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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lidarsystem sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Die lidar- bzw. laserbasierte Objektdetektion bzw. Geometrieerfassung ist an sich bereits seit längerer Zeit bekannt und wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Trotz Weiterentwicklungen in der Lasertechnik und der Optik können mit herkömmlichen Lidaren jedoch nicht immer alle Objekte zuverlässig und genau detektiert werden, da dies auch durch die Reflexionseigenschaften der zu detektierenden Objekte beeinflusst bzw. limitiert wird. Die Art und Ausgestaltung, insbesondere das Reflexionsverhalten von zu detektierenden Objekten ebenso wie deren Ausrichtung relativ zu dem jeweiligen Lidar ist dabei typischerweise weder steuerbar noch vorhersagbar. So können beispielsweise in der Verkehrstechnik andere Kraftfahrzeuge zu detektieren sein, deren glänzende Oberflächen jedoch zumindest einen Großteil von schräg einfallender Laserstrahlung spekular und damit von dem jeweiligen Laser weg reflektieren können. Dadurch kann eine Detektion verhindert oder zumindest stark erschwert werden, da dann höchstens ein sehr schwaches Signal an dem Lidar ankommt bzw. als Basis zur Objektdetektion zur Verfügung steht.
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Als ein Beispiel ist in der
EP 2 722 684 B1 ein Laserscanner beschrieben, der nach dem Funktionsprinzip des Lichtlaufzeitverfahrens zur Erfassung von Objekten arbeitet. Dort ist es vorgesehen, die Objekterfassung ausschließlich anhand der Polarisationskomponente des reflektierten und empfangenen Lichts, die orthogonal zu der Polarisationsrichtung eines Sendelichtstrahls steht, durchzuführen. Damit soll ein Laserscanner angegeben werden, der für den Outdooreinsatz geeignet ist, wobei auf externe Referenzziele verzichtet werden kann.
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Als weiteres Anwendungsbeispiel beschreibt die
DE 10 2018 123 940 A1 ein Verfahren zur Entfernungsbestimmung eines Umfeldobjekts mittels einer Laufzeitmessung von Licht. Darin wird in Abhängigkeit von einem Vergleich eines empfangenen Messsignals mit einem vorgegebenen Referenzsignal ein Schnittzeitpunkt bestimmt. Dieser Schnittzeitpunkt zeigt dabei einen Zeitpunkt an, zu welchem ein Werteverlauf des Messsignals einen Werteverlauf des Referenzsignals schneidet. Basierend auf diesem Zeitpunkt wird dann die Entfernung bestimmt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte lidarbasierte Objektdetektion zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
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Das erfindungsgemäße Lidarsystem kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug ausgelegt sein. Ebenso kann das erfindungsgemäße Lidarsystem aber in anderen Bereichen oder Anwendungsfällen eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Lidarsystem weist eine Sendeeinheit mit einem Laser auf. Mittels dieses Lasers kann im Betrieb ein Laserstrahl oder Laserpuls bzw. eine Folge von Laserpulsen in eine jeweilige Umgebung ausgesendet werden, um diese bzw. dort befindliche zu detektierende Objekte abzutasten. Die Sendeeinheit kann ebenso beispielsweise eine in Abstrahlrichtung von dem Laser angeordnete Optik zur Strahlformung und/oder zur Ablenkung des Laserstrahls aufweisen. Weiter kann die Sendeeinheit beispielsweise eine Steuereinheit bzw. Elektronik zur Steuerung des Lasers und/oder der Optik und/oder dergleichen mehr aufweisen. Weiter weist das erfindungsgemäße Lidarsystem einen Empfänger zum sensorischen Erfassen von reflektiertem Laserlicht auf. Dieser Empfänger kann hier insbesondere einen eigentlichen lichtempfindlichen Sensor oder Licht- bzw. Reflexionsdetektor meinen bzw. bezeichnen. Erfindungsgemäß ist der Empfänger separat von der Sendeeinheit ausgebildet und zumindest in bestimmungsgemäßer Einbaulage zumindest bereichsweise von der Sendeeinheit beabstandet, also entfernt.
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Der Empfänger oder zumindest ein Teil oder Teilbereich des Empfängers, also insbesondere der Sensor bzw. ein Teil oder Teilbereich des Sensors, kann also von der Sendeeinheit beabstandet bzw. entfernt anordenbar und insbesondere in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Lidarsystems von der Sendeeinheit beabstandet bzw. entfernt angeordnet sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die Sendeeinheit und der Empfänger räumlich voneinander getrennt sind, beispielsweise wenigstens durch einen Abstand, welcher der Breite der Sendeeinheit entspricht und/oder beispielsweise wenigstens 10 cm oder wenigstens 25 cm oder wenigstens 50 cm oder mehr beträgt. Bei einer bandförmigen oder flächigen Gestalt oder Erstreckung des Empfängers kann dies zumindest für einen von der Sendeeinheit abgewandten Teil oder Teilbereiche des Empfängers gelten.
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Der Empfänger kann beispielsweise als von der Sendeeinheit separates Bauteil oder als von der Sendeeinheit separate Baugruppe ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Empfänger in einem nicht-eingebauten Zustand des Lidarsystems von der Sendeeinheit entkoppelt, also mit dieser nicht lagefest verbunden sein, das heißt also in einer veränderlichen räumlichen Lagebeziehung stehen. Beispielsweise kann der Empfänger in einem von der Sendeeinheit separaten Gehäuse angeordnet sein. Die Sendeeinheit und der separate Empfänger können aber beispielsweise mittels einer - leitungslosen oder leitungsgebundenen - Datenverbindung miteinander und/oder mit einer zentralen Datenverbindungseinrichtung verbunden sein. Ebenso kann der separate Empfänger beispielsweise über eine leitungslose oder leitungsgebundene Datenverbindung mit der genannten Steuereinheit oder Elektronik der Sendeeinheit bzw. einer Steuereinheit oder Elektronik des Lidarsystems verbunden oder verbindbar sein.
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Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung sind herkömmliche Lidare typischerweise als eine kompakte Einheit oder als kompaktes Package mit integriertem, also räumlich nah beieinander, beispielsweise innerhalb desselben Gehäuses angeordnetem Laser und Empfänger ausgestaltet. Dies bedeutet aber, dass von zu detektierenden Objekten, die einen primär spekularen oder quasi-spekularen Reflexionscharakter haben, also eine stark winkelabhängige Reflexionscharakteristik aufweisen, von dem Laser ausgesendetes und auf das Objekt treffendes Laserlicht auf nahezu demselben Weg reflektiert werden müsste, um zu dem Empfänger zu gelangen. So kann bei herkömmlichen Lidaren zwischen einem Pfad eines ausgesendeten Laserstrahls und einem Pfad eines entsprechenden reflektierten und in dem Empfänger empfangenen Lichtstrahls bei typischen Anwendungsszenarien bzw. Objektentfernungen ein Winkel von weniger als 1° liegen. Es kann aber typischerweise nicht davon ausgegangen werden, dass der ausgesendete Laserstrahl unter einem entsprechend kleinen Winkel, also zumindest nahezu senkrecht auf ein jeweiliges Objekt trifft. Daher kann mit herkömmlichen Lidaren oftmals nur derjenige Teil des ausgesendeten Lichts empfangen werden, der zumindest im Wesentlichen unter der Einstrahlrichtung reflektiert wird bzw. für den der Einfallswinkel dem negativen Ausfallswinkel entspricht.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in vielen Anwendungsfällen, insbesondere im Straßenverkehr, zu detektierende Objekte einen eher oder primär spekularen Reflexionscharakter aufweisen, sodass ein Großteil des ausgesendeten Laserlichts spekular reflektiert wird, also derart, dass der Einfallswinkel dem positiven Ausfallswinkel entspricht. Dies kann beispielsweise für das Gros der heutzutage üblichen Fahrzeuglacke von Kraftfahrzeugen gelten.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene räumliche Beabstandung des Empfängers von der Sendeeinheit wird dieser Umstand berücksichtigt bzw. ausgenutzt. Damit kann also zwischen dem ausgesendeten Laserstrahl und einem entsprechenden reflektierten Lichtstrahl ein gemäß dem Abstand zwischen Sendeeinheit und Empfänger größerer Winkel liegen. Ein solcher Reflektionsweg entspricht besser einem spekularen Reflexionscharakter des jeweiligen reflektierenden Objekts und kann somit ein Empfangen eines größeren Anteils des von dem Objekt reflektierten Lichts ermöglichen. Ein entsprechend größeres oder stärkeres Empfangssignal wiederum kann eine zuverlässigere, robustere und/oder genauere Objektdetektion ermöglichen. Dadurch können beispielsweise unter flacheren Winkeln angestrahlte Objekte und/oder kleinere Objekte und/oder Objekte in größeren Entfernungen mittels des erfindungsgemäßen Lidarsystems detektiert werden als dies mit herkömmlichen Lidaren mit kompakter kombinierter Sende- und Empfangseinheit typischerweise möglich ist.
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In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Sendeeinheit ein Sendergehäuse, in dem der Laser angeordnet, also aufgenommen ist. Der Empfänger ist hier Teil einer Empfangseinheit, die ein eigenes, von dem Sendergehäuse verschiedenes, also insbesondere separates, Empfängergehäuse umfasst. In diesem Empfängergehäuse ist der Empfänger, also zumindest der eigentliche lichtempfindliche Sensor oder Licht- bzw. Reflexionsdetektor angeordnet, also aufgenommen. Durch eine solche Anordnung des Lasers und des Empfängers in verschiedenen, insbesondere separaten Gehäusen können die Sendeeinheit und der Empfänger bzw. die Empfangseinheit besonders einfach und flexibel unabhängig voneinander positioniert werden. Damit wird beispielsweise eine auf einen jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte bzw. optimierte Anordnung der Sendeeinheit und der Empfangseinheit ermöglicht. So kann im Anwendungsfall des Lidarsystems in einem Kraftfahrzeug zur Erfassung einer dem Kraftfahrzeug vorausliegenden Umgebung die Sendeeinheit beispielsweise mittig an einer Fahrzeugfront und die Empfangseinheit an einem Außenrand der Fahrzeugfront bzw. an einer Fahrzeugecke des Kraftfahrzeugs, also in einem möglichst großen Abstand von der Sendeeinheit angeordnet werden. Zudem können durch die Anordnung des Lasers und des Empfängers in jeweiligen Gehäusen diese potenziell beschädigungsanfälligen Bauteile jeweils besonders gut und robust, beispielsweise ringsum vor Beschädigungen und/oder Schmutzeintrag geschützt werden.
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Das erfindungsgemäße Lidarsystem kann in allen Ausgestaltungen nicht nur einen einzigen separaten Empfänger, sondern beispielsweise mehrere separate Empfänger umfassen. Diese können dann auch separat voneinander sein, also unabhängig von der Sendeeinheit und insbesondere auch unabhängig voneinander positioniert werden. So kann beispielsweise jeweils an beiden Außenseiten oder Enden der Fahrzeugfront bzw. an beiden vorderen Fahrzeugecken und/oder in Fahrzeughochrichtung unter und/oder über der Sendeeinheit eine entsprechende Empfangseinheit angeordnet sein. Dadurch können spekulare Reflektionen bei verschiedenen Einstrahl- oder Beleuchtungsrichtungen empfangen werden. Dies kann eine noch zuverlässigere Objektdetektion ermöglichen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Empfänger bandförmig, also als Empfänger- oder Sensorband, ausgestaltet. Mit anderen Worten kann der Empfänger also länglich erstreckt, also ausgedehnt sein. Dazu kann ein einzelner entsprechend geformter Empfänger verwendet werden. Ebenso können gegebenenfalls mehrere in der Längserstreckungsrichtung des Empfängers nebeneinander angeordnete einzelne Empfängerelemente oder Sensorelemente verwendet werden. Ersteres kann gegebenenfalls eine unterbrechungsfreie und damit besonders große Empfänger- oder Sensorfläche ermöglichen, was zu einer besonders detaillierten Umgebungserkennung beitragen kann, wohingegen Letzteres besonders einfach und kostengünstig realisierbar sein kann und eine besonders flexible Anordnung der einzelnen Empfänger- oder Sensorelemente und damit eine entsprechend flexible Ausgestaltung und Anordnung des Empfängers in bzw. des Lidarsystems insgesamt ermöglichen kann. So können beispielsweise einzelne Empfänger- oder Sensorelemente in der Längsrichtung voneinander beabstandet und/oder senkrecht zu der Längserstreckungsrichtung teilweise zueinander versetzt sein, um in sich damit ergebenden Abständen oder Zwischenbereichen beispielsweise Befestigungselemente oder andere Komponenten anordnen zu können.
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Durch die hier vorgeschlagene bandförmige, also längs- oder länglich erstreckte Formgebung bzw. Ausgestaltung des Empfängers kann eine besonders große Empfänger- oder Sensorfläche realisiert und ein besonders großer Winkel- bzw. Akzeptanzbereich abgedeckt werden. Dadurch können unter einer entsprechend großen Vielfalt unterschiedlicher Winkel auftretende spekulare Reflektionen erfasst werden. Dies kann die Wahrscheinlichkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Detektionen auch solcher Objekte, die einen hochgradig spekularen Reflexionscharakter aufweisen, vergrößern. Je nach Anwendungsfall kann dies einen Komfortgewinn und/oder einen Sicherheitsgewinn und/oder eine mögliche Kosteneinsparung beispielsweise durch die Vermeidung der Verwendung mehrerer separater Lidare bedeuten bzw. ermöglichen.
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Im Anwendungsfall des Kraftfahrzeugs kann in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Lidarsystems in dem Kraftfahrzeug die Haupt- bzw. Längserstreckungsrichtung des bandförmigen Empfängers beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung verlaufen.
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Dass der Empfänger bandförmig ausgestaltet ist, kann vorliegend beispielsweise bedeuten, dass der Empfänger in seiner Haupt- bzw. Längserstreckungsrichtung breiter bzw. länger ist als senkrecht dazu. Insbesondere kann der Empfänger breiter bzw. länger, insbesondere mehrfach breiter bzw. mehrfach länger, sein als die Sendeeinheit in derselben Richtung oder Dimension in bestimmungsgemäßer Einbaulage. Dadurch können die beschriebenen Vorteile besonders effektiv zur Geltung kommen bzw. ausgenutzt werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Lidarsystem zusätzlich zu dem wenigstens einen von der Sendeeinheit separaten Empfänger einen lokalen Empfänger auf, der in die Sendeeinheit integriert ist. Der von der Sendeeinheit separate Empfänger kann auch als externer Empfänger bezeichnet werden. Der in die Sendeeinheit integrierte lokale Empfänger kann auch als interner Empfänger bezeichnet werden. Insbesondere kann der interne bzw. lokale Empfänger gemeinsam mit dem Laser in dem an anderer Stelle genannten Sendergehäuse angeordnet sein, während der externe bzw. separate Empfänger außerhalb davon angeordnet sein kann. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann diese besonders einfach und effizient zum Einsatz gebracht werden, da herkömmliche integrierte Sende- und Empfangseinheiten, also Sendeeinheiten mit integriertem internem oder lokalem Empfänger, verwendet werden können. Zudem kann so auch ein wie eingangs beschrieben nicht spekularer, sondern beispielsweise eher mit lambertscher Reflexionscharakteristik reflektierter Anteil des ausgesendeten Laserlicht mittels des lokalen Empfängers detektiert werden. Dies kann die Objektdetektion unterstützen, also robuster machen.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der externe, also von der Sendeeinheit separate Empfänger eine geringere Sensitivität auf als der interne, also lokale Empfänger. Mit anderen Worten kann der wenigstens eine externe bzw. separate Empfänger also eine im Vergleich zu dem internen bzw. lokalen Empfänger geringere Lichtempfindlichkeit aufweisen. Die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass spekulare Reflektionen typischerweise deutlich intensiver sein können als lambertscher Reflektionen, die typischerweise mittels des lokalen Empfängers detektiert werden. Der lokale Empfänger kann aufgrund seiner größeren Sensitivität bzw. Lichtempfindlichkeit derartige typischerweise schwächere lambertscher Reflektionen also besonders zuverlässig detektieren. Die Verwendung eines solchen hochsensitiven Empfängers als separater Empfänger zum Detektieren spekularer Reflektionen könnte jedoch zu einer Übersättigung des separaten Empfängers führen, da dieser primär spekulare Reflektionen detektieren kann. Durch die unterschiedlichen Sensitivitäten des separaten Empfängers und des lokalen Empfängers können also unterschiedliche Arten von Reflektionen gleichermaßen zuverlässig und effektiv detektiert werden. Somit kann erreicht oder sichergestellt werden, dass sowohl der separate Empfänger als auch der lokale Empfänger in einem typischen Anwendungsszenario auch bei der gleichzeitigen Detektion desselben Objekts in ihrem jeweiligen Dynamikbereich arbeiten. Dadurch kann die Objektdetektion mittels des erfindungsgemäßen Lidarsystems weiter verbessert werden
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der externe, also von der Sendeeinheit separate Empfänger einen größeren Erfassungswinkel, also einen größeren Akzeptanzbereich bzw. Akzeptanzwinkel auf als der interne, also lokale Empfänger. Mit anderen Worten kann der separate Empfänger also dazu ausgelegt bzw. eingerichtet sein, aus oder unter einem größeren Winkelbereich auftreffende, also einfallende Lichtstrahlen zu detektieren als der lokale Empfänger. Durch den entsprechend kleineren Akzeptanzwinkel des lokalen Empfängers können Störungen des lokalen Empfängers bzw. der Objektdetektion mittels des lokalen Empfängers vermieden oder reduziert werden und eine korrekte Zuordnung mittels des lokalen Empfängers empfangenen und detektierten Lichts zu einem konkreten reflektierenden Objekt erreicht oder verbessert werden. Da die Anzahl der möglichen Bestrahlungswinkel des jeweiligen Objekts, die zu einer spekularen Reflektion in einen außerhalb der Sendeeinheit liegenden Bereich führen, sehr viel größer sein kann als die Anzahl derjenigen Bestrahlungswinkel des jeweiligen Objekts, die zu einer spekularen Reflektion zu dem lokalen Empfänger führen, kann durch den größeren Akzeptanzwinkel des separaten Empfängers besonders zuverlässig bzw. in besonders vielen Situationen spekular reflektiertes Licht empfangen werden. Dadurch kann eine besonders zuverlässige und genaue Objektdetektion mittels des Lidarsystems insgesamt unterstützt werden.
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Die Zuordnung des mittels des separaten Empfängers empfangenen bzw. detektierten Lichts zu einem bestimmten Objekt bzw. einer bestimmten Objektposition kann dabei durch Ausnutzung der Eigenschaft spekularer Reflektionen, dass der Einfallswinkel des Laserstrahls auf dem jeweiligen Objekt dem Ausfallswinkel des davon reflektierten und zu dem separaten Empfänger gelangenden Lichtstrahls entspricht, ermöglicht oder unterstützt werden. Dies kann insbesondere in Kombination mit der an anderer Stelle genannten geringeren Sensitivität bzw. Lichtempfindlichkeit des separaten Empfängers eine zuverlässige und genaue Objektdetektion und Objektortung ermöglichen, da der separate Empfänger dann beispielsweise nicht durch im Vergleich zu der spekularen, also aus Sicht des separaten Empfängers von einem Glanzpunkt des jeweiligen Objekts ausgehenden Reflektion niedrigintensives Streulicht aus anderen Richtungen oder von anderen Quellen gestört wird, das aufgrund des größeren Akzeptanzwinkel in den separaten Empfänger einfallen könnte. Der größere Akzeptanzwinkel des separaten Empfängers bzw. die unterschiedlichen Akzeptanzwinkel des separaten Empfängers und des lokalen Empfängers können beispielsweise durch unterschiedlich lange oder unterschiedlich schmale Lichtleitelemente und und/oder unterschiedliche vor dem separaten Empfänger und dem lokalen Empfänger angeordnete Optiken und/oder dergleichen mehr realisiert werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Lidarsystem dazu eingerichtet, auf ein Erfassen, also Detektieren von reflektiertem Laserlicht mittels des von der Sendeeinheit separaten Empfängers hin eine Position eines jeweiligen das Laserlicht reflektierenden Objekts basierend auf einem korrespondierenden Abstrahlwinkel der Sendeeinheit, einem vorgegebenen Abstand zwischen der Sendeeinheit und dem separaten Empfänger und einem Abstand des jeweiligen Objekts von der Sendeeinheit zu ermitteln. Der korrespondierende Abstrahlwinkel kann hier derjenige Abstrahlwinkel sein, der gegeben war zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem das jeweilige Laserlicht ursprünglich von dem Laser der Sendeeinheit ausgesendet worden ist. Der Abstand des jeweiligen Objekts von der Sendeeinheit kann beispielsweise anhand einer Laufzeit des Laserlichts zwischen dessen Aussenden, also dessen Abstrahlen bzw. Abstrahlzeitpunkt von der Sendeeinheit und dem Erfassen des entsprechenden reflektiertem Laserlichts oder Lichtstrahls mittels des Empfängers bestimmt werden.
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Mit anderen Worten kann hier also wie auch an anderer Stelle erläutert ausgenutzt werden, dass eine spekulare Reflexion nach einem spezifischen geometrischen Schema bzw. Reflexionsgesetz, wonach der Einfallswinkel dem Ausfallswinkel entspricht, reflektiert wird und somit auch nur unter dem entsprechenden Winkel detektiert werden kann. Da die Relativpositionen der Sendeeinheit bzw. des Lasers und des separaten Empfängers vorgegeben, also bekannt sind, kann anhand einer entsprechenden geometrischen Betrachtung oder Auswertung unter Berücksichtigung des jeweiligen ebenfalls bekannten Abstrahlwinkels der dann notwendigerweise gegebene Reflexionsort, der dem Ort des detektierten Objekts entspricht, ermittelt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise trotz der Verwendung eines größeren Akzeptanzwinkels für den separaten Empfänger und/oder dessen räumlichen Abstands von der Sendeeinheit bzw. dem Laser eine zuverlässige und genaue Lokalisierung detektierter Objekte ermöglicht bzw. durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das zur Umgebungserkennung bzw. Umgebungsabtastung, also zur Detektion von Objekten in einer jeweiligen Umgebung des Kraftfahrzeugs, mit dem erfindungsgemäßen Lidarsystem ausgestattet ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lidarsystem genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der im Zusammenhang mit dem Lidarsystem beschriebenen Ausgestaltungen und/oder Merkmale, wie beispielsweise mehrere Empfangseinheiten oder dergleichen, aufweisen.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der von der Sendeeinheit separate Empfänger auf verschiedenen Seiten der Sendeeinheit angeordnet. Mit anderen Worten kann sich der Empfänger also auf oder über verschiedene Seiten der Sendeeinheit erstrecken. Dies kann hier einen einzelnen durchgängigen, insbesondere bandförmigen, Empfänger bzw. Sensor oder Sendebereich oder mehrere einzelne Teilempfänger bzw. Sensoren oder Sensorbereiche des Empfängers meinen bzw. betreffen. Solche mehreren Teilempfänger bzw. Sensoren oder Sensorbereiche können dabei aber auf derselben Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Durch die Anordnung oder Erstreckung des Empfängers auf verschiedenen, also mehreren Seiten der Sendeeinheit kann ein besonders großer Winkelbereich abgedeckt werden, unter dem spekulare Reflektionen mittels des von der Sendeeinheit separaten Empfängers empfangen, also detektiert werden können. Dadurch kann eine besonders zuverlässige und genaue Umgebungserfassung bzw. Objektdetektion ermöglicht werden. Insbesondere können so unter einem besonders großen Bereich verschiedener Bestrahlungswinkel angestrahlte Objekte detektiert werden.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der von der Sendeeinheit separate Empfänger um die Sendeeinheit herum - sei es als ein einzelner durchgängiger Empfänger bzw. Sensor oder Sensorbereich oder in Form mehrerer einzelner Teilempfänger bzw. Sensoren oder Sensorbereiche. Der Empfänger kann die Sendeeinheit also beispielsweise in einer ringförmigen oder ovalen oder rechteckigen oder vieleckigen oder unregelmäßigen Anordnung umgeben. Dies kann beispielsweise in einer Ebene gelten oder gegeben sein, die durch die Fahrzeughochrichtung und - je nach Anordnung des Lidarsystems - beispielsweise durch die Fahrzeugquerrichtung oder die Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs aufgespannt ist und/oder einer Haupterstreckungsebene einer Seitenwand oder Kontur des Kraftfahrzeugs auf derjenigen Seite, auf der das Lidarsystem angeordnet ist, entspricht.
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Der Empfänger kann dabei durchgängig, also unterbrechungsfrei ausgestaltet sein oder Lücken oder Unterbrechungen oder bereichsweise Versetzungen oder dergleichen aufweisen. Dies kann beispielsweise im jeweiligen Anwendungsfall nützlich sein, um andere Bauteile des Kraftfahrzeugs oder Befestigungen des Empfängers und/oder dergleichen mehr zu berücksichtigen.
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Durch die hier vorgeschlagene Anordnung bzw. Ausgestaltung des Empfängers kann ein besonders großer Winkelbereich, aus oder unter dem, insbesondere spekulare, Reflektionen mittels des wenigstens einen von der Sendeeinheit separaten Empfängers detektiert werden können, abgedeckt oder realisiert werden. Dies kann dabei insbesondere in unterschiedlichen Richtungen oder Dimensionen der Fall sein, beispielsweise sowohl in Fahrzeugquerrichtung als auch in Fahrzeughochrichtung. Dadurch ist eine Objektdetektion mittels des Lidarsystems entsprechend flexibel möglich, sodass also Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs damit besonders zuverlässig und genau detektiert oder auch lokalisiert werden können. Dadurch, dass sich der Empfänger hier über einen relativ großen räumlichen Bereich erstrecken kann, kann gegebenenfalls auch eine Erkennung von Störreflektionen oder Störsignalen, die nicht von einem zu detektierenden Objekt bzw. von mehreren Objekten stammen, und/oder eine Zuordnung von Reflektionen bzw. Detektionen zu einem bestimmten Objekt unterstützt oder verbessert werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine ausschnittweise schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Lidarsystem in einer ersten Variante und ein zu detektierendes Objekt; und
- 2 eine entsprechende ausschnittweise schematische Darstellung mit dem Lidarsystem in einer zweiten Variante.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung mit einem ausschnittweise dargestellten Kraftfahrzeug 1, das zur Umgebungserfassung mit einem Lidarsystem 2 ausgestattet ist. Das Lidarsystem 2 umfasst hier eine Sendeeinheit 3. Diese Sendeeinheit 3 weist hier einen Laser 4 sowie einen ebenfalls in der Sendeeinheit 3 neben, insbesondere unmittelbar neben, dem Laser 4 angeordneten internen Empfänger 5 auf. Zudem ist hier als Teil des Lidarsystems 2 eine Signal- und/oder Datenverarbeitungseinrichtung bzw. Elektronik 6 angedeutet, die hier beispielhaft gemeinsam mit dem Laser 4 und dem internen Empfänger 5 in einem Gehäuse der Sendeeinheit 3 angeordnet sein kann. Die Elektronik 6 kann beispielsweise zum Ansteuern des Lasers 4 und zum Verarbeiten von Daten- oder Sensorsignalen von Empfängern des Lidarsystems 2 eingerichtet sein.
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Das Lidarsystem 2 weist zusätzlich wenigstens einen, hier beispielhaft zwei externe Empfänger 7 auf, die von der Sendeeinheit 3 separat und beabstandet, insbesondere auf verschiedenen Seiten der Sendeeinheit 3 in einem jeweiligen Abstand von dieser angeordnet sind. Beispielsweise können die externen Empfänger 7 in einem jeweiligen separaten Gehäuse angeordnet sein. Die externen Sensoren 7 können als Teil des Lidarsystems 2 beispielsweise ebenfalls mit der Elektronik 6 verbunden sein, etwa über hier schematisch angedeutete Datenverbindungen bzw. Datenleitungen.
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Vorliegend sind sowohl die Sendeeinheit 3 bzw. der Laser 4 und der internen Empfänger 5 als auch die externen Empfänger 7 in einer Fahrzeugfront 8 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, sodass damit also lidarbasiert eine dem Kraftfahrzeug 1 vorausliegende Umgebung erfasst werden kann. Um eine möglichst umfassende und symmetrische Erkennung der Umgebung zu ermöglichen, ist die Sendeeinheit 3 hier zentral, also in Fahrzeugquerrichtung des Kraftfahrzeugs 1 mittig in der Fahrzeugfront 8 angeordnet, während die externen Sensoren 7 zu beiden Seiten hin in der Fahrzeugquerrichtung nach außen versetzt sind. Ebenso wäre eine analoge Anordnung des Lidarsystems 2 an anderen Stellen, beispielsweise an einer Seite oder einem Heck des Kraftfahrzeugs 1 möglich.
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Beispielhaft ist hier in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 ein zu detektierendes Objekt 9 angedeutet. Dieses wird hier von einem mittels des Lasers 4 ausgesendeten Laserstrahl 10 angestrahlt, also beleuchtet. Dieser ausgesendete Laserstrahl 10 kann dann von dem Objekt 9 reflektiert werden, sodass dann eine entsprechende Reflektion gegebenenfalls mittels des Lidarsystems 2 detektiert werden kann, um damit auch das Objekt 9 zu detektieren.
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Das Objekt 9 kann beispielsweise ein anderes Fahrzeug sein. Dabei ist zu beachten, dass typische Fahrzeuge bzw. deren Lacke oder Lackierungen in der Regel einen zumindest quasi-spekularen Reflexionscharakter haben und weit davon entfernt sind, ein lambertscher Reflektor zu sein. Um das Objekt 9 mittels des internen Empfängers 5 zu detektieren, müsste ein ausreichend großer Anteil des ausgesendeten Laserstrahls 10 also innerhalb eines hier angedeuteten lambertschen Akzeptanzbereichs 11 reflektiert werden, um zu dem internen Empfänger 5 zu gelangen. Ein solcher lambertscher Anteil der Reflektion des ausgesendeten Laserstrahls 10 ist zumindest in für eine zuverlässige Detektion des Objekts 9 ausreichender Stärke oder Intensität nicht immer vorhanden. Im Vergleich dazu wird jedoch typischerweise eine spekulare Reflektion 12 des ausgesendeten Laserstrahls 10 an dem jeweiligen Objekt 9 deutlich stärker sein bzw. eine deutlich stärkere, insbesondere für eine zuverlässige und stabile Objektdetektion ausreichende, Intensität aufweisen. Die spekulare Reflektion 12 wird aber in den meisten Situationen oder Szenarien aufgrund des nicht kontrollierbaren Winkels, unter dem der ausgesendete Laserstrahl 10 auf das jeweilige Objekt 9 trifft, nicht zu dem internen Empfänger 5 reflektiert werden.
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Durch die externen Empfänger 7 sowie deren Auslegung und Anordnung ist das Lidarsystem 2 hier aber dazu eingerichtet bzw. ausgelegt, speziell auch die spekulare Reflektion 12 zu erfassen, also zur Objektdetektion auszunutzen. Dies wird nicht nur dadurch ermöglicht, dass die externen Empfänger 7 in einem größeren Abstand von dem Laser 4 angeordnet sind als der internen Empfänger 5, sondern auch dadurch, dass die externen Empfänger 7 einfallendes Licht aus einem größeren Akzeptanz- oder Winkelbereich empfangen und detektieren können als der interne Empfänger 5. Beispielhaft sind hier entsprechende erweiterte Akzeptanzbereiche 13 der internen Empfänger 7 bzw. entsprechende Außengrenzen dieser erweiterten Akzeptanzbereiche 13 angedeutet. Die genaue Größe und Ausrichtung der erweiterten Akzeptanzbereiche 13 ist hier lediglich beispielhaft und schematisch zu verstehen, kann also bei einer praktischen Realisierung durchaus anders als hier dargestellt sein.
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Im hier dargestellten Beispiel wird die spekulare Reflektion 12 jedoch innerhalb des erweiterten Akzeptanzbereichs 13 eines der externen Empfänger 7 zurückgestrahlt und kann somit mittels dieses externen Empfängers 7 empfangen und detektiert werden. Damit kann das Objekt 9 durch das Lidarsystem 2 robuster und zuverlässiger oder beispielsweise auch in größeren Entfernungen detektiert werden als bei ausschließlicher Verwendung des internen Empfängers 5.
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Auch dann, wenn sich das Objekt 9 im Nahbereich befindet, also in einem unmittelbar an das Kraftfahrzeug 1 anschließenden Umgebungsbereich und innerhalb einer vorgegebenen Maximalentfernung, also beispielsweise innerhalb von höchstens 25 m oder höchstens 15 m oder dergleichen von dem Kraftfahrzeug 1, kann das beschriebene Prinzip nützlich sein. Beispielsweise können die separaten externen Empfänger 7 in einer solchen Situation zur Objektdetektion nützlich sein bzw. beitragen, wenn der spekulare Charakter des jeweiligen Objekts 9 besonders deutlich ausgeprägt ist und sich das jeweilige Objekt 9 innerhalb oder auf der Fahrtrajektorie des Kraftfahrzeugs 1 befindet. Solche Situationen können beispielsweise im innerstädtischen Straßenverkehr durchaus vorkommen und relevant sein. Damit kann das hier vorgestellte Lidarsystem 2 also sowohl die Objektdetektion im Nahbereich als auch die Objektdetektion im Fernbereich, in dem der mittels des internen Empfängers 5 empfangbare lambertsche Reflexionsanteil typischerweise schwächer ist, verbessern, beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Lidaren ohne einen separaten bzw. externen Empfänger 7.
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2 zeigt eine zu 1 analoge Darstellung mit dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 9, wobei jedoch das Lidarsystem 2 abweichend ausgestaltet ist. Hier können die externen Empfänger 7 länglich erstreckt, also bandförmig ausgestaltet sein. Die externen Empfänger 7 können sich hier also über einen größeren Bereich der Fahrzeugfront 8 erstrecken. Die externen Empfänger 7 können dabei ansonsten ähnlich wie in 1 dargestellt auf beiden Seiten der Sendeeinheit 3 angeordnet sein. Ebenso kann hier beispielsweise ein einziger externer Empfänger 7 vorgesehen sein, der sich auf beiden Seiten der Sendeeinheit 3 erstreckt und diese beispielsweise oberhalb und/oder unterhalb der Zeichenebene überdeckt oder überbrückt, also beispielsweise in der Ebene der Fahrzeugfront 8 zumindest teilweise umgibt. Dies ist hier durch entsprechende die Sendeeinheit 3 übertretende gestrichelte Linien angedeutet.
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Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie durch Einführung externer Zusatzempfänger ein Lidar realisiert werden kann, womit auch ein spekularer Reflexionsanteil zur Objektdetektion genutzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Lidarsystem
- 3
- Sendeeinheit
- 4
- Laser
- 5
- interner Empfänger
- 6
- Elektronik
- 7
- externer Empfänger
- 8
- Fahrzeugfront
- 9
- Objekt
- 10
- ausgesendeter Laserstrahl
- 11
- lambertscher Akzeptanzbereich
- 12
- spekulare Reflektion
- 13
- erweiterter Akzeptanzbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2722684 B1 [0003]
- DE 102018123940 A1 [0004]
