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Die vorliegende Erfindung betrifft eine LIDAR-Vorrichtung mit einem LIDAR-Sensor, wobei der LIDAR-Sensor einen Detektionsbereich aufweist, in den Laserlicht emittiert wird, und wobei der LIDAR-Sensor einen Blindbereich aufweist, der außerhalb des Detektionsbereichs liegt, und in den kein Laserlicht emittiert wird.
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Stand der Technik
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Derartige LIDAR-Vorrichtungen sind an sich bekannt. Sie finden vor allem in Anwendungen des autonomen Fahrens in Kraftfahrzeugen Verwendung. Die vorliegende Erfindung wird daher an dem Beispiel ihres Einsatzes in einem Kraftfahrzeug erläutert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Einsatzbereich beschränkt.
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Im Rahmen des autonomen Fahrens von Kraftfahrzeugen sieht sich deren Fahrer typischerweise vor folgende Situation gestellt. Beim Anfahren des Kraftfahrzeugs muss, vor jeder Anfahrfreigabe, der Blindbereich des LIDAR-Sensors des Kraftfahrzeugs so klein wie möglich gehalten werden. Die Umgebung des Kraftfahrzeugs muss daraufhin überprüft werden, ob sie frei von störenden Objekten ist. Hierzu ist ein möglichst großer Detektionsbereich erforderlich, der große Öffnungswinkel des LIDAR-Sensors erfordert. Der große Detektionsbereich beziehungsweise der große Öffnungswinkel des LIDAR-Sensors bedingt jedoch eine geringere Auflösung der LIDAR-Vorrichtung in großen Entfernungen zur LIDAR-Vorrichtung.
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In einem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs hingegen gilt es, einen gewissen Detektionsbereich bis zu einer definierten Reichweite der LIDAR-Vorrichtung kontinuierlich mit Laserlicht abzudecken. Denn so können alle eventuell störenden Objekte auf der Fahrbahn, die größer sind als eine vorbestimmte Mindestgröße innerhalb des Detektionsbereichs zuverlässig detektiert werden. Dies ist wichtig, da so der Fahrer des Fahrzeugs beziehungsweise das autonom fahrende Fahrzeug selbst auf die eventuelle Gefährdung durch die Objekte reagieren können. Allerdings ist für die Erkennung von kleinen Objekten oberhalb der Mindestgröße eine hohe Auflösung des LIDAR-Sensors erforderlich. Diese erforderliche hohe Auflösung des LIDAR-Sensors steht damit jedoch in einem Spannungsverhältnis zu dem zugleich geforderten großen Detektionsbereich (mit großen Öffnungswinkeln), um den Blindbereich bei einem Anfahren möglichst gering zu halten.
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Die technologische Realisierbarkeit von sowohl einem großen Detektionsbereich als auch einer hohen Auflösung der LIDAR-Vorrichtung stellen ein Problem im Stand der Technik dar. Zwar kann zur sensorischen Abdeckung des Blindbereichs einer oder mehrere zusätzliche Sensoren verbaut werden, die diesen permanent überwachen. Hier sind beispielsweise Close-Range-LIDAR-Sensoren oder Ultraschallsensoren denkbar. Allerdings wird hierdurch auch zusätzlicher Bauraum benötigt und es werden mehrere fehler- und verschleißanfällige Komponenten verbaut. Es werden ebenso die Kosten einer derartigen Vorrichtung erhöht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine LIDAR-Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welche eine Laserlichtumlenkeinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, mindestens einen Laserlichtanteil des in den Detektionsbereich emittierten Laserlichts in mindestens einen Teilbereich des Blindbereichs umzulenken.
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Vorteile der Erfindung
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Hierdurch kann eine temporäre Änderung des Detektionsbereichs des LIDAR-Sensors erreicht werden. Das Field of View (FOV) des LIDAR-Sensors kann temporär verändert und an die aktuellen Gegebenheiten des Fahrzustands eines Kraftfahrzeugs angepasst werden. Falls die erfindungsgemäße LIDAR-Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug verbaut ist, kann mit ihr eine Anfahrfreigabe erfolgen. Hierzu wird die Laserlichtumlenkeinrichtung aktiviert. Sie lenkt einen Laserlichtanteil aus dem Detektionsbereich in den Blindbereich der LIDAR-Vorrichtung. Dieser Blindbereich der LIDAR-Vorrichtung kann einem Nahbereich des Kraftfahrzeugs entsprechen. Dieser Nahbereich des Kraftfahrzeugs muss auf störende Objekte untersucht werden, bevor ein gefahrloses Anfahren des Kraftfahrzeugs erfolgen kann. Sobald die Anfahrfreigabe erfolgt ist, kann die Laserlichtumlenkeinrichtung deaktiviert werden. Der zuvor in den Blindbereich der LIDAR-Vorrichtung umgelenkte Laserlichtanteil steht nun wieder im Detektionsbereich der LIDAR-Vorrichtung zur Verfügung. Er kann zur Abtastung des Fernbereichs des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Damit sind keine zusätzlichen Sensoren zur Überwachung des Nahbereichs und des Fernbereichs der LIDAR-Vorrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs notwendig. Diese kann ausschließlich mit der erfindungsgemäßen LIDAR-Vorrichtung erfolgen. Das Spannungsverhältnis zwischen einer hohen Auflösung des LIDAR-Sensors und dessen hoher Reichweite kann aufgelöst werden.
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Auch ist es möglich, dass der Detektionsbereich eine Horizontalebene umfasst, und wobei der Blindbereich unterhalb der Horizontalebene angeordnet ist. Die Horizontalebene des Detektionsbereichs entspricht einem Abstrahlwinkel des Laserlichts in den Detektionsbereich von 0°. Falls der LIDAR-Sensor in der Front- oder Heckpartie eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, entspricht sodann der Blindbereich einem Nahbereich des Kraftfahrzeugs, der von dessen Fahrer nicht eingesehen werden kann. Beispielsweise kann es sich bei diesem Nahbereich um den Bereich unterhalb der Stoßstangen des Kraftfahrzeugs handeln. In dieser Ausführung kann der LIDAR-Sensor sodann die Anfahrfreigabe für das Kraftfahrzeug durch einfaches Umlenken des Laserlichtanteils vom Detektionsbereich in den Blindbereich mittels der Laserlichtumlenkeinrichtung ermöglichen.
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In einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der umgelenkte Laserlichtanteil aus einem ersten Detektionsteilbereich stammt, der oberhalb der Horizontalebene angeordnet ist.
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Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Freigabe eines Anfahrzustandes erfolgen soll. Vor einer solchen Freigabe steht das Kraftfahrzeug mit dem LIDAR-Sensor still. In einem solchen Fall kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs aber eine Umgebung des Kraftfahrzeugs oberhalb der Horizontalebene, das heißt für Abstrahlwinkel des Laserlichts größer als 0°, gut selbst auf störende Objekt überwachen. In diesem Fall wird das Laserlicht in diesem ersten Detektionsteilbereich nicht für eine Anfahrfreigabe benötigt. Im Falle eines fahrerlosen Kraftfahrzeugs deckt der LIDAR-Sensor zu Beginn der Anfahrfreigabe zuerst den ersten Detektionsteilbereich oberhalb der Horizontalebene ab. Anschließend erfolgt die Aktivierung der Laserlichtumlenkeinrichtung. Damit ist sichergestellt, dass sich bis zu diesem Zeitpunkt kein Objekt im ersten Detektionsteilbereich befindet, wobei ein anschließendes Hineinbewegen eines Objektes in den ersten Detektionsteilbereich durch die Abdeckung unterhalb der Horizontalebene gewährleistet ist (Objekte haben Kontakt zum Boden, Ausnahme: flugfähige Objekte). Es kann so in beiden Fällen ein Laserlichtanteil aus dem ersten Detektionsteilbereich in den mindestens einen Teilbereich des Blindbereichs umgeleitet werden. Dieser Laserlichtanteil kann zur Anfahrfreigabe verwendet werden. In einem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen LIDAR-Vorrichtung wird eine Überwachung des Blindbereichs nicht benötigt. In diesem Fall muss der Laserlichtanteil nicht aus dem ersten Detektionsteilbereich umgelenkt werden. Er kann zur Erfassung des Fernbereich genutzt werden.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass ein zweiter Detektionsteilbereich, der unterhalb der Horizontalebene angeordnet ist, einen Fernbereich des LIDAR-Sensors umfasst, und wobei der Blindbereich einen Nahbereich des LIDAR-Sensors umfasst.
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Der Bereich unterhalb der Horizontalebene wird von Abstrahlwinkeln des Laserlichts kleiner als 0° abgedeckt. Damit wird es vorteilhaft möglich, in einem Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen LIDAR-Vorrichtung die Fahrbahn auf störende Objekte zu überwachen. Die Abstrahlung des Laserlichts in einen zweiten Detektionsteilbereich mit einem Abstrahlwinkel unterhalb von 0° erfasst dann die vor dem Kraftfahrzeug liegende Fahrbahn. Der zweite Detektionsteilbereich umfasst damit einen Fernbereich der LIDAR-Vorrichtung. Zugleich umfasst der Blindbereich einen Nahbereich der LIDAR-Vorrichtung. Der Nahbereich kann somit unter Aktivierung der Laserlichtumlenkeinrichtung überwacht werden, was vor allem bei einem Anfahren des Kraftfahrzeugs notwendig ist. Damit sind durch die erfindungsgemäße LIDAR-Vorrichtung sowohl der Fernbereich als auch der Nahbereich abgedeckt. Es werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Die LIDAR-Vorrichtung kann mittels der Laserlichtumlenkeinrichtung adaptiv an den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs angepasst werden.
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Weiter ist sehr vorteilhaft vorgesehen, dass die Laserlichtumlenkeinrichtung eine Spiegeleinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Laserlichtanteil aus dem Detektionsbereich in den mindestens einen Teilbereich des Blindbereichs zu reflektieren.
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Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit bereit, den Detektionsbereich der LIDAR-Vorrichtung zu verändern. Der LIDAR-Sensor kann an die jeweilige Fahrsituation eines Kraftfahrzeugs angepasst werden. Dies ist vor dem Hintergrund des Reifegrades von Spiegeln in ultra-short-throw Beamern einfach zu implementieren. Die Spiegeleinheit kann dabei so angepasst werden, dass sie das Laserlicht der LIDAR-Vorrichtung aus dem Detektionsbereich neu zuordnet. Damit kann der gespiegelte Laserlichtanteil einen Teilbereich des Blindbereichs abdecken. Änderungen an dem bestehenden LIDAR-Sensor müssen damit nicht vorgenommen werden. Die Software zur Auswertung der Punktewolke benötigt lediglich die Information, zu welchen Zeitschritten die Laserlichtumlenkeinrichtung aktiviert war. Dies kann ebenfalls unabhängig vom LIDAR-Sensor erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spiegeleinheit mindestens einen drehbar gelagerten Spiegel aufweist, der in einen Strahlengang des in den Detektionsbereich emittierten Laserlichts drehbar ist. Die Veränderung des Detektionsbereichs mittels des drehbaren Spiegels der Spiegeleinheit kann dabei rotationssymmetrisch erfolgen. Eine Umlenkung des Laserlichtanteils aus dem Detektionsbereich in den Teilbereich des Blindbereichs kann einfach erfolgen. Die Aufteilung des Laserlichtanteils, für welchen die Umlenkung erfolgt, muss dabei nicht zwingend an der Horizontalebene erfolgen. Sie kann, abhängig von beispielsweise der zur Anfahrfreigabe festgelegten Freiprüfreichweite für auf dem Boden liegende Objekte und der Montageposition des LIDAR-Sensors, auch unter- bzw. oberhalb der Horizontalebene gewählt werden.
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Schließlich ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Laserlichtumlenkeinrichtung dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Laserlichtanteil in Abhängigkeit von einem Bewegungszustand der LIDAR-Vorrichtung umzulenken. Hierdurch wird eine einfache Adaption des Betriebszustandes der LIDAR-Vorrichtung an den Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs möglich. Die Laserlichtumlenkeinrichtung kann zu Zwecken einer Anfahrfreigabe den Laserlichtanteil aus dem Detektionsbereich in den Teilbereich des Blindbereichs umlenken, wenn das Kraftfahrzeug still steht. Sobald die Anfahrfreigabe erfolgt ist, kann die Laserlichtumlenkeinrichtung deaktiviert werden. Der zuvor in den Blindbereich umgelenkte Laserlichtanteil kann nun zur Überwachung des Fernbereichs des Kraftfahrzeugs benutzt 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 eine Teilansicht eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen LIDAR-Vorrichtung in einem Zustand mit deaktivierter Laserlichtumlenkeinrichtung und
- 2 eine Teilansicht des Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen LIDAR-Vorrichtung in einem Zustand mit aktivierter Laserlichtumlenkeinrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 ist eine LIDAR-Vorrichtung 1 gezeigt, die in einem Kraftfahrzeug 2 verbaut ist. Die LIDAR-Vorrichtung 1 weist einen LIDAR-Sensor 3 und eine Laserlichtumlenkeinrichtung 4 auf. Die LIDAR-Vorrichtung 1 weist einen Detektionsbereich auf, der sich aus einem ersten Detektionsteilbereich 5 und einem zweiten Detektionsteilbereich 6 zusammensetzt. Der erste Detektionsteilbereich 5 und der zweite Detektionsteilbereich 6 sind mittels einer Horizontalebene 7 voneinander getrennt. Die Horizontalebene 7 kennzeichnet einen Abstrahlwinkel des Laserlichts 8 der LIDAR-Vorrichtung 1 von 0°. Das Laserlicht 8 wird in den Detektionsbereich 5, 6 emittiert. Außerhalb des Detektionsbereichs 5, 6 liegt ein Blindbereich 9 der LIDAR-Vorrichtung 1, in den kein Laserlicht 8 emittiert wird.
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In der 1 ist die Laserlichtumlenkeinrichtung 4 nicht aktiviert. In diesem Fall wird das Laserlicht 8 in den Detektionsbereich 5, 6 der LIDAR-Vorrichtung 1 emittiert. Der Blindbereich 9 der LIDAR-Vorrichtung 1 wird nicht überwacht; in ihn fällt kein Laserlicht 8. Diese Einstellung der LIDAR-Vorrichtung 1 wird vorzugsweise in einem Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 2 verwendet. So kann mit der Abstrahlung des Laserlichts 8 in den gesamten Detektionsbereich 5, 6 der Fernbereich des Kraftfahrzeugs 2 überwacht werden. Es können störende Objekte auf der Fahrbahn rechtzeitig im Fernbereich erkannt werden. Dies ist insbesondere bei autonom fahrenden Kraftfahrzeugen 2 wichtig, um potentielle Gefahrensituationen rechtzeitig erkennen und darauf reagieren zu können.
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Anders stellt sich die Situation jedoch dar, falls sich das Kraftfahrzeug 2 in einem Ruhezustand befindet. In diesem Fall muss eine Anfahrfreigabe mittels der LIDAR-Vorrichtung 1 erfolgen. Es muss die unmittelbare Umgebung des Kraftfahrzeugs 2 auf störende Objekte untersucht werden. Erst wenn festgestellt wurde, dass sich keine derartigen störenden Objekte in der unmittelbaren Umgebung des Kraftfahrzeugs 2 befinden, kann die Anfahrfreigabe erfolgen.
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Diese Situation ist in 2 dargestellt. Hier ist die Laserlichtumlenkeinrichtung 4 aktiviert. Die Laserlichtumlenkeinrichtung 4 lenkt hier einen Laserlichtanteil 10 aus dem ersten Detektionsteilbereich 5 in einen Teilbereich des Blindbereichs 9 um. Dies geschieht mittels einer Spiegeleinheit 11. Die Spiegeleinheit 11 reflektiert Laserlicht 8 in den Blindbereich 9. Hierdurch wird der Detektionsbereich 5, 6 der LIDAR-Vorrichtung 1 verändert. So ist nunmehr der erste Detektionsteilbereich 5 nicht mehr mit Laserlicht 8 abgedeckt. Dies ist jedoch für die Erteilung einer Anfahrfreigabe auch nicht notwendig. Denn für die Anfahrfreigabe muss eine unmittelbare Umgebung des Kraftfahrzeugs 2 auf störende Objekte untersucht werden. Dabei sind insbesondere solche Objekte von Interesse, die sich im Blindbereich 9 der LIDAR-Vorrichtung 1 befinden. Denn in diesen Blindbereich 9 wird bei einer deaktivierten Laserlichtumlenkeinrichtung 4 kein Laserlicht 8 emittiert.
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Es ist so möglich, den Detektionsbereich 5, 6 der LIDAR-Vorrichtung 1 adaptiv an den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 2 anzupassen. Soll eine Anfahrfreigabe erteilt werden, wird die Laserlichtumlenkeinrichtung 4 aktiviert. Sie lenkt sodann Laserlicht 8 aus dem ersten Detektionsteilbereich 5 in einen Teilbereich des Blindbereichs 9 um. Die Anfahrfreigabe kann erteilt werden. Danach wird die Laserlichtumlenkeinrichtung 4 wieder deaktiviert. Der zuvor umgelenkte Laserlichtanteil 10 wird nun wieder in den ersten Detektionsteilbereich 5 emittiert. Der Fernbereich des Kraftfahrzeugs 2 kann überwacht werden.
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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.
