CN109313266B - 用于车辆的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆(1)，尤其是用于机动车的传感器装置(8)，具有：至少一个发送设备(9、10、11)，用于发送具有能够预先确定的波长(λ1、λ2、λ3)的光束；至少一个接收设备(13)，用于检测所述发送设备(9、10、11)的至少一个光束，光束在物体(2)处被反射；以及设备(17)，该设备根据至少一个被检测到的经反射的光束确定与物体有关的性质。规定的是，接收设备(13)具有用于检测来自至少两个发送设备(9、10、11)的经反射的光束的波长和/或波长变化的传感器阵列(14)，并且设备(17)被构造成根据所检测到的波长和/或波长变化来至少确定物体(2)的表面特性以及传感器装置(8)与物体(2)的相对速度。

Description

用于车辆的传感器装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆、尤其是用于机动车的传感器装置，具有：至少一个发送设备，用于发送具有能够预先确定的波长的光束；至少一个接收设备，用于检测发送设备的至少一个光束，光束在物体处被反射；以及设备，该设备根据被检测到的经反射的光束确定至少一个与物体有关的性质。
此外，本发明涉及一种用于车辆，特别是用于机动车的安全系统，具有如上所述的传感器装置那样的至少一个传感器装置并且具有至少一个执行器设备，该执行器设备根据通过传感器装置所检测到的行驶道性质工作或被操控。
此外，本发明涉及用于运行传感器装置或安全系统的方法。
背景技术
从现有技术已知前述类型的传感器装置、安全系统和方法。特别是在机动车制造中，考虑行驶道表面的摩擦系数对于致动器的操控是重要的，机动车沿着该行驶道表面移动，致动器例如能够被分配给制动系统或驾驶安全系统，以便提高机动车的行驶安全性。因此例如当确定到摩擦系数减小时，可以减小启动转矩或制动转矩，以便避免车辆边缘在行驶道表面上的附着损失。在此尤其已知的是，对于摩擦系数估计，借助于红外传感器来扫描行驶道表面，红外传感器产生定向到行驶道表面上的红外光束并且接收在行驶道表面处被反射的红外光束。
发明内容
根据本发明的传感器装置具有的优点是，通过传感器装置检测关于行驶道性质或表面的信息，特别是行驶道的表面的摩擦系数以及关于当前行驶速度的信息。传感器装置因此以紧凑和成本更低的方式组合摩擦系数传感装置和速度传感装置的功能。为此根据本发明规定，接收器装置具有用于检测经反射的光束的波长或波长变化的传感器阵列，并且设备被构造成根据所检测到的波长和/或波长变化来至少确定物体的表面特性以及与物体的相对速度。通过设置传感器阵列实现的是，能够以简单的方式和方法检测行驶速度。在此基本上实施评估，例如该评估用于具有激光传感器和光粒的计算机鼠标中。借助于传感器阵列来跟踪反射光的变化，并且从该跟踪中确定传感器装置和反射该光束的物体之间的相对速度。当前这被用于确定车辆的行驶速度，而同时根据反射光的所检测到的波长或波长变化来监测物体的表面特性，特别是行驶道的表面特性。
根据本发明的优选的改型方案规定，设备被构造成根据波长和/或波长变化来确定反射该光束的表面的摩擦系数。因此借助于传感器装置来确定物体或行驶道表面的光学特性的波长相关的变化，以便特别是检测表面的摩擦系数。
此外优选地规定，传感器具有多个发送设备，由该多个发送设备产生具有不同波长的至少两个光束，特别是三个光束。发送设备在这方面不同地构造，即该发送设备分别产生具有与传感器的至少一个另外的发送设备的光束不同的波长的光束。通过发出具有不同波长的光束，特别是确保了行驶速度的或在传感器装置与驾驶员或物体之间的相对速度的冗余检测。尤其规定，设置三个发送设备，该发送设备产生与其它发送设备不同波长的光束。尤其优选地规定，发送设备被构造为红外激光二极管，该红外激光二极管产生红外光束。红外激光二极管可以被成本低廉地使用，并且允许光束准确地定向到待测试或待监测的物体上，特别是行驶道上。
尤其优选地规定，红外激光二极管中的第一红外激光二极管被构造成产生具有λ1＝980nm的波长的光束，红外激光二极管中的第二红外激光二极管被构造成产生具有λ2＝1310nm的波长的光束，并且红外激光二极管中的第三红外激光二极管被构造成产生具有λ3＝1550nm的波长的光束。通过这三个红外激光二极管的三个光束的这种所选择的不同波长，保证了行驶道性质的有利的检测或物体的表面摩擦系数的有利的检测以及可靠的速度确定。
此外优选地规定，接收器设备作为红外宽带检测器被构造成检测经反射的光束的不同波长。由此，可以将传感器装置最小化直到被嵌入到单个壳体中，该壳体例如在轮胎附近安装在机动车的车身处，以便对于每个轮胎检测和考虑行驶道表面的摩擦系数。由此可以对于每个轮胎例如确定当前的滑动率和牵引，并且相应地操控或调整机动车的安全设备，以便符合所检测到的滑动率和牵引。
根据本发明的安全系统的特征在于根据本发明的传感器装置。在此可见已经提到的优点。尤其规定，执行器设备被构造为制动装置或ABS、ASR或ESP装置，其根据当前的行驶道性质被操控，以获得最佳的驾驶结果。
尤其规定，车辆的至少两个边缘、特别是车辆的每个轮分别配属有传感器装置，以便实现行驶道性质的轮特定的确定和考虑。特别地，在向前行驶方向上观察在相应的轮前方布置有传感器装置，以便检测恰好在相应的轮前方的行驶道区段的行驶道性质。
根据本发明的优选的改型方案规定，相应的传感器装置被构造/布置成将相应的光束垂直或几乎垂直或以预先确定的角度转向到行驶道上。通过垂直或几乎垂直的定向实现了传感器装置的简单变体方案，该传感器装置最小化车辆波动和地面波动的影响，以遵循该传感器装置与参考对象或与行驶道的恒定距离的要求。通过将相应的光束以预先确定的角度转向行驶道，尤其是使得光束在向前行驶方向上指向，实现的优点是，尽管传感器装置与轮靠近布置，但是以一定距离确定在轮前方的行驶道性质，该距离保证的是在配属有相应的传感器装置的轮达到了行驶道的通过传感器装置取样的位置之前，对该行驶道的摩擦系数和/或速度进行计算以及对执行器设备进行由此造成的操控。
根据本发明的方法的特征在于，根据反射光的所检测到的波长和/或波长变化来确定并且在至少一个执行器设备的操控中考虑车辆的行驶速度和行驶道表面的摩擦系数。在这里可见已经提到的优点。特别是从先前所述中可见其它的优点和优选的特征和特征组合。
附图说明
接下来本发明依据附图被更加详细地阐释。其中：
图1是在简化的侧视图中的车辆；
图2是在简化的示意图中的车辆的安全系统的有利的传感器装置，以及
图3A和3B是传感器装置的不同构造方案。
具体实施方式
图1在简化的侧视图示出了位于行驶道2上的车辆1。车辆1具有分别带有两个轮3、4的两个轮轴，轮轴中的一个轮轴的轮中的至少轮3、4能够通过驱动设备5驱动，该驱动设备特别构造为内燃发动机或电动马达。此外，轮3、4分别配属有轮制动装置6。轮制动装置6被集成到安全系统7中，该安全系统例如构造为ABS、ESP或ASR系统，并且根据驾驶员制动期望或加速期望并且根据轮3、4和行驶道2之间的当前静摩擦来操控轮制动装置6。
根据当前的实施例，轮3、4中的每一个轮被分配有相应的传感器装置8，该传感器装置用于监测行驶道2的表面特性以及车辆1的行驶速度。
根据另一个实施例优选地规定，车辆1仅具有传感器装置8中的一个传感器装置或仅具有两个传感器装置8，其中两个传感器装置8分别被分配给轮轴的轮。
图2在简化的示意图中示出了传感器装置8的有利的构造方案。传感器装置8具有多个发送设备9、10、11，每个发送设备9、10、11分别被构造为红外激光二极管并且分别产生具有预先确定的波长λ1、λ2和λ3的光束。发送设备9、10、11在此被定向成使得相应的光束到达行驶道2的表面12的相同位置或几乎相同位置。在此，发送设备9、10、11被定向成使得光束倾斜地到达表面12，其中当前该传感器装置9、10、11的光束以相对于垂直线的不同角度α1、α2和α3到达表面12，其中适用：α1<α2<α3。特别是，发送设备9至11在此被定向成使得光束在行驶道2的表面12上的到达点在向前行驶方向上位于发送设备9、10、11的前方，从而扫描行驶道2的在行驶方向上存在于传感器装置8的前方的表面12。
接收设备13在此以角度β相对于行驶道表面12上的垂直线定向，该角度β根据当前的实施例大于角度α3。
此外，传感器装置8具有接收设备13，接收设备包括用于检测在表面12处经反射的光束的传感器阵列14。根据当前的实施例，传感器阵列14具有4×4个、即总共16个矩阵状布置的接收器，接收器分别检测亮度值，如借助于图2所示的亮度分布15示例性所示那样。通过由传感器阵列14跟踪亮度分布，确定传感器装置8相对于行驶道2的相对速度。这例如借助于已知的图像评估算法完成。
此外，接收设备被构造成检测经反射的光束的波长λ1、λ2和λ3或波长变化。根据所检测到的波长或波长变化，特别是参照行驶道表面的摩擦系数来确定行驶道表面12的性质。
传感器装置8因此组合了摩擦系数传感装置和速度传感装置的功能。通过使用两个或更多个红外激光二极管来照明参考对象或在当前照明行驶道表面12并且通过借助于传感器阵列、特别是光检测器阵列来检测经反射的光束，能够确定行驶道表面的光学性质的波长相关的变化。通过使用不同的波长λ1、λ2和λ3还确保了速度确定的冗余。在当前规定，发送设备9、10和11产生具有波长λ1＝980nm，λ2＝1310nm和λ3＝1550nm的红外光束。接收设备13尤其被构造为红外线宽带检测器。传感器装置8的有利构造方案提供了最小化直到被嵌入到单个壳体16中的可行方案，该壳体如图1中所示能够安装在车辆1的车身处、尤其车辆1的车身的下侧处。由此可以简单地改装机动车1或机动车1的安全系统。传感器装置8的装入实现通过直接测量来各自验证每个轮3、4或轮胎的滑动率和牵引。
通过考虑经反射的光束的波长或波长变化，可以在湿的、冰的、积雪的和干的行驶道表面12之间进行区分，从而可以相应地操控安全系统7或者可以考虑所确定的摩擦系数。
图2所示的配置通过在传感器阵列14上的梯形投影导致图像区域的非线性变化，这将借助于图3更详细地讨论。
图3示出了传感器装置8的两个不同的构造方案，其中根据第一构造方案A，该传感器装置8被构造成将光束垂直地定向到行驶道表面12上，而根据第二构造方案B构造如图2中所示的传感器装置。如图3B所示，通过发送设备9、10、11的倾斜定向得到了梯形测量场。优选在评估时计算所检测到的传感器数据的这种失真。为了避免这种情况，备选地，传感器装置8被构造成使得光束根据构造方案A直于行驶道表面12定向，从而得到行驶道表面12上的正方形的或未失真的测量场。垂直的观察具有的优点是，车辆波动和地面波动的影响被最小化，从而传感器装置8基本上遵循与参考对象的恒定距离，这方便评估所检测到的数据。
通过传感器装置1或机动车1的安全系统的有利的构造方案，尤其创建了用于自动化驾驶的摩擦系数地图，通过检测行驶道表面12的摩擦系数数据，摩擦系数地图例如优化ACC功能和/或ESP、ABS和/或ASR功能。
所检测到的摩擦系数或行驶道2的所检测到的表面特性优选还通过无线电或其他数据连接、例如借助于车辆对车辆通信转发给其他交通参与者。

Claims (14)

1.一种用于车辆(1)的传感器装置(8)，具有：至少一个发送设备(9、10、11)，用于发送具有能够预先确定的波长(λ1、λ2、λ3)的光束；至少一个接收设备(13)，用于检测所述发送设备(9、10、11)的至少一个光束，所述至少一个光束在物体处被反射；以及设备(17)，所述设备根据至少一个被检测到的经反射的光束确定与所述物体有关的性质，
其特征在于，
所述接收设备(13)具有用于检测至少一个发送设备(9、10、11)的所述经反射的光束的波长和/或波长变化以及作为亮度分布(15)的亮度值的传感器阵列(14)，
所述传感器阵列(14)具有4×4个、即总共16个矩阵状布置的接收器，所述接收器分别被构造成检测亮度值，并且
所述设备(17)被构造成根据所检测到的所述波长和/或波长变化来至少确定所述物体的表面特性以及通过由所述传感器阵列(14)跟踪所述亮度分布(15)确定所述传感器装置(8)与所述物体的相对速度。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述设备(17)被构造成根据所检测到的所述波长和/或波长变化来确定所述表面(12)的摩擦系数。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器装置(8)具有多个发送设备(9、10、11)，由所述发送设备产生具有不同波长(λ1、λ2、λ3)的至少两个光束。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，所述发送设备(9、10、11)被构造为红外激光二极管。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于，至少三个激光二极管产生具有不同波长λ1＝980nm、λ2＝1310nm和λ3＝1550nm的光束。
6.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，所述接收设备(13)被构造为红外线宽带检测器。
7.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述车辆(1)是机动车。
8.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，由所述发送设备(9、10、11)产生具有不同波长(λ1、λ2、λ3)的三个光束。
9.一种用于车辆(1)的安全系统，具有用于检测行驶道性质的至少一个传感器装置(8)并且具有至少一个执行器设备(6)，所述执行器设备根据通过所述传感器装置(8)所检测到的行驶道性质工作或被操控，其特征在于构造根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置(8)。
10.根据权利要求9所述的安全系统，其特征在于，所述车辆(1)的至少两个轮分别配属有所述传感器装置(8)中的一个传感器装置。
11.根据权利要求9或10所述的安全系统，其特征在于，所述传感器装置(8)相应地被构造/布置为使得由所述传感器装置所产生的光束垂直地或几乎垂直地到达行驶道(2)的表面(12)或者以偏离于垂直线的角度(α1、α2、α3)到达所述行驶道(2)的所述表面(12)。
12.根据权利要求9所述的安全系统，其特征在于，所述车辆(1)是机动车。
13.根据权利要求10所述的安全系统，其特征在于，所述车辆(1)的每个轮(3、4)分别配属有所述传感器装置(8)中的一个传感器装置。
14.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置(8)或根据权利要求9至13中任一项所述的安全系统的方法，其特征在于，根据通过所述接收设备(13)所检测到的经反射的所述光束的亮度值、波长和/或波长变化，确定所述传感器装置(8)相对于所述物体的相对速度以及所述物体的所述表面(12)的摩擦系数。
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