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Die vorliegende Erfindung betrifft eine LiDAR-Vorrichtung mit mindestens zwei Sensoreinheiten, insbesondere LiDAR-Sensoren und Kameras, die jeweils eine Steuerelektronik aufweisen, mittels derer sie gesteuert werden, und die jeweils mehrere Steuerelektronik-Komponenten aufweist.
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Stand der Technik
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Autonome Fahrsysteme der Level 4 und 5 (ADAS) beruhen auf der Integration mehrerer und verschiedener Arten von Sensoreinheiten. Diese Sensoreinheiten können LiDAR-Sensoren und Kameras einschließen. Diese Sensoreinheiten sind dazu designt, unabhängig voneinander sowie integriert zu arbeiten. Dabei können mehrere solcher Sensoreinheiten in einem autonom fahrenden Fahrzeug vorgesehen sein, beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs. Insbesondere Sensoreinheiten, die eine Objekterkennung über große Distanzen ermöglichen sollen, weisen im Allgemeinen schwere optische Elemente auf. Dabei kann es dann beispielsweise dazu kommen, dass der LiDAR-Sensor und/oder die Kamera ein Gewicht erreichen, auf das herkömmliche Dächer von Fahrzeugen nicht ausgelegt sind. Es werden Änderungen an der Konstruktion der Dächer der Fahrzeuge notwendig, um die LiDAR-Vorrichtung aufnehmen zu können. Eine solche Änderung der Konstruktion geschieht in einem frühen Stadium der Entwicklung eines Fahrzeugs und kann im Nachhinein nicht mehr verändert werden. Damit steht der LiDAR-Vorrichtung nur vorbestimmter Bauraum zur Verfügung, unabhängig davon, wie die Bauraumanforderungen der LiDAR-Vorrichtung ausgelegt sind. Mit anderen Worten wird der Bauraum für die LiDAR-Vorrichtung festgelegt und kann nicht mehr an die fortschreitende Entwicklung der Technik in Bezug auf die LiDAR-Vorrichtung angepasst werden. Dies kann zu Effizienzverlusten in der Datenverarbeitung der eingebauten LiDAR-Vorrichtung führen. Dies muss insbesondere gelten, da jede der Sensoreinheiten jeweils eine Steuerelektronik mit mehreren Steuerelektronik-Komponenten aufweist. Jede dieser Steuerelektronik-Komponenten unterliegt einer eigenen Weiterentwicklung und einem eigenen Innovationszyklus. Folglich müssen sämtliche der Sensoreinheiten in der LiDAR-Vorrichtung auf den neusten Stand der Technik gebracht werden, wenn neue Innovationen auf den Markt kommen. Dies erfordert jeweils ein Ersetzen aller Sensoreinheiten. Auch hierbei kann dann der zur Verfügung stehende Bauraum unter Umständen für die neuen Steuerelektronik-Komponenten nicht mehr ausreichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine LiDAR-Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine LiDAR-Steuereinheit aufweist, in der mindestens eine Steuerelektronik-Komponente der Sensoreinheiten angeordnet ist.
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Vorteile der Erfindung
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Damit sind die Steuerelektronik-Komponenten von den Sensoreinheiten separiert, mit denen sie typischerweise integral verbaut sind. Dies kann für die Steuerelektronik-Komponenten der LiDAR-Sensoren wie auch für die Steuerelektronik-Komponenten der Kameras geschehen. Die Steuerelektronik-Komponenten können auf einer einzigen zentralen Leiterplatte (PCB) in der LiDAR-Steuereinheit angeordnet werden. Die Integration der Steuerelektronik-Komponenten in die LiDAR-Steuereinheit ermöglicht, die Sensoreinheiten kleiner auszuführen. Damit kann ohnehin begrenzter Bauraum eingespart werden; es ergibt sich ebenso eine Gewichtsreduktion.
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Auch ist es möglich, dass die LiDAR-Steuereinheit extern relativ zu den Sensoreinheiten angeordnet und mit diesen mittels mindestens einer Logikleitung und/oder einer Stromleitung verbunden ist.
Damit kann insgesamt eine möglichst redundanzfreie LiDAR-Vorrichtung bereitgestellt werden. Schwere und kostspielige Bauteile werden nicht länger benötigt. Die LiDAR-Steuereinheit kann die Funktion aller Sensoreinheiten der LiDAR-Vorrichtung zentral steuern und deren Zusammenspiel koordinieren. Auch die Stromversorgung kann zentral sichergestellt werden. In dem Fall, dass mehr Leistungsfähigkeit der LiDAR-Steuereinheit benötigt wird, kann deren Größe erhöht werden, ohne die Entwicklungskosten in die Höhe zu treiben. Die Konstruktion der Sensoreinheiten muss nicht verändert werden. Mittels der externen Anordnung der LiDAR-Steuereinheit kann auch die Gewichtsverteilung der LiDAR-Vorrichtung verbessert beziehungsweise optimiert werden. Es können über die zentrale Steuerung der Sensoreinheiten mittels der LiDAR-Steuereinheit ebenso neue Funktionalitäten integriert werden. Der Betriebsmodus der Sensoreinheiten kann aufeinander abgestimmt und koordiniert werden.
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In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Steuerelektronik-Komponente in der LiDAR-Steuereinheit ein programmierbares Logikgatter und/oder einen digitalen Signalprozessor und/oder eine inertiale Messeinheit der Sensoreinheiten aufweist.
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Die genannten Steuerelektronik-Komponenten werden aus den jeweiligen Sensoreinheiten in die LiDAR-Steuereinheit ausgelagert. In einer LiDAR-Vorrichtung mit beispielsweise acht Kameras können so Steuerelektronik-Komponenten von sieben Kameras eingespart werden. In einer LiDAR-Vorrichtung mit vier LiDAR-Sensoren würde herkömmlich pro LiDAR-Sensor ein programmierbares Logikgatter verwendet; insgesamt also vier programmierbare Logikgatter für die LiDAR-Vorrichtung. Diese vier programmierbaren Logikgatter können nun durch ein einziges programmierbares Logikgatter ersetzt werden, das auf der Leiterplatte der LiDAR-Steuereinheit angeordnet ist. Dieses einzelne programmierbare Logikgatter ist nicht länger in den einzelnen Sensoreinheiten angeordnet, sondern als spezielle Steuerelektronik-Komponente in der LiDAR-Steuereinheit. Damit können auch die Leiterplatten für die programmierbaren Logikgatter in jeder Sensoreinheit wegfallen. Eine weitere Gewichtsreduzierung ergibt sich dann durch den Wegfall der Befestigungsschrauben für die zuvor vorhandenen Leiterplatten in jeder Sensoreinheit. Die Konstruktion des Gehäuses der Sensoreinheiten kann insgesamt vereinfacht werden. Weiterhin kann beispielsweise ein Satz von zwölf inertialen Messeinheiten auf drei inertiale Messeinheiten reduziert werden. Die Reduzierung der insgesamt verbauten Steuerelektronik-Komponenten führt ebenso zu einer Reduzierung der Kosten der LiDAR-Vorrichtung. Sie reduziert weiterhin die Montagezeit und die Anzahl der Montageschritte für die LiDAR-Vorrichtung. In dem Beispiel der Reduzierung von vier programmierbaren Logikgattern auf insgesamt ein programmierbares Logikgatter bedeutet dies eine Reduzierung der Montageschritte um einen Faktor drei.
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Zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die mindestens eine Steuerelektronik-Komponente in der LiDAR-Steuereinheit eine Lüftersteuerung und/oder eine Reinigungsteuerung und/oder eine Objekterkennungssteuerung der Sensoreinheiten aufweist.
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Abhängig von der Systemarchitektur der LiDAR-Vorrichtung kann die LiDAR-Steuereinheit auch weitere Funktionalitäten übernehmen. Diese können beispielsweise die Lüftersteuerung, die Reinigungsteuerung und die Objekterkennungssteuerung einschließen. Dies ermöglicht weiterhin eine koordinierte Steuerung benachbarter Sensoreinheiten. Falls beispielsweise eine Sensoreinheit im Betrieb eine benachbarte Sensoreinheit überhitzt, kann die Kühlung mittels der zentralen Steuerung über die LiDAR-Steuereinheit lokal verbessert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die LiDAR-Steuereinheit komplanar, und vorzugsweise äquidistant, zu den Sensoreinheiten angeordnet ist.
Es lässt sich eine gleichmäßige Gewichtsverteilung erreichen. Auch ist die Verteilung der von den einzelnen Bauteilen (LiDAR-Steuereinheit, Sensoreinheiten) erzeugten Wärme optimiert. Die Dissipation der erzeugten Wärme kann verbessert werden.
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Schließlich wird ein Fahrzeug angegeben, bei dem die Sensoreinheiten und/oder die LiDAR-Steuereinheit unterhalb eines Fahrzeugdachs oder in der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind.
Damit kann unter anderem eine einfachere Kühlung der LiDAR-Steuerreinheit erreicht werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm einer Steuerelektronik einer LiDAR-Vorrichtung mit mehreren Steuerelektronik-Komponenten nach dem Stand der Technik;
- 2 ein Blockdiagramm der Steuerelektronik der LiDAR-Vorrichtung mit mehreren Steuerelektronik-Komponenten nach der vorliegenden Erfindung; und
- 3 ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen LiDAR-Vorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist ein Blockdiagramm einer Steuerelektronik 1 einer LiDAR-Vorrichtung 2 des Standes der Technik gezeigt. Die Steuerelektronik 1 ist in der gezeigten Ausführungsform vier Mal gezeigt. Dies kann vier Steuerelektroniken 1 jeweils einer Sensoreinheit repräsentieren, die beispielsweise als LiDAR-Sensor oder Kamera ausgebildet sein können. Jede Steuerelektronik 1 weist dabei mehrere Steuerelektronik-Komponenten 3 auf. Diese Steuerelektronik-Komponenten 3 sind dabei in jeder der vier Sensoreinheiten vorgesehen; sie wiederholen sich in jeder Steuerelektronik 1. Die Steuerelektronik-Komponenten 3 können beispielsweise als programmierbares Logikgatter, digitaler Signalprozessor oder inertiale Messeinheit ausgebildet sein. Da jede Steuerelektronik 1 damit dieselben Steuerelektronik-Komponenten 3 aufweist, sind diese redundant vorhanden. In jeder der vier Sensoreinheiten muss damit Bauraum für die entsprechenden Steuerelektronik-Komponenten 3 vorgehalten werden. Die Konstruktion der LiDAR-Vorrichtung 2 muss insgesamt auf diese Steuerelektronik-Komponenten 3 abgestimmt werden. Dies jedoch kann bei einer begrenzten externen Bauraumverfügbarkeit, beispielsweise in automobilen Anwendungen, problematisch sein. Hier wird der zur Verfügung stehende Bauraum bereits frühzeitig in der Konstruktion und Planung eines Fahrzeugs 4 festgelegt. Eine nachträgliche Anpassung an die Erfordernisse der LiDAR-Vorrichtung 2 ist zumeist nicht möglich. Eine Nachrüstung des Fahrzeugs 4 mit einer entsprechenden LiDAR-Vorrichtung 2 kommt damit nicht in Frage; oder es ist nicht möglich, eine LiDAR-Vorrichtung 2 nach den neusten Erfordernissen des Standes der Technik nachzurüsten.
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In 2 ist nun ein Blockdiagramm einer Steuerelektronik 1 einer LiDAR-Vorrichtung 2 nach der Erfindung dargestellt. Hier ist zusätzlich zu den beispielhaft gezeigten vier Steuerelektroniken 1 ebenso eine LiDAR-Steuereinheit 5 vorgesehen. Diese LiDAR-Steuereinheit 5 ist in der gezeigten Ausführungsform extern von den Steuerelektroniken 1 der Sensoreinheiten angeordnet. Sie ist mit diesen über eine Logikleitung 6 bzw. eine Stromleitung 7 verbunden. Damit kann die LiDAR-Steuereinheit 5 die einzelnen Steuerelektroniken 1 ansteuern und untereinander koordinieren.
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Die LiDAR-Steuereinheit 5 übernimmt dabei die folgende Aufgabe. Wie aus einem Vergleich der 1 mit der 2 ersichtlich ist, nimmt die LiDAR-Steuereinheit 5 verschiedene Steuerelektronik-Komponenten 3 der jeweiligen Steuerelektroniken 1 auf. Damit wird eine erhebliche Reduktion der notwendigen Steuerelektronik-Komponenten 3 in der LiDAR-Vorrichtung 2 erreicht. Falls beispielsweise in der Ausführungsform des Standes der Technik in 1 insgesamt vier programmierbare Logikgatter vorgesehen sind - also ein programmierbares Logikgatter pro Steuerelektronik 1 -, so kann diese Anzahl erfindungsgemäß auf nur ein programmierbares Logikgatter in der LiDAR-Steuereinheit 5 reduziert werden. Damit lassen sich zugleich die Leiterplatten und deren Befestigungsschrauben des programmierbaren Logikgatters in drei Steuerelektroniken 1 einsparen. Es kommt sowohl zu einer Gewichtsreduktion der LiDAR-Vorrichtunng 2, als auch zu einer signifikanten Kostenreduzierung. Weiterhin kann die Baugröße der LiDAR-Vorrichtung 2 insgesamt verkleinert bzw. optimiert werden. Deren Anpassung an den zur Verfügung stehenden Bauraum kann erreicht werden. Es werden auch weniger Verfahrensschritte beim Aufbau der LiDAR-Vorrichtung 2 benötigt. Das Beispiel der programmierbaren Logikgatter ist ebenso auf andere Steuerelektronik-Komponenten 3 übertragbar. So können beispielsweise die Steuerelektronik-Komponenten 3 von acht Kameras um sieben reduziert werden; es können von zwölf inertialen Messeinheiten neun eingespart werden.
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Mit anderen Worten werden also die nach dem Stand der Technik in jeder Steuerelektronik 1 vorhandenen Steuerelektronik-Komponenten 3 aus diesen großteils entfernt. Statt der Vielzahl an identischen Steuerelektronik-Komponenten 3 wird dann eine entsprechende Steuerelektronik-Komponente 3 in der LiDAR-Steuereinheit 5 angeordnet. Diese ist extern zu den Steuerelektroniken 1 angeordnet. Damit lassen sich nun auch zusätzliche Funktionalitäten in die LiDAR-Steuereinheit 5 implementieren. Diese können beispielsweise in einer Lüftersteuerung, einer Reinigungsteuerung, oder einer Objekterkennungssteuerung bestehen. Damit kann auch der Betrieb von benachbarten Steuerelektroniken 1 aufeinander abgestimmt werden. Falls beispielsweise eine Steuerelektronik 1 im Betrieb eine benachbarte Steuerelektronik 1 überhitzt, kann die LiDAR-Steuereinheit 5 lokal mittels der Lüftersteuerung die Kühlung optimieren.
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Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die LiDAR-Steuereinheit 5 in dem Fahrzeug 4 äquidistant zu den Steuerelektroniken 1 angeordnet ist. Die LiDAR-Vorrichtung 2 kann dabei unter einem Fahrzeugdach 8 angeordnet sein. Dies ist in 3 zu erkennen. Diese Anordnung ermöglicht zum einen eine einfachere Kühlung; zum anderen ergibt sich eine bessere Gewichtsverteilung.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
