DE102009060392A1

DE102009060392A1 - Sensoreinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009060392A1
Application number: DE102009060392A
Authority: DE
Inventors: Andre 38442 Krampe; Thorsten 38122 Kuhn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-30

Abstract

Eine Sensoreinrichtung zur Anordnung an der Innenseite einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einem Sensor zum Empfang und/oder Senden elektromagnetischer Strahlung, umfasst ein erstes Gehäusemodul zur Aufnahme einer Recheneinheit und ein zweites Gehäusemodul zur Aufnahme des mindestens einen Sensors, wobei das erste und das zweite Gehäusemodul über eine Justageeinheit flexibel miteinander verbunden sind und wobei die Justageeinheit eine dreidimensionale Ausrichtung der beiden Gehäusemodule zueinander ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Anordnung an der Innenseite einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In heutigen Kraftfahrzeugen tragen elektronische Fahrerassistenzsysteme dazu bei Unfälle zu vermeiden und/oder die Folgen derartiger Unfälle zu reduzieren. Derartige Fahrerassistenzsysteme benötigen in ihrer Mehrzahl Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs, die mittels diverser Sensortechniken, wie beispielsweise Radar, Ultraschall, Lidar- und bilderzeugende Maßnahmen mittels Kamerasystemen, bereitgestellt werden.
So benötigt beispielsweise ein adaptives Fahrtregelungssystem, wie das ACC (Adaptive Cruise Control), Informationen über den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug und die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Fahrzeugen. Zur Beschaffung derartiger Daten über das vorausfahrende Fahrzeug kommen üblicherweise Radarsensoren zum Einsatz, die den Abstand und die Positionen des vorausfahrenden Fahrzeugs messen.
In jüngster Zeit geht die Entwicklung weg von den kostspieligen Radarsensoren hin zu Lidar-Sensoren, die aus einem Infrarotstrahler, einer Photodiode zum Empfang des ausgesandten Infrarotlichts und einer Auswerteelektronik bestehen. Der Sensor führt eine Laufzeitmessung der ausgesendeten Infrarotstrahlen durch, wobei die Zeit gemessen wird, die das Licht vom Sensor zum vorausfahrenden Fahrzeug und wieder zurück benötigt. Aus der Laufzeit berechnet die Auswerteelektronik den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug, wobei das gewonnene elektronische Bild zur Unterscheidung von Objekten ausreicht. Da der Lidar-Sensor witterungsbedingte Sichteinschränkung erkennen kann, basiert auch darauf die Fahrerwarnung und die Geschwindigkeitsanpassung.
In der Anwendung unterscheidet sich das Lidar-basierte ACC mit einer Reichweite von 250 m nicht von den üblichen Radarsystemen: Der Fahrer bestimmt die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit, worauf hin das Fahrzeug diese Wunschgeschwindigkeit solange einhält, bis das Lidar-basierte ACC ein vorausfahrendes Fahrzeug auf der eigenen Spur erkennt. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit soweit reduziert, dass ein voreingestellter Sicherheitsabstand eingehalten wird, wobei dieser Sicherheitsabstand nicht eine absolute Entfernung betrifft, sondern ein zeitlicher Abstand zwischen den Fahrzeugen eingehalten wird.
Nachteilig bei dem Lidar-basierten System zur Erlangung von Umfelddaten ist das ”elektronische Bild” des Lidar-Sensors, welches aufgrund der geringen Auflösung letztlich nur eine Abstandsmessung und eine Vermutung über das vorausfahrende Objekt zulässt. Weitere Umfeldinformationen, wie Fahrbahnmarkierungen und Begrenzungslinien, Informationen über am Rand befindliche Verkehrszeichen, Objekterkennung, etc., sind nicht möglich.
Um derartige Lidar-basierte Umfelderkennungssysteme zu verbessern, ist vorgeschlagen worden, das Lidar-System mit einer elektronischen Kamera zu ergänzen, mit anderen Worten, eine Kombination aus Lidar-Sensor und beispielsweise einer CMOS-Kamera in einem Gehäuse zu schaffen. Ein derartiger Kombinationssensor wurde auf der IAA 2007 von damals Siemens VDO, nunmehr Continental AG, vorgestellt. Zur Anordnung eines solchen Lidar-Kamera-Sensors in einem Kraftfahrzeug zur Erlangung von Umfelddaten schlägt die DE 43 29 983 A1 ein Dachmodul für ein Kraftfahrzeug vor, in dem ein oder mehrere Sensoren zum Empfang oder Senden von optischer und/oder elektromagnetischer Strahlung angeordnet sind. Das Dachmodul ist so an der Decke und an der Innenseite der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs angeordnet, dass für den Sichtbereich des Fahrers möglichst wenig Störung erzielt wird. Dabei sind die Sensoren so ausgerichtet, dass die von außen auf sie einwirkende Strahlung durch die Scheibe des Kraftfahrzeugs aufgenommen wird, oder die Strahlung der Sensoren nach außen durch die Scheibe abgegeben werden kann. Eine bevorzugte Anordnung der Sensoren ist der Bereich der Windschutzscheibe in der Höhe des Fahrerrückspiegels, der von den Scheibenwischern gereinigt wird, um eine optimale Sensorleistung zu erzielen.
Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist, dass aufgrund der vorgegebenen Form des Sensormoduls ein zu großer Bauraum im Kraftfahrzeug benötigt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung zur Anordnung an der Innenseite einer Kraftfahrzeugscheibe zu schaffen, welche einen geringeren Bauraum benötigt.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung, welche zur Anordnung an der Innenseite einer Scheibe eines Kraftfahrzeugsausgelegt ist, umfasst mindestens einen Sensor zum Empfang und/oder Senden elektromagnetischer Strahlung, wobei die Sensoreinrichtung ein erstes Gehäusemodul zur Aufnahme einer Recheneinheit und ein zweites Gehäusemodul zur Aufnahme des mindestens einen Sensors aufweist. Dabei sind das erste und das zweite Gehäusemodul mittels einer Justageeinheit flexibel miteinander verbunden, so dass die Justageeinheit eine dreidimensionale Ausrichtung der beiden Gehäusemodule zueinander ermöglicht. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, die Sensoreinrichtung mit geringstmöglichen Bauraum an der Innenseite einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs anzuordnen.
Vorzugsweise weist das erste Gehäusemodul eine erste Befestigungseinrichtung zur Befestigung des ersten Gehäusemoduls am Dach des Kraftfahrzeugs auf. Dabei wird unter Dach auch die vordere Dachstrebe des Kraftfahrzeugs verstanden. Als Befestigungseinrichtung kann eine Schraub- oder eine Klemmverbindung in Frage kommen, wobei die Art der Verbindung nicht einschränkend zu verstehen ist.
Weiter bevorzugt weist das zweite Gehäusemodul eine zweite Befestigungseinrichtung auf, mittels der eine Befestigung des zweiten Gehäusemoduls an der Scheibe des Kraftfahrzeugs erfolgt. Insbesondere kann die zweite Befestigungseinrichtung so ausgelegt sein, dass sie eine Klebeverbindung zur Innenseite der Scheibe des Kraftfahrzeugs bewirkt. Es ist auch möglich, dass die zweite Befestigungseinrichtung an der Justageeinheit angeordnet ist, so dass die Justageeinheit an der Scheibe des Kraftfahrzeugs befestigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind im zweiten Gehäusemodul ein Lidar-Sensor bestehend aus einem Lasersender und einem Laserempfänger sowie eine Kamera, beispielsweise einer CMOS-Kamera, angeordnet. Die dazu gehörige Recheneinheit zur Auswertung der vom Lidar-Sensor und der Kamera aufgenommenen Daten befindet sich im ersten Gehäusemodul, und es bestehen zwischen dem ersten und zweiten Gehäusemodul die notwendigen flexiblen Verbindungen zur Datenübertragung.
Dabei kann vorzugsweise der Lasersender ein gepulster Laser sein, der aus einer vorgegebenen Anzahl von Laserdioden zusammengesetzt ist, die mit einander zu einem Stack verbunden sind. Dabei beträgt die Anzahl der Laserdioden vorzugsweise zwischen 5 und 10. Diese Vielzahl von Laserdioden erhöhen die austretende Laserleistung, die notwendig ist, um das Licht des Lidar-Sensors durch die Scheibe des Kraftfahrzeugs nach außen zu senden, so dass ausreichend reflektierte Intensität zur Aufnahme übrig bleibt.
Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist die Sensoreinrichtung an der Innenseite der Windschutzscheibe angeordnet, wobei das erste Gehäusemodul sich am Dachträger und das zweite Gehäusemodul sich an der Windschutzscheibe befindet. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung im Bereich des Innenrückspiegels des Fahrers angeordnet, wobei der Innenrückspiegel an der Befestigungsvorrichtung der Abschirmeinheit angeordnet sein kann.
Auf diese Weise wird durch die Möglichkeit der flexiblen Verbindung zwischen dem Sensormodul, d. h., dem zweiten Gehäusemodul, und der Recheneinheit, d. h., dem ersten Gehäusemodul, der notwendige Baumraum minimiert. Diese flexible Verbindung ermöglicht die baumraumoptimierte Integration im Fahrzeug, und lässt Spiel in X-, Y- und Z-Richtung zu. Die Verbindungen erfolgen beispielsweise über entsprechende Kugelgelenke oder flexible Kabel. Des Weiteren ist die Einheit so modular aufgebaut, dass die Lidar-Maskierung je nach Scheibenneigung gestaltet werden kann, ohne dass eine Modifikation der anderen Elemente erforderlich ist. Mittels der Justageeinheit wird der Laserstrahl horizontal und vertikal mechanisch eingestellt. Die Lidar-Maskierung schirmt den Strahlengang gegenüber Störeinflüsse ab und vermeidet den Austritt des Laserstrahls durch Reflexion an der Frontscheibe in den Fahrzeuginnenraum.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Draufsicht auf die Sensoreinrichtung,
2 eine Sicht von unten der Sensoreinheit, und
3 eine Ansicht schräg seitlich von unten, und
4 eine schematische Darstellung einer Lidar-Laserdiode.
1 zeigt ein erstes Gehäusemodul 1, welches die Recheneinheit enthält, und ein zweites Gehäusemodul 2, welches die optischen Sensoren enthält, die mittels einer Justageeinheit 3 flexibel mit einander verbunden sind. Dabei ist die Justageeinheit 3 in Form eines Trägerrahmens ausgeführt, der zwischen dem ersten und zweiten Gehäusemodul 1, 2 angeordnet ist und diese flexibel mit einander verbindet.
In dem zweiten Gehäusemodul 2 ist ein Lasersender 7, ein Laserempfänger 8 sowie eine Kamera 9, beispielsweise eine CMOS-Kamera, angeordnet, die nach vorne im eingebauten Zustand in Richtung Windschutzscheibe blicken. Mittels der Justageeinheit 3 ist die Ausrichtung der Sensoren 7, 8, 9 gegenüber der Windschutzscheibe und damit gegenüber der vor dem Fahrzeug liegenden Straße möglich. Ferner weist die Sensoreinheit eine Abschirmeinheit 4 auf, die mit dem zweiten Gehäusemodul 2 verbunden ist, wobei die Ausgestaltung der Abschirmeinheit 4 eine Funktion der Neigung und der Oberfläche der Windschutzscheibe ist.
Das erste Gehäusemodul 1 weist eine erste Befestigungseinrichtung 5 auf, mit der das erste Gehäusemodul 1 am Dach (nicht dargestellt) bzw. am vorderen Dachquerträger (nicht dargestellt) angeordnet wird. Ferner weist das zweite Gehäusemodul 2 eine zweite Befestigungseinrichtung 6 auf, mittels der das zweite Gehäusemodul, d. h., die Sensoreinheit, an der Frontscheibe von innen befestigt wird. Beispielsweise kann die Befestigung mittels eine Klebeverbindung erfolgen, so dass die Oberfläche der zweiten Befestigungseinrichtung entsprechend ausgelegt ist, um eine Klebeverbindung zur Frontscheibe des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Ferner weist die Abschirmvorrichtung 4 seitliche Stege 10 und 11 auf, die verhindern, dass Laserlicht seitlich aus der Vorrichtung austritt und in den Fahrgastraum gelangt. Im Innern der Abschirmeinheit 4 sind weitere innere Stege 12 und 13 angeordnet, die ein Übersprechen des Lichts zwischen den drei Sensoren unterbindet.
Ferner sind Kabel 14 dargestellt, die von der Recheneinheit zum Fahrerassistenzsystem gelangen bzw. vom Innenspiegel zu dessen Steuerung. Angedeutet sind auch Justierschrauben 15, mittels denen das erste und zweite Gehäusemodul 1, 2 relativ zueinander eingestellt werden kann.
2 zeigt das Bauteil von unten mit erstem Gehäusemodul 1, zweitem Gehäusemodul 2 und diese verbindende Justageeinheit 3 sowie die Abschirmeinheit 4. Ferner ist die Befestigungseinrichtung 6 zur Befestigung des zweiten Gehäusemoduls 2 an der Windschutzscheibe (nicht dargestellt) erkennbar. Weiter erkennbar ist einer der seitlichen Abschirmungsstege 10 der Abschirmeinheit 4 sowie die Justierschrauben 15 der Justiereinheit 3. Da die im ersten Gehäusemodul 1 angeordnete Rechnereinheit Abwärme erzeugt, ist die Unterseite des ersten Gehäusemoduls 1 mit Kühlrippen 17 versehen.
Ferner ist eine Halterung 16 an der Unterseite der Abschirmung 4 dargestellt, an der der fahrerseitige Innenspiegel (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs angebracht werden kann.
3 zeigt die Vorrichtung in seitlicher Darstellung mit dem ersten Gehäusemodul 1 zur Aufnahme einer Recheneinheit (nicht dargestellt), welches an dem vorderen Dachquerträger 18 der Dachinnenseite 19 des Fahrzeugs angeordnet ist, sowie die Justageeinheit 3 und das dahinter angeordnete zweite Gehäusemodul 2 zur Aufnahme der Sensoriken (nicht dargestellt). Schematisch dargestellt sind ferner zwei Justierschrauben 15 zur Ausrichtung des zweiten Gehäusemoduls 2 und damit der Sensoren. Ferner ist seitlich die Abschirmeinheit 4, insbesondere die Lidar-Maskierung aus Kunststoff, zu erkennen. Mittels der zweiten Befestigungseinrichtung 6 wird das zweite Gehäusemodul 2 an die Windschutzscheibe befestigt
4 schließlich zeigt eine schematische Darstellung des verwendeten Laserdiode 20, die in Form eines Stacks, bestehend aus einer Vielzahl von Stackelelementen 21 ausgelegt ist, wobei hier im Bild acht Stackelemente 21 dargestellt sind. Dabei kommt es in den optisch aktiven Zonen 22 zur Laseraktivität, d. h. zum Aussenden von Laserstrahlen 23. Die Anordnung einer Vielzahl von Stackelementen 21 führt zur Erhöhung der Leistung der Laserdiode 20, welche benötigt wird, um ausreichend Laserleistung durch die Frontscheibe senden und entsprechend ausreichende reflektierte Leistung empfangen zu können.
Bezugszeichenliste

1: erstes Gehäusemodul
2: zweites Gehäusemodul
3: Justageeinheit
4: Abschirmeinheit
5: erste Befestigungseinrichtung
6: zweite Befestigungseinrichtung
7: Lasersender
8: Laserempfänger
9: Kamera
10: seitlicher Steg
11: seitlicher Steg
12: innerer Steg
13: innerer Steg
14: Kabel
15: Justierschrauben
16: Halterung
17: Kühlrippen
18: Dachquerträger
19: Dachinnenseite
20: Laserdiode
21: Stackelemente
22: optisch aktive Zone
23: Laseraktivität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4329983 A1 [0007]

Claims

Sensoreinrichtung zur Anordnung an der Innenseite einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einem Sensor zum Empfang und/oder Senden elektromagnetischer Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung ein erstes Gehäusemodul (1) zur Aufnahme einer Recheneinheit und ein zweites Gehäusemodul (2) zur Aufnahme des mindestens einen Sensors aufweist, wobei das erste und das zweite Gehäusemodul über eine Justageeinheit (3) flexibel miteinander verbunden sind, wobei die Justageeinheit (3) eine dreidimensionale Ausrichtung der beiden Gehäusemodule (1, 2) zueinander ermöglicht.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäusemodul (1) eine erste Befestigungseinrichtung (5) zur Befestigung des ersten Gehäusemoduls (2) am Dach des Kraftfahrzeugs aufweist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung eine zweite Befestigungseinrichtung (6) zur Befestigung des zweiten Gehäusemoduls (2) oder der Justageeinheit (3) an der Scheibe des Kraftfahrzeugs aufweist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Gehäusemodul (2) eine an der Scheibe anliegende Abschirmeinheit (4) zur Abschirmung von Streulicht angeordnet ist.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinheit (4) eine Befestigungsvorrichtung (16) zur Befestigung eines Innenrückspiegels aufweist.
Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Gehäusemodul (2) eine Lidar-Sensor bestehend aus einem Lasersender (7) und Laserempfänger (8) sowie eine Kamera (9) angeordnet sind.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasersender (7) ein gepulster Laser bestehend aus einer vorgegebenen Anzahl zu einem Stack verbundener Laserdioden ist, wobei die Anzahl der Laserdioden 5 bis 10 beträgt.
Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung an der Innenseite der Windschutzscheibe angeordnet ist, wobei das erste Gehäusemodul (1) am Dachträger und das zweite Gehäusemodul (2) an der Windschutzscheibe angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung im Bereich des Innenrückspiegels für den Fahrer angeordnet ist, wobei der Innenrückspiegel an einer Befestigungsvorrichtung (16) der Abschirmeinheit (4) angeordnet ist.