DE102012006347A1

DE102012006347A1 - Verfahren und Sensorsystem zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung eines Abstands zwischen dem Objekt und einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012006347A1
Application number: DE201210006347
Authority: DE
Inventors: Bernd Ette; Achim Kullmann
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG; Volkswagen AG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG; Volkswagen AG
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-02
Also published as: CN104656096A; CN103364789A; CN107656285A

Abstract

Um einen Abstand (h) zwischen einem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10) zu bestimmen, wird von mindestens einem Lichtsender (A–F) ein Licht unter einem vorgegebenen Abstrahlwinkel (α-γ) zu dem Objekt (O) ausgestrahlt, von dem Objekt (O) reflektiert und von mindestens einem Lichtempfänger (6) unter einem vorgegebenen Einfallwinkel (α'', β'') erfasst. Der Abstand (h) wird abhängig von dem Abstrahlwinkel (α-γ), dem Einfallwinkel (α'', β'') und einen Abstand zwischen dem mindestens einen Lichtsender (A–F) und dem mindestens einen Lichtempfänger (6) bestimmt. Um ein Objekt (O) zu erfassen und/oder um einen Abstand (h) zwischen dem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10) zu bestimmen, wird von mindestens einem Lichtsender (A–F) ein Licht zu dem Objekt (O) ausgestrahlt und von mindestens einem Lichtempfänger (6) erfasst. Abhängig von einer Auswertung des von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfassten Lichtes wird das Objekt (O) erfasst und/oder der Abstand (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) bestimmt, wobei die Auswertung abhängig von Messergebnissen des kapazitiven Sensors (1) durchgeführt wird. Um ein Objekt (O) zu erfassen und/oder um einen Abstand (h) zwischen dem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10) zu bestimmen, wird von mindestens einem Lichtsender (A–F) ein Licht zu dem Objekt (O) ausgestrahlt und von mindestens einem Lichtempfänger (6) erfasst. Dabei wird der mindestens eine Lichtempfänger (6) zur Erfassung des Objektes (O) in eine Verfassungsbetriebsart geschaltet. Das Objekt (O) wird erfasst, wenn das von dem mindestens eine Lichtempfänger (6) erfasste Licht das von dem mindestens eine Lichtsender (A–F) ausgestrahlte Licht umfasst, welches von dem Objekt (O) reflektiert wird. Zur Bestimmung des Abstands (h) wird mindestens einer des mindestens einen Lichtempfängers (6) in eine Abstandsmessbetriebsart geschaltet, welche sich von der Erfassungsbetriebsart unterscheidet Abhängig von einer Information, wie das Licht, welches von dem mindestens einen Lichtsender (A–F) ausgestrahlt und von dem Objekt (O) reflektiert wird, von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfasst wird, wird der Abstand (h) bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Sensorsystem, um für ein Fahrzeug ein Objekt zu erfassen und/oder um einen Abstand zwischen einem Objekt und dem Fahrzeug zu bestimmen.
Die EP 2 314 427 A2 beschreibt eine Bewegungsdetektion von Objekten in einem Überwachungsraum. Dabei arbeitet ein Lichtsender entweder im Pulsbetrieb oder kontinuierlich, wobei eine Entfernungsmessung mittels eines Pulsmessverfahrens durchgeführt wird. Ein Lichtsender, der zuvor der Entfernungsmessung diente, wird bei der Bewegungsdetektion nicht verwendet. Als Lichtempfänger wird eine Anordnung von (beispielsweise 8·8) Fotodioden offenbart.
Die DE 10 2007 050 094 A1 beschreibt eine Schließvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ein optischer Sensor erfasst Objekte, welche sich dem Fahrzeug annähern. Bei vorliegender Schließberechtigung führt eine Berührung eines kapazitiven Näherungssensors zu einer Entriegelung eines Schlosses.
Die DE 10 2009 023 594 A1 offenbart ein Verfahren zur automatischen Betätigung eines Schließelements eines Fahrzeugs. Dabei erfolgt die automatische Betätigung des Schließelements nur, wenn sowohl ein kapazitiver Sensor als auch ein optischer Sensor zumindest einen Teil einer Bewegung eines vorgegebenen Bewegungsprofils erfassen.
Die DE 10 2004 021 505 B3 beschreibt eine Vorrichtung, um elektrische oder elektromechanische Einrichtungen an oder in einem Fahrzeug zu betätigen, welche mit einem Sensor, der auf Annäherung oder Berührung anspricht und entweder kapazitiv oder optisch wirksam ist, arbeitet.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Objekt, welches sich einem Fahrzeug nähert, zu erfassen und/oder einen Abstand zwischen dem Fahrzeug und diesem Objekt zu bestimmen. Dabei soll die Qualität im Vergleich zum Stand der Technik erhöht werden, ohne dass der Energieverbrauch ansteigt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Abstands zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug nach Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung eines Abstands zwischen dem Objekt und einem Fahrzeug nach Anspruch 3, durch ein Verfahren zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung des Abstands zwischen dem Objekt und einem Fahrzeug nach Anspruch 5, durch ein Sensorsystem zur Bestimmung eines Abstands zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug nach Anspruch 8, durch ein Sensorsystem zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung eines Abstands zwischen dem Objekt und einem Fahrzeug nach Anspruch 9 und durch ein Sensorsystem zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung eines Abstands zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Verfahren zur Bestimmung eines Abstands zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug bereitgestellt. Dabei wird Licht von einem oder von mehreren Lichtsendern unter einem vorgegebenen Abstrahlwinkel von dem Fahrzeug weg ausgestrahlt. Wenn sich ein Objekt dem Fahrzeug nähert, wird das von den Lichtsendern ausgestrahlte Licht von dem Objekt reflektiert und von einem oder von mehreren Lichtempfängern unter einem vorgegebenen Einfallwinkel erfasst. Der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt wird abhängig von dem Abstrahlwinkel, dem Einfallwinkel und einem Abstand zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger bestimmt.
Wenn das Licht unter einem vorgegebenen Abstrahlwinkel ausgestrahlt, von dem Objekt reflektiert und von dem Lichtempfänger mit einem vorgegebenen Einfallwinkel erfasst wird, bilden der Lichtsender, die Stelle, an welcher das Licht an dem Objekt reflektiert wird, und der Lichtempfänger ein Dreieck. Die Winkel dieses Dreiecks sind bekannt, da sich der dritte Winkel an der Stelle, an welcher das Licht an dem Objekt reflektiert wird, abhängig von den beiden anderen Winkeln, nämlich dem Abstrahlwinkel und dem Einfallwinkel, berechnen lässt. Da der Abstand zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger ebenfalls bekannt ist, können alle Seiten des Dreiecks bestimmt werden. Somit kann auch die Höhe des Dreiecks für diejenige Seite des Dreiecks, welche den Lichtsender und den Lichtempfänger verbindet, berechnet werden. Da diese Höhe dem Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt entspricht, kann demnach der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt abhängig von dem Abstrahlwinkel, dem Einfallwinkel und dem Abstand zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger bestimmt werden.
Dieses erfindungsgemäße erste Verfahren zur Bestimmung des Abstands bietet im Vergleich zu dem nach dem Stand der Technik bekannten Pulsmessverfahren eine höhere Messgenauigkeit, ohne dass es dabei zu einem höheren Energieverbrauch kommt.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden mehrere Lichtsender und mehrere Lichtempfänger eingesetzt. Dabei strahlt jeder dieser Lichtsender sein Licht unter einem jeweils für den jeweiligen Lichtsender individuellen Abstrahlwinkel ab, was auch als gerichtete Beleuchtung bezeichnet wird. In ähnlicher Weise empfängt jeder dieser Lichtempfänger Licht unter einem jeweils für den jeweiligen Lichtempfänger individuellen Einfallwinkel. Wenn nun einer der Lichtempfänger ein Licht von einem der Lichtsender empfängt, muss dieses Licht von einem Objekt reflektiert worden sein. Beispielsweise aufgrund einer für jeden Lichtsender individuellen Modulation des Lichtes kann der Lichtempfänger erkennen, von welchem der Lichtsender er das Licht empfangen hat. Anhand des sendenden Lichtsenders und anhand des empfangenden Lichtempfängers sind der Abstrahlwinkel (entspricht dem individuellen Abstrahlwinkel des sendenden Lichtsenders) und der Einfallwinkel (entspricht dem individuellen Einfallwinkel des empfangenden Lichtempfängers) und der Abstand zwischen dem sendenden Lichtsender und dem empfangenden Lichtempfänger bekannt. Wie oben ausgeführt ist, kann dann der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt bestimmt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein zweites Verfahren zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung eines Abstands zwischen dem Objekt und einem Fahrzeug bereitgestellt. Dabei wird Licht von einem oder von mehreren Lichtsendern von dem Fahrzeugweg ausgestrahlt. Wenn dieses Licht entsprechend von einem sich dem Fahrzeug nähernden Objekt reflektiert wird, wird dieses Licht von einem oder von mehreren Lichtempfängern erfasst. Zusätzlich werden Messergebnisse von einem kapazitiven Sensor, welcher sich insbesondere in unmittelbarer Nähe der Lichtempfänger (und auch Lichtsender) befindet, erfasst. Abhängig von einer Auswertung des von dem mindestens einen Lichtempfänger erfassten Lichtes wird das Objekt erfasst und/oder der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt bestimmt. Diese Auswertung erfolgt dabei in Abhängigkeit von den Messergebnissen des kapazitiven Sensors.
Durch dieses zweite erfindungsgemäße Verfahren können beispielsweise bestimmte Umwelteinflüsse, wie Starkregen oder Schneefall, durch den kapazitiven Sensor erfasst werden. Anschließend können bei der Auswertung der Messergebnisse des optischen Sensors, welcher durch die Kombination des mindestens einen Lichtsenders mit dem mindestens einen Lichtempfänger realisiert ist, diese Umwelteinflüsse vorteilhafterweise berücksichtigt werden, wodurch die Qualität der Objekterfassung bzw. Abstandsbestimmung gesteigert wird, ohne dass dafür ein größerer Energieverbrauch benötigt wird.
Dazu werden die Messergebnisse des oder der Lichtempfänger insbesondere in Abhängigkeit von den Messergebnissen des kapazitiven Sensors gefiltert.
Bei den Messergebnissen der Lichtempfänger handelt es sich beispielsweise um elektrische Spannungen von Fotodioden, während der kapazitive Sensor eine Kapazität (insbesondere von der Fahrzeughülle zum Boden) misst, welche sich beispielsweise durch Regen oder Schnee verändert, und diese Kapazitätswerte als Messergebnisse zur Verfügung stellt.
Wenn beispielsweise Regen über den kapazitiven Sensor (und damit über den optischen Sensor) läuft, ändert sich die Kapazität des kapazitiven Sensors abhängig von der aktuell über dem kapazitiven Sensor befindlichen Wassermenge. Da diese Wassermenge in ähnlicher Weise auch den optischen Sensor beeinflusst, können die Messergebnisse des kapazitiven Sensors quasi eingesetzt werden, um die Messergebnisse des optischen Sensors zu filtern, so dass in den gefilterten Messergebnissen die Auswirkungen des Regens (und in ähnlicher Weise des Schnees oder Wasser einer Waschstraße) herausgefiltert sind. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, indem Frequenzen, mit welchen die von dem kapazitiven Sensor gemessene Kapazität schwankt, aus den Messergebnissen des optischen Sensors herausgefiltert werden.
Dadurch wird vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass es aufgrund von Regen oder Schnee oder beispielsweise in einer Waschstraße zu Fehlinterpretationen der Messergebnisse des optischen Sensors kommt, reduziert. Dadurch kann beispielsweise eine Annäherung eines Objektes auch bei starkem Regen sensiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein drittes Verfahren zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung eines Abstands zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug bereitgestellt. Auch bei diesem dritten Verfahren wird Licht von einem oder von mehreren Lichtsendern ausgestrahlt und von einem oder von mehreren Lichtempfängern erfasst. Dabei arbeitet der oder arbeiten die Lichtempfänger zur Erfassung eines Objekts in einer Erfassungsbetriebsart. Das Objekt wird dann erfasst, wenn einer der Lichtempfänger ein Licht von einem der Lichtsender erfasst, welches demnach von einem Objekt reflektiert sein muss. Um den Abstand zwischen dem Fahrzeug bzw. dem optischen Sensor und dem Objekt zu bestimmen, wird mindestens ein Lichtempfänger des mindestens einen Lichtempfängers in eine Abstandsmessbetriebsart geschaltet, welche sich von der Erfassungsbetriebsart unterscheidet. Mit anderen Worten wird der Lichtempfänger in die Abstandsmessbetriebsart geschaltet, wenn das dritte Verfahren nur mit einem Lichtempfänger arbeitet, und es wird/werden einer oder mehrere der Lichtempfänger in die Abstandsmessbetriebsart geschaltet, wenn das dritte Verfahren mit mehreren Lichtempfängern arbeitet. Abhängig von einer Information, wie das Licht, welches von einem der Lichtsender ausgestrahlt und von dem Objekt reflektiert wird, von dem mindestens einen Lichtempfänger erfasst wird, wird der Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Objekt bestimmt.
Beispielsweise kann das dritte Verfahren zur Bestimmung des Abstandes das erste erfindungsgemäße Verfahren einsetzen. Während zur Bestimmung des Abstandes beispielsweise nur bestimmte der Lichtempfänger in der Abstandsmessbetriebsart arbeiten, arbeiten zur Erfassung des Objektes in der Regel alle Lichtempfänger in der Erfassungsbetriebsart, in welcher die Lichtsender insbesondere eine diffuse Beleuchtung erzeugen. Dadurch kann vorteilhafterweise der Energieverbrauch im Vergleich zu einem optischen Sensor, bei welchem alle Fotodioden zur Erfassung des Abstands arbeiten, gesenkt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein erstes Sensorsystem zur Bestimmung eines Abstands zwischen einem Objekt und einem Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst das Sensorsystem einen oder mehrere Lichtsender, einen oder mehrere Lichtempfänger und eine Auswerteeinrichtung. Der oder die Lichtsender strahlen ihr Licht unter einem vorgegebenen Abstrahlwinkel aus, um dadurch ein Objekt anzustrahlen, welches sich dem optischen Sensor nähert, und um dadurch den Abstand zu diesem Objekt zu bestimmen. Das Licht, welches von dem mindestens einen Lichtsender ausgestrahlt und von dem Objekt reflektiert wird, wird unter einem vorgegebenen Einfallwinkel von einem der Lichtempfänger erfasst. Die Auswerteeinrichtung ist ausgestaltet, um den Abstand zwischen dem ersten Sensorsystem (und damit zwischen dem Fahrzeug) und dem Objekt abhängig von dem Abstrahlwinkel, dem Einfallwinkel und einem Abstand zwischen dem entsprechenden Lichtsender, welcher das Licht in dem Abstrahlwinkel ausgestrahlt hat, und dem entsprechenden Lichtempfänger, welcher das Licht unter dem entsprechenden Einfallwinkel empfangen hat, zu bestimmen.
Bezüglich weiterer Ausführungen bezüglich des ersten Sensorsystems sei auf die Beschreibung des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein zweites Sensorsystem bereitgestellt, um ein Objekt zu erfassen und/oder um einen Abstand zwischen einem Objekt und dem Sensorsystem bzw. einem Fahrzeug zu bestimmen. Auch dieses zweite Sensorsystem umfasst einen oder mehrere Lichtsender, einen oder mehrere Lichtempfänger und eine Auswerteeinrichtung. Der oder die Lichtsender strahlen ein Licht aus, welches dann von einem Objekt, welches sich in der entsprechenden Nähe zu dem zweiten Sensorsystem befindet, reflektiert wird. Die Auswerteeinrichtung wertet Messergebnisse des mindestens einen Lichtempfängers aus, welcher Licht erfasst, welches von dem mindestens einen Lichtsender ausgestrahlt und von dem Objekt reflektiert worden ist. Abhängig von der Auswertung entscheidet die Auswerteeinrichtung, ob ein Objekt erfasst worden ist, und/oder bestimmt die Auswerteeinrichtung den Abstand zwischen dem Objekt und dem zweiten Sensorsystem. Dabei werden Messergebnisse des kapazitiven Sensors der Auswerteeinrichtung zugeführt, so dass die Auswertung der Messergebnisse des mindestens einen Lichtsenders abhängig von den Messergebnissen des kapazitiven Sensors erfolgt.
Bezüglich weiterer Ausführungen bezüglich des zweiten Sensorsystems sei auf die Beschreibung des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein drittes Sensorsystem zur Erfassung eines Objektes und/oder zur Bestimmung eines Abstandes zwischen einem Objekt und dem Sensorsystem bzw. einem Fahrzeug beschrieben. Wiederum umfasst das dritte Sensorsystem einen oder mehrere Lichtsender, einen oder mehrere Lichtempfänger und eine Auswerteeinrichtung. Der oder die Lichtsender strahlen Licht aus, um dadurch ein Objekt anzustrahlen, welches sich in einer gewissen Nähe zu dem optischen Sensor bzw. dem Fahrzeug befindet. Ein von dem Objekt reflektiertes Licht wird von dem oder den Lichtempfängern erfasst. Das dritte Sensorsystem betreibt den oder die Lichtempfänger zur Erfassung des Objektes in einer Erfassungsbetriebsart. Das dritte Sensorsystem erfasst das Objekt, wenn es sich bei dem Licht, welches einer der Lichtempfänger erfasst, um ein von einem der Lichtsender ausgestrahltes Licht handelt, welches demnach von dem Objekt reflektiert worden ist. Dagegen schaltet das Sensorsystem zur Bestimmung des Abstands zwischen dem dritten Sensorsystem und dem Objekt mindestens einen des mindestens einen Lichtempfängers in eine Abstandsmessbetriebsart, welche sich von der Erfassungsbetriebsart unterscheidet. Abhängig von einer Information, wie das Licht, welches von einem der Lichtsender ausgestrahlt und von dem Objekt reflektiert wird, von dem oder den Lichtempfängern erfasst wird, bestimmt die Auswerteeinrichtung den Abstand zwischen dem Sensorsystem und dem Objekt.
Bezüglich weiterer Ausführungen bezüglich des dritten Sensorsystems sei auf die Beschreibung des dritten erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Bei allen drei erfindungsgemäßen Sensorsystemen kann der mindestens eine Lichtempfänger mehrere Fotodioden umfassen, welche in der Form einer Matrix angeordnet sind. Darüber hinaus kann der mindestens eine Lichtsender der drei Sensorsysteme mehrere Lichtsender umfassen, welche rechts und links neben der Matrix angeordnet sind.
Dabei wird unter einer Matrix eine zeilenförmige und eine spaltenförmige Anordnung der Lichtempfänger verstanden, so dass die Matrix n Zeilen und m Spalten aufweist, so dass jeder Lichtempfänger durch die Angabe einer Zeile und einer Spalte adressierbar ist. Beispielsweise kann die Matrix acht Zeilen und acht Spalten und somit 64 Fotodiode umfassen, wobei die Fotodioden einer Zeile/Spalte in der Regel auf einer Geraden angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden in der Abstandsmessbetriebsart nur diejenigen Fotodioden aktiviert, welche in derselben Zeile (oder Diagonale) der Matrix angeordnet sind. Eine erste Hälfte der Lichtsender ist dabei seitlich neben einem ersten Rand der Matrix angeordnet, während eine zweite Hälfte der Lichtsender seitlich neben einem zweiten Rand der Matrix angeordnet ist. Dabei liegen sowohl der erste Rand als auch der zweite Rand senkrecht zu der Zeile der Fotodioden, welche in die Abstandsmessbetriebsart zur Abstandsmessung geschaltet werden, und der erste Rand liegt dem zweiten Rand gegenüber.
Je nach optimaler Ausrichtung einer Linse des optischen Sensors, welche die Matrix der Fotodioden überdeckt, werden die in einer Zeile/Spalte oder in einer Diagonale liegenden Fotodioden in der Abstandsmessbetriebsart aktiviert. Nicht eingesetzte Fotodioden können dabei auch eingespart werden, so dass Lücken in der Matrix vorhanden sein können.
Es sei darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgemäßes Sensorsystem auch Eigenschaften verschiedener der drei oben beschriebenen Sensorsysteme umfassen kann. Dabei sind alle denkbaren Permutationen technisch möglich, so dass ein erfindungsgemäßes Sensorsystem die Eigenschaften des ersten und des zweiten Sensorsystems, die Eigenschaften des ersten und des dritten Sensorsystems, die Eigenschaften des zweiten und des dritten Sensorsystems oder die Eigenschaften des ersten, des zweiten und des dritten Sensorsystems kombinieren oder aufweisen kann.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches ein erfindungsgemäßes Sensorsystem umfasst.
Durch die vorliegende Erfindung wird insbesondere ein Gesamtstromverbrauch des erfindungsgemäßen Sensorsystems nicht zuletzt durch den Einsatz von Hardware-Modulen mit minimaler Stromaufnahme im Vergleich zum Stand der Technik sowohl bei einem abgestellten als auch bei einem im Betrieb befindlichen Fahrzeug verringert. Durch die erfindungsgemäße Erkennung von Annäherungen an das Sensorsystem können Objekte klassifiziert werden, so dass Hände oder Füße von anderen Gegenständen, wie beispielsweise einem Koffer oder einer Tasche, unterschieden werden können, wodurch die Gestikerkennung verbessert wird, so dass beispielsweise auch Standgesten als Öffnungswunsch interpretiert werden können. Insbesondere durch den Einsatz der kapazitiven Sensoren kann das Umfeld am Sensor wesentlich besser erfasst werden.
Durch den Einsatz optischer Sensoren können anhand erfasster Bewegungsmuster auch Objekte, wie beispielsweise vorbeifahrende Fahrzeuge oder am Fahrzeug vorbeigehende Fußgänger, ausgeschlossen werden. Anders ausgedrückt wird erfindungsgemäß unterschieden, ob sich eine Person, welche das Fahrzeug benutzen will, dem Fahrzeug nähert oder ob sich ein Objekt aus anderen Gründen (insbesondere zufällig) dem Fahrzeug nähert. Eine Umschaltung in die Abstandsmessbetriebsart erfolgt vorteilhafterweise nur dann, wenn sich eine Person, welche das Fahrzeug benutzen will, dem Fahrzeug nähert.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Betätigung eines Schließelements (z. B. einer Tür, einer Klappe) eines Fahrzeugs geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist. Darüber hinaus ist der Einsatz der vorliegenden Erfindung auch außerhalb des Gebietes der Bewegungsmittel, beispielsweise zur Betätigung einer Gebäudetür, denkbar.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt ein erfindungsgemäßes Sensorsystem mit einem optischen und einem kapazitiven Sensor dar.
In 2 sind schematisch die verschiedenen Funktionsblöcke eines optischen Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In 3 sind Lichtsender mit verschiedenen Abstrahlwinkeln gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In 4a sind Lichtempfänger mit verschiedenen Einfallwinkeln gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In 4b sind 64 Fotodioden, welche in Form einer Matrix angeordnet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In 5 ist schematisch dargestellt, wie der Abstand zu einem Objekt abhängig von dem Abstrahlwinkel, dem Einfallwinkel und einem Abstand gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt wird.
In 6 ist ein Zustandsübergangsdiagramm eines erfindungsgemäßen Sensorsystems dargestellt.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Sensorsystem 20 von oben gesehen dargestellt, welches in der Mitte einen optischen Sensor 2 und mehrere um den optischen Sensor 2 herum gruppierte kapazitive Sensoren 1 umfasst. Diese kapazitiven Sensoren weisen jeweils eine gerichtete integrierte kapazitive Fläche (welche jeweils das Bezugszeichen 1) trägt auf. Jeder dieser kapazitiven Sensoren misst eine Kapazität zwischen der jeweiligen Fläche 1 und der Fahrbahn. Der optische Sensor 2 umfasst eine Matrix 5, welche ihrerseits aus 64 Fotodioden besteht, wie es später mit 4b noch im Detail erläutert wird. Rechts und links (in 1) neben dem optischen Sensor 2 befinden sich jeweils drei Lichtsender (Leuchtdioden, z. B. Infrarot-Leuchtdioden), welche die Bezugszeichen A–C bzw. D–F tragen. Der optische Sensor 2, die Lichtsender A–F und die kapazitiven Sensoren 1 befinden sich einem Sensorgehäuse 12 und sind nach oben von einem Glas 23 abgedeckt. Zur Verbindung mit einer Auswerteeinrichtung existiert ein Stecker 22. Während der optische Sensor 2 durch das Glas 23 sichtbar ist, erscheinen die kapazitiven Flächen 1 durch das Glas 23 unsichtbar. Die Länge (Rechts-Links-Richtung in 1) des Sensorsystems beträgt beispielsweise 5–12 cm und die Breite beträgt beispielsweise 1,5 bis 4 cm.
Die Funktionsweise eines optischen Sensors, welcher diesmal auch die Lichtsender umfasst, ist in 2 dargestellt. Ein Lichtsender bzw. eine Sendeeinheit 17 sendet Licht aus, welches in einem Sendepfad 18 moduliert wird und über eine Optik in die Umgebung 11 ausgestrahlt wird. Wenn sich in dem ausgestrahlten Licht an einer entsprechenden Stelle ein Objekt O befindet, wird das ausgestrahlte Licht von diesem Objekt O reflektiert, durchläuft wiederum die Optik 21 und gelangt über einen Empfangspfad 19 zu einer Empfangseinheit 16 einer Sensoreinheit 14. Messergebnisse der Empfangseinheit 16 (beispielsweise eine Matrix von Fotodioden) werden von der Logik 15 der Sensoreinheit 14 ausgewertet. Dabei stehen die Sendeeinheit 17, die Logik 15 und eine Schnittstelle 13 zum Bordnetz des Fahrzeugs elektronisch in Verbindung.
Insbesondere durch Einsatz einer geeigneten Logik 15 können die Eigenschaften der eingesetzten Fotodioden 6 frei konfiguriert werden.
In 3 ist schematisch dargestellt, in welcher Form die Lichtsender A–F ihr Licht zur Bestimmung eines Abstands ausstrahlen. Man erkennt, dass jeder Lichtsender A–F einen Lichtstrahl 3 unter einem für den jeweiligen Lichtsender A–F fest vorgegebenen Abstrahlwinkel α-γ abstrahlt.
Der optische Erfassungsbereich 24 (d. h. der Erfassungsbereich des optischen Sensors) überdeckt dabei einen Bereich in einem größeren Abstand von dem Sensorsystem als der kapazitive Erfassungsbereich 25 (d. h. der Erfassungsbereich der kapazitiven Sensoren 1), welcher nur einen Bereich in einem geringen Abstand von dem Sensorsystem erfasst.
Wenn die Abstrahlwinkel α-γ beispielsweise nicht größer als 3° sind, kann der Abstand vergleichsweise genau bestimmt werden. Wenn die Abstrahlwinkel α-γ dagegen größer als 10° sind, sinkt die Genauigkeit der Abstandsmessung, wobei allerdings die Größe des Erfassungsbereiches ansteigt. Mit anderen Worten kann durch die Wahl der Abstrahlwinkel α-γ Die Genauigkeit der Abstandsmessung und die Größe des Erfassungsbereiches eingestellt werden.
In 4a sind die Erfassungsbereiche 4 von acht Fotodioden 6 (siehe 4b) dargestellt. Man erkennt, dass jede Fotodiode nur Licht in einem bestimmten Raumwinkelbereich erfasst, wobei jede Fotodiode einen fest vorgegebenen Winkelbereich aufweist, in welchem sie Licht erfasst.
In 4b ist die bereits erwähnte Matrix 5 im Detail dargestellt. Man erkennt, dass die Fotodioden 6 in acht Zeilen 26 und acht Spalten 27 angeordnet sind. Dabei liegen diejenigen Fotodioden, deren Erfassungsbereiche 4 in 4a dargestellt sind, in derselben Zeile, welche sich waagrecht in 4b erstreckt, wobei eine Zeile in der Mitte (beispielsweise die vierte oder fünfte) bevorzugt wird.
In 5 ist im Detail dargestellt, wie der Abstand h zwischen dem Sensorsystem und dem Objekt O bestimmt wird.
Der Lichtsender A bzw. B strahlt sein Licht in einem fest vorgegebenen Abstrahlwinkel α bzw. β ab. Dieses Licht wird von einem Objekt in einem bestimmten Winkel α' bzw. β' reflektiert und gelangt dann in den Erfassungsbereich 4 einer bestimmten Fotodiode 6. Anhand von Eigenschaften des Lichtes (beispielsweise bestimmte Modulationsschemata) ist bekannt, von welchem Lichtsender A bzw. B die Fotodiode 6 das Licht erfasst hat. Dadurch sind der Abstrahlwinkel und der Einfallwinkel bekannt. Da auch der Abstand von jedem Lichtsender A bzw. B zu jeder der in der Abstandsmessbetriebsart betriebenen Fotodiode 6 bekannt ist, sind somit von einem Dreieck, welches von den Punkten P1 (entsprechender Lichtsender A bzw. B), P2 (entsprechende Stelle des Objektes O, an welcher der Lichtstrahl reflektiert wird) und P3 (das reflektierte Licht erfassende Fotodiode 6) gebildet wird, zwei Winkel α bzw. β sowie α'' bzw. β'' und die Länge einer Seite s' bzw. s'' bekannt. Da die Winkelsumme in einem Dreieck 180° beträgt, kann somit der fehlende dritte Winkel α' bzw. β' bestimmt werden. Über den Sinussatz lassen sich die Längen der beiden anderen Seiten a bzw. b und a' bzw. b' ebenfalls bestimmen. Über h = a·sinα oder h = b·sinβ lässt sich dann schließlich der Abstand h zum Objekt O bestimmen.
Durch eine entsprechende Wahl der Abstrahlwinkel und der Einfallwinkel kann der von dem Sensorsystem zu überwachende Bereich auf eine maximal benötigte Entfernung (beispielsweise 1 m) limitiert werden. Da der Erfassungsbereich des Sensorsystems maßgeblich von der eingesetzten Optik 21 (siehe 2) beeinflusst wird, kann der Erfassungsbereich durch den Austausch dieser Optik 21 vorteilhafterweise eingeschränkt oder erweitert werden. Daher sind die erfindungsgemäßen Sensorsysteme 20 derart ausgestaltet, dass die Optik 21 einfach ausgetauscht werden kann.
In 6 ist ein Zustandsübergangsdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Im Folgenden wird dieses Zustandsübergangsdiagramm eines erfindungsgemäßen Sensorsystems für eine Schiebetür eines Fahrzeugs beschrieben.
Aus einem Initialzustand Z0, in welchem die Sensoren ausgeschaltet sind, kommt das erfindungsgemäße Sensorsystem durch Einschalten E0 in einen Zustand Vorfeldüberwachung Z1, in welchem nur die Objekterfassung mittels des optischen Sensors aktiv ist.
Wenn die Schiebetür nach einer langen Pause von innen geöffnet wird, liegt ein erstes Ereignis E1 vor, durch welches das Sensorsystem in den zweiten Betriebsmodus BM2 (Betrieb bei geöffneter Schiebetür) gelangt. In diesem zweiten Betriebsmodus BM2 sind eine Hinderniserkennung und eine Gestikerkennung, mittels welcher ein Schließen der Schiebetür möglich ist, aktiv. Dazu arbeiten einige Fotodioden in der Abstandsmessbetriebsart, um den Abstand zwischen dem Objekt und dem Fahrzeug zu bestimmen.
Bei einem Time-out oder einer entsprechenden Gestik (Inaktiv), durch welche eine Bedienperson zu erkennen gibt, dass die Schiebetür länger offen gelassen werden soll, liegt ein zweites Ereignis E2 vor, durch welches das Zustandsübergangsdiagramm wieder in den Zustand Z1 zurückkehrt.
Wenn die Vorfeldüberwachung eine Person erfasst und die Schiebetür geschlossen ist, liegt ein drittes Ereignis E3 vor, durch welches ein Zustandsübergang vom Zustand Z1 in den ersten Betriebsmodus BM1 stattfindet. In diesem ersten Betriebsmodus ist die Schiebetür geschlossen und mittels Gestikerkennung ist ein Öffnen der Schiebetür sowie ein Entriegeln oder Verriegeln des Fahrzeugs möglich. Zur Gestikerkennung arbeiten einige Fotodioden in der Abstandsmessbetriebsart.
Bei einem Time-out, einer Verriegelung des Fahrzeugs oder einer entsprechenden Gestik (aus) liegt ein viertes Ereignis E4 vor, durch welches das Zustandsübergangsdiagramm in den Zustand Z1 zurückkehrt.
Durch eine Aktivierung des Öffnens der Schiebetür, beispielsweise durch eine entsprechende Gestik (Schiebetür öffnen), liegt ein fünftes Ereignis E5 vor, durch welches das Sensorsystem vom Zustand BM1 in den Zustand BM2 übergeht.
Durch eine Aktivierung des Schließens der Schiebetür, beispielsweise durch eine entsprechende Gestik (Schiebetür schließen), liegt ein sechstes Ereignis E5 vor, durch welches das Sensorsystem vom Zustand BM2 in den Zustand BM1 zurückkehrt.
Mittels des dargestellten Zustandsübergangsdiagramms werden Funktionen abhängig von bestimmten (erkannten) Ereignissen stufenweise für die entsprechenden Betriebsmodi BM1, BM2 hinzugeschaltet und insbesondere optimal zurückgeschaltet, um im Zustand Z1 möglichst wenig Energie zu verbrauchen. Auch im Zustand Vorfeldüberwachung Z1 lässt sich der Stromverbrauch reduzieren, indem der optische Sensor nur zyklisch (beispielsweise alle 30 ms) aktiviert wird.
7 stellt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dar, welches ein erfindungsgemäßes Sensorsystem 20 umfasst. Dabei umfasst das Sensorsystem seinerseits eine Auswerteeinrichtung 7 sowie einen kapazitiven Sensor 1 und einen optischen Sensor 2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2314427 A2 [0002]
DE 102007050094 A1 [0003]
DE 102009023594 A1 [0004]
DE 102004021505 B3 [0005]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Abstands (h) zwischen einem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10), wobei von mindestens einem Lichtsender (A–F) ein Licht unter einem vorgegebenen Abstrahlwinkel (α-γ) zu dem Objekt (O) ausgestrahlt wird, wobei das Licht, welches von dem mindestens einen Lichtsender (A–F) ausgestrahlt und von dem Objekt (O) reflektiert wird, von mindestens einem Lichtempfänger (6) unter einem vorgegebenen Einfallwinkel (α'', β'') erfasst wird, und wobei der Abstand (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) abhängig von dem Abstrahlwinkel (α-γ), dem Einfallwinkel (α'', β'') und einem Abstand (s'; s'') zwischen dem mindestens einen Lichtsender (A–F) und dem mindestens einen Lichtempfänger (6) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtsender mehrere Lichtsender (A–F) umfasst, dass ein Licht von jedem der Lichtsender (A–F) unter einem jeweils dem jeweiligen Lichtsender (A–F) zugeordneten Abstrahlwinkel (α-γ) zu dem Objekt (O) ausgestrahlt wird, dass der mindestens eine Lichtempfänger mehrere Lichtempfänger (6) umfasst, dass jeder der Lichtempfänger (6) Licht unter einem dem jeweiligen Lichtempfänger (6) zugeordneten Einfallwinkel (α'', β'') erfasst, und dass der Abstand (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) abhängig von dem Einfallwinkel (α'', β'') desjenigen der Lichtempfänger (6), welcher ein Licht erfasst, welches von einem der Lichtsender (A–F) ausgestrahlt und von dem Objekt (O) reflektiert wird, abhängig von dem Abstrahlwinkel (α-γ) desjenigen der Lichtsender (A–F), dessen Licht von dem Lichtempfänger (6) erfasst wird, und abhängig von dem Abstand (s'; s'') zwischen dem Lichtempfänger (6) und dem Lichtsender (A–F) bestimmt wird.
Verfahren zur Erfassung eines Objektes (O) und/oder zur Bestimmung eines Abstands (h) zwischen dem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10), wobei von mindestens einem Lichtsender (A–F) ein Licht zu dem Objekt (O) ausgestrahlt wird, wobei Licht mit mindestens einem Lichtempfänger (6) erfasst wird, wobei Messergebnisse von einem kapazitiven Sensor (1) erfasst werden, wobei abhängig von einer Auswertung des von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfassten Lichtes das Objekt (O) erfasst und/oder der Abstand (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) bestimmt wird, und wobei die Auswertung abhängig von Messergebnissen des kapazitiven Sensors (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung des von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfassten Lichtes Messergebnisse des mindestens einen Lichtempfängers (6) abhängig von den Messergebnissen des kapazitiven Sensors (1) gefiltert werden.
Verfahren zur Erfassung eines Objektes (O) und/oder zur Bestimmung des Abstands (h) zwischen dem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10), wobei von mindestens einem Lichtsender (A–F) ein Licht zu dem Objekt (O) ausgestrahlt wird, wobei Licht mit mindestens einem Lichtempfänger (6) erfasst wird, wobei zur Erfassung des Objektes (O) der mindestens eine Lichtempfänger (6) in eine Erfassungsbetriebsart geschaltet wird, wobei das Objekt (O) erfasst wird, wenn das von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfasste Licht das von dem mindestens einen Lichtsender (A–F) ausgestrahlte Licht umfasst, welches von dem Objekt (O) reflektiert wird, wobei zur Bestimmung des Abstands (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) mindestens einer des mindestens einen Lichtempfängers (6) in eine Abstandsmessbetriebsart geschaltet wird, welche sich von der Erfassungsbetriebsart unterscheidet, und wobei abhängig von einer Information, wie das Licht, welches von dem mindestens einen Lichtsender (A–F) ausgestrahlt und von dem Objekt (O) reflektiert wird, von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfasst wird, der Abstand (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtempfänger mehrere Fotodioden (6) umfasst, dass zur Erfassung des Objektes (O) alle Fotodioden (6) aktiviert werden, um abhängig von Messergebnissen dieser aktivierten Fotodioden (6) zu entscheiden, ob ein Objekt (O) erfasst wird, und dass zur Bestimmung des Abstands (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) nur ein Teil der Fotodioden (6) aktiviert wird, um abhängig von Messergebnissen dieser aktivierten Fotodioden (6) den Abstand (h) zwischen dem Fahrzeug (10) und dem Objekt (O) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Abstands (h) das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 eingesetzt wird.
Sensorsystem zur Bestimmung eines Abstands (h) zwischen einem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10), wobei das Sensorsystem (20) mindestens einen Lichtsender (A–F), mindestens einen Lichtempfänger (6) und eine Auswerteeinrichtung (7) umfasst, wobei der mindestens eine Lichtsender (A–F) ausgestaltet ist, um ein Licht unter einem vorgegebenen Abstrahlwinkel (α-γ) zu dem Objekt (O) auszustrahlen, wobei der mindestens eine Lichtempfänger (6) ausgestaltet ist, um Licht, welches von dem Objekt (O) reflektiert wird, unter einem vorgegebenen Einfallwinkel (α'', β'') zu erfassen, und wobei die Auswerteeinrichtung (7) ausgestaltet ist, um den Abstand (h) zwischen dem Sensorsystem (20) und dem Objekt (O) abhängig von dem Abstrahlwinkel (α-γ), dem Einfallwinkel (α'', β'') und einem Abstand (s'; s'') zwischen dem mindestens einen Lichtsender (A–F) und dem mindestens einen Lichtempfänger (6) zu bestimmen.
Sensorsystem zur Erfassung eines Objektes (O) und/oder zur Bestimmung eines Abstands (h) zu dem Objekt (O) für ein Fahrzeug (10), wobei das Sensorsystem (20) mindestens einen Lichtsender (A–F), mindestens einen Lichtempfänger (6), einen kapazitiven Sensor (1) und eine Auswerteeinrichtung (7) umfasst, wobei der mindestens eine Lichtsender (A–F) ausgestaltet ist, Licht zu dem Objekt (O) auszustrahlen und wobei die Auswerteeinheit ausgestaltet ist, abhängig von dem von dem mindestens einen Lichtempfänger (E) erfassten Licht und von einem Messergebnis des kapazitiven Sensors (1) das Objekt (O) zu erfassen und/oder den Abstand (h) zwischen dem Sensorsystem (20) und dem Objekt (O) zu bestimmen.
Sensorsystem zur Erfassung eines Objektes (O) und/oder zur Bestimmung eines Abstands (h) zwischen dem Objekt (O) und einem Fahrzeug (10), wobei das Sensorsystem (20) mindestens einen Lichtsender (A–F), mindestens einen Lichtempfänger (6) und eine Auswerteeinrichtung (7) umfasst, wobei der mindestens eine Lichtsender (A–F) ausgestaltet ist, um ein Licht zu dem Objekt (O) auszustrahlen, wobei der mindestens eine Lichtempfänger (6) ausgestaltet ist, um Licht zu erfassen, wobei das Sensorsystem (20) ausgestaltet ist, um den mindestens einen Lichtempfänger (6) zur Erfassung des Objektes (O) in einer Erfassungsbetriebsart zu betreiben, wobei das Sensorsystem (20) ausgestaltet ist, um das Objekt (O) zu erfassen, wenn das von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfasste Licht das von dem mindestens einen Lichtsender (A–F) ausgestrahlte Licht umfasst, welches von dem Objekt (O) reflektiert wird, wobei das Sensorsystem (20) ausgestaltet ist, um zur Bestimmung des Abstands (h) zwischen dem Sensorsystem (20) und dem Objekt (O) mindestens einen des mindestens einen Lichtempfängers (6) in einer Abstandsmessbetriebsart zu betreiben, welche sich von der Erfassungsbetriebsart unterscheidet, und wobei das Sensorsystem (20) ausgestaltet ist, um mittels der Auswerteeinrichtung (7) abhängig von einer Information, wie das Licht, welches von dem mindestens einen Lichtsender (A–F) ausgestrahlt und von dem Objekt (O) reflektiert wird, von dem mindestens einen Lichtempfänger (6) erfasst wird, den Abstand (h) zwischen dem Sensorsystem (20) und dem Objekt (O) zu bestimmen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lichtempfänger mehrere Fotodioden (6) umfasst, welche in Form einer Matrix (5) angeordnet sind, und dass der mindestens eine Lichtsender mehrere Lichtsender (A–F) umfasst, welche seitlich neben der Matrix (5) angeordnet sind.
Sensorsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotodioden (6) in Zeilen (26) und Spalten (27) in der Matrix (5) angeordnet sind, dass in der Abstandsmessbetriebsart nur die Fotodioden (6) aktiviert werden, welche in derselben vorbestimmten Zeile der Matrix (5) angeordnet sind, dass eine erste Hälfte der Lichtsender (A–C) seitlich neben einem ersten Rand der Matrix (5) angeordnet ist, welcher senkrecht zu der Zeile liegt, und dass eine zweite Hälfte der Lichtsender (D–F) seitlich neben einem zweiten Rand der Matrix (5) angeordnet ist, welcher senkrecht zu der Zeile liegt und gegenüber dem ersten Rand der Matrix (5) liegt.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (20) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 ausgestaltet ist.
Fahrzeug mit einem Sensorsystem (20) nach einem der Ansprüche 8–13.