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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugsüberwachungsanlage mit einer
Mehrfachfensteranzeige, und insbesondere eine Mehrfachfensterüberwachungsanlage,
welche den Fahrzeugfahrern durch die Verwendung von mehreren Videokameras und
Ultraschallsignal-Transceivern
helfen kann, wechselnde Bedingungen in den toten Winkeln um das
Fahrzeug herum zu überwachen.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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In
den meisten Personenkraftwagen entwickeln sich rückwärtige Detektoren im Moment
zur Standardausrüstung.
Der rückwärtige Detektor
wird benutzt, um den Abstand zwischen dem Fahrzeug und jedem Objekt,
das sich hinter dem Fahrzeug befindet, zu prüfen, wenn sich das Fahrzeug
im Rückwärtsgang
befindet. Der elektronische Detektor verfügt über eine Anordnung aus Ultraschallsensoren
an der Stoßstange,
die mit der Steuerschaltung der Schaltanlage und einem Alarm verbunden
ist. Befindet sich das Fahrzeug im Rückwärtsgang und befindet sich ein
Objekt in einem voreingestellten Warnbereich, löst der elektronische Detektor
ein Alarmsignal aus, um den Fahrer zu warnen. Dies ist daher ein wirksames
Sicherheitsmerkmal für
Personenkraftwagen.
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Allerdings
ist nichts realistischer, als Videobilder zu betrachten, die die
tatsächlichen
Straßenbedingungen
zeigen. Fahrer haben sich heutzutage damit zufrieden gegeben, nur über elektronische
Detektoren zu verfügen.
Sie brauchen eine Allzwecküberwachungsanlage,
die ihnen erlaubt, gleichzeitig Bilder aus verschiedenen Winkeln
zu sehen, insbesondere aus normalerweise toten Winkeln, in denen die
Sicht des Fahrers durch den Fahrzeugkörper verstellt ist. Mit einer
solchen Überwachungsanlage
wird die Sicht des Fahrers erheblich verbessert, weil sich der Fahrer
den wechselnden Bedingungen um das Fahrzeug herum besser bewusst
ist.
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Herkömmliche
rückwärtige Detektoren,
die an Fahrzeugen mit erhöhten
Stoßstangen
montiert sind, können
ebenso keine Objekte erkennen, die unterhalb des Erkennungsbereiches
liegen, solche Objekte stellen aber sehr wohl eine Gefahr dar. Wenn das
Fahrzeug unbedachtsam über
sie fährt,
können sie
die Unterseite des Fahrzeuges beschädigen.
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Um
dieses Problem zu lösen,
haben einige Hersteller eine Videokamera und einen Anzeigebildschirm
in die Detektorsysteme integriert. Die Anzeige wird dabei entweder
in den Rückspiegel
oder als ein eigenständiger
Bildschirm in das Armaturenbrett auf der Fahrerseite eingebaut,
so dass die Bilder von den Videokameras an der Rückseite des Fahrzeuges während der
normalen Fahrt und während
des Parkens gleichzeitig im Rückspiegel
oder im eigenständigen
Bildschirm präsentiert
werden. Die derzeitige Auslegung dieser Erkennungssysteme mit Videoanzeige
eignet sich allerdings nur für
Personenkraftwagen, und die Erkennungssysteme weisen außerdem nur
eine Videokamera auf.
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Große Fahrzeuge,
die Form und Größe der Fahrzeugkörper größerer Fahrzeuge
verursachen bei großen
Fahrzeugen mehr tote Winkel als im Falle eines Personenkraftwagens.
Daher ist es nicht möglich,
durch die Verwendung einer Videokamera alle in Frage kommenden Winkel
abzudecken. Zudem verursacht die gleichzeitige Anzeige des Videosignals mehrerer
Videokameras ein erhebliches technisches Problem. Einige der typischen
Probleme der verschiedenen Typen von Erkennungssystemen sind im Folgenden
beschrieben:
- 1. Festverdrahtete Erkennungssysteme:
Die Verwendung mehrerer fest verkabelter Detektoren und Videokameras
führt zu
einer komplizierten Verkabelungskonfiguration, und außerdem stellt sich
die Frage, wie man mehrere Bilder von mehreren Videokameras an einem
Bildschirm gleichzeitig steuern soll.
- 2. Drahtlose Erkennungssysteme: Diese Detektoren verzichten
auf einen Großteil
der elektrischen Verkabelung. Allerdings kann es aufgrund gegenseitiger
Interferenzen zu einer Verschlechterung des Videos kommen, wenn
mehrere Videokameras das gleiche Frequenzband benutzen oder wenn
sich Fahrzeuge einander nähern,
die drahtlose Detektoren mit ähnlichen
Frequenzbändern benutzen.
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Die
vorhergehend genannten Probleme bei der Verwendung mehrerer Video-Kameras
müssen gelöst werden,
wenn ein gleichzeitiger Betrieb erreicht werden soll.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Fahrzeugsüberwachungsanlage
mit einer Mehrfachfensteranzeige bereitzustellen, welche ein Fenster-Überlagerungs-Verfahren
benutzt, um auf einem einzigen Monitor gleichzeitig mehrere Video-Bilder
anzuzeigen. Die Video-Bilder stammen von mehreren an verschiedenen
Stellen des Fahrzeuges installierten Video-Kameras. Der Fahrzeugfahrer
ist sich dadurch der Bedingungen um das Fahrzeug herum sowie der
toten Winkel besser bewusst, und ist keinen toten Winkeln ausgesetzt.
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Zu
diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung eine Fahrzeugsüberwachungsanlage
zur Verfügung,
bestehend aus einer Datensammeleinheit, einer Konsoleneinheit, mehreren
Video-Kameras und einem
Monitor. Die Video-Kameras werden so installiert, dass sie tote
Winkel abdecken.
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Die
Datensammeleinheit umfasst im Wesentlichen einen Einheiten-Kontroller,
einen Sender und mehrere Ultraschallsignal-Transceiver. Der Block-Kontroller
empfängt
Signale vom Ultraschallsignal-Transceiver, verarbeitet diese und
sendet die verarbeiteten Signale zur Konsoleneinheit.
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Die
Konsoleneinheit ist mit den mehreren Video-Kameras verbunden, um
Video-Bilder aus verschiedenen Winkeln um das Fahrzeug herum zu empfangen.
Die Signale der Ultraschallsignal-Transceiver und der Video-Kameras
werden digitalisiert, komprimiert und entweder als Ein- oder als
Mehrkanalvideosignale auf dem Monitor ausgegeben, um dort durch
Verwendung eines Fensteranzeigeverfahrens gleichzeitig dargestellt
zu werden.
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Durch
diese synchrone Steuerung mehrerer Video-Kameras und Ultraschallsignal-Transceiver steigert
die vorliegende Erfindung die Sicht des Fahrers durch die Beseitigung
der üblichen
toten Winkel um das Fahrzeug herum und erhöht die Fahr- und Parksicherheit
durch genaue Messungen der Abstände
zu Objekten.
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Andere
Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen klarer werden.
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
ein funktionales Blockdiagramm einer Fahrzeugsüberwachungsanlage mit einer
Mehrfachfensteranzeige gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm eines Teils der Datensammeleinheit von 1;
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Signalverarbeitungsschaltung in der
Datensammeleinheit von 1;
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4 ist
ein Schaltbild eines Teils der Konsoleneinheit von 1;
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5 ist
ein Schaltbild eines Bild-Überlagerungs-Kontrollers
von 1;
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6 ist
ein Standard-Anzeigeformat auf einer Mehrfachfensteranzeige; und
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7 ist
ein Diagramm der geeigneten Stellen um ein großes Fahrzeug herum für die Installation von
Ultraschallsignal-Transceivern und Video-Kameras.
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Wie
in 1 gezeigt, stellt die vorliegende Erfindung eine
an großen
Fahrzeuge installierbare Mehrfachfensterüberwachungsanlage zur Verfügung. Die
Anlage weist mehrere an verschiedenen Stellen auf dem großen Fahrzeug
installierte Video-Kameras (50) und Ultraschallsignal-Transceiver (20)
auf. Die Video-Kameras (50) können an Stellen installiert
werden, um übliche
tote Winkel abzudecken, wenn das Fahrzeug eine Wende ausführt oder sich
im Rückwärtsgang
befindet. Die Ultraschallsignal-Transceiver (20) können an
Fahrzeugseiten und an den Fahrzeugstoßstangen installiert werden,
um den Abstand zu irgendwelchen Gegenständen, denen das Fahrzeug näher kommt,
zu bestimmen. Wenn das Fahrzeug sich einem Gegenstand innerhalb
eines vorbestimmten Schwellenbereichs nähert, wird ein Alarm (33)
ausgelöst,
um den Fahrzeugfahrer zu warnen.
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Die
Mehrfensterüberwachungsanlage
umfasst eine Datensammeleinheit (10), eine Konsoleneinheit
(30), mehrere Videokameras (50) und einen Monitor
(60).
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, umfasst die Datensammeleinheit
(10) einen Block-Kontroller (11),
eine Speichereinheit (111), mehrere Signalverarbeitungsschaltungen
(21), mehrere Ultraschallsignal-Transceiver (20),
einen Signalsender (12) und eine Stromversorgungseinheit
(nicht nummeriert).
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Der
Block-Kontroller (11) hat mehrere Ein- und Ausgänge und
empfängt,
konvertiert und formatiert Daten für die Weiterleitung.
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Die
Speichereinheit (111) ist mit dem Block-Kontroller (11)
verbunden und speichert alle Identifikations-Kodes der Ultraschallsignal-Transceiver.
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Die
Signalverarbeitungsschaltungen (21) sind mit Eingängen des
Block-Kontrollers (11) verbunden und umfassen einen Mikroprozessor
(211), eine Ultraschallsignal-Transceiver-Schaltung (212), einen
Signalverstärker
(213) und einen Signalumwandler (214).
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Der
Mikroprozessor (211) ist mit dem Block-Kontroller (11)
verbunden, um die digitalisierten Signale an den Block-Kontroller
(11) weiterzugeben.
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Die
mehreren Ultraschallsignal-Transceiver (20) sind jeweils
mit den Signalverarbeitungsschaltungen (21) verbunden,
senden Ultraschallsignale, empfangen Ultraschallechos und senden
die Ultraschallechos zum Block-Kontroller (11).
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Der
drahtlose Signalsender (12) ist ein HF-Signalübertragungsmodul,
und ist mit dem Ausgang des Block-Kontrollers (11) verbunden,
empfängt
die von dem Block-Kontroller (11) verarbeiteten Daten und
sendet die verarbeiteten Daten als ein HF-Signal. Der Sender (12)
benutzt ein Entstörverfahren
zur Vermeidung wechselseitiger Interferenz. Das Entstörverfahren
kann ein Frequenzsprung- oder ein Bandspreizverfahren oder Ähnliches
sein.
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Wie
in den 1 und 4 gezeigt, umfasst die Konsoleneinheit
(30) einen Einheiten-Kontroller (31), einen Empfänger (32),
einen Alarm (33), einen Bild-Überlagerungs-Kontroller (40)
und eine Stromversorgungseinheit (nicht nummeriert), hat mehrere Eingänge (nicht
nummeriert) und Ausgänge
(nicht nummeriert), empfängt
und verarbeitet die Daten des Block-Kontrollers (11), um
zu bestimmen, ob die Mindestabstände
unterschritten worden sind, formatiert die Video-Daten von mehreren Quellen für eine gleichzeitige
Anzeige und zeigt Warnungen an, wenn die Mindestabstände bzw.
Abstandsschwellen unterschritten worden sind.
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Der
Signalempfänger
(32) ist ein HF-Signalübertragungsmodul,
ist mit einem Eingang des Einheiten-Kontrollers (31) verbunden
und empfängt HF-Signale
von dem drahtlosen Signalsender (12).
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Der
Alarm (33) ist mit einem Ausgang des Einheiten-Kontrollers
(31) verbunden und lässt
auf die Auslösung
des Einheiten-Kontrollers hin eine hörbare Warnung ertönen, eine
visuelle Warnung oder beide.
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Der
Einheiten-Kontroller (31) empfängt Signale von der Datensammeleinheit
(10), überprüft die Signalquellen,
analysiert die Daten, um zu bestimmen, ob der Konsolenbetrieb zu
aktivieren ist, wenn eine vorbestimmte Bedingung eingetreten ist,
aktiviert die Video-Datenanzeige und löst Warnungen aus.
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Die
Speichereinheit (311) speichert Identifikations-Kodes aller
Ultraschallsignal-Transceiver (20) und voreingestellte
Bedingungen und Schwellenwerte.
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Wie
in 5 zu sehen ist, hat der Bild-Überlagerungs-Kontroller (40)
mehrere Video-Eingänge (nicht
nummeriert), einen Dateneingang (nicht nummeriert) und einen Video-Ausgang
(nicht nummeriert) und umfasst einen programmierbaren Video-Kontroller
(41), einen Multiplexer (42), einen A/D-Wandler (421),
eine Horizontalsynchronsignaltrennschaltung (422), einen
Puffer (43) und einen D/A-Wandler (44). Der Dateneingang
ist mit einem Ausgang des Einheiten-Kontrollers (31) verbunden.
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Der
programmierbare Video-Kontroller (41) enthält einen
temporären
Speicher (411) und hat mehrere Eingänge (nicht nummeriert) und
mehrere Ausgänge
(nicht nummeriert).
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Der
Multiplexer (42) hat mehrere Videoeingänge (nicht nummeriert) und
mehrere Ausgänge (nicht
nummeriert).
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Der
A/D-Wandler (421) ist mit einem Ausgang des Multiplexers
(42) und mit Eingängen
des programmierbaren Video-Kontrollers (41) verbunden,
welcher Videodaten zum temporären
Speicher (411) sendet.
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Die
Horizontalsynchronsignaltrennschaltung (422) ist mit einem
Ausgang des Multiplexers (42) und mit Eingängen des
programmierbaren Video-Kontrollers (41) verbunden.
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Der
Puffer (43) ist mit einem Eingang des programmierbaren
Video-Kontrollers (41) und mit einem Ausgang des Einheiten-Kontrollers
(31) verbunden, welcher eine Kopie der Abstandsdaten von
der Datensammeleinheit (10) sendet.
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Der
D/A-Wandler (44) ist mit einem Ausgang des programmierbaren
Video-Kontrollers (41) verbunden, der die übereinanderliegenden
Bilder umwandelt, um Ein- oder Mehrkanalvideosignale zu erzeugen.
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Der
programmierbare Video-Kontroller (41) steuert durch den
Multiplexer (42) die Umschaltung des Anzeigefensters entweder
sequenziell oder wahlfrei.
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Mit
Hilfe der Horizontalsynchronsignaltrennschaltung (422)
extrahiert der programmierbare Video-Kontroller (41) die
Horizontalsynchronsignale und wandelt unter Verwendung des A/D-Signalkonverters
(421) Videosignale in digitalisierte Bilder um, und die
umgewandelten Daten werden dann mit Hilfe eines vorgegebenen Taktsignals
in den temporären Speicher
(411) geschrieben.
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Eine
andere Funktion des programmierbaren Video-Kontrollers (41)
besteht darin, die Abstandsdaten mit den Videobildern zu korrelieren,
so dass die Abstandsdaten über
entsprechende Bilder gelegt werden können. Die übereinanderliegenden Bilder werden
anschließend
komprimiert und umgewandelt, um mit Hilfe des Signalumwandlers (44)
Ein- oder Mehrkanalvideosignale zu erzeugen.
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Wie
in 6 weiter zu sehen ist, hat der Monitor (60)
einen Video- und Steuereingang (nicht nummeriert), einen Steuerausgang
(nicht nummeriert), einen Touch-Screen mit mehreren Funktionstasten.
Die Videosignale vom Wandler (44) werden auf dem Monitor
(60) als Bilder in mehreren Fenstern gleichzeitig angezeigt,
und die Abstandsdaten werden in die Videobilder eingeblendet.
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Wie
in 7 gezeigt, haben die Lastzüge (70) normalerweise
einen langen und sperrigen Anhänger.
Wann der Lastzug eine Wende ausführt,
verursacht der Anhänger
(71) viele tote Winkel. Die kontinuierlich auf dem Monitor
angezeigten Video-Bilder und Abstandsdaten, die von den an den Ecken
des Anhängers
(71) installierten mehreren Video-Kameras und Ultraschallsignal-Transceivern
stammen, machen dem Fahrer die Bedingungen um den Lastzug herum
jedoch bewusster.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Fahrzeugsüberwachungsanlage
mit Mehrfachfensteranzeige verwendet drei Video-Kameras (50)
und drei Ultraschallsignal-Transceiver
(20), die jeweils den Videokameras (50) entsprechen.
Diese Video-Kameras (50) und Ultraschallsignal-Transceiver
(20) werden an verschiedenen Stellen an der Seite sowie
am hinteren Ende des Anhängers
(71) installiert. Der Monitor (60) wird so konfiguriert,
dass er in mehreren Fenstern gleichzeitig die Bilder aller Video-Kameras (20)
zeigt, die aus verschiedenen Winkeln aufnehmen. Die von den Ultraschallsignal-Transceivern
(20) erhaltenen Abstandsdaten werden dabei über die
Video-Bilder gelegt. Die Abstandsdaten werden ständig aktualisiert, wenn sich
das Fahrzeug einem Objekt nähert.
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Der
Monitor (60) weist einen Touch-Screen mit eingebauten Funktionstasten
auf, und das Überwachungssystem
stellt mehrere Anzeigemodi für
die Anzeige von Bildern und Abstandsdaten zur Verfügung. Der
Fahrzeugfahrer kann zwischen der bildschirmfüllenden Anzeige der Bilder
einer bestimmten Video-Kamera oder der gleichzeitigen Anzeige aller Fenster
wählen.
Da der Monitor (60) mit dem Einheiten-Kontroller (60)
verbunden ist, benachrichtigt der Einheiten-Kontroller (31)
den programmierbaren Video-Kontroller (41) und veranlasst
den Multiplexer (42), in den gewählten Anzeigemodus umzuschalten, wenn
der Fahrer eine entsprechende Auswahl am Touch-Screen trifft.
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Wenn
der Fahrzeugkörper
in einen voreinstellbaren Schwellenbereich zu einem Objekt eintritt, veranlasst
der Einheiten-Kontroller (31) den Alarm (33),
einen Piepton auszugeben, dessen Frequenz sich steigert, je mehr
sich das Fahrzeug dem Objekt nähert.
Solange die Ultraschallsignal-Transceiver (20) das Objekt
wahrnehmen, überlagert
der Einheiten-Kontroller
(31) mit Hilfe des Bild-Überlagerungs-Kontrollers den
Monitor mit den Abstandsdaten, damit der Fahrer ständig über den
aktuellen Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt informiert
ist.
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Die
Mehrfachüberwachungsanlage
kann alle toten Winkel um das Fahrzeug herum abdecken. Die Anlage
eignet sich daher für
große
Fahrzeuge und macht dem Fahrzeugfahrer die wechselnden Straßenbedingungen
besser bewußt.
Die Sicht und die Fahrsicherheit des Fahrers können dadurch beachtlich verbessert
werden.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die Mehrfachfenster-Überwachungsanlage
mit drahtloser Signalübertragung betrieben
wird. Dadurch wird die Installation der Anlage vereinfacht und kann
leicht ohne große
Mengen an Kabel und Steckern ausgeführt werden.