DE3616930C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung der Geschwindigkeit eines zweiten Fahrzeugs zwecks Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Abstands des zweiten Fahrzeugs zu einem ihm vorausfahrenden ersten Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Seit einiger Zeit werden in Automobile automatische Fahrgeschwindigkeitsregler mit der Absicht eingebaut, das Fahrzeug ohne manuellen Eingriff, etwa bei einer eingestellten Fahrgeschwindigkeit fahren zu lassen. Außerdem wurden andere automatische Geschwindigkeitsregelsysteme vorgeschlagen, die automatisch dem vorausfahrenden Fahrzeug folgen. Diese Art von Fahrzeugsteuersystemen steuern den Öffnungswinkel der Drosselklappe in einer Drosselkammer am Fahrzeugmotor, so daß das Fahrzeug auf etwa konstanter Geschwindigkeit oder der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem vorausfahrenden Fahrzeug annähernd auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Diese Art von Geschwindigkeitsregelsystemen für Fahrzeuge ist in der JP 55 86 000 A1 erläutert.
Ein solches Geschwindigkeitsregelsystem für Fahrzeuge erfordert eine genaue Messung des Abstandes vom Fahrzeug zum vorausfahrenden Fahrzeug, um die Fahrgeschwindigkeit in geeigneter Weise zu steuern. Es wurden deshalb Systeme mit am Fahrzeug montierten Radareinheiten vorgeschlagen, um den Abstand zwischen den Fahrzeugen zu bestimmen. Derartige Radaranlagen strahlen elektromagnetische Wellen hoher Richtwirkung ab und empfangen die von vorausfahrenden Fahrzeugen reflektierten Wellen. Die Messung des Abstandes zwischen den Fahrzeugen ist oft jedoch unmöglich, zum Beispiel wenn das Fahrzeug in einer Kurve fährt und die Radareinheit keine von dem vorausfahrenden Fahrzeug reflektierten Wellen empfangen kann. Außerdem könnten derartige Radareinheiten irrtümlicherweise Fahrzeuge erfassen, die vor ihnen auf benachbarten Fahrspuren fahren.
Aus der DE 34 15 572 A1 ist eine optische Radareinrichtung für Fahrzeuge zur Erkennung von Hindernissen bekannt, die einen optischen Sender und Empfänger sowie einen Entfernungsmesser aufweist. Zur Ermittlung des Winkels, in dem ein Hindernis vom Fahrzeug aus gesehen wird, erfolgt eine Schwenkung des Suchstrahls über die Straßenbreite, wobei auch der Lenkwinkel des Fahrzeugs berücksichtigt wird.
Ferner ist aus der DE 33 25 713 A1 eine Abstandsregelanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, mit der es möglich ist, geregelt hinter einem vorausfahrenden Fahrzeug herzufahren und das Fahrzeug in einem bestimmten Bereich durch Einflußnahme auf die Drosselklappe des Motors automatisch zu verzögern bzw. zu beschleunigen.
Aus der JP 5 17 892 A2 ist ein Geschwindigkeitsregelsystem für Fahrzeuge bekannt, das die An- oder Abwesenheit eines vorausfahrenden Fahrzeugs auch in der Kurve sicher entdecken kann und die laufende Messung des Abstandes zwischen den Fahrzeugen ermöglicht.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des oben beschriebenen Geschwindigkeitsregelsystems, das vor dem Fahrzeug befindliche Hindernisse entdecken kann.
In Fig. 1 ist eine drehbare Einheit 9 vorgesehen, um eine Radareinheit 1 so um eine vertikale Achse zu drehen, daß sie nach links oder rechts entsprechend der Winkellage des Lenkrades des Fahrzeuges gemäß eines Drehwinkelgebers 5 geschwenkt werden kann. Ein Signalverarbeitungs-Schaltkreis 7 stellt dabei sicher, daß die Radareinheit 1 immer auf die laufende Fahrtrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet wird. Dadurch ist es möglich, daß Fahrzeug jedem vorausfahrendem Fahrzeug in der Spur nachzusteuern, um die Messung des Fahrzeugabstandes zu erleichtern und die Fahrgeschwindigkeit über einen Geschwindigkeitsregelmechanismus 11 unabhängig von einem üblichen Gaspedal so zu steuern, daß der Fahrzeugabstand aufgrund des gemessenen Abstandes und der mit Hilfe eines Fahrgeschwindigkeitssensors 3 ermittelten Fahrgeschwindigkeit auf einem sicheren Abstand gehalten wird.
Dieses Geschwindigkeitsregelsystem kann jedoch eine genaue Nachführung der Messung nicht ganz sicherstellen, da die Drehwinkeländerung des Lenkrades nicht immer mit dem Kurvenradius der Straße übereinstimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe ein vorauseilendes Fahrzeug auch in einer Kurve fehlerlos verfolgt werden kann, und zwar ohne Verwendung eines Fühlers zur Ermittlung des Lenkrad-Drehwinkels.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren und durch die im Patentanspruch 5 angegebene Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu entnehmen.
:1) Anmerkung zum Verständnis: Die Zeichnungen beziehen sich auf ein Land mit Linksverkehr
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar:1). Es zeigt
Fig. 1 das Funktionsdiagramm eines Geschwindigkeitssteuersystems für ein Fahrzeug, das in der JP 5 17 892 A2- dargestellt ist.
Fig. 2 das Blockschaltbild einer empfohlenen Ausführungsform der Vorrichtung zur Erfassung eines vorausfahrenden Fahrzeuges nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 3 A bis 3 C zusammen das Funktions-Flußdiagramm der Vorrichtung (nach Fig. 2) zur Erfassung eines vorausfahrenden Fahrzeuges,
Fig. 4 eine Darstellung von Zuständen, in denen das vorausfahrende Fahrzeug erfaßt wird,
Fig. 5 ein Zeitdiagramm von Ausgangssignalen der Hauptschaltkreise in Fig. 2 für die Zustände nach Fig. 4 und
Fig. 6 ein Zeitdiagramm entsprechend Fig. 5 von experimentellen Ausgangssignalen der Hauptschaltkreise in Fig. 2 für den Fall, daß das Fahrzeug mit der Vorrichtung zur Erfassung eines vorausfahrenden Fahrzeugs nach Fig. 2 tatsächlich auf einer Autobahn fährt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen einer bevorzugten Ausführungsform erläutert.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Vorrichtung zur Erfassung eines vorausfahrenden Fahrzeugs enthält einen Prozeßrechner 27, der von einer Radareinheit 21 und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 23 Signale erhält, diese, wie später beschrieben, verarbeitet und die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen Fahrzeuggeschwindigkeitsregler 41 regelt.
Die Radareinheit 21 enthält eine Sendeeinrichtung 43, eine Empfangseinrichtung 45 und eine Steuereinrichtung 47. Die Sendeeinrichtung 43 besteht aus einem ersten lichtabstrahlenden Sender 51, dessen optische Achse geradeaus, senkrecht zur Fahrzeugbreite gerichtet ist und aus einem zweiten und dritten Sender 49 und 53, deren optische Achsen gegenüber der optischen Achse des ersten Senders 51 nach rechts bzw. links um die Winkel R R bzw. R L (R R = R L ) versetzt sind. Außerdem enthält jeder der ersten, zweiten und dritten Sender 49, 51 und 53 je eine Laserdiode 55, 57 und 59 und eine Linse 61, 63 und 65. Die von den Laserdioden 55, 57 und 59 erzeugten Laserstrahlkeulen breiten sich in Richtung eines vor dem Fahrzeug gelegenen Abtastfeldes mit einer Winkelbedeckung von R TR , R TC und R TL (R TR = R TC = R TL ) und einer Lichtintensität von LTR, LTC und LTL (LTR = LTC = LTL) aus. Das Laserlicht strahlt also symmetrisch zur Längsachse des Fahrzeuges nach vorn.
Die Empfangseinrichtung 45 erfaßt das ausgesendete Laserlicht, wenn es von reflektierenden Objekten zurückgeworfen wird. Die Empfangseinrichtung 45 besteht aus einem Lichtempfängerelement 67 und einer Lichtsammellinse 69, die das Licht auf die lichtempfindliche Oberfläche des Lichtempfängerelementes 67 fokussiert. Die Steuereinrichtung 47 steuert Senden und Empfang der Laserstrahlen und mißt die Entfernung zwischen den Fahrzeugen, genauer den Abstand und die Richtung zwischen der Sendeeinrichtung 43 und dem das Licht reflektierenden Objekt. Die Steuereinrichtung 47 enthält einen Pulsmodulator 71, einen Verstärker 73, eine Vergleichsschaltung 75 und einen Rechenverstärker 77. Der Pulsmodulator 71 liefert ein pulsmoduliertes Signal mit einer Pulslänge von etwa 100 Nanosekunden und einer Schwingfrequenz von einigen Kilohertz nacheinander an die Laserdioden 55, 57 und 59, um diese Laserdioden 55, 57 und 59 zu aktivieren. Außerdem liefert der Pulsmodulator 71 synchron zu dem obengenannten pulsmodulierten Signal an den Rechenverstärker 77 Signale, die den Sendetakt anzeigen. Der Verstärker 73 verstärkt die empfangenen Signale, die aus dem empfangenen Licht mittels des Lichtempfangselements 67 photoelektrisch übertragen werden. Die Vergleichsschaltung 75 vergleicht den Pegel des empfangenen Signals vom Verstärker 73 mit einem vorher festgelegten Pegel, um zu erkennen, ob das empfangene Licht den vorher festgelegten Pegel übersteigt und um ein Reflexionssignal auszugeben, das daselbe anzeigt. Der Rechenverstärker 77 bestimmt den Abstand und die Richtung zum reflektierenden Objekt, wie oben beschrieben auf Grund der Laufzeitdifferenz zwischen dem Lichtsendesignal und dem reflektierten Signal.
Der Rechenverstärker 77 berechnet den oben beschriebenen Abstand nach folgender Gleichung
Abstand ℓ = c·T/2
wobei c die Lichtgeschwindigkeit (d. h. 3·10⁸ m/s) und T die oben beschriebene Eingangszeitdifferenz darstellt.
Der Prozeßrechner 27, der mit dem Rechenverstärker 77 verbunden ist, enthält z. B. einen Mikrocomputer und bewerkstelligt die Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit mit Hilfe eines später beschriebenen Vorgangs. Der Mikrocomputer enthält üblicherweise eine zentrale Recheneinheit (CPU), ein Random Access Memory (RAM), ein Read- Only Memory (ROM) und ein Input/Output (I/O) Interface.
Die Fig. 3(A), 3(B) und 3(C) stellen zusammen ein Flußdiagramm dar, das vom Prozeßrechner 27 ausgeführt wird.
Bevor das Flußdiagramm im einzelnen erläutert wird, wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 die Theorie des Flußdiagramms beschrieben.
Das Flußdiagramm in Fig. 3 wurde entworfen, um nur das in der gleichen Fahrspur dem Fahrzeug vorausfahrende Fahrzeug zu entdecken und zu verfolgen und um Signale von Fahrzeugen auf benachbarten Fahrspuren, z. B. bei Kurvenfahrt auszusondern, und zwar auf Grund von Abstandssignalen ℓ aus allen optischen Achsen der oben beschriebenen Radareinheit 21 abgeleitet.
Genauer gesagt muß man wissen, welcher Laserstrahl gerade auf das vorausfahrende Fahrzeug gerichtet ist. Man erkennt dies auf Grund von Signalen, die die Richtung und die Entfernung zum vorausfahrenden Fahrzeug anzeigen, und die von dem mittleren, rechten und linken Laserstrahlen gespeist, aus den ersten, zweiten und dritten Sendern 51, 49 und 53 kommen. Die Entfernung, die entlang der Längsachse des Fahrzeugs gemessen wird, wird mit ℓ Ci , die Entfernung entlang der rechten seitlichen Achse mit ℓ Ri und die entlang der linken seitlichen Achse mit ℓ Li bezeichnet, wobei der Index i den Zeitfortschritt kennzeichnet. Auf Grund von Änderungen dieser Abstandsgrößen steuert der Prozeßrechner 27 gewisse Kennzeichen in der Weise, daß ein Zeichen für die Mitte C auf "1" gesetzt wird, wenn das vorausfahrende Fahrzeug vom mittleren Laserstrahl erfaßt wird, daß ein Zeichen für die rechte Seite R auf "1" gesetzt wird, wenn das vorausfahrende Fahrzeug vom rechten Laserstrahl erfaßt wird und daß ein Zeichen für die linke Seite L auf "1" gesetzt wird, wenn das vorausfahrende Fahrzeug vom linken Laserstrahl erfaßt wird. Da immer bekannt ist, welcher der Laserstrahlen das vorausfahrende Fahrzeug erfaßt, kann das vorausfahrende Fahrzeug mit Hilfe der Laserstrahlen selbst auf kurvenreichen Straßen ohne Verwechslung verfolgt werden.
Nimmt man nun an, daß ein vorausfahrendes Fahrzeug, das auf einer geraden Straße zur Zeit t i- ₁ fährt, erfaßt und in einem Abstand auf der Mittelachse von ℓ Ci-1 verfolgt wird und dieses vorausfahrende Fahrzeug fährt dann zum Zeitpunkt t i in eine Rechtskurve, wird es sofort vom rechten Laserstrahl erfaßt, noch bevor es sich aus dem Einflußbereich des mittleren Laserstrahls herausbewegt und der mittlere Laserstrahl die Fähigkeit verliert, das vorausfahrende Fahrzeug zu verfolgen.
In diesem Fall, wenn das vorausfahrende Fahrzeug einfach entlang einer Rechtskurve fährt, wird sich die Größe des geradeaus gemessenen Abstandes ℓ Ci-1, den der mittlere Laserstrahl unmittelbar vor dem Zeitpunkt t i-1 erkannt hat, kaum von der Größe des seitlichen rechts gemessenen Abstandes ℓ Ri unterscheiden, den der rechte Laserstrahl zum Zeitpunkt t i erkannt hat. Das heißt, die Größe ℓ Ci-1 wird fast die gleiche wie die Größe ℓ Ri sein, so daß die Differenz zwischen beiden unterhalb eines vorher festgelegten Wertes α liegen wird. Wenn man also die Größe ℓ Ci-1 mit der Größe ℓ Ri vergleicht und diese grundsätzlich gleich sind oder ihre Differenz unterhalb eines vorher festgelegten Wertes α liegt, so kann das augenblicklich vom rechten Laserstrahl erfaßte vorausfahrende Fahrzeug als dasselbe erkannt werden, das vorher vom mittleren Laserstrahl erfaßt und verfolgt wurde.
Wenn also das vorausfahrende und verfolgte Fahrzeug auf eine Weise in eine Kurve fährt, daß sich seine Lage in Bezug auf das nachfolgende Fahrzeug so ändert, daß es sich aus einem Auffaßbereich in einen anderen verlagert, so kann das vorausfahrende, bislang verfolgte Fahrzeug auf Grund des Ausmaßes der Entfernungsänderung, das die beiden beteiligten Laserstrahlen ermitteln, sicher erkannt werden. Das vorausfahrende Fahrzeug wird folglich nicht verloren, und kein anderes Fahrzeug wird irrtümlich als das vorausfahrende Fahrzeug angesehen.
Fig. 4 zeigt die Lageänderung zwischen den Überdeckungsbereichen der Laserstrahlen und dem vorausfahrenden Fahrzeug, wenn das Fahrzeug auf einer geraden Straße durch eine Rechtskurve dann auf einer geraden Strecke einer Straße, dann durch eine Linkskurve und schließlich wieder auf einer geraden Straße fährt. Das vorausfahrende Fahrzeug ist als gestricheltes Rechteck und das nachfolgende Fahrzeug als leeres Rechteck gezeichnet.
Fig. 5 zeigt Richtungs- und Entfernungssignale für das vorausfahrende Fahrzeug, wie es die Radareinheit 21 für die in Fig. 4 gezeigten Änderungen erfaßt, und zwar die Größe des Abstandes auf der Mittelachse ℓ C , die seitlich rechte Größe des Abstandes ℓ R , die seitlich linke Größe des Abstandes ℓ L , sowie die Zeichen für Mitte C, rechts R und links L über den Zeitabschnitt von t₁ bis t₁₂.
Das Flußdiagramm in Fig. 3(A) bis 3(C) erlaubt eine genaue Erfassung des vorausfahrenden Fahrzeugs, dem das gesteuerte Fahrzeug folgt.
Wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug sich im Auffaßbereich des mittleren Laserstrahles befindet und während seiner Fahrt auf gerader Straße vom mittleren Laserstrahl erfaßt wird, so wird, wie aus Fig. 4 und 5 zu erkennen ist, die Größe der Geradeaus-Entfernung ℓ C den Abstand der Fahrzeuge darstellen und das Zeichen für die Mitte C auf "1" gesetzt werden. Wenn das Fahrzeug (und das vorausfahrende Fahrzeug) in eine Rechtskurve fahren, wird das vorausfahrende Fahrzeug in den Auffaßbereich des rechten Laserstrahls kommen und deshalb vom rechten Laserstrahl erfaßt werden. Die Größe der rechten Entfernung ℓ R gibt den Abstand der Fahrzeuge an und das Zeichen für rechts R wird auf "1" gesetzt.
Wenn das Fahrzeug (und das vorausfahrende Fahrzeug) in eine Linkskurve fahren, wird das vorausfahrende Fahrzeug in den Auffaßbereich des linken Laserstrahls kommen. Die Größe der linken Entfernung ℓ L gibt dann den Abstand der Fahrzeuge an und das Zeichen für links L wird auf "1" gesetzt.
Die Richtungs- und Entfernungssignale ℓ C , ℓ R und ℓ L , die den Abstand zwischen den Fahrzeugen darstellen, können zusätzlich für Steuersysteme verwendet werden, die dazu dienen, den Fahrzeugabstand in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit auf gleichem Wert zu halten.
Das Prozeß-Flußdiagramm in Fig. 3 wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschrieben.
Das Prozeß-Flußdiagramm in Fig. 3 wird periodisch ausgeführt, z. B. jeweils einige zehn Mikrosekunden stellen eine Taktperiode des Mikroprozessors dar, der den Prozeßrechner 27 in Fig. 2 öffnet.
Im Schritt 110 liest der Prozeßrechner 27 zum gegenwärtigen Zeitpunkt t=i Werte des Abstandes auf der rechten Seite ℓ Ri , des Abstandes auf der Zentralachse ℓ Ci und des Abstandes auf der linken Seite ℓ Li von der Radareinheit 21.
Im Schritt 120 greift der Prozeßrechner 27 auf vorher gespeicherte Werte des Abstandes auf der rechten Seite ℓ Ri-1, des Abstandes auf der Zentralachse ℓ Ci-1 und des Abstandes auf der linken Seite ℓ Li-1 zurück, die in dem unmittelbar vorausgegangenen Arbeitszyklus (d. h. t=i-1) eingelesen und gespeichert wurden. Danach teilt sich die Prozeßroutine in 4 Prozeßzweige: (a) einen ersten Prozeßzweig für vorausfahrende Fahrzeuge, die vom mittleren Laser erfaßt wurden (Schritt 130 bis 137); (b) einen zweiten Prozeßzweig für vorn befindliche Fahrzeuge, die vom rechten Laser erfaßt wurden (Schritt 140 bis 145); (c) einen dritten Prozeßzweig für vorn befindliche Fahrzeuge, die vom linken Laser erfaßt wurden (Schritt 150 bis 155) und (d) einen vierten Prozeßzweig, in dem der Abstand zwischen den Fahrzeugen ℓ i zu dem verfolgten Ziel des vorausfahrenden Fahrzeuges festgestellt und Werte des rechten Abstandes ℓ Ri , des mittleren Abstandes ℓ Ci und des linken Abstandes ℓ Li im Speicher abgespeichert werden (Schritt 160 bis 250).
Im ersten Prozeßzweig, dargestellt in den Schritten 130 bis 137, entscheidet der Prozessrechner 27 zuerst, ob das Zeichen für Mitte C im Schritt 130 auf "1" gesetzt ist, um festzustellen, ob das vorausfahrende Fahrzeug nur vom mittleren Laserstrahl erfaßt wurde. Wenn nicht, so springt der Prozeß zum zweiten Prozeßzweig 140.
In den Zeiträumen zwischen t₀ und t₁, t₄ und t₇ und t₁₀ und t₁₁ in Fig. 4 und Fig. 5 fällt das vorausfahrende Fahrzeug nur in den Auffaßbereich des mittleren Lasers.
Das vorausfahrende Fahrzeug kann sich nach rechts bewegen wenn eine Rechtskurve kommt, wie z. B. zum Zeitpunkt t₁ in Fig. 4, sich nach links bewegen oder geradeaus fahren. Der Prozeßrechner 27 erkennt das Verhalten des vorausfahrenden Fahrzeugs auf Grund der Richtung und der oben beschriebenen Signalrichtung. Eines der Zeichen R, L oder C wird entsprechend der Signalrichtung gesetzt, um anzuzeigen, in welche Richtung, wenn überhaupt, das vorausfahrende Fahrzeug sich bewegt. Es sollte festgehalten werden, daß immer nur eines der Zeichen R, L oder C gesetzt wird und daß die Zeichen R und L Vorrang vor Zeichen C haben.
Wenn das mittlere Zeichen C im Schritt 130 auf "1" gesetzt ist, geht der Prozeß zu Schritt 131, bei dem die absolute Differenz zwischen der augenblicklichen Größe des Abstandes, die der mittlere Strahl ℓ Ci im Schritt 110 zum Zeitpunkt t i erfaßt hat, und der vorangegangenen Größe des Abstandes ℓ Ci-1, der im Speicher im Schritt 120 abgelegt ist, berechnet und mit einem vorbestimmten Wert a verglichen wird, um zu ermitteln, ob das vom gesteuerten Fahrzeug bei dem vorangegangenen, gleichen Prozeßablauf verfolgte Fahrzeug weiterhin auf der geraden Straße geradeaus, in eine Linkskurve oder in eine Rechtskurve fährt.
Es sollte festgehalten werden, daß der vorbestimmte Wert α, wie oben beschrieben, relativ klein ist und daß speziell der Wert α übereinstimmt mit der größten Änderung des Abstandes zwischen den Fahrzeugen während der Ausführungszeit der Prozeßroutine nach Fig. 3(A) bis 3(C), z. B. über einige zehn Mikrosekunden plus einer kleinen Fehlerspanne. Da die Meßgenauigkeit der Radareinheit 21 ± 1 Meter beträgt, kann unter der Annahme, daß die Änderung des Abstandes zwischen den Fahrzeugen unter 1 Meter beträgt, der vorbestimmte Wert α mit etwa 4 Metern gewählt werden.
Wenn die berechnete Differenz unterhalb des vorbestimmten Wertes α im Schritt 131 liegt, erkennt der Prozeßrechner 27, daß das vom mittleren Laserstrahl erfaßte vorausfahrende Fahrzeug dasselbe vorausfahrende Fahrzeug ist, das vorher vom mittleren Laserstrahl entdeckt worden ist. Die Routine geht dann zu Schritt 133, bei dem nur das Zeichen für Mitte auf "1" gesetzt ist (C=1, R=0, L=0)., Wenn | ℓ Ci -ℓ Ci-1 | α (NEIN) im Schritt 131, geht die Routine zu Schritt 132, da das vorausfahrende Fahrzeug aus dem Auffaßbereich des mittleren Laserstrahles verschwunden ist. Im Schritt 132 wird der Absolutwert der Differenz zwischen der augenblicklichen rechtsseitigen Größe des Abstandes ℓ Ri und der vorherigen rechtsseitigen Größe des Abstandes ℓ Ri-1 berechnet und die berechnete Differenz mit dem vorbestimmten Wert α verglichen.
In Fällen, wo das vorausfahrende Fahrzeug zum Zeitpunkt t₁ von der geraden Straße in eine Rechtskurve fährt, z. B. zwischen den Zeiten t₁ und t₂, t₃ und t₃ und t₄ in Fig. 4, liegt die absolute Differenz der Größen ℓ Ri -ℓ Ci-1 unterhalb des vorbestimmten Wertes α. Die Routine geht daher zu Schritt 135, in welchem das Zeichen R auf "1" gesetzt ist (C=0, R=1, L=0).
Wenn im Schritt 132 | ℓ Ri -ℓ Ci-1 | α (NEIN), so wird ermittelt, daß das vorausfahrende Fahrzeug in eine Linkskurve gefahren ist, z. B. zum Zeitpunkt t₈ in Fig. 4 und die Routine geht zu Schritt 134. Im Schritt 134 wird die absolute Differenz zwischen der gegenwärtigen Größe des Abstandes, den der linke Laserstrahl erfaßt und als ℓ Li bei Schritt 110 eingegeben hat und der vorherigen Größe des Abstandes, den der mittlere Laserstrahl als ℓ Ci-1 bei Schritt 120 eingegeben hat, berechnet und mit dem vorgegebenen Wert α verglichen. Wenn im Schritt 134 | ℓ Li -ℓ Ci-1| < α, so erkennt der Prozeßrechner 27, daß das vorausfahrende Fahrzeug aus der geraden Lage in eine Linkskurve gebogen ist, z. B. zwischen den Zeiten t₇ und t₈ und stellt fest, daß das vorausfahrende Fahrzeug, das bisher nur durch den mittleren Laser erfaßt worden war, augenblicklich vom linken Laserstrahl erfaßt wird. Die Routine geht dann zum Schritt 137, bei dem das Zeichen L auf "1" gesetzt ist (C=0, R=0, L=1).
Wenn im Schritt 134 | ℓ Li -ℓ Ci | α (NEIN), so geht die Routine zum Schritt 136, in dem alle Zeichen C, R und L auf "0" zurückgesetzt sind (C=0, R=0, L=0), da das vorausfahrende Fahrzeug auf eine andere Fahrspur gewechselt ist und von allen Laserstrahlen nicht mehr erfaßt wird, z. B. zum Zeitpunkt t₁₂ und nach dem Zeitpunkt t₁₂ in Fig. 4.
Nachdem alle Zeichen C, R und L in den Schritten 133, 135, 136 und 137 gesetzt oder zurückgesetzt sind, geht die Routine zum Schritt 160, der später beschrieben wird.
Wenn das mittlere Zeichen bei der Prüfung im Schritt 130 "0" ist, prüft der Prozeßrechner 27, ob das rechte Zeichen R im Schritt 140 gleich "1" ist. Das bedeutet, das das vorausfahrene Fahrzeug in eine Rechtskurve gefahren ist und nur vom rechten Laserstrahl bei dem letzten Programmzyklus erfaßt wurde. Dieser Fall tritt zwischen den Zeiten t₂ und t₃ und zwischen t₁₁ und t₁₂ in Fig. 4 und 5 auf, wenn das vorausfahrende Fahrzeug von einer Kurvenfahrt zur Fahrt auf einer geraden gestreckten Straße wechselt oder weiterhin durch eine Rechtskurve fährt.
Wenn das Zeichen für rechts R gleich "1" ist, wird die absolute Differenz zwischen dem augenblicklichen, seitlich rechts ermittelten Abstand ℓ Ri und dem vorhergehenden seitlich rechts ermittelten Abstand ℓ Ri-1 berechnet, um zu ermitteln, ob die berechnete absolute Differenz unter den vorbestimmten Wert α im Schritt 141 fällt, um zu ermitteln, ob das vorausfahrende Fahrzeug, das zunächst in einer Rechtskurve gefahren war, weiterhin z. B. zu der Zeit zwischen t₂ und t₃ in einer Rechtskurve fährt. Wenn im Schritt 141 die berechnete Differenz |ℓ Ri -ℓ Ri-1| unterhalb des vorbestimmten Wertes α liegt, ermittelt der Prozeßrechner 27, daß das vorausfahrende Fahrzeug gerade vom rechten Laserstrahl erfaßt wird und weiterhin in der Rechtskurve fährt, und die Routine geht zum Schritt 143, bei dem das Zeichen für rechts auf "1" gesetzt wird (C=0, R=1, L=0). Wenn im Schritt 141 |ℓ Ri -ℓ Ri-1|α, so ermittelt der Prozeßrechner 27, daß das vorausfahrende Fahrzeug, das bei dem vorangegangenen Programmzyklus nur vom rechten Laserstrahl erfaßt wurde, aus dem Auffaßbereich des rechten Strahls verschwunden ist, d. h. daß es zu einer Geradeausfahrt zurückgekehrt ist oder während der Rechtskurve auf eine rechts liegende Fahrspur außerhalb des Auffaßbereiches des rechten Laserstrahls gefahren ist. In diesem Fall geht die Routine zum Schritt 142.
Im Schritt 142 wird die absolute Differenz zwischen der augenblicklichen Größe des Abstandes, die der mittlere Laserstrahl ℓ Ci , und der vorherigen Größe des Abstandes ℓ Ri-1, die der rechte Laserstrahl erfaßt hat, berechnet und mit dem vorbestimmten Wert α verglichen. Wenn |ℓ Ci -ℓ Ri-1|≦ωτα im Schritt 142, geht die Routine zum Schritt 144, in dem das Zeichen für Mitte C auf "1" gesetzt ist (C=1, R=0, L=0). Das heißt, daß der Prozeßrechner 27 ermittelt, daß das vorausfahrende Fahrzeug, das vom rechten Laserstrahl erfaßt worden war, dasselbe ist, wie das, das jetzt vom mittleren Laserstrahl erfaßt wird. Wenn |ℓ Ci -ℓ Ri-1| α im Schritt 142, entscheidet der Prozeßrechner 27, daß das vorausfahrende Fahrzeug, das vom rechten Laserstrahl erfaßt worden war, aus dem Auffaßbereich des rechten Laserstrahls verschwunden ist, d. h. auf eine rechte Fahrspur gewechselt ist, da der Wert von ℓ Ci unendlich groß wird. Die Routine geht dann zum Schritt 145, wo alle Zeichen C, R und L zurückgesetzt werden (C=0, R=0, L=0). Nachdem alle Zeichen in jedem der Schritte 143, 144 und 145 gesetzt oder zurückgesetzt sind, geht die Routine zum Schritt 160, der später beschrieben wird.
Andererseits hat in den Fällen, wo die Differenz zwischen den seitlich rechts gemessenen Größen des Abstandes ℓ Ri und ℓ Ri-1 unterhalb des vorbestimmten Wertes α liegt, das vorausfahrende Fahrzeug die Rechtskurve nicht verlassen.
Wenn das Zeichen für links L im Schritt 150 auf "1" gesetzt ist, geht die Routine zum Schritt 151, in dem die absolute Differenz zwischen den augenblicklichen und vorhergehenden Größen |ℓ Li -ℓ Li-1| mit dem vorbestimmten Wert α verglichen wird, um zu ermitteln, ob das vorausfahrende Fahrzeug, das zum Zeitpunkt t i-1, z. B. t₉, eine Linkskurve befahren hat, auf die gerade Straße zurückkehrt oder ob das vorausfahrende Fahrzeug weiter in der Linkskurve fährt. Wenn |ℓ Li -ℓ Li-1|≦ωτα im Schritt 151, geht die Routine zum Schritt 153, bei dem das Zeichen für links L auf "1" gesetzt ist (C=0, R=0, L=1), da der Prozeßrechner 27 ermittelt, daß das vorausfahrende Fahrzeug, das bei dem letzten Programmzyklus mit dem linken Laserstrahl erfaßt wurde, weiterhin eine Linkskurve durchfährt und vom linken Laserstrahl entdeckt wird. Wenn andererseits |ℓ Li -ℓ Li-1|α im Schritt 151 (NEIN), geht die Routine zum Schritt 152, um zu ermitteln, ob das vom linken Laserstrahl erfaßte vorausfahrende Fahrzeug zur Geradeausfahrt zurückgekehrt ist oder aus dem Auffaßbereich des linken Strahles verschwunden ist, z. B. weil es auf eine links gelegene Fahrspur gewechselt ist. Im Schritt 152 wird die absolute Differenz zwischen der augenblicklichen Größe ℓ Ci und der vorherigen Größe ℓ Li-1 des Abstandes berechnet und mit dem vorbestimmten Wert α verglichen. Wenn |ℓ Ci -ℓ Li-1|≦ωτα (JA) im Schritt 152, ermittelt der Prozeßrechner 27, daß das vorausfahrende Fahrzeug, das vom linken Laserstrahl erfaßt worden war, augenblicklich vom mittleren Strahl erfaßt wird, d. h. zur Geradeausfahrt zurückgekehrt ist. Die Routine geht dann zum Schritt 154, bei dem nur das Zeichen für Mitte C auf "1" gesetzt ist (C=1, R=0, L=0). Wenn |ℓ Ci -ℓ Li-1|α (NEIN) im Schritt 152, ermittelt der Prozeßrechner 27, daß das vorausfahrende Fahrzeug, das vom linken Laserstrahl erfaßt worden war, jetzt auf die links gelegene Fahrspur gewechselt ist, d. h. sich außerhalb des Auffaßbereiches des linken Laserstrahls befindet. Die Routine geht dann zum Schritt 155, bei dem alle Zeichen zurückgesetzt sind (C=0, R=0, L=0). Nachdem alle Zeichen in den beiden Schritten 153 und 154 gesetzt oder zurückgesetzt sind, geht die Routine zum Schritt 160.
Nachdem auf diese Weise das vorausfahrende Zielfahrzeug mit Hilfe eines ersten, zweiten und dritten Programmzyklus vom Schritt 130 bis 155 genau erfaßt wurde und das vorausfahrende Fahrzeug mit einem der Laserstrahlen verfolgt und eingefangen und mit einem der drei Zeichen C, R und L gekennzeichnet ist, geht die Routine zum vierten Prozeßschritt weiter, der dem Schritt 160 folgt, bei dem der Abstand ℓ zum Zielfahrzeug feststeht und die Größen des seitlich rechten Abstandes ℓ Ri , des Abstandes auf der Mittelachse ℓ Ci und des seitlich linken Abstandes ℓ Li im Speicher eingespeichert werden.
Das bedeutet, daß in den Schritten 160, 170 und 180 der Prozeßrechner 27 entscheidet, welches der Zeichen C, R oder L augenblicklich von dem oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Prozeßschritt auf "1" gesetzt ist.
Wenn eines der drei Zeichen C, R und L in den Schritten 160, 170 und 180 auf "1" gesetzt ist (JA), geht die Routine jeweils zum Schritt 161, 171 und 181 weiter, in denen jeweils der zum Zeichen gehörende Wert für den Abstand ℓ Ci , ℓ Ri und ℓ Li als der (endgültige) Wert ℓ i für die Entfernung zum vorausfahrenden Fahrzeug festgestellt wird.
Im nächsten Schritt 190 veranlaßt der Prozeßrechner 27 die Steuerung des gesteuerten Fahrzeugs derart, daß es dem vorausfahrenden Fahrzeug entsprechend der festgestellten Entfernung ℓ i folgt. Anschließend geht die Routine zum Schritt 240 weiter, in dem die Größen für den seitlich rechts gelegenen Abstand ℓ Ri , für den Abstand auf der Mittelachse ℓ Ci und den seitlich links gelegenen Abstand ℓ Li im entsprechenden Feld des Speichers eingespeichert werden. Im Schritt 250 wird dann der Index i um 1 auf i=i+1 erhöht und der laufende Programmzyklus beendet. Wenn kein Zeichen gesetzt ist, geht die Routine von den Schritten 160, 170 und 180 über den Schritt 200 zu den Schritten 210, 220 und 230 weiter. In den Schritten 210, 220 und 230 prüft der Prozeßrechner 27, welches der vorausfahrenden Fahrzeuge das nächste Ziel ist. Im einzelnen ermittelt der Prozeßrechner 27 im Schritt 210, ob die Größe des Abstandes auf der Mittelachse ℓ Ci ein Abstand zu einem tatsächlich vorausfahrenden Fahrzeug oder zu einem feststehenden Objekt ist, das sich irgendwo seitlich Änderung der Größe des Abstandes auf der Mittelachse ℓ Ci-4, ℓ Ci-3, ℓ Ci-2, ℓ Ci-1, . . . unter Verwendung eines Verfahrens gemäß einer US-Patentanmeldung der Serien-Nr. 660,958 vom 15. Oktober 1984. Der dargelegte Inhalt der US-Patentanmeldung der Serien-Nr. 660,958 ist daher hier als Referenz eingearbeitet. Wenn die Größe für den Abstand auf der Mittelachse ℓ Ci im Schritt 210 den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug angibt, liefert der Prozeßrechner 27 im Schritt 220 einen Geschwindigkeitssteuerbefehl, um dem erfaßten vorausfahrenden Fahrzeug zu folgen dann im Schritt 230 alle Zeichen wie folgt zu setzen: Mittleres Zeichen C=1, rechtes Zeichen R=0 und linkes Zeichen L=0. Danach werden im Schritt 240 die Größen für den seitlich rechten Abstand ℓ Ri , für den Abstand geradeaus (Mittelachse) ℓ Ci und für den seitlich linken Abstand ℓ Li aus Schritt 110 in vorbestimmten Feldern des Speichers gespeichert. Schließlich wird der Index i des Zeittaktes im Schritt 250 um 1 auf i+1 erhöht und der laufende Programmzyklus beendet.
Wenn andererseits der Wert der Entfernung im Schritt 210 keinen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug anzeigt, geht die Routine direkt zum Schritt 240. Der Speicher empfängt dann im Schritt 240 an den vorbestimmten Plätzen die Größen des seitlich rechten Abstandes ℓ Ri , des Abstandes geradeaus (auf der Mittelachse) ℓ Ci und des seitlich linken Abstandes ℓ Li und speichert sie ab. Dann wird im Schritt 250 der Index i, der den Zeittakt angibt, um 1 auf i+1 erhöht und der Programmzyklus beendet.
Fig. 6 zeigt experimentelle Daten der Werte des seitlich rechts gemessenen Abstandes ℓ R , des Abstandes auf der Mittelachse ℓ C und des seitlich links gemessenen Abstandes ℓ L und die Zeichen C, R und L wie in Fig. 5, wenn das Fahrzeug, auf dem das System in der vorgeschlagenen Ausführung installiert ist, auf einer Autobahn fährt. Wie man aus Fig. 6 erkennen kann, stimmen die experimentellen Daten mit den theoretischen Operationen in Fig. 5 überein.
Es sollte erwähnt werden, daß, obwohl in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel drei Laser verwendet werden, auch eine andere Anzahl von Lasern, z. B. 2, 4 oder 5 usw. eingesetzt werden kann. Die Auffaßfähigkeit wächst mit der Anzahl der Laserstrahlen.
Außerdem kann, obgleich in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Lichtsendern und nur ein einziger Lichtempfänger installiert ist, als Lichtsendeteil ein einzelner Sender mit hoher Leistung und breitem Bedeckungswinkel und eine Vielzahl von Lichtempfängern mit unterschiedlichen Empfangscharakteristiken in horizontaler Richtung verwendet werden.
Außerdem können zur Erfassung von Abständen Meßmittel aus der Vielzahl der Empfangsimpulse nur die innerhalb eines bestimmten Strahls verwerten, um den Auffaßeffekt zu steigern. Obgleich in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel das Radarsystem Laserstrahlen verwendet, kann auch ein anderes Radar- oder Sonarsystem, etwa mit elektromagnetischen oder Ultraschallwellen verwendet werden.
Wie oben beschrieben, dient die Fahrzeugsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und Hilfsmittel zur Aussendung elektromagnetischer Wellen, wie Laserstrahlen, in verschiedene Richtungen von Auffaßgebieten für vorn vorausfahrende Fahrzeuge dazu, ein reflektierendes Objekt, von dem die ausgesendete elektromagnetische Welle reflektiert wird, dahingehend zu identifizieren, ob es ein vorausfahrendes Fahrzeug auf derselben Fahrspur ist, und zwar auf Grund der Richtung und des Abstandes des die Wellen reflektierenden Objekts aus einer vom reflektierenden Objekt reflektierten Welle und dazu, das vorausfahrende Fahrzeug zum verfolgten Ziel als vorausfahrendes Fahrzeug zu machen. In den Fällen, in denen das verfolgte vorausfahrende Fahrzeug, das in einer ersten Richtung erfaßt wurde, nicht innerhalb einer vorgegebenen Abstandsänderung zum Fahrzeug erfaßt werden kann, wird das vorausfahrende Fahrzeug, das in einer zweiten Richtung erfaßt wurde, als das zu verfolgende, vorausfahrende Fahrzeug ermittelt, und zwar aus dem Verhältnis der Abstände zum verfolgten vorausfahrenden Fahrzeug, das in der ersten Richtung erfaßt wurde und dem vorausfahrenden Fahrzeug, das in der zweiten Richtung erfaßt wurde. Wenn also das verfolgte vorausfahrende Fahrzeug z. B. von einer geraden Straße in eine Kurve fährt und damit aus dem erfaßten Bereich der ersten Richtung gerät, kann das verfolgte vorausfahrende Fahrzeug fehlerlos erfaßt werden, und bei Fortsetzung der Nachführungsoperation auch nur das auf der gleichen Fahrspur wie das dem Fahrzeug vorausfahrende Fahrzeug erfaßt werden. Wenn die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Abstandssteuerung zwischen den Fahrzeugen verwendet wird, wird diese nur das vorausfahrende Fahrzeug, das auf der gleichen Fahrspur fährt erfassen, ohne es mit einem anderen Fahrzeug, das auf einer anderen Fahrspur, als das vorausfahrende Fahrzeug, insbesondere auf einer kurvenreichen Straße fährt, zu verwechseln und den genauen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug erfassen. Infolgedessen kann ein sicheres automatisches Fahren erreicht werden. Da Sender für elektromagnetische Wellen in größerer Anzahl vorhanden sind, um die Wellen in verschiedene Senderichtungen abzustrahlen, ist es nicht erforderlich, den Sender zu drehen, um die Wellen entsprechend der Steuerbewegung des Fahrzeuges in verschiedene Richtungen abzustrahlen, und auf diese Weise möglich, ein zuverlässiges System ohne Kostenaufwand zu erhalten.
Es ist naheliegend, daß das hier beschriebene Verfahren auf mannigfache Weise variiert werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Einstellung der Geschwindigkeit eines zweiten Fahrzeugs zwecks Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Abstands des zweiten Fahrzeugs zu einem ihm vorausfahrenden ersten Fahrzeug, mit folgenden Schritten:
  • a) periodisches Aussenden von Meßstrahlen vom zweiten Fahrzeug in Richtung auf das erste Fahrzeug und Empfang der am ersten Fahrzeug reflektierten Meßstrahlen am zweiten Fahrzeug zur Bestimmung des momentanen Abstands zwischen beiden Fahrzeugen,
  • b) Vergleich des momentanen Abstands mit einem vorbestimmten Abstand, und
  • c) Änderung der Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs in Abhängigkeit des Vergleichs,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • d) im Schritt a) Meßstrahlen aus wenigstens zwei verschiedenen und benachbart zueinander liegenden Richtungen richtungsselektiv empfangen werden,
  • e) diejenige der Richtungen ermittelt wird, unter der das erste Fahrzeug detektiert worden ist,
  • f) eine erste absolute Differenz zwischen dem momentanen Abstand unter der in Schritt e) ermittelten Richtung und dem unter derselben Richtung in einem vorangegangenen Schritt ermittelten momentanen Abstand bestimmt wird,
  • g) eine zweite absolute Differenz zwischen einem momentanen Abstand unter einer zu der in Schritt e) ermittelten Richtung benachbarten weiteren Richtung und dem momentanen Abstand bestimmt wird, der im genannten vorangegangenen Schritt unter der in Schritt e) ermittelten Richtung bestimmt wurde, wenn die erste absolute Differenz nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert (α) ist,
  • h) eine neue Richtung, unter der das erste Fahrzeug detektiert worden ist, anhand derjenigen der absoluten Differenzen ermittelt wird, die kleiner als der vorbestimmte Wert (α) ist, und
  • i) die Geschwindigkeit des zweiten Fahrzeugs anhand des momentanen und für die in Schritt h) ermittelte neue Richtung geltenden Abstands eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • j) Meßstrahlen aus drei Richtungen empfangen werden, die symmetrisch zueinander liegen,
  • k) vor dem Schritt h) eine dritte absolute Differenz zwischen einem momentanen Abstand unter einer zu der in Schritt e) ermittelten Richtung benachbarten anderen Richtung und dem momentanen Abstand bestimmt wird, der im genannten vorangegangenen Schritt unter der in Schritt e) ermittelten Richtung bestimmt wurde, wenn die zweite absolute Differenz nicht kleiner als der vorbestimmte Wert (α) ist, und
  • l) geprüft wird, ob die dritte absolute Differenz kleiner als der vorbestimmte Wert (α) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schritte jeweils nach einer Zeit ausgeführt werden, die der Taktzeit eines Mikrocomputers zur Durchführung des Verfahrens entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schritte jeweils nach einer Zeit ausgeführt werden, die einer Strecke von näherungsweise vier Metern entspricht.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit
  • - einer Sendeeinrichtung (43) zum Aussenden der Meßstrahlen,
  • - einer Empfangseinrichtung (45) zum Empfang ausgesandter Meßstrahlen,
  • - einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (23),
  • - einem Fahrzeuggeschwindigkeitsregler (41) und
  • - einer Steuereinrichtung (27, 47),
dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangseinrichtung so ausgebildet ist, daß sie Meßstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen getrennt empfangen kann, und die Steuereinrichtung zusätzlich zur Durchführung der Schritte d) bis l) eingerichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangseinrichtung mehrere in unterschiedliche Richtungen abstrahlende Sender (49, 51, 53), die zeitlich nacheinander angesteuert werden, und einen gemeinsamen Empfänger aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangseinrichtung einen Sender mit großem Abstrahlwinkel und mehrere Empfänger mit jeweils unterschiedlicher Empfangseinrichtung aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ungeraden Anzahl von Empfangsrichtungen die in der Mitte liegende Empfangseinrichtung parallel zur Längsachse des Fahrzeugs liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender Laserdioden (55, 57, 59) enthalten.
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