EP3938761A1 - Thermal regulation of a sensor apparatus - Google Patents

Thermal regulation of a sensor apparatus

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Publication number
EP3938761A1
EP3938761A1 EP20706637.4A EP20706637A EP3938761A1 EP 3938761 A1 EP3938761 A1 EP 3938761A1 EP 20706637 A EP20706637 A EP 20706637A EP 3938761 A1 EP3938761 A1 EP 3938761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
temperature
detector
control device
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20706637.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Welsch
Sina FELLA
Andreas Baumgartner
Stefan Kuntz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3938761A1 publication Critical patent/EP3938761A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/321—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration deceleration
    • B60T8/329—Systems characterised by their speed sensor arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/06—Road conditions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/0252—Constructional arrangements for compensating for fluctuations caused by, e.g. temperature, or using cooling or temperature stabilization of parts of the device; Controlling the atmosphere inside a photometer; Purge systems, cleaning devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2420/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60W2420/40—Photo, light or radio wave sensitive means, e.g. infrared sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/062—LED's
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/121—Correction signals
    • G01N2201/1211—Correction signals for temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a sensor device for determining a road condition, in which rays are generated by at least one radiation source and emitted into a scanning area, beams scattered back or reflected from the scanning area are determined by at least one detector and for determining the road condition by the Detector-coupled control device are evaluated, a control device and a computer program.
  • the road's coefficient of friction is influenced in particular by intermediate media between the vehicle tires and the road.
  • Such intermediate media can be, for example, water, ice, snow or dirt on the roadway.
  • the detection of these media can be done by optical sensors, the rays, for example in the infrared
  • Wavelength range, and the backscattered or reflected rays are received by a detector.
  • the measurement data received by the detector can then be evaluated to obtain a road condition.
  • detectors and other components of the sensor also have
  • Temperature dependencies which affect the accuracy of the sensor can affect.
  • the radiation output of semiconductor light sources can decrease with increasing temperature.
  • the temperature of the semiconductor light sources also influences the emitted wavelength range.
  • the noise behavior can be adversely affected by increasing temperature or the sensitivity can decrease with increasing temperature.
  • the object on which the invention is based can be seen in proposing a method and a control device for technically simple compensation of thermal influences of a sensor device.
  • a method for operating a sensor device for determining a road condition is provided.
  • the sensor device has at least one radiation source for generating rays which are emitted into a scanning area. From the
  • Beams scattered back or reflected in the scanning area are determined by at least one detector and evaluated by a control device coupled to the detector to determine the road condition.
  • Sensor devices are determined by at least one sensor, the temperature-dependent influences on the components of the sensor device being compensated for by a heating device and / or a cooling device and / or during the evaluation by the control device.
  • a control device is provided, the control device being set up to carry out the method.
  • a computer program is provided which comprises instructions that are used when executing the
  • Computer program causing a control device to execute the method.
  • the control unit can preferably be on the vehicle or on the vehicle
  • control device can be device-side control unit.
  • control device can be designed as a modular component of the sensor device.
  • the sensor device can preferably be used in vehicles or in
  • the method allows the sensor device to be operated in a wide temperature range with constant accuracy.
  • a temperature range can be between -40 ° C and + 85 ° C, for example.
  • the method can be used for vehicles which, according to the BASt definition, can be operated, partially automated, highly automated and / or fully automated or driverless.
  • the heating device can be, for example, a Peltier element, an electrical resistance heater and the like.
  • a passive heat sink, a heat sink actively cooled by a fan, can be used as the cooling device
  • Liquid cooling or water cooling, an absorption cooler, a Peltier element and the like can be used.
  • a Peltier element can be used here as a combined cooling or heating device, which is connected to the control device and can be set to a cooling mode or a heating mode by the control device.
  • the compensation of the thermal influences can also take place at an evaluation level.
  • the compensation can be carried out on a software level.
  • the temperature-related fluctuations and deviations in the components of the sensor device are taken into account or compensated.
  • the component of the sensor device is arranged on at least one thermally highly conductive circuit board, the circuit board and / or the component arranged on the circuit board being thermally adjusted by the heating device and / or cooling device.
  • a circuit board can be used to dissipate thermal energy.
  • the circuit board can, for example, be a metallic circuit board. The thermal setting of the components arranged on the circuit board can thus be carried out via the circuit board. For example, such
  • Temperature stabilization takes place by one or more Peltier elements which are arranged as close as possible to the components to be thermally stabilized.
  • the heating elements and / or cooling elements with the components of the sensor device can be arranged on a common surface of the circuit board or separately on a second surface of the circuit board.
  • a temperature of the at least one radiation source and / or the circuit board and / or the detector is measured by at least one temperature sensor and received by the control unit.
  • the temperature sensor can be, for example, a thermocouple, pyrometer or a resistance sensor.
  • the temperature sensor can be, for example, a thermocouple, pyrometer or a resistance sensor.
  • Temperature sensor measure the temperature of the respective component and / or the circuit board in the area of the component.
  • the measurement data determined by the temperature sensor can be received by the control device and used to evaluate data to determine the road condition.
  • the temperature is in a
  • a temperature-radiation power characteristic of the light sources or radiation sources used in the sensor device can be stored in a table, which can be accessed, for example, by means of interpolation. By measuring the temperature of the respective radiation sources, the temperature-induced deviation of the radiation power of the radiation sources compared to a calibrated value at a known temperature can be determined. As an alternative or in addition to the table, the radiation power of the radiation sources can be calculated based on the temperature. This can be done by algorithms, simulation models and the like. In this way, the thermal influence on the components can be taken into account when determining the road condition on the basis of the temperature measurement by the control unit.
  • the measured temperature is used to take into account a temperature-dependent wavelength shift of the radiation source and / or to take into account thermal influences on the detector.
  • Detectors can also typically
  • the measured temperature of the at least one detector can correct the measured values determined by the detector and thus increase the accuracy of the measurements.
  • the wavelength shift or the so-called wavelength shift of the central wavelength over the temperature when the rays are emitted by the radiation sources can be taken into account in the software-based algorithm by the control device and / or hardware-based by setting the temperature of the radiation sources through the heating device and / or cooling device
  • temperature compensation by the heating device and / or cooling device may be necessary if the
  • the radiation power of the generated beams is measured by an intensity sensor and received by the control unit.
  • Radiation power by measuring the temperature of the radiation sources the radiation power can be determined directly by the at least one intensity sensor.
  • the intensity sensor can be, for example, a photodiode, a CMOS sensor, a CCD sensor and the like.
  • Radiated power can be measured by the intensity sensor directly before or without the radiation being sent to the ground.
  • the temperature compensation of the intensity is only necessary if the
  • Deviations due to changes in intensity can no longer be sufficiently taken into account by the computer program. This can take place, for example, when the signal-to-noise ratio of the signal falls below a lower threshold value. Furthermore, the
  • Temperature compensation may be necessary if the requirements are met
  • the accuracy of the data entering the computer program is higher than the accuracy achieved without temperature compensation.
  • the temperature stabilization of the computer program is higher than the accuracy achieved without temperature compensation.
  • Sensor device can be used to comply with safety regulations with regard to eye safety.
  • the emitted power of the beams can be determined with a monitor photodiode of this type, which measures the optical power of the light source, and forwarded to the control unit as a reference signal.
  • the radiation power of the generated rays is measured by the intensity sensor directly at the radiation source, indirectly via a radiation-conducting connection and / or at scattered radiation from the radiation source.
  • the intensity sensor can be positioned directly next to the radiation source and use part of the emitted rays and / or the scattered light of the radiation sources to determine the radiation power. Furthermore, a radiation-guiding connection of the at least one Radiation source are produced to the intensity sensor. This can be positioned directly next to the radiation source and use part of the emitted rays and / or the scattered light of the radiation sources to determine the radiation power. Furthermore, a radiation-guiding connection of the at least one Radiation source are produced to the intensity sensor. This can
  • a temperature dependency of the intensity sensor is determined by a mathematical function and / or a
  • Compensated comparison table In this way, temperature-dependent influences of the photodiode parameters on the signal can be compensated. For example, such consideration can take place by means of a wavelength-dependent temperature sensitivity characteristic. Such consideration can be advantageous in particular for wavelength ranges that are not at the edge of the sensitivity range of the detector.
  • a sensor device having a control device for
  • the sensor device has a circuit board with at least one radiation source for generating beams and for emitting the beams into a scanning area and with at least one detector for receiving beams reflected or scattered in the scanning area.
  • Thermal influences on the sensor device can be determined by at least one sensor. In particular, the thermal influences on the components of the sensor device can be determined.
  • Components of the sensor device can, for example, be radiation sources such as LEDs or semiconductor lasers, detectors, resistors, photodiodes and the like.
  • the sensor device can preferably supply measurement data for carrying out a road condition determination by the control device.
  • the at least one sensor can be a temperature sensor and / or an intensity sensor.
  • the temperature and / or the influence of the temperature on the radiation sources can be determined by the at least one sensor of the sensor device. Knowledge of the thermal influences on the components can be used to compensate for these influences.
  • the at least one sensor is a
  • Temperature sensor and / or designed as an intensity sensor Through this direct or indirect influences of a changing operating temperature of the components can be determined.
  • the at least one radiation source can have a central wavelength that is independent of temperature.
  • only the radiation power of the at least one radiation source can depend on the temperature, so that only a compensation of the radiation power is necessary.
  • Radiation source can be designed as a DFB laser, for example. This eliminates the need to compensate for the wavelength shift.
  • At least one scattered light protection is arranged in the region of the at least one detector.
  • the scattered light protection can preferably protect the detector from the incidence of scattered light on the edge or side.
  • the detector can be arranged adjacent to the radiation sources, so that the sensor device can have a particularly compact design.
  • Scanning area reflected or backscattered rays at least one
  • the at least one band pass filter can be in
  • the beam path can be arranged in front of the detector or behind the at least one radiation source.
  • a bandpass filter which transmits a plurality of narrow, desired wavelength ranges, can preferably be arranged in front of the detector.
  • a multi-wavelength band-pass filter By using such a multi-wavelength band-pass filter, the number of components used can be reduced in this embodiment.
  • the use of several detectors, each with a filter, or the temporal variation of the filter, such as by a Fabry-Perot filter, can be dispensed with.
  • the at least one bandpass filter is arranged on the scattered light protection of the detector, the bandpass filter, the scattered light protection and the detector being connected to one another.
  • the stray light protection can be used as be designed a housing which is open at least on one side. The open side of the stray light protection can be covered by at least one bandpass filter.
  • the at least one detector can be positioned in the scattered light protection.
  • relatively broadband light sources such as LEDs can be used as radiation sources. These can be combined with narrow-band bandpass filters which, as a sufficient approximation, transmit a temperature-independent wavelength range. Thus, although the resulting radiation power can still change, the one transmitted through the bandpass filter to the detector can no longer change
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a sensor device according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of the sensor device from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a sensor device 1 according to one embodiment.
  • the sensor device 1 has a printed circuit board 2.
  • the circuit board 2 is, for example, square shaped and is made of a material with good thermal conductivity, such as metal. This allows the thermal conductivity of the printed circuit board 2 to be increased.
  • a detector 4 is centrally located on the circuit board 2 of the sensor device 1
  • the detector 4 can be designed, for example, as a CCD sensor, a CMOS sensor or as a photodiode, such as a PIN photodiode.
  • a stray light protection 6 is arranged around the circumference of the detector 4. If the detector 4 has a cylindrical shape, that is Scattered light protection 6 is tubular and receives the detector 4 on the inside in a form-fitting manner.
  • the scattered light protection 6 can be different depending on the design of the detector 4. For example, the scattered light protection 6 can have a square or rectangular shape in the case of a detector 4 in an SM D design. Alternatively or additionally, the scattered light protection 6 can already be integrated in the detector 4.
  • the scattered light protection 6 delimits the detector 4 radially R or along a lateral surface M of the detector 4.
  • the detector 4 can have its own receiving optics or an integrated receiving optics, such as a lens.
  • the scattered light protection 6 can project beyond the detector 4.
  • a bandpass filter 8 is arranged on the end of the scattered light protection 6.
  • the sensor device 1 also has four radiation sources 10 arranged in a row on the circuit board 2.
  • the radiation sources 10 can be arranged in any number and in any form on the circuit board 2. For example, only one radiation source 10 can be provided. Alternatively or additionally, several radiation sources 10 can be positioned in a circle around the scattered light protection 8. According to the embodiment, the
  • Radiation sources 10 designed as infrared LEDs.
  • the radiation sources 10 can be activated and deactivated successively or in a sequence one after the other.
  • a temperature sensor 12 and an intensity sensor 14 are arranged on the circuit board adjacent to the radiation sources 10.
  • the temperature sensor 12 is designed, for example, as a resistance temperature sensor which is coupled to the printed circuit board 2 in a thermally conductive manner. Since the temperature sensor 12 is positioned directly on the radiation sources 10, the temperature of the radiation sources 10 can be monitored by means of the temperature sensor 12.
  • the intensity sensor 14 is designed as a monitor photodiode and can measure the scattered light emitted by the radiation sources 10 and can thus be used to monitor the radiation power of the radiation sources 10.
  • the sensor device 1 from FIG. 1 is laterally in one
  • the radiation sources 10 generate rays 16 which are emitted into a scanning area 18.
  • the generated beams 16 can be shaped by one or more optics prior to emitting.
  • the beams 16 generated can strike obstacles 20, such as objects or a roadway.
  • the beams 16 generated can be reflected or scattered back to the sensor device 1 at the obstacle 20. Those reflected or scattered back to the sensor device 1
  • Beams 22 can then be blocked by the bandpass filter 8 or transmitted to the detector 4 through the bandpass filter.
  • the circuit board 2 is designed to be temperature-stabilized.
  • a Peltier element 24 is arranged on a rear side of the printed circuit board 2.
  • the Peltier element 24 serves as a cooling element and as a heating element for setting a temperature of the circuit board 2 and the components 4, 6, 10, 12, 14 arranged on the circuit board 2.
  • the beams 22 transmitted to the detector 4 can be converted into electrical signals and received by a control device 26.
  • Control device 26 is connected to conductor tracks 3 of circuit board 2 and can read out or control components 4, 6, 10, 12, 14, 24. In this way, the control device 26 can receive and evaluate the measured values from the sensors or detectors 4, 12, 14. In parallel, the control unit 26 can
  • the control device 26 has a machine-readable storage medium 28 which has a program for operating the sensor device 1.
  • control device 26 can in particular a
  • the measured values of the temperature sensor 12 and the Intensity sensors 14 can be used by control device 26 to compensate for the thermal influences on detector 4 and radiation sources 10.
  • the thermal influences can be taken into account in the evaluation by the control unit 26 or by setting the temperature by the

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Abstract

A method for operating a sensor apparatus (1) for determining a road state is disclosed, wherein beams (16) are generated by at least one beam source (10) and emitted into a scanning region (18), and beams (22) that are backscattered or reflected from the scanning region (18) are ascertained by at least one detector (4) and, for the purpose of determining the road state, are evaluated by a control device (26) coupled to the detector (4), wherein temperature-dependent influences on at least one component (4, 6, 10, 12, 14) of the sensor apparatus (1) are ascertained by at least one sensor (12, 14), wherein the temperature-dependent influences on the component (4, 6, 10, 12, 14) of the sensor apparatus (1) are compensated for by a heating device (24) and/or a cooling device (24) and/or during the evaluation by the control device (26). Furthermore, a control device (26) and a computer program are disclosed.

Description

Beschreibung description
Titel title
Thermische Regelung einer Sensorvorrichtung Thermal regulation of a sensor device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zur Bestimmung eines Straßenzustands, bei dem Strahlen von mindestens einer Strahlenquellen erzeugt und in einen Abtastbereich emittiert werden, aus dem Abtastbereich zurückgestreute oder reflektierte Strahlen durch mindestens einen Detektor ermittelt und zum Bestimmen des Straßenzustands durch das mit dem Detektor gekoppelte Steuergerät ausgewertet werden, ein Steuergerät sowie ein Computerprogramm. The invention relates to a method for operating a sensor device for determining a road condition, in which rays are generated by at least one radiation source and emitted into a scanning area, beams scattered back or reflected from the scanning area are determined by at least one detector and for determining the road condition by the Detector-coupled control device are evaluated, a control device and a computer program.
Stand der Technik State of the art
Für den sicheren Betrieb von hochautomatisierten Fahrzeugen ist eine präzise Kenntnis des Straßenzustands notwendig. Der Reibwert der Straße wird insbesondere durch Zwischenmedien zwischen Fahrzeugreifen und der Fahrbahn beeinflusst. Precise knowledge of the road conditions is necessary for the safe operation of highly automated vehicles. The road's coefficient of friction is influenced in particular by intermediate media between the vehicle tires and the road.
Derartige Zwischenmedien können beispielsweise Wasser, Eis, Schnee oder Verschmutzungen der Fahrbahn sein. Die Erfassung dieser Medien kann durch optische Sensoren erfolgen, die Strahlen, beispielsweise im infraroten Such intermediate media can be, for example, water, ice, snow or dirt on the roadway. The detection of these media can be done by optical sensors, the rays, for example in the infrared
Wellenlängenbereich, emittieren und die rückgestreuten oder reflektierten Strahlen durch einen Detektor empfangen. Die empfangenen Messdaten des Detektors können anschließend zum Erlangen eines Straßenzustands ausgewertet werden. Wavelength range, and the backscattered or reflected rays are received by a detector. The measurement data received by the detector can then be evaluated to obtain a road condition.
Neben den üblicherweise als Halbleiter ausgeführten Strahlenquellen weisen auch Detektoren und andere Komponenten des Sensors In addition to the radiation sources usually designed as semiconductors, detectors and other components of the sensor also have
Temperaturabhängigkeiten auf, welche sich auf die Genauigkeiten des Sensors auswirken können. Beispielsweise kann sich die Strahlungsleistung von Halbleiterlichtquellen mit zunehmender Temperatur verringern. Die Temperatur der Halbleiterlichtquellen beeinflusst auch den emittierten Wellenlängenbereich. Bei Detektoren kann durch zunehmende Temperatur das Rauschverhalten nachteilig beeinflusst werden oder die Empfindlichkeit mit zunehmender Temperatur abnehmen. Temperature dependencies, which affect the accuracy of the sensor can affect. For example, the radiation output of semiconductor light sources can decrease with increasing temperature. The temperature of the semiconductor light sources also influences the emitted wavelength range. In the case of detectors, the noise behavior can be adversely affected by increasing temperature or the sensitivity can decrease with increasing temperature.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren und ein Steuergerät zum technisch einfachen Kompensieren von thermischen Einflüssen einer Sensorvorrichtung vorzuschlagen. The object on which the invention is based can be seen in proposing a method and a control device for technically simple compensation of thermal influences of a sensor device.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen. This object is achieved by means of the respective subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent subclaims.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung zur Bestimmung eines Straßenzustands bereitgestellt. Die Sensorvorrichtung weist mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen von Strahlen auf, welche in einen Abtastbereich emittiert werden. Aus dem According to one aspect of the invention, a method for operating a sensor device for determining a road condition is provided. The sensor device has at least one radiation source for generating rays which are emitted into a scanning area. From the
Abtastbereich zurückgestreute oder reflektierte Strahlen werden durch mindestens einen Detektor ermittelt und zum Bestimmen des Straßenzustands durch ein mit dem Detektor gekoppeltes Steuergerät ausgewertet. Beams scattered back or reflected in the scanning area are determined by at least one detector and evaluated by a control device coupled to the detector to determine the road condition.
Temperaturabhängige Einflüsse auf mindestens eine Komponente der Temperature-dependent influences on at least one component of the
Sensorvorrichtung werden durch mindestens einen Sensor ermittelt, wobei die temperaturabhängigen Einflüsse auf die Komponente der Sensorvorrichtung durch eine Heizeinrichtung und/oder eine Kühleinrichtung und/oder bei der Auswertung durch das Steuergerät kompensiert werden. Sensor devices are determined by at least one sensor, the temperature-dependent influences on the components of the sensor device being compensated for by a heating device and / or a cooling device and / or during the evaluation by the control device.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist das Verfahren auszuführen. Darüber hinaus wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des According to a further aspect of the invention, a control device is provided, the control device being set up to carry out the method. In addition, according to one aspect of the invention, a computer program is provided which comprises instructions that are used when executing the
Computerprogramms durch ein Steuergerät diesen veranlassen, das Verfahren auszuführen. Computer program causing a control device to execute the method.
Das Steuergerät kann vorzugsweise ein fahrzeugseitiges oder ein The control unit can preferably be on the vehicle or on the vehicle
vorrichtungsseitiges Steuergerät sein. Insbesondere kann das Steuergerät als modularer Bestandteil der Sensorvorrichtung ausgestaltet sein. be device-side control unit. In particular, the control device can be designed as a modular component of the sensor device.
Die Sensorvorrichtung kann vorzugsweise bei Fahrzeugen oder bei The sensor device can preferably be used in vehicles or in
Infrastruktureinrichtungen eingesetzt werden, um eine Infrastructure facilities are used to provide a
Straßenzustandsbestimmung durchzuführen. Insbesondere kann durch das Verfahren die Sensorvorrichtung in einem breiten Temperaturbereich mit einer konstanten Genauigkeit betrieben werden. Ein derartiger Temperaturbereich kann beispielsweise zwischen -40°C und +85°C liegen. Carry out road condition assessment. In particular, the method allows the sensor device to be operated in a wide temperature range with constant accuracy. Such a temperature range can be between -40 ° C and + 85 ° C, for example.
Insbesondere kann das Verfahren für Fahrzeuge eingesetzt werden, welche gemäß der BASt Definition assistiert, teilautomatisiert, hochautomatisiert und/oder vollautomatisiert bzw. fahrerlos betreibbar sind. In particular, the method can be used for vehicles which, according to the BASt definition, can be operated, partially automated, highly automated and / or fully automated or driverless.
Die Heizeinrichtung kann beispielsweise ein Peltierelement, ein elektrischer Widerstandsheizer und dergleichen sein. Als Kühleinrichtung kann ein passiver Kühlkörper, ein aktiv durch einen Lüfter gekühlter Kühlkörper, eine The heating device can be, for example, a Peltier element, an electrical resistance heater and the like. A passive heat sink, a heat sink actively cooled by a fan, can be used as the cooling device
Flüssigkühlung oder Wasserkühlung, ein Absorptionskühler, ein Peltierelement und dergleichen eingesetzt werden. Ein Peltierelement kann hierbei als eine kombinierte Kühl- bzw. Heizeinrichtung eingesetzt werden, welche mit dem Steuergerät verbunden ist und durch das Steuergerät in einen Kühlmodus oder einen Heizmodus einstellbar ist. Liquid cooling or water cooling, an absorption cooler, a Peltier element and the like can be used. A Peltier element can be used here as a combined cooling or heating device, which is connected to the control device and can be set to a cooling mode or a heating mode by the control device.
Die Kompensation der thermischen Einflüsse kann auch auf einer Ebene der Auswertung erfolgen. Beispielsweise kann die Kompensation auf einer Softwareebene durchgeführt werden. The compensation of the thermal influences can also take place at an evaluation level. For example, the compensation can be carried out on a software level.
Hierdurch können die temperaturbedingten Schwankungen und Abweichungen der Komponenten der Sensorvorrichtung, wie beispielsweise Strahlenquellen, Detektoren, Dioden, Widerstände und dergleichen, berücksichtigt oder kompensiert werden. As a result, the temperature-related fluctuations and deviations in the components of the sensor device, such as radiation sources, Detectors, diodes, resistors and the like, are taken into account or compensated.
Nach einer Ausführungsform ist die Komponente der Sensorvorrichtung auf mindestens einer thermisch gut leitfähigen Leiterplatte angeordnet, wobei die Leiterplatte und/oder die auf der Leiterplatte angeordnete Komponente durch die Heizeinrichtung und/oder Kühleinrichtung thermisch eingestellt wird. Eine derartige Leiterplatte kann zum Abführen von Wärmeenergie verwendet werden. Die Leiterplatte kann beispielsweise eine metallische Leiterplatte sein. Die thermische Einstellung der auf der Leiterplatte angeordneten Komponenten kann somit über die Leiterplatte erfolgen. Beispielsweise kann eine derartige According to one embodiment, the component of the sensor device is arranged on at least one thermally highly conductive circuit board, the circuit board and / or the component arranged on the circuit board being thermally adjusted by the heating device and / or cooling device. Such a circuit board can be used to dissipate thermal energy. The circuit board can, for example, be a metallic circuit board. The thermal setting of the components arranged on the circuit board can thus be carried out via the circuit board. For example, such
Temperaturstabilisierung durch ein oder mehrere Peltierelemente erfolgen, die möglichst nahe an den thermisch zu stabilisierenden Komponenten angeordnet sind. Insbesondere können die Heizelemente und/oder Kühlelemente mit den Komponenten der Sensorvorrichtung auf einer gemeinsamen Fläche der Leiterplatte oder separat auf einer zweiten Fläche der Leiterplatte angeordnet sein. Temperature stabilization takes place by one or more Peltier elements which are arranged as close as possible to the components to be thermally stabilized. In particular, the heating elements and / or cooling elements with the components of the sensor device can be arranged on a common surface of the circuit board or separately on a second surface of the circuit board.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Temperatur der mindestens einer Strahlenquelle und/oder der Leiterplatte und/oder des Detektors durch mindestens einen Temperatursensor gemessen und von dem Steuergerät empfangen. Der Temperatursensor kann beispielsweise ein Thermoelement, Pyrometer oder ein Widerstandssensor sein. Insbesondere kann der According to a further embodiment, a temperature of the at least one radiation source and / or the circuit board and / or the detector is measured by at least one temperature sensor and received by the control unit. The temperature sensor can be, for example, a thermocouple, pyrometer or a resistance sensor. In particular, the
Temperatursensor die Temperatur der jeweiligen Komponente und/oder der Leiterplatte im Bereich der Komponente messen. Die ermittelten Messdaten des Temperatursensors können von dem Steuergerät empfangen und für die Auswertung von Daten zur Bestimmung des Straßenzustands verwendet werden. Temperature sensor measure the temperature of the respective component and / or the circuit board in the area of the component. The measurement data determined by the temperature sensor can be received by the control device and used to evaluate data to determine the road condition.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Temperatur in einer According to a further embodiment, the temperature is in a
mathematischen Funktion und/oder einer Simulation und/oder einer Temperatur- Strahlungsleistungs-Kennlinie zum Ermitteln einer Strahlungsleistung der erzeugten Strahlen verwendet. Zum fehlerfreien und präzisen Auswerten von Intensitäten bei der Straßenzustandsbestimmung ist die Kenntnis der ausgesendeten Strahlungsleistung essentiell. Eine Temperatur-Strahlungsleistungs-Kennlinie der in der Sensorvorrichtung verwendeten Lichtquellen bzw. Strahlenquellen kann in einer Tabelle hinterlegt sein, auf die beispielsweise mittels Interpolation zugegriffen wird. Durch Messen der Temperatur der jeweiligen Strahlenquellen kann die temperaturinduzierte Abweichung der Strahlungsleistung der Strahlenquellen, gegenüber einem kalibrierten Wert bei bekannter Temperatur, ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich zu der Tabelle kann die Strahlungsleistung der Strahlenquellen anhand der Temperatur berechnet werden. Dies kann durch Algorithmen, Simulationsmodelle und dergleichen erfolgen. Somit kann der thermische Einfluss auf die Komponenten anhand der Temperaturmessung durch das Steuergerät bei der Straßenzustandsbestimmung berücksichtigt werden. mathematical function and / or a simulation and / or a temperature-radiation power characteristic is used to determine a radiation power of the generated beams. Knowledge of the emitted radiation power is essential for error-free and precise evaluation of intensities when determining the road condition. A temperature-radiation power characteristic of the light sources or radiation sources used in the sensor device can be stored in a table, which can be accessed, for example, by means of interpolation. By measuring the temperature of the respective radiation sources, the temperature-induced deviation of the radiation power of the radiation sources compared to a calibrated value at a known temperature can be determined. As an alternative or in addition to the table, the radiation power of the radiation sources can be calculated based on the temperature. This can be done by algorithms, simulation models and the like. In this way, the thermal influence on the components can be taken into account when determining the road condition on the basis of the temperature measurement by the control unit.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die gemessene Temperatur zum Berücksichtigen einer temperaturabhängigen Wellenlängenverschiebung der Strahlenquelle und/oder zum Berücksichtigen von thermischen Einflüssen auf den Detektor eingesetzt. Detektoren können ebenfalls typischerweise According to a further exemplary embodiment, the measured temperature is used to take into account a temperature-dependent wavelength shift of the radiation source and / or to take into account thermal influences on the detector. Detectors can also typically
Temperatureffekte, wie beispielsweise Quanteneffizienz, Shuntwiderstände der Photodiode und dergleichen, aufweisen. Die gemessene Temperatur des mindestens einen Detektors kann die ermittelten Messwerte des Detektors korrigieren und somit die Genauigkeit der Messungen erhöhen. Temperature effects, such as quantum efficiency, shunt resistances of the photodiode and the like, have. The measured temperature of the at least one detector can correct the measured values determined by the detector and thus increase the accuracy of the measurements.
Die Wellenlängenverschiebung bzw. des sogenannte Wellenlängen-Shift der zentralen Wellenlänge über die Temperatur bei der Emission der Strahlen durch die Strahlenquellen kann softwarebasiert durch das Steuergerät im Algorithmus berücksichtigt und/oder hardwarebasiert durch Einstellen der Temperatur der Strahlenquellen durch die Heizeinrichtung und/oder Kühleinrichtung The wavelength shift or the so-called wavelength shift of the central wavelength over the temperature when the rays are emitted by the radiation sources can be taken into account in the software-based algorithm by the control device and / or hardware-based by setting the temperature of the radiation sources through the heating device and / or cooling device
entgegengewirkt werden. be counteracted.
Insbesondere kann eine Temperaturkompensation durch die Heizeinrichtung und/oder Kühleinrichtung notwendig sein, wenn keine Anpassung des In particular, temperature compensation by the heating device and / or cooling device may be necessary if the
Algorithmus zum Bestimmen des Straßenzustands durch das Steuergerät im geforderten Temperaturbereich möglich ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Strahlungsleistung der erzeugten Strahlen durch einen Intensitätssensor gemessen und von dem Steuergerät empfangen. Alternativ zu einer indirekten Ermittlung der Algorithm for determining the road condition by the control unit in the required temperature range is possible. According to a further exemplary embodiment, the radiation power of the generated beams is measured by an intensity sensor and received by the control unit. As an alternative to an indirect determination of the
Strahlungsleistung über die Messung der Temperatur der Strahlenquellen, kann die Strahlungsleistung unmittelbar durch den mindestens einen Intensitätssensor ermittelt werden. Der Intensitätssensor kann beispielsweise eine Photodiode, ein CMOS-Sensor, ein CCD-Sensor und dergleichen sein. Somit kann die Radiation power by measuring the temperature of the radiation sources, the radiation power can be determined directly by the at least one intensity sensor. The intensity sensor can be, for example, a photodiode, a CMOS sensor, a CCD sensor and the like. Thus, the
Strahlungsleistung durch den Intensitätssensor direkt, bevor, oder ohne, dass die Strahlung auf den Boden gesendet wird, gemessen werden. Radiated power can be measured by the intensity sensor directly before or without the radiation being sent to the ground.
Die Temperaturkompensation der Intensität ist nur dann nötig, wenn die The temperature compensation of the intensity is only necessary if the
Abweichungen durch Intensitätsänderungen nicht mehr ausreichend durch das Computerprogramm berücksichtigt werden können. Dies kann beispielsweise bei einem Unterschreiten eines unteren Schwellenwertes des Signal-Rausch- Verhältnisses des Signals erfolgen. Des Weiteren kann die Deviations due to changes in intensity can no longer be sufficiently taken into account by the computer program. This can take place, for example, when the signal-to-noise ratio of the signal falls below a lower threshold value. Furthermore, the
Temperaturkompensation notwendig sein, wenn Anforderungen an die Temperature compensation may be necessary if the requirements are met
Genauigkeit der in das Computerprogramm eingehenden Daten höher als die erreichte Genauigkeit ohne Temperaturkompensation sind. Bevorzugterweise kann alternativ oder zusätzlich die Temperaturstabilisierung der The accuracy of the data entering the computer program is higher than the accuracy achieved without temperature compensation. As an alternative or in addition, the temperature stabilization of the
Sensorvorrichtung zum Einhalten von Sicherheitsbestimmungen hinsichtlich der Augensicherheit eingesetzt werden. Sensor device can be used to comply with safety regulations with regard to eye safety.
Die emittierte Leistung der Strahlen kann mit einer derartigen Monitor- Photodiode, welche die optische Leistung der Lichtquelle misst, bestimmt und als Referenzsignal an das Steuergerät weiterleiten. The emitted power of the beams can be determined with a monitor photodiode of this type, which measures the optical power of the light source, and forwarded to the control unit as a reference signal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Strahlungsleistung der erzeugten Strahlen unmittelbar an der Strahlenquelle, indirekt über eine strahlenleitende Verbindung und/oder an einer Streustrahlung der Strahlenquelle durch den Intensitätssensor gemessen. In einer technisch einfachen According to a further embodiment, the radiation power of the generated rays is measured by the intensity sensor directly at the radiation source, indirectly via a radiation-conducting connection and / or at scattered radiation from the radiation source. In a technically simple one
Ausgestaltung kann der Intensitätssensor unmittelbar neben der Strahlenquelle positioniert sein und einen Teil der emittierten Strahlen und/oder das Streulicht der Strahlenquellen zum Ermitteln der Strahlungsleistung verwenden. Des Weiteren kann eine strahlenleitende Verbindung von der mindestens einen Strahlenquelle zum Intensitätssensor hergestellt werden. Dies kann In an embodiment, the intensity sensor can be positioned directly next to the radiation source and use part of the emitted rays and / or the scattered light of the radiation sources to determine the radiation power. Furthermore, a radiation-guiding connection of the at least one Radiation source are produced to the intensity sensor. This can
beispielsweise durch Beamsplitter, Lichtleiter und dergleichen realisiert werden. can be realized for example by beam splitters, light guides and the like.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird eine Temperaturabhängigkeit des Intensitätssensors durch eine mathematische Funktion und/oder eine According to a further embodiment, a temperature dependency of the intensity sensor is determined by a mathematical function and / or a
Vergleichstabelle kompensiert. Hierdurch können temperaturabhängige Einflüsse der Photodiodenkenngrößen auf das Signal kompensiert werden. Beispielsweise kann eine derartige Berücksichtigung durch eine wellenlängenabhängige Temperatur-Sensitivitäts-Kennlinie erfolgen. Eine derartige Berücksichtigung kann insbesondere für Wellenlängenbereiche, welche nicht am Rand des Empfindlichkeitsbereichs des Detektors liegen vorteilhaft sein. Compensated comparison table. In this way, temperature-dependent influences of the photodiode parameters on the signal can be compensated. For example, such consideration can take place by means of a wavelength-dependent temperature sensitivity characteristic. Such consideration can be advantageous in particular for wavelength ranges that are not at the edge of the sensitivity range of the detector.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung mit einem Steuergerät zum According to a further aspect of the invention, a sensor device is provided, the sensor device having a control device for
Durchführen des Verfahrens verbindbar ist. Die Sensorvorrichtung weist eine Leiterplatte mit mindestens einer Strahlenquelle zum Erzeugen von Strahlen und zum Emittieren der Strahlen in einen Abtastbereich und mit mindestens einem Detektor zum Empfangen von im Abtastbereich reflektierten oder gestreuten Strahlen auf. Thermische Einflüsse auf die Sensorvorrichtung sind durch mindestens einen Sensor ermittelbar. Insbesondere sind die thermischen Einflüsse auf die Komponenten der Sensorvorrichtung ermittelbar. Die Performing the method is connectable. The sensor device has a circuit board with at least one radiation source for generating beams and for emitting the beams into a scanning area and with at least one detector for receiving beams reflected or scattered in the scanning area. Thermal influences on the sensor device can be determined by at least one sensor. In particular, the thermal influences on the components of the sensor device can be determined. The
Komponenten der Sensorvorrichtung können beispielsweise Strahlenquellen, wie beispielsweise LEDs oder Halbleiterlaser, Detektoren, Widerstände, Photodioden und dergleichen sein. Components of the sensor device can, for example, be radiation sources such as LEDs or semiconductor lasers, detectors, resistors, photodiodes and the like.
Die Sensorvorrichtung kann vorzugsweise Messdaten zum Durchführen einer Straßenzustandsbestimmung durch das Steuergerät liefern. Der mindestens eine Sensor kann ein Temperatursensor und/oder ein Intensitätssensor sein. The sensor device can preferably supply measurement data for carrying out a road condition determination by the control device. The at least one sensor can be a temperature sensor and / or an intensity sensor.
Hierdurch kann die Temperatur und/oder der Einfluss der Temperatur auf die Strahlenquellen durch den mindestens einen Sensor der Sensorvorrichtung ermittelt werden. Die Kenntnis der thermischen Einflüsse auf die Komponenten kann zum Kompensieren dieser Einflüsse verwendet werden. In this way, the temperature and / or the influence of the temperature on the radiation sources can be determined by the at least one sensor of the sensor device. Knowledge of the thermal influences on the components can be used to compensate for these influences.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Sensor als ein According to one embodiment, the at least one sensor is a
Temperatursensor und/oder als ein Intensitätssensor ausgestaltet. Hierdurch können direkte oder indirekte Einflüsse einer sich ändernden Betriebstemperatur der Komponenten ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Strahlenquelle eine zentrale Wellenlänge aufweisen, die temperaturunabhängig ist. Insbesondere kann nur die Strahlungsleistung der mindestens einen Strahlenquelle von der Temperatur abhängen, sodass nur eine Kompensation der Strahlungsleistung notwendig ist. Eine derartige Temperature sensor and / or designed as an intensity sensor. Through this direct or indirect influences of a changing operating temperature of the components can be determined. Alternatively or additionally, the at least one radiation source can have a central wavelength that is independent of temperature. In particular, only the radiation power of the at least one radiation source can depend on the temperature, so that only a compensation of the radiation power is necessary. Such a one
Strahlenquelle kann beispielsweise als ein DFB-Laser ausgeführt sein. Hierdurch kann eine Kompensation der Wellenlängenverschiebung entfallen. Radiation source can be designed as a DFB laser, for example. This eliminates the need to compensate for the wavelength shift.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist mindestens ein Streulichtschutz im Bereich des mindestens einen Detektors angeordnet. Vorzugsweise kann der Streulichtschutz den Detektor randseitig bzw. seitlich vor Streulichteinfall schützen. Hierdurch kann der Detektor benachbart zu den Strahlenquellen angeordnet werden, sodass die Sensorvorrichtung besonders kompakt aufgebaut sein kann. According to a further exemplary embodiment, at least one scattered light protection is arranged in the region of the at least one detector. The scattered light protection can preferably protect the detector from the incidence of scattered light on the edge or side. As a result, the detector can be arranged adjacent to the radiation sources, so that the sensor device can have a particularly compact design.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist im Strahlengang der aus dem According to a further embodiment, the beam path from the
Abtastbereich reflektierten oder rückgestreuten Strahlen mindestens ein Scanning area reflected or backscattered rays at least one
Bandpassfilter angeordnet. Der mindestens eine Bandpassfilter kann im Bandpass filter arranged. The at least one band pass filter can be in
Strahlengang vor dem Detektor oder hinter der mindestens einen Strahlenquelle angeordnet sein. The beam path can be arranged in front of the detector or behind the at least one radiation source.
Bevorzugterweise kann ein Bandpassfilter vor dem Detektor angeordnet werden, welcher mehrere schmale, gewünschte Wellenlängenbereiche transmittiert. Durch den Einsatz eines derartigen Multiwellenlängen-Bandpassfilters kann die Anzahl der verwendeten Komponenten bei dieser Ausführungsform reduziert werden. Bei einem derartigen Bandpassfilter kann das Verwenden von mehreren Detektoren mit je einem Filter oder die zeitliche Variation des Filters, wie beispielsweise durch einen Fabry-Perot Filter, entfallen. A bandpass filter, which transmits a plurality of narrow, desired wavelength ranges, can preferably be arranged in front of the detector. By using such a multi-wavelength band-pass filter, the number of components used can be reduced in this embodiment. In the case of such a bandpass filter, the use of several detectors, each with a filter, or the temporal variation of the filter, such as by a Fabry-Perot filter, can be dispensed with.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Bandpassfilter am Streulichtschutz des Detektors angeordnet, wobei der Bandpassfilter, der Streulichtschutz und der Detektor miteinander verbunden sind. Hierdurch kann eine kompakte Detektoreinheit realisiert werden. Der Streulichtschutz kann als ein Gehäuse ausgeführt sein, welches zumindest einseitig geöffnet ist. Die offene Seite des Streulichtschutzes kann durch mindestens einen Bandpassfilter verdeckt werden. Im Streulichtschutz kann der mindestens eine Detektor positioniert sein. According to a further embodiment, the at least one bandpass filter is arranged on the scattered light protection of the detector, the bandpass filter, the scattered light protection and the detector being connected to one another. This enables a compact detector unit to be realized. The stray light protection can be used as be designed a housing which is open at least on one side. The open side of the stray light protection can be covered by at least one bandpass filter. The at least one detector can be positioned in the scattered light protection.
In einer weiteren Ausführung können als Strahlenquellen relativ breitbandige Lichtquellen wie beispielsweise LEDs verwendet werden. Diese können mit schmalbandigen Bandpassfiltern kombiniert werden, welche in ausreichender Näherung einen temperaturunabhängigen Wellenlängenbereich transmittieren. Somit kann sich zwar noch die resultierende Strahlungsleistung verändern, aber nicht mehr der durch den Bandpassfilter auf den Detektor transmittierte In a further embodiment, relatively broadband light sources such as LEDs can be used as radiation sources. These can be combined with narrow-band bandpass filters which, as a sufficient approximation, transmit a temperature-independent wavelength range. Thus, although the resulting radiation power can still change, the one transmitted through the bandpass filter to the detector can no longer change
Wellenlängenbereich. Wavelength range.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen The following are based on greatly simplified schematic
Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen Illustrations of preferred exemplary embodiments of the invention explained in more detail. Show here
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform, und 1 shows a schematic plan view of a sensor device according to an embodiment, and
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung der Sensorvorrichtung aus Fig. 1. FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of the sensor device from FIG. 1.
In der Figur 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Sensorvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Sensorvorrichtung 1 weist eine Leiterplatte 2 auf. FIG. 1 shows a schematic plan view of a sensor device 1 according to one embodiment. The sensor device 1 has a printed circuit board 2.
Die Leiterplatte 2 ist beispielhaft quadratisch geformt und ist aus einem Werkstoff mit guter thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Metall, gefertigt. Hierdurch kann die thermische Leitfähigkeit der Leiterplatte 2 erhöht werden. The circuit board 2 is, for example, square shaped and is made of a material with good thermal conductivity, such as metal. This allows the thermal conductivity of the printed circuit board 2 to be increased.
Auf der Leiterplatte 2 der Sensorvorrichtung 1 ist mittig ein Detektor 4 A detector 4 is centrally located on the circuit board 2 of the sensor device 1
angeordnet. Der Detektor 4 kann beispielsweise als ein CCD-Sensor, ein CMOS- Sensor oder als eine Photodiode, wie beispielsweise eine PIN-Photodiode ausgeführt sein. Umfangsseitig um den Detektor 4 ist ein Streulichtschutz 6 angeordnet. Falls der Detektor 4 eine zylindrische Form aufweist, ist der Streulichtschutz 6 rohrförmig ausgeprägt und nimmt innenseitig den Detektor 4 formschlüssig auf. Der Streulichtschutz 6 kann abhängig von der Bauform des Detektors 4 unterschiedlich ausfallen. Beispielsweise kann der Streulichtschutz 6 eine quadratische oder rechteckige Form bei einem Detektor 4 in SM D Bauweise haben. Alternativ oder zusätzlich kann der Streulichtschutz 6 bereits im Detektor 4 integriert sein. Der Streulichtschutz 6 begrenzt den Detektor 4 radial R bzw. entlang einer Mantelfläche M des Detektors 4. Der Detektor 4 kann eine eigene Empfangsoptik oder eine integrierte Empfangsoptik, wie beispielsweise eine Linse aufweisen. arranged. The detector 4 can be designed, for example, as a CCD sensor, a CMOS sensor or as a photodiode, such as a PIN photodiode. A stray light protection 6 is arranged around the circumference of the detector 4. If the detector 4 has a cylindrical shape, that is Scattered light protection 6 is tubular and receives the detector 4 on the inside in a form-fitting manner. The scattered light protection 6 can be different depending on the design of the detector 4. For example, the scattered light protection 6 can have a square or rectangular shape in the case of a detector 4 in an SM D design. Alternatively or additionally, the scattered light protection 6 can already be integrated in the detector 4. The scattered light protection 6 delimits the detector 4 radially R or along a lateral surface M of the detector 4. The detector 4 can have its own receiving optics or an integrated receiving optics, such as a lens.
In axialer Richtung A kann der Streulichtschutz 6 den Detektor 4 überragen. Endseitig ist auf dem Streulichtschutz 6 ein Bandpassfilter 8 angeordnet. In the axial direction A, the scattered light protection 6 can project beyond the detector 4. A bandpass filter 8 is arranged on the end of the scattered light protection 6.
Hierdurch können ankommende Strahlen nur bestimmter Wellenlängen zum Detektor 4 durch den Bandpassfilter 8 transmittieren. In this way, incoming rays of only certain wavelengths can be transmitted to the detector 4 through the bandpass filter 8.
Die Sensorvorrichtung 1 weist weiterhin vier in einer Reihe auf der Leiterplatte 2 angeordnete Strahlenquellen 10 auf. Die Strahlenquellen 10 können in einer beliebigen Anzahl und in einer beliebigen Form auf der Leiterplatte 2 angeordnet sein. Beispielsweise kann nur eine Strahlenquelle 10 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Strahlenquellen 10 um den Streulichtschutz 8 kreisförmig positioniert sein. Gemäß der Ausführungsform sind die The sensor device 1 also has four radiation sources 10 arranged in a row on the circuit board 2. The radiation sources 10 can be arranged in any number and in any form on the circuit board 2. For example, only one radiation source 10 can be provided. Alternatively or additionally, several radiation sources 10 can be positioned in a circle around the scattered light protection 8. According to the embodiment, the
Strahlenquellen 10 als Infrarot-LEDs ausgeführt. Die Strahlenquellen 10 können sukzessive bzw. in einer Reihenfolge nacheinander aktiviert und deaktiviert betrieben werden. Radiation sources 10 designed as infrared LEDs. The radiation sources 10 can be activated and deactivated successively or in a sequence one after the other.
Zu den Strahlenquellen 10 benachbart ist ein Temperatursensor 12 und eine Intensitätssensor 14 auf der Leiterplatte angeordnet. Der Temperatursensor 12 ist beispielsweise als ein Widerstandstemperaturfühler ausgeführt, welcher thermisch leitend mit der Leiterplatte 2 gekoppelt ist. Da der Temperatursensor 12 unmittelbar an den Strahlenquellen 10 positioniert ist, kann die Temperatur der Strahlenquellen 10 mittels des Temperatursensors 12 überwacht werden. A temperature sensor 12 and an intensity sensor 14 are arranged on the circuit board adjacent to the radiation sources 10. The temperature sensor 12 is designed, for example, as a resistance temperature sensor which is coupled to the printed circuit board 2 in a thermally conductive manner. Since the temperature sensor 12 is positioned directly on the radiation sources 10, the temperature of the radiation sources 10 can be monitored by means of the temperature sensor 12.
Der Intensitätssensor 14 ist als eine Monitor-Photodiode ausgeführt und kann das von den Strahlenquellen 10 emittierte Streulicht messen und somit zum Überwachen der Strahlungsleistung der Strahlenquellen 10 eingesetzt werden. In der Figur 2 ist die Sensorvorrichtung 1 aus Figur 1 seitlich in einem The intensity sensor 14 is designed as a monitor photodiode and can measure the scattered light emitted by the radiation sources 10 and can thus be used to monitor the radiation power of the radiation sources 10. In FIG. 2, the sensor device 1 from FIG. 1 is laterally in one
Querschnitt dargestellt. Hierdurch kann die formschlüssige Anordnung des Streulichtschutzes 8 um den Detektor 4 veranschaulicht werden. Cross-section shown. In this way, the form-fitting arrangement of the scattered light protection 8 around the detector 4 can be illustrated.
Die Strahlenquellen 10 erzeugen Strahlen 16, welche in einen Abtastbereich 18 emittiert werden. Die erzeugten Strahlen 16 können durch eine oder mehrere Optiken vor dem Emittieren geformt werden. The radiation sources 10 generate rays 16 which are emitted into a scanning area 18. The generated beams 16 can be shaped by one or more optics prior to emitting.
Im Abtastbereich 18 können die erzeugten Strahlen 16 auf Hindernisse 20, wie beispielsweise Objekte oder eine Fahrbahn treffen. An dem Hindernis 20 können die erzeugten Strahlen 16 zur Sensorvorrichtung 1 reflektiert oder zurückgestreut werden. Die zur Sensorvorrichtung 1 reflektierten oder zurückgestreuten In the scanning area 18, the beams 16 generated can strike obstacles 20, such as objects or a roadway. The beams 16 generated can be reflected or scattered back to the sensor device 1 at the obstacle 20. Those reflected or scattered back to the sensor device 1
Strahlen 22 können anschließend durch den Bandpassfilter 8 blockiert oder durch den Bandpassfilter zum Detektor 4 transmittieren. Beams 22 can then be blocked by the bandpass filter 8 or transmitted to the detector 4 through the bandpass filter.
Die Leiterplatte 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel temperaturstabilisiert ausgeführt. Hierzu ist auf einer Rückseite der Leiterplatte 2 ein Peltierelement 24 angeordnet. Das Peltierelement 24 dient als Kühlelement und als Heizelement zum Einstellen einer Temperatur der Leiterplatte 2 und der auf der Leiterplatte 2 angeordneten Komponenten 4, 6, 10, 12, 14. According to the exemplary embodiment, the circuit board 2 is designed to be temperature-stabilized. For this purpose, a Peltier element 24 is arranged on a rear side of the printed circuit board 2. The Peltier element 24 serves as a cooling element and as a heating element for setting a temperature of the circuit board 2 and the components 4, 6, 10, 12, 14 arranged on the circuit board 2.
Die zum Detektor 4 transmittierten Strahlen 22 können in elektrische Signale umgewandelt und von einem Steuergerät 26 empfangen werden. Das The beams 22 transmitted to the detector 4 can be converted into electrical signals and received by a control device 26. The
Steuergerät 26 ist mit den Leiterbahnen 3 der Leiterplatte 2 verbunden und kann die Komponenten 4, 6, 10, 12, 14, 24 auslesen bzw. ansteuern. Hierdurch kann das Steuergerät 26 die Messwerte der Sensoren bzw. Detektoren 4, 12, 14 empfangen und auswerten. Parallel hierzu kann das Steuergerät 26 die Control device 26 is connected to conductor tracks 3 of circuit board 2 and can read out or control components 4, 6, 10, 12, 14, 24. In this way, the control device 26 can receive and evaluate the measured values from the sensors or detectors 4, 12, 14. In parallel, the control unit 26 can
Strahlenquellen 10 und das Peltierelement 24 ansteuern und regeln. Control and regulate radiation sources 10 and the Peltier element 24.
Das Steuergerät 26 weist ein maschinenlesbares Speichermedium 28 auf, welches ein Programm zum Betreiben der Sensorvorrichtung 1 aufweist. The control device 26 has a machine-readable storage medium 28 which has a program for operating the sensor device 1.
Hierdurch kann das Steuergerät 26 insbesondere eine As a result, the control device 26 can in particular a
Straßenzustandsbestimmung basierend auf den Messwerten des Detektors 4 durchführen. Die Messwerte des Temperatursensors 12 und des Intensitätssensors 14 können durch das Steuergerät 26 dazu eingesetzt werden, eine Kompensation der thermischen Einflüsse auf den Detektor 4 und die Strahlenquellen 10 durchzuführen. Die thermischen Einflüsse können bei der Auswertung durch das Steuergerät 26 berücksichtigt werden oder durch Einstellen der Temperatur durch das Carry out road condition determination based on the measured values of the detector 4. The measured values of the temperature sensor 12 and the Intensity sensors 14 can be used by control device 26 to compensate for the thermal influences on detector 4 and radiation sources 10. The thermal influences can be taken into account in the evaluation by the control unit 26 or by setting the temperature by the
Peltierelement 24. Peltier element 24.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung (1) zur Bestimmung eines Straßenzustands, bei dem Strahlen (16) von mindestens einer 1. A method for operating a sensor device (1) for determining a road condition in which rays (16) from at least one
Strahlenquelle (10) erzeugt und in einen Abtastbereich (18) emittiert werden, aus dem Abtastbereich (18) zurückgestreute oder reflektierte Strahlen (22) durch mindestens einen Detektor (4) ermittelt und zum Bestimmen des Straßenzustands durch ein mit dem Detektor (4) gekoppeltes Radiation source (10) are generated and emitted into a scanning area (18), beams (22) scattered back or reflected from the scanning area (18) are determined by at least one detector (4) and for determining the road condition by a device coupled to the detector (4)
Steuergerät (26) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass temperaturabhängige Einflüsse auf mindestens eine Komponente (4, 6, 10, 12, 14) der Sensorvorrichtung (1) durch mindestens einen Sensor (12, 14) ermittelt werden, wobei die temperaturabhängigen Einflüsse auf die Control device (26) are evaluated, characterized in that temperature-dependent influences on at least one component (4, 6, 10, 12, 14) of the sensor device (1) are determined by at least one sensor (12, 14), the temperature-dependent influences on the
Komponente (4, 6, 10, 12, 14) der Sensorvorrichtung (1) durch eine Component (4, 6, 10, 12, 14) of the sensor device (1) by a
Heizeinrichtung (24) und/oder eine Kühleinrichtung (24) und/oder bei der Auswertung durch das Steuergerät (26) kompensiert werden. Heating device (24) and / or a cooling device (24) and / or can be compensated for during the evaluation by the control device (26).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Komponente (4, 6, 10, 12, 14) der Sensorvorrichtung (1) auf mindestens einer thermisch leitfähigen 2. The method according to claim 1, wherein the component (4, 6, 10, 12, 14) of the sensor device (1) on at least one thermally conductive
Leiterplatte (2) angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (2) und/oder die auf der Leiterplatte (2) angeordnete Komponente (4, 6, 10, 12, 14) durch die Circuit board (2) is arranged, the circuit board (2) and / or the component (4, 6, 10, 12, 14) arranged on the circuit board (2) through the
Heizeinrichtung (24) und/oder Kühleinrichtung (24) thermisch eingestellt wird. Heating device (24) and / or cooling device (24) is set thermally.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Temperatur der mindestens einen Strahlenquelle (10) und/oder der Leiterplatte (2) und/oder des 3. The method according to claim 1 or 2, wherein a temperature of the at least one radiation source (10) and / or the circuit board (2) and / or the
Detektors (4) durch mindestens einen Temperatursensor (12) gemessen und von dem Steuergerät (26) empfangen wird. Detector (4) is measured by at least one temperature sensor (12) and received by the control device (26).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Temperatur in einer mathematischen Funktion und/oder einer Simulation und/oder einer Temperatur- Strahlungsleistungs-Kennlinie zum Ermitteln der Strahlungsleistung der erzeugten Strahlen (16) verwendet wird. 4. The method according to claim 3, wherein the temperature is used in a mathematical function and / or a simulation and / or a temperature-radiation power characteristic curve for determining the radiation power of the generated beams (16).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die gemessene 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the measured
Temperatur zum Berücksichtigen einer temperaturabhängigen Temperature to take into account a temperature-dependent
Wellenlängenverschiebung der Strahlenquelle (10) und/oder zum Wavelength shift of the radiation source (10) and / or to
Berücksichtigen von thermischen Einflüssen auf den Detektor (4) eingesetzt wird. Taking into account thermal influences on the detector (4) is used.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strahlungsleistung der erzeugten Strahlen (16) durch einen Intensitätssensor (14) gemessen und von dem Steuergerät (26) empfangen wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the radiation power of the generated beams (16) is measured by an intensity sensor (14) and received by the control device (26).
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Strahlungsleistung der erzeugten Strahlen (16) unmittelbar an der Strahlenquelle (10), indirekt über eine strahlenleitende Verbindung und/oder an einer Streustrahlung der 7. The method according to claim 6, wherein the radiation power of the generated beams (16) directly at the radiation source (10), indirectly via a radiation-conducting connection and / or at scattered radiation
Strahlenquelle (10) durch den Intensitätssensor (14) gemessen wird. Radiation source (10) is measured by the intensity sensor (14).
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Temperaturabhängigkeit des Intensitätssensors (14) durch eine mathematische Funktion und/oder eine Vergleichstabelle kompensiert wird. 8. The method according to claim 6 or 7, wherein a temperature dependency of the intensity sensor (14) is compensated for by a mathematical function and / or a comparison table.
9. Sensorvorrichtung (1), wobei die Sensorvorrichtung (1) mit einem 9. Sensor device (1), wherein the sensor device (1) with a
Steuergerät (26) zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche verbindbar ist, aufweisend mindestens eine Leiterplatte (2) mit mindestens einer Strahlenquelle (10) zum Erzeugen von Strahlen (16) und zum Emittieren der Strahlen (16) in einen Control device (26) can be connected for performing the method according to one of the preceding claims, comprising at least one printed circuit board (2) with at least one radiation source (10) for generating beams (16) and for emitting the beams (16) into one
Abtastbereich (18) und mit mindestens einem Detektor (4) zum Empfangen von im Abtastbereich (18) reflektierten oder gestreuten Strahlen (22), dadurch gekennzeichnet, dass thermische Einflüsse auf die Scanning area (18) and having at least one detector (4) for receiving beams (22) reflected or scattered in the scanning area (18), characterized in that thermal influences on the
Sensorvorrichtung (1) durch mindestens einen Sensor (12, 14) ermittelbar sind. Sensor device (1) can be determined by at least one sensor (12, 14).
10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der mindestens eine Sensor (12, 14) als ein Temperatursensor (12) und/oder als ein Intensitätssensor (14) ausgestaltet ist, wobei die mindestens eine Strahlenquelle (10) eine temperaturunabhängige zentrale Wellenlänge aufweist. 10. Sensor device according to claim 9, wherein the at least one sensor (12, 14) is designed as a temperature sensor (12) and / or as an intensity sensor (14), the at least one radiation source (10) having a temperature-independent central wavelength.
11. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei mindestens ein 11. Sensor device according to claim 9 or 10, wherein at least one
Streulichtschutz (6) im Bereich des mindestens einen Detektors (4) angeordnet ist. Scattered light protection (6) is arranged in the region of the at least one detector (4).
12. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei im 12. Sensor device according to one of claims 9 to 11, wherein im
Strahlengang der aus dem Abtastbereich (18) reflektierten oder Beam path of the reflected or from the scanning area (18)
rückgestreuten Strahlen (22) mindestens ein Bandpassfilter (8) angeordnet ist. backscattered rays (22) at least one bandpass filter (8) is arranged.
13. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der mindestens eine Bandpassfilter (8) am Streulichtschutz (6) des Detektors (4) angeordnet ist, wobei der Bandpassfilter (8), der Streulichtschutz (6) und der Detektor (4) miteinander verbunden sind. 13. Sensor device according to one of claims 9 to 12, wherein the at least one bandpass filter (8) is arranged on the stray light protection (6) of the detector (4), the bandpass filter (8), the stray light protection (6) and the detector (4) are connected to each other.
14. Steuergerät (26), wobei das Steuergerät (26) dazu eingerichtet ist das 14. Control device (26), wherein the control device (26) is set up for this
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen. To carry out the method according to any one of claims 1 to 8.
15. Computerprogramm, welches auf einem maschinenlesbaren 15. Computer program, which on a machine-readable
Speichermedium (28) hinterlegt ist, umfassend Befehle, die bei der Storage medium (28) is stored, comprising commands that are in the
Ausführung des Computerprogramms durch ein Steuergerät (26) diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen. Execution of the computer program by a control device (26) causing the latter to carry out a method according to one of Claims 1 to 8.
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