DE102014111952A1

DE102014111952A1 - Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs, Fahrerassistenzsystem, Kraftfahrzeug sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102014111952A1
Application number: DE102014111952.5A
Authority: DE
Inventors: Erich Mok; Daniel Essig
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (1) zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Sendeeinrichtung (2), welche zum Aussenden eines Sendesignals (S) ansteuerbar ist, mit einer Empfangseinrichtung (3) zum Bereitstellen eines Empfangssignals (E) anhand des von einem Objekt (6) reflektierten Sendesignals (S) und mit einer Auswerteeinrichtung (5), welche dazu ausgelegt ist, das Empfangssignal (E) mit einer Abtastfrequenz abzutasten, wobei die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung (5) veränderbar ist, wobei die Sensorvorrichtung (1) eine Steuereinrichtung (4) aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Sendeeinrichtung (2) zum Verändern einer Frequenz des Sendesignals (S) und die Auswerteeinrichtung (5) zum Anpassen der Abtastfrequenz in Folge der veränderten Frequenz des Sendesignals (S) anzusteuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Sendeeinrichtung, welche zum Aussenden eines Sendesignals ansteuerbar ist, mit einer Empfangseinrichtung zum Bereitstellen eines Empfangssignals anhand des von einem Objekt reflektierten Sendesignals und mit einer Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das Empfangssignal mit einer Abtastfrequenz abzutasten, wobei die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung veränderbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrerassistenzsystem mit einer solchen Sensorvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrerassistenzsystem. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Sensorvorrichtungen, mit denen das Umfeld bzw. ein Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. Derartige Sensorvorrichtungen können beispielsweise dazu dienen, das Vorhandensein eines Objekts im Umfeld des Kraftfahrzeugs zu bestimmen. Solche Sensorvorrichtungen zum Erfassen eines Umfelds können beispielsweise Ultraschallsensoren, Radarsensoren, Laserscanner, optische Sensoren oder Regensensoren sein.
Die Sensorvorrichtung umfasst üblicherweise eine Sendeeinrichtung, mit der ein Sendesignal ausgesendet werden kann. Darüber hinaus umfasst die Sensorvorrichtung eine Empfangseinrichtung mit der beispielsweise das von einem Objekt reflektierte Sendesignal erfasst werden kann. Die Empfangseinrichtung gibt ein Empfangssignal in Form von analogen Messdaten aus. Um diese analogen Messdaten zu erfassen und eine weitere Verarbeitung durch digitale Algorithmen zu ermöglichen, kann das Empfangssignal beispielsweise mit einer festen Abtastfrequenz mittels eines Analog-Digital-Wandlers abgetastet werden. Aufgrund des Shannon-Theorems muss die Abtastfrequenz ausreichend hoch in Relation zu der maximalen Nutzsignalfrequenz gewählt werden. Diese Methode weist Nachteile auf, wenn in der verwendeten Auswerteeinrichtung zum Auswerten des Empfangssignals Störungen mit der Abtastfrequenz bzw. Harmonischen der Abtastfrequenz auftreten. Bei genauer Frequenzabstimmung können nachfolgende digitale Filter, welche das Empfangssignal filtern, nicht zuverlässig betrieben werden. Der Grund hierfür ist, dass das Störsignal bei jeder Abtastung auftritt und somit nicht von dem eigentlichen Nutzsignal unterschieden werden kann.
In diesem Zusammenhang beschreibt die EP 1 449 008 B1 ein Radarsystem mit einer Auswerteeinrichtung, die auf der Grundlage einer Spektralanalyse eines aus einem Sendesignal und einem Empfangssignal gebildeten Messsignals die Geschwindigkeit und/oder die Entfernung von zumindest einem zu ortenden Objekt bestimmt. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass ein digitales Messsignal von einem Analog-Digital-Wandler bereitgestellt wird, dessen Abtastfrequenz variabel ist. Die Variation der Abtastfrequenz kann in vorteilhafter Weise zur Auflösungssteigerung bei konstantem Frequenzhub und/oder konstanter Messzeit genutzt werden.
Ferner beschreibt die EP 1 187 743 B1 einen Regensensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen. Der Regensensor weist Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Signals auf, das einen geringeren Oberwellenanteil als Rechtecksignale aufweist. Vorzugsweise wird ein sinusförmiges elektrisches Signal zur Versorgung des Sendeelements des Regensensors verwendet. Somit können Störungen von Funkübertragungen durch den Regensensor wirksamer verringert werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art zuverlässiger betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung dient zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs. Die Sensorvorrichtung umfasst zumindest eine Sendeeinrichtung, welche zum Aussenden eines Sendesignals ansteuerbar ist. Darüber hinaus umfasst die Sensorvorrichtung eine Empfangseinrichtung zum Bereitstellen eines Empfangssignals anhand des von einem Objekt reflektierten Sendesignals. Zudem weist die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, das Empfangssignal mit einer Abtastfrequenz abzutasten, wobei die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung veränderbar ist. Ferner weist die Sensorvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die Sendeeinrichtung zum Verändern einer Frequenz des Sendesignals und die Auswerteeinrichtung zum Anpassen der Abtastfrequenz in Folge der veränderten Frequenz des Sendesignals anzusteuern.
Die Sensorvorrichtung weist eine Sendeeinrichtung auf, die beispielsweise mit einem entsprechenden Steuersignal ansteuerbar ist. In Folge der Ansteuerung sendet die Sendeeinrichtung ein Sendesignal mit einer bestimmten Frequenz aus. Die Empfangseinrichtung der Sensorvorrichtung kann zumindest einen Teil des von der Sendeeinrichtung ausgesendeten Sendesignals empfangen. Insbesondere ist die Empfangseinrichtung dazu ausgelegt, das von einem Objekt reflektierte Sendesignal zu empfangen. In Folge des empfangenen reflektierten Sendesignals stellt die Empfangeinrichtung ein Empfangssignal bereit. Dieses Empfangssignal kann insbesondere als analoges Messsignal, beispielsweise in Form einer elektrischen Spannung, bereitgestellt werden. Die Sensorvorrichtung weist außerdem eine Auswerteeinrichtung auf, die zum Auswerten des mit der Empfangseinrichtung bereitgestellten Empfangssignals dient. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, das Empfangssignal mit einer bestimmten Abtastfrequenz abzutasten. Diese Abtastfrequenz ist variabel und kann also verändert werden.
Des Weiteren weist die Sensorvorrichtung eine Steuereinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die Sendeeinrichtung derart anzusteuern, dass die Frequenz des Sendesignals verändert wird. Zudem ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Auswerteeinrichtung derart anzusteuern, dass die Abtastfrequenz in Abhängigkeit von der veränderten Frequenz des Sendesignals angepasst wird. Dabei kann die Veränderung der Frequenz des Sendesignals synchron zu der Veränderung des Abtastsignals erfolgen. Die Veränderung der Frequenz des Sendesignals kann im Wesentlichen zeitgleich mit der Veränderung der Abtastfrequenz erfolgen. Die Abtastfrequenz kann beispielsweise proportional oder linear zur veränderten Frequenz des Sendesignals geändert werden. Beispielsweise kann die Abtastfrequenz um einen vorbestimmten Wert geändert werden. Die Abtastfrequenz kann also um den vorbestimmten Wert erhöht oder erniedrigt werden. Der vorbestimmte Wert kann so gewählt werden, dass dieser im Vergleich zu der Frequenz des Sendesignals gering ist. Durch die zeitlich geringfügige Variation der Abtastfrequenz kann insbesondere verhindert werden, dass eine konstante Störfrequenz, welche zusätzlich zu dem Eingangssignal, also dem eigentlichen Nutzsignal, in der Auswerteeinrichtung vorliegt, bei der Abtastung nicht zuverlässig erfasst wird. Durch die Variation der Abtastfrequenz kann das Störsignal zu verschiedenen Zeitpunkten bzw. zu verschiedenen Phasenlagen abgetastet werden. Auf diese Weise kann das Störsignal in dem Empfangssignal zuverlässiger erfasst werden.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Sendeeinrichtung zum zyklischen Verändern der Frequenz des Sendesignals anzusteuern. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung die Sendeeinrichtung derart ansteuern, dass sich die Frequenz des Sendesignals periodisch ändert. Die Steuereinrichtung ist insbesondere auch dazu ausgelegt, die Auswerteeinrichtung derart anzusteuern, dass sich die Abtastfrequenz zyklisch mit der Veränderung der Frequenz des Sendesignals ändert. Somit kann besonders zuverlässig erreicht werden, dass ein Störsignal in dem Empfangssignal zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgetastet wird und somit zuverlässig erkannt werden kann.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Sendeeinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung derart anzusteuern, dass die Abtastfrequenz einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des Sendesignals entspricht. Mit anderen Worten ist die Abtastfrequenz ein konstantes ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Sendesignals. Somit bleibt die Anzahl der Abtastpunkte pro Periode konstant, auch wenn die Frequenz des Sendesignals und synchron dazu die Abtastfrequenz geändert werden. Somit kann die Sensorvorrichtung zuverlässiger betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung einen stromgesteuerten Oszillator, welcher einen Eingang zum Einprägen eines elektrischen Stroms und einen Ausgang zum Ausgeben eines Steuersignals zum Ansteuern der Sendeeinrichtung aufweist, wobei die Frequenz des Steuersignals abhängig von der Stromstärke des am Eingang eingeprägten elektrischen Stroms ist. Die Steuereinrichtung kann also einen stromgesteuerten Oszillator umfassen, der am Ausgang das Steuersignal zum Ansteuern der Sendeeinrichtung bereitstellen kann. Die Frequenz des Steuersignals kann durch die Stromstärke angepasst werden, die am Eingang des stromgesteuerten Oszillators eingeprägt wird. Somit kann die Frequenz des Steuersignals auf einfache Weise verändert werden. Dabei kann die Sendeeinrichtung insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Steuersignal, mit dem die Sendeeinrichtung angesteuert wird, proportional zu dem Sendesignal ist, das die Sendeeinrichtung aussendet. Auf diese Weise kann die Frequenz des Sendesignals auf einfache Weise verändert werden. Die Steuereinrichtung bzw. der stromgesteuerte Oszillator kann in gleicher Weise dazu dienen, die Auswerteeinrichtung der Sensorvorrichtung anzusteuern. So kann beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler der Auswerteeinrichtung mittels des stromgesteuerten Oszillators angesteuert werden. Beispielsweise kann ein Taktgeber der Auswerteeinrichtung mit dem Steuersignal, mit dem auch die Sendeeinrichtung angesteuert wird, angesteuert werden. Der Taktgeber kann dazu ausgelegt sein, dieses Steuersignal derart zu verarbeiten, dass die Auswerteeinrichtung mit einem Vielfachen, insbesondere einem ganzzahligen Vielfachen, der Frequenz des Steuersignals betrieben wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die Steuereinrichtung einen spannungsgesteuerten Oszillator umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Steuereinrichtung einen Mikrocontroller auf, welcher mit dem Eingang des stromgesteuerten Oszillators elektrisch verbunden ist und welcher dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Strom mit einer zeitlich veränderlichen Stromstärke bereitzustellen. Der Mikrocontroller kann beispielsweise einen Port aufweisen, an dem ein zeitlich veränderlicher Korrekturstrom bereitgestellt werden kann. Dieser Korrekturstrom kann mit einem Strom überlagert werden, der beispielsweise von einer Stromquelle bereitgestellt wird, die ebenfalls mit einem Eingang des stromgesteuerten Oszillators elektrisch verbunden ist. Auf dem Mikrocontroller kann eine Software bzw. ein Programm zum Ablauf gebracht werden, durch welches der zeitliche Verlauf des Stroms an dem Port gesteuert werden kann. Beispielsweise kann in einem Low-Zustand des Ports ein zusätzlicher Korrekturstrom erzeugt werden, welcher zu einer Veränderung des am Ausgang des Oszillators ausgegebenen Steuersignals führt.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Auswerteeinrichtung ein Filter zum Filtern des Empfangssignals auf. Beispielsweise kann das Filter als digitales Filter ausgebildet sein. Das Filter kann insbesondere dazu dienen, ein Störsignal aus dem Empfangssignal zu filtern, um ein Nutzsignal zu erhalten. Durch die oben beschriebene Verschiebung der Abtastfrequenz kann ein Störsignal, das beispielsweise durch eine elektromagnetische Störung hervorgerufen wird, zuverlässiger in dem Empfangssignal erkannt werden. Somit kann das digitale Filter wirkungsvoll eingesetzt werden, um das Störsignal aus dem Empfangssignal herauszufiltern. Somit kann eine deutlich höhere Robustheit der Sensorvorrichtung gegenüber Störeinstrahlungen ermöglicht werden.
In einer Ausgestaltung weist die Sensorvorrichtung eine Referenzsendeeinrichtung zum Aussenden eines zum Sendesignal zeitlich versetzten Referenzsendesignals auf. Die Sensorvorrichtung kann beispielsweise nach dem HALIOS-Prinzip (High Ambient Light Independent Optical System) ausgebildet sein. Hierbei kann beispielsweise die Sendeeinrichtung ein rechteckförmiges Signal aussenden. Die Referenzsendeeinrichtung kann ebenfalls ein rechteckförmiges Referenzsendesignal aussenden, das zeitlich versetzt zu dem Sendesignal der Sendeeinrichtung ist. Beispielsweise kann das Referenzsignal um 180° phasenversetzt zu dem Sendes ignal sein. Dabei können die Sendeeinrichtung, die Referenzsendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung derart zueinander angeordnet sein, dass das Referenzsendesignal von der Referenzsendeeinrichtung unmittelbar zu der Empfangseinrichtung übertragen wird. Das Sendesignal, das von der Sendeeinrichtung ausgesendet wird, kann zu einem Objekt hin ausgesendet werden, von dem Objekt reflektiert werden und anschließend von der Empfangseinrichtung empfangen werden. An der Empfangseinrichtung überlagern sich also das Sendesignal und das Referenzsendesignal. Somit ergibt sich als überlagertes Signal an der Empfangseinrichtung insbesondere ein Gleichsignal. Ein derartiges Gleichsignal kann entsprechend verstärkt werden. Eine Abweichung des überlagerten Signals zu einem Gleichsignal kann beispielsweise mit der Auswerteeinrichtung erkannt werden. Hierzu kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise einen Synchron-Demodulator aufweisen. Eine derartige Abweichung des überlagerten Signals von einem Gleichsignal kann einem Regler der Auswerteeinrichtung zugeführt werden, der daraufhin die Intensität des Sendesignals und/oder des Referenzsendesignals anpasst. Anhand des Nachstellens des Referenzsendesignals kann somit eine Veränderung der Umgebungsreflexion durch den Einfluss des Objekts darstellen. Somit kann das Umfeld des Kraftfahrzeugs zuverlässig erfasst werden.
In einer Ausgestaltung ist die Empfangseinrichtung dazu ausgelegt, als das Empfangssignal eine Gleichspannung, eine Rechteckspannung und/oder eine Wechselspannung bereitzustellen. Eine Gleichspannung als das Empfangssignal ergibt sich beispielsweise, wenn, wie zuvor beschrieben, zwei zueinander phasenversetzte Rechtecksignale überlagert werden. Weiterhin ist es denkbar, dass die Empfangseinrichtung ein Rechtecksignal ausgibt. Alternativ dazu kann als das Empfangssignal eine Wechselspannung, insbesondere eine sinusförmige Wechselspannung, ausgegeben werden. Diese unterschiedlichen Formen der Empfangssignale können durch die zeitlich veränderliche Abtastfrequenz abgetastet werden und somit können Störsignale in den unterschiedlichen Typen der Empfangssignale zuverlässig erkannt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Sendeeinrichtung dazu ausgelegt, als das Sendesignal eine elektromagnetische Strahlung auszusenden. Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung eine frequenzmodulierte elektromagnetische Strahlung oder eine amplitudenmodulierte elektromagnetische Strahlung aussenden. Insbesondere ist die Sendeeinrichtung dazu ausgelegt, Licht als das Sendesignal auszusenden. Dabei kann die Sendeeinrichtung beispielsweise Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich aussenden.
Alternativ dazu kann die Sendeeinrichtung Licht im infraroten Wellenlängenbereich oder Licht im ultravioletten Wellenlängenbereich aussenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorvorrichtung als Regensensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen auf einer lichtdurchlässigen Scheibe des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die lichtdurchlässige Scheibe kann beispielsweise durch einen Teil der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs gebildet sein. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können derart zu der Scheibe angeordnet sein, dass die Sendeeinrichtung das Sendesignal in Richtung der Scheibe sendet. Die Scheibe bildet in diesem Fall das Objekt. Die Empfangseinrichtung kann derart zu der Scheibe angeordnet sein, dass sie das von der Scheibe reflektierte Sendesignal empfangen kann. Wenn Feuchtigkeitstropfen auf der Scheibe angeordnet sind, ergibt sich im Bereich der Tropfen statt eines Übergangs Scheibe/Luft ein Übergang Scheibe/Tropfen, was zu einer veränderten Differenz zwischen den Brechungsindizes im Bereich der Tropfen führt. An dem Übergang Scheibe/Tropfen werden Lichtstrahlen nicht mehr in Richtung der Empfangseinrichtung total reflektiert, sondern in andere Richtungen total reflektiert oder treten sogar aus der Scheibe heraus in den Feuchtigkeitstropfen ein.
Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem umfasst eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von dem Empfangssignal der Sensorvorrichtung bzw. einem mit der Auswerteeinrichtung ausgewertetem Empfangssignal der Sensorvorrichtung eine Betriebskomponente des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Beispielsweise kann eine automatische Steuerung der Scheibenwischer in Abhängigkeit von der erfassten Intensität des Niederschlags erfolgen.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs. Hierbei wird zumindest eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Sendesignals angesteuert, mittels einer Empfangseinrichtung wird ein Empfangssignal anhand des von einem Objekt reflektierten Sendesignals bereitgestellt und mittels einer Auswerteeinrichtung wird das Empfangssignal mit einer Abtastfrequenz abgetastet, wobei die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung verändert wird. Zudem werden mittels einer Steuereinrichtung der Sensorvorrichtung die Sendeeinrichtung zum Verändern einer Frequenz des Sendesignals und die Auswerteeinrichtung zum Anpassen der Abtastfrequenz in Folge der veränderten Frequenz des Sendesignals angesteuert.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine Sensorvorrichtung zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs in einer geschnittenen Seitenansicht;
2, 3 Sendesignale und dazugehörige Empfangssignale der Sensorvorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen und
4, 5 eine Steuereinrichtung der Sensorvorrichtung in unterschiedlichen Ausführungsformen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 1 zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs. Eine derartige Sensorvorrichtung 1 kann beispielsweise als Ultraschallsensor, Radarsensor, Laserscanner oder dergleichen ausgebildet sein. In dem vorliegenden Fall ist die Sensorvorrichtung 1 als Regensensor ausgebildet. Die Sensorvorrichtung 1 kann beispielsweise hinter einer Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
Die Sensorvorrichtung 1 umfasst eine Sendeeinrichtung 2, die dazu ausgebildet ist, ein Sendesignal S auszusenden. Das Sendesignal S wird in Form einer elektromagnetischen Welle, insbesondere Licht, ausgesendet. Die Sendeeinrichtung 2 kann beispielsweise als Leuchtdiode ausgebildet sein. Das Sendesignal S trifft auf ein Objekt 6 und wird von diesem Objekt 6 reflektiert. Das Objekt 6 ist vorliegend eine transparente Scheibe, die beispielsweise durch einen Bereich der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs gebildet ist. Das von dem Objekt 6 reflektierte Sendesignal S wird von einer Empfangseinrichtung 3 der Sensorvorrichtung 1 empfangen. Die Empfangseinrichtung 3 kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise als Fotodiode ausgebildet sein. Anhand des von der Empfangseinrichtung 3 empfangenen reflektierten Sendesignals S kann mit der Empfangseinrichtung 3 ein Empfangssignal E bereitgestellt werden.
Das Empfangssignal E wird insbesondere in Form eines analogen Messsignals, insbesondere einer elektrischen Spannung, ausgegeben. Das Empfangssignal E wird einer Auswerteeinrichtung 5 zugeführt, die zum Auswerten des Empfangssignals E dient. Die Auswerteeinrichtung 5 kann beispielsweise einen hier nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler aufweisen, mit dem das Empfangssignal E mit einer bestimmten Abtastfrequenz abgetastet werden kann. Darüber hinaus kann die Auswerteeinrichtung 5 ein elektronisches Filter, insbesondere ein digitales Filter, zum Filtern des Empfangssignals E aufweisen.
Mit der Sensorvorrichtung 1 kann beispielsweise ein Feuchtigkeitstropfen auf einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs erfasst werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich der Feuchtigkeitstropfen 7 auf dem Objekt 6 bzw. der Scheibe. Somit gibt sich im Bereich des Feuchtigkeitstropfens 7 statt einem Übergang Scheibe/Luft ein Übergang Scheibe/Tropfen. Dies führt zu einer veränderten Differenz zwischen den Brechungsindizes im Bereich des Feuchtigkeitstropfens 7. An dem Übergang Scheibe/Tropfen wird das Sendesignal S nicht mehr derart reflektiert, dass es vollständig auf die Empfangseinrichtung 3 trifft. Es kann auch der Fall sein, dass das Sendesignal S aus der Scheibe heraus in den Feuchtigkeitstropfen 7 tritt. Somit kann anhand der Intensität des reflektierten Sendesignals S, das von der Empfangseinrichtung 3 empfangen wird, überprüft werden, ob sich ein Feuchtigkeitstropfen 7 auf der Scheibe befindet.
Die Sensorvorrichtung 1 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung 4. Die Steuereinrichtung 4 ist dazu ausgebildet ein Steuersignal zum Ansteuern der Sendeeinrichtung 2 auszugeben. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 4 ein rechteckförmiges Signal ausgeben, mit dem die Sendeeinrichtung 2 angesteuert werden kann. Das Sendesignal S, das mit der Sendeeinrichtung 2 ausgegeben wird, kann insbesondere proportional zu dem Steuersignal sein. Anhand des Steuersignals, mit dem die Sendeeinrichtung 2 angesteuert wird, kann die Frequenz des Sendesignals S angepasst werden.
Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung 4 mit der Auswerteeinrichtung 5 verbunden. Somit kann das Steuersignal, das von der Steuereinrichtung 4 bereitgestellt wird, an die Auswerteeinrichtung 5 übertragen werden. Das Steuersignal kann beispielsweise von einem entsprechenden Taktgeber der Auswerteeinrichtung 5 empfangen werden und zum Ansteuern eines Analog-Digital-Wandlers genutzt werden, mit dem das Empfangssignal E abgetastet wird. Somit kann die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung 5 durch das Steuersignal der Steuereinrichtung 4 angepasst werden.
Die Steuereinrichtung 4 kann mittels des Steuersignals die Sendeeinrichtung 2 und die Auswerteeinrichtung 5 synchron ansteuern. Somit kann beispielsweise durch das Steuersignal die Frequenz des Sendesignals S und gleichzeitig die Abtastfrequenz, mit welcher die Auswerteeinrichtung 5 das Empfangssignal E abtastet, angepasst werden. Insbesondere wird die Frequenz des Sendesignals S und die Abtastfrequenz derart angepasst, dass die Abtastfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Sendesignals S ist.
2 zeigt die Amplitude A1 des Sendesignal S und die dazugehörige Amplitude A2 des Empfangssignals E in Abhängigkeit von der Zeit t in zwei Ausführungsformen. In dem oberen Bild von 2 ist ein Sendesignal S mit einer ersten Frequenz gezeigt. Das Sendesignal S ist in diesem Fall ein Rechtecksignal. Das Sendesignal S weist die halbe Periodendauer T/2 auf. Das dazugehörige Empfangssignal E ist ebenfalls rechteckförmig. Zudem ist ein Störsignal St vorhanden, das vorliegend vereinfacht im Wesentlichen sinusförmig dargestellt ist. Des Weiteren sind die Abtastpunkte P dargestellt, zu denen das Empfangssignal E und das Störsignal St abgetastet werden. Die zeitliche Abfolge der Abtastpunkte P wird durch die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung 5 bestimmt. Die Abtastfrequenz entspricht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der doppelten Frequenz des Sendesignals S. Das Störsignal St tritt hier periodisch zu den Abtastpunkten P auf und kann somit mittels der Abtastung nicht zuverlässig erfasst werden. Das untere Bild in 2 zeigt den Fall, in dem die Frequenz des Sendesignals S und synchron dazu die Abtastfrequenz geringfügig verringert wurden. Somit kann das Störsignal St bei der Abtastung zuverlässiger erfasst werden und beispielsweise mittels eines digitalen Filters herausgefiltert werden.
Die Sensorvorrichtung 1 weist zudem eine Referenzsendeeinrichtung 12 auf, die dazu ausgebildet ist, ein Referenzsendesignal R auszusenden. Somit werden von der Empfangseinrichtung 3 sowohl das reflektierte Sendesignal S als auch das Referenzsendesignal R empfangen. 3 verdeutlich den Betrieb der Sensorvorrichtung 1, bei dem die Sendeeinrichtung 2 und die Referenzsendeeinrichtung 12 betrieben werden.
In 3 ist zusätzlich die Amplitude A3 des Referenzsendesignals R gezeigt, das zeitgleich mit dem Sendesignal S ausgesendet wird. Zudem ist zu erkennen, dass das Referenzsendesignal R ebenfalls ein rechteckförmiges Signal ist, das 180° phasenverschoben zu dem Sendesignal S ist. Die Amplitude A1 des Sendesignals S und die Amplitude A1 des Referenzsendesignals R sind vorliegend gleich. Zudem weisen das Sendesignal S und das Referenzsendesignal R die gleiche halbe Periodendauer T/2 auf. Das Empfangssignal E bestimmt sich aus der Überlagerung des Sendesignals S und des Referenzsendesignal R. Das Empfangssignal E ist somit im Idealfall ein Gleichsignal.
In dem oberen Bild von 3 ist wiederum ein Beispiel gezeigt, in dem ein im Wesentlichen sinusförmiges Störsignal St durch die Abtastung nicht zuverlässig erfasst werden kann, da die Frequenz des Störsignals St der halben Abtastfrequenz entspricht. Im Vergleich hierzu zeigt das untere Bild von 3 den Fall, in dem die Frequenz des Sendesignals S und des Referenzsendesignals R erhöht sind. Die Abtastfrequenz ist ebenfalls in Abhängigkeit von der Frequenz des Sendesignals S und des Referenzsendesignals R erhöht. Somit kann das Störsignal St zuverlässiger erkannt werden, da die Abtastfrequenz kein Vielfaches der Frequenz des Störsignals St ist.
4 zeigt die Steuerungseinrichtung 4 in einer ersten Ausführungsform. Die Steuereinrichtung 4 umfasst einen stromgesteuerten Oszillator 9. Der stromgesteuerte Oszillator 9 umfasst einen Eingang 10 an dem ein elektrischer Strom eingeprägt werden kann. Des Weiteren umfasst der stromgesteuerte Oszillator 9 einen Ausgang 11, an dem das Steuersignal ausgegeben werden kann. Die Frequenz des Steuersignals ist abhängig von der Stromstärke am Eingang 10 des stromgesteuerten Oszillators 9. Über einen ersten Widerstand R1 wird ein erster Strom I₁, der beispielsweise von einer hier nicht dargestellten Stromquelle bereitgestellt wird, in den Eingang 10 des stromgesteuerten Oszillators 9 eingespeist. Des Weiteren wird ein Korrekturstrom I₂ über den Widerstand R2 in den stromgesteuerten Oszillators 9 eingespeist. Somit liegt am Eingang 10 des stromgesteuerten Oszillators 9 die Summe des ersten Stroms I₁ und des Korrekturstroms I₂ an.
5 zeigt die Steuereinrichtung 4 in einer weiteren Ausführungsform. Hier ist zwischen den Widerstand R2 und den Eingang 10 des stromgesteuerten Oszillators 9 ein Kondensator C1 geschaltet. Somit kann der Mikrocontroller 8 galvanisch von dem stromgesteuerten Oszillators 9 entkoppelt werden. An einem Port des Mikrocontrollers 8 kann ein Wechselsignal ausgegeben werden. Somit ergibt sich an dem Eingang 10 des stromgesteuerten Oszillators 9 der elektrische Strom I₁ ± I₂.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1449008 B1 [0004]
EP 1187743 B1 [0005]

Claims

Sensorvorrichtung (1) zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Sendeeinrichtung (2), welche zum Aussenden eines Sendesignals (S) ansteuerbar ist, mit einer Empfangseinrichtung (3) zum Bereitstellen eines Empfangssignals (E) anhand des von einem Objekt (6) reflektierten Sendesignals (S) und mit einer Auswerteeinrichtung (5), welche dazu ausgelegt ist, das Empfangssignal (E) mit einer Abtastfrequenz abzutasten, wobei die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung (5) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) eine Steuereinrichtung (4) aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Sendeeinrichtung (2) zum Verändern einer Frequenz des Sendesignals (S) und die Auswerteeinrichtung (5) zum Anpassen der Abtastfrequenz in Folge der veränderten Frequenz des Sendesignals (S) anzusteuern.
Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu ausgelegt ist, die Sendeinrichtung (2) zum zyklischen Verändern der Frequenz des Sendesignals (S) anzusteuern.
Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu ausgelegt ist, die Sendeeinrichtung (2) und/oder die Auswerteeinrichtung (5) derart anzusteuern, dass die Abtastfrequenz einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des Sendesignals (S) entspricht.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) einen stromgesteuerten Oszillator (9) umfasst, welcher einen Eingang (10) zum Einprägen eines elektrischen Stroms (I₁, I₂) und einen Ausgang (11) zum Ausgeben eines Steuersignals zum Ansteuern der Sendeeinrichtung (2) aufweist, wobei die Frequenz des Steuersignals abhängig von der Stromstärke des am Eingang (10) eingeprägten elektrischen Stroms (I₁, I₂) ist.
Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) einen Mikrocontroller (8) aufweist, welcher mit dem Eingang (10) des stromgesteuerten Oszillators (9) elektrisch verbunden ist und welcher dazu ausgelegt ist, den elektrischen Strom (I₁, I₂) mit einer zeitlich veränderlichen Stromstärke bereitzustellen.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) ein Filter zum Filtern des Empfangssignals (E) aufweist.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) eine Referenzsendeeinrichtung (12) zum Aussenden eines zum Sendesignal (S) zeitlich versetzten Referenzsendesignals (R) aufweist.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, als das Empfangssignal (E) eine Gleichspannung, eine Rechteckspannung und/oder eine Wechselspannung bereitzustellen.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Sendeeinrichtung (2) dazu ausgelegt ist, als das Sendesignal (S) eine elektromagnetische Strahlung auszusenden.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (1) als Regensensor zur Detektion von Feuchtigkeitstropfen (7) auf einer lichtdurchlässigen Scheibe des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Fahrerassistenzsystem mit einer Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 11.
Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung (1) zum Erfassen eines Umfelds eines Kraftfahrzeugs, bei welchem zumindest eine Sendeeinrichtung (2) zum Aussenden eines Sendesignals (S) angesteuert wird, mittels einer Empfangseinrichtung (3) ein Empfangssignals (E) anhand des von einem Objekt (6) reflektierten Sendesignals (S) bereitgestellt wird und mittels einer Auswerteeinrichtung (5) das Empfangssignal (E) mit einer Abtastfrequenz abgetastet wird, wobei die Abtastfrequenz der Auswerteeinrichtung (5) verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinrichtung (4) der Sensorvorrichtung (1) die Sendeeinrichtung (2) zum Verändern einer Frequenz des Sendesignals (S) und die Auswerteeinrichtung (5) zum Anpassen der Abtastfrequenz in Folge der veränderten Frequenz des Sendesignals (S) angesteuert werden.