CN106840385B - 用于确定环境条件的传感器装置和确定太阳位置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定环境条件的传感器装置和确定太阳位置的方法。在一种用于确定车辆、尤其机动车的环境条件的传感器装置的情况中，带有至少一个用于发出电磁辐射、尤其红外辐射的发射器，带有至少三个用于接收电磁辐射、尤其红外辐射的接收器，其中，至少一个接收器关联有至少一个用于确定在至少一个玻璃面、尤其机动车的挡风玻璃上的雨量的发射器，且其中，至少三个用于接收电磁辐射的接收器由彼此不同的角度范围定向，本发明主要设置成，至少一个第一接收器和至少一个第二接收器在空间上的接收范围大致水平地定向，至少一个第三接收器在空间上的接收范围大致向上定向。

Description

用于确定环境条件的传感器装置和确定太阳位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定车辆、尤其机动车的环境条件的传感器装置，带有至少两个用于发出电磁辐射、尤其红外辐射的发射器、带有至少三个用于接收电磁辐射、尤其红外辐射的接收器，其中，至少两个接收器分别关联有至少一个用于确定在至少一个玻璃面、尤其机动车的挡风玻璃上的雨量的发射器，且其中，至少三个用于接收电磁辐射的接收器由彼此不同的角度范围定向。此外，本发明涉及一种带有根据本发明的传感器装置的车辆以及一种用于利用根据本发明的传感器装置确定太阳位置的方法。
背景技术
用于测定环境条件的方法和装置在许多车辆中得到使用。环境条件可例如是天气影响(例如挡风玻璃的湿润状态)或是太阳位置。为了测定挡风玻璃的湿润状态例如可使用光学传感器装置，在其中例如红外信号被耦入到挡风玻璃中且在红外辐射在挡风玻璃中的定义的运行路线之后根据信号的又被去耦的比例可测定在挡风玻璃中的全反射的比例有多高。在此，全反射的比例被挡风玻璃例如以水的湿润影响。除了挡风玻璃的湿润状态之外，太阳相对于车辆的位置是重要的参数，因为太阳位置可作为参数进入用于例如空调的控制程序中。通过除了用于确定雨水的发射器和接收器之外使用用于光照状态的特有的接收器，使得为了确定参数而组合的雨水-光线传感器得以经常使用。
例如在文件DE 10 2009 007 521 B4中说明了一种用于为机动车的空调测定太阳位置的方法。在此，使用太阳辐射传感器，其中一个相对车辆纵向以确定的角度向右而另一个以确定的角度向左倾斜。通过太阳辐射传感器，太阳位置相对车辆纵向的角度和日射的强度可被测定。在传感器绕垂直轴线的转动期间，日射的强度被左侧和右侧的传感器多次确定且由这些强度值计算出经标准化的差。太阳的高程由传感器的所存储的高程特征曲线相对经确定的标准化的差来测定。对于太阳的经确定的高程和当前的经标准化的差，方位角由传感器的所存储的高程特性曲线来测定。
在已知的装置的方法的情况中不利的是，须动用专门为该目的所设置的太阳位置传感器。该额外的传感器增加了所需要的构件的数量且提高了装置的成本。
发明内容
本发明的目的在于，建议一种开头所提及的类型的传感器装置，在其中特意设置用于太阳位置确定的传感器元件是不必要的。
该目的的解决方案利用一种带有专利权利要求1的特征的传感器装置、利用一种带有专利权利要求6的特征的车辆以及利用一种带有专利权利要求8的特征的方法来实现。
在一种用于确定车辆、尤其机动车的环境条件的传感器装置的情况中，带有至少两个用于发出电磁辐射、尤其红外辐射的发射器，带有至少三个用于接收电磁辐射、尤其红外辐射的接收器，其中，至少一个接收器关联有至少一个用于确定在至少一个玻璃面、尤其机动车的挡风玻璃上的雨量的发射器，且其中，至少三个用于接收电磁辐射的接收器由彼此不同的角度范围构造，本发明主要设置成，至少一个第一接收器和一个第二接收器在空间上的接收范围大致水平地定向，至少一个第三接收器在空间上的接收范围大致向上定向。传感器装置具有至少三个用于电磁辐射、尤其用于红外辐射的接收器。这些接收器可尤其是光电二极管。在空间上的接收范围、即空间上的角度范围(由其可由两个接收器探测接收器辐射)相对于不同的侧水平地定向。尤其地，接收器可相对车辆纵轴线、尤其车辆中轴线的不同侧来布置。在侧面布置在车辆中轴线旁边的区域是驾驶员区域和副驾驶区域。优选地，传感器装置布置在机动车的挡风玻璃处。至少一个第一接收器和一个第二接收器关联有用于发出红外辐射的发射器。通过发射器，红外辐射可被耦入到挡风玻璃中。通过在挡风玻璃的玻璃体内的全反射，红外辐射在挡风玻璃中被传导。挡风玻璃例如以雨水的湿润引起在挡风玻璃中的全反射的比例的降低、即引起红外辐射从挡风玻璃的部分去耦。通过接收器，在沿着挡风玻璃的定义的测试段之后可检测红外辐射的全反射的比例。通过测定全反射的红外辐射的比例可推断出挡风玻璃的湿润程度。该参数可例如被用于雨刷设备的自动控制。在第一接收器与第一发射器之间以及在第二发射器与第二接收器之间可构造两个雨水测量段。这些雨水测量段可水平地沿着挡风玻璃、即相对车辆纵轴线横向地(尤其以直角)定向。例如，第一接收器可面向副驾驶侧定向而第二接收器可面向驾驶员侧定向。那么，两个接收器在空间上的接收范围可指向不同的方向。附属的发射器相应地布置成，使得被耦入到挡风玻璃中的辐射处在附属的接收器的接收范围中。除了第一和第二接收器之外，该传感器装置具有第三接收器。该接收器同样可关联于一发射器且由此在与该发射器的连接中形成用于在挡风玻璃上的雨量的测量段。第三接收器垂直于在第一与第二接收器与附属的发射器之间的测量段布置。尤其地，该接收器可在传感器装置布置在挡风玻璃处的情况中布置在第一和第二接收器以及相关联的发射器上方或下方。尤其地，第三接收器可垂直地布置在发射器下方。第三接收器在空间上的接收范围向上定向。尤其地，因此三个接收器在不同的方向上定向。除了构造三个用于确定在挡风玻璃上的雨量的测量段之外，还可使用三个接收器来确定太阳位置。接收器被构造用于检测红外辐射。红外辐射由太阳发出，从而可通过探测来自三个不同方向的红外辐射推断出太阳位置。在此优选地，三个接收器、尤其光电二极管具有相同的光谱敏感性。接收器相应地发出照射强度值。通过比较和标准化三个照射强度信号可计算出当前的太阳位置。通过使用三个在不同空间方向上定向的接收器，由此不仅使得挡风玻璃的湿润状态的确定而且太阳位置的确定成为可能。至少一个发射器关联有两个接收器。例如，发射器可构造成，由发射器耦入到挡风玻璃中的红外信号可由相对发射器水平地布置的接收器以及相对发射器垂直地布置的接收器接收。因此，在发射器与两个接收器之间构造两个用于在挡风玻璃上的雨量确定的测量段。因此，利用两个发射器和三个接收器可构造三个用于在挡风玻璃上的雨量确定的测量段。
在本发明的一改进方案中，至少两个接收器在空间上的接收特性的最大值指向相反的方向且第三接收器在空间上的接收特性的最大值垂直于相反指向的接收器在空间上的接收特性的轴线来定向。以接收器在空间上的接收特性的最大值表示空间角度，接收器在该空间角度下具有其最大的灵敏度且因此在相应照明的情况中发出最高的照射强度值。通过以在空间上的接收特性的指向相反方向的最大值来布置第一和第二接收器可例如检测由车辆的副驾驶侧的区域和驾驶员侧的区域入射的辐射。第三接收器在空间上的接收特性的最大值可垂直于第一和第二接收器在空间上的接收特性的最大值来定向。通过第三接收器相对第一和第二接收器的垂直定向，可从三个不同的方向检测红外辐射。尤其地，由此可检测副驾驶侧、驾驶员侧以及与被车辆行驶的面背对的区域、即向上指向的区域。通过检测来自三个空间方向的照射强度的值，可检测出相对于机动车的太阳位置。
在本发明的一种改进方案中，接收器具有至少几乎相等的光谱敏感性。为了由例如来自三个不同的空间方向的照射强度值可计算出太阳位置，接收器出于可比性或者可标准化的原因须具有相同的光谱敏感性，从而使得其在相同照射的情况中发出相同的照射强度值。
在本发明的一改进方案中，传感器装置具有至少一个用于将发射器的电磁辐射耦入到玻璃面中的耦合元件和至少一个用于将电磁辐射从玻璃面去耦的去耦元件。耦合元件可尤其是使得红外辐射由发射器到车辆的挡风玻璃中的引入成为可能的光学构件。例如，耦合元件可以是透镜状的构件，其布置在发射器与挡风玻璃之间。去耦元件也可以是透镜状的构件，其在由发射器发出的红外辐射经过在挡风玻璃中的测量段之后使红外辐射去耦以用于利用接收器的探测。耦入和去耦元件被需要用于确定在挡风玻璃上的雨量。在经由接收器确定太阳位置期间，光学构件不具有功能。
在带有至少一个挡风玻璃且带有至少一个根据本发明的传感器装置的车辆的情况中，本发明主要设置成，传感器装置布置在挡风玻璃处，至少一个接收器面向车辆的驾驶员侧定向，至少一个接收器面向车辆的副驾驶侧定向而至少一个接收器背对车辆在其上移动的地面定向。传感器装置布置在挡风玻璃处。在此，用于接收电磁辐射、尤其红外辐射的接收器面向副驾驶侧布置。尤其地在此，接收器可定向成，使得在空间上的接收特性的最大值水平地、也就是说相对车辆纵轴线横向地定向。第二接收器优选布置成，其面向驾驶员侧定向。接收特性的最大值、即接收器在其下具有其最高的灵敏度的角度同样横向于车辆纵轴线定向。相应地，在第一和第二接收器在空间上的接收特性的最大值的轴线上布置有发射器。该发射器构造用于发出红外辐射。通过该发射器，红外辐射可被耦入到挡风玻璃中，其在构造测量段的距离中可由相关联的接收器探测。经由在挡风玻璃中被全反射的辐射的比例可计算出挡风玻璃的湿润状态。优选地，第一接收器和第一发射器布置在参照车辆在其上移动的地面的相同高度上。第二发射器和第二接收器在水平的平面上布置在相同的高度上。例如，第二发射器可关联有另一第三接收器。该接收器参照地面沿着挡风玻璃的面垂直地布置在发射器之下。优选地，两个相应地在发射器与两个相关联的接收器之间构造的虚拟的连接线张开成直角。因此在发射器与两个接收器之间构造两个用于确定挡风玻璃的湿润状态的测量段。前两个接收器相对车辆的副驾驶侧和驾驶员侧、优选地相对车辆中纵轴线的两侧定向。第三接收器背对车辆在其上移动的地面定向。因此，第三接收器向上、即例如面向天空定向。因此，三个接收器在空间上的接收特性指向三个不同方向。除了由发射器去耦的红外辐射的接收之外，接收器同样可探测来自环境光的红外辐射、例如由太阳发出的红外辐射。通过利用三个接收器中的每个记录各一个照射强度值可推断出太阳位置。由此在该布置中，接收器可不仅被用于确定挡风玻璃的湿润程度(即作为雨水传感器)，而且被用于确定太阳位置。额外部件的使用是不必要的。相对于分开的雨水-光线传感器的使用，给出了减少的部件清单且因此节省成本。
在本发明的一改进方案中，背对地面定向的接收器沿着挡风玻璃的面参照地面布置在发射器上方或下方。两个相对侧面、尤其相对副驾驶侧和相对驾驶员侧定向的接收器相应地关联有一发射器。优选地，发射器-接收器对布置在与地面的某一高度中的水平轴线上。在接收器与发射器之间的连接线在此横向于车辆纵轴线布置。由行驶面所背对的、即向上在天空方向上定向的第三接收器从地面看在两个水平地相对于侧指向的接收器-发射器对的上方或下方定向。车辆的挡风玻璃大多数逆着行驶方向倾斜。例如，向上指向的接收器可沿着挡风玻璃的面在地面的方向上相比另两个接收器-发射器对更远地布置。通过该布置得到来自车辆周围环境的红外辐射例如由太阳到接收器上的不受干扰的传递。因此使得利用接收器接受来自三个方向的红外辐射成为可能。
在一种用于利用根据本发明的传感器装置确定太阳位置的方法中，本发明主要设置成，利用至少三个接收器相应地检测环境光的至少一个照射强度值、测定经检测的照射强度值的最大值且由最大的照射强度值推断出车辆的面向太阳的侧。传感器装置的三个接收器相对不同方向定向。在此优选地，一接收器相对车辆的副驾驶侧而一接收器相对车辆的驾驶员侧(即相对车辆中轴线的两侧)定向，而一接收器背对车辆在其上移动的地面、即例如面向天空定向。利用这三个接收器相应地测定照射强度的值。为了确保照射强度值的可比性，接收器具有相同的光谱敏感性。为了由照射强度的所记录的值来测定太阳位置，确定三个所记录的照射强度值的最大值。通过测定由三个接收器中哪个发出最大的照射强度值可推断出太阳由其照射到车辆上的方向。
在该方法的一改进方案中，照射强度值由接收器在时间上被依次检测。接收器不仅被设置用于确定挡风玻璃以液体的湿润而且被设置用于确定太阳位置。优选地，在未实现湿润状态的确定期间，实现环境光的照射强度值的检测。在由接收器检测环境光的照射强度值期间，由此未实现由发射器的发出红外辐射。照射强度值在时间上依次由三个接收器检测。例如，首先可测定在副驾驶侧上的照射强度值，紧接着测定驾驶员侧的照射强度值且接着利用向上指向的接收器测定照射强度值。经测定的照射强度值可由评估装置处理。
在本发明的一改进方案中，利用两个大致水平地定向的接收器测定的照射强度值为了标准化被除以经测定的最大的照射强度值，两个经标准化的照射强度值中的较小的被两个经标准化的照射强度值中的较大的减去，由相减的结果形成反余弦且反余弦关联于太阳位置的方位角。为了测定太阳位置、尤其太阳位置的方位角，确定两个水平定向的接收器的最大值。两个照射强度值的标准化通过除以所测定的最大值来实现。如果两个接收器的照射强度值等大，则太阳恰处在行驶方向上。两个经标准化的照射强度值的较小的被从通过标准化获得值1的最大照射强度值的较大中减去。相减的结果相应于用于确定方位的三角形的邻边，而太阳位置的向量形成直角三角形之斜边(Hypotenuse)。通过余弦的反函数(即反余弦)的形成可推断出太阳位置相对于传感器装置的方位角。
在该方法的一改进方案中，由以两个大致水平地定向的接收器测得的照射强度信号相应地确定一个向量，由两个向量形成和向量，将合成的和向量的数值与照射强度的大致向上定向的接收器测得的信号相比较，将测得的照射强度值标准化，两个经标准化的照射强度值的较小的被两个经标准化的照射强度值的较大的减去，由相减的结果形成反余弦且反余弦关联于太阳位置的高程角度。由两个大致水平地定向的接收器的测得的信号可确定向量。由两个向量可形成和向量。为了确定高程角度，将和向量的数值与大致向上定向的接收器的信号相比较。确定由和向量产生的辐射强度值和通过向上指向的接收器测得的照射强度值的最大值。为了标准化，照射强度值被除以最大的照射强度值。两个经标准化的照射强度值的较小的被两个经标准化的照射强度值的较大的减去且由相减的结果形成反余弦。反余弦相应于太阳位置参照传感器装置的高程角度。
附图说明
接下来根据在附图中示出的优选的实施例进一步阐述本发明。其中：
图1中的示意图详细显示了用于确定照射强度值和挡风玻璃湿润程度的接收器和发射器的布置；且
图2中的示意图详细显示了用于确定挡风玻璃的湿润程度和太阳位置的三个测量段的布置。
具体实施方式
在图1中示出了用于测定在车辆的挡风玻璃1上的雨量的测量段。该测量段由发射器2和接收器3构建。在发射器2与挡风玻璃1之间布置有耦合元件4，由发射器2所发出的红外辐射可通过耦合元件4被耦入到挡风玻璃1中。相应地，在发射器3与挡风玻璃1之间布置有去耦元件5，被耦入的红外辐射通过去耦元件5相对接收器3被去耦。在挡风玻璃1中，通过发射器2所发出的红外辐射可通过全反射被传导。在挡风玻璃1例如以雨水湿润的情况中不仅引起在挡风玻璃1中的全反射，而且红外辐射沿着测量段被部分去耦。通过接收器3可检测在挡风玻璃1中的全反射的比例或者去耦的光线的比例有多高，由此可推断出挡风玻璃1的湿润状态。除了湿润状态的确定之外，接收器3还可被用于测定太阳位置。由太阳6所射出的红外辐射7由接收器3检测。由太阳6所射出的红外辐射7的检测优选在发射器2未发出红外辐射期间实现。通过使用多个相对不同方向定向的接收器3，使得太阳位置的测定成为可能。
在图2中示出了三个用于确定太阳位置的测量段的布置。在此，三个接收器3,8,9关联于两个发射器2,10。优选地，该装置布置在车辆的挡风玻璃1处。测量段在该装置中构造在发射器2与接收器3之间、在发射器10与接收器8之间以及在发射器10与接收器9之间。布置在发射器2与接收器3之间的测量段11以及布置在发射器10与接收器8之间的测量段12水平地定向。尤其地，测量段11,12横向于车辆纵轴线定向。在此，接收器3面向副驾驶侧定向，而接收器8面向驾驶员侧定向。在发射器10与接收器9之间构造测量段13，其横向于测量段11和12延伸。沿着挡风玻璃1，接收器9布置在发射器10下方。在此，接收器9布置成，使得其背对车辆在其上移动的地面定向。通过挡风玻璃1的倾斜，接收器9的向上定向的接收区域不被发射器2,10或者其它接收器3,8干扰。通过接收器3,8和9的定向使得来自参照车辆的三个不同方向的红外辐射的探测成为可能。通过发射器和接收器彼此的布置方案，使得不仅挡风玻璃1的湿润状态的测定而且太阳位置的确定在无另外部件的情况下成为可能。
所有在上述说明中和在权利要求中所提及的特征可以任意的选择与独立权利要求的特征组合。因此，本发明的公开内容不局限于所说明的或者被要求保护的特征组合，而是所有在本发明的范畴中有意义的特征组合被认为是所公开的。

Claims (12)

1.一种用于确定车辆的环境条件的传感器装置，带有至少一个用于发出电磁辐射的发射器(2,10)，带有至少三个用于接收电磁辐射的接收器(3,8,9)，其中，至少一个接收器(3,8,9)关联有至少一个用于确定在至少一个玻璃面上的雨量的发射器(2,10)，且其中，至少三个用于接收电磁辐射的接收器(3,8,9)由彼此不同的角度范围定向，其特征在于，至少一个第一接收器(3)和至少一个第二接收器(8)的在空间上的接收范围大致水平地定向，至少一个第三接收器(9)的在空间上的接收范围大致向上定向且至少一个发射器(2,10)关联有两个接收器(3,8,9)。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，至少一个第一接收器(3)和至少一个第二接收器(8)的在空间上的接收特性的最大值指向相反的方向，且第三接收器(9)的在空间上的接收特性的最大值垂直于相反指向的第一接收器(3)和第二接收器(8)的在空间上的接收特性的轴线定向。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述接收器(3,8,9)具有相同的光谱敏感性。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置具有至少一个用于将发射器(2,10)的电磁辐射耦入到玻璃面中的耦合元件(4)和至少一个用于将所述电磁辐射从玻璃面中去耦的去耦元件(5)。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述车辆是机动车。
6.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述电磁辐射是红外辐射。
7.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述玻璃面是机动车的挡风玻璃(1)。
8.一种带有至少一个挡风玻璃(1)且带有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置的车辆，其特征在于，所述传感器装置布置在所述挡风玻璃(1)处，至少一个接收器(8)面向所述车辆的驾驶员侧定向，至少一个接收器(3)面向所述车辆的副驾驶侧定向，以及至少一个接收器(9)背对所述车辆在其上移动的地面定向。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，背对所述地面定向的接收器(9)沿着所述挡风玻璃(1)的面参照所述地面布置在所述发射器(2,10)上方或下方。
10.一种用于利用根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置确定太阳位置的方法，其特征在于，利用至少三个接收器(3,8,9)相应地检测环境光的至少一个照射强度值，测定经检测的照射强度值的最大值，由最大的照射强度值推断出所述车辆的面向太阳(6)的侧，其中，利用两个大致水平地定向的接收器(3,8)来检测的照射强度值为了标准化被除以经测定的最大的照射强度值，所述两个经标准化的照射强度值中的较小的被所述两个经标准化的照射强度值中的较大的减去，由所述相减的结果形成反余弦，且所述反余弦关联于所述太阳位置的方位角。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述照射强度值由所述接收器(3,8,9)在时间上被依次检测。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其特征在于，由利用所述两个大致水平地定向的接收器(3,8)测得的照射强度信号各确定一向量，由所述两个向量形成和向量，将合成的和向量的数值与照射强度的利用所述大致向上定向的接收器(9)测得的信号相比较，将测得的照射强度值标准化，两个经标准化的照射强度值中的较小的被所述两个经标准化的照射强度值中的较大的减去，由所述相减的结果形成反余弦，且所述反余弦关联于所述太阳位置的高程角度。
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