Verfahren und Vorrichtung zur Sichtweitenmessunσ

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sichtwei¬ tenmessung, insbesondere für den Einsatz in Kraft¬ fahrzeugen.

Die Sichtweite des Fahrers eines Kraftfahrzeugs sollte Einfluß auf die Fahrgeschwindigkeit haben. Aus der täglichen Praxis ist es jedoch insbesondere bei Nebel bekannt, daß viele Fahrzeugführer durch unangepaßte Geschwindigkeit in Auffahrunfälle ver¬ wickelt werden. Die objektive Erfassung der Sicht¬ weite und Einbeziehung der Fahrgeschwindigkeit kann daher genutzt werden, um den Fahrer bei unange- paßter Fahrweise zu warnen. Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur objektiven Sichtweitenmessung, wobei die Erfindung nicht auf einen mobilen Einsatz beschrankt ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsge aße Verfahren zur Sichtweiten es- sung weist folgende Schritte auf: Aussenden eines raumlich und/oder zeitlich begrenzten Lichtsignals in Form eines Lichtstrahls, Empfangen des Ruck- εtreulichts des ausgesendeten Lichtsignals durch Erfassung einer ersten Raumzone des Lichtsignals, Empfangen des Ruckstreulichts des ausgesendeten Lichtsignals durch Erfassung mindestens einer wei¬ teren, zweiten Raumzone des Lichtstrahls, wobei die erste Raumzone nicht identisch mit der zweiten Raumzone ist und Vergleich der beiden Ruckstreu- licht-Ergebnisse sowie Ermittlung der Sichtweite unter Ber cksichtigung des Vergleichsergebnisses. Im Zuge dieser Anmeldung ist das Licht des ausge¬ strahlten Lichtstrahls nicht auf den sichtbaren Be¬ reich beschrankt sondern es wird ein Signal mit entsprechend gew hlter Wellenlange ausgestrahlt, insbesondere Infrarot-Licht. Durch die Erfassung des Ruckstreulichts ist es möglich, auf die Sicht¬ verhaltnisse zu schließen, da beispielsweise im Falle von Nebel, Schnee oder Regen die in der Luft befindlichen Wassertropfen beziehungsweise Schnee¬ kristalle eine Reflektion -bewirken. Die Aussendung und auch die Erfassung erfolgen vorzugsweise in ei¬ nem Bereich, der von äußeren Gegebenheiten, wie vorwegfahrenden Fahrzeugen, Motorhaube, Fahrbahnbe¬ lag, am Seitenrand parkenden Fahrzeugen, Schildern und so weiter, frei ist, so daß tatsachlich nur Ruckstreulicht empfangen wird, das durch Sichtwei¬ tenparameter und nicht durch Fremdparameter beein¬ flußt ist. Dadurch, daß das Ruckstreulicht einer

ersten Raumzone des Lichtstrahls detektiert wird, laßt sich bereits auf die Sichtweite schließen, da die Intensität des Ruckstreulicht beispielsweise im Falle des Nebels mit der Dichte des Nebels zunimmt. Fehlerquellen bei der Sichtweitenmessung stellt je¬ doch zum Beispiel eine Sendeleistungsveranderung des ausgestrahlten Lichtstrahls dar, beispielsweise aufgrund von Temperaturanderungen. Auch eine Ver¬ schmutzung der Optik und so weiter stellt eine Feh¬ lerquelle dar. Wird durch die Frontscheibe des Kraftfahrzeugs ausgestrahlt und empfangen, so be¬ stimmt die Sauberkeit der Scheibe das Meßergebnis. Um diese (und andere) Storeinflusse zu eliminieren, wird erfindungsgemaß das Ruckstreulicht einer wei¬ teren, zweiten Raumzone des Lichtstrahls erfaßt, wobei die beiden Raumzonen unterschiedlich sind. Sie dürfen sich zwar zum Beispiel teilweise ber¬ lappen, jedoch nicht identisch sein. Zur von äuße¬ ren Storeinflussen freien Bestimmung der Sichtweite werden die beiden Ruckstreulicht-Ergebnisse mitein¬ ander verglichen, und es erfolgt die Ermittlung der Sichtweite unter Berücksichtigung des durch den Vergleich gewonnenen Ergebnisses. Dieses Vorgehen eliminiert Storeinflusse, zum Beispiel eine ver¬ schmutzte Optik, da es bei der Sichtweitenmessung nicht auf die absolute Große des empfangenen Ruck¬ streulichts, sondern auf die Differenz der beiden Ruckstreulicht-Ergebnisse ankommt, wobei im Falle einer verschmutzten Optik oder einer verschmutzten Frontscheibe beide Ruckstreulicht-Ergebnisse in gleicher Weise durch die Verschmutzung beeinflußt sind, so daß die Differenz der beiden Ergebnisse unabhängig ist von diesem Storfaktor.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese¬ hen, daß der raumlich begrenzte Lichtstrahl eine erste optische Achse aufweist, daß die Erfassung der ersten Raumzone entlang einer zweiten optischen Achse erfolgt, die gegenüber der ersten optischen Achse geneigt verlauft und diese schneidet und daß die Erfassung der zweiten Raumzone entlang einer dritten optischen Achse erfolgt, die gegen ber der ersten optischen Achse geneigt verlauft und diese schneidet, wobei der Neigungswinkel der zweiten op¬ tischen Achse (gegenüber der ersten optischen Achse) ungleich dem Neigungswinkel der dritten op¬ tischen Achse (gegen ber der ersten optischen Achse) ist. Durch die raumliche Begrenzung des Lichtstrahls, insbesondere in Form eines sich leicht aufweitenden Kegels, ist ein bestimmtes Raumvolumen vom Lichtstrahl erfaßt. Der Empfang er¬ folgt aufgrund der E pfangscharakteristik des ver¬ wendeten Sensors entlang eines "E pfangsstrahls" , der eine optische Achse aufweist. Hierdurch ist ebenfalls ein Empfangsraum, vorzugsweise ebenfalls kegelförmig, definiert. Dort, wo die beiden Räume, nämlich der Raum des ausgestrahlten Lichts und der die Empfangszone bestimmende Raum, sich schneiden, liegt ein Schnittvolumen vor, das bei der Messung im Hinblick auf die Erfassung des Ruckstreulichtes abgetastet wird. Erfindungsgemaß erfolgt die Abta¬ stung eines ersten Schnittvolumens und ferner die Abtastung eines zweiten Schnittvolumens, wobei die beiden Schnittvolumen nicht identisch sind. Auf¬ grund eines Vergleichs der Ruckstreulicht-Ergeb¬ nisse der beiden Schnittvolumina laßt sich eine Aussage über die Sichtweite treffen, wobei -wie be¬ reits erwähnt- äußere Einflüsse, wie Verschmutzun-

gen oder sich ändernde Sendeleistungen unberück¬ sichtigt bleiben. Dadurch, daß die erste optische Achse des Lichtstrahls gegenüber der zweiten opti¬ schen Achse der Erfassungszone geneigt verlauft, ergibt sich das vorstehend erwähnte erste Ξchnitt- volumen. Da die dritte optische Achse nicht iden¬ tisch mit der zweiten optischen Achse ist, ergibt sich ein zweites Schnittvolumen, das nicht iden¬ tisch mit dem ersten Schnittvolumen ist, so daß der vorstehend erwähnte Vergleich der beiden Ruckstreu¬ licht-Ergebnisse auf einfach Weise möglich ist.

Wahrend bei der vorstehend erwähnten Sichtweiten- essung eine raumliche Begrenzung bei dem Licht¬ strahl und auch bei den beiden Empfangszonen vorge¬ nommen wird, so daß definierte Schnittvolumina er¬ faßt werden können, ist es zusätzlich oder alterna¬ tiv für eine Sichtweitenmessung auch möglich, wenn der Lichtstrahl zeitlich begrenzt ausgestrahlt wird und der Empfang des Ruckstreulichts in einem ersten Zeitfenster und der nochmalige Empfang in einem zweiten Zeitfenster erfolgt, wobei die beiden Zeit¬ fenster zeitlich versetzt zueinander liegen und/oder unterschiedlich groß sind. Der Empfang in¬ nerhalb des ersten Zeitfensters fuhrt dazu, daß -unter Berücksichtigung .der Laufzeit des Lichts- nur eine bestimmte Raumzone abgetastet wird, das heißt, innerhalb dieser Raumzone wird das Ruck¬ streulicht erfaßt. Da das zweite Zeitfenster zeit¬ lich versetzt zum ersten Zeitfenster liegt und/oder unterschiedlich groß ist, wird eine andere Raumzone im Hinblick auf das Rückstreulicht erfaßt als bei der ersten Messung. Dieses hat zur Folge, daß Stor¬ einflusse, wie die Verschmutzung der Optik, der

Windschutzscheibe, unterschiedliche Sendeleistungen oder dergleichen eliminiert werden, da es nur auf die Differenz der beiden Empfangsergebnisse ankommt und aus dieser Differenz die Sichtweite ermittelt wird. Auch bei dieser Meßmethode erfolgt vorzugs¬ weise eine raumlich begrenzte Aussendung und Erfas¬ sung.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Licht des Lichtsignals intervall aßig moduliert wird, daß zur Bestimmung des Ruckstreulichts der modulierte An¬ teil des Ruckstreulicht ausgewertet wird und daß aus dem unmodulierten Lichtanteil die U gebungs- helligkeit ermittelt wird. Auf diese Art und Weise wird es möglich, daß ruckgestrahlte Licht vom Umge¬ bungslicht unterscheiden zu können. Hierzu wird -wie beschrieben- das Licht der Lichtquelle zeit¬ lich (das heißt also nicht permanent, sondern in¬ tervallartig) moduliert. Das ruckgestreute Licht besitzt dann die gleiche Modulation, wodurch einer¬ seits das ruckgestreute Licht durch Demodulation ermittelt werden kann und andererseits die Umge¬ bungshelligkeit aus dem unmodulierten Lichtanteil, also zu den Zeiten, zu den keine Modulierung des ausgesandten Lichtes erfolgt, ermittelt werden kann.

Werden mindestens zwei Raumzonen -wie vorstehend beschrieben- durch geometrische Überlagerung von Sende- und Empfangscharakteristik generiert, ist zum Beispiel eine rechteckformige Modulation der Sendeleistung mit einem Tastverhaltnis von circa 50:50 möglich. Das Wechselstromsignal mindestens eines der Empfanger ist dann proportional zum ruck-

gestreuten moduliertem Licht, wahrend der Gleich- stromanteil, der von mindestens einem Empfanger empfangen wird, die Umgebungshelligkeit widerspie¬ gelt. Um Störungen von Verkehrsteilnehmern mit gleichem Sichtweitensensor zu reduzieren, läßt sich zum Beispiel auch eine Pseudo-Zufallsfolge zur Mo¬ dulation und Demodulation einsetzen. Dies laßt sich beispielsweise technisch durch ein rückgekoppeltes Schieberegister generieren.

Ferner ist es vorteilhaft, in einem dritten Zeit¬ fenster, während dem kein Lichtsignal ausgestrahlt wird, die Umgebungshelligkeit zu ermitteln. Dies ist möglich, wenn die Ermittlung der Sichtweite durch zeitlich begrenztes Aussenden und zeitlich aufgelöstes Empfangen von Licht stattfindet. Vor¬ teilhaft ist die Unterteilung der Zeit zwischen zwei ausgesendeten Lichtblitzen in mindestens drei Zeitfenster. Im ersten Zeitfenster wird das rückge- streute Licht aus einer ersten Raumzone gemessen, im zweiten Zeitfenster aus einer zweiten Raumzone und im dritten Zeitfenster wird aufgrund eines feh¬ lenden Lichtsignals keine Ruckstreumeεsung, sondern die Umgebungshelligkeit gemessen. Hierzu ist es er¬ forderlich, daß die Laufzeit des Lichts vom Sender zum geometrisch definierten Schnittvolumen und zu¬ rück zum Empfänger kleiner als der Zeitabstand zwi¬ schen zwei ausgesendeten Lichtblitzen ist. Das Um¬ gebungslicht kann -wie bereits vorstehend beschrie¬ ben- wiederum aus dem Gleichstro anteil gewonnen werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vor¬ teilhaft, wenn die Auswertung der empfangenen Si-

gnale mit einer Auswertelogik, insbesondere unter Verwendung mindestens einer Fuzzy-Klassifikation und/oder neuronaler Netze erfolgt. Dieses Vorgehen ist in den beiden vorstehend beschriebenen Verfah¬ ren, also dem Verfahren mit geometrischer Überlage¬ rung und/oder dem Verfahren mit zeitlich begrenztem Aussenden und zeitlich aufgelöstem Empfangen an¬ wendbar. In beiden Verfahren erhalt man Signale, die im ruckgestreuten Licht aus mindestens zwei Raumzonen und der Umgebungshelligkeit entsprechen, wobei die Umgebungshelligkeit durch die Empfangsop¬ tik in einer Vorzugsrichtung gemessen wird, die insbesondere die Fahrtrichtung ist. Durch die feste Anordnung der Raumzonen zur Sende-/Empfangsein- richtung stehen die Ruckstreusignale in wohldefi¬ nierter Beziehung zueinander. Zum Beispiel ist für homogenen Nebel das Verhältnis der Ruckstreu-Si- gnale nur von der Sichtweite abhangig und das Si¬ gnal der weiter weg liegenden Raumzone ist im all¬ gemeinen kleiner als das der naher an der Sende- /Empfangseinrichtung liegenden Raumzone. Diese Si¬ gnale werden mit einer Auswertelogik -wie vorste¬ hend erwähnt- bearbeitet, in der zum Beispiel Fuzzy-Klassifikationen oder neuronale Netze verwen¬ det werden können. Man kann dann zum Beispiel be¬ vorzugt die Klassen "Sichtweite < 50 m" , "Sicht¬ weite 50 m bis 100 m" , "Sichtweite > 100 m" aber auch zum Beispiel die Klassen "Blendung", "Hinder¬ nis" oder "Undefinierter Zustand" unterscheiden.

Zusätzlich zu den Empfangersignalen lassen sich auch weitere Informationen im Klassifikator berück¬ sichtigen. Hierzu zahlen zum Beispiel die Licht¬ stellung (kein Licht, Standlicht, Fahr-

licht, Fernlicht und so weiter), die Scheiberwi- scherstellung (kein Regen, Intervallschaltung, nor¬ males oder schnelles Wischen und so weiter) , Heck- scheibenheizung (Scheiben beschlagen oder nicht und so weiter) , Temperatur, Luftfeuchtigkeit und so weiter. Durch die Zusatzinformationen kann die Zu¬ verlässigkeit des Klassifikators nicht nur für die Sichtweitenbestimmung verbessert werden, sondern auch auf andere Aggregate eines Kraftfahrzeugs ruckwirken (zum Beispiel Lichtstellung, Nebellicht- /Rucklicht, Scheibenwischer, intelligenter Tempomat und so weiter) . Die gesamte Kommunikation zwischen den Aggregaten kann vorzugsweise dabei über eine Bussystem stattfinden.

Schließlich betrifft die Erfindung Vorrichtungen, die die Durchfuhrung der vorstehend erwähnten Ver¬ fahren ermöglichen. Hierzu wird auf die Ansprüche verwiesen.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert und zwar zeigt:

Figur 1 eine Einrichtung zur Sichtweitenmessung mit einem Lichtsender und zwei Lichtemp- fangern,

Figur 2 eine Vorrichtung zur Sichtweitenmessung mit einem Lichtsender sowie einem Licht- empfanger, wobei der Lichtempfanger zeit¬ lich nacheinander Messungen vornimmt,

Figur 3 ein Blockschaltbild für das Verfahren mit geometrischer Raumzonen-Bildung und

Figur 4 eine Blockschaltbild für die Sichtweiten- Bestimmung mit zeitlicher Auflosung.

Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele

Die Figur 1 zeigt eine Einrichtung zur Sichtweiten¬ messung, die einen Lichtsensor 1 aufweist, der Licht einer Optik 2, beispielsweise einer Linse, zufuhrt, von der ein Lichtstrahl 3 ausgeht, welcher raumlich begrenzt ist, da er eine Kegelform auf¬ weist oder beispielsweise von Parallelstrahlen ge¬ bildet wird. Der Lichtstrahl 3 weist eine erste op¬ tische Achse 4 auf. Die Einrichtung besitzt ferner einen ersten Lichtempfanger 5 und einen weiteren, zweiten Lichtempfanger 6. Beiden ist gemeinsam eine Optik 7 zugeordnet, wodurch "Empf ngsstrahlen" 8 beziehungsweise 9 realisiert werden, wobei unter "Empfangsstrahlen" 8, 9 Raumbereiche verstanden werden, die von den zugehörigen Lichtempfangern 5 beziehungsweise 6 abgetastet werden. Dem E pfangε- strahl 8 ist eine zweite optische Achse 10 und dem Empfangsstrahl 9 eine dritte optische Achse 11 zu¬ geordnet.

Die Figur 1 verdeutlicht, daß die zweite optische Achse 10 geneigt zur ersten optischen Achse 4 ver¬ lauft, wobei sich die beiden Achsen 4, 10 schnei¬ den. Entsprechendes gilt für die dritte optische Achse 11, die ebenfalls geneigt zur ersten opti¬ schen Achse 4 verläuft, wobei ein Schnittpunkt zwi¬ schen der ersten optischen Achse 4 und der dritten optischen Achse 11 gebildet wird. Da der Neigungε-

inkel zwischen der ersten optischen Achse 4 und der zweiten optischen Achse 10 ein anderer ist als der Neigungswinkel zwischen der ersten optischen Achse 4 und der dritten optischen Achse 11, werden unterschiedliche Schnittvolumen 12 und 13 von dem ersten Lichtstrahl 3 und dem Empfangsstrahl 8 sowie dem ersten Lichtstrahl 3 und dem Empfangεεtrahl 9 ausgebildet. Das Schnittvolumen 12 bildet eine er¬ ste Raumzone 14; das Schnittvolumen 13 eine zweite Raumzone 15.

Zur Messung der Sichtweite wird wie folgt vorgegan¬ gen. Der Lichtsender 1 εendet einen Lichtstrahl 3 aus, dessen -aufgrund von Nebel oder dergleichen auftretendes- Ruckstreulicht in der Raumzone 14 von dem ersten Lichte pfanger 5 erfaßt wird. Der zweite Lichtempfanger 6 erfaßt das Ruckstreulicht in der Raumzone 15. Je dichter der Nebel ist, desto star¬ ker ist die Streulichteinstrahlung und desto großer ist das Ausgangsεignal an den beiden Lichte pfan- gern 5 beziehungsweise 6. Zur Auswertung der Sicht¬ weite wird jedoch nicht das absolute Signal der beiden Lichtempfanger 5 und 6 herangezogen, sondern ein daraus gebildetes Differenzsignal beziehungs¬ weise ein aus beiden Signalen gewonnenes neues Si¬ gnal, wodurch Storeinflusse, wie beispielsweise eine verschmutzte Optik 2 beziehungsweise 7, elimi¬ niert werden. Auch fuhren Schwankungen in der Aus¬ gangsleistung des Lichtsenders 1 nicht zu falschen Ergebnissen bei der Sichtweitenmessung.

In der Figur 2 ist eine weitere Einrichtung darge¬ stellt, die gegenüber der Einrichtung der Figur 1 nicht mit zwei Lichtempfangern, sondern nur mit ei-

ne Lichtempfanger 5 arbeitet. Ansonsten entspricht der Aufbau dem der Figur 1, so daß auf die zugehö¬ rige Beschreibung verwiesen wird. Im Gegensatz zum Ausfuhrungsbeispiel der Figur 1 erfolgt beim Aus- fuhrungsbeispiel der Figur 2 jedoch eine zeitaufge- loste Messung. Hierzu sendet der Lichtεender 1 kurze, vorzugsweise rechteckformige Lichtblitze, insbesondere mit fester Wiederholfrequenz, aus. Ein ausgesandter Lichtimpuls wird zu mindestenε zwei unterschiedlichen Zeiten abgetastet, waε dadurch erfolgt, daß der Lichtempfanger 5 wahrend eines er¬ sten Zeitfensters eine Erfaεεung des vom Lichtim¬ puls erzeugten Ruckstreulichts in einem entspre¬ chenden Bereich des Schnittvolumens 12 beziehungs¬ weise der Raumzone 14 vornimmt, und daß -zeitlich beabstandet dazu- eine zweite Messung mittels eines zweiten Zeitfensters erfolgt, wobei der Lichtimpuls aufgrund der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts an einer anderen Stelle innerhalb der Raumzone 14 erfaßt wird, das heißt, es wird ein zweites Ruck- streulicht-Ergebnis mittels des Lichtempfangers ge¬ wonnen. Für die Beεtimmung der Sichtweite werden beide Ruckstreulicht-Ergebnisse herangezogen, indem nicht ihre absolute Große, sondern ihre relative Große zueinander bestimmt und hieraus die Sicht¬ weite abgeleitet wird. Auch bei diesem Verfahren fuhrt die Differenzauswertung zur Eliminierung von Störungen, die beispielsweise durch verschmutzte Optiken oder einen Verschmutzungszustand einer Windschutzscheibe, die sich im Lichtfuhrungsweg be¬ ziehungsweise im Erfassungεweg befinden, entstehen.

Die Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild, das die Sichtweitenbestimmung mit geometrischer Raumzonen-

Bildung gemäß Anspruch 1 betrifft. Vorgesehen ist ein Oszillator 101, der mit einem Modulator 102, einem Lichtsender 103 und einer Sendeoptik 104 in Verbindung steht. Die Empfangsoptik 108 steht mit Empfangern 107 in Verbindung, die zu Hoch- oder Bandpassen 106 fuhren. Die Hoch- oder Bandpasse 106 sind an Demodulatoren 105 angeschlosεen, die ferner an den Oszillator 101 beziehungsweise Modulator 102 angeschlossen sind. Die Ausgange der Demodulatoren εtehen mit Tiefpassen 109 in Verbindung, die zu ei¬ ner Auswertelogik 201 fuhren. Ferner stehen die Ausgange der Empfanger 107 über Tiefpässe 109 mit der Auswertelogik 201 in Verbindung. Die Auswerte¬ logik 201 gibt auf der Verbindung 202 die Sichtwei- tenklaεsifikation aus, auf der Leitung 203 Zu- satzinformationen anderer Aggregate und auf der Verbindung 204 erfolgt die Ausgabe an andere Aggre¬ gate. Mit 205 ist ein Bussystem gekennzeichnet.

Die Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild für eine Sichtweitenbestimmung mittels zeitlicher Auflösung. Ein Oszillator 301 steht mit einem Modulator 302 in Verbindung, der an einen Lichtsender 303 ange¬ schlossen ist, der eine Sendeoptik 304 aufweist. Mit 308 ist die Empfangsoptik gekennzeichnet, die zu einem Empfanger 307 fuhrt, der mit einem Hochpaß 312 verbunden ist. Vom Oszillator 301 beziehungs¬ weise Modulator 302 fuhrt eine Verbindung zu drei hintereinandergeschaltete Verzogerungsschaltungen 310, die mit Abtastern 311 verbunden sind. Den Ab¬ tastern 311 wird das Ausgangssignal des Hochpasseε 312 zugef hrt und die Ausgänge der Abtaster 311 stehen mit einer Auswertelogik 401 in Verbindung. Eine Verbindung 402 fuhrt von der Auswertelogik 401

Ausgabesignale hinsichtlich der Sichtweitenklaεεi- fikation zu einem Busεystem 405. Ferner besteht eine Verbindung 403 und eine Verbindung 404 zwi¬ schen Auswerteelektronik 401 und Bussystem 405, wo¬ bei über die Verbindung 403 Zuεatzinformationen an¬ derer Aggregate und über die Verbindung 404 Ausga¬ beinformationen an andere Aggregate übertragen wer¬ den.