DE102020203596A1 - Swivel device and sensor system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung (10) für ein Sensorsystem (20), mit: einem ersten schwenkbaren Element (11) und einem zweiten schwenkbaren Element (12); und einem Koppelelement (14) zum mechanischen Koppeln des zweiten schwenkbaren Elements (12) mit dem ersten schwenkbaren Element (11), wobei die Schwenkvorrichtung (10) ausgebildet ist, bei einem Schwenken des ersten schwenkbaren Elements (11) über das Koppelelement (14) auf das zweite schwenkbare Element (12) eine Schwenkkraft zu übertragen, die ein Schwenken des zweiten schwenkbaren Elements (12) in Abhängigkeit von dem Schwenken des ersten schwenkbaren Elements (11) bewirkt; und das erste schwenkbare Element (11) zum Aufnehmen einer ersten Erfassungseinheit (21) des Sensorsystems (20) ausgebildet ist und/oder das zweite schwenkbare Element (12) zum Aufnehmen einer zweiten Erfassungseinheit (22) des Sensorsystems ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Sensorsystem (20) sowie eine Lidar-Messvorrichtung (10).The present invention relates to a pivoting device (10) for a sensor system (20), comprising: a first pivotable element (11) and a second pivotable element (12); and a coupling element (14) for mechanically coupling the second pivotable element (12) to the first pivotable element (11), the pivoting device (10) being designed when the first pivotable element (11) is pivoted via the coupling element (14) to transmit to the second pivotable element (12) a pivoting force which causes pivoting of the second pivotable element (12) as a function of the pivoting of the first pivotable element (11); and the first pivotable element (11) is designed to accommodate a first detection unit (21) of the sensor system (20) and / or the second pivotable element (12) is designed to accommodate a second detection unit (22) of the sensor system. The present invention also relates to a sensor system (20) and a lidar measuring device (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwenkvorrichtung für ein Sensorsystem. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Sensorsystem sowie eine Lidar-Messvorrichtung mit einem Sensorsystem.The present invention relates to a pivoting device for a sensor system. The present invention also relates to a sensor system and a lidar measuring device with a sensor system.
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl von Systemen, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren (Radar, Lidar, Ultraschall, Kamera etc.) werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.Modern vehicles (cars, vans, trucks, motorcycles, etc.) have a large number of systems that provide the driver with information and control individual functions of the vehicle in a partially or fully automated manner. The surroundings of the vehicle and other road users are recorded via sensors (radar, lidar, ultrasound, camera, etc.). Based on the recorded data, a model of the vehicle environment can be generated and changes in this vehicle environment can be reacted to.
Beispielsweise wird in der
In Sensorsystemen mit schwenkbaren Komponenten kann es erforderlich sein, mehrere der Komponenten gleichzeitig zu verschwenken. Eine Schwenkbewegung definiert eine Rotationsbewegung entlang einer Schwenk- oder Rotationsachse der schwenkbaren Komponenten, wobei ein Schwenkbereich der Rotationsbewegung begrenzt ist. Entsprechend wird beim Schwenken eine jeweilige Schwenkrichtung eingestellt.In sensor systems with pivotable components, it may be necessary to pivot several of the components at the same time. A pivoting movement defines a rotational movement along a pivoting or rotational axis of the pivotable components, a pivoting range of the rotational movement being limited. A respective swivel direction is set accordingly when swiveling.
Das gleichzeitige Schwenken von schwenkbaren Komponenten kann zum Beispiel durch jeweilige Antriebe zum Ausführen der Schwenkbewegung an den Komponenten realisiert werden. Dafür müssen jedoch unter Umständen viele Antriebe bereitgestellt werden, sodass sich hohe Kosten und ein großer benötigter Bauraum ergeben. Schwenkbare Komponenten können in LIDAR-Systemen (light detection and ranging; deutsch: Lichtgestützte Ortung und Entfernungsmessung) eingebaut sein, in denen der verfügbare Bauraum begrenzt ist.The simultaneous pivoting of pivotable components can be implemented, for example, by respective drives for executing the pivoting movement on the components. For this, however, many drives may have to be provided, so that high costs and a large amount of installation space are required. Swiveling components can be installed in LIDAR systems (light detection and ranging; German: light-based localization and distance measurement), in which the available installation space is limited.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwenkvorrichtung für ein Sensorsystem bereitzustellen, die ein gleichzeitiges Schwenken von schwenkbaren Elementen ermöglicht. Insbesondere soll ein für die Schwenkvorrichtung benötigter Bauraum reduziert und/oder eine kostengünstig realisierbare Lösung geschaffen werden.The object of the invention is to provide a swivel device for a sensor system which enables swiveling elements to be swiveled at the same time. In particular, the installation space required for the pivoting device is to be reduced and / or a solution that can be implemented in a cost-effective manner is to be created.
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Schwenkvorrichtung für ein Sensorsystem, mit:
- einem ersten schwenkbaren Element und einem zweiten schwenkbaren Element; und
- einem Koppelelement zum mechanischen Koppeln des zweiten schwenkbaren Elements mit dem ersten schwenkbaren Element, wobei
- die Schwenkvorrichtung ausgebildet ist, bei einem Schwenken des ersten schwenkbaren Elements über das Koppelelement auf das zweite schwenkbare Element eine Schwenkkraft zu übertragen, die ein Schwenken des zweiten schwenkbaren Elements in Abhängigkeit von dem Schwenken des ersten schwenkbaren Elements bewirkt; und
- das erste schwenkbare Element zum Aufnehmen einer ersten Erfassungseinheit des Sensorsystems ausgebildet ist und/oder das zweite schwenkbare Element zum Aufnehmen einer zweiten Erfassungseinheit des Sensorsystems ausgebildet ist.
- a first pivotable member and a second pivotable member; and
- a coupling element for mechanically coupling the second pivotable element to the first pivotable element, wherein
- the pivoting device is designed to transmit a pivoting force upon pivoting of the first pivotable element via the coupling element to the second pivotable element, which causes pivoting of the second pivotable element as a function of the pivoting of the first pivotable element; and
- the first pivotable element is designed to accommodate a first detection unit of the sensor system and / or the second pivotable element is designed to accommodate a second detection unit of the sensor system.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Sensorsystem zum Messen einer Entfernung zu einem Objekt, mit:
- einer Schwenkvorrichtung wie zuvor beschrieben;
- einer ersten Erfassungseinheit zum Erfassen eines Fernfelds, wobei die erste Erfassungseinheit in dem ersten schwenkbaren Element aufgenommen ist; und einer zweiten Erfassungseinheit zum Erfassen eines Nahfelds, wobei die zweite Erfassungseinheit in dem zweiten schwenkbaren Element aufgenommen ist.
- a pivot device as previously described;
- a first detection unit for detecting a far field, the first detection unit being received in the first pivotable element; and a second detection unit for detecting a near field, wherein the second detection unit is received in the second pivotable element.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Lidar-Messvorrichtung mit einem Sensorsystem wie zuvor beschrieben, wobei die erste Erfassungseinheit und die zweite Erfassungseinheit jeweils einen Lidarsensor, insbesondere einen Solid-State-Lidarsensor, umfassen.In a further aspect, the present invention relates to a lidar measuring device with a sensor system as described above, the first detection unit and the second detection unit each comprising a lidar sensor, in particular a solid-state lidar sensor.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Schwenkvorrichtung und des Sensorsystems werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass das Sensorsystem und die Lidar-Messvorrichtung entsprechend der für die Schwenkvorrichtung und das Sensorsystem in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein können.Preferred configurations of the pivoting device and the sensor system are described in the dependent claims. It goes without saying that the sensor system and the lidar measuring device can be designed in accordance with the configurations described for the pivoting device and the sensor system in the dependent claims.
Es wird eine Schwenkvorrichtung für ein Sensorsystem bereitgestellt. Die Schwenkvorrichtung umfasst zumindest ein erstes und ein zweites schwenkbares Element. Die Schwenkvorrichtung umfasst weiterhin ein Koppelelement zum mechanischen Koppeln des zweiten schwenkbaren Elements mit dem ersten schwenkbaren Element. Die beiden schwenkbaren Elemente können jeweils Erfassungseinheiten des Sensorsystems, also Einheiten, die den eigentlichen Sensor umfassen, aufnehmen. Unter einem Aufnehmen versteht sich dabei insbesondere ein festes Verbinden. Die in den schwenkbaren Elementen aufgenommenen Erfassungseinheiten sind vorzugsweise fest mit den schwenkbaren Elementen verbunden und werden dadurch in entsprechender Weise mitbewegt, wenn die schwenkbaren Elemente bewegt bzw. geschwenkt werden.A pivoting device for a sensor system is provided. The pivoting device comprises at least a first and a second pivotable element. The pivoting device further comprises a coupling element for mechanically coupling the second pivotable element to the first pivotable element. The two pivotable elements can each accommodate detection units of the sensor system, that is to say units that include the actual sensor. In this context, a recording is understood to mean, in particular, a firm connection. The detection units received in the pivotable elements are preferably firmly connected to the pivotable elements and are thereby moved in a corresponding manner when the pivotable elements are moved or pivoted.
Durch eine mechanische Kopplung mittels des Koppelelements ist die Schwenkvorrichtung ausgebildet, bei einem Schwenken des ersten schwenkbaren Elements über das Koppelelement eine Schwenkkraft auf das zweite schwenkbare Element zu übertragen. Die Schwenkkraft bewirkt ein Schwenken des zweiten schwenkbaren Elements in Abhängigkeit von dem Schwenken des ersten schwenkbaren Elements. Zum Beispiel kann ein Schwenken des ersten Elements in eine erste Richtung (und/oder zweite, der ersten entgegengesetzte Richtung) ein entsprechendes Schwenken des zweiten Elements in die erste (bzw. zweite) Richtung hervorrufen. Dagegen ist die mechanische Kopplung zwischen den schwenkbaren Elementen vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ein Schwenken des zweiten schwenkbaren Elements nicht zwingend ein korrespondierendes Mitschwenken des ersten schwenkbaren Elements hervorruft.By means of a mechanical coupling by means of the coupling element, the pivoting device is designed to transmit a pivoting force to the second pivotable element via the coupling element when the first pivotable element is pivoted. The pivoting force causes the second pivotable element to pivot in dependence on the pivoting of the first pivotable element. For example, pivoting the first element in a first direction (and / or a second direction opposite to the first) can bring about a corresponding pivoting of the second element in the first (or second) direction. In contrast, the mechanical coupling between the pivotable elements is preferably designed in such a way that pivoting the second pivotable element does not necessarily cause a corresponding pivoting of the first pivotable element.
Das erste schwenkbare Element kann etwa durch einen Antrieb (beispielsweise einen elektromotorischen Antrieb) oder ein Aktuatorsystem in die erste und die zweite Richtung um eine Schwenkachse oder Rotationsachse geschwenkt werden, beispielsweise durch eine jeweilige Änderung eines Elevationswinkels. Ein Grad oder ein Ausmaß der Schwenkbewegung des zweiten schwenkbaren Elements hängt aufgrund der mechanischen Kopplung von dem Ausmaß der Schwenkbewegung des ersten schwenkbaren Elements ab.The first pivotable element can be pivoted about a pivot axis or rotation axis in the first and second directions by a drive (for example an electric motor drive) or an actuator system, for example by a respective change in an elevation angle. A degree or an extent of the pivoting movement of the second pivotable element depends on the extent of the pivoting movement of the first pivotable element due to the mechanical coupling.
Die Schwenkvorrichtung kann mit geringen Anforderungen an Bauraum ausgeführt werden und auch in Systemen begrenzter Größe eingesetzt werden.The swivel device can be designed with little space requirements and can also be used in systems of limited size.
Dadurch, dass die beiden schwenkbaren Elemente die Erfassungseinheiten des Sensorsystems aufnehmen können, können diese Erfassungseinheiten unabhängig von dem Schwenkmechanismus montiert werden. Die Funktion des Schwenkens ist unabhängig von den Erfassungseinheiten. Insbesondere ist es nicht erforderlich, Teile der Schwenkvorrichtung an den Erfassungseinheiten selbst anzubringen. Ein derartiges Anbringen kann zu einer fragileren Konstruktion und zu Beschädigungen führen. Insbesondere kann damit der Herstellungsprozess aufwendiger gemacht werden. Durch die zum Aufnehmen der Erfassungseinheiten ausgebildeten schwenkbaren Elemente ist es insbesondere nicht erforderlich, die Erfassungseinheiten bereits für eine Funktionsprüfung des Schwenkmechanismus anzubringen. Die Funktion der Schwenkvorrichtung bzw. das Zusammenspiel der schwenkbaren Elemente kann unabhängig davon, ob die Erfassungseinheiten aufgenommen sind, überprüft und getestet werden. Zumeist stellen die Erfassungseinheiten die vergleichsweise teuersten Komponenten des Sensorsystems dar, sodass ein Verschleiß dieser Komponenten beim Herstellungsprozess möglichst zu vermeiden ist. Durch die Verwendung der schwenkbaren Elemente derart, dass diese die Erfassungseinheiten aufnehmen können, kann ein Ausschuss an Erfassungseinheiten bei der Herstellung des Sensorsystems bzw. der Lidar-Messvorrichtung vermieden bzw. reduziert werden.Because the two pivotable elements can accommodate the detection units of the sensor system, these detection units can be mounted independently of the swivel mechanism. The pivoting function is independent of the registration units. In particular, it is not necessary to attach parts of the swivel device to the detection units themselves. Such attachment can lead to a more fragile construction and damage. In particular, the manufacturing process can thus be made more complex. Due to the pivotable elements designed to accommodate the registration units, it is in particular not necessary to attach the registration units for a functional test of the pivoting mechanism. The function of the pivoting device or the interaction of the pivotable elements can be checked and tested regardless of whether the detection units are included. In most cases, the detection units represent the comparatively most expensive components of the sensor system, so that wear and tear on these components during the manufacturing process should be avoided as far as possible. By using the pivotable elements in such a way that they can accommodate the detection units, a waste of detection units in the manufacture of the sensor system or the lidar measuring device can be avoided or reduced.
In einer Ausführungsform umfasst das Koppelelement einen Abstandshalter. Das Koppelelement ist an dem ersten schwenkbaren Element oder an dem zweiten schwenkbaren Element angeordnet. Ein Abstandshalter kann insbesondere ein Abtaster sein, der einen Abstand durch seine Dimensionierung und durch eine Kontaktierung mit einem entsprechenden Gegenstück festlegt.In one embodiment, the coupling element comprises a spacer. The coupling element is arranged on the first pivotable element or on the second pivotable element. A spacer can in particular be a scanner which defines a distance through its dimensions and through contact with a corresponding counterpart.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Schwenkvorrichtung ein Rückstellelement zum Ausüben einer Rückstellkraft auf das zweite schwenkbare Element. Weiterhin umfasst die Schwenkvorrichtung eine Konturfläche, mit der das Koppelelement aufgrund der Rückstellkraft in Wirkverbindung steht, wobei die Konturfläche an dem schwenkbaren Element ohne Koppelelement angeordnet ist. Die Konturfläche stellt insoweit das Gegenstück zu dem Koppelelement dar. Die Konturfläche kontaktiert mit dem Koppelelement. Durch die Kontaktierung bzw. die Wirkverbindung zwischen Koppelelement und Konturfläche kann die Kopplung der schwenkbaren Elemente erreicht werden. Die Bewegungen werden gekoppelt. Das Rückstellelement kann insbesondere als elastisches Rückstellelement ausgebildet sein. Aufgrund der vom Rückstellelement ausgeübten Rückstellkraft stehen das Koppelelement und die Konturfläche zumindest in einem Betriebszustand der Schwenkvorrichtung in Wirkverbindung miteinander. Mit anderen Worten wird durch die Rückstellkraft das Koppelelement oder zumindest ein Teil des Koppelelements an die Konturfläche gedrückt. Durch den mechanischen Kontakt zwischen dem Koppelelement, das an dem einen schwenkbaren Element angeordnet ist, und der Konturfläche, die an dem anderen schwenkbaren Element angeordnet ist, wird eine mechanische Kopplung der schwenkbaren Elemente und eine Kraftübertragung zwischen diesen erreicht. Hierdurch wird die Kopplung der Bewegung realisiert.In a preferred embodiment, the pivoting device comprises a restoring element for exerting a restoring force on the second pivotable element. Furthermore, the pivoting device comprises a contour surface with which the coupling element is in operative connection due to the restoring force, the contour surface being arranged on the pivotable element without a coupling element. In this respect, the contour surface represents the counterpart to the coupling element. The contour surface makes contact with the coupling element. The coupling of the pivotable elements can be achieved through the contact or the operative connection between the coupling element and the contoured surface. The movements are coupled. The restoring element can in particular be designed as an elastic restoring element. Due to the restoring force exerted by the restoring element, the coupling element and the contour surface are in operative connection with one another, at least in one operating state of the pivoting device. In other words, the coupling element or at least a part of the coupling element is pressed against the contoured surface by the restoring force. The mechanical contact between the coupling element, which is arranged on the one pivotable element, and the contour surface, which is arranged on the other pivotable element, a mechanical coupling of the pivotable elements and a power transmission between achieved this. This realizes the coupling of the movement.
Das Ausmaß der Schwenkbewegung des zweiten schwenkbaren Elements kann auch von der Konturfläche und/oder von einem absoluten Schwenkwinkel abhängen. Bei einem Schwenken der Elemente gleitet das Koppelelement über die Konturfläche. Je nach erreichtem Schwenkwinkel befindet sich das Koppelelement an verschiedenen Positionen auf der Konturfläche, wodurch sich ein Unterschied zwischen den Schwenkwinkeln, z.B. Elevationswinkeln, ergeben kann. Beispielsweise kann eine Schwenkwinkeländerung des zweiten schwenkbaren Elements kleiner oder größer sein als eine Schwenkwinkeländerung des ersten schwenkbaren Elements. Ein Unterschied zwischen den beiden Schwenkbewegungen kann von der Positionierung des Koppelelements und/oder der Konturfläche gegenüber einer jeweiligen Schwenkachse des jeweiligen schwenkbaren Elements abhängen. Mit anderen Worten kann sich also aufgrund der geometrischen Anordnung des Koppelelements und/oder der Konturfläche sowie der Schwenkachsen bei einer ersten Schwenkbewegung des ersten schwenkbaren Elements eine zweite, von der ersten unterschiedliche Schwenkbewegung des zweiten schwenkbaren Elements ergeben, da Konturfläche und Koppelelement eine Übersetzung bewirken können. Zum Beispiel kann der Schwenkwinkel des ersten Elements ungleich dem Schwenkwinkel des zweiten Elements sein. Dieser Effekt kann in der Schwenkvorrichtung kompensiert werden, sodass sich die Schwenkwinkel der schwenkbaren Elemente gleichmäßig ändern, oder bewusst ausgenutzt werden, sodass sich die Schwenkwinkel der schwenkbaren Elemente ungleichmäßig ändern.The extent of the pivoting movement of the second pivotable element can also depend on the contour surface and / or on an absolute pivot angle. When the elements are pivoted, the coupling element slides over the contour surface. Depending on the swivel angle achieved, the coupling element is located at different positions on the contour surface, which can result in a difference between the swivel angles, e.g. elevation angles. For example, a change in the pivot angle of the second pivotable element can be smaller or greater than a change in the pivot angle of the first pivotable element. A difference between the two pivoting movements can depend on the positioning of the coupling element and / or the contour surface with respect to a respective pivot axis of the respective pivotable element. In other words, due to the geometric arrangement of the coupling element and / or the contour surface and the pivot axes, a second pivoting movement of the second pivotable element, which is different from the first, can result in a first pivoting movement of the first pivotable element, since the contour surface and the coupling element can bring about a translation . For example, the pivot angle of the first element can be different from the pivot angle of the second element. This effect can be compensated for in the pivoting device so that the pivoting angles of the pivotable elements change uniformly, or it can be consciously exploited so that the pivoting angles of the pivotable elements change unevenly.
Es ergibt sich der Vorteil, dass die Schwenkbewegung des zweiten schwenkbaren Elements sowohl von einer Schwenkbewegung des ersten schwenkbaren Elements als auch von der Geometrie der Konturfläche abhängig ist. Somit kann das Schwenken des zweiten schwenkbaren Elements besser beeinflusst werden.This results in the advantage that the pivoting movement of the second pivotable element is dependent both on a pivoting movement of the first pivotable element and on the geometry of the contoured surface. The pivoting of the second pivotable element can thus be better influenced.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Konturfläche eine Neigung gegenüber einer Schwenkvorrichtung und/oder einer Schwenkachse des schwenkbaren Elements, an dem die Konturfläche angeordnet ist, auf. Hierdurch kann die Schwenkbewegung des zweiten schwenkbaren Elements gegenüber der Schwenkbewegung des ersten schwenkbaren Elements besser beeinflusst werden.In a preferred embodiment, the contour surface has an inclination with respect to a pivoting device and / or a pivot axis of the pivotable element on which the contour surface is arranged. In this way, the pivoting movement of the second pivotable element can be better influenced in relation to the pivoting movement of the first pivotable element.
Die Schwenkrichtung ist insbesondere orthogonal zur Schwenkachse ausgerichtet und kann die Richtung bezeichnen, in die eine Vorderseite des schwenkbaren Elements zeigt. Durch die Neigung oder Steigung der Konturfläche gegenüber der Schwenkrichtung kann erreicht werden, dass eine Schwenkbewegung des zweiten schwenkbaren Elements der Schwenkbewegung des ersten schwenkbaren Elements unabhängig von einem Schwenkwinkel gleicht. Alternativ kann die Neigung derart ausgestaltet sein, dass ein Schwenkwinkel des zweiten schwenkbaren Elements größer oder kleiner ist als ein entsprechender Schwenkwinkel des ersten schwenkbaren Elements. Durch eine Geometrie der Konturfläche kann also ein Schwenkverhältnis zwischen den beiden schwenkbaren Elementen gegeben sein. Dadurch kann sich der Vorteil ergeben, je nach Ausformung der Konturfläche entweder ein synchrones Schwenken der schwenkbaren Elemente oder ein unterschiedliches Schwenken der schwenkbaren Elemente bereitstellen zu können. Ein Beispiel für eine synchrone Schwenkbewegung kann sein, dass die Schwenkrichtung des ersten schwenkbaren Elements von z.B. 0° auf 10° geändert wird und die Schwenkrichtung des zweiten schwenkbaren Elements dadurch von z.B. 15° auf 25° geändert wird. Bei einer synchronen Schwenkbewegung kann ein Übersetzungsverhältnis, also das Verhältnis der jeweiligen Schwenkwinkeländerung, von zumindest näherungsweise 1 zu 1 erreicht sein.The pivot direction is aligned in particular orthogonally to the pivot axis and can denote the direction in which a front side of the pivotable element points. As a result of the inclination or slope of the contour surface with respect to the pivoting direction, it can be achieved that a pivoting movement of the second pivotable element is equal to the pivoting movement of the first pivotable element regardless of a pivoting angle. Alternatively, the inclination can be configured such that a pivot angle of the second pivotable element is greater or smaller than a corresponding pivot angle of the first pivotable element. A pivoting ratio between the two pivotable elements can therefore be given by the geometry of the contoured surface. This can result in the advantage of being able to provide either a synchronous pivoting of the pivotable elements or a different pivoting of the pivotable elements, depending on the shape of the contour surface. An example of a synchronous pivoting movement can be that the pivoting direction of the first pivotable element is changed from e.g. 0 ° to 10 ° and the pivoting direction of the second pivotable element is thereby changed from e.g. 15 ° to 25 °. In the case of a synchronous swivel movement, a transmission ratio, that is to say the ratio of the respective change in swivel angle, of at least approximately 1 to 1 can be achieved.
Eine Neigung der Konturfläche gegenüber der Schwenkachse kann es ermöglichen, eine Übertragung der Schwenkbewegung auf das zweite schwenkbare Element auch dann bereitzustellen, wenn beispielsweise die beiden Schwenkachsen der schwenkbaren Elemente nicht parallel, sondern mit einem Winkelversatz angeordnet sind. Die Stärke der Neigung gegenüber der Schwenkachse kann beispielsweise von dem Winkelversatz abhängig sein.An inclination of the contour surface with respect to the pivot axis can make it possible to provide a transfer of the pivoting movement to the second pivotable element even if, for example, the two pivot axes of the pivotable elements are not arranged parallel but with an angular offset. The strength of the inclination with respect to the pivot axis can be dependent, for example, on the angular offset.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist durch eine Geometrie der Konturfläche ein Schwenkverhältnis zwischen den beiden schwenkbaren Elementen vorgegeben. Beispielsweise kann zumindest ein Teilbereich der Konturfläche parabelförmig ausgebildet sein. Ebenfalls ist es möglich, dass die Konturfläche oder ein Teilbereich der Konturfläche im Allgemeinen nicht-linear oder einer Winkelfunktion nachfolgend geformt sind. Weiterhin kann die Konturfläche wellenförmig ausgebildet sein. Es kann sich in vorteilhafter Weise ein verbessertes Schwenkverhältnis ergeben, beispielsweise ein synchrones Schwenken innerhalb eines größeren Winkelbereichs. Zum Beispiel kann bei unterschiedlicher Geometrie verschiedener Teilbereiche der Konturfläche ein schwenkwinkelabhängiges Übersetzungsverhältnis zwischen den schwenkbaren Elementen realisiert und kontrolliert eingestellt werden.In a preferred embodiment, a pivot ratio between the two pivotable elements is predetermined by the geometry of the contour surface. For example, at least a partial area of the contour surface can be designed in the shape of a parabolic. It is also possible for the contour surface or a partial area of the contour surface to be shaped generally non-linearly or following an angle function. Furthermore, the contour surface can be designed to be wave-shaped. An improved swivel ratio can advantageously result, for example synchronous swiveling within a larger angular range. For example, with different geometries of different partial areas of the contour surface, a swivel angle-dependent transmission ratio between the swiveling elements can be implemented and set in a controlled manner.
Die Konturfläche kann eine Kunststoffoberfläche und/oder Metalloberfläche, z.B. eine Stahloberfläche, und/oder eine reibungsarme Oberfläche aufweisen.The contour surface can have a plastic surface and / or a metal surface, e.g. a steel surface, and / or a low-friction surface.
Es ist beispielsweise möglich, eine Schwenkvorrichtung mit mehreren, etwa drei schwenkbaren Elementen, oder einer Mehrzahl von schwenkbaren Elementen bereitzustellen. Dabei kann ein Hauptelement durch einen Antrieb geschwenkt werden. Vom Hauptelement kann eine jeweilige Schwenkkraft an weitere schwenkbare Elemente übertragen werden. Beispielsweise kann eine Schwenkvorrichtung mit mehreren schwenkbaren Elementen ein einziges Rückstellelement aufweisen. Beispielsweise können zwischen verschiedenen Elementen jeweils verschiedene Übersetzungsverhältnisse oder Schwenkbewegungen bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise können also die Schwenkverhältnisse zwischen den mehreren schwenkbaren Elementen individuell eingestellt werden.For example, it is possible to provide a pivoting device with a plurality of, for example three, pivotable elements or a plurality of pivotable elements. A main element can be pivoted by a drive. A respective pivoting force can be transmitted from the main element to further pivotable elements. For example, a pivoting device with a plurality of pivotable elements can have a single return element. For example, different transmission ratios or pivoting movements can be provided between different elements. The pivoting ratios between the plurality of pivotable elements can therefore advantageously be set individually.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Rückstellelement eine Feder. Die Feder umfasst vorzugsweise eine Blatt- und/oder Drehfeder. Eine Feder kann insbesondere eine Drehfeder, eine Druckfeder, eine Zugfeder, eine Sprungfeder, eine Blattfeder und/oder ein anderes elastisches Element umfassen, das eine mechanische Kraft in eine Drehrichtung des zweiten schwenkbaren Elements ausübt. Die mechanische Feder kann Metall und/oder Kunststoff umfassen, wodurch sich der Vorteil einer Langlebigkeit und/oder eines geringen Gewichts der mechanischen Feder ergeben kann. Vorzugsweise umfasst die Feder eine Blatt- und/oder Drehfeder, die insbesondere an einer Dreh- oder Rotationsachse des schwenkbaren Elements angeordnet ist. Die Blatt- und/oder Drehfeder kann das zweite schwenkbare Element beispielsweise in eine Drehrichtung entgegen des ersten Elements drücken, beispielsweise bis es an einen Anschlag der Schwenkvorrichtung, durch den ein maximaler Schwenkwinkel bestimmt ist, gelangt, wenn keine Gegenkraft gegen die Rückstellkraft wirkt. Der Vorteil kann sein, dass die Blatt- und/oder Drehfeder platzsparend an einem Schwenklager oder einer Halterung des schwenkbaren Elements angebracht werden kann.In a preferred embodiment, the restoring element comprises a spring. The spring preferably comprises a leaf and / or torsion spring. A spring can in particular comprise a torsion spring, a compression spring, a tension spring, a coil spring, a leaf spring and / or another elastic element which exerts a mechanical force in a direction of rotation of the second pivotable element. The mechanical spring can comprise metal and / or plastic, which can result in the advantage of a long service life and / or a low weight of the mechanical spring. The spring preferably comprises a leaf spring and / or torsion spring, which is arranged in particular on an axis of rotation or rotation of the pivotable element. The leaf and / or torsion spring can press the second pivotable element, for example, in a direction of rotation opposite to the first element, for example until it comes to a stop of the pivoting device, by which a maximum pivoting angle is determined, if no counterforce acts against the restoring force. The advantage can be that the leaf and / or torsion spring can be attached to a pivot bearing or a holder of the pivotable element in a space-saving manner.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Zugfeder derart am zweiten schwenkbaren Element angeordnet sein, dass diese das schwenkbare Element bis an den Anschlag der Schwenkvorrichtung zieht. Die Zugfeder ist z.B. zwischen dem ersten und zweiten schwenkbaren Element angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Druckfeder am zweiten schwenkbaren Element angeordnet sein, z.B. an einer dem ersten schwenkbaren Element gegenüberliegenden Seite. Die Druckfeder kann beispielsweise an einem Gehäuse oder einem anderen mechanischen Element angeordnet sein, sodass sie das zweite schwenkbare Element in Richtung des ersten schwenkbaren Elements drückt. Beispielsweise können zwei verschiedenartige elastische Rückstellelemente bereitgestellt sein, die eine Redundanz bewirken, sodass die Rückstellkraft auch bei einem Ausfall eines der elastischen Rückstellelemente ausgeübt wird.Alternatively or additionally, a tension spring can be arranged on the second pivotable element in such a way that it pulls the pivotable element up to the stop of the pivoting device. For example, the tension spring is disposed between the first and second pivotable members. Alternatively or additionally, a compression spring can also be arranged on the second pivotable element, e.g. on a side opposite the first pivotable element. The compression spring can for example be arranged on a housing or another mechanical element so that it presses the second pivotable element in the direction of the first pivotable element. For example, two different types of elastic restoring elements can be provided which bring about a redundancy so that the restoring force is exerted even if one of the elastic restoring elements fails.
Beispielsweise ist das Rückstellelement derart ausgebildet, dass eine von ihm ausgehende Rückstellkraft so groß ist, dass auch bei auftretenden Erschütterungen entgegen der Richtung der Rückstellkraft eine mechanische Kopplung zwischen dem zweiten schwenkbaren Element und dem ersten schwenkbaren Element erhalten bleibt. Dadurch kann beispielsweise eine Funktionalität der Schwenkvorrichtung vorteilhafterweise auch in Fahrzeugen während eines Fahrbetriebs, in dem Erschütterungen auftreten können, gewährleistet sein. Es ist ferner möglich, dass durch die Rückstellkraft ein Spiel zwischen Zahnrädern eines Getriebes des Antriebs, der zum Schwenken des ersten schwenkbaren Elements ausgebildet ist, vermieden werden kann und somit ein Schwenkwinkel mittels des Antriebs genauer eingestellt werden kann.For example, the restoring element is designed such that a restoring force emanating from it is so great that a mechanical coupling between the second pivotable element and the first pivotable element is maintained even when vibrations occur against the direction of the restoring force. In this way, for example, functionality of the swivel device can advantageously also be ensured in vehicles during driving operation in which vibrations can occur. It is also possible that the restoring force can prevent backlash between gears of a transmission of the drive, which is designed to pivot the first pivotable element, and thus a pivot angle can be set more precisely by means of the drive.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Koppelelement einen Abstandshalter, der an einem der Konturfläche zugewandten Ende zum Gleiten über die Konturfläche glatt und/oder abgerundet ausgebildet ist oder einen Wälzkörper aufweist, der dazu ausgebildet ist, in Kontakt mit der Konturfläche ein reibungsarmes Gleiten des Koppelelements über die Konturfläche zu bewirken. Der Abstandshalter ist vorzugsweise kugelabschnittförmig zum Gleiten über die Konturfläche ausgebildet.In a preferred embodiment, the coupling element comprises a spacer, which is smooth and / or rounded at an end facing the contour surface for sliding over the contour surface or has a rolling element which is designed to allow the coupling element to slide over low-friction in contact with the contour surface to effect the contour surface. The spacer is preferably configured in the shape of a segment of a sphere for sliding over the contoured surface.
Der Abstandshalter kann beispielsweise ein Stift oder ein Bolzen sein, welcher an dem jeweiligen schwenkbaren Element angeordnet ist. Durch den Abstandshalter kann ein Minimalabstand zwischen den schwenkbaren Elementen eingehalten werden, wenn das elastische Rückstellelement das zweite schwenkbare Element entgegen dem ersten schwenkbaren Element drückt. Durch die glatte oder abgerundete Fläche des Abstandshalters kann ein verbessertes Gleiten über die Konturfläche ermöglicht werden, wodurch beispielsweise Ruckelbewegungen beim Schwenken des zweiten schwenkbaren Elements verringert werden.The spacer can for example be a pin or a bolt which is arranged on the respective pivotable element. A minimum distance between the pivotable elements can be maintained by the spacer when the elastic restoring element presses the second pivotable element against the first pivotable element. The smooth or rounded surface of the spacer can enable improved sliding over the contoured surface, as a result of which, for example, jerking movements when pivoting the second pivotable element are reduced.
Alternativ oder zusätzlich kann das Koppelelement einen Wälzkörper aufweisen, der in Kontakt mit der Konturfläche ein besonders reibungsarmes Gleiten des Koppelelements über die Konturfläche bewirkt. Beispielsweise kann am Ende des Koppelelements eine gelagerte Kugel oder eine gelagerte Walze angeordnet sein, die über die Konturfläche rollen kann.As an alternative or in addition, the coupling element can have a rolling body which, in contact with the contour surface, causes the coupling element to slide over the contour surface with particularly low friction. For example, a mounted ball or a mounted roller can be arranged at the end of the coupling element, which can roll over the contoured surface.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Koppelelement einen Riemen, der an einem jeweiligen Aufnahmerad einer Schwenkachse der beiden schwenkbaren Elemente angeordnet ist. Ein Schwenkverhältnis der beiden schwenkbaren Elemente ist von einem mittels der Aufnahmeräder eingestellten Übersetzungsverhältnis abhängig.In a preferred embodiment, the coupling element comprises a belt which is arranged on a respective receiving wheel of a pivot axis of the two pivotable elements. A pivot ratio of the two pivotable Elements is dependent on a transmission ratio set by means of the receiving wheels.
Der Riemen kann insbesondere umfangsseitig um die Schwenkachsen der schwenkbaren Elemente angeordnet sein. Insbesondere kann der Riemen als Zahnriemen und die Aufnahmeräder als Zahnräder ausgebildet sein. Der Riemen ist also an beiden schwenkbaren Elementen an deren jeweiliger Schwenkachse angeordnet. Durch den Riemen kann eine mechanische Kopplung der beiden schwenkbaren Elemente bereitgestellt werden, somit kann etwa auf ein Rückstellelement und einen Abstandshalter verzichtet werden. Die Schwenkachsen der schwenkbaren Elemente können jeweils ein Aufnahmerad aufweisen, an welchem der Riemen angebracht ist, wobei durch ein Übersetzungsverhältnis zwischen den Aufnahmerädern ein Schwenkverhältnis vorgegeben ist. Beispielsweise kann auch bei einer Kopplung mittels Riemen ein Achsversatz zwischen den beiden Schwenkachsen ausführbar sein, da der Riemen zumindest in Grenzen verdrehbar sein kann.The belt can in particular be arranged on the circumferential side around the pivot axes of the pivotable elements. In particular, the belt can be designed as a toothed belt and the receiving wheels as toothed wheels. The belt is therefore arranged on both pivotable elements on their respective pivot axis. A mechanical coupling of the two pivotable elements can be provided by the belt, thus, for example, a return element and a spacer can be dispensed with. The pivot axes of the pivotable elements can each have a take-up wheel to which the belt is attached, a pivoting ratio being predetermined by a transmission ratio between the take-up wheels. For example, an axial offset between the two pivot axes can also be implemented with a coupling by means of a belt, since the belt can be rotated at least within limits.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das erste schwenkbare Element und/oder das zweite schwenkbare Element einen Kühlkörper zum Kühlen der Erfassungseinheit. Insbesondere im Bereich der Lidarsensorik kommt es zu einer starken Erwärmung von entsprechenden Lidar-Erfassungseinheiten. Dadurch, dass der Kühlkörper jeweils an den schwenkbaren Elementen und insoweit an der Halterung der Erfassungseinheiten angeordnet ist, kann gegebenenfalls auf einen Kühlkörper an den Erfassungseinheiten selbst verzichtet werden. Hierdurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich des benötigten Bauraums und hinsichtlich des Herstellungsaufwands.In a preferred embodiment, the first pivotable element and / or the second pivotable element comprises a cooling body for cooling the detection unit. Particularly in the area of lidar sensors, there is strong heating of the corresponding lidar detection units. Because the heat sink is arranged on the pivotable elements and, in so far, on the holder of the detection units, it may be possible to dispense with a heat sink on the detection units themselves. This results in advantages with regard to the required installation space and with regard to the manufacturing costs.
Die Schwenkvorrichtung kann insbesondere in Entfernungsmesssystemen wie beispielsweise Radar- oder LIDAR-Systemen verwendet werden. Alternativ kann die Schwenkvorrichtung auch in anderen mechanischen oder elektromechanischen Systemen, bei denen beispielsweise nur wenig Bauraum zwischen schwenkbaren Elementen zur Verfügung steht und/oder bei denen ein Schwenkverhältnis zwischen den schwenkbaren Elementen eingestellt werden soll, eingesetzt werden.The swivel device can be used in particular in distance measuring systems such as radar or LIDAR systems. Alternatively, the pivoting device can also be used in other mechanical or electromechanical systems in which, for example, only little installation space is available between pivotable elements and / or in which a pivoting ratio is to be set between the pivotable elements.
Das Sensorsystem umfasst insbesondere eine erste Erfassungseinheit zum Erfassen eines Fernfelds und eine zweite Erfassungseinheit zum Erfassen eines Nahfelds. Beispielsweise ist die Schwenkvorrichtung ausgebildet, bei einer Schwenkbewegung des schwenkbaren Elements mit der zweiten Erfassungseinheit eine davon abhängige Schwenkbewegung des schwenkbaren Elements mit der ersten Erfassungseinheit zu bewirken. Ebenfalls ist es möglich, dass eine Schwenkbewegung der ersten Erfassungseinheit eine davon abhängige Schwenkbewegung der zweiten Erfassungseinheit bewirkt. Die Schwenkbewegung der ersten Erfassungseinheit kann zum Beispiel durch eine entsprechende Ausformung der Konturfläche der Schwenkvorrichtung synchron zur Schwenkbewegung der zweiten Erfassungseinheit sein. Mit anderen Worten kann die erste Erfassungseinheit mittels Schwenkens der zweiten Erfassungseinheit um einen ersten Winkel ebenfalls um den ersten Winkel geschwenkt werden. Beispielsweise hat nur eine Erfassungseinheit des Sensorsystems einen Schwenkantrieb, z.B. einen Aktuator, und die zweite Erfassungseinheit wird durch die mechanische Kopplung geschwenkt bzw. mitgeführt.The sensor system comprises in particular a first detection unit for detecting a far field and a second detection unit for detecting a near field. For example, the pivoting device is designed to bring about a pivoting movement of the pivotable element with the first detection unit dependent thereon upon a pivoting movement of the pivotable element with the second detection unit. It is also possible for a pivoting movement of the first acquisition unit to cause a pivoting movement of the second acquisition unit that is dependent thereon. The pivoting movement of the first detection unit can, for example, be synchronous with the pivoting movement of the second detection unit by a corresponding shaping of the contour surface of the pivoting device. In other words, the first acquisition unit can also be pivoted through the first angle by pivoting the second acquisition unit through a first angle. For example, only one detection unit of the sensor system has a swivel drive, e.g. an actuator, and the second detection unit is swiveled or carried along by the mechanical coupling.
Zum Beispiel ist eine Schwenkachse des ersten schwenkbaren Elements mit der ersten Erfassungseinheit gegenüber einer Schwenkachse des zweiten schwenkbaren Elements mit der zweiten Erfassungseinheit um einen vorbestimmten Winkel versetzt angeordnet, sodass eine Haupterfassungsrichtung der ersten Erfassungseinheit von einer Haupterfassungsrichtung der zweiten Erfassungseinheit um den vorbestimmten Winkel abweicht. Entsprechend kann die Schwenkachse des zweiten schwenkbaren Elements der Schwenkvorrichtung um einen vorbestimmten Winkel versetzt zur Schwenkachse des ersten schwenkbaren Elements angeordnet sein. Dadurch können in vorteilhafter Weise verschiedene Erfassungsbereiche durch die unterschiedlichen Erfassungseinheiten bereitgestellt werden. Beispielsweise können beide Schwenkachsen horizontal angeordnet sein, sodass bei einem Schwenken die Schwenkrichtung oder Haupterfassungsrichtung vertikal verstellt wird. Durch die Schwenkvorrichtung ist es trotz der nicht achsparallel angeordneten schwenkbaren Elemente möglich, durch eine entsprechende Ausformung der Konturfläche ein synchrones Schwenken, z.B. eine winkelgleiche vertikale Einstellung der Schwenkrichtung und somit eines vertikalen Erfassungsbereiches beider schwenkbaren Elemente, zu ermöglichen. Alternativ können Änderungswinkel beider schwenkbarer Elemente gleich sein, wohingegen absolute Schwenkwinkel unterschiedlich sein können.For example, a pivot axis of the first pivotable element with the first detection unit is offset from a pivot axis of the second pivotable element with the second detection unit by a predetermined angle, so that a main detection direction of the first detection unit deviates from a main detection direction of the second detection unit by the predetermined angle. Correspondingly, the pivot axis of the second pivotable element of the pivoting device can be arranged offset by a predetermined angle to the pivot axis of the first pivotable element. As a result, different detection areas can advantageously be provided by the different detection units. For example, both pivot axes can be arranged horizontally so that the pivot direction or main detection direction is adjusted vertically when pivoting. The pivoting device makes it possible, despite the pivotable elements that are not arranged axially parallel, to enable synchronous pivoting, e.g. a vertical adjustment of the pivoting direction at the same angle and thus a vertical detection range of both pivotable elements, by appropriate shaping of the contour surface. Alternatively, the change angles of both pivotable elements can be the same, whereas absolute pivot angles can be different.
Die Lidar-Messvorrichtung umfasst insbesondere Erfassungseinheiten mit jeweils einer Lidar-Empfangseinheit und einer Lidar-Sendeeinheit, die in einer Focal Plane-Array-Konfiguration ausgebildet sind. Die Elemente der jeweiligen Einheit sind im Wesentlichen in einer Ebene, günstigerweise auf einem Chip, angeordnet. Die jeweilige Einheit ist innerhalb der Lidar-Messvorrichtung vorzugsweise in einem Brennpunkt einer entsprechenden Optik, Sendeoptik oder Empfangsoptik, angeordnet. Insbesondere sind die Sensorelemente bzw. die Emitterelemente im Brennpunkt der Empfangsoptik angeordnet. Eine solche Optik kann beispielsweise durch ein optisches Linsensystem ausgebildet sein.The lidar measuring device comprises, in particular, detection units, each with a lidar receiving unit and a lidar transmitting unit, which are designed in a focal plane array configuration. The elements of the respective unit are essentially arranged in one plane, advantageously on a chip. The respective unit is preferably arranged within the lidar measuring device in a focal point of a corresponding optic, transmitting optic or receiving optic. In particular, the sensor elements or the emitter elements are arranged at the focal point of the receiving optics. Such an optical system can be formed, for example, by an optical lens system.
Die Lidar-Empfangseinheit weist mehrere Sensorelemente auf, welche vorzugsweise als SPAD, Single Photon Avalanche Diode, ausgebildet sind. Die Lidar-Sendeeinheit weist vorzugsweise mehrere Emitterelemente zur Aussendung von Laserlicht, günstigerweise Laserpulsen, auf. Die Emitterelemente sind günstigerweise als VCSEL, Vertical Cavity surface emitting laser, ausgebildet.The lidar receiving unit has several sensor elements, which are preferably designed as SPAD, single photon avalanche diodes. The lidar transmission unit preferably has a plurality of emitter elements for transmitting laser light, advantageously laser pulses. The emitter elements are advantageously designed as VCSELs, vertical cavity surface emitting lasers.
Die Lidar-Sendeeinheit weist Emitterelemente auf, die über eine Fläche des Sendechips verteilt sind. Die Lidar-Empfangseinheit weist Sensorelemente auf, die über eine Fläche des Empfangschips verteilt sind. Dem Sendechip ist eine Sendeoptik zugewiesen und dem Empfangschip ist eine Empfangsoptik zugewiesen. Die Optik bildet ein aus einem Raumbereich eintreffendes Licht auf den jeweiligen Chip ab. Der Raumbereich entspricht dem Sichtbereich der Lidar-Messvorrichtung, der auf Objekte untersucht oder sensiert wird.The lidar transmission unit has emitter elements which are distributed over an area of the transmission chip. The lidar receiving unit has sensor elements which are distributed over an area of the receiving chip. Sending optics are assigned to the sending chip and receiving optics are assigned to the receiving chip. The optics depict light arriving from a spatial area onto the respective chip. The spatial area corresponds to the viewing area of the lidar measuring device that is examined or sensed for objects.
Der Raumbereich der Lidar-Sendeeinheit und der Lidar-Empfangseinheit sind im Wesentlichen identisch. Die Sendeoptik bildet ein Emitterelement auf einen Raumwinkel ab, der einen Teilbereich des Raumbereichs darstellt. Das Emitterelement sendet dementsprechend Laserlicht in diesen Raumwinkel aus. Die Emitterelemente decken gemeinsam den gesamten Raumbereich ab.The spatial area of the lidar transmitting unit and the lidar receiving unit are essentially identical. The transmission optics images an emitter element onto a solid angle that represents a sub-area of the spatial area. The emitter element accordingly emits laser light in this solid angle. The emitter elements together cover the entire room area.
Die Empfangsoptik bildet ein Sensorelement auf einen Raumwinkel ab, der einen Teilbereich des Raumbereichs darstellt. Die Anzahl aller Sensorelemente deckt den gesamten Raumbereich ab. Emitterelemente und Sensorelemente, die denselben Raumwinkel betrachten, bilden aufeinander ab und sind dementsprechend einander zugewiesen. Ein Laserlicht eines Emitterelements bildet im Normalfall immer auf das zugehörige Sensorelement ab. Gegebenenfalls sind mehrere Sensorelemente innerhalb des Raumwinkels eines Emitterelements angeordnet.The receiving optics images a sensor element onto a solid angle that represents a sub-area of the spatial area. The number of all sensor elements covers the entire room area. Emitter elements and sensor elements that consider the same solid angle map onto one another and are accordingly assigned to one another. A laser light from an emitter element normally always images onto the associated sensor element. If necessary, several sensor elements are arranged within the solid angle of an emitter element.
Zur Ermittlung von Objekten innerhalb des Raumbereichs bzw. zum Ermitteln eines Abstands zu einem Objekt führt die Lidar-Messvorrichtung einen Messvorgang durch. Ein solcher Messvorgang umfasst einen oder mehrere Messzyklen, je nach konstruktivem Aufbau des Messsystems und dessen Elektronik.To determine objects within the spatial area or to determine a distance to an object, the lidar measuring device carries out a measuring process. Such a measuring process comprises one or more measuring cycles, depending on the design of the measuring system and its electronics.
Vorzugsweise wird das Time Correlated Single Photon Counting-Verfahren, TCSPC, verwendet. Hierbei werden einzelne eintreffende Photonen detektiert, insbesondere durch SPAD, und der Zeitpunkt der Auslösung des Sensorelements, auch Detektionszeitpunkt, in einem Speicherelement abgelegt. Der Detektionszeitpunkt steht im Verhältnis zu einem Referenzzeitpunkt, zu dem das Laserlicht ausgesendet wird. Aus der Differenz lässt sich die Laufzeit des Laserlichts ermitteln, woraus der Abstand des Objekts bestimmt werden kann.The time correlated single photon counting method, TCSPC, is preferably used. In this case, individual incoming photons are detected, in particular by SPAD, and the time at which the sensor element was triggered, including the time of detection, is stored in a memory element. The time of detection is related to a reference time at which the laser light is emitted. The time of flight of the laser light can be determined from the difference, from which the distance to the object can be determined.
Ein Sensorelement kann einerseits von dem Laserlicht und andererseits von der Umgebungsstrahlung ausgelöst werden. Ein Laserlicht trifft bei einem bestimmten Abstand des Objekts immer zur gleichen Zeit ein, wohingegen die Umgebungsstrahlung jederzeit dieselbe Wahrscheinlichkeit bereitstellt, ein Sensorelement auszulösen. Bei der mehrfachen Durchführung einer Messung, insbesondere mehrerer Messzyklen, summieren sich die Auslösungen des Sensorelements bei dem Detektionszeitpunkt, der der Laufzeit des Laserlichts bezüglich der Entfernung des Objekts entspricht, wohingegen sich die Auslösungen durch die Umgebungsstrahlung gleichmäßig über die Messdauer eines Messzyklus verteilen. Eine Messung entspricht dem Aussenden und anschließenden Detektieren des Laserlichts. Die in dem Speicherelement abgelegten Daten der einzelnen Messzyklen eines Messvorgangs ermöglichen eine Auswertung der mehrfach ermittelten Detektionszeitpunkte, um auf den Abstand des Objekts zu schließen.A sensor element can be triggered on the one hand by the laser light and on the other hand by the ambient radiation. A laser light always arrives at a certain distance from the object at the same time, whereas the ambient radiation always provides the same probability of triggering a sensor element. When a measurement is carried out several times, in particular several measuring cycles, the triggering of the sensor element add up at the detection time, which corresponds to the transit time of the laser light in relation to the distance from the object, whereas the triggering by the ambient radiation is evenly distributed over the measuring duration of a measuring cycle. A measurement corresponds to the emission and subsequent detection of the laser light. The data of the individual measuring cycles of a measuring process stored in the memory element allow an evaluation of the detection times determined several times in order to infer the distance of the object.
Ein Sensorelement ist günstigerweise mit einem Time to Digital Converter, TDC, verbunden, der den Zeitpunkt des Auslösens der Sensoreinheit in dem Speicherelement ablegt. Ein solches Speicherelement kann beispielsweise als Kurzzeitspeicher oder als Langzeitspeicher ausgebildet sein. Der TDC füllt für einen Messvorgang ein Speicherelement mit den Zeitpunkten, zu denen die Sensorelemente ein eintreffendes Photon detektierten. Dies lässt sich grafisch durch ein Histogramm, welches auf den Daten des Speicherelements basiert, darstellen. Bei einem Histogramm ist die Dauer eines Messzyklus in kurze Zeitabschnitte unterteilt, sogenannte Bins. Wird ein Sensorelement ausgelöst, so erhöht der TDC den Wert eines Bin um eins. Es wird der Bin aufgefüllt, welcher der Laufzeit des Laserpulses entspricht, also die Differenz zwischen Detektionszeitpunkt und Referenzzeitpunkt.A sensor element is expediently connected to a time to digital converter, TDC, which stores the time at which the sensor unit was triggered in the memory element. Such a storage element can be designed, for example, as a short-term memory or as a long-term memory. For a measurement process, the TDC fills a memory element with the times at which the sensor elements detected an incoming photon. This can be represented graphically by a histogram based on the data of the storage element. In a histogram, the duration of a measurement cycle is divided into short periods of time, so-called bins. If a sensor element is triggered, the TDC increases the value of a bin by one. The bin is filled which corresponds to the transit time of the laser pulse, i.e. the difference between the detection time and the reference time.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug, beispielsweise einen Personenkraftwagen, der ein Sensorsystem und insbesondere eine Lidar-Messvorrichtung umfasst.One aspect of the invention relates to a vehicle or motor vehicle, for example a passenger car, which comprises a sensor system and in particular a lidar measuring device.
Weiterbildungen des Sensorsystems bzw. der Lidar-Messvorrichtung betreffen Merkmale von Weiterbildungen, wie sie bereits in Verbindung mit der Schwenkvorrichtung beschrieben sind. Daher wird auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet und die entsprechenden Merkmale gelten auch in Verbindung mit dem Sensorsystem bzw. mit der Lidar-Messvorrichtung als offenbart.Further developments of the sensor system or the lidar measuring device relate to features of further developments as they have already been described in connection with the pivoting device. A corresponding description is therefore dispensed with and the corresponding features also apply as disclosed in connection with the sensor system or with the lidar measuring device.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht eines Sensorsystems mit einer Schwen kvorrichtu ng; -
2 eine schematische Seitenansicht des Sensorsystems mit erkennbarem Rückstellelement; -
3 eine schematische Darstellung des Einbringens der Erfassungseinheiten in die schwenkbaren Elemente; -
4 eine schematische Frontansicht des Sensorsystems; -
5 eine schematische Seitenansicht eines Sensorsystems mit einer Zugfeder; und -
6 eine schematische Seitenansicht eines Sensorsystems mit riemengekoppelter Schwenkvorrichtung.
-
1 a schematic side view of a sensor system with a Schwen kvorrichtu ng; -
2 a schematic side view of the sensor system with a recognizable reset element; -
3 a schematic representation of the introduction of the detection units into the pivotable elements; -
4th a schematic front view of the sensor system; -
5 a schematic side view of a sensor system with a tension spring; and -
6th a schematic side view of a sensor system with a belt-coupled swivel device.
In den
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem
Das erste schwenkbare Element
Die Konturfläche
Beispielsweise ist eine erste Schwenkachse
In der
Zudem ist erkennbar, dass die Konturfläche
Es versteht sich, dass in einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) das Koppelelement
In der
In der
In der
Durch die erfindungsgemäße Schwenkvorrichtung bzw. durch die dargestellten Konzepte zum Übertragen einer Schwenkbewegung ist es möglich, in platzsparender Weise eine verbesserte Übertragung von Schwenkbewegungen zu erreichen. Da das Koppelelement die Konturfläche kontinuierlich abtastet, ermöglicht eine Geometrie der Konturfläche, dass eine Schwenkübertragung an das zweite schwenkbare Element unabhängig von baulich bedingten geometrischen Vorgaben besser kontrolliert und eingestellt werden kann.By means of the pivoting device according to the invention or the illustrated concepts for transmitting a pivoting movement, it is possible to achieve an improved transmission of pivoting movements in a space-saving manner. Since the coupling element continuously scans the contour surface, a geometry of the contour surface enables a swivel transmission to the second swivel element to be better controlled and adjusted independently of structural geometric specifications.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as an example and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art using the present invention and a careful analysis of the drawings, the disclosure, and the following claims.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.In the claims, the words “comprising” and “having” do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. A single element or a single unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. The mere mention of a few Measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. Reference signs in the patent claims are not to be understood as restrictive.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- SchwenkvorrichtungSwivel device
- 1111
- erstes schwenkbares Elementfirst pivotable element
- 11 a11 a
- erster Lagerbügelfirst bearing bracket
- 1212th
- zweites schwenkbares Elementsecond pivotable element
- 12a12a
- zweiter Lagerbügelsecond bearing bracket
- 1313th
- RückstellelementReset element
- 1414th
- KoppelelementCoupling element
- 1515th
- KonturflächeContour surface
- 15a15a
- OberflächenrichtungSurface direction
- 1616
- SchwenkrichtungSwivel direction
- 1717th
- erste Schwenkachsefirst pivot axis
- 17a17a
- erstes Aufnahmeradfirst pickup wheel
- 1818th
- zweite Schwenkachsesecond pivot axis
- 18a18a
- zweites Aufnahmeradsecond pick-up wheel
- 2020th
- SensorsystemSensor system
- 2121
- erste Erfassungseinheitfirst registration unit
- 2222nd
- zweite Erfassungseinheitsecond registration unit
- 2323
- KühlkörperHeat sink
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2017/081294 A1 [0003]WO 2017/081294 A1 [0003]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102020203596.2A DE102020203596A1 (en) | 2020-03-20 | 2020-03-20 | Swivel device and sensor system |
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DE102020203596A1 true DE102020203596A1 (en) | 2021-09-23 |
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017081294A1 (en) | 2015-11-11 | 2017-05-18 | Ibeo Automotive Systems GmbH | Method and device for optically measuring distances |
-
2020
- 2020-03-20 DE DE102020203596.2A patent/DE102020203596A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017081294A1 (en) | 2015-11-11 | 2017-05-18 | Ibeo Automotive Systems GmbH | Method and device for optically measuring distances |
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