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Die Erfindung betrifft ein Radarsensorsystem zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere zur Überwachung und Erfassung von Personen und deren Gesundheitszustand, Sicherheit und Befinden.
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Moderne Fahrzeuge werden heute auf höchstmögliche Effizienz und optimale Insassensicherheit entwickelt und werden mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet. Hierzu zählen zum Beispiel Regensensoren, Tageslichtsensoren, Gegenlichtsensoren, Ultraschallsensoren, optische Kameras und Radarsensoren. Sie dienen in aller Regel der Verkehrsüberwachung und können beispielsweise Straßenschilder erkennen oder die Position und die Geschwindigkeit von Objekten außerhalb des Fahrzeugs, wie andere Verkehrsteilnehmer oder auf der Fahrbahn befindliche Hindernisse, erkennen. Derzeit werden zu diesem Zweck vorwiegend optische Kameras oder Radarsysteme eingesetzt.
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Für die Überwachung des Fahrzeug-Innenraums werden derzeit meist Kamerasysteme, wie beispielsweise Infrarotkamerasysteme, beispielsweise für die Fahrerüberwachung, Gestenerkennung und für die Müdigkeitserkennung eingesetzt. Das Gesichtsfeld einer Person, beispielsweise des Fahrers kann durch eine Kamera gesucht und überwacht werden. Aus den aufgenommenen Bildern kann dann der Bereich der Augen (Auge auf/ zu) separiert und ausgewertet werden. Aus der Häufigkeit des Lidschlusses können dann Rückschlüsse zum Müdigkeitszustand gezogen werden. Optische Sensorsysteme sind aber in der Regel in ihrer Funktion und Datenqualität stark von Umwelteinflüssen und Umgebungshelligkeit abhängig, Kamerasysteme müssen zudem exakt ausgerichtet sein und brauchen einen freien „Blick“ auf den Erfassungsbereich. Mit einer Kamera können grundsätzlich Personen und ihre Position im Fahrzeug Innenraum erkannt und bestimmt werden. Ein Kind in einem Kindersitz, welches mit einem Tuch gegen die Sonne geschützt werden soll, kann durch die Abdeckung gegebenenfalls aber nicht erkannt werden. Mit Infrarotkameras ist es möglich Personen von Gegenständen im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise also ein Kind in einem Kindersitz und einen leeren Kindersitz zu unterscheiden.
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Werden Kinder oder Tiere bei Sonnenschein in einem verschlossenen Fahrzeug zurückgelassen können durch Überhitzung sehr schnell kritische Gesundheitszustände oder gar Tod eintreten. Allein in den USA sind im Jahr 2018 über 50 in Autos zurückgelassene Kinder durch Überhitzung gestorben. Infrarotkameras die bisher zur Überwachung eingesetzt werden, werden aber gerade durch Sonneneinstrahlung und durch aufgeheizte Innenräume in ihrer Bild und Datenqualität stark negativ beeinflusst, so dass hier unter Umständen keine zuverlässige Überwachung und Auswertung der aufgenommenen Daten geliefert werden kann. Zudem ist der Rechenaufwand in der Auswertung der Daten sehr hoch.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Sensorsystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, mit dem ein Fahrzeuginnenraum, insbesondere Fahrzeuginsassen und deren Sicherheit, Gesundheit und Befinden, erfasst und überwacht werden kann.
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Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Radarsensorsystem gemäß dem unabhängigen Schutzanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
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Erfindungsgemäß wird ein Radarsensorsystem zur Erfassung und/oder Überwachung eines Fahrzeuginnenraums vorgeschlagen, welches mindestens einen Radarsensor und einen damit funktionell verbundenen Radarwellen-Reflektor umfasst, wobei der Radarwellen-Reflektor eine auf einer innenraumseitigen Dachoberfläche des Fahrzeugs aufgebrachte Radarwellen-reflektierenden Beschichtung ist.
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Mit anderen Worten wird der Radarsensor im Fahrzeuginnenraum so angeordnet, dass er Radarwellen in Richtung des Fahrzeugdachs aussenden kann, die dann an der Radarwellen-reflektierenden Beschichtung der innenraumseitigen Dachoberfläche reflektiert werden, wobei zweckmäßigerweise ein möglichst großer Teil des Fahrzeuginnenraums durch die Radarwellen erfasst werden kann. Vorteilhafterweise ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Radarsensorsystem eine Vergrößerung des erfassten Fahrzeuginnenraums bis hin zum gesamten Fahrzeuginnenraum, der mit den Radarwellen erfasst und überwacht werden kann. Zusätzlich ergibt sich eine Teilredundanz derart, dass die vom Radarsensor ausgestrahlten Radarwellen direkt, sowie auch die von der Beschichtung reflektierten Radarwellen indirekt, Radarsignale und -daten liefern können, und sich dadurch auch eine Verbesserung der Genauigkeit der resultierenden Radardaten und Informationen ergeben kann. Mit anderen Worten erfasst der erfindungsgemäße Radarsensor den Fahrzeuginnenraum auf zwei Wegen, nämlich einmal als direkte Information zwischen Radarsensor und Dachinnenfläche und zusätzlich als sekundäre Information, die sich aus den an der Radarwellen-reflektierenden Beschichtung der innenraumseitigen Dachoberfläche des Fahrzeugs reflektierten und dann erfassten Radarwellen, ergibt.
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Das erfindungsgemäße Radarsensorsystem ermöglicht vorteilhafterweise eine zuverlässige Überwachung des Fahrzeuginnenraums, insbesondere von Personen und/oder Tieren im Fahrzeuginnenraum, bereitzustellen. Vorteilhafterweise ist die Ermittlung der Radardaten auch bei Dunkelheit oder großer Sonneneinstrahlung und Hitze zuverlässig möglich. Zusätzlich können auch mit Textilien überdeckte Personen und Tiere und deren Bewegungen problemlos erfasst und überwacht werden.
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Erfindungsgemäß kann der Radarsensor zentral im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise in einer Mittelarmlehne oder im Boden des Fahrzeuginnenraums untergebracht sein. Die im Betrieb vom Radarsensor erzeugte Wärme kann so vorteilhaft abgeführt werden.
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Das Fahrzeugdach kann ein festes Dach aus Metall, beispielsweise Stahl oder Kunststoff oder ein einfahrbares festes Dach sein, in das auch, mindestens teilweise, Glaseinsätze integriert sein können. Erfindungsgemäß kann die Radarwellen-reflektierende Beschichtung dabei sowohl auf einer innenraumseitigen Metall- oder Kunststoffoberfläche, als auch auf einer Glasoberfläche des Fahrzeugdachs aufgebracht sein. Das erfindungsgemäße Radarsensorsystem ist also bei verschiedensten Fahrzeugarten, wie beispielsweise Limousinen mit und ohne Panoramadach, oder Cabrios flexibel einsetzbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarsensorsystems ist die Radarwellen-reflektierende Beschichtung auf einer Dachscheibe aufgebracht. Die FahrzeugDachscheibe kann als Einzelglasscheibe ausgebildet sein, welche nur eine einzige Glasscheibe umfasst. Die Fahrzeugdachscheibe ist dann insbesondere als sogenanntes Einscheibensicherheitsglas (ESG) mit einer thermisch vorgespannten Glasscheibe ausgebildet.
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In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarsensorsystems ist die Radarwellen-reflektierende Beschichtung auf einer Verbundscheibe, beispielsweise auf der innenraumseitigen Oberfläche einer Panoramadachscheibe angeordnet. Eine solche Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind.
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Die Begriffe „Außenscheibe“ und „Innenscheibe“ sind lediglich zur Unterscheidung der beiden Scheiben bei einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gewählt. Mit den Begriffen ist keine Aussage über die geometrische Anordnung verbunden. Ist die erfindungsgemäße Verbundscheibe beispielsweise dafür vorgesehen, in einer Öffnung, beispielsweise eines Fahrzeugs oder eines Gebäudes, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen, so ist die Außenscheibe in der Regel der äußeren Umgebung zugewandt, wohingegen die Innenscheibe dem Innenraum zugewandt ist.
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Die Scheiben enthalten bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, ganz besonders bevorzugt Floatglas, wie Kalk-Natron-Glas, Borosilikatglas oder Quarzglas, oder bestehen daraus. Alternativ können die Scheiben klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon enthalten oder daraus bestehen.
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Die Dicke der Scheiben kann breit variieren und so den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Standardstärken der einzelnen Scheiben von 1,0 mm bis 25 mm, beispielsweise 1,6 mm oder 2,1 mm für Fahrzeugglas verwendet.
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In einer Ausführungsform ist die thermoplastische Zwischenschicht aus einer oder aus mehreren thermoplastischen Folien ausgebildet. Die thermoplastische Zwischenschicht enthält bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), Akustik-PVB, Infrarotstrahlung (IR) - reflektierende PVB, Polyethylen und/oder Polyurethan oder besteht hieraus. Die genannten Materialien haben sich als besonders geeignet in der Herstellung von Verbundscheiben erwiesen.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radarsensorsystems ist die Radarwellen-reflektierende Beschichtung eine Low-E-Beschichtung. Als Low-E-Beschichtungen werden Wärmestrahlen-reflektierende Beschichtungen von Scheiben bezeichnet.
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Low-E Beschichtungen können beispielsweise mit bekannten Verfahren, wie das Magnetron-Sputter-Verfahren auf Oberflächen, beispielsweise Glasscheiben aufgebracht werden. Dabei werden unterschiedliche sehr dünne Einzel- Schichten aus Metallen oder Metallverbindungen auf die Glasoberfläche aufgebracht. Die Beschichtungen bestehen aus mehreren Metall- und Metalloxid-Schichten von 1/10 bis 1/100 Nanometer Dicke, welche beispielsweise in dem elektromagnetischen Prozess im Hochvakuum nach einander aufgetragen werden. Low-E-Beschichtungen sind bekannt und sind beispielsweise in der
DE19927683 ,
W02013/127563 A1 und der
WO2019/110172 A1 offenbart.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Radarsensor zur Aufnahme von Radardaten mit einer Frequenzbandbreite von wenigstens 2 GHz; beispielsweise von 4, 6, 8 oder 10 GHz, und/oder einem Frequenzband von 76 bis 150 GHz betreibbar. Beispielsweise kann der Radarsensor in einem Frequenzband von 76 bis 140 GHz, 76 bis 120 GHz betreibbar sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Radarsensor über eine Frequenzbandbreite von 10 GHz um 140 GHz betreibbar sein.
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In einer anderen Ausführungsform weist der Radarsensor einen Erfassungsbereich bevorzugt von 30 cm bis 10 m auf. Die erfindungsgemäß vorgesehene geringe Reichweite, die den Fahrzeuginnenraum umfassen soll, ermöglicht, dass die Sendeleistung und auch die Baugröße der Radarsensoren und von Antennen ebenfalls gering gehalten werden kann. Dies erleichtert zum einen die Integration des Radarsensors beispielsweise in einer Mittelarmlehne oder im Boden des Fahrzeuginnenraums und zum anderen ermöglicht es auch einen energieeffizienten Betrieb der Radarsensoren.
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In einer anderen Ausführungsform weist der Radarsensor einen Halbleiterchip auf, der wenigstens einen Radartransceiver realisiert. Beispiele für solche Radarsensoren sind in FMCW Radartechnik ausgeführte Single-Chip-Systeme, beispielsweise 77GHz oder 140 GHz Single-Chip-Radarsensoren. Mit solchen Radarsensoren ist es besonders gut möglich nicht nur große Bewegungen, wie Gesten, sondern auch Vitalfunktionen, wie Herzschlag oder Atmung von Personen sowie deren Präsenz im Fahrzeug-Innenraum zu erfassen und die Abmessungen solcher Sensorsysteme sind vorteilhafterweise besonders kompakt und klein gebaut.
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Der Halbleiterchip, kann zusätzlich eine digitale Signalverarbeitungskomponente und/ oder eine Steuereinheit des Radarsensors realisieren. Alternativ oder zusätzlich hierzu können der Halbleiterchip und eine Antennenanordnung des Radarsensors als ein Package realisiert sein. Vorteilhafterweise sind bereits sehr kompakte CMOS Radarsensoren auf Halbleiterchips, sogenannte Radar-on-Chip-Systeme mit On-Chip Speichern, Signalverarbeitungskomponenten, Mikrocontrollern, zur Verarbeitung der Radarsignale, und /oder integrierten Antennen verfügbar, die besonders kleinbauend ist und für die erfindungsgemäße Kurzreichweitenanwendung im Fahrzeuginnenraum besonders geeignet ist. Die zusätzliche Integration der Antennen sorgt für kurze Signalwege und ein geringeres Signal zu Rausch-Verhältnis und ist für hohe Frequenzen und größere und variable Frequenzbandbreiten geeignet.
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In einer anderen Ausführungsform ist der Radarsensor und/oder die Auswerteeinheit mit der Bordelektronik und/oder einem Warnsystem des Fahrzeugs oder einer externen Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Warnsignals verbunden. So kann zum Beispiel bei Detektieren der Anwesenheit eines Kindes in einem ansonsten unbesetzten Fahrzeug durch eine Alarmanlage des Fahrzeugs ein akustisches und/oder optisches Signal ausgeben. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit wäre die Kopplung an ein automatisches Notrufsystem eCall. So wird ein rechtzeitiges Eingreifen sichergestellt.
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Zusätzlich können beispielsweise eine oder mehrere Kameras oder andere Sensoren mit weiteren Funktionen im Fahrzeuginnenraum zur funktionellen Verbindung mit dem Radarsensorsystem integriert werden. Insbesondere können aber auch weitere Sensoren oder Funktionselemente vorgesehen werden die zusätzlich die Sicherheitsfunktion des Radarsensors unterstützen und/oder gegebenenfalls mit diesem funktionell verbunden sind oder mit diesem zusammenwirken. Dies kann zum Beispiel durch ein oder mehrere zusätzliche Radarsensoren erfolgen, die zum Beispiel über ein CAN-Bus System miteinander verbunden und in einem solchen CAN-Netzwerk gleichzeitig betrieben werden. Mehrere oder alle dieser zusätzlichen Radarsensoren können erfindungsgemäß mit der Radarwellen-reflektierenden Beschichtung der Dachscheibe funktionell verbunden sein, beziehungsweise zusammenwirken. Die erfassten Radardaten und -signale der verschiedenen Sensoren können zusammen verarbeitet und ausgewertet werden, was die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der resultierenden Messdaten noch erhöht.
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Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmalen nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sei denn Ausführungsbeispiele und/oder ihre Merkmale sind explizit nur als Alternativen genannt oder schließen sich aus.
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Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figur dargestellt. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
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Die Zeichnung ist eine vereinfachte, schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
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Es zeigt 1 einen Querschnitt durch einen Personenkraftwagen mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem umfassend einen Radarsensor und eine Radarstrahlenreflektierende Beschichtung auf der innenraumseitigen Dachoberfläche als Radarreflektor.
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Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
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Der im Fahrzeuginnenraum 1 angeordnete Radarsensor 2 strahlt Radarwellen in Richtung des Fahrzeugdachs Pfeile A, in den Fahrzeuginnenraum und nimmt reflektierte Radarstrahlen auf. Vorteilhafterweise erfasst der erfindungsgemäße Radarsensor 2 den Fahrzeuginnenraum 1 auf zwei Wegen nämlich einmal als direkte Information (Pfeile A) zwischen Radarsensor und Dachinnenfläche und zusätzlich als sekundäre Information, die sich aus den an der Radarwellen-reflektierenden Beschichtung der innenraumseitigen Dachoberfläche des Fahrzeugs reflektierten Radarwellen (Pfeile B), ergibt. Somit ergibt sich eine Teilredundanz derart, dass die vom Radarsensor 2 ausgestrahlten Radarwellen direkt, sowie auch die von der Beschichtung 3 (Radarreflektor) reflektierten Radarwellen indirekt, Radarsignale und -daten liefern können, und dadurch auch eine Verbesserung der Genauigkeit der resultierenden Radardaten und Informationen.
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Vorteilhafterweise ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Radarsensorsystem eine Vergrößerung des erfassten Fahrzeuginnenraums 1 bis hin zum gesamten Fahrzeuginnenraum, der mit den Radarwellen erfasst und überwacht werden kann.
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Elektrische und elektronische Verbindungen sind nicht dargestellt. Der Radarsensor 2 kann erfindungsgemäß mit einer Auswerteeinheit (nicht gezeigt) zur Ermittlung von Bewegung und/oder Präsenz von Personen oder Tieren im Fahrzeuginnenraum 1 verbunden sein. Zum Beispiel können mehrere Radarsensoren 2 über ein CAN-Bus System miteinander verbunden und in einem solchen CAN-Netzwerk gleichzeitig betrieben werden. Die Radardaten der verschiedenen Sensoren können dann zusammen verarbeitet und ausgewertet werden, was die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der resultierenden Messdaten und die Sicherheitsfunktion noch erhöht. Der Radarsensor 2 ist in der dargestellten Ausführungsform zum Fahrzeuginnenraum etwa zentral angeordnet. Der Radarsensor kann beispielsweise in einer Mittelarmlehne oder im Boden des Fahrzeuginnenraums angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann die Betriebswärme des Radarsensors gut abgeführt werden.
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In einer Ausführungsform sind der Radarsensor 2 und/oder die Auswerteeinheit mit der Bordelektronik und/oder einem Warnsystem des Fahrzeugs oder einer externen Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Warnsignals verbunden. So kann zum Beispiel bei Detektieren der Anwesenheit eines Kindes durch den Radarsensor 2 in einem ansonsten unbesetzten Fahrzeug durch eine Alarmanlage des Fahrzeugs ein akustisches und/oder optisches Signal ausgeben werden. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit wäre die Kopplung an ein automatisches Notrufsystem eCall. So kann ein rechtzeitiges Eingreifen sichergestellt werden.
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Erfindungsgemäß wird ein Radarsensorsystem zur Verfügung gestellt mit der die Überwachung eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere die Überwachung von Fahrzeuginsassen weiter verbessert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeuginnenraum
- 2
- Radarsensor
- 3
- Radarwellen-Reflektor (Radarwellen-reflektierende Beschichtung)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19927683 [0019]
- WO 2013/127563 A1 [0019]
- WO 2019/110172 A1 [0019]
