DE102006008139B4

DE102006008139B4 - Sensor mit einem dynamischen Erfassungsbereich

Info

Publication number: DE102006008139B4
Application number: DE102006008139.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Randler; Holger Schanz
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2017-05-04
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: DE102006008139A1

Abstract

Sensor mit einem dynamischen Erfassungsbereich zur Umgebungserfassung in einem Kraftfahrzeug, wobei der Erfassungsbereich des Sensors situationsabhängig gesteuert wird dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich im Wesentlichen vertikal zur Fahrbahn variiert wird, zur Situationsanalyse der Lenkwinkel über einen vorgegebenen Zeitraum ausgewertet wird, und der Erfassungsbereich abhängig von der Auswertung des Lenkwinkels gesteuert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor mit einem dynamischen Erfassungsbereich zur Umgebungsüberwachung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Sensoren zur Umgebungsüberwachung sind für die Funktion von Sicherheits- und Fahrerassistenzsystemen in Fahrzeugen von zentraler Bedeutung. Einige Umfeldsensoren, wie z. B. Radar- oder Laser-Radar-Sensoren emittieren elektromagnetische Wellen und detektieren die reflektierte Strahlung. Für eine Überwachung von Objekten im Nahbereich ist nur eine relativ geringe Abstrahlleistung pro Raumwinkelelement notwendig. Da Objekte, die sich in unmittelbarer Nähe des Kraftfahrzeugs befinden, im Blickfeld des Sensors einen relativ großen Raumwinkel einnehmen ist ein großer Öffnungswinkel des Sensors für eine Überwachung im Nahbereich vorteilhaft. Genau entgegengesetzt verhält es sich bei einer Überwachung im Fernbereich. Hier werden eine hohe Abstrahlleistung pro Raumwinkelelement und ein kleiner Öffnungswinkel benötigt.
Ein solches System wird z. B. in der Offenlegungsschrift DE 0010342836 offenbart. Darin wird ein Umgebungserfassungssystem beschrieben, das verschiedene Öffnungswinkel des Sensors parallel zur Fahrbahn aufweist. Dabei werden der Nahbereich mit einem großen Öffnungswinkel und der Fernbereich mit einem kleineren Öffnungswinkel des Sensors erfasst. Die verschiedenen Bereiche werden alternierend erfasst.
Bei Stadtfahrten z. B. ist es von Vorteil nur den Nahbereich zu erfassen, da sich relevante Objekte langsamer annähern und die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass weit entfernte Objekte z. B. durch Abbiegen aus dem Sichtfeld des Sensors verschwinden. Im Fernverkehr (Autobahn, Landstraße) ist die Situation genau gegensätzlich. Es ist also nicht in allen Situationen sinnvoll Nah- und Fernbereich zu erfassen. Ein weiteres Problem entsteht dadurch, dass ein schmaler Strahl zur Fernbereichserfassung, Objekte im Nahfeld nicht oder nur unzureichend abtastet und so relevante bzw. gefährliche Objekte nicht erkennt.
Aus der Patentschrift DE 195 29 173 C1 ist ein Radargerät zum Senden und zum Empfangen von kontinuierlich frequenzmodulierten Radarsignalen bekannt, das für die Abstandsmessung und die relative Geschwindigkeitsmessung im Strassenverkehr eingesetzt wird. Um die vom Radargerät abgestrahlte Leistung im Mittel zu reduzieren, ohne die Messempfindlichkeit zu beeinträchtigen, strahlt der Sender des Radargeräts Radarsignale über einen Zeitbereich aus, der in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges in der Weise festgelegt ist, dass der Zeitbereich bei einer grösseren Geschwindigkeit länger und bei einer kleineren Geschwindigkeit kürzer ist. Ein Winkelbereich, in den der Sender Radarsignale abstrahlt, ist in Fahrtrichtung des Fahrzeuges angeordnet, und wird in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeuges verkleinert.
Die Offenlegungsschrift DE 40 28 788 A1 betrifft eine Laserstrahleinrichtung, die zur Abstandsbestimmung und auch zum Erkennen von Hindernissen überwiegend bei schlechten Sichtverhältnissen eingesetzt wird. Um den jeweiligen Beobachtungsbereich der Laserstrahleinrichtung optimal abzudecken, soll der Beobachtungsbereich von den Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs abhängen. Bei einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit ist es erforderlich, möglichst weit vorauszusehen, während bei niedriger Geschwindigkeit die Beobachtung eines Bereichs sinnvoll und erforderlich ist, der wesentlich näher am Kraftfahrzeug liegt. Hinzu kommen bei Kurvenfahrten eine Richtungsänderung des Beobachtungsbereichs entsprechend dem Verlauf der Kurve sowie bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs unter schlechten Sichtbedingungen, wie Nebel, Regen und Schnee die Notwendigkeit, die vorgegebene Strahlenergie optimal zu nutzen. Dies kann erreicht werden, indem der Querschnitt des Laserstrahls verringert wird. Abgesehen von dem trivialen, von der Leuchtweitenregelung her bekannten Fall eines Nickwinkelausgleichs abhängig von der Beladung kann die Änderung der Höhenlage des Laserstrahls neben der Geschwindigkeit auch entsprechend dem Fahrbahnverlauf vorgenommen werden.
Die Offenlegungsschrift DE 199 10 667 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit mindestens einem Lasersensor für ein Kraftfahrzeug, der eine Einrichtung zum Verschwenken mindestens eines vom Lasersensor emittierbaren Laserstrahls in einem Scanbereich umfasst. Damit die Vorrichtung im zeitlichen Mittel weniger Leistung ohne einen wesentlichen Informationsverlust aufnimmt, wird die zugeführte Leistung in Abhängigkeit von der Position der Einrichtung zur Schwenkung des Laserstrahls variiert, wobei in den Bereichen grösserer Relevanz dem Laser eine grössere Leistung als in den weniger relevanten Bereichen zur Verfügung gestellt wird. Dadurch wird die im Mittel aufgenommene Leistung des Sensors reduziert, so dass einerseits die Energieversorgung selbst als auch eine gegebenenfalls notwendige Kühlung kleiner dimensioniert werden können und gleichzeitig die Augensicherheit erhöht wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen weiter verbesserten Sensor mit einem dynamischen Erfassungsbereich zur Umgebungsüberwachung in einem Kraftfahrzeug vorzustellen.
Die Aufgabe wird gemäß einer Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.
Es wird ein Sensor mit einem dynamischen Erfassungsbereich zur Umgebungserfassung in einem Kraftfahrzeug vorgestellt, wobei der Erfassungsbereich des Sensors situationsabhängig gesteuert wird. Als Auslösekriterium für eine Auswahl des Erfassungsbereichs sind z. B. Fahrzeugumgebung und/oder die Fahrzeugbewegung und/oder das Verhalten von Objekten in der Umgebung vorgesehen. Anhand dieser Kriterien wird entschieden, welcher Öffnungswinkel und welche Abstrahlleistung pro Raumwinkelelement für eine optimale Umgebungsüberwachung geeignet sind. Die Abstrahlleistung pro Raumwinkelelement kann in Abhängigkeit vom Erfassungssegment variiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Kraftfahrzeug eine Vorrichtung zur Gierwinkelbestimmung auf. Der Erfassungsbereich des Sensors wird in Abhängigkeit von dem Gierwinkel des Fahrzeugs gesteuert. Der Gierwinkel des Fahrzeugs wird von Fahrmanövern wie Beschleunigung oder Abbremsen oder vom Beladungszustand des Fahrzeugs beeinflusst. Insbesondere der vertikale Erfassungsbereich des Sensors wird in Abhängigkeit des Gierwinkels so gesteuert, dass der gewünschte Bereich auch bei verschiedenen Beladungszuständen und Fahrmanövern vom Sensor erfasst wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Erfassungsbereich in Abhängigkeit von zumindest der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert. Dabei wird die Fahrzeuggeschwindigkeit aus den Sensordaten und/oder den Daten eines weiteren Sensors ermittelt. Hier deutet eine relativ geringe Geschwindigkeit z. B. eine Stadtfahrt an, die eine intensive Überwachung im Nahbereich (kleine Zieldistanzen) erfordert. Eine hohe Geschwindigkeit deutet z. B. auf eine Überlandfahrt hin, bei der sich Objekte mit einer hohen Geschwindigkeit annähern und eine Fernüberwachung (große Zieldistanzen) vorteilhaft ist. In einer besonderen Ausgestaltung wird der Erfassungsbereich im Wesentlichen vertikal zur Fahrbahn variiert. Dadurch wird verhindert, dass ein schmaler Strahl zur Fernbereichserfassung, Objekte im Nahfeld nicht oder nur unzureichend abtastet und so relevante bzw. gefährliche Objekte nicht erkennt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Erfassungsbereich in horizontaler und in vertikaler Richtung zur Fahrbahn variabel gestaltet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Sensor eine Sendeeinheit, die eine Mehrzahl von Einzelstrahlen aussendet. Diese Strahlen können überlappen und so einen kontinuierlichen Bereich abdecken oder die Strahlen können so angeordnet sein, dass separate Raumbereiche überwacht werden. In einer speziellen Ausgestaltung wird die Abstrahlleistung der Einzelstrahlen situationsabhängig gesteuert, die Einzelstrahlen können so aktiviert bzw. deaktiviert werden und/oder in ihrer Intensität innerhalb eines vorgegebenen Bereichs variiert werden. Dabei wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Intensität der Einzelstrahlen so geregelt, dass die Summe der Abstrahlleistung der Einzelstrahlen für alle Erfassungsbereiche nahezu konstant bleibt. Besonders vorteilhaft und kostengünstig ist dabei die Verwendung von einer Mehrzahl von Oberflächenemittern (VCSEL) als Sendequelle. Dabei können ein oder mehrere Emitter zu einem Einzelstrahl beitragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird durch den Vergleich von Messungen in unterschiedlichen Erfassungsbereichen, eine Dejustage des Sensors erkannt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sendeeinheit des Sensors eine ansteuerbare Strahlformungseinheit, die den Strahl hinter dem Sensor in unterschiedliche Erfassungsbereiche lenkt. Ein Beispiel für eine solche Strahlformungseinheit ist eine Linsenanordnung analog zu einem Zoomobjektiv, wobei durch das Verfahren von einzelnen Linsenelementen eine Änderung des Erfassungsbereichs erreicht wird. Solche Linsenanordnungen sind z. B. aus der Kameratechnik allgemein bekannt. Zudem sind ansteuerbare Strahlformungseinheiten basierend auf elektrochromen Materialen denkbar. Dabei durchläuft das emittierte Licht ein elektrochromes Medium, das in Segmente aufgeteilt ist. Zumindest in einem Segment besteht die Option die Durchlässigkeit des Mediums elektrisch zu steuern.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zwei Figuren und Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigt
1: Fahrzeug mit Sensor: Strahlanordnung für kleine Zieldistanzen
2: Fahrzeug mit Sensor: Strahlanordnung für große Zieldistanzen
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit Sensor. Der Sensor weist vier Einzelstrahlen 1a in vertikaler Richtung zur Fahrbahn auf. Die Einzelstrahlen sind benachbart angeordnet und alle vier Strahlen sind aktiv, was durch eine schraffierte Fläche angedeutet wird. Der Öffnungswinkel des Sensors ist somit relativ groß und für eine Objekterfassung im Nahbereich geeignet. Ein dicht voran fahrendes Objekt, wie z. B. das in 1 dargestellte Fahrzeug 3, wird optimal erfasst. Würde z. B. nur der unterste Strahl für eine Umgebungserfassung genutzt, so besteht die Gefahr, dass der Strahl unter dem Objekt hindurch schaut und das Objekt nicht erkannt wird.
In 2 ist eine Situation dargestellt, in der sich ein voran fahrendes Fahrzeug 3 in einer größeren Entfernung zu dem mit dem Sensor ausgestatteten Fahrzeug 2 befindet. Die vier Einzelstrahlen 1b, 1c des Sensors sind schwarz umrandet dargestellt. Nur die schraffierten Einzelstrahlen 1b erfassen das weit entfernte Objekt. Der unterste Strahl 1c trifft auf die Fahrbahn und der oberste Strahl 1c schaut über das Objekt hinweg. Eine Reflektion an der Fahrbahn ist unerwünscht, da sie nichts über relevante Umgebungsobjekte aussagt und Signale von relevanten Objekten überlagert. Für eine Umgebungserfassung im Fernbereich ist es also vorteilhaft nur die beiden inneren Strahlen 1b zu aktivieren. Die Einzelstrahlen werden durch einzeln ansteuerbare Sendelemente erzeugt. Dazu sind Oberflächenemitter (VCSEL) in N horizontalen und in K vertikalen Streifen angeordnet. Ein oder mehrere Oberflächenemitter bilden ein Sendeelement.
Zur Situationsanalyse wird in diesem Ausführungsbeispiel der Lenkwinkel und/oder die Gierwinkel des Fahrzeugs genutzt. Beide Größen werden über einen vorgegebenen Zeitraum ausgewertet. Aus einer häufig auftretenden Lenkbewegung kann geschlossen werden, dass sich das Kraftfahrzeug z. B. im Stadtverkehr oder auf einer kurvenreichen Strecke befindet und eine Überwachung des Nahbereichs von Interesse ist. Ähnliche Schlüsse können aus der Anzahl und Geschwindigkeit von bewegten und stehenden Objekten getroffen werden. Zusätzlich oder alternativ werden die Anzahl und die Geschwindigkeit der Umgebungsobjekte zur Situationsanalyse ausgewertet. Im Stadtverkehr sind mehr Objekte mit einer geringen Geschwindigkeit oder stehende Objekte zu erwarten als auf einer Landstraße bzw. Autobahn. Entsprechend kann der Erfassungsbereich ausgerichtet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zudem in vorgegebenen zeitlichen oder räumlichen Abständen der Erfassungsbereich automatisch variiert, um den Erfassungsbereich zu optimieren.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Sensor so ausgestaltet, dass insbesondere nach dem Pulslaufzeitverfahren die Distanz zu Objekten bestimmt wird. Es wird die von der Fahrbahn reflektierte Strahlung mit verschiedenen Öffnungswinkeln (Erfassungsbereichen) des Sensors aufgenommen und daraus die Distanzverteilung Sensor-Fahrbahn bestimmt. Wie in 2 dargestellt trifft der unterste Strahl früher auf die Fahrbahn auf als die darüber liegenden Strahlen. Die Distanzverteilungen von zumindest zwei vorgegebenen Erfassungsbereichen werden verglichen und es wird aus dem Vergleich eine Aussage über die Blickrichtung des Sensors abgeleitet. Zudem kann die Distanzverteilung Sensor-Fahrbahn für einen oder mehrere vorgegebene Erfassungsbereiche mit einer zuvor in einem Datenspeicher abgelegten Referenzverteilung verglichen werden und so die Blickrichtung des Sensors bestimmt werden. Maßnahmen zur Rejustage werden ggf. eingeleitet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel verfügt das Kraftfahrzeug über eine Vorrichtung zur Gierwinkelbestimmung. Der Erfassungsbereich des Sensors wird in Abhängigkeit von dem Gierwinkel des Fahrzeugs gesteuert. Der Gierwinkel des Fahrzeugs wird von Fahrmanövern wie Beschleunigung oder Abbremsen beeinflusst. In diesem Fall kann in vertikaler Richtung, wie in 1 dargestellt, der z. B. der oberste bzw. unterste Strahl der mehrstrahligen Sensoranordnung 1a ausgeschaltet werden. Ähnliches gilt für ein beladenes Kraftfahrzeug. Befindet sich z. B. eine schwere Last im Kofferraum des Kraftfahrzeugs, so würde der Sensor bei einer vorgegebenen Einbauposition viel zu weit nach oben schauen. Diese temporäre Fehlausrichtung kann ohne eine mechanische Sensorausrichtung behoben werden, indem nur Strahlen selektiert werden, die in den relevanten Erfassungsbereich schauen. Im Fall einer schweren Last im Kofferraum würde der oberste Strahl bzw. die oberen Strahlen deaktiviert und ggf. wenn der Sensor darauf ausgelegt ist, weitere Strahlen im unteren Bereich zugeschaltet. Mit diesem Vorgehen wird erreicht, dass der Sensor nahezu den gleichen Erfassungsbereich aufweist, wie ein Sensor in einem Kraftfahrzeug ohne eine schwere Last im Kofferraum. Ganz analog tritt eine Veränderung des Gierwinkels bei Fahrmanövern wie Beschleunigung oder Abbremsen auf. Auch hier wird wie zuvor beschrieben der Erfassungsbereich angepasst.

Claims

Sensor mit einem dynamischen Erfassungsbereich zur Umgebungserfassung in einem Kraftfahrzeug, wobei der Erfassungsbereich des Sensors situationsabhängig gesteuert wird dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich im Wesentlichen vertikal zur Fahrbahn variiert wird, zur Situationsanalyse der Lenkwinkel über einen vorgegebenen Zeitraum ausgewertet wird, und der Erfassungsbereich abhängig von der Auswertung des Lenkwinkels gesteuert wird.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich in Abhängigkeit von der Fahrzeugbewegung gesteuert wird.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsbestimmung aufweist und der Erfassungsbereich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine Vorrichtung zur Gierwinkelbestimmung aufweist der Erfassungsbereich in Abhängigkeit von dem Gierwinkel des Fahrzeugs gesteuert wird.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich in Abhängigkeit von der Fahrzeugumgebung (z. B. einem Objekt direkt vor KFZ, Fahrbahnbegrenzung etc.) gesteuert wird.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Sendeeinheit mit einer Mehrzahl von Einzelstrahlen aufweist.
Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlleistung der Einzelstrahlen situationsabhängig gesteuert wird
Sensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Abstrahlleistung der Einzelstrahlen nahezu konstant bleibt.
Sensoreinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelstrahlen durch eine Mehrzahl von Oberflächenemittern erzeugt werden.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungsbereich zur Erkennung einer Fehljustage des Sensors variiert wird.
Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Sendeeinheit mit Strahlformungseinheit umfasst.
Kraftfahrzeug mit Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche.