DE102017111318B4

DE102017111318B4 - Ultraschallsensoreinheit mit Ultraschallsensor und Infrarotsensor

Info

Publication number: DE102017111318B4
Application number: DE102017111318.5A
Authority: DE
Inventors: Sanjay Anvekar
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2037-08-04
Also published as: DE102017111318A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoreinheit (10) zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einem Ultraschallsensor (12) umfassend eine Ultraschallmembran (16) und ein mechanisch mit der Ultraschallmembran (16) verbundenes Piezoelement (18), wobei die Ultraschallsensoreinheit (10) einen Infrarotsensor (14) umfasst. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit (10). Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit (10). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ausgabe einer Warnung bei einer Annäherung zwischen einem Lebewesen und einem Fahrzeug, umfassend die Schritte Erfassen einer Annäherung eines Objekts mit einem Ultraschallsensor (12), Empfangen von Infrarotstrahlung im Bereich des Objekts mit einem Infrarotsensor (14), Vergleichen der von dem Objekt empfangenen Infrarotstrahlung (28) mit einem Referenzwert, und Ausgeben einer Warnung, wenn die von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung (28) über dem Referenzwert liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallsensoreinheit zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einem Ultraschallsensor umfassend eine Ultraschallmembran und ein mechanisch mit der Ultraschallmembran verbundenes Piezoelement.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrassistenzsystem mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausgabe einer Warnung bei einer Annäherung zwischen einem Lebewesen und einem Fahrzeug, wobei eine Annäherung eines Objekts mit einem Ultraschallsensor erfasst wird.
Automobile Fahrzeuge aller Arten sind heutzutage mit einer Vielzahl Sensoren ausgestattet, um eine Umgebung des Fahrzeugs zuverlässig erfassen zu können. Dadurch können potentielle Gefahren frühzeitig erkannt und eine Unfallgefahr reduziert werden. Bei einer erkannten Gefahr kann eine Warnung an einen Fahrzeugführer ausgegeben werden, um geeignete Gegenmaßnahmen gegen die erkannte Gefahr zu ergreifen. Alternativ kann das Fahrzeug auch selbsttätig Gegenmaßnahmen ergreifen, wenn das Fahrzeug beispielsweise mit entsprechenden Fahrassistenzsystemen zum autonomen Handeln ausgestattet ist. Als weiter Option kann ausgehend von einer erkannten Gefahr von dem Fahrzeug eine Warnung ausgegeben werden, um andere Verkehrsteilnehmer über eine erkannte Gefahr zu informieren. Alle diese Maßnahmen sind dazu geeignet, basierend auf der erfassten Umgebungsinformation die Verkehrssicherheit zu verbessern. Verschiedene Fahrassistenzsysteme sind bekannt, die solche Umgebungsinformation von Ultraschallsensoren auswerten und verwenden, beispielsweise Umfelderfassungssysteme.
Eine wichtige Aufgabe in diesem Bereich besteht darin, eine Umfelderfassung oder Umgebungserfassung durchzuführen, um insbesondere Personen aber auch allgemein jegliche Lebewesen in einem Gefahrenbereich um das Fahrzeug herum frühzeitig erfassen zu können. Dadurch können diese Lebewesen besonders zuverlässig geschützt und Personenschäden vermieden werden. Dies hat sich aber in der Praxis bisher als schwierig herausgestellt.
In diesem Zusammenhang ist aus der DE 101 55 649 A1 ein automatisiertes Verkehrssystem basierend auf modifizierten Straßenfahrzeugen und modifizierten Fahrtrassen bekannt. Auf einem derartigen Verkehrssystem verkehrenden Fahrzeuge sind mit berührungslos arbeitender Sensorik (Laser-, Ultraschall- und Infrarot-Abstandsmessung, optischer Kantenerfassung u. dgl. zur Abstands- oder Spurabtastung bzw. mit beiden Möglichkeiten ausgerüstet. Dadurch stehen Informationen für die Steuerung des Lenkantriebes zur Verfügung.
Weiter ist aus der DE 10 20 13 206 707 A1 ein Verfahren zur Überprüfung eines Umfelderfassungssystems eines Fahrzeugs bekannt. Das Umfelderfassungssystem umfasst mindestens zwei verschiedene Umfeldsensortypen, wobei Objekte im Umfeld des Fahrzeugs mit einem ersten Umfeldsensortyp erfasst werden, die Objekte mit den Daten des ersten Umfeldsensortyps in statische und dynamische Objekte kategorisiert werden, die relative Position der erfassten statischen Objekte zum Fahrzeug bestimmt wird, diese Position mit einer über einen zweiten Umfeldsensortyp ermittelten Position verglichen wird. Bei einer Abweichung über einem Grenzwert wird auf einen Fehler geschlossen, wobei der Sichtbereich des ersten Umfeldsensortyps nicht mit dem Sichtbereich des zweiten Umfeldsensortyps überlappt und die relative Position der erfassten statischen Objekte nach dem Verlassen des Sichtbereichs des ersten Umfeldsensortyps unter Berücksichtigung der Bewegung des Fahrzeugs aktualisiert wird.
Außerdem ist aus der DE 10 2015 111 259 A1 eine Ultraschall- und Infrarot-Objektdetektion für ein drahtloses Laden von Elektrofahrzeugen bekannt. Ein drahtloses Batterieladesystem für ein Elektrofahrzeug kann eine Sender-Baugruppe, die dafür ausgelegt ist, ein Ladesignal an ein Fahrzeug zu senden, einen Ultraschall-Sensor, der dafür ausgelegt ist, ein unerwünschtes Objekt nahe an der Sender-Baugruppe zu erfassen, und einen Infrarot-Sensor, der dafür ausgelegt ist, ein unerwünschtes Objekt nahe an der Sender-Baugruppe zu erfassen, beinhalten. Die Sender-Baugruppe beinhaltet eine Primärspule. Der Infrarot-Sensor und der Ultraschall-Sensor können sich mindestens teilweise überlappende Regionen erfassen, um ein unerwünschtes Objekt in einer Spulenregion zwischen der Primärspule und einer Sekundärspule des Fahrzeugs zu erfassen.
JP H11-167 698A offenbart einen Ultraschallsensor, der ein Objekt detektiert, das ein Hindernis in der Umgebung eines Fahrzeugs ist, und einen Infrarotsensor, der ein Lebewesen detektiert, das ein Hindernis in der Umgebung des Fahrzeugs ist.
US 2007/0 076 526 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Überwachen der Umgebung eines Fahrzeugs, umfassend ein in dem Fahrzeug vorgesehenes Bildgebungsgerät und eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren, die um das Bildgebungsgerät herum vorgesehen sind als eine Einheit mit dem Bildgebungsgerät.
DE 10 2011 006 068 A1 betrifft eine Sensorbaugruppe für ein Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug, in die mindestens ein Ultraschallsensor und mindestens ein Bildsensor integriert sind.
DE 10 2006 033 693 A1 beschreibt einen Hindernisdetektor umfassend einen Ultraschallsensor zur Erfassung eines Hindenisses. Der Hindernisdetektor kann in einer Ausführungsform eine Konfiguration mit wenigstens einem Infrarotsensor zur Erfassung von Infrarotstrahlen von einem Hindernis als eine Erfassungseinheit verwenden.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschallsensoreinheit, ein Fahrzeug mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit, ein Fahrassistenzsystem mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit, sowie ein Verfahren zur Ausgabe einer Warnung bei einer Annäherung zwischen einem Lebewesen und einem Fahrzeug anzugeben, die eine einfache und zuverlässige Erkennung von Lebewesen in einer Umgebung eines Fahrzeugs ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist somit eine Ultraschallsensoreinheit angegeben, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einem Ultraschallsensor umfassend eine Ultraschallmembran und ein mechanisch mit der Ultraschallmembran verbundenes Piezoelement, wobei die Ultraschallsensoreinheit einen Infrarotsensor umfasst.
Die Ultraschallsensoreinheit weist ein Gehäuse auf, der Ultraschallsensor ist in dem Gehäuse angeordnet, der Infrarotsensor ist in dem Gehäuse angeordnet, und das Gehäuse weist einen infrarotdurchlässigen Bereich auf. Durch den infrarotdurchlässigen Bereich kann ein Infrarotempfänger des Infrarotsensors prinzipiell mit vielen Freiheitsgeraden angeordnet sein. Eine Anordnung insbesondere eines Infrarotempfängers des Infrarotsensors an einer Gehäuseaußenseite ist nicht erforderlich. Somit kann eine kompakte Ultraschallsensoreinheit bereitgestellt werden. Der infrarotdurchlässige Bereich ist vorzugsweise semitransparent ausgeführt. Der infrarotdurchlässige Bereich ist vorzugsweise aus Silikon hergestellt. Der Ultraschallsensor ist vorzugsweise derart in dem Gehäuse angeordnet, dass seine Ultraschallmembran in eine Aussparung in dem Gehäuse eingesetzt ist. Dadurch kann der Ultraschall gut abgestrahlt und empfangen werden.
Der infrarotdurchlässige Bereich ist derart angeordnet, dass er die Ultraschallmembran zumindest abschnittsweise umgibt. Insbesondere ist die Ultraschallmembran als im Wesentlichen kreisscheibenförmige Membran ausgeführt, und der infrarotdurchlässige Bereich ist als Ring oder Ringabschnitt ausgeführt, der die Ultraschallmembran zumindest in einem Winkelabschnitt umgibt. Die Ultraschallmembran ist vorzugsweise mit einer kreisförmigen Umfangsform ausgeführt. Die Ultraschallmembran ist alternativ oder zusätzlich vorzugsweise mit einer Topfform ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse im Bereich der Ultraschallmembran eine Zylinderform aufweisen, und die Ultraschallmembran ist in einen Innenbereich der Zylinderform eingesetzt.
Erfindungsgemäß ist außerdem ein Fahrzeug mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit angegeben.
Erfindungsgemäß ist ebenfalls ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug mit wenigstens einer solchen Ultraschallsensoreinheit angegeben.
Weiter ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ausgabe einer Warnung bei einer Annäherung zwischen einem Lebewesen und einem Fahrzeug angegeben, umfassend die Schritte Erfassen einer Annäherung eines Objekts mit einem erfindungsgemäßen Ultraschallsensor, Empfangen von Infrarotstrahlung im Bereich des Objekts mit einem Infrarotsensor, Vergleichen der von dem Objekt empfangenen Infrarotstrahlung mit einem Referenzwert, und Ausgeben einer Warnung, wenn die von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung über dem Referenzwert liegt.
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, durch die integrale Ausgestaltung der Ultraschallsensoreinheit mit einem Ultraschallsensor und einem Infrarotsensor eine Sensoreinheit bereitzustellen, die automatisch für ein erfasstes Objekt ermitteln kann, ob es sich hierbei um ein Lebewesen, insbesondere eine Person, handelt, oder um einen sonstigen Gegenstand. Durch die Unterscheidung des Objekts zwischen Lebewesen und sonstigem Gegenstand kann eine Priorisierung erfolgen, um andere Lebewesen und insbesondere Personen in einer erkannten Gefahrensituation, beispielsweise bei einer Annäherung zwischen Objekt und Fahrzeug, besonders zu schützen. Dies beinhaltet, dass neben einer Warnung des Fahrzeugführers oder einer autonomen Aktion des Fahrzeugs, beispielsweise über ein entsprechendes Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs, auch eine optische oder akustische Warnung von dem Fahrzeug ausgegeben werden kann. Somit kann zusätzlich oder alternativ das Lebewesen auf die erkannte Gefahrensituation reagieren, wodurch die Sicherheit im Verkehr insgesamt verbessert wird. Durch die Kombination von einem Ultraschallsensor und einem Infrarotsensor in einer Ultraschallsensoreinheit kann für ein Objekt besonders einfach erfasst werden, ob es sich um ein Lebewesen handelt oder nicht. Eine abgestimmte Ausrichtung einzelner, verschiedenartiger Sensoren kann entfallen.
Die Warneinrichtung kann eine beliebige Warneinrichtung sein, beispielsweise in der Form eines Warnlichts, das beispielsweise blinkt, einer Sirene oder einer ähnlichen akustischen Warneinrichtung.
Der Ultraschallsensor ist ein üblicher Ultraschallsensor. Der Ultraschallsensor sendet Ultraschallwellen aus, deren Reflektionen an verschiedenen Objekten von dem Ultraschallsensor empfangen werden können. Aus der Laufzeit der Ultraschallwellen von dem Ultraschallsensor zu dem Ort der Reflektion und wieder zurück zu dem Ultraschallsensor kann jeweils ein Abstand zwischen dem Ultraschallsensor, und damit dem Fahrzeug, und dem jeweiligen Objekt bestimmt werden. Details zu der Implementierung des Ultraschallsensors sind dem Fachmann prinzipiell bekannt.
Das Piezoelement ist vorzugsweise an der Ultraschallmembran gehalten. Dabei ist das Piezoelement beispielsweise mittels eines flexiblen Leiterbahnenelements mit einer Leiterplatte verbunden. Durch die Verwendung eines solchen flexiblen Leiterbahnenelements sowie eines gummiartigen Halteelements ist eine freie Schwingbarkeit der Ultraschallmembran gewährleistet. Das Piezoelement ist dabei vorzugsweise mit einem pastösen Klebstoff an der Ultraschallmembran angeklebt. Denkbar ist auch, dass das Piezoelement in die Membran eingeklebt ist.
Der Infrarotsensor kann ein beliebiger Infrarotsensor sein. Der Infrarotsensor ist ein passiver Sensor, der Infrarotstrahlung von verschiedenen Objekten empfangen kann. Aus einer Intensität und alternativ oder zusätzlich einer Wellenlänge der Infrarotstrahlung kann bestimmt werden, ob ein von dem Ultraschallsensor erfasstes Objekt ein Lebewesen ist oder nicht.
Entsprechend kann der Referenzwert ein einfacher Intensitätswert sein. Alternativ kann der Referenzwert eine genauere Charakteristik eines Lebewesens enthalten.
Das Fahrassistenzsystem kann ein beliebiges Fahrassistenzsystem sein. Verschiedenartige Fahrassistenzsysteme sind bekannt, die Umgebungsinformation von Ultraschallsensoren auswerten und verwenden, beispielsweise Umfelderfassungssysteme, oder Parkassistenzsysteme. Umfelderfassungssysteme können beispielsweise als Bestandteil von anderen Fahrassistenzsystemen als Teil des Fahrassistenzsystems eine Umfelderfassung basierend auf dem wenigstens einen Ultraschallsensor durchführen.
Bei dem Verfahren sind die Verfahrensschritte beispielhaft in der vorliegenden Reihenfolge angegeben. Abweichende Abfolgen der einzelnen Verfahrensschritte sind ohne weiteres möglich.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der infrarotdurchlässige Bereich nach der Art einer optischen Linse ausgeführt, um eintreffende Infrarotstrahlung auf einem Infrarotempfänger des Infrarotsensors zu bündeln. Durch die Bündelung der Infrarotstrahlung kann eine Erfassung der Infrarotstrahlung verbessert werden. Insbesondere kann dadurch die Erkennung von Lebewesen erleichtert werden, da bereits geringe Temperaturunterschiede ausreichen können, um ein von dem Ultraschallsensor erfasstes Objekt als Lebewesen zu erkennen. Der infrarotdurchlässige Bereich ist vorzugsweise nach der Art einer Fresnellinse ausgeführt. Dadurch kann der infrarotdurchlässige Bereich mit einer kompakten Bauform bereitgestellt werden. Auch kann eine Fresnellinse beispielsweise in ihrem Mittelbereich einfach ausgespart werden. Durch die Bündelung der Infrarotstrahlung kann auch ein üblicher Infrarotsensor in der Ultraschallsensoreinheit verwendet werden. Ein üblicher Infrarotsensor weist üblicherweise einen einteiligen Infrarotempfänger auf. Ein beliebig geformter infrarotdurchlässiger Bereich kann dann dazu führen, dass nur wenig Infrarotstrahlung den Infrarotempfänger erreicht. Durch die Bündelung der Infrarotstrahlung kann diese weitgehend unabhängig von einer Form des infrarotdurchlässigen Bereichs auf dem Infrarotempfänger gebündelt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der infrarotdurchlässige Bereich mechanisch mit der Ultraschallmembran gekoppelt. Die mechanische Kopplung ermöglicht ein Übertragen von Schwingungen der Ultraschallmembran auf den infrarotdurchlässigen Bereich, wodurch dieser mit der Ultraschallmembran in Schwingungen versetzt werden kann. Durch die Übertragung der von der Ultraschallmembran erzeugten Schwingungen auf den infrarotdurchlässigen Bereich kann dieser eine Selbstreinigung erfahren. Entsprechend können während des Betriebs Verunreinigungen automatisch von dem infrarotdurchlässigen Bereich entfernt werden. Kleine Schmutzpartikel und Staub können sich dadurch auf dem infrarotdurchlässigen Bereich nicht ablagern, so dass die Infrarotstrahlung stets zuverlässig durch den infrarotdurchlässigen Bereich hindurchtreten kann. Vorzugsweise ist die Ultraschallsensoreinheit mit einem Reinigungsmodus ausgeführt, in dem der infrarotdurchlässige Bereich gezielt mit gewünschten Schwingungen angeregt wird, um eine effiziente Reinigung zu erzielen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Ultraschallsensoreinheit ein Dichtelement auf, das ausgeführt ist, die Ultraschallsensoreinheit im eingebauten Zustand mit einer Umgebungsfläche abzudichten, wobei das Dichtelement infrarotdurchlässig ausgeführt ist. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Ultraschallsensoreinheit in einem Verkleidungsteil des Fahrzeugs eingesetzt ist, wobei jede Ultraschallsensoreinheit mit ihrem Dichtelement mit dem jeweiligen Verkleidungsteil des Fahrzeugs abgedichtet ist. Der Dichtring dient also nicht nur der Abdichtung eines Spalts zwischen dem Fahrzeug und der Ultraschallsensoreinheit, sondern er kann gleichzeitig ein Fenster bereitstellen, durch das Infrarotstrahlung empfangen werden kann. Dies ermöglicht eine Bereitstellung einer sehr kompakten Ultraschallsensoreinheit, da das Verkleidungsteil effizient genutzt werden kann für den Ultraschallsensor und zum Empfang der Infrarotstrahlung und nur eine kleine Aussparung zur Aufnahme der Ultraschallsensoreinheit aufweisen muss. Das Verkleidungsteil kann beispielsweise eine Stoßstange des Fahrzeugs sein. Vorzugsweise ist der infrarotdurchlässige Bereich der Ultraschallsensoreinheit derart angeordnet, dass das Dichtelement die Infrarotstrahlung zu dem infrarotdurchlässigen Bereich passieren lässt. Vorzugsweise ist der infrarotdurchlässige Bereich derart angeordnet, dass er im an dem Fahrzeug montierten Zustand unterhalb des Dichtelements angeordnet ist. Das Dichtelement ist vorzugsweise als Entkopplungselement ausgeführt, welches die Übertragung mechanischer Schwingungen von der Ultraschallmembran auf das Verkleidungsteil des Fahrzeugs entkoppelt. Das Dichtelement hat somit nicht nur eine dichtende Wirkung, sondern auch eine entkoppelnde Wirkung. Die Ultraschallsensoreinheit ist vorzugsweise an einer Außenhülle des Fahrzeugs bzw. des Verkleidungsteils angeordnet, wobei der Ultraschallsensor und der Infrarotsensor von dem Fahrzeug nach außen gerichtet sind, um eine Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Der Ultraschallsensor und der Infrarotsensor sind dabei vorzugsweise mit einer gleichen Sensorempfangsrichtung ausgeführt. Die wenigstens eine Ultraschallsensoreinheit ist vorzugsweise in einer Stoßstange des Fahrzeugs angeordnet, wobei die Stoßstange ein Verkleidungsteil ist. Vorzugsweise sind in jeder Stoßstange eine Mehrzahl Ultraschallsensoreinheiten beabstandet voneinander angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann eine Mehrzahl Ultraschallsensoreinheiten entlang beider Längsseiten des Fahrzeugs angeordnet sein. Das Dichtelement ist vorzugsweise als halbtransparentes Element ausgeführt. Das Dichtelement ist vorzugsweise aus Silikon hergestellt.
Das Dichtelement ist vorzugsweise mit der Ultraschallmembran mechanisch gekoppelt, so dass von der Ultraschallmembran erzeugte Schwingungen auf das Dichtelement übertragen werden. Gleichzeitig wird durch das Dichtelement eine Übertragung der von der Ultraschallmembran erzeugten Schwingungen auf beispielsweise die Karosserie des Fahrzeugs bzw. die Stoßstangen oder beliebige Verkleidungsteile gedämpft und verhindert. Durch die Übertragung der von der Ultraschallmembran erzeugten Schwingungen auf das Dichtelement können die Dichtelemente eine Selbstreinigung durchführen. Entsprechend können während des Betriebs Verunreinigungen automatisch von dem Dichtelement entfernt werden. Kleine Schmutzpartikel und Staub können sich dadurch nicht auf dem Dichtelement ansammeln, so dass die Infrarotstrahlung stets zuverlässig durch das Dichtelement und den infrarotdurchlässigen Bereich hindurchtreten kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Ultraschallmembran und der Infrarotsensor mit einer gemeinsamen Sensorempfangsrichtung ausgeführt und in der Ultraschallsensoreinheit angeordnet. Es kann also bei einem von dem Ultraschallsensor erfassten Objekt auf besonders einfache Weise überprüft werden, ob es sich dabei um ein Lebewesen handelt, welches ein bestimmtes Niveau Infrarotstrahlung abgibt, handelt. Eine Kalibrierung und Ausrichtung von Einzelsensoren relativ zueinander kann entfallen, da sowohl der Ultraschallsensor wie auch der Infrarotsensor in der Ultraschallsensoreinheit die gleiche Ausrichtung aufweisen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Ultraschallsensoreinheit derart ausgeführt, dass der Infrarotsensor erst aktiviert wird, nachdem mit dem Ultraschallsensor ein Objekt erfasst wurde. Dadurch kann die Ultraschallsensoreinheit besonders energieeffizient ausgeführt sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Infrarotsensor nach der Art eines PIR-Sensors ausgeführt. Ein PIR-Sensor ist ein pyroelektrischer Sensor, der als Halbleitersensor ausgeführt ist und zur Detektion von Temperaturänderungen dient. PIR-Sensoren beruhen auf dem pyroelektrischen Prinzip. Hierbei handelt es sich um eine Eigenschaft einiger piezoelektrischer Halbleiterkristalle, bei denen eine Temperaturänderung ΔT zu einer messbaren Änderung der elektrischen Spannung führt. PIR-Sensoren reagieren nicht wie andere Temperatursensoren auf ein bestimmtes, zeitlich konstantes Temperaturniveau, sondern auf die Veränderung der Temperatur. Damit kann insbesondere für ein Objekt, das sich bewegt, auf einfache Weise dessen Temperatur ermittelt werden. So können sich bewegenden Lebewesen in einer Umgebung des Fahrzeugs leicht erfasst werden, um eine Warnung an diese Lebewesen oder an einen Führer des Fahrzeugs auszugeben. Mit PIR-Sensoren kann typischerweise eine von Lebewesen wie den Menschen ausgestrahlte Wärmestrahlung auf einige Meter Entfernung zuverlässig detektiert werden. Damit entspricht der Einsatzbereich von PIR-Sensoren näherungsweise dem Einsatzbereich von üblichen, in bzw. an Fahrzeugen verwendeten Ultraschallsensoren.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Infrarotsensor eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit ausgeführt ist, den Infrarotsensor zu kalibrieren. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt eines Kalibrierens des Infrarotsensors. Ein Kalibrieren des Infrarotsensors kann wichtig sein, um anhand der empfangenen Infrarotstrahlung zuverlässig bestimmen zu können, ob ein Objekt ein Lebewesen ist oder nicht. Die Infrarotstrahlung eines Lebewesens kann abhängig von einer Umgebungsstrahlung schwer als solche zu erkennen sein. Die Umgebungsstrahlung wird beispielsweise durch eine Umgebungstemperatur beeinflusst. Bei der Kalibrierung kann unter anderem ein Frequenzfenster für die empfangene Infrarotstrahlung angepasst werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Fahrassistenzsystem eine optische und/oder eine akustische Warneinrichtung auf und ist ausgeführt, eine Annäherung eines Objekts mit dem Ultraschallsensor der wenigstens einen Ultraschallsensoreinheit zu erfassen, Infrarotstrahlung im Bereich des Objekts mit dem Infrarotsensor zu erfassen, von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung mit einem Referenzwert zu vergleichen, und eine Warnung über die Warneinrichtung auszugeben, wenn die von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung über dem Referenzwert liegt. Der Referenzwert ist also ein Maß dafür, ob die Infrarotstrahlung von dem Objekt von einem Lebewesen, insbesondere einem Menschen stammt, oder nicht.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragebar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.
Es zeigt

1 eine schematische Ansicht einer Ultraschallsensoreinheit gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform mit einem Ultraschallsensor und einem Infrarotsensor,
2 eine perspektivische Ansicht der Ultraschallsensoreinheit der ersten, bevorzugten Ausführungsform gemäß 1 mit einem Gehäuse,
3 ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Ausgabe einer Warnung bei einer Annäherung zwischen einem Lebewesen und einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit der Ultraschallsensoreinheit der ersten Ausführungsform, und
4 eine schematische Ansicht der Ultraschallsensoreinheit gemäß der ersten Ausführungsform in einem an einem Verkleidungsteil eines Fahrzeugs montierten Zustand in einer seitlichen Schnittansicht.

Die 1, 2und 4 zeigen eine Ultraschallsensoreinheit 10 gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform.
Die Ultraschallsensoreinheit 10 umfasst einen Ultraschallsensor 12 und einen Infrarotsensor 14. Die Ultraschallsensoreinheit 10 umfasst ein gemeinsames Gehäuse 15 für den Ultraschallsensor 12 und den Infrarotsensor 14, die beide in dem Gehäuse 15 angeordnet sind.
Der Ultraschallsensor 12 umfasst eine kreisscheibenförmige Ultraschallmembran 16 und ein mechanisch mit der Ultraschallmembran 16 verbundenes Piezoelement 18. Das Piezoelement 18 ist an der Ultraschallmembran 16 gehalten. Das Piezoelement 18 ist dabei mit einem pastösen Klebstoff an der Ultraschallmembran 16 angeklebt. In einer alternativen Ausführungsform ist das Piezoelement 18 in die Ultraschallmembran 16 eingeklebt. Der Ultraschallsensor 12 ist ein üblicher Ultraschallsensor 12, der Ultraschallwellen 20 aussendet. Dazu wird die Ultraschallmembran 16 von einer Ansteuer- und Auswerteschaltung entsprechend angesteuert. Reflektionen der Ultraschallwellen 20 an verschiedenen, hier nicht dargestellten Objekten werden an der Ultraschallmembran 16 empfangen und von der Ansteuer- und Auswerteschaltung ausgewertet. Die Ansteuer- und Auswerteschaltung bestimmt dazu aus einer Laufzeit der Ultraschallwellen 20 von der Ultraschallmembran 16 zu dem Objekt als Ort der Reflektion und wieder zurück zu der Ultraschallmembran 16 einen Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 12, und damit einem Fahrzeug, und dem jeweiligen Objekt. Die Ansteuer- und Auswerteschaltung ist außerhalb der Ultraschallsensoreinheit 10 angeordnet und über ein nicht gezeigtes Kabel mit dieser verbunden.
Der Infrarotsensor 14 umfasst einen Infrarotempfänger 22 und eine Steuereinheit 26. Der Infrarotsensor 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel als PIR-Sensor, d.h. als pyroelektrischer Sensor, ausgeführt. Die Steuereinheit 26 ist ausgeführt, den Infrarotsensor 14 zu kalibrieren. Die Kalibrierung umfasst ein Anpassen eines Frequenzfensters für die Infrarotstrahlung 28 und eine Anpassung des Referenzwerts abhängig von einer Umgebungstemperatur. Die Ultraschallsensoreinheit 10 ist ausgeführt, den Infrarotsensor 14 erst zu aktivieren, nachdem mit dem Ultraschallsensor 12 ein Objekt erfasst wurde.
Das Gehäuse 15 weist einen infrarotdurchlässigen Bereich 24 aus Silikon auf. Der infrarotdurchlässige Bereich 24 ist semitransparent ausgeführt. Außerdem ist der infrarotdurchlässige Bereich 24 nach der Art einer Fresnellinse ausgeführt, die in ihrem Mittelbereich ausgespart ist. Entsprechend ist der infrarotdurchlässige Bereich 24 ringförmig ausgebildet. Der infrarotdurchlässige Bereich 24 umgibt die Ultraschallmembran 16 ringförmig und bündelt einfallende Infrarotstrahlung 28 auf dem Infrarotempfänger 22.
Der infrarotdurchlässige Bereich 24 ist mechanisch mit der Ultraschallmembran 16 gekoppelt. Durch die Übertragung der von der Ultraschallmembran 16 erzeugten Schwingungen auf den infrarotdurchlässigen Bereich 24 erfährt dieser eine Selbstreinigung.
Die Ultraschallmembran 16 und der Infrarotsensor 14 sind mit einer gemeinsamen Sensorempfangsrichtung 34 ausgeführt und in der Ultraschallsensoreinheit 10 angeordnet. Die Ultraschallsensoreinheit 10 umfasst weiterhin einen Anschlussstecker 32 zur elektrischen Verbindung mit einem Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs.
Die beschriebene Ultraschallsensoreinheit 10 ist in einem Verkleidungsteil 36 des Fahrzeugs eingesetzt, wie in 4 im Detail dargestellt ist. Die Ultraschallsensoreinheit 10 ist so in dem Verkleidungsteil 36 eingesetzt, dass der Ultraschallsensor 12 und der Infrarotsensor 14 von dem Fahrzeug nach außen gerichtet sind. Das Verkleidungsteil 36 ist hier eine Stoßstange des Fahrzeugs, in der die Ultraschallsensoreinheit 10 angeordnet ist. Bei dem Fahrzeug sind in jeder Stoßstange 36 eine Mehrzahl Ultraschallsensoreinheiten 10 beabstandet voneinander angeordnet. Zur Montage der Ultraschallsensoreinheit 10 an der Stoßstange 36 ist an der Stoßstange 36 ein Halter 38, auch als Halteelement bezeichnet, angebracht. Der Halter 38 weist eine Röhrenform auf, so dass die Ultraschallsensoreinheit 10 darin eingeschoben werden kann. Der Halter 38 weist Aussparungen 40 auf, und die Ultraschallsensoreinheit 10 ist mit korrespondierenden Schnappfüßen 42 ausgeführt. Durch das Einschnappen der Schnappfüße 42 in den Aussparungen wird die Ultraschallsensoreinheit 10 an der Stoßstange 36 angebracht und gehalten.
Die Ultraschallsensoreinheit 10 weist weiterhin ein Dichtelement 44 auf, das die Ultraschallsensoreinheit 10 im eingebauten Zustand mit dem Verkleidungsteil 36 des Fahrzeugs abdichtet und einen im Wesentlichen nahtlosen Übergang mit einer Umgebungsfläche des Verkleidungsteils 36 bildet, wie in 4 dargestellt ist. Das Dichtelement 44 umgibt die Ultraschallmembran 16 ringförmig und ist infrarotdurchlässig ausgeführt. Entsprechend sind das Dichtelement 44 und der infrarotdurchlässige Bereich 24 übereinander angeordnet, so dass die Infrarotstrahlung 28 durch das Dichtelement 44 und den infrarotdurchlässigen Bereich 24 passieren kann und von der Fresnellinse auf den Infrarotempfänger 22 gebündelt wird. Außerdem ist das Dichtelement 44 mechanisch mit der Ultraschallmembran 16 gekoppelt, so dass von der Ultraschallmembran 16 erzeugte Schwingungen auf das Dichtelement 44 übertragen werden. Das Dichtelement 44 ist zusätzlich als Entkopplungselement ausgeführt, welches die Übertragung mechanischer Schwingungen von der Ultraschallmembran 16 auf das Verkleidungsteil 36 des Fahrzeugs entkoppelt.
Nachstehend wird unter Bezug auf 3 ein Verfahren zur Ausgabe einer Warnung bei einer Annäherung zwischen einem Lebewesen und einem Fahrzeug beschrieben. Das Verfahren wird unter Verwendung der oben beschriebenen Ultraschallsensoreinheit 10 der ersten Ausführungsform durchgeführt. Details, die oben unter Bezug auf die Ultraschallsensoreinheit 10 der ersten Ausführungsform erläutert wurden, gelten entsprechend.
In Schritt S100 erfolgt eine Kalibrierung des Infrarotsensors 14. Wie oben beschrieben wurde, umfasst die Kalibrierung ein Anpassen eines Frequenzfensters für die Infrarotstrahlung 28 und eine Anpassung des Referenzwerts abhängig von einer Umgebungstemperatur.
In Schritt S110 wird eine Annäherung eines Objekts mit dem Ultraschallsensor 12 der Ultraschallsensoreinheit 10 basierend auf einer Reflektion von Ultraschallwellen 20 erfasst, wie oben im Detail beschrieben wurde. Sobald ein Objekt erfasst wurde, wird der Infrarotsensor 14 aktiviert.
In Schritt S120 wird mit dem Infrarotsensor 14 Infrarotstrahlung 28 im Bereich des Objekts erfasst.
In Schritt S130 wird von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung 28 mit einem Referenzwert verglichen. Wenn die von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung 28 unter dem Referenzwert liegt, wird das Verfahren mit einem der Schritte S100 oder S110 fortgesetzt.
In Schritt S130 wird von dem Fahrzeug eine Warnung ausgegeben, wenn die von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung 28 über dem Referenzwert liegt. Die Warnung wird von einem Fahrassistenzsystem des Fahrzeugs erzeugt, welches den Ultraschallsensor 12 und den Infrarotsensor 14 umfasst. Dazu umfasst das Fahrassistenzsystem eine optische und akustische Warneinrichtung, die einerseits in der Form eines blinkenden Warnlichts und andererseits mit einer Sirene einen entsprechenden Warnton ausgibt.
Bezugszeichenliste

Ultraschallsensoreinheit	10
Ultraschallsensor	12
Infrarotsensor	14
Gehäuse	15
Ultraschallmembran	16
Ansteuer- und Auswerteschaltung	18
Ultraschallwellen	20
Infrarotempfänger	22
infrarotdurchlässiger Bereich	24
Steuereinheit	26
Infrarotstrahlung	28
Anschlussstecker	32
Sensorempfangsrichtung	34
Verkleidungsteil, Stoßstange	36
Halter, Halteelement	38
Aussparung	40
Schnappfüße	42
Dichtelement	44

Claims

Ultraschallsensoreinheit (10) zur Verwendung in einem Fahrzeug, mit einem Ultraschallsensor (12) umfassend eine Ultraschallmembran (16) und ein mechanisch mit der Ultraschallmembran (16) verbundenes Piezoelement (18), wobei die Ultraschallsensoreinheit (10) einen Infrarotsensor (14) umfasst, wobei die Ultraschallsensoreinheit (10) ein Gehäuse (30) aufweist, der Ultraschallsensor (12) in dem Gehäuse (30) angeordnet ist, der Infrarotsensor (14) in dem Gehäuse (30) angeordnet ist, und das Gehäuse (30) einen infrarotdurchlässigen Bereich (24) aufweist, wobei der infrarotdurchlässige Bereich (24) derart angeordnet ist, dass er die Ultraschallmembran (16) zumindest abschnittsweise umgibt.
Ultraschallsensoreinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der infrarotdurchlässige Bereich (24) nach der Art einer optischen Linse ausgeführt ist, um eintreffende Infrarotstrahlung (28) auf einem Infrarotempfänger (26) des Infrarotsensors (14) zu bündeln.
Ultraschallsensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der infrarotdurchlässige Bereich (24) mechanisch mit der Ultraschallmembran (16) gekoppelt ist.
Ultraschallsensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsensoreinheit (10) ein Dichtelement (44) aufweist, das ausgeführt ist, die Ultraschallsensoreinheit (10) im eingebauten Zustand mit einer Umgebungsfläche abzudichten, wobei das Dichtelement (44) infrarotdurchlässig ausgeführt ist.
Ultraschallsensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallmembran (16) und der Infrarotsensor (14) mit einer gemeinsamen Sensorempfangsrichtung (34) ausgeführt und in der Ultraschallsensoreinheit (10) angeordnet sind.
Ultraschallsensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensor (14) nach der Art eines PIR-Sensors ausgeführt ist.
Ultraschallsensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensor (14) eine Steuereinheit (26) aufweist, wobei die Steuereinheit (26) ausgeführt ist, den Infrarotsensor (14) zu kalibrieren.
Fahrzeug mit wenigstens einer Ultraschallsensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug nach Anspruch 8 mit der Ultraschallsensoreinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ultraschallsensoreinheit (10) in einem Verkleidungsteil des Fahrzeugs eingesetzt ist, wobei jede Ultraschallsensoreinheit (10) mit dem Dichtelement mit einem Verkleidungsteil des Fahrzeugs abgedichtet ist.
Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug mit wenigstens einer Ultraschallsensoreinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.
Fahrassistenzsystem nach dem vorhergehenden Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrassistenzsystem eine optische und/oder eine akustische Warneinrichtung aufweist und ausgeführt ist, eine Annäherung eines Objekts mit dem Ultraschallsensor (12) der wenigstens einen Ultraschallsensoreinheit (10) zu erfassen, Infrarotstrahlung (28) im Bereich des Objekts mit dem Infrarotsensor (14) zu erfassen, von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung (28) mit einem Referenzwert zu vergleichen, und eine Warnung über die Warneinrichtung auszugeben, wenn die von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung (28) über dem Referenzwert liegt.
Verfahren zur Ausgabe einer Warnung bei einer Annäherung zwischen einem Lebewesen und einem Fahrzeug, umfassend die Schritte Erfassen einer Annäherung eines Objekts mit einem Ultraschallsensor (12) nach einem der einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, Empfangen von Infrarotstrahlung (28) im Bereich des Objekts mit einem Infrarotsensor (14), Vergleichen der von dem Objekt empfangenen Infrarotstrahlung (28) mit einem Referenzwert, und Ausgeben einer Warnung, wenn die von dem Objekt empfangene Infrarotstrahlung (28) über dem Referenzwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen zusätzlichen Schritt eines Kalibrierens des Infrarotsensors (14) umfasst.