DE102012221766B4

DE102012221766B4 - Integration eines optischen Sensors und eines Ultraschallsensors

Info

Publication number: DE102012221766B4
Application number: DE102012221766.5A
Authority: DE
Inventors: David Bartylla; Attila Kovacs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: DE102012221766A1

Abstract

Vorrichtung (1) aufweisend- mindestens einen Ultraschallsensor (2) und- mindestens einen optischen Sensor (3),- wobei der mindestens eine Ultraschallsensor (2) ein Gehäuse (4) aufweist, und- wobei der mindestens eine Ultraschallsensor (2) und der mindestens eine optische Sensor (3) so ineinander integriert sind, dass der optische Sensor (3) innerhalb des Gehäuses (4) des Ultraschallsensors (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bei der ein Ultraschallsensor und ein optischer Sensor ineinander integriert sind und ein Fahrerassistenzsystem mit der Vorrichtung.
Stand der Technik
Aus der Schrift DE 10 2008 061 301 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem bekannt, das einen Radarsensor und einen optischen Sensor aufweist. Dabei erfasst der Radarsensor Objekte im Umfeld eines Fahrzeugs. Die entsprechenden Objektdaten werden an ein Steuergerät weitergeleitet. Der optische Sensor erfasst optische Daten der Objekte. Mit Hilfe der optischen Daten wird im Steuergerät die Validierung der Objektdaten des Radarsensors durchgeführt, damit das Fahrerassistenzsystem gegebenenfalls Fahreingriffe durchführen kann. Zusätzlich kann ein Ultraschallsensor vorhanden sein. Der Radarsensor, der optische Sensor und der Ultraschallsensor befinden sich in diesem Fahrerassistenzsystem an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs.
In der Schrift DE 102 55 797 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung der vorausliegenden Umgebung eines Straßenfahrzeugs mittels eines Umgebungserfassungssystems beschrieben. Das Umgebungserfassungssystem kann dabei aus einem Stereokamerasystem, einem Radarsensor in Verbindung mit einer Kamera, einer Kombination eines IR-Lasers und einer Kamera oder einem Ultraschallsensor in Verbindung mit einer Kamera bestehen. Mit Hilfe von Sensordatenverarbeitung werden Objekte erfasst, die sich im Aufnahmebereich des Umgebungserfassungssystems befinden. Das Verfahren bei dem das Umgebungserfassungssystem verwendet wird, erfasst lediglich die vorausliegende Umgebung des Straßenfahrzeugs. Die einzelnen Sensoren des Umgebungserfassungssystems sind hier an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs angesiedelt.
Die Schrift DE 102 41 464 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Umfeldüberwachung eines Fahrzeugs mit einer Kamera zur Erfassung der Fahrzeugumgebung und einer Sensorvorrichtung zur Erfassung von Hindernissen außerhalb des Kamerablickfeldes. Die Sensorvorrichtung kann dabei einen Ultraschallsensor aufweisen. Die Kamera und die Sensorvorrichtung decken unterschiedliche Bereiche des Umfeldes ab und sind an unterschiedlichen Stellen am Fahrzeug verbaut.
Fahrerassistenzsysteme verwenden seit langem Ultraschallsensoren. Seit kurzer Zeit werden zu diesem Zweck auch verstärkt Kamerasysteme eingesetzt. Abhängig von der Auflösung und Anzahl der Kameras können einige Objekte jedoch nicht erkannt werden, z. B. eine strukturlose, einfarbige Wand.
Das Dokument DE 10 2011 006 068 A1 offenbart eine Baugruppe für ein Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug, wobei in die Baugruppe mindestens ein Ultraschallsensor und mindestens ein Bildsensor integriert sind.
Die vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung mit einem Ultraschallsensor und einem optischen Sensor kompakter und platzsparender zu gestalten.
Offenbarung der Erfindung
Die vorstehende Aufgabe wird gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung ist in einem Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 11 einsetzbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus mindestens einem Ultraschallsensor und mindestens einem optischen Sensor, wobei der mindestens eine Ultraschallsensor und der mindestens eine optische Sensor ineinander integriert sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass sie kompakt und platzsparend ist, da sich der Ultraschallsensor und der optische Sensor im selben Bereich des Fahrzeugs befinden.
Vorzugsweise ist der optische Sensor annähernd messachsengleich zum Ultraschallsensor angeordnet und weist annähernd eine gleiche Messrichtung wie der Ultraschallsensor auf, wobei der Öffnungswinkel der beiden Sensoren für die Messungen unterschiedlich sein kann.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Daten der jeweiligen Sensoren zur Validierung der Daten des jeweils anderen Sensors direkt miteinander verglichen werden können. Es sind somit keine aufwendigen Transformationen der Koordinatensysteme der einzelnen Sensoren notwendig, um die Messdaten miteinander zu vergleichen.
Erfindungsgemäß weist der Ultraschallsensor ein Gehäuse auf.
Der Vorteil dabei ist, dass die Abmaße des Ultraschallsensors die Größe der Vorrichtung im Wesentlichen begrenzen.
Zweckmäßigerweise ist eine Membran des Ultraschallsensors Teil des Gehäuses der Vorrichtung. Der Vorteil dabei ist, dass die Membran flächenbündig im Gehäuse befestigt ist und somit die Abstrahlcharakteristik des Ultraschallsensors nicht durch das Gehäuses beeinflusst wird.
Es ist weiterhin möglich, dass eine Linse, die dem optischen Sensor zugeordnet ist, in die Membran des Ultraschallsensors eingefügt ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Linse direkt in den Ultraschallsensor integriert ist und als Teil der Membran mitschwingen kann, aber nicht muss.
Zweckmäßigerweise ist eine Piezokeramik an der Membran angeordnet, die den Ultraschallsensor anregt. Die Piezokeramik ist weiterhin mit einem Dämpfungsmaterial umgeben. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Schwingungen des Ultraschallsensors nach Beenden der Sendephase zügig gestoppt werden, um Signale von reflektierenden Objekten störungsfrei empfangen zu können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass zwischen Dämpfungsmaterial und einem optischen Weg, der parallel zur Messrichtung vom optischen Sensor zur Linse verläuft, eine Begrenzung vorhanden ist. Dadurch wird verhindert, dass das Dämpfungsmaterial die Sicht des optischen Sensors beeinflusst oder sogar behindert.
Weiterhin weist die Begrenzung einen elastischen Bereich auf. Vorteilhafterweise befindet sich der elastische Bereich der Begrenzung an dem Endabschnitt der Begrenzung, der der Membran zugewandt ist. Der Vorteil hierbei ist, dass die Schwingungseigenschaften der Membran nicht beeinflusst werden.
Vorteilhafterweise ist das Gehäuse elastisch gelagert um Störeinflüsse von außen auf den Ultraschallsensor zu verringern oder abzufangen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Fahrerassistenzsystem verwendet werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Sensorsystem sehr platzsparend aufgebaut werden kann und dass die Daten der jeweiligen Sensoren ohne aufwendige Umrechnungen weiterverarbeitet werden können. Die Daten des optischen Sensors können direkt mit den Daten des Ultraschallsensors validiert werden und umgekehrt, sodass besonders kontrastarme Hindernisse durch die Kombination aus Ultraschalldaten und optischen Sensordaten sicher erkannt werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt und bei der mindestens ein Ultraschallsensor und mindestens ein optischer Sensor ineinander integriert sind und
2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung bei der mindestens ein Ultraschallsensor und mindestens ein optischer Sensor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

1 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung 1 mit einem Ultraschallsensor 2 und einem optischen Sensors 3. Der Ultraschallsensor 2 und der optische Sensor 3 sind dabei ineinander integriert. Der Ultraschallsensor 2 weist ein topfförmiges Gehäuse 4 auf, an dessen Öffnung ein ringförmiger Flansch 12 angebracht ist. Der Flansch 12 des Gehäuses 4 ist über Gummielemente 13 auf einer Platine 10, die eine nicht dargestellte Auswerteelektronik aufweist, angebracht. Das Gehäuse 4 ist somit elastisch auf der Platine 10 gelagert, um Störeinflüsse von außen, z. B. Schwingungen der Karosserie, zu unterbinden. Des Weiteren ist ein Haltering 15 vorhanden, z. B. aus Kunststoff oder Aluminium, der an den Gummielementen 13 anliegt, um das Gehäuse 4 zu fixieren. Der Haltering 15 gewährleistet dabei die mechanische Stabilität der Vorrichtung gegenüber z. B. einer Zugbelastung am Membrantopf. Im Boden des Gehäuses 4 ist eine Membran 5 eingefügt. Eine ringförmige Piezokeramik 7 ist an der Innenseite der Membran 5 innerhalb des Gehäuses 4 angebracht. Die Piezokeramik 7 ist mit Hilfe von Verbindungen 18, z. B. Kabeln, mit der nicht dargestellten Auswerteelektronik der Platine 10 verbunden. Zu Dämpfungszwecken wird die Piezokeramik 7 mit einem Material 8 umgeben, um Schwingungen der Membran 5 nach Aussenden des Ultraschallsignals zu stoppen. Das Dämpfungsmaterial 8 kann hierbei aus einem Schaum, z. B. Fermasil oder einem leichten und weichen Vollmaterial, das gute Dämpfungseigenschaften aufweist, bestehen. Der optische Sensor 3 weist eine Kamera 16 auf, die nahezu mittig in Messrichtung des Ultraschallsensors 2 innerhalb des Gehäuses 4 auf der Platine 10 angeordnet ist. Eine Linse 6 des optischen Sensors 3 ist in eine mittige Aussparung der Membran 5 eingefügt. Die Linse 6 ist dabei, z. B. durch Kleben oder Einpressen in der Aussparung der Membran 5 befestigt. Dadurch ist es möglich, dass die Linse 6 bei Signalerzeugung des Ultraschallsignals mitschwingt. Von der Kamera 16 zur Linse 6 erstreckt sich ein optischer Weg 9, der seitlich eine Begrenzung 17 aufweist. Die Begrenzung 17 kann rohrförmig oder schlauchförmig sein und teilweise aus elastischem Material bestehen. Durch die Begrenzung 17 wird verhindert, dass Dämpfungsmaterial 8 in den optischen Weg 9 gelangt und die optischen Daten, die mit der Kamera 16 aufgenommen werden können, beeinflusst. Um die Schwingungseigenschaften der Membran 5 nicht zu beeinträchtigen, befindet sich der elastische Bereich der Begrenzung 17 an dem Endabschnitt der Begrenzung 17, der der Membran 5 zugewandt ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zu 1 kann die Linse 6 die Membran 5 ersetzen. Die Dicke der Linse wird dabei sowohl den optischen Anforderungen, z. B. Fokus, als auch den mechanischen Anforderungen, z. B. Resonanzfrequenz angepasst. Die Begrenzung 17 ist so ausgebildet, dass ein Ausgleich zwischen idealer Dämpfungseigenschaft des Dämpfungsmaterials 8 und des optischen Wegs 9 gefunden wird.
2 zeigt eine alternative Vorrichtung. Der Unterschied zur Vorrichtung in 1 ist, dass der Ultraschallsensor 2 und der optische Sensor 3 nicht ineinander integriert sind, sondern nebeneinander in einem Gehäuse 4 angeordnet sind. Es handelt sich somit in 2 um einen unsymmetrischen Aufbau. An der Öffnung des gemeinsamen topfförmigen Gehäuse 4 ist ein ringförmiger Flansch 12 angebracht. Der Flansch 12 des Gehäuses 4 ist über Gummielemente 13 auf einer Platine 10, die eine nichtdargestellte Auswerteelektronik aufweist, angebracht. Ein Haltering 15 ist an den Gummielementen 13 angeordnet, um das Gehäuse 4 zu fixieren. Die Membran 5 ist im Boden des Gehäuses 4 eingefügt. Die ringförmige Piezokeramik 7 ist an der Innenseite der Membran 5 innerhalb des Gehäuses 4 angebracht und von einem Dämpfungsmaterial 8 umgeben. Die Kamera 16 des optischen Sensors 3 ist seitlich in Messrichtung des Ultraschallsensors 2 innerhalb des Gehäuses 4 auf der Platine 10 angeordnet. Die Linse 6 ist in eine seitliche Aussparung der Membran 5 fluchtend zur Kamera 16 eingefügt. Die Linse 6 ist dabei in der Aussparung der Membran 5 durch Kleben oder Einpressen, etc. befestigt. Der optische Weg 9, der sich von der Kamera 16 zur Linse 6 erstreckt, ist dabei seitlich innerhalb des Gehäuses 4 durch eine Begrenzung 17 vom Ultraschallsensor 2 getrennt. Die Begrenzung 17 besteht aus einem starren Material, z. B. Aluminium. Dadurch ist es möglich, dass die Linse 6 bei der Erzeugung des Ultraschallsignals von der Membran 5 entkoppelt ist und nicht mitschwingt. Ideal wäre es, wenn das Gehäuse 4 und die Begrenzung 17 aus gleichem Material, also z. B. Aluminium bestehen.
In einem weiteren Detail zu 2 kann die Begrenzung 17 mit Hilfe eines teilweise elastischen Materials erfolgen. Der elastische Bereich des Materials befindet sich dabei an dem Endabschnitt, der der Membran 5 zugewandt ist. Somit kann die Linse 6 zur Erzeugung des Ultraschallsignals mitschwingen.
Die Vorrichtung 1 kann Teil eines nicht näher erläuterten Fahrerassistenzsystems sein, in dem ein Verfahren abläuft, um z.B. strukturlose Objekte einfacher und schneller zu erkennen. Die Vorrichtung 1 trägt dabei zu einem platzsparenden Aufbau des Fahrerassistenzsystems bei.

Claims

Vorrichtung (1) aufweisend - mindestens einen Ultraschallsensor (2) und - mindestens einen optischen Sensor (3), - wobei der mindestens eine Ultraschallsensor (2) ein Gehäuse (4) aufweist, und - wobei der mindestens eine Ultraschallsensor (2) und der mindestens eine optische Sensor (3) so ineinander integriert sind, dass der optische Sensor (3) innerhalb des Gehäuses (4) des Ultraschallsensors (2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (3) annähernd messachsengleich zum Ultraschallsensor (2) angeordnet ist und annähernd eine gleiche Messrichtung aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran (5) des Ultraschallsensors (2) Teil des Gehäuses (4) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linse (6), die dem optischen Sensor (3) zugeordnet ist, in die Membran (5) eingefügt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Piezokeramik (7) an der Membran (5) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezokeramik (7) von Dämpfungsmaterial (8) umgeben ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Dämpfungsmaterial (8) und einem optischen Weg (9) des optischen Sensors (3) eine Begrenzung (17) vorhanden ist, wobei der optische Weg (9) des optischen Sensors (3) parallel zur Messrichtung vom optischen Sensor (3) zur Linse (6) verläuft.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung (17) einen elastischen Bereich aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der elastische Bereich der Begrenzung (17) am Endabschnitt der Begrenzung (17) befindet, der der Membran (5) zugewandt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) elastisch gelagert ist.
Fahrerassistenzsystem mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.