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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erweiterungsmodul für einen Lidar-Sensor und eine modulare Lidar-Einheit umfassend einen Lidar-Sensor und ein solches Erweiterungsmodul.
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Aus dem Stand der Technik sind Fortbewegungsmittel bekannt, welche über Lidar-Sensoren für eine Umfelderfassung verfügen. Auf Basis einer solchen Umfelderfassung wird beispielsweise ein teil- und/oder vollautomatisierter Fahrbetrieb der Fortbewegungsmittel ermöglicht. In Abhängigkeit jeweiliger Ausgestaltungen solcher Lidar-Sensoren weisen diese symmetrische oder asymmetrische Formen und/oder Vorrichtungen zur Reinigung eines Lichtaustrittsfensters der Lidar-Sensoren auf. Als Vorrichtungen zur Reinigung sind aus dem Stand der Technik unter anderem Wischer bekannt, welche eingerichtet sind, Verschmutzungen auf dem Lichtaustrittsfenster zu entfernen. In einem Nichtbenutzungszustand dieser Wischer werden diese i. d. R. an einer vordefinierten Parkposition im Bereich des Lichtaustrittsfensters der Lidar-Sensoren geparkt.
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DE102016200835A1 beschreibt eine symmetrisch ausgebildete Umgebungsinformationserfassungsvorrichtung, welche einen Vorrichtungskörper, an welchem Sensoren zum Erfassen von Umgebungsinformationen montiert sind und einen Wischmechanismus umfasst, welcher fremde Objekte, die an Orten des Vorrichtungskörpers anhaften, wegwischt.
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Für Lidar-Sensoren selbstfahrender Fahrzeuge, die beispielsweise auf einem Fahrzeugdach angeordnet werden können, ist außerdem ein rotierendes Reinigungssystem für einen LIDAR-Sensor auf Basis zweier Wischerblätter bekannt, wobei der LIDAR-Sensor ein symmetrisch ausgebildeter Sensor ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Erweiterungsmodul für einen Lidar-Sensor vorgeschlagen, wobei der Lidar-Sensor beispielsweise ein Punkt- oder ein Linienscanner oder ein Flash-Lidar-Sensor ist. Bevorzugt ist ein solcher Lidar-Sensor ein Umfeldsensor eines Fortbewegungsmittels, wobei das Fortbewegungsmittel beispielsweise ein Straßenfahrzeug (z.B. Motorrad, PKW, Transporter, LKW) oder ein Schienenfahrzeug oder ein Luftfahrzeug/Flugzeug und/oder ein Wasserfahrzeug ist, ohne den Lidar-Sensor und das Erweiterungsmodul dadurch auf eine ausschließliche Anwendung mit einem Fortbewegungsmittel einzuschränken.
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Das Erweiterungsmodul weist eine Parkfläche für einen Wischer einer Wischvorrichtung eines Lidar-Sensors und mindestens ein Befestigungsbereich auf, wobei das Erweiterungsmodul eingerichtet ist, mittels des Befestigungsbereichs seitlich an einem Lidar-Sender befestigt zu werden, so dass zwischen der Parkfläche und einer Außenseite eines Schutzfensters des Lidar-Sensors ein fluchtender Übergang herstellbar ist. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass eine dem Schutzfenster des Lidar-Sensors zugewandte Kante der Parkfläche des Erweiterungsmoduls, eine scharfe Kante, eine gefaste Kante oder eine abgerundete Kante ist. Indem beispielsweise eine scharfe Kante der Parkfläche und eine scharfe Kante des Schutzfensters im Bereich jeweiliger Stoßkanten der beiden Flächen verwendet werden, ist es möglich, einen mehr oder weniger nahtlosen Übergang zwischen den beiden Flächen zu schaffen, um einem beide Flächen überstreichenden Wischer eine möglichst ebene Wischfläche bereitzustellen. Im Falle einer Verwendung einer gefasten oder abgerundeten Kante für die Parkfläche und/oder das Schutzfenster, ist es vorteilhaft, eine dadurch zwischen den beiden Flächen im Stoßbereich ausgebildete Nut mittels eines Füll- und/oder Dichtmaterials zu füllen, so dass für einen beide Flächen überstreichenden Wischer eine im Wesentlichen ebene Wischfläche erzeugt wird.
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Die Parkfläche ist zudem eingerichtet, eine Parkposition für einen Wischer einer Wischvorrichtung für den Lidar-Sensor bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Erweiterungsmodul für einen Lidar-Sensor bietet u. a. den Vorteil, dass eine zusätzliche Parkposition für einen Wischer außerhalb der Fläche des Fensters des Lidar-Sensors und insbesondere außerhalb des Bereichs einer Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsöffnung des Lidar-Sensors, bereitstellbar ist. Darüber hinaus ist es auf Basis des Erweiterungsmoduls möglich, asymmetrisch ausgebildete Lidar-Sensoren durch eine Kombination mit dem Erweiterungsmodul symmetrisch auszugestalten, wodurch u. a. strömungstechnische Vorteile erzielbar sind. Ferner ist es möglich, den Lidar-Sensor mit zusätzlichen Funktionen zu erweitern, welche dieser standardmäßig nicht bereitstellt. Beispiele für solche zusätzlichen Funktionen werden unten im Zusammenhang mit vorteilhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.
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Darüber hinaus bietet ein solches Erweiterungsmodul die Möglichkeit, einen Fußgängerschutz zu verbessern, da durch eine spezifisch angepasste Formgebung des Erweiterungsmoduls eine optimierte Integration des verbundenen Lidar-Sensors in vorgegebene Einbauflächen eines Fortbewegungsmittels ermöglicht wird. Zudem ist es möglich, einen mit dem Erweiterungsmodul verbundenen Lidar-Sensor als Gleichteil für unterschiedliche Fortbewegungsmittel auszugestalten, da ggf. erforderliche Anpassungen einer Form eines als Gleichteil ausgestalteten Lidar-Sensors bei einem Einbau in unterschiedliche Fortbewegungsmittel, durch das Erweiterungsmodul kompensierbar sind.
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Zudem ist es vorteilhaft, dass sich durch eine durch das Erweiterungsmodul bewirkte symmetrische Ausgestaltung der Kombination aus einem asymmetrischen Lidar-Sensor und dem Erweiterungsmodul, designbedingte Anforderungen an ein Fortbewegungsmittel leichter realisieren lassen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind eine Führungsvorrichtung und/oder eine Antriebsvorrichtung der Wischvorrichtung teilweise oder vollständig am und/oder innerhalb des Erweiterungsmoduls angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass ein Lidar-Sensor, welcher standardmäßig nicht über eine Wischvorrichtung verfügt, durch die Verwendung des hier beschriebenen Erweiterungsmoduls entsprechend um eine Wischvorrichtung ergänzt werden kann. Im Falle einer teilweisen Anordnung der Führungsvorrichtung und/oder der Antriebsvorrichtung der Wischvorrichtung am Erweiterungsmodul (d. h., ein jeweils anderer Teil der Wischvorrichtung wird am zu verbindenden Lidar-Sensor selbst angebracht), bietet das Erweiterungsmodul die Möglichkeit, eine entsprechende größere Gesamtanordnungsfläche für die Wischvorrichtung zu nutzen und/oder unterschiedliche Varianten von Wischvorrichtungen für einen verbundenen Lidar-Sensor bereitzustellen.
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Vorteilhaft umfasst das Erweiterungsmodul zusätzlich eine Reinigungsvorrichtung, wobei die Reinigungsvorrichtung eingerichtet ist, eine Waschflüssigkeit und/oder Druckluft in einen Bereich abzugeben, welcher mit einer Außenfläche eines Schutzfensters eines mit dem Erweiterungsmodul verbindbaren Lidar-Sensors korrespondiert.
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Vorzugsweise ist das Erweiterungsmodul eingerichtet, jeweils in derselben Lage und/oder in jeweils um 180° zueinander gedrehten Lagen an gegenüberliegenden Seiten eines Lidar-Sensors angeordnet zu werden. Mit anderen Worten ist das Erweiterungsmodul derart ausgebildet, dass es in Abhängigkeit einer Einbauposition des Lidar-Sensors an unterschiedlichen Seiten des Lidar-Sensors anordenbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich weist das Erweiterungsmodul eine wärmeleitende Fläche auf, welche mit einem verbindbaren Lidar-Sensor thermisch koppelbar ist und welche eingerichtet ist, Wärmeenergie entgegenzunehmen und diese in ein Umfeld des Erweiterungsmoduls abzuleiten. Konkret wird durch eine solche Ausgestaltung des Erweiterungsmoduls eine Möglichkeit geschaffen, innerhalb des Lidar-Sensors erzeugte Abwärme über das Erweiterungsmodul aus dem Lidar-Sensor abzuführen. Hierbei ist es denkbar, dass innerhalb und/oder außerhalb des Erweiterungsmoduls ein Kühlkörper und/oder ein Lüfter und/oder eine Flüssigkeitskühlung usw. zur Unterstützung der Kühlfunktion angeordnet ist. Jeweilige Kontaktflächen des Lidar-Sensors und des Erweiterungsmoduls sind entsprechend bevorzugt aus wärmeleitenden Materialien (z. B. Metall) ausgebildet. Zudem ist es denkbar, dass der Befestigungsbereich des Erweiterungsmoduls derart ausgebildet ist, dass dieser eine thermische Kopplung zwischen dem Lidar-Sensor und dem Erweiterungsmodul herstellt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine modulare Lidar-Einheit vorgeschlagen, welche einen Lidar-Sensor und ein Erweiterungsmodul nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst. In einer solchen modularen Lidar-Einheit ist das Erweiterungsmodul mittels des Befestigungsbereichs mit dem Lidar-Sensor verbunden. Als Verbindungsarten kommen hier sowohl stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindungen in Frage. Konkret ist das Erweiterungsmodul beispielsweise mittels einer Schraubverbindung und/oder einer Rastverbindung mit dem Lidar-Sensor verbindbar. In einer solchen modularen Lidar-Einheit ist die Parkfläche des Erweiterungsmoduls eine erste Parkfläche für den Wischer der Wischvorrichtung, während der Lidar-Sensor eine zweite Parkfläche in einem Bereich des Schutzfensters des Lidar-Sensors aufweist, die auf einer Seite des Lidar-Sensors angeordnet ist, welche der Anordnungsseite des Erweiterungsmoduls gegenüberliegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die modulare Lidar-Einheit eingerichtet, in jeweils um 180° zueinander gedrehten Lagen angeordnet zu werden. Dies bietet beispielsweise den Vorteil, dass eine Anordnung einer Mehrzahl erfindungsgemäßer modularer Lidar-Einheiten an einem Fortbewegungsmittel (z. B. jeweils an einer linken und einer rechten Seite in einem Frontbereich des Fortbewegungsmittels) gespiegelt zueinander möglich ist, so dass sich dadurch sowohl strömungstechnische, als auch designtechnische Vorteile erzielen lassen
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Vorteilhaft sind die Außenfläche des Schutzfensters des Lidar-Sensors und die erste Parkfläche des Erweiterungsmoduls jeweils ebene Flächen oder weisen alternativ beide dieselbe vordefinierte Krümmung auf. Alternativ oder zusätzlich weisen die Außenfläche des Schutzfensters und die erste Parkfläche im Wesentlichen identische Reibungseigenschaften und/oder dasselbe Material (z. B. Glas) auf. Dadurch wird sichergestellt, dass ein über das Schutzfenster und die erste Parkfläche bewegter Wischer eine gleichförmige, ungestörte Wischbewegung ausführen kann.
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Besonders vorteilhaft weist die modulare Lidar-Einheit darüber hinaus eine Auswerteeinheit auf, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, die Wischvorrichtung derart anzusteuern, dass der Wischer in Abhängigkeit einer für eine Reinigung des Schutzfensters minimal erforderlichen Anzahl von Wischbewegungen auf dem Schutzfenster und/oder einer maximal zulässigen Unterbrechungsdauer einer Umfeldabtastung des Lidar Sensors und/oder einer symmetrischen und/oder einer aerodynamischen Anordnung der modularen Lidar-Einheit an einem Fortbewegungsmittel, im Bereich der ersten Parkfläche oder im Bereich der zweiten Parkfläche geparkt wird. Mit anderen Worten ermöglicht das Bereitstellen zweier gegenüberliegender Parkflächen für den Wischer der Wischvorrichtung eine Reduzierung notwendiger Wischbewegungen, da der Wischer, entgegen dem Stand der Technik, nicht jeweils zu ein und derselben Parkfläche zurückgeführt werden muss. Dadurch lässt sich sowohl ein Verschleiß eines Wischerblattes des Wischers, als auch des Schutzfensters des Lidar-Sensors reduzieren. Durch die damit einhergehende reduzierte Unterbrechungsdauer einer Umfeldabtastung des Lidar-Sensors, lassen sich dementsprechend eine Verfügbarkeit und/oder eine Zuverlässigkeit eines Umfelderfassungssystems auf Basis des Lidar-Sensors erhöhen. Die Auswerteeinheit ist dabei beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet.
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Vorzugsweise ist das Erweiterungsmodul eingerichtet, aerodynamische Eigenschaften des Lidar-Sensors mittels einer ergänzenden aerodynamischen Formgebung zu verbessern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der modularen Lidar-Einheit sind der Lidar-Sensor und das Erweiterungsmodul auf einer Lichtaustrittsseite der modularen Lidar-Einheit mittels eines durchgehenden, gemeinsamen Schutzglases bedeckt, welches am Lidar-Sensor und/oder am Erweiterungsmodul befestigt ist. Auf diese Weise wird eine Nahtstelle zwischen dem Schutzfenster des Lidar-Sensors und der ersten Parkfläche des Erweiterungsmoduls für einen außen anliegenden Wischer vollständig vermieden. Dadurch lässt sich ein Verschleiß eines Wischerblattes des Wischers zusätzlich reduzieren.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Erweiterungsmoduls für einen Lidar-Sensor;
- 2 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen modularen Lidar-Einheit in einer ersten Ausführungsform;
- 3 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen modularen Lidar-Einheit in einer zweiten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen modularen Lidar-Einheit in einer dritten Ausführungsform; und
- 5 eine schematische Vorderansicht eines Fortbewegungsmittels umfassend eine Mehrzahl erfindungsgemäßer modularer Lidar-Einheiten.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Erweiterungsmoduls 1 für einen Lidar-Sensor 5. Das Erweiterungsmodul 1 weist zwei Befestigungsbereiche 40 auf, über welche das Erweiterungsmodul 1 mit einem Lidar-Sensor 5 verbindbar ist. Zudem weist das Erweiterungsmodul 1 eine aus Glas bestehende erste Parkfläche 20 auf, welche eingerichtet ist, mit einer Außenseite eines Schutzfensters 70 eines Lidar-Sensors 5 eine fluchtende Oberfläche herzustellen. Die Parkfläche 20 ist eingerichtet, eine Parkposition für einen Wischer 35 einer Wischvorrichtung 30 für den Lidar-Sensor 5 bereitzustellen. Der Wischer 35 ist hier mittels eines am Erweiterungsmodul 1 angeordneten Gestänges einer Antriebsvorrichtung 80 einer Wischvorrichtung 30 wirkverbunden. Die Antriebsvorrichtung 80 ist eingerichtet, den Wischer 35, ausgehend von der Parkfläche 20, über ein Schutzfenster 70 eines verbindbaren Lidar-Sensors 5 zu bewegen. Das Erweiterungsmodul 1 weist zudem eine Reinigungsvorrichtung 90 in Form einer Spritzdüse auf, welche eingerichtet ist, eine Reinigungsflüssigkeit auf ein Schutzfenster 70 eines mit dem Erweiterungsmodul 1 verbindbaren Lidar-Sensors 5 abzugeben. Sowohl die Reinigungsvorrichtung 90, als auch die Antriebsvorrichtung 80 sind mittels einer Auswerteeinheit 100 des Erweiterungsmoduls 1 elektrisch verbunden, welche dadurch eingerichtet ist, den Wischer 35 und/oder die Reinigungsvorrichtung 90 bedarfsorientiert zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.
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2 zeigt eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen modularen Lidar-Einheit 10 in einer ersten Ausführungsform. Die modulare Lidar-Einheit 10 setzt sich aus einem Lidar-Sensor 5 und einem Erweiterungsmodul 1 zusammen. Die modulare Lidar-Einheit 10 weist eine erste Parkfläche 20 und eine zweite Parkfläche 25 für einen Wischer 35 der modularen Lidar-Einheit 10 auf, so dass der Wischer 35 abseits einer Lichtaustrittsöffnung 120 des Lidar-Sensors 5 in einem Nichtverwendungszustand wahlweise auf der ersten Parkfläche 20 oder auf der zweiten Parkfläche 25 geparkt werden kann.
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3 zeigt eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen modularen Lidar-Einheit 10 in einer zweiten Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend nur die Unterschiede zwischen 2 und 3 beschrieben. In dieser Ausführungsform ist das Erweiterungsmodul 1 der modularen Lidar-Einheit 10 in der Vorderansicht L-förmig ausgebildet, so dass es sowohl eine Seitenfläche des Lidar-Sensors 5, als auch eine obere Fläche des Lidar-Sensors 5 überdeckt. Dadurch lassen sich ggf. erforderliche Vergrößerungen des Lidar-Sensors 5 in vertikaler Richtung, z. B. zur Abdeckung überstehender Teile des Lidar-Sensors 5, erreichen.
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4 zeigt eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen modularen Lidar-Einheit 10 in einer dritten Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden nachfolgend nur die Unterschiede zwischen 3 und 4 beschrieben. In dieser Ausführungsform ist das Erweiterungsmodul 1 der modularen Lidar-Einheit 10 in der Vorderansicht U-förmig ausgebildet, so dass es zusätzlich eine Unterseite des Lidar-Sensors 5 überdeckt. Dies bietet u. a. den Vorteil, dass der Wischer 35 sowohl an einer Oberseite, als auch an einer Unterseite des Erweiterungsmoduls 1 führbar ist (z. B. in jeweiligen Führungsschienen), wodurch eine stabilere Lage des Wischers (im Stillstand und während einer Bewegung) erreichbar ist. Der Wischer 35 befindet sich in 4 nicht in einer Parkposition, sondern wird in Richtung des Pfeils über den Lidar-Sensor 5 bewegt.
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5 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Fortbewegungsmittels 110 umfassend eine Mehrzahl erfindungsgemäßer modularer Lidar-Einheiten 10. Die jeweiligen modularen Lidar-Einheiten 10 sind hier derart angeordnet, dass deren jeweilige Erweiterungsmodule 1 jeweils an den linken bzw. rechten Außenseiten des Fortbewegungsmittels 110 angeordnet sind. Da die Lidar-Sensoren 5 der jeweiligen modularen Lidar-Einheiten 10 hier jeweils identische Lidar-Sensoren 5 sind, sind die an der rechten Seite des Fortbewegungsmittels 110 angeordneten Lidar-Sensoren 5 jeweils um 180° bezüglich der an der linken Seite des Fortbewegungsmittels 110 angeordneten Lidar-Sensoren 5 gedreht. Dadurch lässt sich ein symmetrisches Gesamtbild der Anordnung der modularen Lidar-Einheiten 10 erzeugen, welches sich insbesondere auch in der Möglichkeit äußert, jeweilige Wischer 35 der jeweiligen modularen Lidar-Einheiten 10 in einem Nichtverwendungszustand symmetrisch zueinander zu parken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016200835 A1 [0003]
