DE102016011329A1 - LiDAR sensor with optics arranged in a rotor body - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optische Detektionsvorrichtung (1) zur Anordnung an einem Fahrzeug (100) zur Detektion von Objekten (106) in der Nähe des Fahrzeugs (100), mit wenigstens einem Sender (2) zum Senden von elektromagnetischer Strahlung (3) in eine beobachtete Zone (101); wenigstens einem Empfänger (4) zum Empfangen für aus der beobachteten Zone (101) reflektierte Strahlung (5); einem im Wesentlichen zylindrischen Rotorkörper (70), der einen zentralen Gehäuseabschnitt (72) aufweist von dem sich an gegenüberliegenden Stirnenden ein erster axialer Wellenstummel (74) und ein zweiter axialer Wellenstummel (76) erstrecken, wobei der Gehäuseabschnitt (72) eine optische Anordnung (6) trägt, welche eine erste Optik (8) für den Sender (2) zum Leiten der Strahlung in die beobachtete Zone, und eine zweite Optik (10) für den Empfänger (4) zum Leiten der reflektierten Strahlung zu dem Empfänger (4) aufweist; wobei die ersten und zweiten Optiken (8, 10) entlang der Rotationsachse (A) angeordnet sind; und einem ersten Lager (54) und einem zweiten Lager (56), wobei der erste Wellenstummel (74) in dem ersten Lager (54) und der zweite Wellenstummel (76) in dem zweiten Lager (56) aufgenommen ist.The invention relates to an optical detection device (1) for mounting on a vehicle (100) for detecting objects (106) in the vicinity of the vehicle (100), comprising at least one transmitter (2) for transmitting electromagnetic radiation (3) to a vehicle observed zone (101); at least one receiver (4) for receiving radiation (5) reflected from the observed zone (101); a substantially cylindrical rotor body (70) having a central housing portion (72) extending from opposite ends of a first axial stub shaft (74) and a second axial stub shaft (76), wherein the housing portion (72) an optical arrangement ( 6) carrying a first optic (8) for the transmitter (2) for directing the radiation into the observed zone, and a second optic (10) for the receiver (4) for directing the reflected radiation to the receiver (4) having; wherein the first and second optics (8, 10) are arranged along the axis of rotation (A); and a first bearing (54) and a second bearing (56), wherein the first stub shaft (74) is received in the first bearing (54) and the second stub shaft (76) is received in the second bearing (56).
Description
Die Erfindung betrifft eine optische Detektionsvorrichtung zur Anordnung an einem Fahrzeug zur Detektion von Objekten in der Nähe des Fahrzeugs, mit wenigstens einem Sender zum Senden von elektromagnetischer Strahlung in eine beobachtete Zone und wenigstens einem Empfänger zum Empfangen für aus der beobachteten Zone reflektierte Strahlung.The invention relates to an optical detection device for mounting on a vehicle for detecting objects in the vicinity of the vehicle, comprising at least one transmitter for transmitting electromagnetic radiation into an observed zone and at least one receiver for receiving radiation reflected from the observed zone.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Front und einem Heck, das wenigstens eine solche optische Detektionsvorrichtung aufweist.Furthermore, the invention relates to a vehicle with a front and a rear, which has at least one such optical detection device.
Derartige optische Detektionsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt und werden allgemein auch als optische Laufzeitsensoren, Laserscanner, LiDAR-Sensoren oder LaDAR-Sensoren bezeichnet. Von einem Sender wird elektromagnetische Strahlung ausgesendet und von einem Objekt reflektiert. Durch Empfang der reflektierten Strahlung und entsprechende Laufzeitmessung des Signals ist ein Abstand zwischen der Detektionsvorrichtung und dem Objekt, welches die Strahlung reflektierte, bestimmbar.Such optical detection devices are known in the art and are generally referred to as optical time-of-flight sensors, laser scanners, LiDAR sensors, or LaDAR sensors. From a transmitter electromagnetic radiation is emitted and reflected by an object. By receiving the reflected radiation and corresponding transit time measurement of the signal, a distance between the detection device and the object which reflected the radiation can be determined.
Konkret werden derartige Detektionsvorrichtungen vermehrt auch bei Fahrzeugen eingesetzt, um die Umsetzung von Fahrerassistenzsystemen sowie autonomes Fahren zu ermöglichen. Neben solchen optischen Detektionsvorrichtungen werden auch Infrarotsensoren, Radarsensoren und Ähnliches eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass solche optischen Detektionsvorrichtungen beispielsweise zur Stauerkennung, Objekterkennung, Personenerkennung im Fahrbereich oder auch als Abbiegesensoren, die beispielsweise ein neben einem Fahrzeug befindliches Objekt, wie einen Fahrradfahrer, detektieren, eingesetzt werden können. Insbesondere im Bereich der Lastkraftwagen ist dieser Einsatz vorteilhaft und kann beispielsweise dazu verwendet werden zu detektieren, ob ein Aufleger beim Abbiegen mit einem Objekt kollidiert. Daten, die mittels derartiger optischer Detektionsvorrichtungen erfasst werden, können in die Fahrzeugsteuerung eingespeist werden, und die Fahrzeugsteuerung kann basierend auf diesen Daten bestimmte Stellsignale, beispielsweise für eine Bremsanlage oder eine Warnanlage, ausgeben.Specifically, such detection devices are increasingly used in vehicles to allow the implementation of driver assistance systems and autonomous driving. In addition to such optical detection devices, infrared sensors, radar sensors and the like are also used. It has been found that such optical detection devices can be used, for example, for the detection of jams, object recognition, recognition of persons in the driving area or as turn sensors, which detect, for example, an object located next to a vehicle, such as a cyclist. In particular, in the field of trucks, this application is advantageous and can be used, for example, to detect whether a trailer collides with an object when turning. Data detected by such optical detection devices may be input to the vehicle controller, and the vehicle controller may output certain control signals, such as a brake system or a warning system, based on these data.
Der Einsatz von solchen optischen Detektionsvorrichtungen in der Massenfertigung von Fahrzeugen bedingt einerseits, dass die Herstellung solcher optischer Detektionsvorrichtungen einfach und preiswert möglich sein muss, andererseits auch, dass diese optischen Detektionsvorrichtungen robust sind und den Umwelteinflüssen, die auf diese beim Einsatz im Fahrzeugbereich wirken, standhalten müssen.The use of such optical detection devices in the mass production of vehicles requires on the one hand that the production of such optical detection devices must be simple and inexpensive, on the other hand, that these optical detection devices are robust and the environmental influences that act on these when used in the vehicle area have to.
Aus
Eine ähnliche optische Detektionsvorrichtung ist aus
Für ein sicheres Ergebnis bei der Abtastung mit dazugehöriger hoher Auflösung muss der Laserstrahl als vertikale Linie projiziert werden. Wird die Linie über den rotierenden Spiegel in den Abtastbereich abgelenkt, rotiert das Abbild und in den Randbereichen wird eine genaue Zuordnung der Signale zur Position ungenau bzw. unmöglich.For a reliable result in the scan with associated high resolution, the laser beam must be projected as a vertical line. If the line is deflected into the scanning area via the rotating mirror, the image rotates and in the border areas an exact assignment of the signals to the position becomes inaccurate or impossible.
Eine weitere optische Detektionsvorrichtung, die ebenfalls mit Spiegeln arbeitet, wobei die Spiegel am Rand zylindrische Abschnitte aufweisen, ist in
Zur Verbesserung der Messgenauigkeit ist bekannt, mehrere Kanäle zu verwenden. Dies ist beispielsweise in
Aus
Ein weiteres Beispiel einer optischen Detektionsvorrichtung ist in
Aus
Ein Problem mit herkömmlichen Detektionsvorrichtungen besteht darin, dass diese häufig nicht ausreichend robust für den Einsatz im Fahrzeugbereich insbesondere für Nutzfahrzeuge sind. Der Einsatz im Fahrzeugbereich fordert, dass die Detektionsvorrichtung den Umwelteinflüssen, die im Fahrzeug herrschen, wie insbesondere Vibration sowie auch dem Handling während der Montage, standhalten kann. Ferner ist eine lange Lebensdauer wichtig. Darüber hinaus bestehen im Fahrzeugbereich häufig Bauraumbeschränkungen, und so ist ein kompakter Aufbau ebenfalls wünschenswert.A problem with conventional detection devices is that they are often not sufficiently robust for use in the vehicle sector, especially for commercial vehicles. The use in the vehicle sector requires that the detection device can withstand the environmental influences that prevail in the vehicle, in particular vibration as well as the handling during assembly. Furthermore, a long life is important. In addition, there are often space constraints in the vehicle industry, and so a compact design is also desirable.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine optische Detektionsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die robust ist und in ihrem Aufbau kompakt.The object of the present invention is therefore to provide an optical detection device of the type mentioned, which is robust and compact in construction.
In einem ersten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe bei einer optischen Detektionsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass diese einen im Wesentlichen zylindrischen Rotorkörper aufweist, der einen zentralen Gehäuseabschnitt aufweist, von dem sich an gegenüberliegenden Stirnenden ein erster axialer Wellenstummel und ein zweiter axialer Wellenstummel erstrecken, wobei der Gehäuseabschnitt eine optische Anordnung trägt, welche eine erste Optik für den Sender zum Leiten der Strahlung in die beobachtete Zone und eine zweite Optik für den Empfänger zum Leiten der reflektierten Strahlung zu dem Empfänger aufweist, wobei die ersten und zweiten Optiken entlang der Rotationsachse angeordnet sind, und wobei die optische Detektionsvorrichtung ferner ein erstes Lager und ein zweites Lager aufweist, wobei der erste Wellenstummel in dem ersten Lager und der zweite Wellenstummel in dem zweiten Lager aufgenommen ist.In a first aspect, the invention solves the above-mentioned object in an optical detection device of the type mentioned above in that it has a substantially cylindrical rotor body having a central housing portion from which a first axial stub shaft and a second axial one at opposite ends Shaft stubs extend, wherein the housing portion carries an optical arrangement having a first optics for the transmitter for directing the radiation in the observed zone and a second optics for the receiver for directing the reflected radiation to the receiver, wherein the first and second optics along the rotation axis are arranged, and wherein the optical detection device further comprises a first bearing and a second bearing, wherein the first stub shaft in the first bearing and the second stub shaft is received in the second bearing.
Erfindungsgemäß weist die optische Detektionsvorrichtung damit einen Rotorkörper auf, der sowohl die erste Optik als auch die zweite Optik aufnimmt. Der Rotorkörper ist als eine eigene Baueinheit ausgebildet, kann aber selbst ein- oder mehrteilig sein. Der Gehäuseabschnitt bildet vorzugsweise ein gemeinsames Gehäuse sowohl für die erste als auch für die zweite Optik und haust diese teilweise ein. Der Gehäuseabschnitt ist vorzugsweise einstückig mit dem Rotorkörper ausgebildet. Hierdurch sind die Optiken vor Umwelteinflüssen geschützt.According to the invention, the optical detection device thus has a rotor body which accommodates both the first optic and the second optic. The rotor body is designed as a separate structural unit, but may itself be one or more parts. The housing section preferably forms a common housing for both the first and the second optics and accommodates them in part. The housing portion is preferably formed integrally with the rotor body. This protects the optics from environmental influences.
Die ersten und zweiten axialen Wellenstummel erstrecken sich koaxial von gegenüberliegenden Stirnenden des Gehäuseabschnitts. Der Gehäuseabschnitt und somit auch die Optiken sind also zwischen den beiden axialen Wellenstummeln angeordnet. Der gesamte Rotorkörper ist über die Wellenstummel gelagert, und folglich ist auch die optische Anordnung zwischen den Lagern angeordnet. Hierdurch ist eine besonders robuste Lagerung der optischen Bauteile erreicht. Ferner führt dies zu einer räumlich kompakten Anordnung.The first and second axial stub shafts extend coaxially from opposite ends of the housing portion. The housing section and thus also the optics are thus arranged between the two axial stub shafts. The entire rotor body is mounted over the stub shafts, and consequently the optical arrangement is also arranged between the bearings. As a result, a particularly robust storage of the optical components is achieved. Furthermore, this leads to a spatially compact arrangement.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die optische Detektionsvorrichtung ein Gehäuse auf, welches die ersten und zweiten Lager stützt. Die ersten und zweiten Lager sind an einem gemeinsamen Gehäuse abgestützt, und die optische Detektionsvorrichtung ist mitsamt dem Gehäuse und vorzugsweise mittels des Gehäuses an einem entsprechenden Montageabschnitt eines Fahrzeugs montierbar.In a first preferred embodiment, the optical detection device comprises a housing which supports the first and second bearings. The first and second bearings are supported on a common housing, and the optical detection device is together with the housing and preferably by means of the housing at one mountable corresponding mounting portion of a vehicle.
Vorzugsweise sind der Sender und der Empfänger an dem Gehäuse befestigt. Sender und Empfänger können mittelbar an dem Gehäuse befestigt sein oder unmittelbar. Sender und Empfänger sind vorzugsweise ortsfest, während nur die optische Anordnung samt Rotorkörper rotiert wird. Der optische Pfad verläuft vorzugsweise im Wesentlichen entlang der Rotationsachse des Rotorkörpers durch den Rotorkörper hindurch. Der Rotorkörper weist dazu vorzugsweise entsprechende Durchlässe auf. Die optische Anordnung ist dazu eingerichtet, sowohl die emittierte als auch die reflektierte Strahlung um etwa 90° umzulenken. Bevorzugt sind auch andere Winkel, etwa Winkel in einem Bereich von 80° bis 100°.Preferably, the transmitter and the receiver are attached to the housing. Transmitter and receiver can be indirectly attached to the housing or directly. Transmitter and receiver are preferably stationary, while only the optical arrangement including the rotor body is rotated. The optical path preferably extends through the rotor body substantially along the axis of rotation of the rotor body. The rotor body preferably has corresponding passages for this purpose. The optical arrangement is adapted to deflect both the emitted and the reflected radiation by about 90 °. Also preferred are other angles, such as angles in a range of 80 ° to 100 °.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die optische Anordnung durch einen Rahmen innerhalb des Gehäuseabschnitts getragen ist. Die optische Anordnung weist mehrere optische Elemente wie Prismen und Linsen oder dergleichen auf, welche vorzugsweise zunächst an einem Rahmen separat montiert werden. Der Rahmen ist dann insgesamt in dem Gehäuseabschnitt aufgenommen. Hierdurch wird sowohl die Montage als auch die Wartung und Fertigung vereinfacht. Der Gehäuseabschnitt kann hierdurch mit weniger engen Toleranzen gefertigt werden als der Rahmen, der die optischen Elemente aufnimmt. In Ausführungsformen der Erfindung sind der Rahmen und der Gehäuseabschnitt und/oder der Rotorkörper integral und/oder einteilig ausgebildet. In solchen Fällen kann der Rahmen den Gehäuseabschnitt bilden, und die beiden Wellenstummel sind an dem Rahmen angebracht. Vorzugsweise aber bildet der Gehäuseabschnitt einen im Wesentlichen geschlossenen Raum für die optische Anordnung, sodass dieser auch einen Staubschutz für die optischen Komponenten bildet.In a preferred embodiment, it is provided that the optical arrangement is supported by a frame within the housing section. The optical arrangement comprises a plurality of optical elements such as prisms and lenses or the like, which are preferably first mounted separately on a frame. The frame is then received in the housing section as a whole. As a result, both the assembly and the maintenance and production is simplified. The housing portion can thereby be manufactured with less tight tolerances than the frame, which accommodates the optical elements. In embodiments of the invention, the frame and the housing portion and / or the rotor body are integrally and / or integrally formed. In such cases, the frame may form the housing portion, and the two stub shafts are attached to the frame. Preferably, however, the housing portion forms a substantially closed space for the optical arrangement, so that it also forms a dust cover for the optical components.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Optik ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element aufweist, wobei das erste oder das zweite optische Element zum Justieren der Richtung der austretenden Strahlung einstellbar ist. Im Fahrzeugbereich ist es nicht immer möglich, dass die Einbauposition in der optischen Detektionsvorrichtung identisch ist. Dies liegt insbesondere an verschiedenen Fertigungs- und Montagetoleranzen. Daher ist es bevorzugt, dass eine Justierung der austretenden Strahlung möglich ist, um sicher Objekte erfassen zu können. Die einfallende Strahlung kommt entweder von einem Ablenkelement, wie etwa einem Spiegel oder einem Pentaprisma. Alternativ kommt die Strahlung direkt von dem Sender, wenn der Sender an dem Rotorkörper angeordnet ist und gemeinsam mit diesem rotiert.According to a further preferred embodiment, it is provided that the first optics has a first optical element and a second optical element, wherein the first or the second optical element is adjustable for adjusting the direction of the exiting radiation. In the vehicle field, it is not always possible that the mounting position in the optical detection device is identical. This is due in particular to various manufacturing and assembly tolerances. Therefore, it is preferred that an adjustment of the exiting radiation is possible in order to be able to reliably detect objects. The incident radiation comes from either a deflector, such as a mirror or pentaprism. Alternatively, the radiation comes directly from the transmitter when the transmitter is disposed on the rotor body and rotates therewith.
Das erste optische Element ist vorzugsweise ein Element zum Umlenken der Strahlung. Vorzugsweise ist das erste optische Element ein Pentaprisma. Ein Pentaprisma hat auch den Vorteil, dass es in gewissen Bereichen kippneutral ist und in gewissen Bereichen unabhängig von seiner Einbaulage eine 900 Umlenkung der eintretenden Strahlung bewirkt. Auch hierdurch wird die Robustheit der optischen Detektionsvorrichtung weiter fortgebildet. Bevorzugt sind auch hierbei andere Winkel, etwa Winkel in einem Bereich von 80° bis 100°.The first optical element is preferably an element for redirecting the radiation. Preferably, the first optical element is a pentaprism. A pentaprism also has the advantage that it is tilt-neutral in certain areas and, in certain areas, regardless of its installation position, causes a 900 deflection of the incoming radiation. This also further enhances the robustness of the optical detection device. Here, too, other angles, for example angles in a range of 80 ° to 100 °, are preferred.
Bevorzugt ist das zweite optische Element eine Linse zum Spreizen der Strahlung. Die erste Linse ist vorzugsweise eine zylindrische Linse oder eine Powell-Linse. Die Position der Linse ist relativ zu der einfallenden Strahlung entlang der Rotationsachse einstellbar. Alternativ kann auch das Prisma relativ zur Linse verschoben werden um diese Einstellmöglichkeit zu erreichen.Preferably, the second optical element is a lens for spreading the radiation. The first lens is preferably a cylindrical lens or a Powell lens. The position of the lens is adjustable relative to the incident radiation along the axis of rotation. Alternatively, the prism can be moved relative to the lens to achieve this adjustment.
Der Sender ist vorzugsweise dazu ausgebildet, einen schmalen Strahl auszusenden, der in der Abbildung in etwa punktförmig ist. Wird als Sender eine Laserdiode verwendet, besteht zusätzlich das Problem, dass ein sehr kleines rechteckiges Signal aus mit – in der Abbildung – einem Seitenverhältnis von ca. 10:1 gesendet wird. Dieses Signal wird in dem Pfad zum zur ersten Optik durch eine Linse in ein ”unscharfes” größeres Signal verwandelt, welches dann annährend rund ist, ähnlich dem Abbild eines sog. Laserpointers an der Wand. Um eine gute Erfassung von Objekten in der beobachteten Zone zu erreichen, ist es vorteilhaft, den Strahl des Senders aufzufächern bzw. aufzuspreizen, und zwar vorzugsweise senkrecht zum Azimut. Das heißt, die Spreizung wird vorzugsweise so ausgeführt, dass der Strahl fächerförmig ist, wobei die Ebene des Fächers die Rotationsachse einschließt oder parallel zu dieser ist. Vorzugsweise ist die erste Linse am Strahlenausgang des Umlenkelements, wie etwa einem Pentaprisma, angeordnet. Das heißt, die Aufspreizung des Strahls findet erst nach Umlenkung des Strahls statt, wodurch abbildungstechnische Vorteile erzielt werden. Wird als Umlenkelement beispielsweise ein Spiegel eingesetzt und der Strahl vor dem Spiegel aufgefächert, ergibt sich der abbildungstechnische Nachteil, dass der fächerförmige Strahl rotiert. Daher ist die erste Linse vorzugsweise am Strahlenausgang eines solchen Umlenkelements angeordnet.The transmitter is preferably designed to emit a narrow beam, which is approximately punctiform in the figure. If a laser diode is used as the transmitter, there is the additional problem that a very small rectangular signal is sent out with - in the figure - an aspect ratio of approx. 10: 1. This signal is converted in the path to the first optics by a lens in a "blurred" larger signal, which is then approximately round, similar to the image of a so-called laser pointer on the wall. In order to achieve a good detection of objects in the observed zone, it is advantageous to fan the beam of the transmitter, preferably perpendicular to the azimuth. That is, the spreading is preferably carried out so that the jet is fan-shaped, wherein the plane of the fan encloses the rotation axis or is parallel to it. Preferably, the first lens is arranged at the beam exit of the deflection element, such as a pentaprism. That is, the spread of the beam takes place only after deflection of the beam, whereby technical advantages are achieved. If, for example, a mirror is used as deflecting element and the beam fanned out in front of the mirror, the technical disadvantage results that the fan-shaped beam rotates. Therefore, the first lens is preferably arranged at the beam exit of such a deflection element.
Die Aufspreizung der Strahlung erfolgt vorzugsweise um 5° bis 10°, sodass die emittierte Strahlung in der Abbildung eine Linie bildet. In Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Linse integral mit dem Pentaprisma der ersten Optik ausgebildet ist, insbesondere einstückig.The spread of the radiation is preferably carried out by 5 ° to 10 °, so that the emitted radiation forms a line in the figure. In embodiments of the invention it is provided that the first lens is formed integrally with the pentaprism of the first optics, in particular in one piece.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste optische Element an einem Schlitten befestigt, der entlang der axialen Richtung der Rotationsachse bewegbar ist. Das zweite optische Element, insbesondere die erste Linse, ist vorzugsweise an dem Rahmen und/oder an dem Gehäuseabschnitt des Rotorkörpers befestigt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das erste optische Element an dem Rahmen und/oder an dem Gehäuseabschnitt befestigt ist und das zweite optische Element an dem Schlitten. Je nach genauer Ausgestaltung der optischen Detektionsvorrichtung kann sich durch die eine oder andere Gestaltung ein konstruktionstechnischer Vorteil ergeben. Der Schlitten ist entlang der Rotationsachse bewegbar. Die Rotationsachse ist in der montierten Position im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, sodass durch die Bewegung des Schlittens entlang der Rotationsachse eine Justierung der Richtung des emittierten Strahls in vertikale Richtung möglich ist. Ein Schlitten hat sich bewährt, da er ausschließlich die Bewegung in axialer Richtung zulässt und keine Bewegung in radialer oder tangentialer Richtung. Der Schlitten stützt sich vorzugsweise an dem Rahmen ab oder an entsprechenden Elementen des Gehäuseabschnitts. Beispielsweise kann eine Führungsschiene, wie etwa eine Schwalbenschwanzführung oder dergleichen, vorgesehen sein.According to a further preferred embodiment of the invention, the first optical Element attached to a carriage which is movable along the axial direction of the axis of rotation. The second optical element, in particular the first lens, is preferably fastened to the frame and / or to the housing section of the rotor body. Alternatively it can also be provided that the first optical element is fixed to the frame and / or on the housing portion and the second optical element on the carriage. Depending on the precise configuration of the optical detection device, one or the other design may result in a constructional advantage. The carriage is movable along the axis of rotation. The axis of rotation is oriented substantially vertically in the mounted position, so that by the movement of the carriage along the axis of rotation, an adjustment of the direction of the emitted beam in the vertical direction is possible. A slide has proven itself, as it allows only the movement in the axial direction and no movement in the radial or tangential direction. The carriage preferably rests on the frame or on corresponding elements of the housing section. For example, a guide rail, such as a dovetail guide or the like may be provided.
Ferner ist bevorzugt, dass die optische Detektionsvorrichtung einen Justiermechanismus zum Justieren der axialen Position des Schlittens aufweist. Der Justiermechanismus dient zur Verstellung der Position des Schlittens. Der Justiermechanismus ist vorzugsweise von außerhalb der optischen Detektionsvorrichtung betätigbar. Der Justiermechanismus kann in einer Variante handbetätigt sein, beispielsweise durch einen Servicemitarbeiter, der nach oder bei Montage der optischen Detektionsvorrichtung eine Justierung vornimmt, sodass die emittierte Strahlung in einem korrekten Winkelbereich emittiert wird. In Varianten ist auch bevorzugt, dass die Justierung automatisch erfolgt, etwa abhängig von der Neigung des Fahrzeugs, an dem die Detektionsvorrichtung befestigt ist. Ist die optische Detektionsvorrichtung an einem Lastkraftwagen befestigt, kann sich die Neigung abhängig von einer Ladung oder der Art des Aufliegers ändern. Hierzu ist vorzugsweise ein Mechanismus vorgesehen, der in einem solchen Fall eine Justierung vornimmt.Further, it is preferable that the optical detection device has an adjusting mechanism for adjusting the axial position of the carriage. The adjustment mechanism is used to adjust the position of the carriage. The adjustment mechanism is preferably operable from outside the optical detection device. The adjustment mechanism can be manually operated in a variant, for example by a service employee, who performs an adjustment after or during assembly of the optical detection device, so that the emitted radiation is emitted in a correct angular range. In variants it is also preferred that the adjustment takes place automatically, for example, depending on the inclination of the vehicle to which the detection device is attached. If the optical detection device is mounted on a truck, the inclination may change depending on a load or the type of trailer. For this purpose, a mechanism is preferably provided which makes an adjustment in such a case.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Justiermechanismus ein Exzenterelement auf, welches mit dem Schlitten so in Eingriff steht, dass der Schlitten bei Drehung des Exzenterelements entlang der Rotationsachse bewegt wird. Das Exzenterelement stützt sich mit einem Abschnitt vorzugsweise an dem Rahmen ab, und mit einem zweiten Abschnitt, vorzugsweise einem exzentrischen Abschnitt, steht es in Verbindung mit dem Schlitten. Durch Drehung des Exzenterelements ist so der Schlitten relativ zu dem Rahmen verstellbar. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit der Axialverschiebung des Schlittens.In a preferred refinement, the adjusting mechanism has an eccentric element which engages with the carriage such that the carriage is moved along the axis of rotation when the eccentric element rotates. The eccentric member preferably rests against the frame with a portion, and with a second portion, preferably an eccentric portion, it communicates with the carriage. By rotation of the eccentric so the carriage is adjustable relative to the frame. This is a particularly simple way of axial displacement of the carriage.
Weitere Alternativen umfassen auch einen Ritzel-Zahnstange-Antrieb, einen Schneckenradantrieb oder auch einen Gewindestangenantrieb.Other alternatives also include a pinion rack drive, a worm gear drive or a threaded rod drive.
Vorzugsweise ist der Justiermechanismus selbsthemmend ausgebildet. Der Justiermechanismus ist vorzugsweise so ausgebildet, dass nach Einstellen einer axialen Position des Schlittens dieser sich nicht mehr selbsttätig in eine axiale Richtung bewegen kann. Hierdurch ist die Justierung weiter vereinfacht. Es ist nicht erforderlich, beispielsweise ein zusätzliches Klemmelement oder ein Fixierelement vorzusehen, vielmehr bleibt der Schlitten automatisch, nämlich durch Selbsthemmung, in der eingestellten Position. Die Selbsthemmung kann beispielsweise mittels Reibung, einen Ratschen-Mechanismus oder eines selbsthemmenden Getriebes, wie beispielsweise eines Schneckenradantriebs, realisiert werden.Preferably, the adjustment mechanism is self-locking. The adjusting mechanism is preferably designed so that after setting an axial position of the carriage, this can no longer move automatically in an axial direction. As a result, the adjustment is further simplified. It is not necessary, for example, to provide an additional clamping element or a fixing, but the carriage remains automatically, namely by self-locking, in the set position. The self-locking can be realized for example by means of friction, a ratchet mechanism or a self-locking gear, such as a Schneckenradantriebs.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die optische Detektionsvorrichtung einen Antrieb zum Rotieren des Rotorkörpers um die Rotationsachse aufweist, sodass die emittierte Strahlung entlang des Azimut bewegt wird. Vorzugsweise rotiert der Körper permanent in eine Richtung, und Strahlung wird nur dann emittiert, wenn der Rotorkörper in die Richtung der zu beobachtenden Zone ausgerichtet ist. Durch eine azimutale Bewegung wird der emittierte Strahl entlang des Azimut bewegt, und so können Objekte in einem breiten Bereich erfasst werden.Furthermore, it is preferred that the optical detection device has a drive for rotating the rotor body about the axis of rotation, so that the emitted radiation is moved along the azimuth. Preferably, the body is permanently rotating in one direction and radiation is emitted only when the rotor body is oriented in the direction of the zone to be observed. An azimuthal motion moves the emitted beam along the azimuth, allowing objects to be detected in a wide range.
Vorzugsweise weist der Antrieb einen elektrischen Motor mit einem Rotor und einem Stator auf, wobei der Rotor unmittelbar an dem Rotorkörper befestigt ist. Auch hierdurch wird ein kompakter Aufbau erreicht. Vorzugsweise ist die optische Detektionsvorrichtung getriebelos ausgebildet, und es ist kein Getriebe zwischen dem Rotor des Elektromotors und dem Rotorkörper vorgesehen. Hierdurch wird weiterhin die Wartung reduziert und Fehleranfälligkeit ebenfalls reduziert. Bevorzugt steht der Rotor des Motors unmittelbar in Kontakt mit einem der Wellenstummel.Preferably, the drive comprises an electric motor with a rotor and a stator, wherein the rotor is attached directly to the rotor body. This also achieves a compact design. Preferably, the optical detection device is gearless, and there is no transmission provided between the rotor of the electric motor and the rotor body. As a result, the maintenance is further reduced and error-prone also reduced. Preferably, the rotor of the motor is directly in contact with one of the stub shafts.
In einer weiteren Variante weist der Antrieb einen elektrischen Motor und ein Getriebe zwischen dem elektrischen Motor und dem Rotorkörper auf. Vorzugsweise weist das Getriebe ein erstes Getrieberad an dem Rotorkörper und ein zweites Getrieberad an dem Rotor des Motors auf, wobei die beiden Getrieberäder miteinander kämmen. Hierdurch kann die Anordnung des Motors weitgehend unabhängig von der Anordnung des Rotorkörpers erfolgen, und die axiale Baugröße der Detektionsvorrichtung ist reduziert. Ferner ist es so einfacher möglich, eine Drehzahl des Rotorkörpers in dem Bereich vorzusehen, der für den Anwendungsfall bevorzugt ist.In a further variant, the drive has an electric motor and a transmission between the electric motor and the rotor body. Preferably, the transmission has a first gear on the rotor body and a second gear on the rotor of the motor, wherein the two gears mesh with each other. As a result, the arrangement of the motor can be largely independent of the arrangement of the rotor body, and the axial size of the detection device is reduced. It is also easier to do so Provide speed of the rotor body in the area which is preferred for the application.
In einem zweiten Aspekt löst die Erfindung die eingangs genannte Aufgabe bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art mit einer Front und einem Heck dadurch, dass dieses wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen einer Detektionsvorrichtung des ersten Aspekts der Erfindung aufweist; sowie ein elektronisches Bordnetz und eine Fahrzeugsteuerung, die mit dem Bordnetz verbunden ist und Funktionen des Fahrzeugs steuert, wobei die optische Detektionsvorrichtung mit dem Bordnetz des Fahrzeugs zum Übertragen von Daten an die Fahrzeugsteuerung verbunden ist. Daten, die an die Fahrzeugsteuerung übertragen werden, können beispielsweise digitalisierte Abstandsinformationen umfassen, die einen Abstand zwischen der Detektionsvorrichtung sowie einem detektierten Objekt angeben. Abhängig von diesen Abstandswerten ist die Fahrzeugsteuerung vorzugsweise dazu eingerichtet, entsprechende Stellsignale an ein oder mehrere Stellelemente, wie beispielsweise eine Bremsanlage, auszugeben.In a second aspect, the invention solves the above-mentioned object in a vehicle of the type mentioned above with a front and a rear in that it has at least one optical detection device according to one of the above-described preferred embodiments of a detection device of the first aspect of the invention; as well as an electronic vehicle electrical system and a vehicle control, which is connected to the electrical system and controls functions of the vehicle, wherein the optical detection device is connected to the vehicle electrical system of the vehicle for transmitting data to the vehicle control. Data transmitted to the vehicle controller may include, for example, digitized distance information indicating a distance between the detection device and a detected object. Depending on these distance values, the vehicle control is preferably set up to output corresponding control signals to one or more control elements, such as a brake system.
Vorzugsweise ist wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung an der Front des Fahrzeugs vorgesehen. Diese kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, einen Stau oder ein stehendes Fahrzeug vor dem Fahrzeug zu detektieren. Zusätzlich oder alternativ sind vorzugsweise an zwei vorderen Ecken der Front, etwa im Bereich von Fahrtrichtungsanzeigern des Fahrzeugs, Detektionsvorrichtungen angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass Detektionsvorrichtungen an Seiten des Fahrzeugs, bei einem Personenkraftwagen etwa im Bereich der B-Säule, angeordnet sind. Seitlich angeordnete Detektionsvorrichtungen können insbesondere dazu eingesetzt werden, beispielsweise Fahrradfahrer oder Fußgänger bei rechtsabbiegendem Fahrzeugverkehr zu detektieren, sodass die Detektionsvorrichtung als Teil eines Abbiegeassistenzsystems eingesetzt werden kann. Auch am Heck des Fahrzeugs können eine oder mehrere Detektionsvorrichtungen angeordnet sein, um den entsprechenden Bereich zu überwachen. Grundsätzlich sind Detektionsvorrichtungen der eingangs genannten Art an dem Fahrzeug dort einsetzbar, wo eine entsprechende Zone beobachtet werden soll. Eine möglichst vollständige Beobachtung des gesamten Fahrzeugumfelds ist wünschenswert und bevorzugt, wenn die Detektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung für beispielsweise autonomes Fahren eingesetzt werden soll.Preferably, at least one optical detection device is provided at the front of the vehicle. This can for example be used to detect a traffic jam or a stationary vehicle in front of the vehicle. Additionally or alternatively, detection devices are preferably arranged at two front corners of the front, approximately in the region of direction indicators of the vehicle. Additionally or alternatively, it is also conceivable that detection devices are arranged on the sides of the vehicle, in a passenger car approximately in the region of the B pillar. Laterally arranged detection devices can be used in particular to detect, for example, cyclists or pedestrians in right-turning vehicle traffic, so that the detection device can be used as part of a turning assistance system. Also at the rear of the vehicle, one or more detection devices may be arranged to monitor the corresponding area. In principle, detection devices of the type mentioned above can be used on the vehicle where a corresponding zone is to be observed. As complete an observation as possible of the entire vehicle environment is desirable and preferred if the detection device of the present invention is to be used for, for example, autonomous driving.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsformen nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing. This is not necessarily to scale the embodiments, but the drawing, where appropriate for explanation, executed in a schematized and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings directly recognizable from the drawing reference is made to the relevant prior art. It should be noted that various modifications and changes may be made in the form and detail of an embodiment without departing from the general idea of the invention. The disclosed in the description, in the drawing and in the claims features of the invention may be essential both individually and in any combination for the development of the invention. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawings and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or detail of the preferred embodiments shown and described below, or limited to an object that would be limited in comparison with the subject matter claimed in the claims. For the given design ranges, values within the stated limits should also be disclosed as limit values and be arbitrarily usable and claimable. For simplicity, the same reference numerals are used below for identical or similar parts or parts with identical or similar function.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments and from the drawings; these show in:
Das Grundprinzip einer optischen Detektionsvorrichtung
Wie sich auch aus
Der Teil
Der Empfänger
Die Verwendung von Pentaprismen
Die optische Anordnung
In einer ersten praktischen Umsetzung der optischen Detektionsvorrichtung
Der Sender
Der Antrieb
Die Abtriebswelle
Genauer ist die optische Anordnung
Der Rotorkörper
In
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Das Gehäuse
Von dem mittleren Leiterplattenabschnitt
Der zweite und dritte Leiterplattenabschnitt
Die obere Gehäuseschale
Das Gehäuse
Obere und untere Gehäuseschalen
In
Gemäß
Der Motor
Eine solche Ausführungsform eignet sich besonders dann, wenn eine kurze axiale Bauform der Detektionsvorrichtung vorteilhaft ist, da der Antrieb
Der Rahmen
An den Wellenstummeln
Der Justiermechanismus
Die optische Detektionsvorrichtung
Die Steuerung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Detektionsvorrichtungdetection device
- 22
- Sendertransmitter
- 33
- emittierte Strahlungemitted radiation
- 3a3a
- axialer Abschnitt der emittierten Strahlungaxial portion of the emitted radiation
- 3b3b
- radialer Abschnitt der emittierten Strahlungradial portion of the emitted radiation
- 44
- Empfängerreceiver
- 55
- reflektierte Strahlungreflected radiation
- 5a5a
- axialer Abschnitt der reflektierten Strahlungaxial portion of the reflected radiation
- 5b5b
- radialer Abschnitt der reflektierten Strahlungradial portion of the reflected radiation
- 66
- optische Anordnungoptical arrangement
- 88th
- erste Optikfirst appearance
- 1010
- zweite Optiksecond optics
- 1212
- Antriebdrive
- 1414
- erstes Pentaprismafirst pentaprism
- 1616
- zweites Pentaprismasecond pentaprism
- 16a 16a
- erstes optisches Elementfirst optical element
- 1818
- erste Linsefirst lens
- 18a18a
- zweites optisches Elementsecond optical element
- 2020
- zylindrische Linsecylindrical lens
- 2222
- Powell-LinsePowell lens
- 2424
- zweite Linsesecond lens
- 2626
- Laserdiodelaser diode
- 3030
- Rahmenframe
- 3232
- elektrischer Motorelectric motor
- 3434
- Rotorrotor
- 3636
- Statorstator
- 4040
- Hohlraumcavity
- 4242
- Abtriebswelleoutput shaft
- 4444
- Diffusor-LinseDiffuser lens
- 4545
- Halterungbracket
- 4646
- Rotorgehäuserotor housing
- 4747
- Bodenabschnittbottom section
- 4848
- Permanentmagnetepermanent magnets
- 5050
- Gewindeschaftthreaded shaft
- 50a50a
- Öffnungopening
- 5151
- Kragencollar
- 5252
- Gewindeabschnittthreaded portion
- 54,5654.56
- Wälzlagerroller bearing
- 60, 62, 6460, 62, 64
- Leiterplattecircuit board
- 66,6866.68
- Filmscharnierefilm hinges
- 7070
- Rotorkörperrotor body
- 7272
- Gehäuseabschnitthousing section
- 72a72a
- Anlageflächecontact surface
- 7373
- Ausnehmungrecess
- 7474
- erster Wellenstummelfirst stub shaft
- 74a74a
- Lagerbuchsebearing bush
- 7474
- Teil des LagersitzesPart of the bearing seat
- 7575
- erste Bohrungfirst hole
- 7676
- zweiter Wellenstummelsecond stub shaft
- 76b76b
- Lagerbuchsebearing bush
- 7777
- zweite Bohrungsecond hole
- 8080
- Gehäusecasing
- 8282
- Schlittencarriage
- 8383
- Pfeilearrows
- 8484
- Justiermechanismusadjustment mechanism
- 8585
- feststehender Teilfixed part
- 8686
- Exzenterelementeccentric
- 8787
- Exzentereccentric
- 8888
- Eingriffsabschnittengaging portion
- 9090
- Getriebetransmission
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 101101
- beobachtete Zonewatched zone
- 102102
- Frontfront
- 104104
- HeckRear
- 106106
- Objektobject
- 110110
- Steuerungcontrol
- 112112
- Bordnetzboard network
- 114114
- Fahrzeugsteuerungvehicle control
- 116116
- Datendates
- 120120
- Ritzelpinion
- 122122
- Radwheel
- 180180
- Grundkörperbody
- 182,184182.184
- Halteabschnitteholding portions
- 186a, 186b, 186c, 186d186a, 186b, 186c, 186d
- Halterungenbrackets
- 187187
- Statorhalterungstator support
- 190190
- Gehäusecasing
- 191191
- untere Gehäuseschalelower housing shell
- 192192
- obere Gehäuseschaleupper housing shell
- 193a, 193b193a, 193b
- transparente Abschnittetransparent sections
- 194a, 194b, 194d, 194e194a, 194b, 194d, 194e
- Schraubenscrew
- 195a, 195b, 195d, 195e195a, 195b, 195d, 195e
- Gewindeabschnittethreaded sections
- 196196
- Wabenstrukturhoneycomb structure
- 197197
- Lüftungskanäleventilation ducts
- 198198
- Laschentabs
- 199199
- Vorsprüngeprojections
- 200, 202, 204200, 202, 204
- erste Halterungfirst bracket
- 206206
- zweite Halterungsecond bracket
- 208208
- Vorsprüngeprojections
- 210210
- Konterplattecounter plate
- 212, 214212, 214
- Umfangsnutcircumferential groove
- 216, 218216, 218
- SicherungsringeRetaining rings
- 220, 222220, 222
- Stirnseitenfront sides
- AA
- Rotationsachseaxis of rotation
- DD
- Abstanddistance
- P1P1
- optischer Pfadoptical path
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Claims (15)
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