DE10121784A1 - Sensorsystem zur Umgebungserfassung in Kraftfahrzeugen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Erfassung der Objekte von dem Sensorsystem Wellen in eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung ausgesandt werden. Diese Wellen werden teilweise an den zu erfassenden Objekten reflektiert und danach vom Sensorsystem teiweise wieder empfangen und ausgewertet. Erfindungsgemäß wird die Hauptabstrahlrichtung der ausgesandten Wellen vom Sensorsystem so vorgegeben, dass die ausgesandten Wellen zuerst an der Fahrbahnoberfläche reflektiert werden und anschließend den zu überwachenden Raumbereich erreichen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Erfassung von
Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Sensoren zur Erfassung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs für
verschiedene Anwendungen sind seit einigen Jahren erhältlich
und werden zunehmend als Ausstattungsmerkmal in Personenkraft
wagen verkauft. So werden beispielsweise Ultraschallsensoren
zur Erfassung der nahen Umgebung von Kraftfahrzeugen für die
Unterstützung des Fahrers bei einem Parkvorgang eingesetzt.
Hierbei wird der Bereich von einigen Zentimetern bis zu wenigen
Metern vor und hinter dem Fahrzeug von den Sensoren überwacht.
Bei der automatischen Abstandsregelung werden im Entfernungsbe
reich von mehreren Metern bis über 100 Meter die vorausfahren
den Fahrzeuge mittels eines Radarsensors erfasst und die Fahr
zeuggeschwindigkeit wird in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeu
ge geregelt, wobei in kritischen Fällen zusätzlich eine Warnung
des Fahrers erfolgt.
In der gattungsbildenden DE 43 12 595 A1 ist ein Kraftfahrzeug
mit einem Sicherheitssystem beschrieben, welches einen Ab
standssensor zur Bestimmung der Entfernung vorausfahrender
Fahrzeuge aufweist. Hierbei erfasst der Sensor die Umgebungsob
jekte, indem die Hauptabstrahlrichtung des Sensorsystems, wie
allgemein üblich, in den zu überwachenden Raumbereich zeigt.
Befindet sich ein Objekt im Raumbereich der ausgesandten Wel
len, so wird ein Teil der Wellen von dem Objekt reflektiert,
und ein Teil der reflektierten Wellen wird anschließend vom
Sensorsystem empfangen und ausgewertet.
Unter der Hauptabstrahlrichtung der ausgesandten Wellen, soll
die Richtung verstanden werden, welche sich aus der Winkelhal
bierenden des Öffnungswinkels der Hauptstrahlungskeule ergibt.
Die ausgesandten Wellen entsprechen einer abgestrahlten Energie
und die Strahlungskeule ist durch die Energieverteilung der
abgestrahlten Energie gegeben, wobei die Keulenbegrenzung eine
Fläche gleicher Energiedichte darstellt. Die ausgesandten
Wellen können beispielsweise elektromagnetischer oder akusti
scher Art sein.
Sensorsysteme zur Erfassung von Objekten in der Umgebung eines
Fahrzeugs geben den zu überwachenden Raumbereich oder Zielbe
reich dadurch vor, dass deren Signale in den Zielbereich ausge
sandt und/oder aus dem Zielbereich empfangen werden. Es wird
durch die Strahlungskeule der Zielbereich definiert, wobei eine
Einschränkung des Zielbereichs mittels einer Signalauswertung
erfolgen kann. Um die Funktion des Sensorsystems zu ermögli
chen, ist zu gewährleisten, dass eine geeignete Übertragungs
strecke vom Sensorsystem zum überwachten Raumbereich vorhanden
ist. Diese Übertragungsstrecke muss für die ausgesandten Signa
le, auf dem Weg vom Sensor in den überwachten Raumbereich und
zurück, durchlässig und möglichst störungsfrei sein. Dies führt
dazu, dass die Sensoren direkt an der Außenhaut des Fahrzeugs
oder zumindest in der Nähe der Außenhaut angeordnet werden.
Beispielsweise dürfen Ultraschallsensoren an Fahrzeugen nicht
durch Fahrzeugverkleidungen oder Stoßfänger verdeckt werden.
Radarsensoren sind lediglich hinter nicht zu dicken Kunststoff
teilen verbergbar, da eine Metallwand wie die Fahrzeugkarosse
rie die Radarwellen stark reflektiert. Auch eine Kunststoff
schicht oder eine Lackschicht zwischen Sender oder Empfänger
und einem zu erfassenden Objekt bewirkt eine Reflexion und
Absorption elektromagnetischer oder akustischer Wellen. Dies
führt zu unerwünschten Einschränkungen beim Einbau von Sensor
systemen in Kraftfahrzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile, welche sich durch
den Einbau eines Umgebungssensorsystems in ein Kraftfahrzeug
ergeben, zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
In einem Fahrzeug ist zur Erfassung von Objekten, welche sich
in einem vorgebbaren Raumbereich um das Fahrzeug befinden, ein
Sensorsystem angeordnet. Dieses Sensorsystem sendet Wellen in
eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung, welche zusammen mit
einer Reihe weiterer sensorspezifischer Parameter wie bei
spielsweise der Sendeleistung des Sensorsystems, dem Öffnungs
winkel des Sende- und Empfangsteils, der Art der Wellen und der
Empfindlichkeit des Sensorsystems den überwachten Raumbereich
vorgibt. Die ausgesandten Wellen werden an einem Objekt teil
weise reflektiert und anschließend wird ein Teil der reflek
tierten Wellen vom Sensorsystem empfangen. Mittels einer Sig
nalverarbeitung kann aus den empfangenen Wellen auf interessie
rende Merkmale des Objekts geschlossen werden, wie beispiels
weise auf dessen Abstand zum Sensor oder auf dessen Geschwin
digkeit relativ zum Sensor. Erfindungsgemäß wird die ursprüng
liche Hauptausbreitungsrichtung der ausgesandten Wellen, also
die Hauptabstrahlrichtung des Sensorsystems so vorgegeben, dass
diese zuerst an der Fahrbahnoberfläche reflektiert werden,
dabei ihre Ausbreitungsrichtung ändern und anschließend den zu
überwachenden Raumbereich erreichen. Vorteil des erfindungsge
mäßen Sensorsystems ist es, dass sich der Einbau eines Sensor
systems stark vereinfacht, da in der direkten Verbindungslinie
zwischen dem Sendeteil des Sensorsystems und dem überwachten
Raumbereich keine Signalübermittlung stattfindet, also keine
Wellen übertragen werden müssen. Hierdurch ist die Fahrzeug
oberfläche vom Sensor weitgehend unabhängig gestaltbar und der
Sensor kann in einem Bereich des Fahrzeugs angebracht werden,
welcher nicht in der Nähe der Fahrzeugoberfläche ist. Beispiele
für Anwendungen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems, zwischen
denen gegebenenfalls umgeschaltet werden kann, sind ein Ein
parkhilfesystem, ein System zum automatischen Einparken, ein
Gefahrenerkennungssystem, ein Unfallerkennungssystem, ein
Auslösesystem für Rückhaltemittel oder ein automatisches Not
bremssystem.
Die vom Sensorsystem ausgesandten Wellen werden nicht nur an
der Fahrbahnoberfläche, sondern auch an einer Schnee- oder
Eisdecke oder einem Wasserfilm auf der Fahrbahnoberfläche
reflektiert. Es besteht hierbei die Möglichkeit mittels einer
zusätzlichen Signalverarbeitung eine Aussage über die Fahrbahn
beschaffenheit mit Hilfe der empfangenen Signale zu erhalten,
insbesondere ob die Fahrbahn Nässe, Schnee oder Eis aufweist.
Die Entfernung zwischen dem überwachten Bereich und dem Fahr
zeug wird maßgeblich durch den Winkel α zwischen der Hauptab
strahlrichtung der Wellen und der Fahrbahnoberfläche beein
flusst. Bei einem großen Winkel α ist der überwachte Bereich
weiter vom Fahrzeug entfernt, als bei einem kleinen Winkel α.
Bei weit entfernten Erfassungsbereichen, also bei kleinen
Winkeln α verringert sich der Vorteil des erfindungsgemäßen
Sensorsystems, insbesondere geht das erfindungsgemäße Sensor
system bei einem Winkel α = 0 in ein konventionelles Sensor
system über. Daher ist das Sensorsystem insbesondere für die
Erfassung von Objekten im Nahbereich bis zu einigen Metern um
ein Fahrzeug vorteilhaft.
Besondere Schwierigkeiten bei der Unterbringung bisheriger
Sensorsysteme in einem Kraftfahrzeug ergeben sich bei Sensor
systemen zur Überwachung der Fahrzeugseite, da an der Fahrzeug
seite eine weitgehend metallische Oberfläche vorhanden ist und
zudem besonders wenig Bauraum zur Verfügung steht. Da der zu
überwachende seitliche Bereich vom Fahrzeug ausgehend zumeist
nur einige Meter beträgt, kann der Winkel α, wie bei allen
Anwendungen des erfindungsgemäßen Sensorsystems im Nahbereich,
groß gewählt werden, weshalb die Vorteile des erfindungsgemäßen
Sensorsystems hier besonders gut zur Geltung kommen.
In einer Ausgestaltung des Sensorsystems wird der Winkel α in
Abhängigkeit der Fahrsituation oder von erkannten Gefahrenzu
ständen verändert, um den Erfassungsbereich des Sensorsystems
anzupassen, oder um den Erfassungsbereich einem erkannten
Kollisionsobjekt nachzuführen. Bei dieser Ausgestaltung, ist
der überwachte Entfernungsbereich einstellbar, wobei Objekte
außerhalb des eingestellten Erfassungsbereiches nicht erfasst
werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems sendet das
Sensorsystem elektromagnetische Wellen aus, insbesondere han
delt es sich dabei um ein Radarsystem. Da mit Radarsystemen
große Reichweiten und hohe Empfindlichkeiten erreicht werden,
kann die Verlustleistung bei der Reflexion an der reflektieren
den Oberfläche, welche die Änderung der Ausbreitungsrichtung
bewirkt, gut ausgeglichen werden.
Alternativ hierzu, sendet das Sensorsystem zur Erfassung von
Objekten Ultraschallwellen aus. Ultraschallsysteme sind als
erfindungsgemäße Sensorsysteme geeignet, da das Reflexionsver
mögen üblicher Straßenoberflächen für Ultraschall ausreichend
gut ist.
Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführungsform des erfin
dungsgemäßen Sensorsystems zur Erfassung von Objekten in einem
Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs anhand der Zeichnung
näher beschrieben:
Die einzige Figur zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem erfindungsge mäßen Sensorsystem 2. Das Fahrzeug befindet sich auf einer Fahrbahnoberfläche 3, welche erfindungsgemäß als reflektierende Oberfläche genutzt wird. Das Sensorsystem 2 ist so ausgeführt, dass der Sendeteil und der Empfangsteil an derselben Stelle im Fahrzeug angeordnet sind, wobei beide im Sensorsystem 2 integ riert sind. Weiterhin sind die Öffnungswinkel des Sendeteils und des Empfangsteils gleich groß und die Ausrichtung 5 ist bei beiden dieselbe. Die Ausrichtung 5 des Sensorsystems 2, welche der Hauptabstrahlrichtung entspricht, ist gekennzeichnet durch den Winkel α, unter welchem diese Hauptabstrahlrichtung auf die Fahrbahnoberfläche 3 trifft.
Die einzige Figur zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem erfindungsge mäßen Sensorsystem 2. Das Fahrzeug befindet sich auf einer Fahrbahnoberfläche 3, welche erfindungsgemäß als reflektierende Oberfläche genutzt wird. Das Sensorsystem 2 ist so ausgeführt, dass der Sendeteil und der Empfangsteil an derselben Stelle im Fahrzeug angeordnet sind, wobei beide im Sensorsystem 2 integ riert sind. Weiterhin sind die Öffnungswinkel des Sendeteils und des Empfangsteils gleich groß und die Ausrichtung 5 ist bei beiden dieselbe. Die Ausrichtung 5 des Sensorsystems 2, welche der Hauptabstrahlrichtung entspricht, ist gekennzeichnet durch den Winkel α, unter welchem diese Hauptabstrahlrichtung auf die Fahrbahnoberfläche 3 trifft.
In der einfachen Darstellung werden die Begrenzungen 4 des
überwachten Raumbereichs durch einen sich öffnenden Winkel
dargestellt, was unter gewissen Voraussetzungen näherungsweise
gültig ist. Eine solche Voraussetzung ist beispielsweise, dass
bei einem Radarsensor die Fernfeldnäherung erfüllt sein muss.
Andererseits darf die Entfernung vom Sender nicht zu groß sein,
da das Strahlungsdiagramm näherungsweise keulenförmig verläuft.
Im Folgenden soll jedoch stets eine strahlenförmige Begren
zung 4 des überwachten Raumbereichs angenommen werden, da die
tatsächliche Form des Strahlungsdiagramms keine prinzipielle
Einschränkung darstellt, sondern lediglich bei der praktischen
Ausrichtung des Sensorsystems berücksichtigt werden muss. Die
strahlenförmige Begrenzung 4 stellt eine Empfindlichkeits
schwelle dar, das heißt, dass auch Objekte erfasst werden,
welche sich außerhalb dieses Bereichs befinden, wobei hier die
Empfindlichkeit des Sensorsystems stark abnimmt.
Die Ausrichtung 5 des Sende- und Empfangsteils des Sensorsys
tems 2 ist so gewählt, dass die ausgesandten Wellen an der
Straßenoberfläche 3 reflektiert werden, wobei sich die Ausbrei
tungsrichtung der Wellen ändert. Nach der Richtungsänderung
umfasst die Begrenzung 4 der sich ausbreitenden Wellen den zu
überwachenden Bereich 6. Das Sensorsystem 2, insbesondere
dessen Sende- und Empfangsteil wird so im Fahrzeug 1 angeord
net, dass sich kein potentiell störendes Bauteil des Fahrzeugs
1, wie beispielsweise Stoßfänger, Karosserie, Lackschicht oder
Kühlergrill im Ausbreitungsweg der ausgesandten Wellen befin
det.
Befindet sich ein Objekt im Überwachungsbereich 6 oder zwischen
den Strahlbegrenzungen 4, so wird ein Teil der ankommenden
Wellen an diesem Objekt reflektiert und nach einer weiteren
Reflexion an der Straßenoberfläche 3 zum Sende-/Empfangsteil
des Sensorsystems 2 zurückgestrahlt. Die ankommenden Wellen
werden vom Sensorsystem 2 erfasst und ausgewertet. Das Ergebnis
ermöglicht eine Aussage über die Umgebung des Fahrzeugs, insbe
sondere über Abstand und/oder Geschwindigkeit von Umgebungsob
jekten.
Alternativ zur der Darstellung des Sensorsystems 3 in der Figur
kann das Sensorsystem auch aus räumlich getrenntem Sendeteil,
Empfangsteil und Signalverarbeitungsteil bestehen, wobei in
diesem Fall das Sendeteil und/oder das Empfangsteil des Sensor
systems 1 erfindungsgemäß angeordnet werden können. Der über
wachte Raumbereich 6 wird, wie aus der Darstellung der Figur
ersichtlich, unter anderem durch die Öffnungswinkel, die Ein
bauorte und die Ausrichtung des Sendeteils und des Empfangs
teils festgelegt.
Claims (6)
1. Sensorsystem (2) zur Erfassung von Objekten in einem Umge
bungsbereich eines Kraftfahrzeugs (1), wobei zur Erfassung
der Objekte von dem Sensorsystem (2) Wellen in eine vorgeb
bare Hauptabstrahlrichtung (5) ausgesandt werden, welche
teilweise an den Objekten reflektiert werden und danach vom
Sensorsystem (1) teilweise wieder empfangen und ausgewertet
werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hauptabstrahlrichtung (5) der ausgesandten Wellen vom
Sensorsystem (1) so vorgegeben wird, dass die ausgesandten
Wellen zuerst an der Fahrbahnoberfläche (3) reflektiert wer
den und anschließend den zu überwachenden Raumbereich (6)
erreichen.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorsystem (2) den Nahbereich bis zu einigen Metern
um das Fahrzeug (1) überwacht.
3. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensorsystem (2) den seitlichen Bereich eines Fahrzeu
ges (1) überwacht.
4. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen der Hauptab
strahlrichtung (5) und der Fahrbahnoberfläche (3) vom Sen
sorsystem (2) vorgebbar ist.
5. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) elektromagnetische
Wellen aussendet und empfängt, insbesondere dass es
ein Radarsystem ist.
6. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) ein Ultraschall
system ist.
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