DE102023000971A1 - Method for operating a protective device of a sensor arrangement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Schutzvorrichtung (1) einer zumindest einen Lidarsensor umfassenden Sensoranordnung (2) eines Fahrzeugs, wobei mittels der Schutzvorrichtung (1) ein Luftstrom (L) vor der Sensoranordnung (2) erzeugt wird, wenn ein sich der Sensoranordnung (2) näherndes Objekt (O) detektiert wird. Erfindungsgemäß wird zur Detektion eines Objekts (O) eine mittels des zumindest einen Lidarsensors in dessen Nahbereich (NF) erfasste Punktewolke ausgewertet. In der Auswertung werden schwebende Objekte (O) detektiert und verfolgt sowie eine Position und Größe der Objekte (O) ermittelt. Wird ermittelt, dass ein Auftreffen eines Objekts (O) auf der Sensoranordnung (2) bevorsteht, wird mittels der Schutzvorrichtung (1) ein an die Position und Größe des Objekts (O) angepasster Luftstrom (L) erzeugt, welcher das Objekt (O) vor einem Auftreffen auf die Sensoranordnung (2) von dieser ablenkt.

Figure DE102023000971A1_0000
The invention relates to a method for operating a protective device (1) of a sensor arrangement (2) of a vehicle comprising at least one lidar sensor, wherein an air flow (L) is generated in front of the sensor arrangement (2) by means of the protective device (1) when the sensor arrangement is in contact (2) approaching object (O) is detected. According to the invention, in order to detect an object (O), a point cloud detected in its close range (NF) by means of the at least one lidar sensor is evaluated. During the evaluation, floating objects (O) are detected and tracked and the position and size of the objects (O) are determined. If it is determined that an object (O) is about to hit the sensor arrangement (2), an air flow (L) adapted to the position and size of the object (O) is generated by means of the protective device (1), which the object (O) before hitting the sensor arrangement (2).
Figure DE102023000971A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Schutzvorrichtung einer Sensoranordnung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a protective device of a sensor arrangement of a vehicle according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 10 2020 126 457 A1 ist eine Sensorvorrichtung bekannt. Die Sensorvorrichtung umfasst einen Lidarsensor und eine Kamera mit einem Sichtfeld, das ein Volumen direkt vor dem Lidarsensor abdeckt. Weiterhin umfasst die Sensorvorrichtung eine Düse, welche nach oben gerichtet und vor dem Lidarsensor positioniert ist. Ferner umfasst die Sensorvorrichtung einen Computer, der dazu programmiert ist, eine Ausgabe von Luft aus der Düse zu erhöhen, wenn basierend auf von der Kamera empfangener Daten bestimmt wird, dass sich ein Objekt durch das Sichtfeld nach hinten bewegt. Die Sensorvorrichtung umfasst weitere Düsen, die ausgebildet sind, einen Luftschleier über den Lidarsensor bereitzustellen.From the DE 10 2020 126 457 A1 a sensor device is known. The sensor device includes a lidar sensor and a camera with a field of view that covers a volume directly in front of the lidar sensor. Furthermore, the sensor device comprises a nozzle which is directed upwards and positioned in front of the lidar sensor. Further, the sensor device includes a computer programmed to increase an output of air from the nozzle when an object is determined to be moving rearwardly through the field of view based on data received from the camera. The sensor device includes further nozzles that are designed to provide an air curtain over the lidar sensor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betrieb einer Schutzvorrichtung einer Sensoranordnung eines Fahrzeugs anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel method for operating a protective device of a sensor arrangement of a vehicle.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a method which has the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

In einem Verfahren zum Betrieb einer Schutzvorrichtung einer zumindest einen Lidarsensor umfassenden Sensoranordnung eines Fahrzeugs wird mittels der Schutzvorrichtung ein Luftstrom vor der Sensoranordnung erzeugt, wenn ein sich der Sensoranordnung näherndes Objekt detektiert wird.In a method for operating a protective device of a sensor arrangement of a vehicle comprising at least one lidar sensor, an air flow is generated in front of the sensor arrangement by means of the protective device when an object approaching the sensor arrangement is detected.

Erfindungsgemäß wird zur Detektion eines Objekts eine mittels des zumindest einen Lidarsensors in dessen Nahbereich erfasste Punktewolke ausgewertet. In der Auswertung werden schwebende Objekte detektiert und verfolgt und es werden eine Position und Größe der Objekte ermittelt. Wenn ermittelt wird, dass ein Auftreffen eines Objekts auf der Sensoranordnung bevorsteht, wird mittels der Schutzvorrichtung ein an die Position und Größe des Objekts angepasster Luftstrom erzeugt, welcher das Objekt vor einem Auftreffen auf die Sensoranordnung von dieser ablenkt.According to the invention, in order to detect an object, a point cloud detected in its close range by means of the at least one lidar sensor is evaluated. During the evaluation, floating objects are detected and tracked and the position and size of the objects are determined. If it is determined that an object is about to hit the sensor arrangement, an air flow adapted to the position and size of the object is generated by means of the protective device, which deflects the object from the sensor arrangement before it hits it.

Um eine Funktion einer Umgebungserfassung für ein Fahrzeug und daraus folgend einen automatisierten, beispielsweise hochautomatisierten oder autonomen, Fahrbetrieb des Fahrzeugs zuverlässig zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass zur Umgebungserfassung vorgesehene Sensoranordnungen nicht durch Verschmutzungen beeinträchtigt sind.In order to reliably enable an environment detection function for a vehicle and, as a result, automated, for example highly automated or autonomous, driving operation of the vehicle, it is necessary that sensor arrangements provided for environmental detection are not impaired by contamination.

Mittels des vorliegenden Verfahrens ist es möglich, Verschmutzungen durch aufprallende Objekte, beispielsweise Insekten, zuverlässig und präzise zu verringern oder zu vermeiden. Daraus folgend kann ein optischer Pfad der Sensoranordnung freigehalten werden und eine Verfügbarkeit der Sensoranordnung sowie daraus folgend eines Kundennutzens erhöht werden. Dies ermöglicht eine Umgebungserfassung mittels der Sensoranordnung auch in komplexen Situationen, beispielsweise einer Fahrt im Sommer mit vielen in der Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Insekten über eine Landstraße. Auch können manuelle und aufwändige Reinigungen, beispielsweise festgebrannter Insektenreste auf einem Frontcover der Sensoranordnung bei Umgebungsbedingungen mit hohen Temperaturen, entfallen. Durch das adaptive und direktionale Ansteuern des Luftstroms nur in dafür erforderlichen Fällen muss kein dauerhafter Luftstrom erzeugt werden, woraus sich Energieeinsparungen ergeben. Mittels des Verfahrens ist es somit möglich, eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der Sensoranordnung und daraus folgend auch eine besonders hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit von Fahrzeugsystemen, welche mittels der Sensoranordnung erfasste Daten nutzen, zu erreichen. Dies erfolgt insbesondere durch präventive Vermeidung der Verschmutzung unter Nutzung einer Rohdatenauswertung des Lidarsensors und der davon abhängigen Erzeugung gezielter Luftströmungen auf ein sich der Sensoranordnung näherndes Objekt zur gezielten Ablenkung desselben. Somit können durch derartige Objekte erzeugte Verschmutzungen einer Oberfläche der Sensoranordnung vermieden werden.Using the present method, it is possible to reliably and precisely reduce or avoid contamination caused by impacting objects, for example insects. As a result, an optical path of the sensor arrangement can be kept clear and the availability of the sensor arrangement and, as a result, customer benefit can be increased. This enables environmental detection using the sensor arrangement even in complex situations, for example driving on a country road in the summer with many insects in the area surrounding the vehicle. Manual and time-consuming cleaning, for example of burned-on insect residues on a front cover of the sensor arrangement in ambient conditions with high temperatures, can also be eliminated. By adaptively and directionally controlling the air flow only in necessary cases, there is no need to generate a permanent air flow, which results in energy savings. By means of the method, it is therefore possible to achieve a particularly high performance of the sensor arrangement and, as a result, a particularly high level of reliability and security of vehicle systems that use data recorded by means of the sensor arrangement. This is done in particular by preventively avoiding contamination using raw data evaluation of the lidar sensor and the dependent generation of targeted air flows on an object approaching the sensor arrangement for the targeted deflection of the object. This means that contamination of a surface of the sensor arrangement caused by such objects can be avoided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 schematisch eine Frontansicht einer Schutzvorrichtung und einer Sensoranordnung eines Fahrzeugs und
  • 2 schematisch eine Seitenansicht der Schutzvorrichtung und der Sensoranordnung gemäß 1.
Show:
  • 1 schematically a front view of a protective device and a sensor arrangement of a vehicle and
  • 2 schematically a side view of the protective device and the sensor arrangement according to 1 .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numbers in all figures.

In 1 ist eine Frontansicht eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Schutzvorrichtung 1 und einer Sensoranordnung 2 eines Fahrzeugs dargestellt. 2 zeigt eine Seitenansicht der Schutzvorrichtung 1 und der Sensoranordnung 2 gemäß 1.In 1 a front view of a possible exemplary embodiment of a protective device 1 and a sensor arrangement 2 of a vehicle is shown. 2 shows a side view of the Protection device 1 and the sensor arrangement 2 according to 1 .

In einer möglichen Ausgestaltung ist die Schutzvorrichtung 1 Bestandteil der Sensoranordnung 2.In a possible embodiment, the protective device 1 is part of the sensor arrangement 2.

Die Sensoranordnung 2 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Lidar 2.1 mit zumindest einem Lidarsensor und eine Kamera 2.2. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Kamera 2.2 entfallen und/oder die Sensoranordnung 2 umfasst weitere Sensoren.In the exemplary embodiment shown, the sensor arrangement 2 comprises a lidar 2.1 with at least one lidar sensor and a camera 2.2. In exemplary embodiments not shown in detail, the camera 2.2 can be omitted and/or the sensor arrangement 2 includes additional sensors.

Die Schutzvorrichtung 1 ist insbesondere dazu vorgesehen, während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs ein Auftreffen von in einer Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Objekten O, beispielsweise Insekten, zu vermeiden.The protective device 1 is intended, in particular, to prevent objects O, for example insects, located in the vicinity of the vehicle from being struck while the vehicle is driving.

Zu diesem Zweck umfasst die Schutzvorrichtung 1 ein Düsenarray 3 mit einer Mehrzahl von Düsen 3.1 bis 3.n, welche beispielsweise in mehreren Spalten nebeneinander und/oder mehreren Zeilen übereinander angeordnet sind. Dabei ist das Düsenarray 3 unterhalb der Sensoranordnung 2 angeordnet, kann aber in alternativen Ausführungsbeispielen auch in anderen Positionen angeordnet sein.For this purpose, the protective device 1 comprises a nozzle array 3 with a plurality of nozzles 3.1 to 3.n, which are arranged, for example, in several columns next to one another and/or several rows one above the other. The nozzle array 3 is arranged below the sensor arrangement 2, but in alternative exemplary embodiments it can also be arranged in other positions.

Die Düsen 3.1 bis 3.n sind in nicht näher dargestellter Weise mit einer Druckluftvorrichtung gekoppelt und mittels dieser insbesondere separat mit Druckluft beaufschlagbar.The nozzles 3.1 to 3.n are coupled to a compressed air device in a manner not shown and can in particular be supplied with compressed air separately by means of this device.

Zur Vermeidung des Auftreffens von Objekten O auf der Sensoranordnung 2 wird mittels des Lidars 2.1 insbesondere eine in Fahrtrichtung R vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung desselben erfasst und zur Detektion von insbesondere besonders kleinen Objekten O in der Umgebung eine mittels des Lidars 2.1 in dessen Nahbereich NF erfasste Punktewolke ausgewertet. Der Nahbereich NF des Lidarsensors wird beispielsweise in Abhängigkeit von seiner Auflösung gewählt. Der Nahbereich NF erstreckt sich beispielsweise ausgehend von der Sensoranordnung 2 in einem Abstand von 5 m bis 6 m. Die Auswertung erfolgt insbesondere hinsichtlich besonders kleinen Objekten O. Der Nahbereich NF ergibt sich beispielsweise aus einer üblichen vertikalen und horizontalen Lidarauflösung von 0,1 °. Beispielsweise kann dabei ein Objekt O mit einer Ausdehnung von 1 cm2, beispielsweise ein Insekt wie ein Maikäfer oder ein Biene, in einem Abstand von ca. 5,7 m erfasst und verfolgt werden.In order to avoid the impact of objects O on the sensor arrangement 2, an environment located in front of the vehicle in the direction of travel R in particular is detected by means of the lidar 2.1, and in order to detect particularly small objects O in the environment, one detected by means of the lidar 2.1 in its close range NF Point cloud evaluated. The close range NF of the lidar sensor is selected, for example, depending on its resolution. The short range NF, for example, extends from the sensor arrangement 2 at a distance of 5 m to 6 m. The evaluation is carried out in particular with regard to particularly small objects O. The short range NF results, for example, from a usual vertical and horizontal lidar resolution of 0.1 °. For example, an object O with an area of 1 cm 2 , for example an insect such as a cockchafer or a bee, can be detected and tracked at a distance of approximately 5.7 m.

Um diese Präzision zu erreichen, wird ein insbesondere hierfür angelernter und getunter Algorithmus zum Objekttracking verwendet. Aus dem Objekttracking werden eine Position, eine Größe und eine Trajektorie T des Objekts O bestimmt. Wird ermittelt, dass ein Auftreffen eines Objekts O auf der Sensoranordnung 2 bevorsteht, wird mittels der Schutzvorrichtung 1 ein an die Position und Größe des Objekts O angepasster Luftstrom L erzeugt, welcher das Objekt vor einem Auftreffen auf die Sensoranordnung 2 von dieser ablenkt. Hierbei wird zumindest eine der Düsen 3.1 bis 3.n derart mit Druckluft beaufschlagt, dass dieser das Objekt O von seiner Trajektorie T auf eine neue Trajektorie T' ablenkt, so dass dieses von der Sensoranordnung 2 abgelenkt wird. Die Trajektorie T bildet dabei eine Basis zur Ermittlung eines erforderlichen Luftdrucks und einer erforderlichen Richtung des Luftstroms L.In order to achieve this precision, an object tracking algorithm that has been specifically trained and tuned for this purpose is used. A position, a size and a trajectory T of the object O are determined from the object tracking. If it is determined that an object O is about to hit the sensor arrangement 2, an air flow L adapted to the position and size of the object O is generated by means of the protective device 1, which deflects the object from the sensor arrangement 2 before it hits it. Here, at least one of the nozzles 3.1 to 3.n is supplied with compressed air in such a way that it deflects the object O from its trajectory T onto a new trajectory T ', so that it is deflected by the sensor arrangement 2. The trajectory T forms a basis for determining a required air pressure and a required direction of the air flow L.

Der Luftdruck wird beispielsweise in Vorabtests bestimmt und beispielsweise über geometrische Ausmaßcluster, zum Beispiel 2 cm2, 1 cm2, kleiner als 1 cm2, und Gewichtscluster ausgelegt. Das erfasste Objekt O wird einem entsprechenden Ausmaßcluster und/oder Gewichtscluster zugeordnet.The air pressure is determined, for example, in preliminary tests and is designed, for example, using geometric dimension clusters, for example 2 cm 2 , 1 cm 2 , smaller than 1 cm 2 , and weight clusters. The detected object O is assigned to a corresponding dimension cluster and/or weight cluster.

Bei einer relativen Geschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Objekt O von 130 km/h, stehen dem Algorithmus 140 ms zur Verfügung, um das Objekt O zu tracken und von der Schutzvorrichtung 1 einen Luftstrom L zur Ablenkung des Objekts O und somit zur Vermeidung eines Aufpralls des Objekts O auf der Sensoranordnung 2 anzufordern. Beispielsweise sind die Sensoranordnung 2 und das Düsenarray 3 auf einem Fahrzeugdach angeordnet, wobei bei dieser Anordnung des Düsenarrays 3 zusätzlich Strömung aus einem Fahrtwind zur Ablenkung des Objekts O verwendet werden kann.At a relative speed between the vehicle and object O of 130 km/h, the algorithm has 140 ms available to track the object O and an air flow L from the protective device 1 to deflect the object O and thus avoid an impact with the object O on the sensor arrangement 2 to request. For example, the sensor arrangement 2 and the nozzle array 3 are arranged on a vehicle roof, with this arrangement of the nozzle array 3 additionally allowing flow from a wind to deflect the object O.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102020126457 A1 [0002]DE 102020126457 A1 [0002]

Claims (3)

Verfahren zum Betrieb einer Schutzvorrichtung (1) einer zumindest einen Lidarsensor umfassenden Sensoranordnung (2) eines Fahrzeugs, wobei mittels der Schutzvorrichtung (1) ein Luftstrom (L) vor der Sensoranordnung (2) erzeugt wird, wenn ein sich der Sensoranordnung (2) näherndes Objekt (O) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass - zur Detektion eines Objekts (O) eine mittels des zumindest einen Lidarsensors in dessen Nahbereich (NF) erfasste Punktewolke ausgewertet wird, - in der Auswertung schwebende Objekte (O) detektiert und verfolgt werden, - in der Auswertung eine Position und Größe der Objekte (O) ermittelt werden, - dann, wenn ermittelt wird, dass ein Auftreffen eines Objekts (O) auf der Sensoranordnung (2) bevorsteht, mittels der Schutzvorrichtung (1) ein an die Position und Größe des Objekts (O) angepasster Luftstrom (L) erzeugt wird, welcher das Objekt (O) vor einem Auftreffen auf die Sensoranordnung (2) von dieser ablenkt.Method for operating a protective device (1) of a sensor arrangement (2) of a vehicle comprising at least one lidar sensor, wherein an air flow (L) is generated in front of the sensor arrangement (2) by means of the protective device (1) when an object approaches the sensor arrangement (2). Object (O) is detected, characterized in that - to detect an object (O), a point cloud detected by the at least one lidar sensor in its close range (NF) is evaluated, - floating objects (O) are detected and tracked in the evaluation, - a position and size of the objects (O) are determined in the evaluation, - if it is determined that an object (O) is about to hit the sensor arrangement (2), the protective device (1) is used to move to the position and Air flow (L) adapted to the size of the object (O) is generated, which deflects the object (O) from the sensor arrangement (2) before it hits it. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (L) mittels zumindest einer Düse (3.1 bis 3.n) eines Düsenarrays (3) der Schutzvorrichtung (1) erzeugt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the air flow (L) is generated by means of at least one nozzle (3.1 to 3.n) of a nozzle array (3) of the protective device (1). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nahbereich (NF) des Lidarsensors in Abhängigkeit von einer Auflösung des Lidarsensors gewählt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the close range (NF) of the lidar sensor is selected depending on a resolution of the lidar sensor.
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