DE102007040120A1 - Trägheitsbasierte Ausrichtung einer Lidaroptik - Google Patents

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Thorsten Dr. Köhler
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen Sensor (SENS) mit einer Strahlungsquelle (LA) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung und/oder einem Strahlungsempfänger zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung. Ein optisches System (SP, L) wird von von der Strahlungsquelle (LA) emittierter Strahlung (B) bzw. von von dem Strahlungsempfänger zu empfangender Strahlung passiert. Ein Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) dient dem Ausrichten des optischen Systems (SP, L), wobei der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) einen trägheitsbasierten Mechanismus umfasst, welcher aufgrund einer Beschleunigung der Anordnung eine automatische Ausrichtung des optischen Systems (SP, L) bewirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Anordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen Sensor mit einer Strahlungsquelle zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung und/oder mit einem Strahlungsempfänger zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung.
  • Unter dem Begriff der Fahrerassistenzsysteme (englisch: ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) werden Funktionen zusammengefasst, welche der Unterstützung des Fahrers eines Kraftfahrzeuges dienen. Ziel der Fahrerassistenzsysteme ist häufig die Steigerung der Sicherheit durch die Vermeidung von Gefahrensituationen vor deren Entstehung und durch die Unterstützung des Fahrers zur Unfallvermeidung in kritischen Situationen. Weitere Ziele sind die Steigerung des Komforts durch Stressreduktion und Entlastung des Fahrers in Standardsituationen, die Erleichterung der Orientierung durch situationsabhängig aufbereitete und fahrergerecht vermittelte Umfeld-Informationen, sowie die Erhöhung des Fahrspaßes.
  • Beispiele für Fahrerassistenzfunktionen sind die Antriebsschlupfregelung bzw. Traktionskontrolle wie ABS (Antiblockiersystem), ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung), ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), EDS (Elektronische Differentialsperre), sowie adaptives Kurvenlicht, Auf- und Abblendassistent für das Fahrlicht, Nachtsichtsysteme (englisch: night vision), Tempomat, Einparkhilfe, Bremsassistent, ACC (Adaptive Cruise Control) bzw. Abstandsregeltempomat, Abstandswarner, Abbiegeassistent, Stauassistent, Spurerkennungssystem, Spurhalteassistent, Spurhalteunterstützung, Spurwechselassistent, ISA (Intelligent Speed Adaption), ANB (Automatische Notbremsung), Kurvenassistent, Reifendruckkontrollsystem, Fahrerzustandserkennung, Verkehrszeichenerkennung, Platooning.
  • Viele Fahrerassistenzfunktionen werten üblicherweise Daten aus, welche von einem oder mehreren strahlungsempfindlichen Sensoren erfasst werden. Bei diesen Sensoren kann es sich z. B. um Radar-Sensoren, optische Kameras, Ultraschall-Sensoren, Lidar-Sensoren oder Infrarot-Sensoren handeln. Für die Anwendungen ACC (Adaptive Cruise Control) und Traffic Jam Assist beispielsweise eignen sich Lidar-Sensoren, für Traffic Jam Assist, Traffic Sign Recognition und Lane Departure Warning optische Kameras bzw. Videokameras, für Blind Spot Detection und Lane Change Assistant Radar-Sensoren, für Night Vision IR-Sensoren für das nahe und/oder ferne Infrarot, für Park Mate Ultraschall-Sensoren, und für Sensitive Guidance optische Kameras und Radar-Sensoren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Anordnung für einen Sensor aufzuzeigen, sowie ein entsprechendes Fahrzeug mit einer solchen Anordnung für einen Sensor.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung für einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Fahrzeug mit Merkmalen von nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung für einen Sensor umfasst eine Strahlungsquelle zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung und/oder einen Strahlungsempfänger zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, sowie ein optisches System, welches von von der Strahlungsquelle emittierter Strahlung bzw. von von dem Strahlungsempfänger zu empfangender Strahlung passiert wird. Ferner ist ein Mechanikbestandteil vorhanden zum Ausrichten des optischen Systems, wobei der Mechanikbestandteil einen trägheitsbasierten Mechanismus umfasst, welcher aufgrund einer Beschleunigung der Anordnung eine automatische Ausrichtung des optischen Systems bewirkt.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung kann entweder nur eine Strahlungsquelle, oder nur einen Strahlungsempfänger, oder sowohl eine Strahlungsquelle als auch einen Strahlungsempfänger aufweisen.
  • In Bezug auf die Strahlungsquelle gilt, dass das optische System in Strahlrichtung nach der Strahlungsquelle angeordnet ist. D. h. die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung passiert das optische System, bevor es die Anordnung verlässt. Es ist möglich, dass das optische System ausschließlich für die Senderichtung zuständig ist.
  • In Bezug auf den Strahlungsempfänger gilt, dass das optische System in Strahlrichtung vor dem Strahlungsempfänger angeordnet ist. D. h. die Strahlung passiert das optische System, bevor es den Strahlungsempfänger erreicht. Es ist möglich, dass das optische System ausschließlich für die Empfangsrichtung zuständig ist.
  • Falls ein optisches System für die Senderichtung und ein optisches System für die Empfangsrichtung vorhanden ist, kann ein gemeinsamer Mechanikbestandteil zum Einsatz kommen. Alternativ hierzu kann für das optische System der Senderichtung und für das optische System der Empfangsrichtung jeweils ein eigener Mechanikbestandteil vorgesehen sein.
  • Ferner ist es möglich, dass das optische System als gemeinsames optisches System sowohl für die Sende- als auch für die Empfangsrichtung eingesetzt wird.
  • Umfasst die Anordnung sowohl die Strahlungsquelle als auch den Strahlungsempfänger, so ist es vorteilhaft, wenn diese so angeordnet sind, dass von der Strahlungsquelle Strahlung emittiert wird, welche nach Verlassen der Anordnung reflektiert und von dem Strahlungsempfänger empfangen wird.
  • Der Mechanikbestandteil dient der Ausrichtung des optischen Systems, d. h. der Ausrichtung von einer oder mehreren Komponenten des optischen Systems oder des gesamten optischen Systems. Die Ausrichtung ist vorzugsweise relativ zur Strah lungsquelle bzw. zum Strahlungsempfänger; es können somit Teile des optischen Systems oder das gesamte optische System bewegt werden, während Strahlungsquelle bzw. Strahlungsempfänger unbewegt bleiben, oder es können Strahlungsquelle bzw. Strahlungsempfänger bewegt werden, während Teile des optischen Systems oder das gesamte optische System unbewegt bleiben.
  • Die Ausrichtung erfolgt automatisch im Falle einer Beschleunigung der Anordnung. Eine automatische Ausrichtung kann erfolgen nur bei positiven oder nur bei negativen Beschleunigungen, oder auch für Beschleunigungen unabhängig von ihrem Vorzeichen. Automatisch bedeutet, dass insbesondere nicht die Beschleunigung erfasst oder gemessen werden muss, um in Anschluss eine Entscheidung darüber treffen zu können, dass oder ob eine Ausrichtung durchzuführen ist. Vielmehr wird der Effekt der Trägheit ausgenutzt, welcher bei einer Beschleunigung zutage tritt. Auf diese Weise kann die für die Ausrichtung benötigte Energie teilweise oder vollständig aus der mit der Beschleunigung verbundenen Bewegungsenergie stammen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Mechanikbestandteil derart zum Ausrichten des optischen Systems ausgebildet, dass durch die Ausrichtung die Richtung der Abstrahlung von von der Strahlungsquelle emittierter Strahlung bzw. von von dem Strahlungsempfänger zu empfangender Strahlung gegenüber dem Zustand vor der Ausrichtung geändert wird. Vorzugsweise wird hauptsächlich nur die Richtung geändert, während andere Parameter wie z. B. Divergenz und Parallelität erhalten bleiben.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der trägheitsbasierte Mechanismus ausgebildet zum Bewirken einer Ausrichtung des optischen Systems aufgrund einer Beschleunigung ausschließlich in einer bestimmten Richtung. Auf diese Weise kann eine Hauptrichtung vorgegeben werden, wobei bei Beschleunigungen der Anordnung in diese Hauptrichtung und bei Beschleunigungen mit Beschleunigungs-Komponenten in dieser Hauptrichtung eine automatische Ausrichtung stattfindet, während bei Beschleuni gungen senkrecht zur Hauptrichtung keine automatische Ausrichtung stattfindet.
  • In Ausgestaltung der Erfindung weist das optische System einen Spiegel auf, welcher beweglich gelagert ist. Das Passieren des optischen Systems durch die Strahlung umfasst in diesem Fall zumindest u. a. eine Reflexion an dem Spiegel. Bei dem Spiegel kann es sich um einen Hohlspiegel handeln, welcher drehbar gelagert ist.
  • Einer anderen Ausgestaltung der Erfindung gemäß weist das optische System eine Linse auf, welche beweglich gelagert ist. Das Passieren des optischen Systems durch die Strahlung umfasst in diesem Fall zumindest u. a. einen Durchgang durch die Linse. Die Linse kann z. B. entlang ihrer Längsachse verschiebbar gelagert sein.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Mechanikbestandteil einen Exzenter umfasst. Dieser kann einer geeigneten Umsetzung einer translatorischen in eine rotatorische oder translatorische Bewegung dienen.
  • In Weiterbildung der Erfindung umfasst der trägheitsbasierte Mechanismus einen an einer Feder befestigten Massekörper. Als Feder kann hierbei eine Zug-, eine Druck-, eine Mehrzahl von Zug-, eine Mehrzahl von Druck, oder auch eine Kombination von Zug- und Druckfedern zum Einsatz kommen. Die Befestigung des Massekörpers an der Feder hat zum Ziel, eine trägheitsbedingte Bewegung des Massekörpers im Falle einer Beschleunigung der Anordnung zu ermöglichen. Die Masse des Körpers und die Parameter der Feder sollten daher so aufeinander abgestimmt sein, dass eine trägheitsbedingte Bewegung des Körpers möglich ist. Die Ausmaße, das Material und die sonstige Beschaffenheit des Körpers sind an sich beliebig, sofern eine ausreichende trägheitsbedingte Bewegung bei Beschleunigung möglich ist; insofern kann eine Anpassung des Körpers an die Maße der Anordnung erfolgen.
  • Der Massekörper kann mit dem optischen System verbunden sein. Dies ermöglicht es auf einfache Weise, eine Bewegung des Massekörpers in eine Bewegung des optischen Systems umzusetzen. Eine Möglichkeit hierbei ist es, den Körper so zu lagern, dass eine Bewegung des Körpers ausschließlich entlang der Achse der Feder möglich ist. Alternativ zur Verbindung des Masseköpers mit dem optischen System ist es auch möglich, dass der Körper erst bei Vorliegen einer Beschleunigung durch seine Trägheitsbewegung in Kontakt zum optischen System kommt.
  • In Ausgestaltung der Erfindung setzt der Mechanikbestandteil eine Längsbewegung des Massekörpers in Richtung der Achse der Feder in eine Drehbewegung oder eine Längsbewegung des optischen Systems um. So kann z. B. eine Längsbewegung des Massekörpers in Richtung der Achse der Feder in eine Drehbewegung des Spiegels um eine Achse senkrecht zur Achse der Feder oder in eine Längsbewegung der Linse in eine Richtung senkrecht zur Achse der Feder umgesetzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausgestattet, wobei dies auch auf die Ausgestaltungen und Weiterbildungen zutreffen kann. Die Anordnung ist hierbei vorzugsweise im Inneren des Fahrzeugs angebracht, z. B. hinter der Windschutzscheibe. Der Mechanikbestandteil kann ausgebildet sein zum Ausgleichen einer Neigung der Anordnung aufgrund einer Beschleunigung des Fahrzeugs in Längsrichtung. Eine negative oder positive Beschleunigung des Fahrzeugs resultiert in einem Nickwinkel, welcher durch die automatische Ausrichtung des optischen Systems ausgeglichen werden kann.
  • Das Fahrzeug kann über ein Fahrerassistenzsystem verfügen, welches von dem Sensor, welcher die Anordnung umfasst, erfasste Daten auswertet. Diese Daten können an sich für verschiedene Fahrerassistenzfunktionen verwendet werden, so z. B. für einen Abstandsregeltempomaten.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1A, 1B, 1C: verschiedene Fahrsituationen mit zwei aufeinanderfolgenden Fahrzeugen,
  • 2: eine erste Ausführungsform eines Lidar-Sensors,
  • 3: eine zweite Ausführungsform eines Lidar-Sensors.
  • 1A zeigt die beiden Fahrzeuge F und FF, welche sich hintereinander auf einer Fahrbahn befinden, wobei das Fahrzeug F dem Fahrzeug FF folgt. Das Fahrzeug F verfügt über ein Fahrerassistenzsystem mit der Fahrerassistenzfunktion ACC (Adaptive Cruise Control), welche den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug FF regeln soll. Der Fahrer des Fahrzeugs F gibt dem ACC-System hierzu eine Zielgeschwindigkeit und einen Mindestabstand, üblicherweise in Sekunden angegeben, zum vorausfahrenden Fahrzeug vor. Das ACC-System regelt automatisch auf diesen Mindestabstand ein, sofern das vorausfahrende Fahrzeug die Zielgeschwindigkeit unterschreitet.
  • Für die Abstandsermittlung wird ein Lidar-Sensor SENS des Fahrzeugs F eingesetzt. Der Lidar-Sensor SENS ist hierbei hinter der Windschutzscheibe des Fahrzeugs F befestigt; er sendet einen Laserpuls B über eine Optik in Vorwärtsrichtung aus und empfängt den vom Fahrzeug FF reflektierten Laserpuls. Es wird die Laufzeit zwischen der Versendung des Laserpulses B und dem Empfang des reflektierten Laserpulses bestimmt, welche ein Maß für die Entfernung des Fahrzeugs FF vom Fahrzeug F ist.
  • Das System ist so ausgelegt, dass der Laserstrahl B bei limitierter Dynamik des Eigenfahrzeugs F in der Regel das vorausfahrende Fahrzeug FF erfasst. Üblicherweise reicht hierzu ein Öffnungswinkel von 4 Grad aus, um bei verschiedenen Beladungszuständen und Beschleunigungen des Fahrzeugs F bis zu 0,3 g eine Erfassung des vorausfahrenden Fahrzeugs FF zu ge währleisten. Mit dem Öffnungswinkel ist hierbei der vertikale Öffnungswinkel gemeint, d. h. der Öffnungswinkel des Laserstrahls B in der Papierebene der 1A, 1B, 1C.
  • Es ist zu erwarten, dass zukünftige Fahrerassistenzsysteme einen erweiterten Funktionsbereich aufweisen. So kann beispielsweise durch eine automatische Notbremsung der Fahrer vor Kollisionen bewahrt werden. Ergibt in diesem Fall die Abstandsmessung unter Verwendung des Lidar-Sensors SENS, dass aufgrund eines niedrigen Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug FF ein Gefahrenpotential für eine Kollision besteht, so kann das System automatisch durch Bremsenzugriff eine Notbremsung einleiten. Eine derartige scharfe Abbremsung kann mit Werten der negativen Beschleunigung von mehr als 1 g einhergehen. Eine solche Situation ist in 1B dargestellt. Bei einer in 1B dargestellten starken Abbremsung nickt das Fahrzeug vorne ein, so dass der Laserstrahl B die Fahrbahn und nicht mehr das vorausfahrende Fahrzeug FF trifft. Dies ist eine ungünstige Situation für das Fahrerassistenzsystem, denn es ist insbesondere bei einer scharfen Abbremsung erforderlich, den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug FF zu kennen.
  • 1C zeigt die gegenüber 1B umgekehrte Situation, bei welcher das Eigenfahrzeug F stark beschleunigt. Diese Beschleunigung hat zur Folge, dass das Fahrzeug F hinten einfedert, so dass der Laserstrahl B das vorausfahrende Fahrzeug FF nicht trifft, sondern sich darüber hinaus erstreckt. In der in 1C dargestellten Situation ist wie auch in der in 1B dargestellten Situation die Bestimmung des Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug FF nicht möglich.
  • Um ein sicheres Funktionieren der Abstandsbestimmung zu gewährleisten, ist eine dynamische Ausrichtung des Lidar-Sensors SENS vorteilhaft. Unter dieser Ausrichtung wird hierbei die vertikale Ausrichtung verstanden, d. h. die Ausrichtung in der Papierebene der 1. Die vertikale Ausrichtung dient dem Ausgleich des Nickwinkels des Fahrzeugs F, d. h. des Drehungswinkels des Fahrzeugs F um seine Querachse, welche sich in 1 in die Zeichenebene hinein erstreckt, d. h. des Winkels der Fahrzeugkarosserie zur Fahrbahnebene.
  • Eine Möglichkeit zur vertikalen Ausrichtung des Lidar-Sensors SENS ist der Verwendung eines Elektromotors, welcher entweder die Optik des Lidar-Sensors SENS oder den gesamten Lidar-Sensor SENS zur Kompensation des Nickwinkels bewegt. Der Nickwinkel kann hierbei mit Sensoren, welche für die Einstellung der Scheinwerfer zum Einsatz kommen, bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Nickwinkels ist die Verwendung einer Kamera zur Fahrbahnspurvermessung, welche den Nickwinkel aus dem Fahrbahnspurmodell liefern kann. Nachteilig an einem Elektromotor zur vertikalen Ausrichtung des Lidar-Sensors ist jedoch, dass er relativ teuer ist und viel Platz einnimmt. Hierbei ist zu bedenken, dass insbesondere am Einbauort des Lidar-Sensors SENS wenig Platz zur Verfügung steht, da hier oftmals eine Mehrzahl von Sensoren unterzubringen sind.
  • Im folgenden werden Möglichkeiten zur dynamischen Nickwinkelkompensation eines Lidar-Sensors SENS mittels einer trägheitsbasierten Mechanik vorgestellt. Die 2 und 3 zeigen hierzu zwei mögliche Ausgestaltungen eines Lidar-Sensors SENS. Hierbei ist – wie auch in 1 – jeweils nur der Sendepfad des Lidar-Sensors SENS dargestellt; nicht dargestellt ist der Empfangspfad. Für den Empfangspfad kann eine zweite Optik vorgesehen sein, die in umgekehrter Weise zum Sendepfad den reflektierten Laserstrahl auf den Empfänger lenkt. Die dynamische Ausrichtung der Empfangsoptik kann in gleicher Weise wie in Bezug auf die Sendeoptik erläutert erfolgen. Alternativ können die Empfangs- und die Sendeoptik auf einem gemeinsamen Träger befestigt sein, so dass durch die dynamische Ausrichtung gleichzeitig sowohl die Sende- als auch die Empfangsoptik ausgerichtet werden.
  • In den 2 und 3 ist der Lidar-Sensor SENS jeweils im Innenraum eines Fahrzeugs hinter der Frontscheibe SC ange bracht. Der Lidar-Sensor SENS verfügt über einen Laser LA, welcher Strahlung emittiert, welche nach Passieren einer Optik als Laserstrahl B durch die Frontscheibe SC abgestrahlt wird.
  • In 2 umfasst die Optik des Lidar-Sensors SENS einen Spiegel SP. Aufgabe des Spiegels SP ist es insbesondere, den Laserstrahl B entsprechend der jeweiligen Applikation zu formen, typischerweise derart, dass er einen vertikalen Öffnungswinkel von 4 Grad aufweist. Der Spiegel SP ist in seinem Mittelpunkt A drehbar gelagert, so dass bei einer Drehung des Spiegels SP die Qualität der optischen Abbildung weitgehend erhalten bleibt, die Strahlrichtung des Laserstrahls B sich jedoch vertikal ändert. Ein Körper m ist am unteren Teil des Spiegels SP befestigt und wird in horizontaler Richtung von einer Zugfeder FE gehalten. Anstelle der Zugfeder FE kann auch eine Druckfeder oder zwei entgegengesetzte Zugfedern oder zwei entgegengesetzte Druckfedern zum Einsatz kommen; auch Kombinationen von Zug- und Druckfedern sind möglich. Der Spiegel SP ist so befestigt, dass lediglich eine Bewegung in horizontaler Richtung wie durch den Doppelpfeil angedeutet möglich ist; dementsprechend kann auch der Körper lediglich eine Bewegung in dieser Richtung ausführen.
  • Beim Abbremsen des Fahrzeugs, d. h. bei negativer horizontaler Beschleunigung, bewegt sich der Körper m unter Verlängerung bzw. Auslenkung der Zugfeder FE aufgrund seiner Trägheit nach vorne, d. h. nach links in 2. Dies bewirkt eine Drehung des Spiegels SP im Uhrzeigersinn um den Drehpunkt A. Durch diese Veränderung der Spiegelposition wird der Laserstrahl B gegenüber der in 2 gezeigten Ausrichtung mehr nach oben ausgestrahlt. Hierdurch wird die durch das Abbremsen des Fahrzeugs bewirkte Neigung nach unten ausgeglichen.
  • Beim Beschleunigen des Fahrzeugs, d. h. bei positiver horizontaler Beschleunigung, bewegt sich der Körper m unter Komprimierung der Zugfeder FE aufgrund seiner Trägheit nach hinten, d. h. nach rechts in 2. Dies bewirkt eine Drehung des Spiegels SP gegen den Uhrzeigersinn um den Drehpunkt A. Durch diese Veränderung der Spiegelposition wird der Laserstrahl B gegenüber der in 2 gezeigten Ausrichtung mehr nach unten ausgestrahlt. Hierdurch wird die durch das Beschleunigen des Fahrzeugs bewirkte Neigung nach oben ausgeglichen.
  • In der Ruhelage, d. h. ohne horizontale Beschleunigung oder Abbremsung des Fahrzeugs ist der Spiegel SP momentenfrei. Gegen vertikale Beschleunigungen z. B. durch Erschütterungen aufgrund von Bodenunebenheiten, ist das System unempfindlich, d. h. vertikale Beschleunigungen ändern die Ausrichtung des Spiegels SP nicht.
  • In 3 umfasst die Optik des Lidar-Sensors SENS eine Linse L. Diese ist vertikal entlang ihrer Längsachse verschiebbar, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. In der Führung G ist eine Halterung für die Linse L über einen Mitnehmer MN beweglich gelagert. Die Führung G ist fest verbunden mit einem Hebel ST, welcher an dem Drehpunkt A gelagert und somit um eine durch den Drehpunkt A in die Papierebene verlaufende Achse drehbar ist. Am oberen Ende des Hebels ST befindet sich der Körper m, welcher in horizontaler Richtung von einer Zugfeder FE gehalten wird. Anstelle der Zugfeder FE kann auch eine Druckfeder oder zwei entgegengesetzte Zugfedern oder zwei entgegengesetzte Druckfedern zum Einsatz kommen; auch Kombinationen von Zug- und Druckfedern sind möglich.
  • Der Hebel ST mit der Führung F bildet einen Exzenter, da der Drehpunkt A sich nicht im Mittelpunkt des Kreisbogens der Führung F befindet. Durch Drehung des Exzenters um den Drehpunkt A wird eine Verschiebung der Linse L in vertikaler Richtung bewirkt. Je nach Drehrichtung des Hebels ST des Exzenters wird der Abstand zwischen dem Drehpunkt A und dem Haltepunkt der Linse L in der Führung F verkleinert oder vergrößert.
  • In der Ruhelage, d. h. ohne horizontale Beschleunigung oder Abbremsung des Fahrzeugs ist die Linse L momentenfrei. Gegen vertikale Beschleunigungen z. B. durch Erschütterungen aufgrund von Bodenunebenheiten, ist das System unempfindlich, d. h. vertikale Beschleunigungen ändern die Ausrichtung der Linse L nicht.
  • Beim Abbremsen des Fahrzeugs, d. h. bei negativer horizontaler Beschleunigung, bewegt sich der Massekörper m unter Verlängerung bzw. Auslenkung der Zugfeder FE aufgrund seiner Trägheit nach vorne, d. h. nach links in 3. Dies bewirkt eine Drehung des Exzenters gegen den Uhrzeigersinn um den Drehpunkt A. Durch diese Drehung wird die Linse L nach oben gezogen. Der Laser LA befindet sich hierdurch unterhalb des Mittelpunktes der Linse L, wodurch der Laserstrahl B gegenüber der in 3 gezeigten Ausrichtung mehr nach oben ausgestrahlt wird. Hierdurch wird die durch das Abbremsen des Fahrzeugs bewirkte Neigung nach unten ausgeglichen.
  • Beim Beschleunigen des Fahrzeugs, d. h. bei positiver horizontaler Beschleunigung, bewegt sich der Massekörper m unter Komprimierung der Zugfeder FE aufgrund seiner Trägheit nach hinten, d. h. nach rechts in 3. Dies bewirkt eine Drehung des Exzenters im Uhrzeigersinn um den Drehpunkt A. Durch diese Drehung wird die Linse L nach unten gedrückt. Der Laser LA befindet sich hierdurch oberhalb des Mittelpunktes der Linse L, wodurch der Laserstrahl B gegenüber der in 3 gezeigten Ausrichtung mehr nach unten ausgestrahlt wird. Hierdurch wird die durch das Beschleunigen des Fahrzeugs bewirkte Neigung nach oben ausgeglichen.
  • Sowohl bei 2 als auch bei 3 erfolgt der Ausgleich der vertikalen Neigung des Laserstrahls B automatisch. Es muss insbesondere keine Messung erfolgen, aufgrund deren Auswertung eine Neuausrichtung der Optik des Lidar-Sensors SENS erfolgt. Vielmehr wird die Anpassung der vertikalen Ausrichtung einzig durch die Trägheit des Körper m angestoßen, welche eine horizontale Bewegung des Körper m bei Vorliegen einer horizontalen Beschleunigung zur Folge hat.
  • Die einzelnen Parameter der Mechanik, wie z. B. die Stärke der Zugfeder FE, die Masse des Körpers m, die Anordnung des Körpers m in Bezug auf den Spiegel SP bzw. die Anordnung des Exzenters in Bezug auf die Linse L, werden hierbei so gewählt, dass eine weitgehende Kompensation des durch die horizontale Beschleunigung hervorgerufenen Nickwinkels erfolgt, d. h. dass die Ausrichtung des Laserstrahls B weitgehend der des unbeschleunigten Fahrzeugs entspricht. Selbstverständlich sind abweichend von den Beispielen der 2 und 3 alternative Ausführungsformen der Mechanik und Optik möglich, welche ebenfalls eine automatische Kompensation des Nickwinkels bewirken.
  • Von Vorteil bei der Verwendung einer trägheitsbezogenen Mechanik ist der geringe Preis einer solchen Anordnung; es werden keine zusätzlichen teuren Bauteile benötigt, da die Optik ohnehin Bestandteil des Lidar-Sensors SENS ist. Ferner ist eine kompakte und somit platzsparende Bauweise möglich.
  • Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Z. B. kann eine trägheitsbasierte Mechanik auch bei anderen Sensor-Systemen zum Einsatz kommen, welche eine Strahlungsquelle und/oder einen Strahlungsempfänger und eine Optik einsetzen.

Claims (18)

  1. Anordnung für einen Sensor (SENS), umfassend eine Strahlungsquelle (LA) zum Emittieren von elektromagnetischer Strahlung und/oder einen Strahlungsempfänger zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, ein optisches System (SP, L), welches von von der Strahlungsquelle (LA) emittierter Strahlung (B) bzw. von von dem Strahlungsempfänger zu empfangender Strahlung passiert wird, einen Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) zum Ausrichten des optischen Systems (SP, L), wobei der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) einen trägheitsbasierten Mechanismus umfasst, welcher aufgrund einer Beschleunigung der Anordnung eine automatische Ausrichtung des optischen Systems (SP, L) bewirkt.
  2. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach Anspruch 1, bei welcher der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) derart zum Ausrichten des optischen Systems (SP, L) ausgebildet ist, dass durch die Ausrichtung die Richtung der Abstrahlung von von der Strahlungsquelle (LA) emittierter Strahlung (B) bzw. von von dem Strahlungsempfänger zu empfangender Strahlung geändert wird gegenüber dem Zustand vor der Ausrichtung.
  3. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der trägheitsbasierte Mechanismus ausgebildet ist zum Bewirken einer Ausrichtung des optischen Systems (SP, L) aufgrund einer Beschleunigung ausschließlich in einer bestimmten Richtung.
  4. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das optische System (SP, L) einen Spiegel (SP) aufweist, welcher beweglich gelagert ist.
  5. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach Anspruch 4, bei welcher es sich bei dem Spiegel (SP) um einen Hohlspiegel (SP) handelt, welcher drehbar gelagert ist.
  6. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das optische System (SP, L) eine Linse (L) aufweist, welche beweglich gelagert ist.
  7. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach Anspruch 6, bei welcher die Linse (L) entlang ihrer Längsachse verschiebbar gelagert ist.
  8. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) einen Exzenter umfasst.
  9. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der trägheitsbasierte Mechanismus einen an einer Feder (FE) befestigten Massekörper (m) aufweist.
  10. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach Anspruch 9, bei welcher der Massekörper (m) mit dem optischen System (SP, L) verbunden ist.
  11. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) eine Längsbewegung des Massekörpers (m) in Richtung der Achse der Feder (FE) umsetzt in eine Drehbewegung oder eine Längsbewegung des optischen Systems (SP, L).
  12. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und einem der Ansprüche 4 oder 5, bei welcher der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) eine Längsbewegung des Massekörpers (m) in Richtung der Achse der Feder (FE) umsetzt in eine Drehbewegung des Spiegels (SP) um eine Achse senkrecht zur Achse der Feder (FE).
  13. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welcher der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) eine Längsbewegung des Massekörpers (m) in Richtung der Achse der Feder (FE) umsetzt in eine Längsbewegung der Linse (L) in eine Richtung senkrecht zur Achse der Feder (FE).
  14. Anordnung für einen Sensor (SENS) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei es sich bei dem Sensor (SENS) um einen Lidar-Sensor (SENS) handelt.
  15. Fahrzeug (F) mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
  16. Fahrzeug (F) nach Anspruch 15, bei welchem der Mechanikbestandteil (m, FE, ST, G, MN) ausgebildet ist zum Ausgleichen einer Neigung der Anordnung aufgrund einer Beschleunigung des Fahrzeugs (F) in Längsrichtung.
  17. Fahrzeug (F) nach Anspruch 15 oder 16, mit einem Fahrerassistenzsystem, welches von dem Sensor (SENS) erfasste Daten auswertet.
  18. Fahrzeug (F) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Fahrerassistenzsystem die Funktionalität eines Abstandsregeltempomaten aufweist.
DE102007040120A 2007-08-24 2007-08-24 Trägheitsbasierte Ausrichtung einer Lidaroptik Ceased DE102007040120A1 (de)

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