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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer LIDAR-Vorrichtung, sowie eine LIDAR-Vorrichtung zur Montage an einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Bei LIDAR (Light detection and ranging) - Vorrichtungen wird insbesondere ein Abstand zwischen der LIDAR-Vorrichtung und einem Objekt ermittelt. Hierzu wird ein Strahl von einem Laser bzw. einer Strahlenquelle erzeugt und in einen Abtastbereich emittiert. Üblicherweise wird der Strahl von der Strahlenquelle derart erzeugt, dass der Strahl durch eine Rotationsachse der Ablenkeinheit verläuft und um einen Winkel von ca. 45° senkrecht zu der Rotationsachse abgelenkt wird. Durch die Rotation der Ablenkeinheit kann ein Abtastbereich mit einem horizontalen Winkel von 360° um die LIDAR-Vorrichtung herum abgetastet werden. Der an einem Objekt reflektierte Strahl kann anschließend von einer Empfangseinheit empfangen und detektiert werden. Bei diesem Vorgang wird neben einem ermittelten Messsignal auch eine Empfangszeit dem reflektierten Strahl zugeordnet. Im Rahmen einer „Time of Flight“-Analyse kann beispielsweise eine Entfernung des Objektes von der LIDAR-Vorrichtung berechnet werden. Damit ein Abtastbereich von 360° belichtet werden kann, muss insbesondere bei automobilen Anwendungen die LIDAR-Vorrichtung an einer exponierten Position angeordnet sein. Hierzu kann ein Dach eines Fahrzeuges verwendet werden. Eine derartige Anordnung von LIDAR-Vorrichtungen ist bereits aus zahlreichen Versuchsfahrzeugen bekannt. Problematisch ist jedoch eine Positionierung einer derartigen LIDAR-Vorrichtung auf Fahrzeugen, welche ein variables Dach oder ein durch Strukturbauteile teilweise verdecktes Dach aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine für eine Dachmontage vorgesehene LIDAR-Vorrichtung vorzuschlagen, die an einem Fahrzeug mit faltbarer oder klappbarer Dachstruktur sowie einem Fahrzeug mit nur abschnittsweise vorhandener Dachstruktur vorteilhaft anbringbar ist.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer LIDAR-Vorrichtung vorgeschlagen, wobei die LIDAR-Vorrichtung zur Montage oberhalb der Kopfposition eines Fahrers geeignet ist und wobei die LIDAR- Vorrichtung an eine Sicherheitskonstruktion des Fahrzeuges anbringbar ist.
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Sicherheitskonstruktion von Fahrzeugen dienen dazu die Insassen des Fahrzeuges bei einem Überschlag zu schützen. Eine derartige Sicherheitskonstruktion verhindern, dass die Dachkonstruktion bzw. eine Fahrgastzelle des Fahrzeuges eingedrückt wird, so dass die Fahrzeuginsassen beispielsweise im Falle eines Überschlages besser geschützt sein können. Im Bei Fahrzeugen mit einer faltbaren oder klappbaren Dachkonstruktionen wie beispielsweise Cabriolets dient die Sicherheitskonstruktion im Falle eines Überschlages des Fahrzeuges dazu einen Überlebensraum für die Fahrzeuginsassen zu schaffen. Derartige Sicherheitskonstruktionen sind meist in einem Bereich in Fahrtrichtung des Fahrzeuges hinter den Sitzen angeordnet und erstrecken sich durchgehend oder abschnittsweise und leicht erhöht über den Kopfpositionen der Fahrzeuginsassen in Höhenrichtung des Fahrzeuges. Um eine optimale Schutzwirkung zu ermöglichen, bildet die Sicherheitskonstruktion häufig einen der höchstgelegenen Punkte des Fahrzeuges. Eine erhöhte Positionierung der LIDAR- Vorrichtung an der Sicherheitskonstruktion eines Fahrzeuges ermöglicht eine höhere abtastbare Reichweite als beispielsweise eine Anbringung der LIDAR-Vorrichtung im Bereich einer Stoßstange. Ebenso wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert, dass der Abtastbereich der LIDAR- Vorrichtung durch abschirmende Bauteile des Fahrzeugs beeinträchtigt oder gestört wird. Des Weiteren können Beeinträchtigungen durch die gegebene Verkehrsinfrastruktur wie unter anderem Verkehrsleitmauern oder Leitplanken durch die erhöhte Positionierung der LIDAR- Vorrichtung minimiert werden. Andere Beeinträchtigungen oder Abschirmungen des Abtastwinkels der LIDAR-Vorrichtung durch andere Verkehrsteilnehmer oder parkende Fahrzeuge können ebenfalls durch eine höhere Position der LIDAR-Vorrichtung reduziert werden. Durch den verbesserten Weitblick kann beispielsweise an Straßenkuppen zusätzlich die Sicherheit von autonomen oder durch Fahrassistenzprogramme unterstützten Fahrzeugen verbessert werden. Vorteilhaft ist zudem, dass die LIDAR-Vorrichtung oberhalb der Kopfposition der Fahrzeuginsassen weniger Verschmutzungen und potentiellen Beschädigung durch Steinschläge ausgesetzt ist als beispielsweise in einem unteren Bereich einer Vorderseite des Fahrzeuges.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges weist das Fahrzeug eine faltbare oder klappbare Dachstruktur oder eine nur Teilweise vorhandenen Dachstruktur auf. Das erfindungsgemäße Fahrzeug ermöglicht somit die vorteilhafte Positionierung der LIDAR-Vorrichtung oberhalb der Kopfposition der Insassen an Fahrzeugen die aufgrund ihrer faltbaren oder klappbaren Dachstruktur nicht ständig einen Dach aufweisen wie beispielsweise im Fall von Cabriolets oder bei Fahrzeugen deren Dachstruktur nur abschnittsweise gegeben ist wie bei beispielsweise Pick-ups oder Pritschenwagen. Der Anbau einer LIDAR-Vorrichtung kann im Vergleich zum Einbau einer LIDAR-Vorrichtung in eine Dachkonstruktion eines Fahrzeugs verhältnismäßig einfach umgesetzt werden. Hierdurch kann auch ein Nachrüsten von Fahrzeugen mit einer entsprechenden LIDAR-Vorrichtung leicht realisiert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges ist die Sicherheitskonstruktion ein Überrollbügel. Sicherheitskonstruktionen können beispielsweise Überrollbügel im Bereich von Fahrzeugen wie Cabriolets oder Pick-ups sein. Überrollbügel müssen aufgrund ihrer Funktion oberhalb der Kopfposition der Fahrzeuginsassen quer zur Längsachse des Fahrzeuges verlaufen. Häufig bildet der Überrollbügel dabei den höchstgelegenen Punkt der Höhenrichtung des Fahrzeuges. Die Anbringung der LIDAR-Vorrichtung an einen höhergelegenen Überrollbügel kann Abschirmungen im Abtastwinkel der LIDAR-Vorrichtung minimieren und die weitere Erfassungsstrecke der LIDAR-Vorrichtung ermöglichen. Als Sicherheitskonstruktionen können zusätzlich oder alternativ auch verstärkte Frontscheiben von Cabriolets dienen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges weißt die LIDAR-Vorrichtung einen Abtastwinkel von 360° auf. Durch die erfindungsgemäß exponierte Lage der LIDAR-Vorrichtung an einem Überrollbügel oder einer anderen Sicherheitskonstruktion des Fahrzeuges kann eine Abschirmung des Abtastwinkels durch eigene Bauteile des Fahrzeuges, wie beispielsweise Arbeitsscheinwerfer, reduziert werden. Im Gegensatz zu einer Montage einer LIDAR-Vorrichtung im Stoßstangenbereich eines Fahrzeuges, wodurch der Abtastwinkel auf maximal 180° beschränkt ist, kann bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug ein Abtastwinkel von maximal 360° ermöglicht werden. Vorzugsweise kann dabei eine LIDAR-Vorrichtung das gesamte Umfeld des Fahrzeuges erfassen, so dass sowohl der Bereich vor dem Fahrzeug als auch der Bereich hinter dem Fahrzeug überwacht werden kann. Hierdurch kann eine Reduzierung der notwendigen LIDAR-Vorrichtungen an einem Fahrzeug ermöglicht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges ist die LIDAR-Vorrichtung zentral an einem höchsten Punkt des Überrollbügels montierbar. Insbesondere bei Cabriolets können die Überrollbügel ausgeführten Sicherheitskonstruktionen sehr unterschiedlich sein. Teilweise verlaufen die Überrollbügel nicht durchgängig entlang der Querachse des Fahrzeuges oder sind nur abschnittsweise sichtbar. Eine Montage, vorzugsweise im höchstgelegenen Punkt des Überrollbügels, ermöglicht einen größtmöglichen Abtastwinkel und eine geringe Abschirmung durch andere Bauteile des Fahrzeuges. Des Weiteren weisen einige Cabriolets herausfahrbare Überrollbügel, welche bei Bedarf herausfahrbar sind. Bei derartigen Fahrzeugen kann die LIDAR-Vorrichtung beispielsweise auf einer Frontscheibe des Fahrzeuges angeordnet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind mehrere LIDAR-Vorrichtungen an dem Überrollbügel montierbar. Aufgrund der Konstruktion des Fahrzeugs kann es möglich sein, dass der Abtastwinkel trotz der erfindungsgemäß höher gelegenen Positionierung der LIDAR-Vorrichtung beispielsweise durch fahrzeugeigene Bauteile behindert ist. Durch die Positionierung mehrerer LIDAR-Vorrichtung an dem Überrollbügel des Fahrzeuges können verschiedene Bereiche vor und hinter dem Fahrzeug durch unterschiedliche Abtastwinkel abgedeckt werden. Denkbar ist auch der Einsatz mehrerer LIDAR-Vorrichtungen mit einem Abtastwinkel von weniger als 360°.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges ist die LIDAR-Vorrichtung anschraubbar, verschweißbar, verklebbar oder verrastbar mit dem Überrollbügel. Hierdurch ergibt sich eine stark vereinfachte Montage der LIDAR-Vorrichtung. Eine aufwändige Installation innerhalb der Dachstruktur des Fahrzeuges kann entfallen. Ebenso ist einen nachträgliches Anbringen der LIDAR-Vorrichtung nach der Fertigung des Fahrzeuges denkbar. Des Weiteren kann die LIDAR-Vorrichtung auch über mindestens ein Befestigungselement mit der Sicherheitskonstruktion des Fahrzeuges verbindbar sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges ist die LIDAR-Vorrichtung in mindestens einem Überrollbügel versenkbar angeordnet. Hierbei kann die LIDAR-Vorrichtung situationsabhängig bei Bedarf in den Überrollbügel abgesenkt werden. Bei Überrollbügeln handelt es sich oft um Metallrohrkonstruktionen, die im Inneren einen Hohlraum aufweisen. Dieser kann für die Verkabelung der LIDAR-Vorrichtung sowie zur Unterbringung der LIDAR-Vorrichtung genutzt werden. Eine Unterbringung der LIDAR-Vorrichtung kann beispielsweise notwendig sein wenn es sich bei dem Fahrzeug um ein Cabriolet handelt. In diesem Fall könnte die auf dem Überrollbügel angebrachte LIDAR-Vorrichtung beim Schließen des faltbaren oder klappbaren Daches des Cabrios eine Behinderung darstellen oder die LIDAR-Vorrichtung könnte beim Schließen des Daches beschädigt werden. Da der Abtastwinkel der LIDAR-Vorrichtung bei geschlossenem Dach des Cabriolets verdeckt ist, kann die im Überrollbügel versenkte LIDAR-Vorrichtung in diesem Zustand deaktiviert werden. Wird das Dach geöffnet, kann die LIDAR-Vorrichtung wieder ihre ursprüngliche Position ausgefahren und aktiviert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die LIDAR-Vorrichtung auch für einen Schließvorgang des Verdecks des Cabriolets in einen Innenbereich des Überrollbügels hineingefahren werden und nach Abschluss des Vorgangs erneut herausgefahren werden. Eine in einem Überrollbügel versenkbare LIDAR-Vorrichtung könnte ebenso im Falle von Pick-ups Anwendung finden, da diese aufgrund ihrer durch die Konstruktion gegebenen Höhe insbesondere in niedrigen Parkhäusern oder Garagen Schwierigkeiten beim Ein- und Ausfahren haben können. Weitere Aufbauten wie beispielsweise fest installierte LIDAR-Vorrichtung können daher situationsbedingt problematisch sein. Bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit bei Bedarf versenkbarer LIDAR-Vorrichtung im Überrollbügel wird hingegen kein zusätzlicher Bauraum beansprucht und das Fahrzeug erfährt keine Zunahme der Bauhöhe in seiner vertikalen Achse. Vorzugsweise kann die LIDAR-Vorrichtung über einen Hebemechanismus, wie beispielsweise einen Aktuator, aus dem Überrollbügel verfahrbar sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges weist eine faltbare oder klappbare Dachstruktur eine Aussparung für die LIDAR-Vorrichtung auf. Handelt es sich bei dem Fahrzeug ein Cabriolet mit einer faltbaren oder klappbaren Dachstruktur, kann durch eine Öffnung oder Aussparung in der Dachstruktur die Funktion der LIDAR-Vorrichtung gewährleistet werden, auch wenn die Dachstruktur den Innenraum des Cabriolets abdeckt und die Fahrgastzelle des Fahrzeuges somit geschlossen ist. Durch die Aussparung kann die LIDAR-Vorrichtung über die Dachstruktur bzw. das Verdeck hinausragen und weiterhin Daten von einem Bereich vor und hinter dem Fahrzeug sammeln. Die Aussparung ist dabei oberhalb des Überrollbügels positioniert und weist dabei eine nur geringfügig größere Dimensionierung als die LIDAR-Vorrichtung auf. Vorzugsweise ist die Aussparung am Rand mit mindestens einer Dichtung bzw. Dichtlippe versehen, die passgenau mit der LIDAR-Vorrichtung abschließt, so dass der Innenraum vor Wettereinflüssen geschützt sein kann.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine LIDAR-Vorrichtung zur Montage an einem Fahrzeug bereitgestellt.
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Die LIDAR-Vorrichtung weist hierbei Halteelemente oder Hebemechanismen auf, welche die LIDAR-Vorrichtung direkt oder indirekt mit einer Sicherheitskonstruktion des Fahrzeuges verbinden können. Hierdurch kann eine LIDAR-Vorrichtung derart an einer Sicherheitskonstruktion des Fahrzeuges angeordnet werden, dass die LIDAR-Vorrichtung ohne Beeinträchtigungen von strukturellen Komponenten des Fahrzeuges betrieben werden kann. Durch die exponierte Position der LIDAR-Vorrichtung kann eine LIDAR-Vorrichtung eine größere Abtastreichweite aufweisen, da weniger direkte Hindernisse in einem Strahlengang der LIDAR-Vorrichtung angeordnet sind.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1a eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 1b eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 2a eine schematische Darstellung einer an einer Sicherheitskonstruktion angebrachten LIDAR-Vorrichtung in einem ausgefahrenen Zustand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2b eine schematische Darstellung einer an einer Sicherheitskonstruktion angebrachten LIDAR-Vorrichtung in einem eingefahrenen Zustand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine schematische Detailansicht einer Sicherheitskonstruktion eines Fahrzeuges gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
- 4 eine schematische Detailansicht einer Sicherheitskonstruktion eines Fahrzeuges gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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Die 1a zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug ist ein Pritschenwagen oder ein Pick-up 1 mit einer Sicherheitskonstruktion 2.
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Die Sicherheitskonstruktion 2 ist auf einer Ladefläche 4 benachbart zu einer Fahrgastzelle 6 des Fahrzeuges 1 fest mit dem Fahrzeug 1 verbunden. Durch die Sicherheitskonstruktion 2 soll insbesondere eine Tragfähigkeit eines Daches der Fahrgastzelle 6 strukturell gestützt werden. Die Sicherheitskonstruktion 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Überrollbügel 2, der an mindestens zwei Kanten der Ladefläche 4 verbunden ist. An einer höchsten Position des Überrollbügels 2 ist eine LIDAR-Vorrichtung 8 angeordnet.
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Die LIDAR-Vorrichtung 8 ist hier Macro-Scanner 8, welcher mit Hilfe eines Infrarotlasers und eines rotierbaren Spiegels einen horizontalen Abtastwinkel von 360° belichten und abtasten kann. Sofern sich keine zusätzlichen Aufbauten oder Scheinwerfer auf dem Überrollbügel 2 angeordnet sind, kann der gesamte horizontale Abtastbereich von 360° von der LIDAR-Vorrichtung 8 ungehindert genutzt werden. Die LIDAR-Vorrichtung 8 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel fest mit der Sicherheitskonstruktion 2 verbunden.
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Die 1b zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 1 ist ein Cabriolet 1 mit einem geöffneten Verdeck. Die Fahrgastzelle 6 ist somit in einem geöffneten Zustand. Das Fahrzeug 1 weist mindestens einen in Fahrtrichtung x hinter Sitzen des Fahrzeuges 1 angeordneten Überrollbügel 2 auf. Der Überrollbügel 2 ist eine Sicherheitskonstruktion 2 des Cabriolets 1 und dient bei einem Überschlag des Fahrzeuges 1 dem Insassenschutz. Die LIDAR-Vorrichtung 8 ist zumindest auf einem Überrollbügel 2 fest montiert. Es können mehrere fest installierte oder variabel ausfahrbare Überrollbügel 2 die Sicherheitskonstruktion 2 des Fahrzeuges 1 bilden. Des Weiteren kann die Frontscheibe 10 als zusätzliches Versteifungselement die Sicherheitskonstruktion 2 oder einen Teil der Sicherheitskonstruktion 2 bilden. Je nach Größe und Position des Überrollbügels 2 und der LIDAR-Vorrichtung 8, kann die LIDAR-Vorrichtung durch die Frontscheibe 10 des Fahrzeuges 8 wirken und den Abtastbereich abtasten. Alternativ oder zusätzlich kann eine LIDAR-Vorrichtung 8 auch auf der Frontscheibe 10 angeordnet sein. Eine derartige Anordnung einer LIDAR-Vorrichtung 8 ist beispielhaft gestrichelt gezeigt.
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In der 2a ist eine an einer Sicherheitskonstruktion 2 angebrachten LIDAR-Vorrichtung 8 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem ausgefahrenen Zustand schematisch dargestellt. Insbesondere ist ein Querschnitt eines Rohrrahmens 2 einer Sicherheitskonstruktion 2 eines Fahrzeuges 1 gezeigt. Der Rohrrahmen 2 weist eine Aussparung 12 auf. In den Rohrrahmen 2 integriert ist ein Hebemechanismus 14. Der Hebemechanismus 14 kann beispielsweise ein Hebelarm oder ein hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetriebener Aktuator 14 sein. Der Hebemechanismus 14 ist an einer Seite mit einer Innenseite des Rohrrahmens 2 verbunden. Mit einer gegenüberliegenden Seite ist der Hebemechanismus 14 mit der LIDAR-Vorrichtung 8 verbunden. Über einen Hebemechanismus 14 kann die LIDAR-Vorrichtung 8 durch die Aussparung 12 aus einem Innenbereich 16 des Rohrrahmens 2 bzw. der Sicherheitskonstruktion 2 herausgefahren werden. In einem aus dem Innenbereich 16 herausgefahrenen Zustand kann die LIDAR-Vorrichtung 8 betrieben und zum Abtasten bzw. Scannen des Abtastbereiches genutzt werden.
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Die 2b zeigt den Querschnitt der Sicherheitskonstruktion 2 mit einer LIDAR-Vorrichtung 8 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem in den Innenbereich 16 des Rohrrahmens 2 eingefahrenen bzw. versenkten Zustand der LIDAR-Vorrichtung 8. Durch den Hebemechanismus 14 kann die LIDAR-Vorrichtung 8 in den Innenbereich 16 hineingefahren werden. Hierdurch kann die LIDAR-Vorrichtung 8 bei einer Nichtbenutzung oder in einem deaktivierten Zustand in dem Innenbereich 16 geschützt angeordnet werden.
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In der 3 ist eine schematische Detailansicht einer Sicherheitskonstruktion 2 eines Fahrzeuges 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer LIDAR-Vorrichtung 8 dargestellt. Die LIDAR-Vorrichtung 8 ist hier über ein Befestigungselement 18 mit einem Überrollbügel 2 eines Cabriolets 1 verbunden. Die Detailansicht verdeutlicht insbesondere die LIDAR-Vorrichtung 8 bei einer geschlossenen Fahrgastzelle 6 des Cabriolets 1. Die Fahrgastzelle 6 wird hier durch ein Verdeck 20 verschlossen. Das Verdeck 20 weist eine Aussparung auf, durch welche die LIDAR-Vorrichtung 8 auch bei einem geschlossenen Verdeck 20 aus dem Fahrzeug in Höhenrichtung z hinausragen und betrieben werden kann. Die Aussparung weist eine die LIDAR-Vorrichtung 8 umgebende Dichtlippe 22 auf. Die Dichtlippe 22 kann die Fahrgastzelle 6 vor Umwelteinflüssen wie beispielsweise Regen, Wind und Geräuschen schützen.
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Die 4 zeigt eine schematische Detailansicht einer Sicherheitskonstruktion 2 eines Fahrzeuges 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Insbesondere ist hier ein Verdeck 20 eines Cabriolets 1 verdeutlicht. Das Verdeck 20 weist im Bereich des als Sicherheitskonstruktion 2 ausgeführten Überrollbügels 2 mit einer angeordneten LIDAR-Vorrichtung 8 ein gewölbtes durchsichtiges Element 24 auf. In einem geschlossenen Zustand des Verdeckes 20 ist das durchsichtige Element 24 über der LIDAR-Vorrichtung 8 angeordnet und verhindert direkte Öffnungen bzw. Aussparungen im Verdeck 20. Vorzugsweise kann das durchsichtige Element 24 die von der LIDAR-Vorrichtung 8 erzeugten Strahlen ungehindert in alle Abtastrichtungen transmittieren.
