DE102020132395A1

DE102020132395A1 - Umfelderfassungsanordnung und eine solche aufweisender Kraftfahrzeugfrontendabschnitt

Info

Publication number: DE102020132395A1
Application number: DE102020132395.6A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Friedrich; Tobias Hegedusch; Manuel Selinger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; HBPO GmbH
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; HBPO GmbH
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-09
Also published as: WO2022122637A1

Abstract

Die Umfelderfassungsanordnung weist wenigstens ein Umfelderfassungsmittel auf, das dazu ausgelegt ist, Informationen über das Umfeld des Umfelderfassungsmittels, z. B. den Abstand zu einem Objekt, zu erfassen. Die Umfelderfassungsanordnung weist weiter eine Lageveränderungseinrichtung, mit der die Lage des Umfelderfassungsmittels veränderbar ist, sowie eine Lageerfassungseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die Lage des Umfelderfassungsmittels zu erfassen, wobei die Umfelderfassungsanordnung ferner mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die so eingerichtet ist, dass sie im Ansprechen auf die von der Lageerfassungseinrichtung erfasste Lage des Umfelderfassungsmittels ein Steuersignal an die Lageveränderungseinrichtung ausgeben kann, um die Lage des Umfelderfassungsmittels zu verändern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umfelderfassungsanordnung sowie einen diese aufweisenden Kraftfahrzeugfrontendabschnitt.
Bei Kraftfahrzeugfrontendabschnitten werden häufig an Strukturteilen, wie zum Beispiel Montageträgern, Ziergittern, Biegequerträgern, Crashmanagementsystemen oder Stoßfängerüberzügen Umfelderfassungsmittel befestigt. Letztere sind zumeist Kameras oder Sensoren, deren Anordnung bzw. Lage relativ zum Fahrzeug positionskritisch ist. Diese Sensoren oder Kameras sind in der Regel nämlich darauf angewiesen, dass sich für die ordnungsgemäße Funktion ihre Position am Fahrzeug möglichst nicht ändert. Sind diese Sensoren oder Kameras im Frontendbereich angeordnet, so kann es bei Crash-Situationen mit geringen Geschwindigkeiten, wie zum Beispiel Parkremplern oder dergleichen, dazu kommen, dass diese positionskritischen Bauteile durch die crash-bedingte Verformung oder Verlagerung der genannten Teile am Frontend aus der Position geraten und die Funktion von damit verbundenen Fahrzeugsystemen, wie zum Beispiel LIDAR-Systemen, einschränken oder gar zum Ausfall bringen. Das ist dann besonders kritisch, wenn die genannten Sensoren zu Fahrzeugsystemen gehören, von denen die unmittelbare Sicherheit des Fahrzeuginsassen abhängig ist. Bei autonomen Fahrzeugen ist die ordnungsgemäße Funktion solcher Umfelderfassungsanordnungen zu jeder Zeit zu gewährleisten.
Da bei Crash-Situationen mit geringer Geschwindigkeit in der Regel die Weiterfahrt möglich ist, muss dafür Sorge getragen werden, dass positionskritische Bauteile wie Umfelderfassungsmittel nach Möglichkeit nach kurzfristiger Verlagerung wieder in die erforderliche Position zurückkehren können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Umfelderfassungsanordnung sowie einen Kraftfahrzeugfrontendabschnitt anzugeben, mit welchem die Umfelderfassungsmittel auch nach einem Crash mit geringen Geschwindigkeiten in ihre Soll-Lage zurückkehren können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Umfelderfassungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Kraftfahrzeugfrontendabschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den jeweiligen Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Umfelderfassungsanordnung weist wenigstens ein Umfelderfassungsmittel auf. Dieses ist dazu ausgelegt, Informationen über das Umfeld des Umfelderfassungsmittels, z. B. den Abstand zu einem Objekt, zu erfassen. Ferner weist die Umfelderfassungsanordnung eine Lageveränderungseinrichtung, mit der die Lage des Umfelderfassungsmittels veränderbar ist, sowie eine Lageerfassungseinrichtung auf. Letztere ist dazu ausgelegt, die Lage des Umfelderfassungsmittels zu erfassen. Die erfindungsgemäße Umfelderfassungsanordnung ist weiter mit einer Steuereinrichtung gekoppelt. Diese Steuereinrichtung ist dabei so eingerichtet, dass sie im Ansprechen auf die von der Lageerfassungseinrichtung erfasste Lage des Umfelderfassungsmittels ein Steuersignal an die Lageveränderungseinrichtung ausgeben kann. Das Steuersignal dient dazu, die Lage des Umfelderfassungsmittels zu verändern.
Mit der Umfelderfassungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung kann nun die Lage eines positionskritischen Bauteils, nämlich des Umfelderfassungsmittels, erfasst und ausgewertet werden. Ergibt diese Auswertung, dass eine bestimmte Soll-Lage in der sich das Umfelderfassungsmittel befinden sollte, infolge eines Crashs oder eines anderen Einflusses nicht eingehalten wird, so ist die Steuereinrichtung in der Lage, dies zu korrigieren.
Bevorzugt ist dazu vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Umfelderfassungsanordnung eine Vergleichseinrichtung umfasst, die die von der Lageerfassungseinrichtung erfasste Ist-Lage des Umfelderfassungsmittels mit einer vorgegebenen Soll-Lage vergleicht. Aus diesem Vergleich kann dann ein entsprechender Schluss gezogen werden, ob eine Anpassung durch Ansteuern der Lageveränderungseinrichtung erforderlich ist oder nicht.
Bevorzugt ist deshalb die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, aufgrund der von der Vergleichseinrichtung ermittelten Abweichung einer Ist-Lage von der vorgegebenen Soll-Lage die Lageveränderungseinrichtung so anzusteuern, dass die Ist-Lage des Umfelderfassungsmittels der vorgegebenen Soll-Lage entspricht. Leichte Abweichungen oder infolge von äußeren Einflüssen erfolgende Feststellungen des Umfelderfassungsmittels können auf diese Weise korrigiert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Umfelderfassungsmittel und/oder die Lageerfassungseinrichtung auf einem Trägerelement, insbesondere einer Trägerplatte angeordnet ist. Das Trägerelement ist dabei bevorzugt mit der Lageveränderungseinrichtung verbunden, sodass eine Lageveränderung des Trägerelements unmittelbar zu einer Lageänderung des Umfelderfassungsmittels führt.
Die Lageveränderungseinrichtung kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lageveränderungseinrichtung ein von der Steuereinrichtung ansteuerbarer Aktor. Dieser kann drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuereinrichtung gekoppelt sein. Die Steuereinrichtung muss nicht zwingend in unmittelbarer Nähe der Umfelderfassungsanordnung angeordnet sein, sondern kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeugfrontend oder sonst wo in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein.
Auch die Art der Lageveränderungseinrichtung, d. h. in welcher Art das Umfelderfassungsmittel in seiner Position durch die Lageveränderungseinrichtung verändert wird, ist grundsätzlich in das Belieben des Fachmanns gestellt. Als eine bevorzugte Ausführungsvariante hat sich erwiesen, dass die Lageveränderungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das Umfelderfassungsmittel um wenigstens eine erste Schwenkachse und bevorzugt um eine, insbesondere zur ersten Schwenkachse senkrecht verlaufende, zweite Schwenkachse zu verschwenken. Insbesondere der zweiachsige Schwenkantrieb hat Vorteile, da die Manipulation der Lage des Umfelderfassungsmittels auf diese Art und Weise ohne große lineare Verschiebungen auskommt. Bevorzugt sind die Verschwenkungen um die einzelnen Achsen einzeln durch die Steuereinrichtung ansteuerbar. In der Regel wird ein leicht verstelltes Umfelderfassungsmittel gegenüber der Soll-Lage in einem Winkel verkippt sein. Diese Verkippung lässt sich durch die so ausgestaltete Lageveränderungseinrichtung regulieren. Natürlich kann die Lageveränderungseinrichtung auch lineare Verstellungen, zum Beispiel Aktoren, umfassen. Die Verkippung kann auch durch eine Mehrzahl gegebenenfalls einzeln durch die Steuereinrichtung ansteuerbarer linearer Verstellungen herbeigeführt werden, wobei sich dann die linearen Bewegungen zu einer Schwenkbewegung überlagern.
Das Umfelderfassungsmittel kann beispielsweise eine Kamera oder einen Sensor, insbesondere einen Radar-, Lidar oder Ultraschallsensor, umfassen. Andere Einrichtungen, die geeignet sind, Informationen über das Umfeld des Umfelderfassungsmittels zu liefern, sind ebenso denkbar. Gleiches gilt entsprechend für die Lageerfassungseinrichtung. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, die Lageerfassungseinrichtung einen Gyrosensor umfasst.
Grundsätzlich können die bisher beschriebenen Komponenten irgendwo an einem Kraftfahrzeugfrontend montiert werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Lageveränderungseinrichtung in einer Halterung gelagert ist. Diese Halterung dient zum einen der Aufhängung, zum anderen bietet diese auch Schutz der Lageveränderungseinrichtung vor Beschädigungen, insbesondere Beschädigungen durch äußere Einflüsse, die zu einer Veränderung der Lage des Umfelderfassungsmittels geführt haben.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Halterung über eine Ausgleichseinrichtung, insbesondere über wenigstens ein Federelement mit einem Basisträger verbunden ist. Erschütterungen oder Lageveränderungen der Halterung gegenüber dem Basisträger können auf diese Weise ausgeglichen werden. Das Federelement kann eine bekannte Feder sein, kann aber auch als elastisches Schaumstoffmaterial oder dergleichen ausgebildet sein, welches auf besonders gute Weise Stöße abfängt und anschließend in die Ausgangslage zurückkehrt.
Der Basisträger kann als separates Bauteil ausgebildet sein, ist aber bevorzugt auch an einem Teil eines Fahrzeugfrontends angeformt. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen Bauteile bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugfrontends reduziert werden.
Entsprechend betrifft die Erfindung ferner einen Kraftfahrzeugfrontendabschnitt, an welchem wenigstens eine oben beschriebene Umfelderfassungsanordnung angeordnet ist. Dabei kann der Kraftfahrzeugfrontendabschnitt beispielsweise einen Stoßfängerüberzug und/oder Ziergitter aufweisen, wobei dann die erfindungsgemäße Umfelderfassungsanordnung mit dem Stoßfängerüberzug und/oder dem Ziergitter verbunden ist. Diese Bauteile bilden dann den oben beschriebenen Basisträger oder der Basisträger ist an diesen Teilen befestigt.
Natürlich kann der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugfrontendabschnitt auch ein Crashmanangementsystem und/oder einen Biegequerträger und/oder einen Montageträger aufweisen, mit welchen die Umfelderfassungsanordnung verbunden sein kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugfrontendabschnitt in perspektivischer Darstellung mit einem Stoßfängerüberzug und einem Ziergitter.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugfrontendabschnitt, genauer ein Crashmanagementsystem mit einem Biegequerträger, an welchem die erfindungsgemäße Umfelderfassungsanordnung angeordnet ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Umfelderfassungsanordnung.
4 zeigt eine Explosionsdarstellung der in 3 dargestellten Umfelderfassungsanordnung.
5 zeigt ein Ablaufschema für den Betrieb einer erfindungsgemäßen Umfelderfassungsanordnung.

In 1 ist das Frontend 1 eines Fahrzeugs dargestellt. Zu erkennen ist dabei unter anderem ein Stoßfängerüberzug 4, ein Ziergitter 3, in deren Bereich eine erfindungsgemäße Umfelderfassungsanordnung 2 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 5 stellt symbolisch einen Erfassungsbereich der Umfelderfassungsanordnung 2 dar. 6 bezeichnet ein Crashmanagementsystem des Fahrzeugs. X ist die Fahrtrichtung, Y die Querrichtung (parallel zu den Fahrzeugachsen) und Z beschreibt die Vertikalrichtung senkrecht zum Boden bzw. senkrecht zur Fahrbahn.
2 zeigt einen Teil des Crashmanagementsystems 6, bei dem sich ein Biegequerträger 7 mit seiner Hauptlängserstreckung Richtung in Querrichtung Y erstreckt. An diesem Biegequerträger ist im gezeigten Beispiel eine Umfelderfassungsanordnung 2 angebracht.
Der Aufbau der Umfelderfassungsanordnung 2, zu der auch eine (nicht gezeigte) Steuereinrichtung gehört, ist den 3 und 4 zu entnehmen. In Fahrtrichtung vorne befindet sich das Umfelderfassungsmittel 20, welches in der Lage ist, einen Erfassungsbereich 5 zu erfassen und Informationen darüber aufzunehmen. Dieses Umfelderfassungsmittel 20 ist an einem Trägerelement 25 angebracht, an welchem ebenfalls eine Lageerfassungseinrichtung 21, beispielsweise ein Gyrosensor, angebracht ist, der die Lage des Umfelderfassungsmittels 20 ermitteln kann. Im gezeigten Beispiel entspricht eine Lageänderung der Lageerfassungseinrichtung 21 automatisch einer Lageänderung des Umfelderfassungsmittels 20, da beide auf einem gemeinsamen Trägerelement 25 angeordnet sind. Das Trägerelement 25 ist wiederum mit einer Lageveränderungseinrichtung 23 verbunden, die im Zusammenwirken mit der Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Trägerplatte 25 hinsichtlich ihrer Lage zu verändern. Die Lageveränderungseinrichtung 23 ist ihrerseits in einer Halterung 22 angeordnet, die bevorzugt eine schalenartige Gestalt hat, um die Lageveränderungseinrichtung 23 vor äußeren Einflüssen möglichst gut schützen zu können. Bevorzugt ist die Halterung 22 über elastische Elemente 24, zum Beispiel Federn oder Schaumstoffelemente oder dergleichen, an einem Basisträger 30 angeordnet. Der Basisträger 30 kann entweder mit dem Frontend 1 über geeignete Verbindungsmaßnahmen verbunden werden oder er ist an einem der oben beschriebenen Abschnitte angebracht, angeformt oder er ist sogar Teil derselben.
Wie man insbesondere aus 4 erkennt, finden sich an der Halterung 22, die für die Lageveränderungseinrichtung 23 einen entsprechenden Aufnahmeraum 29 aufweist, weitere Aufnahmen 28, in die die elastischen Verbindungselemente 24 eingebracht werden können. Entsprechende Aufnahmen 31 für die elastischen Verbindungselemente 24 finden sich auch im Basisträger 30.
Die Lageveränderungseinrichtung 23 ist mit dem Trägerelement 25 verbunden. Verbunden heißt, es kann eine direkte Anbindung geben, es genügt allerdings, wenn die Lageveränderungseinrichtung 23 mit dem Trägerelement 25 derart gekoppelt ist, dass Manipulationen an der Lageveränderungseinrichtung 23 zu Lageveränderungen der Trägerplatte 25 führen.
Die Trägerplatte 25 weist entsprechende Aufnahmebereiche 27 für das Umfelderfassungsmittel 20 bzw. 26 für die Lageerfassungseinrichtung 21 auf. Die Lageveränderungseinrichtung 23 kann bevorzugt Kippbewegungen in die Richtungen 23a, 23b, 23c und 23d, ausführen und dadurch Drehbewegungen oder Schwenkbewegungen um die Achsen A, B realisieren. Durch diese Schwenkbewegungen um die genannten Achsen A, B wird die Trägerplatte 25 also entsprechend den Vorgaben der nicht dargestellten Steuereinrichtung verstellt.
Ein möglicher Ablauf soll anhand des in 5 dargestellten Blockdiagramms erläutert werden.
Grundsätzlich wird eine Soll-Lage in der Steuereinrichtung hinterlegt, S0. Der Gyrosensor bzw. die Lageerfassungseinrichtung erfasst die Ist-Lage des Umfelderfassungsmittels, S5. Diese Erfassung erfolgt kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen. Die Ist-Lage wird an eine entsprechende Auswerteeinrichtung weitergegeben, S7. Dort wird die durch Messung der Ist-Lage der Lageerfassungseinrichtung ermittelte Ist-Lage des Umfelderfassungsmittels mit vorgegebenen Soll-Lagen verglichen, S1. Im Falle einer Abweichung wird die Steuereinrichtung eine Stellgröße ermitteln, im Falle des Verschwenkens einen Schwenkwinkel berechnen, der erforderlich ist, um die Lageerfassungseinrichtung bzw. das Umfelderfassungsmittel wieder in die Soll-Lage zu versetzen, S2. Ein entsprechender Befehl wird an die Lageveränderungseinrichtung im Anschluss daran übermittelt und die Steuerung bewirkt die entsprechende Lageveränderung des Umfelderfassungsmittels, S3. Falls externe Einflüsse von außen die Lage des Umfelderfassungsmittels bzw. der der Lageerfassungseinrichtung verändern sollten, S4, wird dies bei der regelmäßigen oder kontinuierlichen Erfassung der Ist-Lage, S5, detektiert und der oben beschriebene Prozess erfolgt von neuem.
Die Erfindung ermöglicht daher eine selbstregulative Überwachung und Einstellung von Umfelderfassungsmitteln, sodass diese positionskritischen Bauteile nach Möglichkeit in ihrer Funktion nicht durch äußere Einflüsse nachteilig beeinflusst oder außer Funktion gesetzt werden.

Claims

Umfelderfassungsanordnung (2), aufweisend wenigstens ein Umfelderfassungsmittel (20), das dazu ausgelegt ist, Informationen über das Umfeld des Umfelderfassungsmittels (20), z. B. den Abstand zu einem Objekt, zu erfassen, wobei die Umfelderfassungsanordnung (2) weiter eine Lageveränderungseinrichtung (23), mit der die Lage des Umfelderfassungsmittels (20) veränderbar ist, sowie eine Lageerfassungseinrichtung (21) aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Lage des Umfelderfassungsmittels (20) zu erfassen, wobei die Umfelderfassungsanordnung (2) ferner mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, die so eingerichtet ist, dass sie im Ansprechen auf die von der Lageerfassungseinrichtung (21) erfasste Lage des Umfelderfassungsmittels (20) ein Steuersignal an die Lageveränderungseinrichtung (23) ausgeben kann, um die Lage des Umfelderfassungsmittels (20) zu verändern.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vergleichseinrichtung umfasst, die die von der Lageerfassungseinrichtung (21) erfasste Ist-Lage des Umfelderfassungsmittels (20) mit einer vorgegebenen Soll-Lage vergleicht.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, aufgrund der von der Vergleichseinrichtung ermittelten Abweichung einer Ist-Lage von der vorgegebenen Soll-Lage die Lageveränderungseinrichtung (23) so anzusteuern, dass die Ist-Lage des Umfelderfassungsmittels (20) der vorgegebenen Soll-Lage entspricht.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfelderfassungsmittel (20) und/oder die Lageerfassungseinrichtung (21) auf einem, insbesondere mit der Lageveränderungseinrichtung (23) verbundenen, Trägerelement (25), insbesondere einer Trägerplatte, angeordnet ist.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageveränderungseinrichtung (23) ein von der Steuereinrichtung ansteuerbarer Aktor ist.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageveränderungseinrichtung (23) dazu eingerichtet ist, das Umfelderfassungsmittels (20) um wenigstens eine erste Schwenkachse (A) und bevorzugt über eine, insbesondere zur ersten Schwenkachse (A) senkrecht verlaufende, zweite Schwenkachse (B) zu verschwenken.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfelderfassungsmittel (20) eine Kamera oder einen Sensor, insbesondere einen Radar-, Lidar oder Ultraschallsensor, umfasst.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageerfassungseinrichtung (21) einen Gyrosensor umfasst.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageveränderungseinrichtung (23) in einer Halterung (29) gelagert ist.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (29) über eine Ausgleichseinrichtung (24), insbesondere über wenigstens ein Federelement mit einem Basisträger (30) verbunden ist.
Umfelderfassungsanordnung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisträger (30) an einem Teil eines Fahrzeugfrontends (1) angeformt ist.
Kraftfahrzeugfrontendabschnitt (1), an welchem wenigstens eine Umfelderfassungsanordnung (2) nach einem der vorigen Ansprüche angeordnet ist.
Kraftfahrzeugfrontendabschnitt (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Stoßfängerüberzug (4) und/oder Ziergitter (3) aufweist und die Umfelderfassungsanordnung (2) mit dem Stoßfängerüberzug (4) und/oder dem Ziergitter (3) verbunden ist.
Kraftfahrzeugfrontendabschnitt (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Crashmanangementsystem (6) und/oder einen Biegequerträger (7) und/oder einen Montageträger aufweist und die Umfelderfassungsanordnung (2) mit dem Crashmanagementsystem (6) und/oder dem Biegequerträger (7) und/ oder dem Montageträger verbunden ist.