DE3001621A1

DE3001621A1 - Vorrichtung zum wahrnehmen von hindernissen fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3001621A1
Application number: DE19803001621
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Endo
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-01-19
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1980-07-24
Also published as: US4477184A; JPS5596475A; GB2044035A; JPS616349B2; GB2044035B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen für Fahrzeuge, bei der verschiedene Informationen jedes Zielobjektes im Fahrtweg des Fahrzeuges, wie beispielsweise die Grosse oder Abmessung jedes Objektes, die Richtung des Objektes zum Fahrzeug, der Abstand zwischen dem Fahrzeug und jedem Objekt, der gegenseitige,Abstand der einander zugewandten Objekte und die Höhe jedes Objektes über dem Fahrtweg des Fahrzeuges unter Verwendung von Laserlicht aufgenommen werden und bei dem aus den in dieser Weise aufgenommenen Informationen Entscheidungen bezüglich der Möglichkeiten von Unfällen, beispielsweise von Zusammenstössen, Kontakten usw. des Fahrzeuges, mit den zugehörigen Objekten ermöglicht werden.

Beim Steuern eines Fahrzeuges muss der Fahrer Entscheidungen über- verschiedene Möglichkeiten, beispielsweise über die Möglichkeit eines Zusammenstosses mit Objekten, beispielsweise mit vorausfahrenden Fahrzeugen, über die Möglichkeit zwischen parkenden Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeugen hindurchfahren zu können, die an der Strassenseite angehalten sind,und über die Möglichkeit unter Objekten, die sich über dem Fahrzeug befinden, beispielsweise unter Durchfahrten und Fussgängerüberführungen und ähnlichem hindurchfahren zu können, treffen.

Die oben erwähnten Entscheidungen können in gewissem Masse vom Fahrer selbst getroffen werden, wenn dieser eine sehr lange Fahrpraxis hat. Das ist jedoch hinsichtlich einer vollständigen Fahrsicherheit noch unzureichend. Es ist somit erforderlich, eine Hilfseinrichtung vorzusehen, über die der Fahrer diese Entscheidungen richtig treffen kann, so dass die Fahrsicherheit gewährleistet ist, was zu einer beträchtlichen Abnahme der Fahrzeugunfälle, beispielsweise der Kraftfahrzeugunfälle, beiträgt.

Die verschiedenen oben erwähnten Entscheidungen wurden ursprünglich über das Augenmass des Fahrers getroffen, was natürlich

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unzureichend ist.

Es sind daher Vorrichtungen zum Treffen von Entscheidungen bezüglich der Möglichkeit von Zusammenstössen mit vor dem Fahrzeug liegenden Objekten vorgeschlagen worden, bei denen eine Radareinrichtung am Fahrzeug angebracht ist und der Abstand vom Fahrzeug zu den Objekten und/oder die relative Geschwindigkeit der Objekte zum Fahrzeug wahrgenommen wird. Bei einer Radareinrichtung liegt jedoch selbst der kleinste Streuwinkel des Funkstrahles in der Grössenordnung von etwa 1° (17m Radian) aufgrund der Begrenzung in der Grosse der Antenne, die am Fahrzeug angebracht werden kann, so dass die Punktgrösse des Funkstrahles auf einen Durchmesser in der Grössenordnung von 85 cm an einer Stelle streut, die um 50 m von der Vorderseite des Fahrzeuges entfernt liegt. Die bekannten Vorrichtungen zeigen daher insofern Probleme, als eine genaue Messung des Abstandes und der relativen Position zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug schwierig ist, dass Objekte, die an der Seite der Strasse entlang vorhanden sind und keine Hindernisse bilden, wie beispielsweise Leitplanken, irrtümlich als Hindernisse wahrgenommen werden, und dass Vorrichtungen zum Wahrnehmen von Gegenständen, die eine sehr hohe Genauigkeit erfordern, beispielsweise Vorrichtungen, die Entscheidungen bezüglich der Möglichkeit von Zusammenstössen und bezüglich der Möglichkeit von Überholvorgängen mit diesen Vorrichtungen nicht verwirklicht werden können.

Die bekannten Vorrichtungen, die Funkradareinrichtungen verwenden, haben darüberhinaus den Nachteil, dass sie in Kurven der Strasse fehlerhaft arbeiten können, wohingegen bekannte Vorrichtungen . mit einem Spiegel als Ablenkeinrichtung eines Laserstrahles keine genaue Steuerung des Ablenkwinkels zum Abtasten des Laserstrahles gewährleisten.

Die bekannten Vorrichtungen können darüberhinaus derartige Entscheidungen nicht schnell und genau treffen.

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Ziel der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen für Fahrzeuge, bei der eine Laserradareinrichtung derart verwandt wird, dass der Raum oder der Weg vor dem Fahrzeug, der vom Fahrzeug befahren werden" soll, mit einer sehr hohen Geschwindigkeit in einem zweidimensionalen Muster über impulsmoduliertes Laserlicht abgetastet wird, so dass die verschiedenen Informationen, beispielsweise bezüglich der Positionen jedes Objektes- relativ zum Fahrzeug, bezüglich der Abstände zwischen jedem Objekt und dem Fahrzeug, bezüglich der Höhe der relevanten Objekte über der Strasse usw. schnell und genau über das von jedem Objekt reflektierte Laserlicht aufgenommen werden können, wodurch Entscheidungen bezüglich der Möglichkeiten von Zusammenstössen, der Möglichkeiten in Richtung der Breite des Fahrzeuges durchfahren zu können und bezüglich der Möglichkeit, in Richtung der Höhe des Fahrzeuges durchfahren zu können, ermöglicht werden und die Gefahr von Unfällen durch Zusammenstösse, Kontakte usw. des Fahrzeuges stark herabgesetzt werden kann, die ihren Ursprung in Betriebsfehlern und/oder Fehleinschätzungen des Fahrers selbst haben.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen geliefert werden, bei der ein Laserstrahl, der wesentlich schärfer als ein Funkstrahl einer bekannten Funkradareinrichtung gebündelt ist, dazu verwandt wird,den Raum vor dem Fahrzeug mit einer sehr hohen Dichte abzutasten, um eine Messung mit einer wesentlich höheren Genauigkeit zu ermöglichen, als es durch eine Funkradareinrichtung möglich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen, bei der sowohl die Grosse als auch die Richtung eines Objektes wahrgenommen werden können, so dass eine Fehlfunktion der Radareinrichtung in Strassenkurven, in denen bekannte Funkradareinrichtungen leicht fehlerhaft arbeiten, ausgeschlossen werden können.

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Durch die Erfindung soll weiterhin eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen geliefert werden, bei der der Laserstrahl mittels ültraschallablenkeinrichtungen abgelenkt wird, so dass er "mit hoher Genauigkeit in seinem Ablenkwinkel gesteuert werden kann und somit die Richtung des Reflexionspunktes am Objekt mit hoher Genauigkeit bezogen auf das Fahrzeug gemessen werden kann.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen geliefert werden, bei der am Empfängerteil der Laserradareinrichtung eine Nahechodämpfung erfolgt, so dass der Pegel eines elektrischen Signals, das über eine fotoelektrische Umwandlung des reflektierten Lichtes vom Objekt abgeleitet wird, nur durch den Reflexionsfaktor vom Objekt unabhängig vom Abstand vom Fahrzeug zum Objekt bestimmt ist, wodurch Nebenreflexionen von der Strasse usw. ausgeschlossen und Betriebsfehler der Laserradareinrichtung verhindert werden können»

Ziel derErfindung ist schliesslich eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen, bei der die Information über die Richtung und den Abstand eines Reflexionspunktes eines Objektes, die durch das Laserlicht gemessen werden, mit Hilfe eines elektronischen Kleinrechners verarbeitet werden, so dass die Entscheidungen bezüglich der Möglichkeiten eines Zusammenstosses und/oder der Möglichkeit an den Objekten vorbeizufahren, mit einer hohen Genauigkeit und innerhalb einer sehr kurzen Zeit getroffen werden können.

Dazu wird durch die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen für Fahrzeuge geliefert, bei der Entscheidungen auf der Grundlage vorbestimmter Kriterien bezüglich eines oder mehrerer Objekte im Fahrtweg des Fahrzeuges getroffen werden, um zu bestimmen, ob jedes Objekt ein Hindernis bildet, und die eine Taktsteuereinrichtung zum Erzeugen zentraler Taktimpulse mit sehr hoher Frequenz, eine Impulstreibereinrichtung, die auf die Taktsteuerein-

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richtung anspricht und eine Reihe von Treiberimpulsen erzeugt, eine Lasereinrichtung, die auf die Impulstreibereinrichtung anspricht, um eine Reihe von Laserimpulsen auszugeben, eine Lichtablenkeinrichtung, die auf die Taktsteuereinrichtung und die Lasereinrichtung anspricht und der Reihe nach jeden Laserimpuls in einem zweidimensionalen Abtastmuster in Fahrtrichtung des Fahrzeuges ablenkt und gleichfalls ein Informationspaar der Ablenkung entsprechend der Richtung jedes abgelenkten Laserimpulses erzeugt, eine Wandlereinrichtung, die auf jeden von einem oder mehreren Objekten reflektierten rückkehrenden Laserimpuls anspricht, um fotoelektrisch den rückkehrenden Laserimpuls in ein elektrisches Impulssignal umzuwandeln, eine Abstandsinformationseinrichtung, die auf die Wandlereinrichtung anspricht und eine Information über den Abstand zu jedem Objekt erzeugt, und eine arithmetische logische Einrichtung aufweist, die auf das Ablenkungsinformationspaar und die entsprechende Entfernungsinformation anspricht und die Richtung und die Entfernung jedes Objektes bezüglich eines Punktes, an dem der Laserimpuls ausgesandt wurde, daraus ableitet und die weiterhin auf die abgeleitete Richtung und Entfernung und ein Signal anspricht, das die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, um wenigstens eine Entscheidung bezüglich der Möglichkeit eines Zusammenstosses des Fahrzeuges mit dem Objekt, bezüglich der Möglichkeit des Durchganges des Fahrzeuges in Richtung der Breite des Fahrzeuges und bezüglich der Möglichkeit des Durchganges des Fahrzeuges in Richtung der Höhe des Fahrzeuges trifft.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung liefert darüberhinaus die arithmetische logische Einheit eine Entscheidung, dass die Gefahr eines Zusammenstosses mit einem Objekt entstanden ISt₁, und erzeugt die logische Einheit ein Alarmsignal, wenn sich der Abstand R™ zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug der Haltestrecke R näherL·, die gleich der Summe der freien Laufstrecke R₁ und dem Bremsweg R₀ ist, die jeweils von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängen.

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Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung liefert die arithmetische logische Einrichtung eine Entscheidung, dass ein Durchgang des Fahrzeuges .zwischen wenigstens zwei Objekten in Richtung der Breite des Fahrzeuges nicht möglich ist,und erzeugt die logische Einrichtung ein Alarmsignal, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist:

^W+ifw = ^Rl * ^θχ1 ^{+ R}r ' ^exr' '■ wobei W die gesamte Breite des Fahrzeuges ist, <T ein vorge-

Ji

gebener Spielraum in Richtung der Breite bezeichnet, R, der Abstand zwischen dem Aussendepunkt des Laserimpulses auf der mittleren Achse des Fahrzeuges und dem äussersten rechten Ende eines Objektes auf der linken Seite zur mittleren Achse ist, von welchem rechten Ende ein rückkehrender Laserimpuls empfangen werden kann, θ , den Winkel zwischen der mittleren Achse und dem äussersten rechten Ende des Objektes auf der linken Seite und dem Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet, R der Abstand zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und dem äussersten linken Ende eines Objektes auf der rechten Seite zur mittleren Achse ist, von welchem linken Ende ein rückkehrender Laserimpuls empfangen werden kann.und Θ den Winkel zwischen der mittleren Achse und dem äussersten linken Ende des Objektes auf der rechten Seite zum Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung liefert andererseits die arithmetische logische Einheit eine Entscheidung, dass ein Durchgang zwischen Objekten in Richtung der Breite des Fahrzeuges nicht möglich 1St₇ und erzeugt die logische Einrichtung ein Alarmsignal, wenn eine der folgenden Beziehungen erfüllt ist:

und

d_rn < f + Δν

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wobei d, der mittlere kleinste Abstand zwischen einem in

Objekt auf der linken Seite und der mittleren Achse des Fahrzeuges ist, d der mittlere kleinste Abstand

zwischen einem Objekt auf der rechten Seite und der mittleren Achse ist, W die Gesamtbreite des Fahrzeuges ist und Δ ν die Hälfte eines vorbestimmten Spielraumes in Richtung der Breite bezeichnet.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung trifft die arithmetische logische Einrichtung weiterhin eine Entscheidung, dass ein Durchgang in Richtung der Höhe des Fahrzeuges nicht möglich XSt₇und erzeugt die logische Einrichtung ein Alarmsignal, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist:

^ht

wobei h. die Höhe zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und einer Ebene ist, in der das Dach des Fahrzeuges liegt, <f _h ein vorbestimmter Spielraum in Richtung der Höhe in vertikaler Richtung ist, R der Abstand zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und dem unteren Ende eines oberen Objektes, das über dem Fahrtweg des Fahrzeuges liegt, von welchem Ende ein rückkehrender Laserimpuls empfangen werden kann, und θ den Winkel zwischen der mittleren Achse und dem unteren Ende des oberen Objektes zum Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung trifft darüberhinaus die arithemtische logische Einrichtung gleichfalls eine Entscheidung, dass ein Durchgang in Richtung der Höhe des Fahrzeuges nicht möglich ist, und erzeugt die logische Einrichtung ein Alarmsignal, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist:

I \^R'^ey\

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wobei h eine Höhe ist, die gleich der Differenz zwischen der Höhe des Sendepunktes des Laserimpulses und der Bodenfreiheit des Fahrzeuges ist, (f ein vorbestimmter Spielraum in Richtung der Höhe zwischen dem Boden des Fahrzeuges und der Oberfläche der Strasse ist, R den Abstand zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und dem oberen Ende eines unteren Objektes im Fahrtweg bezeichnet, von welchem Ende ein rückkehrender Laserimpuls empfangen werden 'kann₇und θ einen Winkel zwischen der mittleren Achse und dem oberen Ende des unteren Objektes zum Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt in einem Zeitdiagramm einen Laserimpuls und seinen Rückkehrimpuls.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Art der Abtastung eines Laserstrahles.

Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht, wie Hindernisse

in Richtung der Breite eines Fahrzeuges bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wahrgenommen werden.

Fig. 4 zeigt in einer Seitenansicht, wie ein Hindernis in Richtung der Höhe des Fahrzeuges bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wahrgenommen wird.

Fig. 5 zeigt in einer Seitenansicht, wie ein Zusammenstoss des Fahrzeuges mit einem Gegenstand vor dem Fahrzeug bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verhindert wird.

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Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen.

Fig. 7 zeigt ein Zeitdiagramm für die relevanten Teile des in Fig. 6 dargestellten Blockschaltbildes.

Fig. 8 zeigt eine Teilschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines optischen Sende- und Empfangssystems für ein Ausführungsbexspiel der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 9 ' zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer zweidimensionalen Lichtablenkeinrichtung für einen Laserstrahl bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 10 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Beziehung zwischen dem Beugungswinkel eines Laserstrahles und den dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinaten.

Fig. 11 zeigt in einer Schnittansicht das Arbeitsprinzip einer akustooptischen Lichtablenkeinrichtung.

Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer akustooptischen Y-Ablenkeinrichtung.

Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer akustooptischen X-Ablenkeinrichtung.

Fig. 14 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Beziehungen zwischen den dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinaten und den Beugung swinkeli θ und

Ji

θ , die durch die im folgenden angegebenen Gleichungen 17 und 21 jeweils gegeben sind.

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Fig. 15 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Beziehung der dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinaten zu den Ablenkwinkeln.

Fig. 16 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Ablenktreiberschaltung für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 17 zeigen Zeitdiagramme für die relativen Teile des ^{Und 18} in Fig. 16 dargestellten Blockschaltbildes.

Fig. 19 zeigt ein Beispiel eines zweidimensionalen Abtastmusters des Laserstrahles bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 20 zeigt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild einer herkömmlichen Impulstreiberschaltung zur Impulsmodulation des Laserstrahles.

Fig. 21 zeigt ein Fig. 20 entsprechendes Zeitdiagramm.

Fig. 22 zeigt die Äquivalentschaltung einer hochfrequenten Impulstreiberschaltung für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 23 zeigt das Zeitdiagramm für die in Fig. 22 dargestellte Schaltung.

Fig. 24 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer hochfrequenten Impulstreiberschaltung für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 25 zeigt das Zeitdiagramm für die in Fig. 24 dargestellte Schaltung.

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Fig. 26 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen

einer Laserradareinrichtung und einem Zielobjekt.

Fig. 27 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Fotodetektors für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 28 zeigt das Zeitdiagramm für den in Fig. 27 dargestellten Fotodetektor.

Fig. 29 zeigt eine Kennlinie, die durch die im folgenden angegebene Gleichung 44 gegeben ist.

Fig. 30 zeigt in einer perspektivischen Ansicht, wie bei

einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Hindernisse durch den Laserstrahl wahrgenommen werden.

Fig. 31 zeigt eine Fig. 30 entsprechende Draufsicht.

Fig. 32 zeigt ein weiteres Beispiel einer Situation, in der verschiedene Objekte in einem zweidimensionalen Abtastmuster des Laserstrahles gemäss eines Ausführungsbeispiels der Erfindung vorhanden sind.

Fig. 33 zeigt das Flussdiagramm für den Entscheidungslogikteil des Durchganges in Breitenrichtung des Fahrzeuges bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 34 zeigt eine erläuternde Seitenansicht hinsichtlich der Entscheidung, ob ein Durchgang in Höhenrichtung des Fahrzeuges möglich ist gemäss eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

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Fig. 35 zeigt ein Beispiel des in einem Speicher mit direktem Zugriff gespeicherten Inhalts.

Fig. 36 zeigt in einem Blockschaltbild ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 37 zeigt in einer Draufsicht ein Beispiel der Art der Entscheidung bezüglich der Möglichkeit eines Zusammenstosses bei einem Au'sführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 38a zeigen Flussdiagramme für den Entscheidungslogikteil bezüglich der Möglichkeit eines Zusammenstosses für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ist eine Laserradareinrichtung am vorderen Teil eines Fahrzeuges angebracht, die einen Laserstrahl LB nach vorne aussendet, der beispielsweise einer Impulsmodulation derart unterworfen wird, dass der modulierte Impuls des Laserstrahls eine Impulsbreite in der Grössenordnung von 1 ns und eine Impulswiederholungsperiode in der Grössenordnung von 1 με hat, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Ein rückkehrender Laserimpuls RL, der von einem Zielobjekt reflektiert ist, wird dann in der in Fig. 1 dargestellten Weise aufgenommen und der Abstand R vom Fahrzeug zum Objekt wird auf der Basis der Gleichung R = (1/2)c-Z (c ist die Lichtgeschwindigkeit) aus der Laufzeit T berechnet, die für den rückkehrenden Impuls gemessen wird. In anderer Weise wird, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, der Laserstrahl LB in einem zweidimensionalen Muster mit hoher Abtastgeschwindigkeit abgelenkt, um einen Raum vor dem Fahrzeug abzutasten, wobei die Informationen θ_χ und θ bezüglich der Grosse und der Richtung eines Zielobjektes aus der Richtung eines Reflexionspunktes bezüglich des Fahrzeuges entnommen werden. In Fig. 2 sind eine Laserdiode LD (eine Lichtquelle), ein Ablenkpunkt P (Sendepunkt), ein Zielobjekt P₁ und ein darauf befindlicher Reflexionspunkt P₀ t ei - ^a

dargestellt. Eine Z-Achse, die durch die Laserdiode LD und

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den Ablenkpunkt P geht, fällt darüberhinaus mit der mittleren Achse des Fahrzeuges in dessen Vorlaufrichtung zusammen und der Abstand 1 zwischen der Lichtquelle LD und dem Ablenkpunkt P ist kleiner als oder gleich 10 cm und somit sehr klein bezüglich des Abstandes R bis zum Zielobjekt.

Die Entscheidung darüber, ob es möglich ist, dass das Fahrzeug zwischen Zielobjekten auf der Strassenoberfläche vor dem Fahrzeug hindurchgehen kann, die auch als Entscheidung bezüglich der Möglichkeit bezeichnet wird, in Breitenrichtung des Fahrzeuges hindurchzugehen, wird im folgenden anhand von Fig. 3 beschrieben.

Wenn in der in Fig. 3 dargestellten Weise eine Kante einer Reflexionsfläche S eines ersten Zielobjektes M₂., die der Z-Achse zugewandt ist, durch einen Punkt P wiedergegeben wird und eine Kante einer Reflexionsfläche S, eines zweiten Zielobjektes Mg, die der Z-Achse zugewandt ist, durch einen Punkt Q bezeichnet wird, ergibt sich der Abstand d vom Punkt P zur Z-Achse als

D_r = R_r-sine_xr

da θ Ä. 1 rad und ergibt sich der Abstand d, vom Punkt Q zur Z-Achse als

(2)

da θ -i^1 rad ist. Die Breite W des Fahrzeuges CA wird anschliessend mit dem kombinierten Abstand d = ^d _r ^+d^ verglichen und es wird entschieden, dass der Durchgang des Fahrzeuges unmöglich ist, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist:

(3)

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wobei ο _w der Spielraum in Richtung der Breite des Fahrzeuges ist, der beispielsweise in der Grössenordnung von 10 cm liegt. In Fig. 3 bezeichnet θ_ο den Äbtastbereich des Laserstrahles LB, der beispielsweise in der Grössenordnung von +^10° zur Z-Achse liegt.

Eine Entscheidung bezüglich der Möglichkeit, ob das Fahrzeug unter einem oder mehreren Objekten hindurchgehen kann, die über der Strassenoberfläche vorhanden sind, welche Entscheidung auch als eine Entscheidung bezüglich der Möglichkeit des Durchganges in Richtung der Höhe des Fahrzeuges bezeichnet wird, erfolgt darüberhinaus der in Fig. 4 dargestellten Weise, wobei die Winkelrichtung θ eines ZielObjektes M ,das oberhalb der Strassenoberfläche vorhanden ist^und der Abstand R zum Zielobjekt vom Fahrzeug CA aufgenommen werden und dann eine Bestimmung darüber, ob das Objekt Mc ein hochliegendes Hindernis für das Fahrzeug darstellt oder nicht, nach der folgenden Gleichung:

h_t +cT_h> H = R-θ (4)

erfolgt, wobei h. die Höhe von der Z-Achse bis zum Dach des Fahrzeuges und <5\ ein Höhenspielraum ist, der beispielsweise in der Grössenordnung von 30 cm liegt. Wenn somit die Gleichung 4 erfüllt ist, bildet das Objekt Mc ein Hindernis.

Eine Entscheidung bezüglich der Möglichkeit, ob das Fahrzeug mit Objekten vor dem Fahrzeug zusammenstossen wird, erfolgt darüberhinaus in der in Fig. 5 dargestellten Weise.

In Fig. 5 ist mit R die Haltestrecke bezeichnet, die das Fahrzeug CA bis zum Anhalten zurücklegt, nachdem der Fahrer ein Objekt M_ erkannt hat und mit dem Betätigen des Bremspedals begonnen hat. Wenn das Fahrzeug das Objekt innerhalb der Haltestrecke R erreicht, ist es unmöglich, einen Zusammenstoss mit diesem Objekt zu verhindern. In Fig. 5 ist mit P₃ ein Punkt bezeichnet, an dem das Objekt M_ß durch den Fahrer

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erkannt wird, bezeichnet P. einen Punkt, an dem der Fahrer mit der Betätigung des Bremspedales beginnt, und ist mit P-ein Punkt bezeichnet, an dem das Fahrzeug anhält. Die Strecke vom Punkt P- bis zum Punkt P₄ ist die freie Laufstrecke R- und die Strecke vom Punkt P. bis zum Punkt Ρ_ς ist der Bremsweg R₂.

Die Haltestrecke R ist daher gegeben.durch R =R₁+R₀.

Die freie Laufstrecke R₁ wird durch R₁=V "T, ausgedrückt, wobei

ι ι a ο

ν die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist und T, die Verzögerungszeit des Bremsvorganges durch den Fahrer bezeichnet, die in der Grössenordnung von 1 s liegt.

Der Bremsweg R₀ ist gegeben durch R_o=1/2<*."v , wobei c< die

A Ao.

Verzögerung des Fahrzeuges ist.

Es wird folglich R =1/2 et -v + ν 'Td erhalten.

s a a

Wenn schliesslich der Abstand R vom Fahrzeug CA zum Objekt M^ kleiner als oder gleich einem Warnabstand oder Sicherheitsabstand R_n ist, der gleich der Summe der Haltestrecke R und einem vorbestimmten Spielraum R ist, d.h. wenn die Bedingung

Rr ^ ^RQ = h ^Va ^{+ V}a*^Td ^{+ R}p '

erfüllt ist, so wird ein Alarmsignal erzeugt, um den Fahrer über die Möglichkeit eines Zusammenstosses zu informieren.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung bezüglich ihres Aufbaues und Ihrer Funktion der Reihe nach unter den folgenden Hauptpunkten beschrieben:

1) Grundaufbau und Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels der

erfindungsgemässen Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen für ein Fahrzeug.

2) Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahles bei einem Ausführung sbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung.

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3) Impulsmodulation des Laserlichtes und Aufnahme der reflektierten Lichtimpulse bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung.

4) Funktionen der Entscheidung, ob die Zielobjekte Hindernisse bilden.

1) Grundaufbau und Arbeitsweise eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen für ein Fahrzeug.

A) Aufbau und Funktion der Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen gemäss eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Der Grundaufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung ist in Fig. 6 dargestellt, während Fig. 7 das zugehörige Zeitdiagramm zeigt. Die Signalwellenformen 0 bis 9 in Fig. 7 entsprechend den Signalen, die an den verschiedenen Punkten 0 bis 9 in Fig. 6 jeweils auftreten.

a) Sendeteil 100

Ein Taktsignalgenerator 1 mit einer sehr hohen Wiederholungsfrequenz, der von einem Emitter gekoppelten Logikteil gebildet wird, erzeugt ein Taktsignal 0 mit einer sehr hohen Wiederholungsfrequenz, das eine Frequenz von 1 GHz (eine Periode von 1 ns) und ein Tastverhältnis von 50% hat und an einem durch zwei, teilenden Teiler 2 und einem logischen Verknüpfungsglied 17 liegt, die jeweils aus Emitter gekoppelten Logikteilen bestehen. Das Taktsignal 0 wird durch den Teiler 2 durch zwei geteilt, so dass sich ein Taktsignal 1 mit noch sehr hoher Wiederholungsfrequenz ergibt, das eine Frequenz von 500 MHz (eine Periode von 2 ns) und ein Tastverhältnis von 50 % hat. Das Taktsignal 1 liegt an einem 9-Bit-Binärzähler 4, der von einem Emittel gekoppelten Logikteil gebildet wird und ein Übertragssignal 2 bei jedem 512. Eingangstaktimpuls des Taktsignales 1 erzeugt. Das Übertragssignal 2 hat eine Periode von 1024 ns (1,024 \is) und eine Impulsbreite von 1 ns und liegt an einer Impulstreiberschaltung 5 mit hoher Wiederholungsfrequenz sowie an einem Sägezahnfunktionsgenerator 6 jeweils. Die hochfrequente Impulstreiberschaltung 5, die

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später im einzelnen beschrieben wird, erzeugt ein Treibersignal, das zur Impulsmodulation einer Laserdiode 7 mit hoher Wiederholungsfrequenz dient und der Laserdiode 7 eines optischen Sendesystems 103 zugeführt wird, das in Fig. 6 in einem Block aus unterbrochenen Linien dargestellt ist.Das Treibersignal bewirkt, dass ein Strom, der durch die Laserdiode 7 fliesst, eine Impulsform annimmt, so dass die Laserdiode 7 einen Laserimpuls 3 erzeugt, der. dadurch geliefert wird, dass Laserlicht mit einer Wellenlänge von A. = 0,85 μπι (8 500 Ä) zu einer Impulsform mit einer Impulsbreite von 1 ns und einer Periode von 1,024 μβ moduliert wird.

Das Übertragssignal 2 liegt auch an einer Ablenktreiberschaltung 8, von der Ablenktreibersignale e und e einer Y-Ablenkeinrichtung 9 und einer X-Ablenkeinrichtung 10 jeweils zugeführt werden, so dass der Laserimpuls 3 mit hoher Frequenz in einem zweidimensionalen Muster abgelenkt wird, damit der Laserstrahl LB eine zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges senkrecht verlaufende Ebene abtasten kann. Einzelheiten der Ablenkeinrichtungen und der Ablenktreiberschaltung werden später beschrieben. Es versteht sich, dass von der Ablenktreiberschaltung 8 an einem Mikrocomputer oder Kleinrechner 11 die Informationen der Y-Achsenablenkung M und der X-Achsenablenkung N in Form von parallelen 8-Bit-Binärcodierungen liegen, die die Ablenkwinkel θ und θ des Laserstrahles LB wiedergeben, wie es später beschrieben wird, die den Ablenktreibersignalen e und e_x von der Ablenktreiberschaltung 8 jeweils entsprechen.

b) Empfangsteil 101

In einem optischen Empfangssystem 104 wird ein vom Zielobjekt reflektierter rückkehrender Laserimpuls 4 von einem Fotodetektor 13 über ein Interferenzfilter 12 aufgenommen, das dazu dient, das Hintergrundlicht mit einem Bandpass von 8 500 A+_1 OÜ auszu-

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schalten. Der Fotodetektor 13 umfasst eine Reihenschaltung aus einer Lawinen-Laufzeit-Fotodiode APD hoher Empfindlichkeit und schnellem Ansprechvermögen und aus einem Regelvorverstärker mit zwei Stufen, der später anhand der Fig. 8 und 27 im einzelnen beschrieben wird. Der empfangene rückkehrende Laserimpuls wird fotoelektrisch in ein elektrisches Impulssignal,d.h. sozusagen in ein Videoimpulssignal 6 sehr niedriger Energie umgewandelt und dem Vorverstärker zugeführt.

Nach einer Verstärkung des Videoimpulssignals wird ein Nahechodämpfungssignal 5 durch den Sägezahnfunktxonsgenerator 6 erzeugt und an die vorhergehende Stufe des Vorverstärkers derart gelegt, dass der Leistungsverstärkungsfaktor P der Stufe proportional zu t^a für 33 ns < t <333 ns verändert wird,wobei t die Zeit ist, die vom Zeitpunkt T vergangen ist, an dem der Laserimpuls ausgesandt wurde. Das hat zur Folge, dass eine Dämpfung in der Intensität des rückkehrenden Impulses vom Zielobjekt als Funktion der Laufstrecke R des Laserimpulses,

die proportional R ist, kompensiert wird. Das hochfrequente Videoimpulssignal 6 mit konstanter Intensität unabhängig von der Laufstrecke R kann daher immer von Objekten aus demselben Material erhalten werden.

Das hochfrequente Videoimpulssignal 6 vom Ausgang des Fotodetektors 13 liegt an einem Breitbandverstärker 14 mit einem Verstärkungsfaktor von 3 dB und einer Bandbreite von 1 MHz bis 1000 MHz, wo das Videoimpulssignal auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 14 liegt an einem Hochfrequenzkomparator 15, um es in ein Impulssignal 7 umzuformen, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert des !Comparators durch das Ausgangssignal überschritten wird.

c) Informationsverarbeitungsteil 102

Wenn eine Flip-Flop-Schaltung 16, die aus einem Emitter gekoppelten Logikteil besteht, durch das Übertragssignal 2 gesetzt und anschliessend durch das Impulssignal 7 rückgesetzt wird, wird die

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Laufzeit des Laserimpulses zwischen dem Fahrzeug und dem Zielobjekt "C , d.h. die Zeit, die für den Vor- und Rücklauf notwendig ist, nämlich X (ns) = , wobei c die Lichtgeschwindigkeit und R der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Zielobjekt ist, aufgenommen, so dass ein Impulssignal 8 mit einer Impulsbreite X gebildet wird. Das Impulssignal 8 liegt an einer logischen Verknüpfungsschaltung (einem UND-Glied) 17, das von einem Emitter gekoppelter Logikteil gebildet wird, um den Durchgang des Taktsignales mit sehr hoher Wiederholungsfrequenz 1 durch die^ logische Verknüpfungsschaltung 17 zu steuern, so dass ein Signal 9 aus einer Impulskette, bestehend aus aufeinanderfolgenden Taktimpulsen T des Taktsignales mit einer Frequenz von 1 GHz erhalten wird. Das Impulskettensignal 9 liegt an einem 1O-Bit-Binärzähler 18 aus einem Emitter gekoppelten Logikteil·, um die Anzahl der Taktimpulse im Signal· 9 bei jeder Periode von 1,024 iis zu zähien. Eine Abstandsinformation R^ in Form einer parallelen 10-Bit-Binärcodierung, die dem Abstand R vom Fahrzeug zum Zielobjekt entspricht, kann aus einem derartigen Zählerstand des Binärzähiers 18 erhaben werden. Die Abstandsinformation R, liegt zusammen mit der Ablenkinformation M und N am Mikrocomputer 11, der über seine arithmetischen logischen Arbeitsvorgänge entscheidet, ob das wahrgenommene Objekt ein Hindernis wird^und der ein Entscheidungsausgangssignal auf der Leitung 105 liefert, das an einer nicht dargestellten Anzeigeeinrichtung angezeigt werden kann.

B) Aufbau und Funktion des optischen Sende- und Empfangssystems

Ein Beispiel für ein optisches Sende- und Empfangssystem für Laserimpuise ist in Fig. 8 dargesteilt.

Ein oberer Teil eines lichtabgeschirmten Behälters 34a ist dem optischen Sendesystem 106 zugeordnet, während ein unterer Teil des Behälters dem optischen Empfangssystem 107 zugewiesen ist.Ein Laserdiodenplättchen 21 ist an einem Kühikörper 20

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3 O016 21

eordnet, da

angebracht und eine konvexe Linse 22 ist so angeordnet, dass ihr Brennpunkt F in der Spaltebene des Plättchens 21 liegt. Das impulsförmige Laserlicht, das vom Brennpunkt F als Lichtquelle austritt, wird zu einem parallelen Lichtstrahl durch die Linse 22 gesammelt, so dass sich ein impulsförmiger Laserstrahl 23 ergibt. Dieser Laserstrahl wird durch eine Y-Ablenkeinrichtung 24 in Richtung der Y-Achse nach Massgabe des Treibersignals e und anschliessend durch eine X-Ablenkeinrichtung 25 in Richtung der X-Achse nach Massgabe des Treibersignals e abgelenkt. Der Laserstrahl wird somit in einem zweidimensionalen Muster abgelenkt, um die X-Y-Ebene abzutasten, wobei Verfahren zum Ablenken des Laserstrahles später im einzelnen beschrieben werden.

Der abgelenkte Laserstrahl 23 wird über ein transparentes Filter 26 zum Zwecke der Staubdichtigkeit auf den Raum vor dem Fahrzeug geworfen. Das von einem Zielobjekt reflektierte impulsförmige Laserlicht 27, das im folgenden als reflektiertes Licht bezeichnet wird, wird andererseits über ein ähnliches transparentes Filter 28 zur Staubdichtigkeit aufgefangen. In der Praxis diffundiert das reflektierte Licht jedoch über einen breiten Bereich und ist nur ein Teildes reflektierten Lichtes, der tatsächlich aufgefangen wird, in Fig. 8 dargestellt. Das über das Filter 28 empfangene Licht, das im folgenden als Empfangslicht bezeichnet wird, wird durch eine konvexe Linse 29 in der Nähe ihres Brennpunktes F„ über ein Interferenzfilter 3 0 mit einer schmalen Bandbreite fokussiert, das ein unerwünschtes Hintergrundlicht, beispielsweise das Sonnenlicht ausschaltet (Bandpass von 20 A). Eine Lawinen-Laufzeit-Fotodiode 32, die im vorderen Teil eines Fotodetektor 31 eingebaut ist, ist so angeordnet, dass ihre Lichtempfangsfläche mit dem Brennpunkt F_R zusammenfällt. Das impulsförmige Empfangslicht wird durch die Diode 32 fotoelektrisch in ein Videoimpülssignal hoher E'requenz und sehr niedrigem Pegel umgewandelt, das durch den RegelVorverstärker 33 unter der Wirkung der Nahechodämpfung verstärkt wird, wie es später beschrieben

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3001fi21

wird, so dass ein hochfrequentes Videoimpulssignal 34 mit einem vorbestimmten konstanten Pegel vom kleinen Koaxialstecker OSM-J abgeleitet werden kann.

2) Verfahren zum Ablenken des Laserstrahles bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung

A) Akustooptische Lichtablenkeinrichtung,

a) Bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer zweidimensionalen Ablenkeinrichtung

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweidimensionalen Ablenkeinrichtung für einen Laserstrahl bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ein abzulenkender . Laserstrahl 40 von der Laserdiode, der im folgenden als Lichtstrahl bezeichnet wird, verläuft bezüglich einer Y-Ablenkeinrichtung 108 und einer X-Ablenkeinrichtung 109 in der in Fig. 9 dargestellten Weise. Die Y-Ablenkeinrichtung 108 ist parallel zu einer x-y-Ebene angeordnet unddie X-Ablenkeinrichtung 109 ist in Fortpflanzungsrichtung hinter der Ablenkeinrichtung 108 unter einem Winkel θ .. zur x-y-Ebene angeordnet. Der Lichtstrahl 40 trifft zuerst auf das Ablenkmedium 41 der Y-Ablenkeinrichtung 108 unter einem Winkel θ_β2 ^zur Z-Achse in der y-z-Ebene, was in Fig. 9 durch eine gestrichelte Linie h_Q//z-Achse dargestellt ist, wobei der Winkel θ_~ gleich einem Winkel zwischen der Linie h_Q und der strichpunktierten Mittellinie g des Lichtstrahles ist.An einem Wandler 42 der Y-Ablenkeinrichtung 108 liegt ein Signal e mit einer hohen Frequenz f , um eine Ultraschallwelle mit hoher Frequenz f zu erzeugen, die sich auf ein Absorptionselement 43 für die Ultraschallwelle im Ablenkmedium 41 fortpflanzt. Durch die Wirkung der Ultraschallwelle, die später im einzelnen beschrieben wird, wird der Lichtstrahl 40 unter einem Winkel θ zur z-Achse in der y-z-Ebene gebeugt, wobei θ_γ gleich einem Winkel zwischen der Linie hg und der strichpunktierten Mittellinie i des abgelenkten Lichtstrahles ist.

030030/0837 "BAD ORIGiNA!

Der Lichtstrahl 4 0 fällt folglich auf ein Ablenkmedium 4 4 der X-Ablenkeinrichtung 109 unter einem Winkel ©_ßl zur z-Achse in der x-z-Ebene.

An der X-Ablenkeinrichtung 109 wird eine Ultraschallwelle mit hoher Frequenz f mittels eines Wandler 45 erzeugt, die sich auf ein Absorptionselement 46 für die Ultraschallwelle im Ablenkmedium 44 fortpflanzt. Durch die Wirkung der Ultraschallwelle wird der Lichtstrahl 4 0 wiederum unter einem Winkel θ zur z-Achse in der x-z-Ebene gebeugt, wobei θ gleich einem Winkel zwischen der Mittellinie i des Lichtstrahles 40 vor dem Auftreffen auf die X-Ablenkeinrichtung und der strichpunktierten Mittellinie j des Lichtstrahles 4 nach der Ablenkung an der X-Ablenkeinrichtung ist. Dem Lichtstrahl 40werden daher Beugungswinkel θ und θ_ν zur z-Achse gegeben, so dass er in einem zweidimensionalen Muster durch eine Änderung der Frequenzen f und f der hochfrequenten Signale e und e abgelenkt werden kann, was später im einzelnen beschrieben wird. Die Beziehung zwischen den Beugungswinkeln θ und θ_ν und den dreidimensionalen rechtwinkligen

X, X

Koordinaten x, y und ζ sind in Fig. 10 dargestellt, wobei in Fig. 10 mit 0 die Lichtquelle des Lichtstrahles 40, mit P der Reflexionspunkt am Zielobjekt, mit x'-y' eine Ebene, die durch den Punkt P geht und parallel zur x-y-Ebene verläuft, mit c ein Punkt auf der y¹-Achse entsprechend einer Linie senkrecht zur y'-Achse vom Punkt P und mit b ein Punkt auf der χ'-Achse entsprechend einer Linie senkrecht zur χ'-Achse vom Punkt P bezeichnet sind. Unter diesen Umständen gelten die folgenden Beziehungen:

Jf. POc = θ_χ (5)

£POb = θ (6)

b) Charakteristik der Ultraschallablenkeinrichtung

Fig. Tl zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Ultraschallablenkeinrichtung. Wenn ein hochfrequentes

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3AD ORIGINAL

Signal e mit einer hoher Frequenz f am Ablenkmedium 50 über einen Wandler 51 liegt, wie es in Fig. 11 dargestellt+ ist, wird eine Ultraschallwelle 52 erzeugt, die sich im Ablenkmedium 50 auf ein Element 53 zum Absorbieren der Ultraschallwelle fortpflanzt.

Bei der Fortpflanzung der Ultraschallwelle 52 durch das Ablenkmedium 50 treten Änderungen in dessen Brechungsindex mit einer Periode der Wellenlänge ?i der Ultraschallwelle aufgrund fotoelastischer Effekte auf. Wenn ein Lichtstrahl 54 mit einer Wellenlänge Λ _Q auf eine Wellenfront dieser Ultraschallwelle unter einem Winkel Θ. auftrifft, erfüllt die Wellenfront die Bedingungen der Bragg Reflexion, wie sie durch die folgenden Gleichungen 7) oder 8) und 9) gegeben sind und wird der Lichtstrahl unter einem Winkel Θ, zur

Wellenfront der Ultraschallwelle 52 gebeugt. Wenn 8._Q der Einfallswinkel des Lichtstrahles ist und Ö^q der Beugungswinkel des Lichtstrahles bezeichnet, können die Bedingungen für die Beugung in der folgenden Weise ausgedrückt werden:

i) Wenn das Ablenkmedium optisch isotrop ist, was als gewöhnliche Bragg Reflexion bezeichnet wird, ist:

¹ ^(f> !

Λ η : Wellenlänge des Lichtes

η : Brechungsindex des Ablenkmediums ν : Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Welle

im Ablenkmedium
f_Q : Frequenz der Ultraschallwelle.

ii) Wenn das Ablenkmedium ein optisch anisotroper Kristall ist, was als aussergewöhnliche Bragg Reflexion bezeichnet ist, wobei f =f₁ der beste Beugungspunkt ist, so ist

030030/0837

(8)

V*⁰ (9)

wobei

λ^·<^η _ο~^η|> (10)

wobei

/l_Q : Wellenlänge des Lichtes

n_Q : Brechungsindex eines gewöhnlichen Lichtstrahles

f : Frequenz der Ultraschallwelle

ν : Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Welle

im Ablenkmedium

η : Brechungsindex eines aussergewöhnlichen Lichtstrahles

Wenn die Frequenz f des hochfrequenten Signals e dazu gebracht wird, sich um einen Betrag ^ f (Δ-f ^- f_o) in der Nähe der Frequenz f_ oder f₁ der Ultraschallwelle zu ändern, die die Bragg'sehen Reflexionsbedingungen gemäss Gleichung 7) bis 9) erfüllt, kann nur der Beugungswinkel θ^ um einen Betrag ΔΘ, geändert werden, während der Einfallswinkel des Lichtstrahles auf das Ablenkmedium festbleibt, so dass eine Ablenkung des Lichtstrahles erzielt werden kann. Der veränderliche Anteil des Ablenkwinkels Δ θ^ im Bereich von|A6_d| ^ 7T/18 = 10° kann in der folgenden Weise ausgedrückt werden:

030030/0837

i) Bei einem optisch isotropen Medium:

- ^fo>

Lx) Bei einem optisch anisotropen Medium: \_n-f, f f.

Durch ein Einsetzen in die Gleichung 12) ergibt sich die folgende Beziehung:

^fs = ^f 1 ^{+ Af} _s CAf_s « f ) _(12a)

und eine Vereinfachung desErgebnisses führt zu:

Aus den Gleichungen 11) und 13) ist ersichtlich, dass der veränderliche Anteil des Ablenkwinkels Δ θ, durch Gleichungen gegeben ist, die für beide Fälle des optisch isotropen und des optisch anisotropen Medium ähnlich sind.

Wenn daher der Lichtstrahl unter Bragg'sehen Reflexionsbedingungen abgelenkt wird, ergibt sich der Beugungswinkel e_d im Bereich von -10°^ΔΘ^ 10° als: für ein optisch isotropes Medium

⁶d ^{= 9}d0 ^{+ AÖ}d ^{S 6}B ⁺ n4" ^(fs -

030030/083 7

oder für ein optisch anisotropes Medium:

(is:

θ , = θ _Jrt + ΔΘ, =

c) Charakteristik einer zweidimensionalen Ablenkeinrichtung

Im folgenden wird die Charakteristik einer zweidimensionalen Ablenkeinrichtung betrachtet, die im vorhergehenden Abschnitt a) beschrieben wurde. Es bestehen keine wesentlichen Unterschiede in der Charakteristik zwischen einer Ablenkeinrichtung, die ein optisch isotropes Medium verwendet_/und einer Ablenkeinrichtung, die ein optisch anisotropes Medium verwendet,
so dass im typischen Fall im folgenden auf eine Ultraschallablenkeinrichtung Bezug genommen wird, die ein optisch isotropes Medium verwendet.

i) Charakteristik einer Y-Ablenkeinrichtung

In Fig. 12 ist mit h_Q wiederum eine gestrichelte Linie bezeichnet, die parallel zu einer Wellenfront 64 der Ultraschallwelle verläuft, bezeichnet g eine strichpunktierte Mittellinie des einfallenden Strahles 60 und ist mit i eine strichpunktierte Mittellinie des gebeugten Strahles 61 bezeichnet, wobei die Linien g und i parallel zur y-z-Ebene liegen. Fig. zeigt darüberhinaus den Winkel ©„- zwischen der Linie g und der Linie h₀ und den Winkel θ_γ zwischen der Linie i und
der Linie h_Q jeweils.

Wenn in Gleichung 7 f_fi durch F ersetzt wird, die in der
später dargestellten Weise eine Mittenfrequenz ist, wird die folgende Gleichung erhalten:

(16)

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BAD

Wenn θ_β2 so gewählt wird, wie es durch die Gleichung 14) bestimmt ist, so dass die Bedingungen der Bragg Reflexion erfüllt sind, wird aus Gleichung 14) die folgende Beziehung erhalten:

Wenn der Ablenkwinkel θ ist, kann die folgende Gleichung erhalten werden:

⁶Y = ^ΘΒ2

(I₇)

r^(fy
s ^J

In Fig. 12 ist mit 62 eine Signalquelle für ein hochfrequentes Signal e bezeichnet, bezeichnet 63 einen Wandler, bezeichnet 64a ein Ablenkmedium und bezeichnet 65 ein Absorptxonselement für eine Ultraschallwelle jeweils.

ii) Charakteristik einer X-Ablenkeinrichtung

In Fig. 13 ist eine Ultraschallablenkeinrichtung dargestellt, die einen Wandler 73, ein Ablenkmedium 74a, ein Absorptionsmedium 75 für eine Ultraschallwelle usw. umfasst und unter einem Winkel 0_R1 zur x-y-Ebene angeordnet ist. Eine strichpunktierte Linie k gibt eine Linie parallel zu einer Wellenfront 74 der Ultraschallwelle wieder. Da die Mittellinie i . eines einfallenden Lichtstrahles 70 parallel zur y-z-Ebene liegt, sind Δ ABC undACDE ähnliche Figuren, da K ABC=9O⁰ = .^LCDE, so dass für Θ. die Beziehung Θ. = θ_β1 gültig ist und die folgende Gleichung erhalten werden kann:

^θχ = ⁶d ^{+ Θ}Β1

Wenn daher in Gleichung 7) f_Q durch F ersetzt wird, die gleichfalls eine Mittenfrequenz ist, wie es später beschrieben

030030/0837

BAD ORIGINAL

wird, kann die folgende Gleichung abgeleitet werden:

Wenn θ ^ so gewählt wird, wie es durch die Gleichung 19) gegeben ist, so dass die Bragg'sehen Reflexionsbedingungen erfüllt sind, kann der Beugungswinkel'. θ ■, aus Gleichung 14) erhalten werden:

^ ⁹Bl ⁺ n^r <^fx - ^Fx>

Wenn der Ablenkwinkel θ ist, so kann aus den Gleichungen 18) und 20) die folgende Gleichung abgeleitet werden:

⁶X ^{S 26}Bl ^{+ θ}χ '^!

^{X Bi X}

(21)

- ^Fx>

d) Beziehung zwischen den dreidimensionalen Koordinaten und den Ablenkwinkeln θ und θ .

χ y

Die Beziehungen zwischen den dreidimensionalen Koordinaten x, y und ζ und den Beugungswinkeln θ und θ , die durch die Gleichungen 17) und 21) jeweils gegeben sind, sind schematisch in Fig. 14 dargestellt, in der ein Punkt d auf einer Linie Pb so gewählt ist, dass <£■ d0b=e_ß2 gilt, und in der ein Punkt e auf einer Linie Pc so gewählt ist, dass Jf. cOe=2e_ß^ gilt. In Fig. 14 ist mit Q ein Reflexionspunkt des Lichtstrahles 81 auf einem Zielobjekt für θ und θ =0 dargestellt und ist als Richtung, in der sich der Lichtstrahl 81 auf den Reflexionspunkt Q fortpflanzt, die Z-Achse gewählt, mit der die Mittelachse des Fahrzeuges zusammenfällt. Die Beziehungen zwischen den dreidimensionalen Koordinaten X, Y und Z für die Z-Achse und den dreidimensionalen Koordinaten x, y und ζ werden im folgenden beschrieben.

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Die X-Achse schliesst einen Winkel 2θ * zur x-Achse in

:hse in

der x-z-Ebene ein und die Y-Achse weist einen Winkel von θ~ zur y-Achse in der y-z-Ebene auf. Zusätzlich liegt die Z-Achse unter einem Winkel von θ=2θ. und θ =θ - zur

* Bi x B^

z-Achse, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Aus Fig. 14 ist ersichtlich, dass die Beziehung K. QOd=B gültig ist und 4- QOd in der X-Z-Ebene liegt und dass auch die Beziehung 4 eOQ=e gültig ist und X eOQ in der Y-Z-Ebene liegt, so dass die Beziehungen zwischen den Ablenkwinkeln θ und θ

χ y

und den dreidimensionalen Koordinaten X, Y, Z so dargestellt werden können, wie es in Fig. 15 der Fall ist, in der mit 0 eine Lichtquelle, d.h. ein Punkt bezeichnet ist, von dem ein Lichtstrahl austritt, mit P ein Reflexionspunkt für den Lichtstrahl auf dem Zielobjekt bezeichnet ist, eine Linie OP den Lichtstrahl wiedergibt und die Z-Achse mit der Mittelachse des Fahrzeuges zusammenfällt. Die X-Z-Ebene liegt somit parallel zur Strassenoberflache. In Fig. 15 ist eine Ebene, diedurch den Punkt P geht und parallel zur X-Y-Ebene liegt, als Ebene X'-Y' bezeichnet, ist ein Schnittpunkt der Y¹-Achse mit einer Linie senkrecht dazu vom Punkt P mit b' bezeichnet und ist ein Schnittpunkt der X'-Achse mit einer dazu vertikalen Linie vom Punkt P mit a¹ bezeichnet, wobei die Beziehungen <£a'0Q=9 und^b'OQ=© gültig sind. Wenn der Abstand zwischen den Punkten 0 und P mit R bezeichnet wird und die Beziehungen Pb'=d und Pa'=hp eingeführt werden, gilt ÖS⁷" = Oa¹ = R , da d und h <£< R sind, so dass die folgenden Gleichungen erhalten werden können:

d s R-sinG S R-0 (for -j^<6 <yö) (22)

X X iO Λ XO j

h S R-sinö S R-0 (for -35*6 <§5) (23)

B) Ablenktreiber- und Durchlaufcharakteristik des Lichtstrahles

a) Ablenktreiberschaltung

Fig. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Ablenktreiberschaltung, während Fig. 17 und 18 die Zeitdiagramme der Signale

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'bad original

1 με und einer Periode T ., = 40 με an den jeweiligen Aus-

- .51 -

an den verschiedenen Teilen der in Fig. 16 dargestellten Schaltung zeigen. Die Signalwellenformen 11 bis 16 in Fig. 17 und 18 geben die Signale wieder, die an den verschiedenen Teilen der Schaltung von Fig. 16 auftreten, die mit einer entsprechenden von einem Kreis umgebenden Nummer in Fig. bezeichnet sind.

Wie es in Fig. 16 dargestellt ist, liegt ein Übertragssignal 2 mit einer Periode T ₁ = 1 \is vom Ausgang eines 9-Bit-Binärzählers 4, der in Fig. 6 dargestellt ist, zuerst an einem durch 2000 teilenden Frequenzteiler"110 und einem durch 40 teilenden Frequenzteiler 111, so dass ein Taktsignal 11 mit einer Impulsbreite von 1 με und einer Periode T „ = 2,0 ms und ein weitere8 Taktsignal 12 mit einer Impulsbreite von

I με und einer Periode
gangen geliefert werden.

i) Zur Y-Ablenkeinrichtung gehörige Signalverarbeitung

Das Taktsignal 11 liegt an einem Sägezahngenerator 112, der eine Sägezahnwelle 13 mit einem Spitzenwert E und einer Periode von 2,0 ms erzeugt. Wenn das Taktsignal 12 und das Taktsignal

I1 als Eingangssignal und als Rücksetzsignal jeweils an einem 8-Bit-Binärzähler 113 liegen, erzeugt der Zähler 113 eine parallele 8-Bit-Binärcodierung M, die mit der Sägezahnwelle 13 synchroni8iert ist und deren Inhalt bei jedem Intervall von 40 \is auf Änderungen in der Spannung der Sägezahnwelle 13 ansprechend zunimmt. Anhand der Fig. 6, 16, 17 und ist ersichtlich, dass während dieses Intervalls von 40 με die Entfernungsme88ung durch den Laserimpuls 3 mit einer Periode von etwa 1 με 4 0mal erfolgt und dass alle daraus resultierenden Daten durch den Mikrocomputer verarbeitet werden, um einen Mittelwert aller Entfernungsdaten abzuleiten, wodurch die Zuverlässigkeit der aufgenommenen Daten in einem grossen Ausmass erhöht wird.

Zwischen der Binärcodierung M und dem Spannungspegel C der Sägezahnwelle 13 bestehen somit Beziehungen, wie sie in der folgenden Tabelle 1 angegeben sind:

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Tabelle 1

^cy	M	Werte von M im Dezimal system	m m
	00000000	0	49
K 2E 50 ^ ^Cy < 50^	00000001	1
2E_y 3E 5Ö* ^ ^Cy < 5/	00000010	2
• • •	• • • ■" •
49E 5OE 50 = ^Cy ^< 50	00110001

Die Sägezahnwelle 13 liegt an einem spannungsgesteuerten Oszillator 114 (VCO), der von einem Colpitt-Hochfrequenzoszillator gebildet ist, in dem eine Kapazitätsvariationsdiode liegt. Der VCO 114 erzeugt dann ein frequenzmoduliertes Signal 14, dessen Frequenz f sich in Form einer Sägezahnwelle mit einer Mittenfrequenz F und einer maximalen Frequenz verschiebung vonAf ändert. Das frequenzmodulierte Signal 14 wird durch einen Breitbandleistungsverstärker 115 auf einen Leistungspegel verstärkt, der zum Antrieben der Y-Ablenkeinrichtung notwendig ist, so dass der Leistungsverstärker 115 ein hohes Ausgangssignal e mit einer hohen Frequenz (Frequenz f ) liefert. Aus Gleichung 17) ist der Ablenkwinkel θ der Y-Ablenkeinrichtung gegeben durch:

^(fy Γ V

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3ÜÜ 1621

wobei die maximale Frequenzverschiebung Δf derart festgelegt ist, dass der maximale Ablenkwinkel ττ/36 = 5° bei einer Frequenz f =F +Af erhalten wird, d.h. die folgende Beziehung gültig ist:

= S^T- Af_y (24)

Die Beziehung zwischen dem Ablenkwinkel θ und dem Spannungspegel C der Sägezahnwelle 13 kann dann ausgedrückt werden als

* <² * Ζ" ^X) ⁽²⁵⁾

Aus der Tabelle 1 kann die Beziehung zwischen den Werten C und M in dezimaler Bezeichnung annähernd geschrieben werden als:

■n « ν .ü- - (26)

Aus den Gleichungen 25) und 26) lässt sich die folgende Gleichung ableiten:

⁵5 ⁽I5 - ²> ⁼ 9M ^(M - ²⁵⁾ <²

wobei CKMi49 ist. Die parallele 8-Bit-Binärinformation M dient daher als codierte Information, die den Ablenkwinkel θ der Y-Ablenkeinrichtung wiedergibt, so dass die codierte Information M als Ablenkinformation der Y-Achse bezeichnet wird.

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ii) Signalverarbeitung bezüglich der X-Ablenkeinrichtung

Das Taktsignal 11 liegt an einem 8-Bit-Binärzähler 116 als Eingangssignal, der so arbeitet, dass er eine parallele 8-Bit-Binärcodierung N erzeugt, deren Inhalt bei jedem 201. Taktsimpuls des Taktsignals 11, d.h. mit einer Periode von T . = 402 ms fortgeschrieben wird. Die Codierung N wird in der folgenden Weise fortgeschrieben. Die Ausgangscodierung N des Zählers 116 wird immer einem 8-Bit-Komparator 117 als Eingangssignal A zugeführt, um dieses Eingangssignal A mit einem Eingangssignal B (11001001) zu vergleichen. Die Ausgangscodierung N des Zählers 116 wird entsprechend der Anzahl der Impulse des Taktsignals, das am Zähler 116 liegt, erhöht und wird gleich 11001001 (201 im Dezimalsystem) beim 201. Impuls des Taktsignals 11. Zu diesem Zeitpunkt stimmen die Eingangssignale A und B des 8-Bit-Komparators 117 überein, so dass der Komparator 117 ein Übereinstimmungssignal S für A=B ausgibt, um den Zähler 116 rückzusetzen. Wie es oben beschrieben wurde, kann sich der Inhalt der parallelen Binärcodierung N von 00000000 (0 im Dezimalsystem) auf 11001001 (201 im Dezimalsystem) ändern.

Um die Binärcodierung N in ein analoges Signal umzuwandeln, liegt diese an einem Digital/Analog-Wandler 118, so dass vom Ausgang des Digital/Analog-Wandler ein Schrittsignal· 15 abgeleitet werden kann, das eine Schrittdauer von t = 2,0 ms, eine Schrittgrösse νοηΔΕ =E /200, eine Wiederholung sper iode

X X

von 402 ms und einen Spitzenwert von E hat. Das Schrittsignal 15 liegt an einem spannungsgesteuerten Oszillator 119 mit einem ähnlichen Aufbau wie der spannungsgesteuerte Oszillator 114, so dass ein frequenzmoduliertes Signal 16 mit einer Frequenz f , einer Mittenfrequenz F und einer maximalen Frequenzver-

X X

Schiebung Δ f erhalten wird, das sich schrittweise mit einer

Schrittdauer von t *= 2,0 ms und einer Schrittgrösse von

<ff =Δί /100 ändert. Das frequenzmodulierte Signal 16 liegt

an einem Breitbandleistungsverstärker 120, um dessen Energiepegel so anzuheben, wie es zum Betreiben der X-Ablenkeinrichtung

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30Ü16/1

notwendig ist, so dass ein Ausgangssignal e mit hoher Frequenz und Amplitude (Frequenz f ) am Ausgang des Verstärkers 120 geliefert wird. Aus Gleichung 21) ist der Ablenkwinkel θ gegeben durch:

<^fx - ^Fx>

Die maximale Frequenzverschiebung Δf · ist derart bestimmt

X ,

dass im Falle f =F +Af der maximale Ablenkwinkel 1Y/18

X X X

= 10°, d.h. die folgende Gleichung gültig ist:

^-·^ ^{C28) !}

Die Beziehung zwischen dem Ablenkwinkel θ und Binärcodierung

Ji

N kann in der folgenden Weise abgeleitet werden.

Zunächst lassen sich die Beziehungen zwischen der Frequenz f des frequenzmodulierten Signales 16 und dem Spannungspegel C des Schrittsignals 15 ausdrücken als:

2C
f_χ = F_x + Δί_χ (g 1) (29)

Die Beziehungen zwischen dem Ausgangssignal N des Zählers (Werte im dezimalen System) und dem Spannungspegel C des Schrittsignals 15 ergeben sich darüberhinaus als:

Sc - ^Ex * 2ÖÖ (30)

Aus Gleichung 29) und Gleichung 30) ergibt sich:

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BAD ORIGINAL

Ein Einsetzen der Gleichung 31) in die Gleichung 21) führt zu:

^θχ ^s ίΛ~ ' ^Δ£χ ⁽

und ein Einsetzen der Gleichung 28) in diese Beziehung ergibt:

^θχ ^£ TZ ⁽IM- i> =IMÖ ^(N - ¹⁰⁰⁾

wobei O C. N £ 200 ist. Aus Gleichung 32) ist ersichtlich, dass die parallele 8-Bit-Binärcodierung N eine codierte Information ist, die den Ablenkwinkel θ der X-Ablenkeinrichtung wiedergibt und somit X-Achsenablenkinformation genannt wird.

b) Abtastcharakteristik des Lichtstrahles

Die Abtastcharakteristik des Lichtstrahles ist in Fig. 19 dargestellt, in der der Ablenkwinkel θ bezüglich der X-Achse auf der Abszisse aufgetragen ist, in der der Ablenkwinkel θ bezüglich der Y-Achse auf der Ordinate aufgetragen ist und in der eine Linie, die senkrecht zur θ -θ -Ebene verläuft und durch den Nullpunkt geht, die Z-Achse bildet.

Die jeweiligen Bereiche für die Winkel θ und θ sind gegeben durch:

"Ϊ5 ⁽⁼ -^10O) ^ ^θχ ^ 15 ^{(= 10O)} (33)

Ein Lichtstrahl tastet von einem Ausgangspunkt A bis zu einem Endpunkt B längs eines in ausgezogenen Linien dargestellten Abtastweges in Richtung der Pfeile, d.h.

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BAD ORiGIfMAL

3 O Cr i 6 2 1

^^a _n--\ ~*^bn-1 ■^^a _n^^!>B für ein Zeitintervall von etwa 402 ms ab. Aus den Gleichungen 27) und 32) ist ersichtlich, dass sich der Ablenkwinkel θ entsprechend der Codierung M ändert, während sich der Ablenkwinkel θ entsprechend der Codierung N jeweils ändert. Der Ablenkwinkel θ ändert sich von

35

in fortlaufender Weise, währendder Ablenkwinkel θ sich

χ 201mal von

(= -10°) _bis n_ ₍₌

in'Schritten von - ⁿ r~ _Λ , _ox

1800 ^c~ ^ü>1 '

diskontinuierlich oder schrittweise ändert. Der Wert der Codierung M ändert sich in jedem Intervall von 4 0 με, so dass er mit einer Periode von T „ = 2 ms erneuert wird, und der

p2 >

Wert der Codierung N ändert sich in jedem Intervall von 2 ms, so dai

so dass er mit einer Periode T- = 402 ms fortgeschrieben

Wie es oben beschrieben wurde, kann der Lichtstrahl den Raum mit einer hohen Frequenz im zweidimensionalen Sinn abtasten und somit das Vorliegen oder Fehlen eines Zielobjektes und dessen Richtung wahrnehmen, falls ein derartiges Objekt vorliegt.

3)Impulsmodulation des Laserlichtes und Aufnahme der reflektierten

Lichtimpulse
A) Impulsmodulation des Laserlichtes

Im folgenden wird die Arbeitsweise der hochfrequenten Impulstreiberschaltung 5 beschrieben, die impulsförmiges Laserlicht dadurch erzeugt, dass sie den durch den Laserdiode 7 in Fig. 6 fliessenden Strom in eine Impulsform bringt und wird weiterhin

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die direkte Modulation der Laserdiode dargestellt, a) Direkte Modulation der Laserdiode i) Problemstellung

Es ist bekannt, dass dann, wenn ein hochfrequentes Impulssignal e in der Grössenordnung einer Impulsbreite T-. = 1 ns an einer Laserdiode LD liegt, wie es in Fig. 20 dargestellt ist, die Impulsbreite T₁ des modulierten Laserlichtes L beträchtlich grosser als die Impulsbreite T_Q des anliegenden Impulses e , und zwar um einen Betrag t.. grosser wird. Wie es in Fig. 21 dargestellt ist, beruht das auf der Tatsache, dass die durch einen Strom I, durch die Diode LD injizierten Ladungsträger eine Lebensdauer t, von etwa 2 bis 3 ns haben, was den gespeicherten Ladungsträger entspricht, wie es durch den schraffierten Teil <*. in Fig. 21 in Form einer Kurve dargestellt ist, die die Änderungen der Ladungsträgerdichte C, als Funktion der Zeit wiedergibt, so dass die Diode LD Licht aussendet, bis die gespeicherten Ladungsträger o( verschwunden sind.

ii) Lösung des Problems

Gemäss der Erfindung' wird eine Äquivalentschaltung, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist und die eine Äquivalentschaltung der hochfrequenten Impulstreiberschaltung in Fig. 24 ist, wie es später beschrieben wird, dazu verwandt, die gespeicherten Ladungsträger derart zu kompensieren, dass das Laserlicht mit einer sehr hohen Frequenz, impulsmoduliert wird. Fig. 23 zeigt die Wellenform der Signale an den relevanten Teilen der Schaltung von Fig. 22. Wie es in Fig. 22 dargestellt ist, sind Konstantstromquellen 121 und 122 mit verschiedener Polarität mit der Kathode der Laserdiode LD über Schalter S₁und S„ jeweils verbunden.

Der Schalter S. wird während einer Zeitdauer T_AT_ß = 1 ns geschlossen oder angeschaltet, wohingegen der Schalter S

030030/083 7

30Ü1621

während einer Zeitdauer von 1 ns vom Zeitpunkt T_ aus geschlossen oder angeschaltet wird. Wenn der Schalter S^ zum Zeitpunkt ^angeschaltet wird, fliesst ein Strom I^ = +150 mA durch die Laserdiode LD aufgrund der Wirkung der Konstantstromquelle 121, die einen Strom I„, = 150 mA fHessen lassen kann, so dass die Laserdiode LD Licht aussendet, um das modulierte Laserlicht L zu erzeugen.

Wenn der Schalter S₁ zum Zeitpunkt T_ ausgeschaltet wird

I XJ

und gleichzeitig der Schalter S₂ angeschaltet wird, fliesst ein Strom I, = -50 mA in umgekehrter Richtung, der in Fig. 23 durch einen schraffierten Teil ß dargestellt ist, durch die Diode LD,bis die darin gespeicherten Ladungsträger absorbiert sind, so dass diese zum Zeitpunkt T verschwinden, wie es durch einen schraffierten Teiltin Fig. 23 dargestellt ist. Wenn die Ladungsträgerdichte C-, der Diode auf Null herabgesetzt ist,nimmt auch der in umgekehrte Richtung fliessende

Strom I, annähernd auf Null ab.
α

Wenn die Ladungsträgerdichte der Laserdiode LD Null erreicht, wird die Lichtaussendung durch die Diode LD unterbrochen und wird das modulierte Laserlicht L auf Null gehalten. Gleich-

Spannungsquellen V ₁ und V„₉ haben einen Spannungswert von V₁ = +5 V und V_E2 = +7,5 V jeweils derart, dass die Spannung e,über der Diode LD deutlich unter der Durchbruchsspannung der Diode gehalten werden kann, wenn diese in Sperrichtung durch die Spannung e, nach dem Zeitpunkt T vorgespannt ist.

Wenn der Schalter S~ und die Konstantstromquelle 122 nicht vorgesehen sind, erfolgt keine Absorption der gespeicherten Ladungsträger durch das Anlegen eines Gegenstromes an die Diode LD, so dass die Ladungsträgerdxchte C-, der Diode LD allmählich in der durch eine unterbrochene Linie 123 dargestellten Weise bis zu einem Zeitpunkt T abnimmt, an dem die gespeicherten Ladungsträger spontan verschwinden. Dem modulierten Laserlicht L wird daher eine Impulswellenform gegeben, die sich im wesentlichen so erstreckt oder so streut, wie es durch eine strichpunktierte Linie 124 dargestellt ist. Aus einem

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3ϋΰ ι6Π

Vergleich der Zeitdauer t , die erforderlich ist, um die gespeicherten Ladungsträger zu absorbieren, mit einer Zeitdauer t-, , die notwendig ist, damit die gespeicherten Ladungsträger spontan verschwinden, ergibt sich bei 1 ns <£. t und t -4-1 ns, dass der Schalter S₀ und die Konstantstromquelle 122 sehr wirksam eine Ausdehnung der Impulsbreite des modulierten Laserlichtes LD verhindern.

b)Hochfrequente Impulstreiberschaltung *

Im folgenden werden der Aufbau und die Arbeitsweise der hochfrequenten Impulstreiberschaltung beschrieben, die es ermöglicht, den Laserimpuls durch eine direkte Modulation der Laserdiode 7 in Fig. 6 zu erzeugen.

Ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Impulstreiberschaltung ist in Fig. 24 dargestellt, während das Zeitdiagramm für die relevanten Teile der Schaltung von Fig. 24 in Fig. 25 dargestellt ist. Das Übertragssignal 2 mit einer Impulsbreite von 1 ns liegt an der Basis E eines Transistors Q₁ über ein Koaxialkabel 130 mit einem Wellenwiderstand Z_ =50X1 . Der Transistor Q₁ und ein Transistor Q^ bilden einen Emitter gekoppelten Logikteil und die Werte der relevanten Schaltungsbaueleraente sind in geeigneter Weise so gewählt, dass der Transistor Q₁ normalerweise sperrt. Als Transistoren Q₁ und Q₂ dienen NPN-Transistoren mit einem maximalen Nennkollektorstrom I > 200 iciA und einer Transitfrequenz f £ 3 GHz.

Nach einer Laufzeit t, des Ubertragssignals .

2 im Koaxialkabel 130 kommt ein Impulssignal e., das am Punkt E auftritt, auf den logischen Pegel 1, wodurch der Transistor Q₁ durchgeschaltet wird, so dass ein konstanter Strom I₁ = 150 mA durch die Laserdiode LD fliessen kann, die mit dem Kollektor des Transistors Q₁ verbunden ist. Dieser Strom I,, fliesst anschliessend nach einer Verzögerungszeit t -·₂ des Transistors Q₁ bezüglich des Signals e.. Als Diode D.,, die mit der Basis des Transistors Q₂ verbunden ist, dient eine Silicium-Schottky-Diode.

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Die Transistoren Q₁ und Q dienen als Schalter S₁ und als

¹ 2 '

Konstantstromquelle 121 in Fig. 22. Nach einer kurzen Verzögerungszeit durch die Laserdiode LD selbst vom Zeitpunkt T , an dem der durch die Laserdiode fliessende Strom einen vorbestimmten Schwellenwert I., überschreitet, beginnt die Diode LD damit, Licht auszusenden, um das modulierte Licht L zu erzeugen, wie es in Fig. 25 dargestellt ist. Zum Zeitpunkt T nach Ablauf 1 ns vom Zeitpunkt T kehrt der Transistor Q.] in den gesperrten Zustand zurück und geht der Strom I,. durch die Laserdiode LD auf Null zurück, nachdem er in Abwärtsrichtung den Schwellenwert I.. passiert hat. Das Übertragssignal 2, das durch das Koaxialkabel 130 und einen
Inverter 131 in Form eines Emitter gekoppelten Logikteils geht, hat eine Laufzeit t ,.. =* 1 ,0 ns und tritt als Impulssignal e¹. auf, das auf den logischen Pegel 0 nach einer Verzögerung von 1 ns - t J₂ ^vom Zeitpunkt T geht.

Dieses Impulssignal e¹. liegt an der Basis H eines Transistors Q₃, dessen Kollektor mit der Kathode der Laserdiode LD verbunden ist.

Der Transistor Q, bildet zusammen mit einem Transistor Q.
einen Emittergekoppelten Logikteil und die Werte dieser
Transistoren sind in geeigneter Weise so gewählt, dass der Transistor Q.. normalerweise sperrt.

Vorzugsweise werden PNP-Transistoren mit einem maximalen
Nennkollektor strom I =100 iriA und einer Transitfrequenz f_ = 3 GHz als Transistoren Q_ und Q. verwandt und ist
als Diode D-₂ eine Silicium-Schottky-Diode vorgesehen. Wenn die Verzögerungszeit T ,-. des Transistors Q-. in geeigneter

Weise gleich t ,„ (t ,_ = t ,- ) gewählt ist, wird durch pd2 pd3 pd2

den logischen Pegel 0 des Impulssignals e'. der Transistor Q-,durchgeschaltet, so dass direkt zum Zeitpunkt T_R der
konstante Strom durch den Kollektor des Transistors Q., fliesst, wodurch ein Sperrstrom I,_ = -50 mA,der mit in der Wellenform I,- bezeichnet ist und dazu dient, die in der Laserdiode LD

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■'^Mi'-■;:- "BAD ORIGINAL

gespeicherten Ladungsträger zu absorbieren, durch den Transistor

O-bis zum Zeitpunkt T fl'iesst
j c

dungsträger verschwunden sind.

O-bis zum Zeitpunkt T fl'iesst, an dem die gespeicherten La-

Wenn der Strom I,« = -50 mA zum Zeitpunkt T auf Null zurückgeht, fliesst ein konstanter Strom I,- = -5OmA durch die Silicium-Schottky-Diode D.-, bis zu einem Zeitpunkt T , der um 1 ns hinter dem Zeitpunkt T liegt, so dass die Spannung über der Laserdiode LD auf einer Sperrvorspannung von -2,5 V vom Zeitpunkt T bis zum Zeitpunkt T gehalten wird. Wenn die in der Laserdiode gespeicherten Ladungsträger zum Zeitpunkt T verschwinden, wird die Lichtaussendung der Laserdiode unterbrochen und kehrt das modulierte Licht L auf Null zurück. Die Transistoren Q_ und Q. haben die Funktion des Schalters S„ und der Konstantstromquelle 122 in Fig. 22.

Die Werte der Gleichspannungsquellen für die jeweiligen Schaltungen bezüglich des ersten Transistorpaares Q₁ und Q„ und bezüglich des zweiten Transistorpaares Q^ und Q. sind vorzugsweise auf V,= +5V, V_, = -5 V, V ₂ = +5 V und V_₂ = +15 V gewählt, so dass die konstanten Ströme I·,.. und I,₂ auf I_dl =150 mA und Ij₂ = -50 mA jeweils festgelegt werden können. V_E3 ist darüberhinaus auf + 7 V gewählt, so dass die Sperrvorspannung über der Laserdiode LD -2,5 V betragen kann. Wenn I, der durch die Diode LD fliessende Strom ist, so ist I, = I,.. + I-._o. Die

α. dl dz

in Fig. 24 dargestellte Schaltung wird so ausgebildet, dass die Impulsbreite des modulierten Laserlichtes (Laserimpuls) L im wesentlichen gleich der Impulsbreite von 1 ns des Übertragssignals 2 ist, das den Eingangsimpuls der Schaltung darstellt, indem die Ladungsträger, die in der Laserdiode LD gespeichert sind, mit dem konstanten Strom L·, = -50 mA absorbiert werden, der durch den Transistor Q^ fliesst. Wenn die in der Laserdiode LD gespeicherten Ladungsträger nicht mittels des Transistors Q₃ absorbiert werden, ist die Impulswellenform des modulierten Lichtes L wesentlich ausgedehnter oder streut diese Impulswellenform, wie es in einer strichpunktierten Linie 132 bei der untersten Wellenform in Fig. 29 dargestellt ist, wobei t, » 1 ns ist, wie es im Obigen anhand von Fig. 23 beschrieben wurde.

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BAD

J U O ! D J 1

Fig. 22 zeigt eine der in Fig. 24 dargestellten Schaltung äquivalente Schaltung.

B) Aufnahme des reflektierten Lichtimpulses a) Laserradargleichung

Fig. 26 zeigt schematisch die Beziehung zwischen einem Laserstrahl und dem von einem Zielobjekt reflektierten Licht Aus Fig. 26 ist die Beziehung zwischen der Sendeleistung P_t und der Empfangsleistung P_r der Radareinrichtung 140, die Laserlicht verwendet, aus der Radargleichung gegeben als

= ^K ' 4^ ' ^£T * ^CR * ^LR · ⁽³⁵⁾

K : Reflexionsfaktor des Zielobjektes A_R : Fläche zum Sammeln des Lichtes im optischen

Empfangssystem

. t : Übertragungsfaktor des optischen Sendesystems t : Übertragungsfaktor des optischen Empfangssystems R : Abstand zwischen der Radareinrichtung und dem

Zielobjekt
L_R : Ausbreitungsverlust in Luft.

Der Raumwinkel Θ_Ώ des empfangenen Lichtes 144 kann durch e_D = A_r>/4Tf R² ausgedrückt werden. Gleichung 35) ist dann gültig, wenn in der in Fig. 26 dargestellten Weise die Punktgrösse D^ eines ausgesandten Laserstrahles 145 an der Reflexionsfläche S eines Zielobjektes 143 klein im Vergleich mit der Reflexionsfläche S ist. Wenn der Durchmesser des Laserstrahles am Ausgang des optischen Sendesystems 141 mit D bezeichnet wird und wenn die Wellenlänge des Laserlichtes/i _Q beträgt, so ist der Streuwinkel ©„, des Laserstrahles gegeben durch:

^λ0
θ_χ S g- [rad.] (36)

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,, BAD

Die Punktgrösse D* des Laserstrahles an der Reflexionsfläche S kann ausgedrückt werden als:

D* s R-8_T (37)

so dass aus Gleichung 36) und 37) folgt:

Durch ein Einsetzen von numerischen Werten, nämlich R = 50 m, λ = 0,8 μπι und D = 1 mm in Gleichung 36) und Gleichung 38) ergibt sich jeweils

θ s 0.8 x 10"³ [rad.]

D* ξ 0.8 x 10"³ [rad.] x 50[m] = 4.0 [cm]

Aus diesen Werten ist ersichtlich, dass der Durchmesser, d.h. die Punktgrösse des Laserstrahles an der Reflexionsfläche des Zielobjektes,das von der Laserradareinrichtung um 50 m entfernt liegt, annähernd 4 cm beträgt, so dass die Punktgrösse tatsächlich im Vergleich zur Reflexionsfläche S des Zielobjektes klein ist und somit die Radargleichung 35) auf ein tatsächliches Zielobjekt angewandt werden kann. Der Ausbreitungsverlust in Luft L_n ergibt sich darüberhinaus

Xv

L_R S exp {-2(6_a + 6_b)R} (39) ;

S : Dämpfungskoeffizient durch Absorption in Luft a

/*,: Dämpfungskoeffizient durch Streuung in Luft.

03 0 0 30/0837

3 ü 0 ι 6 2

Versuche haben gezeigt, dass dieser Ausbreitungsverlust höchstens einen Wert von 50 dB/km bei Regen erreicht. Wenn somit die Laserradareinrichtung bei einer maximalen Aufnahmeoder Messtrecke R = 50 m arbeiten soll, ergeben sich in der Praxis keine Schwierigkeiten durch die Verwendung der Annäherung L_n = 1,0 (0 dB). Die Gleichung 35) kann für den Bereich R^ 50 m somit geschrieben werden als:

^K · t_T· t_R- jjijL ·. (40)

In Fig. 26 ist mit 142 das optische Empfangssystem bezeichnet.

b) Aufnahme der empfangenen Lichtimpulse

Fig. 27 zeigt das schematische,Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Fotodetektors für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 28 zeigt das für Fig. 27 relevante Zeitdiagramm. Das von einem Zielobjekt reflektierte und durch eine konvexe Linse fokussierte Licht wird auf die Lichtempfangsfläche einer Lawinen-Laufzeit-Fotodiode APD 32 geleitet und fotoelektrisch in ein hochfrequentes Videoimpulssignal e, umgewandelt. An dieser Fotodiode 3 2 liegt eine Sperrvorspannung V_x. = 100 V, die in der Nähe der Durchbruchsspannung der Fotodiode liegt, so dass ein Fotostrom, der durch das auffallende Licht erhalten wird,50- bis lOOmal über den Elektronen-Lawinen-Durchbruch verstärkt wird.

Die Fotodiode 32 hat gleichfalls ein gutes Ansprechvermögen derart, dass die Anstiegszeit t und die Abfallszeit t,-des Videoimpulssignales in einem Bereich von 100-200 ps liegen. In Fig. 27 bilden ein Doppel-Gate-Feldeffekttransistor 151 und ein Feldeffekttransistor 152 mit den zugehörigen Schaltkreisen die Vorverstärkungsstufe mit einem Leistungsverstärkungsfaktor P und die Nachverstärkungsstufe eines Regelvorverstärkers 33, der in Fig. 8 dargestellt ist. Das Videoimpulssignal e, liegt an dem

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3 ö 0 1 6 21

ersten Gate G₂ des Feldeffekttransistors 151 mit einer maximalen Schwingungsfrequenz f > 10 GHz und wird mit

^{y y} ^H max

einem Spannungsverstärkungsfaktor A in Abhängigkeit vom Pegel des Nahechodämpfungssignals e 5 verstärkt, das am zweiten Gate G₂ des Feldeffekttransistors 151 liegt.

Die Beziehung zwischen der Leistung des empfangenen Lichtes P als Eingangssignal und dem Fotostrom I als Ausgangssignal der Fotodiode 32 ergibt sich entsprechend den Arbeitsbedingungen als I <CP ' "* _n . , ,. ^ ρ r .Es sei angenommen, dass die

Fotodiode 32 in einem Bereich I ⁰^ P ' arbeitet. Da E oc j · R fü_r Qi_n aufgenommenes Ausgangssignal E gültig ist, lässt sich der Spitzenwert E des Videoimpulssignales e, bezüglich der Leistung P des empfangenen Lichtes in der folgenden Weise schreiben:

(41)

Durch ein Einsetzen der Gleichung 40) in die Gleichung 41) ergibt sich die folgende Beziehung:

^Ep ^{tt 3}I

Es sei angenommen, dass die Pinch-Off-Spannung des Gates G„ des Feldeffekttransistors 151 V {< 0) sei. Bezüglich der Zeitachse t mit einem Zeitbezugspunkt T , an dem der Laser-

impuls des ausgesandten Lichtes 3 ausgegeben wird, kann das Nahechodämpfungssignal e ausgedrückt werden durch:

^es ⁼ 333 ^{X (333} - t> (43)

wobei 33 ns <£ t ^ 333 ns. Im Allgemeinen ist die Beziehung zwischen der Gatespannung V und der Steilheit g_m des Feldeffekttransistors 151 gegeben durch:

g V
ρ

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BAD

3 ϋ ο ί e π

wobei g_m0 die Steilheit für V=O ist. Gleichung 44) lässt sich grafisch in der in Fig. 29 gezeigten Weise darstellen. Wenn V durch e ersetzt wird, lässt sich aus g s

den Gleichungen 43) und 44) die folgende Beziehung ableiten:

^gm - SmO * 333 <⁴⁵>

wobei 33 ns 4 t ^ 333 ns. Wenn der·. Drainwiderstand mit R, bezeichnet wird, ist der Spannungsverstärkungsfaktor A des Feldeffekttransistors 151 gegeben durch:

^Av =

(46)

Der Spannungsverstärkungsfaktor A als Funktion der Zeit kann daher ausgedrückt werden durch:

^Av - ^gm0 *

Das Videoimpulssignal e^ wird durch den Feldeffekttransistor 151 so verstärkt, dass es als ein Videoimpulssignal e_n mit einem Impulsspitzenwert E_Q erscheint. Dadurch, dass der Ausdruck t in Gleichung 47) durch die Fortpflanzungsverzögerungszeit T ersetzt wird,kann dieser Impulsspitzenwert E_ des Videoimpulssignales e„ geschrieben werden als:

Ein Einsetzen von Gleichung 42) in Gleichung 48) führt zu

(49)

Die Fortpflanzungsverzögerungszeit T lässt sich dabei ausdrücken als:

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^τ = c~ ⁼ ⁶·^{δ x R}i^nsi · (50) ''

wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.

R ist der Abstand in Metern. Ein Einsetzen der Gleichung 50) in Gleichung 49) führt daher zu dem folgenden Ergebnis:

V rr T> Hr 6.6 X R _v 1

U °mU d ^ 333 ■ R

Es wird somit die folgende Beziehung abgeleitet:

E₀ cc {κ (51)

Aus Gleichung 51) ist ersichtlich, dass der Impulsspitzenwert E„ des Videoimpulssignales'e„, das durch die Aufnahme eines Lichtimpulses erhalten wird, der von einem Zielobjekt reflektiert wird, das in einen Bereich von 33 ns ^ "C L 333 ns , d.h. 5m £· R ^ 50m liegt, Werte annimmt, die nur durch den Reflexionsfaktor des Zielobjektes bestimmt und unabhängig vom Abstand R bis zum Zielobjekt sind, wenn der Verstärkungsgrad des Impulsspitzenwertes sich so ändert, wie es dem Zeitablauf t vom Zeitpunkt T, entspricht, an dem der Laser-

impuls ausgesandt wurde, d.h. wenn die Nahechodämpfung aktiviert wird.

Es versteht sich, dass dann, wenn die Fotodiode im Bereich I ec p1 aktiviert wird, der Impulsspitzenwert E„ unabhängig vom Abstand R dadurch gemacht werden kann, dass ein Schaltung, in der der Feldeffekttransistor 151 liegt, zugeschaltet wird.

Das Videoimpulssignal e mit einem Spitzenwert E„, der dem Reflexionsfaktor K des Zielobjektes entspricht, wird als hochfrequentes Videoimpulssignal 6 mit einer Ausgangsimpedanz Z_n = 50 -Ω- über eine Source-Folger-Schaltung zur ImpedanzWandlung ausgegeben, in der ein Feldeffekttransistor 152 mit einem ein-

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ΠΔΠ

ORIGINAL

ά U Q I D /.

zigen Gate und einer maximalen Schwingungsfrequenz f > 10 GHz

max

liegt. Es versteht sich, dass die Schaltung aus den Feldeffekttransistoren 151 und 152 dem Regelvorverstärker 3 3 entspricht, der oben beschrieben wurde. Da der Impulsspitzenwert E„ des hochfrequenten Videoimpulssignales 6 vom Ausgang des Regelvorverstärkers 33 des Fotodetektors 31 durch den Reflexionsfaktor K bestimmt ist und unabhängig vom Abstand R ist, ist es möglich, Nebenreflexionen oder unerwünschte Reflexionen von der Strassenoberflache, von Führungsplanken für Fussgänger, usw. dadurch auszuschalten, dass das Impulssignal 6 nach einer weiteren Verstärkung an einem Komparator mit einem vorbestimmten Schwellenwert gelegt wird, so dass die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion der Laserradareinrichtung sehr klein gemacht werden kann.

4) Funktion der Entscheidung, ob ein Objekt ein Hindernis darstellt

A) Entscheidung über die Möglichkeit des Durchganges in horizontaler und vertikaler Richtung (Messung des Abstandes zwischen Hindernissen durch einen Durchlauf des Laserstrahles)

a) Dreidimensionele Analyse des Laserstrahles und Reflexionspunktes P.

In Fig. 30 sind ein Fahrzeug 160, an dem eine Laserradaieinrichtung angebracht ist, ein Objekt 161 auf der linken Seite in Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeuges 160, d.h. ein zweites Fahrzeug, das an der linken Seite der Strasse geparkt ist,und ein zweites Objekt 162 dargestellt, das auf der rechten Seite in Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeuges 160 vorhanden ist und aus einem Briefkasten auf der rechten Seite der Strasse besteht.

Dreidimensionale Koordinaten X, Y und Z sind dadurch bestimmt, dass der Ursprungspunkt 0 dem Sendepunkt eines Laser-

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BAD ORIGINAL

Strahles 166, d.h. der Lichtquelle zugeordnet wird und die Z-Achse die Mittelachse des Fahrzeuges ist. Dann liegt die X-Z-Ebene parallel zur Strassenoberfläche. Wenn eine imaginäre Ebene,die senkrecht zur Z-Achse und sehr weit vom Ursprungspunkt 0 entfernt verläuft, als ^ -Ebene 167 bezeichnet wird, wird die Abtastebene Ouv des Lichtstrahles, d.h. des Laserstrahles durch eine Abtastlinie des N=i-ten Lichtstrahles in Form der Punkte u und ν auf der V" -Ebene gebildet, wobei ν ein imaginärer Punkt ist, an dem die Ϋ -Ebene 167 den Abtastweg des Lichtstrahles schneidet, der unter maximalem Ablenkwinkel in negativer Richtung der Y-Achse ausgesandt wird und auf die Strassenoberfläche am Punkt w auftrifft. Wenn der Lichtstrahl den Bereich abtastet

wird die Ebene, durch die der Lichtstrahl geht, durch einen schraffierten Teil 165 wiedergegeben.

In Fig. 3 0 ist w ein Punkt, an dem der Lichtstrahl unter einem Ablenkwinkel θ = -5° auf die Strasse fällt und ist u ein Punkt, an dem der Lichtstrahl unter einem Winkel θ = +5° auf die ψ -Ebene 167 fällt.

Es sei im folgenden angenommen, dass der Lichtstrahl 166 mit den Ablenkwinkeln θ und θ durch den rechten Endpunkt P des Objektes 161 reflektiert wird. Wenn die Ebene X'-Y¹ eine Ebene ist, in der derPunkt P liegt, dann sind die dreidimensionalen Koordinaten X¹, Y¹, Z¹ so bestimmt, dass die Ebene X'-Y¹ parallel zur Ebene X-Y liegt und X'//X und Y'//Y sind. Wenn b¹ ein Punkt ist, an dem eine Linie senkrecht zur Y'-Achse vom Punkt P die Y'-Achse schneidet, so ist a¹ ein Punkt, an dem eine Linie vertikal zur X'-Achse vom Punkt P die X'-Achse kreuzt und ist der Absfand zwischen den Punkten 0 und P gleich OP = R, wobei die jeweiligen Punkte in Fig. 30 denen in Fig. 15 entsprechen, so dass aus den Gleichungen 22) und 23) die folgenden Beziehungen abgeleitet werden können:

030030/0837 BAD

Pb' = d s R-θ

^X } (52)

Pa· = h_a ε R.e_y

Wenn m ein Punkt ist, an dem eine Linie vertikal zur Strassenoberfläche von der Lichtquelle 0 aus die Strassenoberfläche schneidet, t ein Punkt ist, an dem eine vertikale Linie zur Strassenoberfläche vom Schnittpunkt Q der X'- und Y'-Achsen die Strassenoberfläche kreuzt, η ein Punkt ist, an dem eine Linie vertikal zur Strassenoberfläche von einem Kreuzungspunkt q der Ϋ" -Ebene 167 und der Z-Achse die Strassenoberfläche schneidet und s ein Punkt ist, an dem eine vertikale Linie zur Strassenoberfläche von einem Kreuzungspunkt r der Y" -Ebene 167 und einer verlängerten Linie des Lichtstrahles bei einem Ablenkwinkel θ =0° die Strassenoberfläche schneidet, so gilt Om = Qt = qn = rs.

b) Messung des Abstandes zwischen zwei Objekten

Fig. 31 zeigt eine schematische Darstellung der Fig. 30, gesehen von der Oberseite der Strassenoberfläche , d.h. in Richtung der Y-Achse. Der Laserstrahl (der Lichtstrahl) 166 von der Lichtquelle O wird dazu gebracht, in einem Abstand zwischen benachbarten Lichtstrahlen gleich ^ θ =0,1° = TT/1800 von links nach rechts in der durch einen Pfeil 168 dargestellten Weise so abzutasten, dass ein sektorförmiges Abtastmuster in einem Bereich

-10° (= £§) < θ_χ < 10° (= Jg)

bezüglich der Mittellinie gebildet wird, ' die mit Z-Achse, d.h. der Mittelachse des Fahrzeuges zusammenfällt. Aus Gleichung 32) wird der Lichtstrahl dargestellt durch:

^θχ ^S

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3001521

ist, so dass die Binärcodierung N in Dezimaldarstellung den jeweiligen Lichtstrahlen zugeordnet werden kann, wie es in Fig. 31 dargestellt ist.

Es sei nun angenommen, dass reflektiertes Licht 163 des Lichtstrahles entsprechend N = g bis N = i von dem Objekt 161 empfangen werden kann. Das reflektierte Licht von einem Lichtstrahl N = i+1 kann nicht empfangen werden, da dieser Strahl an einem Seitenteil des Fahrzeuges reflektiert wird. Wenn P₁ der Reflexionspunkt des Lichtstrahles für N=i ist, der das äusserste rechte Ende des Bereiches einnnimmt, über den das reflekierte Licht vom Objekt 161 empfangen werden kann, und der Abstand zwischen den Punkten 0 und P₁ gleich OP₁ = R, ist, kann aus der Gleichung 52) oder der Gleichung 22) der Abstand vom Punkt P. zur Z-Achse, d.h. zur Mittelachse des Fahrzeuges ausgedrückt werden als:

r-, D — Q, = K- * ti „ \-JJy

In ähnlicher Weise sei angenommen, dass reflektieres Licht 164 des Lichtstrahles für N = j bis N = k vom Objekt 162 empfangen werden kann. Wenn P₂ ein Reflexionspunkt des Lichtstrahles für N = j am äussersten linken Ende eines Bereiches ist, über den reflektiertes Licht des Objektes 162 empfangen werden kann, und der Abstand zwischen den Punkten 0 und P₂ gleich OP₂ = R_r ist, kann aus Gleichung 52) der Abstand vom Punkt P„ zur Mittelachse des Fahrzeuges, d.h. zur Z-Achse ausgedrückt werden als:

=d £R ·θ (54)

r r xr ^v '

c) Fehler in α_Ί und d
1 r

Im folgenden werden die Messfehler in den Abständen d.^ und d , die durch die Gleichungen 53) und 54) jeweils gegeben sind, in Betracht gezogen. Wenn der Abstand zwischen benachbarten Lichtstrahlen auf Δ θ = TT/1800 = 0,1° gewählt ist, ist der

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Fehler in d, und d gegeben durch:

χ" max ..ο.......ο. (ob)

Durch ein Einsetzen von R = 50 m in Gleichung 55)

max

ergibt sich:

δ = TGKK * ⁵⁰⁰⁰ t^cml ^{s 8}°⁷ E^cml ..-..· (56)

JLUU

Aus den Gleichungen 54) und 55) lässt sich der Abstand D zwischen beiden Objekten schreiben als:

^D=d+di^SR-^exr^+R£· ^θχ£ '·· ^<57)

Durch einen Vergleich des Abstandes D mit der Breite des Fahrzeuges 160 erfolgt eine Entscheidung bezüglich der Möglichkeit des Durchganges des Fahrzeuges zwischen den Objekten, Somit erfolgt eine Entscheidung, dass ein Durchgang möglich ist, d.h. eine Entscheidung, dass die Objekte 161 und 162 keine Hindernisse darstellen, wenn die folgende Gleichung gültig ist, die unter Berücksichtigung des Fehlers cf gemäss Gleichung (56) abgeleitet ist:

W + Δ W £ D
d.h.

W + AW < R_r - θ_χΓ + R_A · θ_χ£ (58)

Wobei Δ W = 20 cm ist.

B) Entscheidungslogik bezüglich des Fahrzeugdurchganges

Die Entscheidungslogik bezüglich des Fahrzeugdurchganges, die in einem Flussdiagramm in Fig. 33 dargestellt ist, wird anhand von Fig. 32 im folgenden beschrieben.

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g \

In Fig. 32 fällt die Z-Achse mit der Mittelachse des Fahrzeuges zusammen, schneiden die X¹- und Y'-Achsen die Z-Achse an einem Punkt Q im rechten Winkel zueinander und enthält die X'-Y¹-Ebene einen Reflexionspunkt P eines Objektes. Es sei darauf hingewiesen, dass im Gegensatz zu Fig. 19 die Darstellung in Fig. 32 derart ist, dass eine unterbrochene Linie T72 den Abtastweg durch den Lichtstrahl wiedergibt, der von einem Punkt A bis zu einem Punkt B mit einer Periode von 402 ms abtastet, während die Rücklauflinie durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist, um die verschiedenen Objekte deutlich zu zeigen.

Wenn R der Abstand von der Lichtquelle 0 bis zum Objekt 161a

ist und θ und θ die Ablenkwinkel des Lichtstrahles von der χ y

Z-Achse jeweils bezeichnen, sind die Koordinaten X* und Y¹ des Reflexionspunktes P gegeben durch:

X¹ = R - θ_χ

(59)

Y¹ = R · θ

Wie es aus den Gleichungen 32) und 37) ersichtlich ist,können θ und θ durch die Binärcodierungen N und M jeweils gegeben

J*. ^T

werden, so dass eine Stelle im Abtastweg 172 des Lichtstrahles der Folge an Kombinationen der Codierungen N und M entspricht, wie es in Fig. 32 dargestellt ist.

Entsprechend dem Fortschritt des Abtastvorganges durch den Lichtstrahl wird die logische Operation im folgenden beschrieben, die im Flussdiagramm für die Entscheidungslogik in Fig. 33 dargestellt ist. Mit P₁ bis P₃₃ sind in Fig. 33 die jeweiligen Programmschritte für die Entscheidungslogik bezeichnet. Bei der arithmetischen Operation, die θ und θ in den relevanten Programmschritten verwendet, wird angenommen, dass

zunächst θ und θ aus Gleichung 32) und Gleichung 27) durch χ y

die Ausführung der folgenden arithmetischen Operation ermittelt werden:

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300 \ΐ,2 ι

^θχ ⁼ -IW- ^{χ ίΝ} - ¹⁰⁰>

^θγ ⁼ -TBÖ ^{χ ίΜ} - ²⁵⁾

I) Im Fall N < 100

i) Wenn kein Objekt im Bereich R^^- 50 m vorhanden ist:

1) Wenn der Lichtstrahl am Punkt A in Fig. 3 2 ankommt, beginnt die logische Operation mit dem Schritt P₁ in Fig. 33, so dass eine Adresse ß des Speichers mit direktem Zugriff im Mikrocomputer auf Null gesetzt wird und ihr Kennzeichen auf den binären Wert 0 gesetzt wird". Anschliessend erreicht die logische Operation direkt über den Schritt P~ den Schritt P_1n =

2) Wenn sich der Lichtstrahl bei M=O befindet, hält die logische Operation über die Schritte P- und P_1n am Schritt P. an. Wenn das Taktsignal c- 12 (Fig. 18) vom logischen Pegel 0 auf den logischen Pegel 1 kommt, d.h. wenn sich der Wert von M von O auf 1 ändert, geht die Operation auf den Schritt P- zurück.

3) In dieser Weise zirkuliert die logische Operation in einer Schleife aus den Schritten V~„ P₁- und P₁₁* bis der Lichtstrahl einen Abtastpunkt N=O und M=4 9 erreicht.

4) Wenn M=49 ist, geht die Operation über die Schritte P, und P_1n auf den Schritt P₁- über. Zu diesem Zeitpunkt ist das Kennzeichen F auf 0 gesetzt, so dass die Operation über den Schritt P₁g nach dem Durchgang durch den Schritt P₁₅ auf den Schritt P₁₇ übergeht und wieder zum Schritt P₂ zurückkehrt.

ii) Wenn ein Objekt 170 im Bereich R ^ 50 m vorhanden ist, dieses jedoch kein Hindernis bildet:

5) Wenn der Lichtstrahl zum Abtastweg für N=1 verschoben wird und kein reflektiertes Licht für kleine Werte von M=O bis

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wahrgenommen werden kann, zirkuliert die Operation wiederum durch die Schritte P₃, P₁₀ und P₁₁-

6) Wenn reflektiertes Licht vom Objekt 170 bei M= 3 wahrgenommen wird, geht die Operation vom Schritt P₂ über den Schritt

P₃ auf den Schritt P₅ über, indem der Vergleich J R'θ \ <? h2 ausgeführt wird. Dabei gibt h₂ den Abstand zwischen der Mittelachse des Fahrzeuges 160, nämlich der Lichtquelle 174 der Laserradareinrichtung 173 am Fahrzeug 175 und einer imaginären Ebene höchstens 10 cm über der Strassenoberflache wieder, wie es in Fig. 34 dargestellt ist. Wenn das reflektierte Licht aus unerwünschten Reflexionen oder Nebenreflexionen des Lichtstrahles besteht, oder wenn das Objekt 170 ein Objekt ist, das die Fahrt des Fahrzeuges nicht behindert, da seine Höhe kleiner als oder gleich 10 cm von der Strassenoberf lache ist, erreicht die Operation vom Schritt P_ den Schritt P₁₁/ wo sie anhält.

7) Wenn der Pegel c- des Taktsignales 12 (Fig. 18) vom Wert

0 auf den Wert 1 kommt und der Wert von M um eins zunimmt, kehrt die Operation zum Schritt P₂ zurück. Solange die Reflexion des Lichtes vom Objekt 170 andauert, zirkuliert die logische Operation in einer Schleife aus den Schritten P₂, P₃, P₅ und P₁₁.

8) Wenn M weiter zunimmt, so dass keine Reflexionen auftreten, wird eine logische Operation ausgeführt, wie es oben unter Punkt 5) der Fall war.

9) Es wird immer noch reflektiertes Licht vom Objekt 170 wahrgenommen,' nachdem der Lichtstrahl zum Abtastweg für N=2 verschoben ist und es wird somit die logische Operation ausgeführt, wie sie oben unter Punkt 5) bis 8) beschrieben wurde.

iii) Wenn reflektiertes Licht des Objektes 161a aufgefangen wird, das im Bereich R < 50 m vorhanden ist:

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10) Wenn sich der Lichtstrahl längs eines Abtastweges bewegt, der N=g entspricht, zirkuliert die logische Operation in der Schleife aus den Schritten P₂, P₁₀ und P₁₁/ bis reflektiertes Licht von einem Objekt 161a aufgefangen wird, d.h. bis der Wert von M von Null aus 22 erreicht.

11) Wenn reflektiertes Licht vom Objekt 161a zum ersten Mal

bei M=23 wahrgenommen wird, durchläuft die logische Operation die Schritte P₀, P_, P₁., P, und P., wobei im Schritt P,.

£· O O O I · D

das Kennzeichen F von 0 auf 1 gesetzt wird und im Schritt P₇ die arithmetische Operation d, = |R"0 | ausgeführt

/ _L Ji

wird, was der Ermittelung des Abstandes d, vom Reflexionspunkt P des Objektes 161a zur Y'-Achse entspricht, wie es in Fig.32 dargestellt ist.

12) Anschliessend geht die logische Operation vom Schritt P_ über den Schritt P„,in .dem der Wert ß um eins erhöht wird, zum Schritt P_Q über,in dem der Abstand d, auf eine Adresse 1 im Speieher mit direktem Zugriff übertragen und darin gespeichert wird, was später anhand von Fig. 35 beschrieben wird. Die logische Operation wird über den Schritt P₁₀ am Schritt P₁₁ angehalten und kehrt zum Schritt P„ zurück, wenn der Wert von M erhöht wird.

13) Wenn das reflektierte Licht vom Objekt 161a anhält, zirkuliert die logische Operation für M ·< 25 durch eine Schleife vom Schritt P₂ über die Schritte P-, P₅, Pg, P₇, P_g, P₉ #'P₁₀ und P₁₁ zum Schritt P₂ zurück und für M > 25 über eine Schleife vom Schritt P₃ über die Schritte P_, P₄, P_g, P , Pg, Ρ-, P₁₀ und P₁₁ zum Schritt P₂ zurück, so dass der Wert von d, _ß, der jedem Wert von M entspricht, der Reihe nach an der Adresse ß des Speichers mit direktem Zugriff gespeichert wird, wie es in Fig. 35 dargestellt ist.

14) Wenn der Lichtstrahl vom Objekt 161a bei einer Erhöhung von M nicht reflektiert wird, zirkuliert die logische Operation durch die Schleife aus den Schritten P₂, P₁₀ und P₁₁ bis zu M=48.

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BAD ORIGIN a>

15) Bei M=49 geht die logische Operation vom Schritt P₁₀ auf den Schritt P₁₂ und weiterhin vom Schritt P auf den Schritt P^₃ über, da das Kennzeichen F auf 1 gesetzt wurde. Im Schritt P-J₃ wird der arithmetische Mittelwert Έ7~ , der an den Adressen 1 bis ß des Speichers mit direktem Zugriff gespeicherten Daten in der folgenden Weise ermittelt:

i Anschliessend geht die logische Operation auf den Schritt

P₁4 über, in dem dieser Mittelwert d. an einer Adresse

<f im Speicher mit direktem Zugriff gespeichert wird. Dann geht die logische Operation auf den Schritt P₁₅ über, um das Kennzeichen F von 0 bis 1 zu setzen und führt die Operation anschliessend den Schritt P₁ g aus, in dem ß auf Null gesetzt wird, worauf schliesslich der Schritt P~ über den Schritt P₁₇ folgt.

16) Da von N=i bis zu N=g reflektiertes Licht vom Objekt 161a wahrgenommen wird, werden die Vorgänge 10 bis 15 wiederholt und wird der Wert d, an der Adresse <£" des Speichers mit direktem Zugriff fortgeschrieben. Im Abtastweg des Lichtstrahles von N=i+1 bis N=99 wird keine Reflexion von irgendwelchen Objekten aufgefangen, so dass der Wert d, , der dadurch erhalten werden kann, dass der Lichtstrahl entlang des Abtastweges für N=i abtastet, d.h. der Abstand von dem äussersten rechten Ende des Objektes zur Mittelachse des Fahrzeuges, der d, in Fig. 31 entspricht, an der Adresse <T des Speichers mit direktem Zugriff gespeichert wird.

Es versteht sich, dass im Abtastweg für N=i+1 bis N=99 keine Objekte im Bereich von R^ 50 m vorhanden sind, so dass Operationen ausgeführt werden, wie sie ähnlich denen sind, die im Fall i)beschrieben wurden.

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II) Im Fall N > 100

i) Wenn ein Objekt 171 im Bereich R * 50 m vorhanden ist, dieses jedoch kein Hindernis darstellt

17) Da von M=O bis M=46 kein Hindernis vorhanden ist, wird die logische Operation dazu gebracht, vom Schritt P₁₇ in einer Schleife aus den Schritten P_{1 o}, P_oc, P₀-, und

Ί ο Zb 21

P₁₈ zu zirkulieren.

18) Wenn M=47 erreicht ist und ein zurückkoirrnender. Laserlmpuls vom Objekt 171 aufgenommen wird, geht die logische Operation vom Schritt P₁B über den Schritt P_1Q auf

ι ι y

den Schritt, P__n über, in dem die arithmetische Operation R*e ^ h₁ ausgeführt wird, wobei h.. den Abstand von der Mittelachse Z des Fahrzeuges zu einer imaginären Ebene bezeichnet, von der angenommen wird, dass sie 30 cm über dem Dach des Fahrzeuges liegt, wie es in Fig. 34 dargestellt ist. Das Objekt 171 befindet sich oberhalb jenseits von h₁ und gehört somit zu Objekten, unter denen das Dach des Fahrzeuges hindurchgehen kann, beispielsweise zu Überführungen, Unterführungen, elektrischen Leitungen, Baumästen usw. Die logische Operation kehrt folglich vom Schritt P₃₀ über die Schritte P₂₆ und P₂₇ zum Schritt P₁₀ zurück. Es sei darauf hingewiesen,

ι ο

dass in Fig. 34 mit 173 die Laserradareinrichtung bezeichnet ist.

19) Solange ein rückkehrender Impuls vom Objekt 171 aufgenommen wird, zirkuliert die logische Operation in einer Schleife aus den Schritten P_1Q, P_1of P_0n, P₀,-, P₀- und

ίο ιy zu Zd ζ /

P₁₈- Wenn kein Rückimpuls aufgenommen wird und M=49 erreicht wird, durchläuft die logische Operation die Schritte P-ior Poe und P₀₀ und kommt die logische Operation zu

IO ZO Zo

den Schritten P_1/r» P-n ^{und p}iq zurück, um den Abtast-Io I / Io

weg für N=101 zu verschieben.

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20) Solange ein Rückimpuls vom Objekt 171 empfangen wird, (N=100 bis 102) werden die Vorgänge 17, 18 und 19 wiederholt, die oben beschrieben wurden.

ii) Wenn ein Rückimpuls von einem Objekt 162a im Bereich von R <. 50 m empfangen wird:

Es sei angenommen, dass ein rückkommender Laserimpuls vom Objekt 162.a im Abtastweg für N=j zum ersten Mal wahrgenommen wird.

21) Wenn kein Rückimpuls für kleinere Werte von M, d.h. M=O bis M=21 wahrgenommen wird, zirkuliert die logische Operation durch die Schleife aus den Schritten P₁₀, P_o/-, P _n und P₁₀

ι ο /.Ό 2' Io

synchron mit der Zunahme von M.

22) Wenn ein Rückimpuls vom Objekt 162a bei M=22 zum ersten Mal aufgenommen wird, wird die logische Operation vom Schritt P₁₈ auf die Schritte P_iq^ P₂-] ^unc^ ^p ₂2 ^^er ^^eik^{e nacn} verschoben, so dass das Kennzeichen F von 0 auf 1 gesetzt wird und geht die Operation dann auf den Schritt P--, über, so dass eine arithmetische Operation R-θ =d ausgeführt wird_f um den Abstand d von einem Reflexionspunkt s zur Y'-Achse zu ermitteln. Dann geht die logische Operation auf den Schritt P₃₄ über, indem der Wert der Adresse ß des Speichers mit direktem Zugriff um eins erhöht wird und kommt die Operation weiterhin zum Schritt P95' in· dem der Wert d auf die ß-Adresse des Speichers mit direktem Zugriff übertragen wird. Dann geht die logische Operation über die Schritte P₂₆ und P₃₇ auf den Schritt P₁₃ zurück.

23) Wenn M^ 25 ist und der Rückimpuls vom Objekt 162a wahrgenommen wird, zirkuliert die logische Operation in einer Schleife aus den Schritten P₁₈, P₁₉, P₃₁, P₃₃, P₃₃, P₃₄, P₃₅, P₃₅, P₃₇ und P₁₈- Wenn M^ 25 ist und ein Rückimpuls wahrgenommen wird, zirkuliert die logische Operation über eine Schleife aus den Schritten P₁₈, P₁₉, P₃₀, P₃₃, P₃₃/ ^P24' ^P25' ^P26' ^P27 ^und

Ρ,,ο/ so dass die Werte von d _o an den Adressen 1 bis zur Adresse Io rli

ß des Speichers mit direktem Zugriff der Reihe nach gespeichert werden, wie es in Fig. 35 dargestellt ist.

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24) Bis zu M=48 nachdem kein Rückimpuls wahrgenommen wird, durchläuft die logische Operation eine Schleife aus den Schritten P₁₈, P₂₆, P₃₇ und P_1ß.

25) Bei M=49 wird die logische Operation vom Schritt P₁„ über den Schritt P₀, auf den Schritt P₀₀ verschoben . Das Kennzeichen F war. auf 1 eingesetzt, so dass die logische Operation zum Schritt P_0q abzweigt, indem das arithmetische Mittel der an den Adressen 1 bis ß'· des Speichers mit direktem Zugriff gespeicherten Daten nach der folgenden Gleichung berechnet wird:

iß

26) Der Wert d , der vom Abtastweg für N=j abgeleitet wurde, an dem entlang der Rückimpuls vom Objekt 162a zum ersten Mal wahrgenommen wurde, ist der Abstand vom linken Ende des Objektes 162 zur Mittelachse des Fahrzeuges, d.h. zur Z-Achse, der d in Fig. 31 entspricht.

27) Anschliessend geht die logische Operation auf den Schritt P__ über, um den Wert cL , der an der 0 -Adresse des Speichers mit direktem Zugriff gespeichert ist, auf ein B-Register zu übertragen. Anschliessend wird der Schritt P₃₁ ausgeführt, in dem der folgende Vergleich, der den gleichen Gehalt wie Gleichung 58) hat, ausgeführt wird:

₍₆₀₎

wobei W die Gesamtbreite des Fahrzeuges ist und w=17 cm ist (Spielraum für einen Messfehler). Wenn Gleichung 60) erfüllt ist, zweigt die logische Operation zum Schritt P_„ ab, an dem öine positive Ausgangsentscheidung für den Fahrzeugdurchgang geliefert wird, während andererseits dann, wenn die Gleichung 60) nicht erfüllt ist, die

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logische Operation zum Schritt P-₃ abzweigt, an dem eine negative Antwort für den Fahrzeugdurchgang geliefert wird.

Für eine Zeitdauer, während der der Lichtstrahl vom Punkt A bis zum Punkt B in Fig. 32 durchläuft, arbeitet der Mikrocomputer 11 (Fig. 6) derart, dass er nach der in den obigen Prozessen 1 bis 27 angegebenen Logik entscheidet, ob irgendein Objekt vorhanden ist oder nicht, dass er den Abstand zwischen zwei Objekten und/oder die Höhe dieser Ob j ekte'· berechnet, falls derartige Objekte vorhanden sind,dass er entscheidet, ob ein Fahrzeugdurchgang durch diese Objekte oder an diesen Objekten vorbei möglich ist oder nicht.

C) Entscheidung bezüglich der Möglichkeit eines Zusammenstosses

Fig. 36 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Alarmeinrichtung für einen Fahrzeugzusammenstoss. In Fig. 36 sind ein Geschwindigkeitssensor 200 des Fahrzeuges, eine Schaltung 201 zur Aufnahme des Geschwindigkeit des Fahrzeuges und eine Alarmeinrichtung 202 jeweils dargestellt. Die übrigen Bauteile in Fig. 36 sind dieselben wie in Fig. 6 und mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Geschwindigkeitssensor 200 nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit

V auf und erzeugt ein Signal in Form einer Reihe von Impulsen

e¹ mit. einer Impulsfrequenz, die proportional zur Geschwindigkeit

V ist. Dieses Reihenimpulssignal e¹ liegt an der Detektorschala a

tung 201 der Fahrzeuggeschwindigkeit, die hauptsächlich von einem Zähler gebildet wird, so dass das Impulssignal in eine

Information V über die Fahrzeuggeschwindigkeit in Form einer a

parallen 8-Bit-Binärcodierung umgewandelt wird, deren Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit ν entspricht. Die Information über

ei

die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt am Mikrocomputer 11, der eine Entscheidung über das Risiko bezüglich irgendeines Hindernisses trifft. Wenn eine gewisse Möglichkeit eines Zusammenstosses mit einem Hindernis vorhanden ist, liefert der Mikrocomputer ein Alarmsignal D der Alarmeinrichtung 202, von der ein

el

akustisches Alarmsignal erzeugt wird, um den Fahrer zu warnen.

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a) Vorliegen oder Fehlen eines Hindernisses im Fahrtweg des Fahrzeuges.

Wie es in Fig. 38 dargestellt ist, erfolgt eine Entscheidung bezüglich der Möglichkeit eines Zusammenstosses in der Weise, dass entschieden wird, ob ein Hindernis in einem Bereich vorhanden ist oder nicht, der von einer verlängerten Ebene T-, von der linken Seitenfläche des Fahrzeuges 160 und von einer verlängerten Ebene T von der rechten Seitenfläche eingeschlossen wird und sich bis zu einer Entfernung von 50 m vom Fahrzeug erstreckt, wie es durch unterbrochene Linien in Fig. 37 dargestellt ist. Bei Stadtfahrten liegt die Geschwindigkeit des Fahrzeuges in der Grössenordnung von höchstens 50 km/Stunde, so dass es ausreichend ist, eine Strecke von bis zu 50 m vor dem Fahrzeug zu überwachen, selbst wenn die Verzögerung im Ansprechen des Fahrers berücksichtigt wird. D.h., dass ein Abstand d, von der Mittelachse Z des Fahrzeuges 160 zur rechten Seitenfläche eines Hindernisses 161 und ein Abstand d von der Z-Achse zur linken Seitenfläche eines Hindernisses 162 gegeben sind,durch:

J (61)

< ^W + Δν

< j W + Δν

wobei W die Gesamtbreite des Fahrzeuges ist und

Δ ν den Spielraum in Richtung der Breite des Fahrzeuges bezeichnet, bei dem das Fahrzeug ohne Kontakt mit irgendeinem Objekt hindurchgehen kann und der auf annähernd 50 cm gewählt ist. Wenn die Gleichung 61) erfüllt ist, sind die Hindernisse 161 und/oder 162 in dem Weg oder in der Nähe des Weges des Fahrzeuges vorhanden, so dass die Möglichkeit eines Zusammenstosses damit besteht.

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b) Beziehung zwischen der Haltestrecke des Fahrzeuges und dem Abstand zwischen dem Fahrzeug und irgendeinem Hindernis

Wenn in der oben anhand von Fig. 5 beschriebenen Weise irgendein Hindernis in -dem Fahrzeugweg oder in der Nähe des Fahrzeugweges vorhanden ist, ist es nicht möglich, einen Zusammenstoss zu vermeiden, wenn ein derartiges Hindernis innerhalb der Haltestrecke R steht, die das Fahrzeug zurücklegen muss, bis es durch den "Bremsvorgang anhält, nachdem der Fahrer visuell das Hindernis erkannt hat. Es ist daher notwendig, ein Alarmsignal für den Fahrer zu erzeugen, wenn das Hindernis in den Warnabstand R_n kommt, der gleich der Summe der Halte-

strecke R und einem vorbestimmten Spielraum R ist. s ρ

Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, ist die Haltestrecke R gegeben durch:

Λ = ^Rl ^{+ R}2 · (62)

wobei die freie Laufstrecke R₁ ausgedrückt wird durch

^Rl = ^va * ^Td

wobei ν die Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist und T, eine Zeitverzögerung für den Bremsvorgang durch den Fahrer ist, während die Bremsstrecke R- sich ergibt als:

^(64>!

wobei ök die Verzögerung des Fahrzeuges ist. Aus den Gleichungen 62), 63) und 64) ergibt sich die Haltestrecke R als:

_{R =} 1_ . ν* + ν -T, <⁶⁵⁾

^Rs 2a a a d

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Wenn der tatsächliche Abstand R_T vom Fahrzeug CA zum Hindernis M (161 oder 162 in Fig. 37) kleiner als oder gleich der Warnstrecke R ist, die gleich der Summe der Haltestrecke

R und einem vorbestimmten Spielraum R ist, d.h., wenn s ■ · ρ

Umstände eintreten, in denen aus Gleichung 65) die folgende Beziehung 66) für R gültig ist:

⁸T * Kq-=k· ^v2a ^{+ V}a ' ^Td ^{+ R}p ·'".·■··· ⁽⁶⁶⁾

ist es notwendig, ein Alarmsignal für den Fahrer zu erzeugen, um ihn über die Gefahr eines Zusammenstosses zu informieren.

c) Entscheidungslogxk des Mikrocomputers für die Gefahr eines Zusammenstosses

Im folgenden wird anhand des in den Fig. 38a und 38b dargestellten zweiten Flussdiagramms die Entscheidungslogik für die Gefahr eines Zusammenstosses beschrieben. Teile des Flussdiagramms in Fig. 38a sind im wesentlichen gleich denen in Fig. 33, so dass nur die Unterschiede zwischen dem zweiten Flussdiagramm gegenüber dem Flussdiagramm in Fig. 33 beschrieben werden. In den Fig. 38a und 38b sind mit P₄₀ bis P₅₂ Programmschritte im Programm für die Entscheidungslogik bezüglich der Gefahr eines Zusammenstosses bezeichnet.

1) Im Schritt P₁₄ wird in der oben beschriebenen Weise der mittlere Abstand dT zur Mittelachse Z vom Reflexionspunkt P. am rechten Ende des Hindernisses 161 an der <T-Adresse des Speichers mit direktem Zugriff gespeichert.

Im Schritt P₄₀ wird die Ablenkinformation Ni der X'-Achse für den Reflexionspunkt P₁ an der Adresse <i" +1 des Speichers mit direktem Zugriff gespeichert, um den Richtungswinkel θ , des Reflexionspunktes P₁ zur Mittelachse Z in späteren Programmschritten abzuleiten.

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Wie es oben beschrieben wurde, wird anschliessend im Schritt

P_OQ der mittlere Abstand d zur zentralen Achse Z ^y rn

vom Reflexionspunkt P₂ am linken Ende des Hindernisses 162

ermittelt. Anschliessend wird im Schritt P₄₁ dieser ermittelte ——___. />

Wert d an der Adresse Q +3 des Speichers mit direktem rn

Zugriff gespeichert und wird auch eine Ablenkinformation Nj der X'-Achse für den Reflexionspunkt P₃ an der Adresse <T+2 des Speichers mit direktem Zugriff gespeichert, um in späteren Programmschritten einen Richtungswinkel θ des Reflexionspunktes P„ zur Mittelachse Z zu bilden. Im Schritt P₃₀ wird der Wert d7 vom Speicher mit direktem Zugriff ausgelesen und auf das B-Register übertragen. Anschliessend geht die logische Operation zum Schritt P.„ über, wie es in Fig. 38b dargestellt ist.

2) Um festzustellen, ob das Hindernis 161 im Fahrzeugweg oder in der Nähe des Fahrzeugweges vorhanden ist, wird die Entscheidung

die durch die Gleichung 61) gegeben ist, im Schritt P₄₂ getroffen. Wenn d7 kürzer als oder gleich -^ W + & ν ist, d.h. wenn das Hindernis 161 im Fahrzeugweg oder in der Nähe des Fahrzeugweges vorhanden ist, zweigt die logische Operation zum Schritt P₄₃ ab, an dem die Ablenkinformation Ni der X'-Achse von der Adresse <f+1 des Speichers mit direktem Zugriff ausgelesen und in das B-Register eingegeben wird. Anschliessend wird im Schritt P₄₄ der Richtungswinkel θ , berechnet und wird im Schritt P₄₅ die Strecke Ob¹ ermittelt, die von einem Punkt b', an dem eine Linie senkrecht zur Mittelachse Z von einem Punkt P₁ die Z-Achse schneidet, bis zum vorderen Ende 0 des Fahrzeuges reicht. Dann wird im Schritt P₄₆ die Strecke Ob¹ daraufhin überprüft, ob sie die Gleichung 66) befriedigt, in der die Geschwindigkeit ν durch den Wert V von der Geschwindigkeitsdetektorschaltung 201 in Fig.

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ersetzt ist, was bedeutet, dass eine Entscheidung erfolgt, ob sich das Hindernis 161 in die Warnstrecke des Fahrzeuges 160 genähert hat:

<^RQ = ET ^{+ V}a * ^Td

Wenn die Strecke Ob¹ grosser als die Wärnstrecke ist, zweigt die logische Operation zum Schritt P₄₇ ab. Wenn sich das Fahrzeug, dem Hindernis 161 innerhalb der Warnstrecke R genähert hat, geht die logische Operation auf den Schritt P₅₂ über, an dem ein Signal erzeugt wird, das eine Gefahr anzeigt.

3) Wenn die an den Schritten P₄₆ oder P₄₂ angegebenen Beziehungen nicht erfüllt sind, zweigt die logische Operation zum Schritt P₄₇ ab. In diesem Schritt wird eine arithmetische Operation ausgeführt, die durch die Gleichung 61) gegeben ist, um zu entscheiden, ob das Hindernis 162 im Fahrzeugweg oder in der Nähe des Fahrzeugweges liegt. Wenn das Hindernis 162 im Fahrzeug oder in der Nähe des Fahrzeugweges liegt, geht die logische Operation auf den Schritt P₄₃ über und andererenfalls auf den Schritt P. zurück.

Im Schritt P₄₃ wird die Ablenkinformation Nj der X-Achse von der Adresse <f+2 des Speichers mit direktem Zugriff in das B-Register ausgelesen und im Schritt P₄₉ wird der Ablenkwinkel θ des Reflexionspunktes P₉ zur Mittelachse Z ermittelt. Im Schritt P₅₀ wird weiterhin eine Strecke Ob" berechnet, die von einem Punkt b",an dem eine Linie senkrecht zur Mittelachse Z vom Reflexionspunkt P₃ die Z-Achse schneidet, bis zum vorderen Ende O des Fahrzeuges verläuft. Dann wird

im Schritt P_c1 Gleichung 66),in der V für ν eingesetzt ist, Di a a

daraufhin überprüft, ob sie erfüllt ist oder nicht, d.h. wird im Schritt P₅₁ entschieden, ob das Hindernis 162 sich in die Warnstrecke R des Fahrzeuges 160 genähert hat. Wenn sich das Hindernis 162 in einen Bereich genähert hat, der kleiner als oder gleich R ist, dann zweigt die logische

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Operation zum Schritt P_₂ ab, um ein Alarmsignal zu liefern, daß eine Gefahr besteht. Wenn andererseits das Hindernis 162 weiter als Q vom Fahrzeug entfernt ist,kehrt die logische Operation zum Schritt P.. zurück.

4) Wie es oben beschrieben wurde, wird in den Schritten P,_? und P₄₇ entschieden, ob Hindernisse im Fahrweg oder in der Nähe des Fahrweges vorhanden sind. Wenn eines der Hindernisse oder beide Hindernisse tatsächlich im Fahrweg liegen, erfolgt in den Schritten P._g und P₅₁ eine Entscheidung, ob die Hindernisse sich in einen Bereich genähert haben, der kleiner als oder gleich der Warnstrecke R₀ ist. Wenn sich die Hindernisse in diesen Bereich genähert haben, wird ein Alarmsignal für das Bestehen einer Gefahr erzeugt, um den Fahrer über die Gefahr eines Zusammenstosses zu informieren.

Wie es oben beschrieben wurde, bietet die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Vielzahl von Vorteilen, die im folgenden zusammengefasst werden.

1) Bisher erfolgte eine Entscheidung bezüglich des Möglichkeit des Fahrzeugdurchganges über das Augenmass,erfindungsgemäss erfolgt die Entscheidung bezüglich der Möglichkeit des Fahrzeugdurchganges demgegenüber durch die Messung des Abstandes zwischen Hindernissen im Fahrweg weit vor den Hindernissen unter Verwendung einer Laserradareinrichtung, so dass diese Entscheidung augenblicklich und genau getroffen werden kann.

Die Messung erfolgt dadurch, dass Laserlicht ausgesandt wird, so dass eine genaue Entscheidung bezüglich der Möglichkeit des Fahrzeugdurchganges bei schlechter Sicht, beispielsweise des Nachts, erfolgen kann.

2) Bei bekannten Funkradareinrichtungen liegt der Streuwinkel des Funkstrahles wenigstens in der Grössenordnung von 1°, so dass der Durchmesser des Strahlpunktes etwa 85 cm an

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einer Stelle im Abstand von 50 m vom vorderen Ende der Radareinrichtung beträgt. Im Gegensatz dazu, ist bei einer Laserradareinrichtung der Streuwinkel des Laserstrahles kleiner als oder gleich·0,057°, so dass der Durchmesser des Strahlpunktes kleiner als oder gleich etwa 5 cm ist und ist der Laserstrahl im Vergleich mit dem Funkstrahl scharf gebündelt, so dass im Vergleich mit Funkradarmessungen eine sehr hohe Genauigkeit verwirklicht werden kann.

3) Durch die Anwendung der Erfindung ergibt sich eine Vorrichtung, die Zusammenstösse verhindert, wobei davon ausgegangen werden kann, dass durch die erfindungsgemässe Vorrichtung der grösste Teil der Unfälle verhindert werden kann, die durch einen Aufprall von hinten hervorgerufen werden und annähernd 22 % der Verkehrsunfälle zwischen Fahrzeugen betragen, wobei die Gesamtanzahl dieser Verkehrsunfälle 1976 102 447 beträgt. Insbesondere körnen erfindungsgemäss die Grosse eines Hindernisses und seine Richtung zum Fahrzeug ermittelt werden. Selbst auf einer kurvigen Strasse, auf der bei der bekannten Funkradareinrichtung leicht Funktionsfehler auftreten, können derartige Fehler im wesentlichen ausgeschlossen werden und kann ein Zusammenstoss sicher und genau verhindert werden.

4) Die Ablenkung des Laserstrahles erfolgt mittels akustooptischer Lichtablenkeinrichtungen, so dass im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen,die Spiegel verwenden, der Ablenkwinkel des Laserstrahles sehr genau gesteuert werden kann und daher die Richtung eines Reflexionspunktes an einem Zielobjekt bezüglich des Fahrzeuges mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.

5) Am Empfangsteil der Läserradareinrichtung erfolgt eine Nahechodämpfung, so dass der Pegel eines elektrischen Signales, das über eine fotoelektrische Umwandlung des vom Zielobjekt reflektierten Lichtes erhalten wird, nur durch den Reflexionsfaktor des Zielobjektes bestimmt ist, jedoch unab-

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hängig von der Entfernung bis zum Zielobjekt ist, was
es erlaubt, unerwünschte Reflexionen oder Nebenreflexionen von der Strassenoberflache usw. auszuschliessen und Fehlfunktionen der Laserradareinrichtung zu verhindern.

6) Die Richtungsinformation θ , θ und die Abstandsinformation

χ y

R eines Reflexionspunktes an einem Zielobjekt, die durch das Laserlicht gemessen werden, werden über einen Mikrocomputer verarbeitet, so dass die Entscheidung bezüglich der Möglichkeit des Fahrzeugdurchganges mit einer hohen
Genauigkeit innerhalb kurzer Zeit getroffen werden kann.

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BAD

Leerseite

Claims

PATENTANWALTH A.

H. KINKELDEY

DA-ING AeE Oi^-ECHl

K. SCHUMANN

OR RER '»AT f>s\. PMYS

P. H. JAKOB

OPL ING

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

17. Jan. 1980 P 14 640

NISSM HOTOR CO., HDD.

2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku, Yokohama City, Japan

Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen für Fahrzeuge

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Wahrnehmen von Hindernissen für Fahrzeuge, bei der Entscheidungen auf der Grundlage bestimmter Kriterien bezüglich eines oder mehrerer Objekte im Fahrtweg des Fahrzeuges getroffen werden, um zu bestimmen, ob jedes Objekt ein Hindernis darstellt, gekennzeichnet durch eine zentrale Taktgebereinrichtung(1) ,die zentrale Taktimpulse mit einer sehr hohen Frequenz erzeugt, eine Impulstreibereinrichtung (5), die auf die Taktgebereinrichtung (1) anspricht und eine Reihe von Treiberimpulsen erzeugt, eine

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TELEFON (Οβθ) 23 QS 62 TELEX OS-QS3BO TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIEREtI

Lasereinrichtung (7) , die auf die Impulstreibereinrichtung (5) anspricht und eine Reihe von Laserimpulsen ausgibt, eine Lichtablenkeinrichtung (8, 9, 10), die auf die Taktgebereinrichtung (1) und die Lasereinrichtung (7) anspricht und der Reihe nach jeden Laserimpuls in ein zweidimensionales Abtastmuster in Fahrtrichtung des Fahrzeuges ablenkt und gleichfalls ein Ablenkinformationspaar erzeugt, das der Richtung entspricht, in die jeder Laserimpuls abgelenkt wird, eine Wandlereinrichtung (13), die auf jeden zurückkommenden Laserimpuls anspricht, der von einem oder mehreren Objekten reflektiert wird, um jeden rückkehrenden Laserimpuls fotoelektrisch in ein elektrisches Impulssignal umzuwandeln, eine Äbstandsinformationseinrichtung (16, 17, 18), die auf die Wandlereinrichtung (13) anspricht und eine Information über die Entfernung zu jedem Objekt liefert_/und eine arithmetische logische Einrichtung (11), die auf das Ablenkinformationspaar und die entsprechende Abstandsinformation anspricht und die Richtung und den Abstand jedes Objektes bezüglich eines Punktes ableitet, an dem der Laserimpuls ausgegeben wird,und die weiterhin auf die abgeleitete Richtung und den abgeleiteten Abstand sowie ein Signal anspricht, das die Fahrzeuggeschwxndigkeit angibt,und wenigstens eine Entscheidung bezüglich der Möglichkeit eines Zusammenstosses des Fahrzeuges mit dem Objekt, bezüglich der Möglichkeit des Durchganges des Fahrzeuges in Richtung der Breite des Fahrzeuges oder bezüglich der Möglichkeit des Durchganges des Fahrzeuges in Richtung der Höhe des Fahrzeuges trifft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die arithmetische logische Einrichtung (11) eine Entscheidung trifft, dass die Möglichkeit eines Zusammenstosses entstanden ist,und ein Alarmsignal erzeugt, wenn ein Abstand R zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug sich einer Haltestrecke R nähert, die gleich der Summe einer freien Laufstrecke R₁ und dem Bremsweg R₂ ist, die von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges jeweils abhängig sind.

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3. Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die arithmetische logische Einrichtung (11) eine Entscheidung trifft, dass der Durchgang zwischen wenigstens zwei Objekten in Richtung der Breite des Fahrzeuges nicht möglich ist, und ein Alarmsignal erzeugt, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist:

^{w +} ^w S ^Ri * e_xl + R_r . θ_χ;,

wobei W die Gesamtbreite des Fahrzeuges ist,(f ein bestimmter Spielraum in Richtung der Breite des Fahrzeuges ist, R₁ der Abstand zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses auf der Mittelachse des Fahrzeuges und dem äussersten rechten Ende eines Objektes auf der linken Seite zur Mittelachse ist, von welchem rechten Ende ein zurückkommender Laserimpuls empfangen werden kann, θ , den Winkel zwischen der Mittelachse und dem äussersten rechten Ende eines Objektes auf der linken Seite zum Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet, R der Abstand zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und dem äussersten linken Ende eines Objektes auf der rechten Seite zur Mittelachse ist, von welchem linken Ende ein zurückkommender Laserimpuls empfangen werden kann,und θ einen Winkel zwischen der Mittelachse und dem äussersten linken Ende eines Objektes auf der rechten Seite zum Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die arithmetische logische Einrichtung (11) eine Entscheidung liefert, dass der Durchgang zwischen Objekten in Richtung der Breite des Fahrzeuges nicht möglich ist, und ein Alarmsignal erzeugt, wenn eine der folgenden Beziehungen erfüllt ist:

£n = 2

und ·

α < ττ ⁺ Δν , rn =2 /

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wobei d, der mittlere kleinste Abstand zwischen einem Objekt auf der linken Seite und der Mittelachse des Fahrzeuges ist, d der mittlere kleinste Abstand zwischen einem Objekt auf der rechten Seite und der Mittelachse ist, W die gesamte Breite des Fahrzeuges bezeichnet und Δν die Hälfte eines bestimmten Spielraumes in Richtung der Breite ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die arithmetische logische Einrichtung (11) eine Entscheidung trifft, dass der Durchgang in Richtung der Höhe des Fahrzeuges nicht möglich ist, und ein Alarmsignal erzeugt, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist

h_t + 6_h > R · e_y

wobei h. die Höhe zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und einer Ebene ist, in der das Dach des Fahrzeuges liegt, Oh ein vorbestimmter Höhenspielraum in vertikaler Richtung ist, R den Abstand zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und dem unteren Ende eines oberen Objektes bezeichnet, das sich über dem Fahrtweg des Fahrzeuges befindet, von welchem Ende ein rückkehrender Laserimpuls empfangen werden kann, und θ den Winkel zwischen der Mittelachse und dem unteren Ende des oberen Objektes zum Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die arithmetische logische Einrichtung (11) gleichfalls eine Entscheidung trifft, dass der Durchgang in Richtung der Höhe der Fahrzeuges nicht möglich ist, und ein Alarmsignal erzeugt, wenn die folgende Beziehung erfüllt ist

h_u ♦ a_g > β·β

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wobei h eine Höhe ist, die gleich der Differenz zwischen der Höhe des Sendepunkte des Laserimpulses und der Bodenfreiheit des Fahrzeuges ist, (f einen bestimmten Höhenspielraum zwischen dem Boden des Fahrzeuges und der Strassenoberflache bezeichnet, R der Abstand zwischen dem Sendepunkt des Laserimpulses und dem oberen Ende eines unteren Objektes im Fahrtweg des Fahrzeuges ist, von welchem Ende ein rückkehrender Laserimpuls empfangen werden kann_y und θ den Winkel.zwischen der Mittelachse und dem oberen Ende des unteren Objektes zum Sendepunkt des Laserimpulses bezeichnet.

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7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2,3, 5 und 6, gekennzeichnet durch eine Nebentaktgebereinrichtung (2, 4), die auf die zentrale Taktgebereinrichtung (1) anspricht und Nebentaktimpulse mit einer hohen Frequenz erzeugt, die einer bestimmten Teilung der zentralen Taktfrequenz entspricht, wobei die Lichtablenkeinrichtung (8, 9,10) eine Ablenktreibereinrichtung (8), die auf .die Nebentaktimpulse anspricht und einen ersten und einen zweiten Oszillator (114, 119) mit veränderlicher Frequenz, die Ausgangssignale erzeugen, deren Wiederholungsperioden der Frequenzänderung miteinander synchronisiert sind,und zwei Breitbandleistungsverstärker (115, 129) aufweist, um die Ausgangssignale zu einem ersten und zweiten Ablenksignal zu verstärken, die dem Ablenkinformationspaar jeweils entsprechen, und eine erste und eine zweite Lichtablenkeinrichtung ( 9, 10) aufweist, die auf das erste und das zweite Ablenksignal ansprechen und den Laserimpuls in eine erste und eine zweite Richtung ablenken, die im wesentlichen senkrecht zueinander liegen, so dass ein zweidiraensionales Abtastmuster in einer imaginären Ebene vor dem Fahrzeug geliefert wird, die im wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass die Ablenktreibereinrichtung (8) eine erste Teilereinrichtung (110) mit einem ersten Teilungsfaktor, die auf die Nebentaktgeberexnrichtung (2, 4) anspricht und eine erste lokale Taktimpulskette erzeugt, eine Sägezahnsignalgeneratoreinrichtung (112), die auf die ersten lokalen Taktimpulse anspricht und ein sägezahnförmiges Signal mit der Frequenz der ersten lokalen Taktimpulse erzeugt, das am ersten Oszillator (114) mit veränderlicher Frequenz liegt, und eine Schrittsignalgeneratoreinrichtung (116, 118) aufweist, die auf die ersten lokalen Taktimpulse anspricht und ein Schrittsignal mit der Frequenz der ersten lokalen Taktimpulse erzeugt, das am zweiten Oszillator (119) mit veränderlicher Frequenz synchron mit dem sägezahnförmigen Signal liegt.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenktreibereinrichtung (8) eine zweite Teilereinrichtung (111) mit einem zweiten Teilungsfaktor, der kleiner als der erste Teilungsfaktor ist, die eine zweite lokale Taktimpulskette mit einer höheren Frequenz als die der ersten lokalen Taktimpulskette erzeugt, und einen ersten Zähler (113) aufweist, der auf die zweite lokale Taktimpulskette anspricht und eine erste Binärcodierung erzeugt, die einer ersten Information des Ablenkinformationspaares :des Laserimpulses in eine erste Richtung des zweidimensionalen Abtastmusters entspricht, und dass die Schrittsignalgeneratoreinrichtung (116, 118) einen zweiten Zähler (116), der auf die ersten lokalen Taktimpulse anspricht und eine zweite Binärcodierung erzeugt, die einer zweiten Information des Ablenkinformationspaares des Laserimpulses in die zweite Richtung der Abtastmusters entspricht, und einen Analog/Digital-Wandler aufweist, der auf die zweite Binärcodierung vom zweiten Zähler (116) anspricht und das Schrittsignal erzeugt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zähler (113) der Ablenktreibereinrichtung (8) durch die zweiten lokalen Taktimpulse in Gang gesetzt und aufgezählt und durch die ersten lokalen Taktimpulse rückgesetzt wird, und dass die Ablenktreibereinrichtung (8) einen digitalen Komparator (117) aufweist, an dessen einem Eingang die zweite Binärcodierung liegt und an dessen anderem Eingang als Bezugscodierung für einen Vergleich eine Binärcodierung liegt, die dem Abtastbereich in der zweiten Richtung des Abtastmusters entspricht, wobei der digitale Komparator (117) so arbeitet, dass er den zweiten Zähler (116) rücksetzt, wenn dessen Inhalt gleich der Bezugscodierung ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Oszillator (114, 119) mit veränderlicher Frequenz spannungsgesteuerte Oszillatoren sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lichtablenkeinrichtung (9, 10) aus einer ersten und einer zweiten akustooptischen Lichtablenkeinrichtung' bestehen, um

den Laserimpuls in die erste und in die zweite Richtung
des Äbtastmusters jeweils abzulenken.

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13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 4,5 und 6, gekennzeichnet durch eine Nebentaktgebereinrichtung (2, 4), die auf die zentrale Taktgebereinrichtung (1) anspricht und Nebentaktimpulse mit einer hohen Frequenz erzeugt, die einer bestimmten Teilung der zentralen Taktfrequenz entspricht, wobei die Lichtablenkeinrichtung (8, 9,10) eine Ablenktreibereinrichtung (8), die auf die Nebentaktimpulse anspricht und einen ersten und einen zweiten Oszillator (114, 119) mit veränderlicher Frequenz, die Ausgangssignale erzeugen, deren Wiederholurigsperioden der Frequenzänderung miteinander synchronisiert sind und zwei Breitbandleistungsverstärker (115, 129) aufweist, um die Ausgangssignale zu einem ersten und zweiten Ablenksignal zu verstärken, die dem Ablenkinformationspaar jeweils entsprechen, und eine erste und eine zweite Lichtablenkeinrichtung ( 9, 10) aufweist, die auf das erste und das zweite Ablenksignal ansprechen und den Laserimpuls in eine erste und eine zweite Richtung ablenken, die im wesentlichen senkrecht zueinander liegen, so dass ein zweidimensionales Abtastmuster in einer imaginären Ebene vor dem Fahrzeug geliefert wird, die im wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges liegt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenktreibereinrichtung (8) eine erste Teilereinrichtung (110) mit einem ersten Teilungsfaktor, die auf die Nebentaktgebereinrichtung (2, 4) anspricht und eine erste lokale Taktimpulskette erzeugt, eine Sägezahnsignalgeneratoreinrichtung (112), die auf die ersten lokalen Taktimpulse anspricht und ein sägezahnförmiges Signal mit der Frequenz der ersten lokalen Taktimpulse erzeugt, das am ersten Oszillator (114) mit veränderlicher Frequenz liegt, und eine Schrittsignalgeneratoreinrichtung (116, 118) aufweist, die auf die ersten lokalen Taktimpulse anspricht und ein Schrittsignal mit der Frequenz der ersten lokalen Taktimpulse erzeugt, das am zweiten Oszillator (119) mit veränderlicher Frequenz synchron mit dem sägezahnförmigen Signal liegt.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenktreibereinrichtung (8) eine zweite Teilereinrichtung (111) mit einem zweiten Teilungsfaktor, der kleiner als der erste Teilungsfaktor ist, die eine zweite lokale Taktimpulskette mit einer höheren Frequenz als die der ersten lokalen Taktimpulskette erzeugt, und einen ersten Zähler (113) aufweist, der auf die zweite lokale Taktimpulskette anspricht und eine erste Binärcodierung erzeugt, die einer ersten Information; des Ablenkinformationspaares -.des Laserimpulses in eine erste Richtung des zwei- dimensionalen Abtastmusters entspricht, und dass die Schrittsignalgeneratoreinrichtung (116, 118) einen zweiten Zähler (116), der auf die ersten lokalen Taktinpulse anspricht und eine zweite Binärcodierung erzeugt, die einer zweiten Information des Ablenkinformationspaares des Laserimpulses in die zweite Richtung der Abtastmusters entspricht, und einen Analog/Digital-Wandler aufweist, der auf die zweite Binärcodierung vom zweiten Zähler (116) anspricht und das Schrittsignal erzeugt.

16.. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zähler (113) der Ablenktreibereinrichtung (8) durch die zweiten lokalen Taktimpulse in Gang gesetzt und aufgezählt und durch die ersten lokalen Taktimpulse rückgesetzt wird, und dass die Ablenktreibereinrichtung (8) einen digitalen Komparator (117) aufweist, an dessen einem Eingang die zweite Binärcodierung liegt und an dessen anderem Eingang als Bezugscodierung für einen Vergleich eine Binärcodierung liegt, die dem Abtastbereich in der zweiten Richtung des Abtastmusters entspricht, wobei der digitale Komparator (117) so arbeitet, dass er den zweiten Zähler (116) rücksetzt, wenn dessen Inhalt gleich der Bezugscodierung ist.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , dass der erste und der zweite Oszillator (114, 119) mit veränderlicher Frequenz spannungsgesteuerte Oszillatoren sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lichtablenkeinrichtung (9, 10) aus einer ersten und einer zweiten akustooptischen Lichtablenkeinrichtung bestehen, um

den Laserimpuls in die erste und in die zweite Richtung
des Abtastmusters jeweils abzulenken.

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BAD

" ¹² ■ 3 O O ι Β 21

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Nebentaktgebereinrichtung (2, 4), die auf die zentrale Taktgebereinrichtung (1) anspricht und Nebentaktimpulse mit einer hohen Frequenz erzeugt, die einer bestimmten Teilung der zentralen Taktfrequenz entspricht, wobei die Lasereinrichtung (7) aus einem Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode besteht und die Impulstreibereinrichtung (8) eine Stromschalteinrichtung (S₁, S₂, 121, 122) aufweist, die auf die Nebentaktimpulse anspricht und mit einem Anschluss der Laserdiode verbunden ist, wobei die Stromschalteinrichtung (S-, S₂, 121, 122) eine Parallelschaltung aus einer ersten Reihenkombination eines ersten elektronischen Schalters (S₁) und einer ersten Konstantstromquelle (121) einer Polarität und aus einer zweiten Reihenkombination eines zweiten Schalters (S₂) und einer zweiten Konstantstromquelle (122) mit einer anderen Polarität umfasst und der erste und der zweite elektronische Schalter (S₁, S-) abwechselnd auf jeden Nebentaktimpuls ansprechend geschaltet werden.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektronische Schalter (S₁) zuerst auf jeden Nebentaktimpuls für eine erste bestimmte Zeitdauer angeschaltet wird, um einen Strom in Durchlassrichtung durch die Laserdiode fliessen zu lassen,und dass unmittelbar nach der ersten Zeitdauer der zweite elektronische Schalter (S₁) für eine bestimmte zweite Zeitdauer angeschaltet wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Zeitdauer im wesentlichen gleich der Zeitdauer jedes Nebentaktimpulses gewählt sind, um einen Laserimpuls zu erzeugen, der eine wesentlich steilere nachlaufende Flanke und eine Dauer hat, die im wesentlichen gleich der jedes Nebentaktimpulses ist.

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22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die erste Kombination (S₁, 121) aus einer ersten Emitter gekoppelten Logikeinrichtung besteht, und dass die zweite Kombination (S₂, 122) aus einer zweiten Emitter gekoppelten Logikeinrichtung besteht.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Nebentaktgebereinrichtung (2, 4), die auf die zentrale Taktgebereinrichtung (1) anspricht und Nebentaktimpulse mit einer hohen Frequenz erzeugt, die einer bestimmten Teilung der zentralen Taktfrequenz ent-: spricht, wobei die Lasereinrichtung (7) aus einem Halbleiterlaser in Form einer Laserdiode besteht und die Impulstreibereinrichtung (8) eine Stromschalteinrichtung (S₁, S₃, 121, 122) aufweist, die auf die Nebentaktimpulse -anspricht und mit einem Anschluss der Laserdiode verbunden ist, wobei die Stromschalteinrichtung (S₁, S₃, 121, 122) eine Parallelschaltung aus einer ersten Reihenkombination eines ersten elektronischen Schalters (S..) und einer ersten Konstantstromquelle (121) einer Polarität und aus einer zweiten Reihenkombination eines zweiten Schalters (S2) und einer zweiten · Konstantstromquelle (122) mit einer anderen Polarität umfasst und der erste und der zweite elektronische Schalter (S.., S_) abwechselnd auf jeden Nebentaktimpuls ansprechend geschaltet werden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektronische Schalter (S₁) zuerst auf jeden Nebentaktimpuls für eine erste bestimmte Zeitdauer angeschaltet wird, um einen Strom in Durchlassrichtung durch die Laserdiode fHessen zu lassen und dass unmittelbar nach der ersten Zeitdauer der zweite elektronische Schalter (S^Jfür eine bestimmte zweite Zeitdauer angeschaltet wird.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Zeitdauer im wesentlichen gleich der Zeitdauer jedes Nebentaktimpulses gewählt sind, um einen Laserimpuls zu erzeugen, der eine wesentlich steilere nachlaufende Flanke und eine Dauer hat, die im wesentlichen gleich der jedes Nebentaktimpulses ist.

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ν §ÄD ORDINAL

- ¹⁵ - 3001671

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die erste Kombination (S-, 121) aus einer ersten Emitter gekoppelten Logikeinrichtung besteht, und dass die zweite Kombination (S₂, 122) aus einer zweiten Emitter gekoppelten Logikeinrichtung besteht.

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27. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch g e k e η η ζ e ichnet , dass die Wandlereinrichtung (13) eine Fotodetektoreinrichtung, die auf jeden rückkehrenden Laserimpuls anspricht und ein elektrisches Impulssignal mit einem Pegel erzeugt, das direkt vom Abstand zwischen dem Objekt und Fahrzeug abhängt, und eine Regelverstärkereinrichtung (33) aufweist, die auf das elektrische Impulssignal anspricht und dieses auf einen, vorbestimmten Pegel unabhängig vom Abstand zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug verstärkt.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotodetektoreinrichtung eine Fotodiode (32) vom Elektronen-Lawinen-Durchbruchstyp aufweist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch g e k e η η ζ-e ichnet, dass die Regelverstärkereinrichtung (33) aus einem zweistufigen Verstärker besteht, dessen erste Stufe einen Doppel-Gate-Feldeffekttransistor (151) aufweist, an dessen Verstärkungssteuergate ein Nahechodämpfungssignal liegt, und dessen zweite Stufe einen Feldeffekttransistor (152) enthält.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch g e k e η η zeichn et, dass der durch das Abtasten mit dem Laserimpuls zu messende Entfernungsbereich vom Anfang und von der Dauer des Nahechodämpfungssignals abhängt.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlereinrichtung (13) einen Sägezahnfunktionsgenerator (6) aufweist, der auf jeden Nebentaktimpuls anspricht und ein Sägezahnsignal liefert, das als Nahechodämpfungssignal dient.

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32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlereinrichtung (13) einen Breitbandverstärker (14), der auf das aufgenommene elektrische Impulssignal anspricht und dessen Pegel verstärkt, und eine Schwellenwerteinrichtung aufweist, die auf das verstärkte elektrische Impulssignal anspricht, um dessen Pegel mit einem vorbestimmten Schwellenwert der Komparatoreinrichtung (15) zu vergleichen.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet , dass die Abstandsinformationseinrichtung (16, 17, 18) eine Ausblendzeiteinrichtung, die durch den Nebentaktimpuls gesetzt und durch ein Ausgangssignal der Schwellenwerteinrichtung rückgesetzt wird, um ein Ausblendzeitsignal zu erzeugen, eine logische Verknüpfungseinrichtung, die auf das Ausblendzeitsignal von der Ausblendzeiteinrichtung anspricht, um die zentralen Taktimpulse durchzulassen, und eine Abstandszähleinrichtung aufweist, die auf die zentralen Taktimpulse anspricht und die Anzahl der Taktimpulse zählt, die während der Dauer des Ausblendzeitsignals geliefert werden, um eine Binärcodierung zu erzeugen, die den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem abgetasteten Objekt wiedergibt.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblendzeiteinrichtung eine Flip-Flop-Schaltung (16) ist.

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- .18 -

35. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch g e k e η η ζ e ichnet , dass die Wandlereinrichtung (13) eine Fotodetektoreinrichtung, die auf jeden rückkehrenden Laserimpuls anspricht und ein elektrisches Impulssignal mit einem Pegel erzeugt, das direkt vom Abstand zwischen dem Objekt und Fahrzeug abhängt, und eine RegelVerstärkereinrichtung (33) aufweist, die auf das elektrische Impulssignal anspricht und dieses auf einen vorbestimmten Pegel unabhängig vom Abstand zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug verstärkt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotodetektoreinrichtung eine Fotodiode (32) vom Elektronen-Lawinen-Durchbruchstyp aufweist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelverstärkereinrichtung (33) aus einem zweistufigen Verstärker besteht, dessen erste Stufe einen Doppel-Gate-Feldeffekttransistor (151) aufweist, an dessen Verstärkungssteuergate ein Nahechodämpfungssignal liegt, und dessen zweite Stufe einen Feldeffekttransistor (152) enthält.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37,, dadurch g e k e η η zeichn et, dass der durch das Abtasten mit dem Laserimpuls zu messende Entfernungsbereich vom Anfang und von der Dauer des Nahechodämpfungssignals abhängt.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlereinrichtung (13) einen Sägezahnfunktionsgenerator (6) aufweist, der auf jeden Nebentaktimpuls anspricht und ein Sägezahnsignal liefert, das als Nahechodämpfungssignal dient.

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40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlereinrichtung (13) einen Breitbandverstärker (14)/ der auf das aufgenommene elektrische Impulssignal anspricht und dessen Pegel verstärkt, und eine Schwellenwerteinrichtung aufweist, die auf das verstärkte elektrische Impulssignal anspricht, um dessen Pegel mit einem vorbestimmten Schwellenwert der Komparatoreinrichtung (15) zu vergleichen.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40,dadurch gekennzeichnet , dass'die Abstandsinformationseinrichtung (16_f 17, 18) eine Ausblendzeiteinrichtung, die durch den Nebentaktimpuls gesetzt und durch ein Ausgangssignal der Schwellenwerteinrichtung rückgesetzt wird, um ein Ausblendzeitsignal zu erzeugen, eine logische Verknüpfungseinrichtung, die auf das Ausblendzeitsignal von der Ausblendzeiteinrichtung anspricht, um die zentralen Taktimpulse durchzulassen und eine Abstandszähleinrichtung aufweist, die auf die zentralen Taktimpulse anspricht und die Anzahl der Taktimpulse zählt, die während der Dauer des Ausblendzeitsignals geliefert werden, um eine Binärcodierung zu erzeugen, die den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem abgetasteten Objekt wiedergibt.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblendzeiteinrichtung eine Flip-Flop-Schaltung (16) ist.

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43. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abtasten in einer Richtung von rechts nach links die arithmetische logische Einrichtung (11) so arbeitet, dass sie den Abstand zwischen einem Objekt auf der linken Seite und der Mittelachse ableitet und in ihrer Speichereinrichtung speichert, indem sie einen arithmetischen Mittelwert aller Abstände zur Mittelachse berechnet, die während der letzten Abtastperiode des Objektes auf der linken Seite in der ersten Richtung des Abtastmusters erhalten wurden, und dass sie gleichfalls einen Abstand zwischen einem Objekt auf der rechten Seite und der Mittelachse ableitet und in ihrer Speichereinrichtung speichert, indem sie den arithmetischen Mittelwert aller Abstände berechnet, die während der ersten Abtastperiode des Objektes auf der rechten Seite in der ersten Richtung des Abtastmusters erhalten wurden_/und umgekehrt.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die arithmetische logische Einrichtung (11) ein elektronischer Kleinrechner ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Taktgebereinrichtung (1), die Nebentaktgebereinrichtung (2, 4), die Flip-Flop-Schaltung (16), die logische Verknüpfungseinrichtung (17) und der Abstandszähler (18) der Abstandsinformationseinrichtung Emitter gekoppelte Logikteile jeweils sind.

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46. Vorrichtung nach Anspruch ⁴²» dadurch gekennzeichnet, dass beim Abtasten in einer Richtung von rechts nach links die arithmetische logische Einrichtung (11) so arbeitet, dass sie den Abstand zwischen einem Objekt auf der linken Seite und der Mittelachse ableitet und in ihrer Speichereinrichtung speichert, indem sie einen arithmetischen Mittelwert aller Abstände zur Mittelachse berechnet, die während der letzten Abtastperiode des. Objektes auf der linken Seite in der ersten Richtung des Abtastmusters erhalten wurden, und dass sie gleichfalls einen Abstand zwischen einem Objekt auf der rechten Seite und der Mittelachse ableitet und in ihrer Speichereinrichtung speichert, indem sie den arithmetischen Mittelwert aller Abstände berechnet, die während der ersten Abtastperiode des Objektes auf der rechten Seite in der ersten Richtung des Abtastmusters erhalten wurden_;und umgekehrt.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die arithmetische logische Einrichtung (11) ein elektronischer Kleinrechner ist.

•48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Taktgebereinrichtur.g (1), die Nebentaktgebereinrichtung (2, 4), die Flip-Flop-Schaltung (16), die logische Verknüpfungseinrichtung (17) und der Abstandszähler (18) der Abstandsinformationseinrichtung Emitter gekoppelte Logikteile jeweils sind.

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