DE102022209527A1

DE102022209527A1 - Lidar-System

Info

Publication number: DE102022209527A1
Application number: DE102022209527.8A
Authority: DE
Inventors: Annette Frederiksen; Mustafa Kamil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Es wird ein Lidar-System, umfassend einen Lidar-Sensor und eine Windschutzscheibe, wobei der Lidar-Sensor in einem ersten Bereich der Windschutzscheibe angeordnet ist und die Windschutzscheibe in dem ersten Bereich mindestens eine gegenüber einem zweiten Bereich, der sich von dem ersten Bereich unterscheidet, veränderte optische Eigenschaft aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Lidar-System gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Stand der Technik
Aktuelle Lidarsysteme werden in Fahrzeugen im Kühlergrill oder im Dach verbaut. Wünschenswert wäre ein Einbauort hinter der Windschutzscheibe, da die Windschutzscheibe mit einem bestehenden Reinigungssystem ausgestattet ist. Weiterhin ist ein Verbauen des Lidars im Innenraum vorteilhaft, da keine direkte Sonneneinstrahlung vorhanden ist und eine Kühlung über die Klimaanlage erfolgen kann. Leider ist die Transmission von Frontscheiben in Fahrzeugen begrenzt. Laut der UN ECE R43 liegt diese bei 70%, bzw. 75% bei senkrechter Durchstrahlung. Dies führt dazu, dass die von einem hinter der Windschutzschiebe befindlichen Lidar emittierte Strahlung stark abgeschwächt wird. Dies geschieht sowohl beim Aussenden der Lidarpulse als auch beim Empfangen und reduziert die Reichweite dramatisch. Damit ergibt sich eine Reichweitenreduktion von mind. 30% unter einer noch großzügig gerechneten Annahme eines Signalverlustes von ca. 50%. Zusätzlich haben Windschutzscheiben typischerweise einen sehr flachen Winkel, wodurch die Lidarstrahlen beim Durchtritt durch die WSS einen längeren Weg zurücklegen und die Transmission nochmals verringert wird.
In der Druckschrift DE 102018125065 B3 wird eine Haltevorrichtung zur Halterung einer Fahrerassistenzsensoreinheit beschrieben, welche beispielsweise einen Lidar-Sensor aufweist, im Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs relativ zu einer Frontscheibe, mit einem Frontscheibenhalter zur Befestigung der Haltevorrichtung an der Innenseite der Frontscheibe und einer Streulichtblende, welche mit einem Teil der Frontscheibe ein Innenvolumen begrenzt.
In der Druckschrift DE 102012101781 B4 wird ein Halterahmen und eine Sensoranordnung beschrieben, wobei die Sensoranordnung beispielsweise einen Lidar-Sensor umfasst, im Innenraum eines Fahrzeugs hinter einer Fahrzeugscheibe angeordnet ist und einen erfindungsgemäßen Halterahmen umfasst.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Offenbart wird ein Lidar-System mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Das Lidar-System umfasst einen Lidar-Sensor und eine Windschutzscheibe. Der Lidar-Sensor ist dabei in einem ersten Bereich der Windschutzscheibe angeordnet. Die Windschutzscheibe weist dabei in dem ersten Bereich mindestens eine gegenüber einem zweiten Bereich veränderte optische Eigenschaft auf, wobei der zweite Bereich sich von dem ersten unterscheidet. Dies ist vorteilhaft, um für den Betrieb des Lidar-Sensors entsprechende optische Eigenschaften bereitzustellen, die einen Laserstrahl des Lidar-Sensors weniger abschwächen und somit eine größere Reichweite des Lidar-Systems ermöglichen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise ist die Windschutzscheibe in dem ersten Bereich eingerichtet, einen Laserstrahl des Lidar-Systems mit einer gegenüber dem zweiten Bereich erhöhten Durchlässigkeit passieren zu lassen. Somit wird einer zu starken Schwächung des Laserstrahls bei Durchgang durch die Windschutzscheibe in dem ersten Bereich entgegengewirkt.
Zweckmäßigerweise weist die Windschutzscheibe in dem ersten Bereich eine Aussparung auf. Dies ist vorteilhaft, um eine Schwächung des Laserstrahls durch den Durchtritt durch das Windschutzscheibenglas vollständig zu vermeiden. Für die Aussparung können vorteilhafterweise standardisierte Formen verwendet werden, insbesondere eine kreisrunde Form, eine rechteckige Form oder eine montageoptimierte unsymmetrische Form. Dies ist vorteilhaft, um eine mechanisch stabile und gut abdichtbare Verbindung der Windschutzscheibe mit dem Lidar-Sensor zu gewährleisten.
Zweckmäßigerweise schließt der Lidar-Sensor in der Aussparung bündig mit der äußeren Windschutzscheibenoberfläche ab. Dies ist vorteilhaft, da somit eine unauffällige und geschützte Integration des Lidar-Sensors in die Windschutzscheibe sichergestellt ist.
Zweckmäßigerweise ist in der Aussparung eine Schnittstelle zwischen dem Lidar-Sensor und der Windschutzscheibe durch mindestens eine Dichtung zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen. Diest ist vorteilhaft, da damit bei Einbau in ein Fahrzeug eine innere Fahrgastzelle sowie auch das Lidarsystem weiterhin wie bei einer vollständig verschlossenen WSS zumindest gegen Flüssigkeiten geschützt ist. Somit kann der Lidar-Sensor auch soweit vereinfacht werden, dass er kostenoptimiert eine geringe IP-Schutzklasse aufweist.
Zweckmäßigerweise ist in dem ersten Bereich der Windschutzscheibe eine Vorrichtung zur optischen Strahlführung angeordnet. Dies ist vorteilhaft, um größtmögliche Flexibilität bei der Anordnung des Lidar-Sensors zu haben.
Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung zur Strahlführung mindestens ein holografisch-optisches Bauelement zur Strahlführung auf. Dies ist vorteilhaft, da es sich beispielsweise in die Windschutzscheibe integrieren lässt und hohe Beugungseffizienzen erreichen kann, wodurch sich ein Laserstrahl in großen Winkelbereichen umlenken lässt.
Zweckmäßigerweise ist das holografisch-optische Element in die Windschutzscheibe und/oder in den Lidar-Sensor integriert. Dies ist vorteilhaft, da dies eine einfache Installation gewährleistet und das Element vor Beschädigung schützt.
Zweckmäßigerweise ist das in die Windschutzscheibe integrierte holografisch-optische Element zwischen zwei Glascheibe der Windschutzscheibe einlaminiert. Dies ist vorteilhaft, da das Element so vor Beschädigung geschützt und einfach installiert werden kann.
Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung zur Strahlführung ein Gelpad oder ein Silikonkissen. Dies ist vorteilhaft, um eine gute optische, indexangepasste Anbindung des Lidar-Sensors zu ermöglichen.
Zweckmäßigerweise weist das Lidar-System eine Halterung zum Erzeugen eines Anpressdrucks des Lidar-Sensors auf die Windschutzscheibe auf. Dies ist vorteilhaft, da somit keine beziehungsweise weniger Luftblasen zwischen der Schnittstelle bzw. Anbindung des Lidar-Sensors an die Windschutzscheibe entstehen und somit ein Laserstrahl des Lidar-Sensor nicht unnötigerweise abgeschwächt wird, was die Reichweite des Lidar-Systems negativ beeinträchtigen würde.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsmäßen Lidar-Systems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lidar-Systems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lidar-System gemäß einer dritten Ausführungsform in einer typischen Einbausituation in einem Fahrzeug.

Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lidar-Systems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Dabei weist das Lidar-System 1 einen Lidar-Sensor 13 und eine Windschutzscheibe 15 auf. In einem ersten Bereich 11 der Windschutzscheibe 15 weist die Windschutzscheibe 15 eine Aussparung 14 auf. Somit weist die Windschutzscheibe 15 in dem ersten Bereich 11 mindestens eine veränderte optische Eigenschaft auf gegenüber einem zweiten Bereich 12, der sich von dem ersten Bereich 11 unterscheidet. In die Aussparung 14 ist der Lidar-Sensor 13 bündig eingepasst, sodass eine ebene Oberfläche aus Lidar-Sensor 13 und Windschutzscheibe 15 entsteht.
Der Lidar-Sensor 13 kann somit einen, hier angedeuteten Scan-Strahl 16, bspw. einen Laserstrahl, ohne Abschwächung durch die Windschutzscheibe 15 aussenden. Weiterhin ist es auch möglich, zur besseren Abdichtung gegen Umwelteinflüsse, bspw. Staub oder Regen, zwischen Lidar-Sensor 13 und Windschutzscheibe 15 eine Dichtung anzubringen, sodass ein entsprechender Mediendurchtritt noch effektiver verhindert wird.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lidar-Systems 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei weist das Lidar-System 2 einen Lidar-Sensor 23 und eine Windschutzscheibe 25 auf. In einem ersten Bereich 21 der Windschutzscheibe 25 weist die Windschutzscheibe 25 eine Vorrichtung zur Strahlführung auf. Die Vorrichtung zur Strahlführung umfasst dabei ein holografisch-optisches Bauelement 24, bspw. ein Hologramm. Somit weist die Windschutzscheibe 25 in dem ersten Bereich 21 eine gegenüber einem zweiten Bereich 22 veränderte Lichtbeugung auf. Weiterhin umfasst die Vorrichtung zur Strahlführung ein Silikonkissen 27, um eine möglichst gute Anbindung des Lidar-Sensors 23 an die Windschutzscheibe 25 zu erreichen. Durch eine in 2 nicht dargestellte Halterung wird ein Anpressdruck erzeugt, hier symbolisch durch die entsprechenden Pfeile 28 dargestellt. Somit beeinflussen auch Vibrationen und Stöße die optische Anbindung nicht. Der Lidar-Sensor 23 kann einen hier angedeuteten Scan-Strahl 26, bspw. einen Laserstrahl, aussenden, welche dann durch das holografisch optische Bauelement 24 entsprechend umgelenkt wird, um einen gewünschten Abtastbereich des Lidar-Systems 2 zu ermöglichen.
Vorteilhaft ist hier insbesondere auch, dass der Scan-Strahl 26 auf der einen Seite der Windschutzscheibe 25 senkrecht in diese eintritt und somit einen möglichst kurzen Weg zurücklegt im Vergleich zu einem nicht senkrechten auftreffenden Scan-Strahl. Somit wird die Abschwächung des Scan-Strahls 26 möglichst gering gehalten.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lidar-System 3 gemäß einer dritten Ausführungsform in einer typischen Einbausituation in einem Fahrzeug 37. Dabei weist das Lidar-System 3 einen Lidar-Sensor 33 und eine Windschutzscheibe 35 auf. In einem ersten Bereich 31 der Windschutzscheibe 35 weist die Windschutzscheibe 35 eine Vorrichtung 34 zur Strahlführung auf. Somit weist die Windschutzscheibe 35 in dem ersten Bereich 31 eine gegenüber einem zweiten Bereich 32 veränderte optische Eigenschaft auf. Der Lidar-Sensor 33 sendet einen Scan-Strahl 36 in den gewünschten Abtastbereich aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018125065 B3 [0003]
DE 102012101781 B4 [0004]

Claims

Lidar-System (1, 2, 3), umfassend einen Lidar-Sensor (13, 23, 33) und eine Windschutzscheibe (15, 25, 35), wobei der Lidar-Sensor (13, 23, 33) in einem ersten Bereich (11, 21, 31) der Windschutzscheibe (15, 25, 35) angeordnet ist und die Windschutzscheibe (15, 25, 35) in dem ersten Bereich (11, 21, 31) mindestens eine gegenüber einem zweiten Bereich (12, 22, 32), der sich von dem ersten Bereich (11, 21, 31) unterscheidet, veränderte optische Eigenschaft aufweist.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Windschutzscheibe (15, 25, 35) in dem ersten Bereich (11, 21, 31) eingerichtet ist, einen Laserstrahl des Lidar-Sensors (13, 23, 33) mit einer gegenüber dem zweiten Bereich (12, 22, 32) erhöhten Durchlässigkeit passieren zu lassen.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Windschutzscheibe (15, 25, 35) in dem ersten Bereich (11, 21, 31) eine Aussparung (14) aufweist.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Lidar-Sensor (13, 23, 33) in der Aussparung bündig mit der äußeren Windschutzscheibenoberfläche abschließt.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei in der Aussparung (14) eine Schnittstelle zwischen dem Lidar-Sensor (13, 23, 33) und der Windschutzscheibe (15, 25, 35) durch mindestens eine Dichtung zumindest flüssigkeitsdicht verschlossen ist.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Bereich (11, 21, 31) der Windschutzscheibe (15, 25, 35) eine Vorrichtung (34) zur optischen Strahlführung angeordnet ist.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung (34) zur Strahlführung mindestens ein holografisch-optisches Bauelement (24) umfasst.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das holografisch-optische Element (24) in die Windschutzscheibe (15, 25, 35) und/oder in den Lidar-Sensor (13, 23, 33) integriert ist.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das in die Windschutzscheibe (15, 25, 35) integrierte holografisch-optische Element (24) zwischen zwei Glasscheiben der Windschutzscheibe (15, 25, 35) einlaminiert ist.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Vorrichtung (34) zur Strahlführung ein Gelpad oder ein Silikonkissen (27) umfasst.
Lidar-System (1, 2 ,3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lidar-System (1, 2, 3) eine Halterung zum Erzeugen eines Anpressdrucks des Lidar-Sensors (13, 23, 33) auf die Windschutzscheibe (15, 25, 35) aufweist.