt, der Nadelimpuls (8) phasenmoduliert und aus der Umhüllenden (29) des niederfrequenten Impulsabbildes die Information für die Relativge schwindigkeit gewonnen wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmesser (2) starr angeordnet und ihm entweder ein Abtastspiegel oder aber ein die Strahlung über die äquidistanten Schritte a bis j aufweitendes Mittel, z. B. eine zylindrische Linse, optisch vorgeschaltet ist und für den Fall, daß die Abtast- bzw. Nadel impulse (8) gegenüber den Sendeimpulsen (7) zeitlich so verzögert werden, daß sie mit den von den Meßpunkten a bis j der Fahrbahndecke (3) reflek tierten Sendeimpulsen zusammenfallen, mittels eines Choppers auf allen Empfangskanälen (11 bis 21) eine Ja/Nein-Aussage bewirkt wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Frontbereich eines Autos (1), oberhalb seiner Frontscheibe mehrere Entfer nungsmesser mit unterschiedlichem Neigungswinkel α zur Fahrbahn decke (3) übereinander liegend angeordnet sind, deren Sender die in äquidistante Schritte a bis j unterteilte Fahrbahndecke (3) so be leuchten, daß nur die nicht durch Hindernisse (5) abgeschatteten Sig nale auf den Empfänger reflektieren.