EP4689716A1 - Mess-system zur umgebungserfassung, verfahren zum betrieb eines solchen mess-systems sowie fahrzeug - Google Patents

Mess-system zur umgebungserfassung, verfahren zum betrieb eines solchen mess-systems sowie fahrzeug

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Publication number
EP4689716A1
EP4689716A1 EP24716385.0A EP24716385A EP4689716A1 EP 4689716 A1 EP4689716 A1 EP 4689716A1 EP 24716385 A EP24716385 A EP 24716385A EP 4689716 A1 EP4689716 A1 EP 4689716A1
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EP
European Patent Office
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radar
measuring system
optical
scanning
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
EP24716385.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten BEUTH
Christoph Parl
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.)
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Detection Systems 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 Valeo Detection Systems GmbH filed Critical Valeo Detection Systems GmbH
Publication of EP4689716A1 publication Critical patent/EP4689716A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G01S13/865—Combination of radar systems with lidar systems
    • G—PHYSICS
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
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    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Definitions

  • the application relates to a measuring system for detecting the environment and a method for operating such a measuring system.
  • Measuring systems for detecting the environment are used in vehicles, for example. Such measuring systems can be based on electromagnetic waves.
  • Modern vehicles have a variety of measuring systems, also known as sensors, whose data is used to provide information to the driver and/or to driver assistance systems.
  • the measuring systems record the surroundings of the vehicle and other road users. Based on the recorded data, a model of the vehicle's environment can be created and changes in this vehicle environment can be responded to.
  • Measuring systems are constantly being developed for various functions, e.g. for the acquisition of environmental information in the near and far range of vehicles, such as passenger cars or commercial vehicles.
  • Measuring systems can also serve as sensor systems for driver assistance systems, in particular assistance systems for autonomous or semi-autonomous vehicle control. They can be used in particular to detect obstacles and/or other road users in the front, rear or blind spot area of a vehicle.
  • Measuring systems can be based on various sensor principles, such as radar, ultrasound, optics.
  • a Lidar sensor has an optical transmitter unit and an optical receiver unit.
  • the transmitter unit can send out an optical transmission signal, which can be continuous or pulsed.
  • the optical Transmission signal can be modulated.
  • electromagnetic waves in the form of laser beams in the ultraviolet, visual or infrared range can be used.
  • the receiving unit can receive the light after reflection from an object in a monitoring area in the vicinity of the lidar sensor.
  • the optical reception signal can be evaluated using the optical transmission signal, e.g. according to a time-of-flight method, and the spatial position and distance of the object at which the reflection occurred can be determined. It is also possible to determine a relative speed.
  • reflection or reflected light is understood to mean any light that is thrown back and should in particular also include light that is thrown back by scattering or absorption emission.
  • a radar sensor has a transmitting unit for a radar transmitting signal and a receiving unit for a radar receiving signal.
  • the receiving unit can receive the radar signal after it has been reflected from an object in a monitoring area in the vicinity of the radar sensor.
  • the radar receiving signal can be evaluated using the radar transmitting signal and information about the object on which the reflection occurred can be determined.
  • Radar sensors can also be used in vehicles to detect blind spots and can be installed in side mirrors for this purpose, for example.
  • US 2018/0149742 Al describes a sensor unit that is mounted on the roof of a vehicle and contains both radar and lidar sensors.
  • the sensor unit can rotate so that both the radar and lidar sensors are rotated so that both the radar and lidar sensors detect the environment over the entire horizontal plane over the duration of one revolution.
  • a measuring system for environmental detection has an optical sensor system for environmental detection and a radar sensor for environmental detection
  • the optical sensor system is designed to detect the environment using optical signals, whereby the optical sensor system has a deflection device for the optical signals.
  • the deflection device has a rotating body.
  • the radar sensor is arranged on the rotating body in such a way that the environment can be scanned by the radar sensor in a first direction for detecting the environment by rotating the rotating body.
  • the rotating body can also be referred to as a rotor, for example.
  • the optical signals can in particular comprise optical transmission signals and/or optical reception signals.
  • the optical sensor system can have an optical transmission unit with a light source for transmitting the optical reception signals and an optical reception unit with a reception sensor for receiving the optical reception signals.
  • the radar sensor can have a transmission unit for transmitting radar transmission signals and a reception unit for receiving radar reception signals.
  • Such a measuring system has the advantage that the radar sensor can use the rotary movement of the deflection device to scan the environment.
  • the radar sensor itself can therefore be constructed more simply.
  • a separate deflection device for the radar sensor can be dispensed with for scanning in the first direction.
  • the radar sensor can perform the rotational movement together with the rotating body. This can create a cooling effect on the radar sensor, which is caused by the flow around it. This can make it possible to dispense with further cooling measures on the radar sensor, which can result in cost savings.
  • the deflection device has a rotating mirror device with at least one mirror surface, wherein the at least one mirror surface can be connected to the rotating body and in particular can be attached to it.
  • the at least one mirror surface can have essentially reflective properties with respect to the wavelength of the optical sensor system and can be designed to be at least partially transparent to the wavelengths of the radar sensor.
  • the at least one mirror surface can also be designed as a selective bandpass filter and/or based on a very thin metal layer. Due to the rotational movement of the Rotating body, the optical signals of the optical sensor system are deflected in their direction for the purpose of detecting the environment. The deflection can affect optical transmission signals and/or optical reception signals.
  • the optical sensor system can in particular comprise a lidar sensor, which works, for example, with optical signals that include laser light.
  • the deflection device is arranged in the optical transmission path and/or in the optical reception path of the optical sensor system.
  • the optical transmission path is the path that the optical transmission light travels after being emitted by the light source on its way into the environment until it is reflected on an object, for example.
  • the optical reception path is the path that the optical reception light travels after being reflected on an object, for example, before being received by the reception sensor.
  • the environment can be scanned by the optical sensor system, particularly in the first direction, for detecting the environment due to the rotary movement of the rotating body. Due to the rotary movement of the rotating body, the optical transmission signals of the optical sensor system are gradually deflected in their angular direction for the purpose of detecting the environment. As a result, the optical transmission signals gradually impinge on objects in the environment, for example, with a small offset that depends on the deflection by the deflection device.
  • the scanning can also be referred to as scanning.
  • the radar sensor is arranged on the rotating body in such a way that its scanning of the environment precedes the scanning of the environment by the optical sensor system in the first direction.
  • precedence means that radar transmission beams, in connection with the rotary movement of the rotating body, hit points or areas at certain angles of the environment before the optical transmission beams. This makes it possible to incorporate findings obtained from the environment detection by the radar sensor into the environment detection by the optical sensor system.
  • At least one parameter of the optical sensor system depends on the environmental detection by the radar Sensor. For example, if the radar sensor detects an impairment of the optical environment detection, the strength of the optical transmission signal emitted can be increased.
  • the transmission characteristic of the radar transmission signal runs transversely, in particular perpendicularly, to the at least one mirror surface of the rotating mirror device. This allows the radar transmission signal to scan the environment, for example, in the same direction as the optical transmission signal.
  • the transmission characteristic of the radar transmission signal has two main directions, each of which runs transversely, in particular perpendicularly, to the at least one mirror surface. This could, for example, relate to a radar sensor that has two "main lobes" in the characteristics of its transmission signal. These two main lobes could, for example, be directed in opposite directions.
  • the transmission characteristic of the radar transmission signal is wider in a second direction transversely, in particular perpendicularly, to the first direction than in the first direction.
  • the widening can in particular relate to the direction transversely, e.g. perpendicularly, to the scanning direction. In the case of a horizontal scanning direction, this can mean a widening in the vertical direction.
  • the radar sensor has a further deflection device for the radar transmission signal, by means of which the environment can be scanned in a third direction by the radar sensor.
  • the scanning in the third direction is effected by the further deflection device for the radar sensor.
  • the further deflection device can, for example, comprise a phase array, by means of which the radar transmission signal can be deflected in the third direction such that, for example, the vertical direction is scanned by the radar sensor in addition to the horizontal direction.
  • the third direction can in particular correspond to the vertical direction.
  • a further radar sensor is arranged on the rotating body in such a way that the rotational movement of the rotating body the environment can be scanned by the additional radar sensor. This makes it possible to use the rotating body to scan the environment for additional radar sensors.
  • the environment is scanned by the optical sensor system for detecting the environment.
  • mirror surfaces attached to the rotating body of the deflection device of the optical sensor system are used to deflect the optical transmission beams emitted by the optical transmission unit and thus to carry out a scan of the environment.
  • the scanning is carried out by the rotary movement of the rotating body.
  • the scanning of the environment by the radar sensor precedes the scanning of the environment by the optical sensor system. In one embodiment of the method, this allows at least one parameter of the optical sensor system to be adjusted depending on the scanning by the radar sensor. This can, for example, relate to the strength of the optical transmission signal if, for example, a blockage in the transmission path of the optical transmission signal has been detected by the radar sensor moving ahead with its transmission beam.
  • a vehicle can have the measuring system described.
  • the measuring system can be used in the vehicle to detect the environment and exchange information with control and regulation systems arranged in the vehicle.
  • actuators of the vehicle can be controlled and thus, for example, autonomous and/or partially autonomous driving functions can be implemented.
  • Fig. 2 schematically shows another embodiment of a measuring system for environmental detection
  • Fig. 3 shows a schematic example of a scanning grid of the measuring system
  • Fig. 4 schematically shows another example of a scanning grid of the measuring system
  • FIG. 5 schematic side view of a vehicle with measuring system
  • Fig. 6 schematically shows a top view of the vehicle with measuring system
  • Fig. 7 schematically shows a flow diagram of an embodiment of a method for operating the measuring system.
  • Figure 1 shows a schematic of a measuring system 10, which can be used, for example, for environmental detection in a vehicle 100.
  • the measuring system 10 has an optical sensor system 12, which can include a lidar system, for example.
  • the optical sensor system 12 sends out an optical transmission signal LTX for detecting the environment through an optical transmission unit.
  • the optical sensor system 12 also has an optical reception unit, which is designed to receive an optical reception signal LRX.
  • the evaluation of the optical transmission signal LTX and the optical reception signal LRX can be carried out, for example, in a control unit, which can have memory and a computing unit.
  • the control unit can be arranged, for example, in the optical sensor system 12 and/or at another location in the measuring system 10.
  • the optical sensor system 12 is designed to detect the surroundings of the measuring system 10 by scanning. During scanning, the optical transmission signal LTX is guided over the surroundings by a step-by-step angle change in a scanning direction in the first direction 28. Reflections from objects in the surroundings, for example, reach a receiving sensor of the optical sensor system 12 as an optical reception signal LRX and can be evaluated together with the optical transmission signal LTX.
  • the scanning of the environment is carried out by deflecting the optical transmission signal LTX by an optical deflection device 20, which has a rotating body that is mounted so that it can rotate about at least one axis.
  • the optical deflection device can, for example, be made up of optical elements such as at least one lens and/or at least one prism.
  • An optical phase array can also be used as the deflection device 20.
  • the deflection device 20 comprises a rotating mirror arrangement.
  • the rotating mirror arrangement has two mirror surfaces 24.
  • the optical transmission signal LTX can be deflected at the mirror surfaces 24 to detect the surroundings and scan the surroundings. Reflected light in the form of the optical reception signal LRX can also be deflected by the mirror surfaces 24 and directed to a reception sensor of a reception device of the optical sensor system 12.
  • the rotating mirror device is mounted so as to be rotatable about an axis. In the embodiment shown, the rotating mirror device can rotate about its axis in a first direction 28. Embodiments are also conceivable in which the rotating mirror device executes a pivoting movement.
  • the measuring system 10 further comprises a radar sensor 14.
  • the radar sensor detects the surroundings of the measuring system 10 by transmitting a radar transmission signal RTX and receiving a radar reception signal RRX.
  • the characteristic 16 of the radar transmission signal RTX depends on the antenna design of the Radar sensor 14.
  • the wavelengths of radar signals can be in the microwave range, for example.
  • the radar transmission signals RTX emitted by a radar transmission unit can, for example, be reflected by objects in the vicinity of the measuring system 10 and received again as radar reception signals RRX by a reception unit of the radar sensor 14.
  • By evaluating the radar transmission signal RTX and radar reception signals RRX information about the environment can be determined. In particular, objects in the environment can be determined, possibly together with other properties of the objects.
  • the radar transmission signal RTX and the radar reception signal RRX can be evaluated in a control unit, for example.
  • the control unit can be arranged in the radar sensor 14.
  • the control unit can also be arranged elsewhere in the measuring system 10. It is also possible to carry out the evaluation of the radar transmission signal RTX, the radar reception signal RRX and the optical transmission signal LTX, the optical reception signal LRX together in a control unit. This can then be arranged, for example, in the optical sensor system 12 and/or in the radar sensor 14 and/or at another location in the measuring system 10.
  • the rotating mirror system 20 has a holding device 22 on which the mirror surfaces 24 and the radar sensor 14 are arranged.
  • the holding device 22 can form the rotating body of the deflection device 20.
  • the radar sensor 14 is arranged on the holding device 22 such that it rotates together with the mirrors 24 about the axis of the deflection device 20 in the direction of rotation 28.
  • the measuring system 10 has a casing 26 that partially surrounds the deflection device 20.
  • the casing 26 has the function of protecting the measuring system 10 from environmental influences.
  • the casing 26 is, for example, impermeable to light.
  • the casing 26 therefore has an opening through which the optical transmission signal LTX is sent and the optical reception signal LRX is received.
  • the radar transmission signal RTX is also sent through the opening and the radar reception signal RRX is received through the opening.
  • Figure 2 shows a further embodiment of the measuring system 10.
  • the optical sensor system 12, which is also part of the measuring system 10 shown in Figure 2, is not shown in Figure 2.
  • the radar sensor 14 shown in Figure 2 has transmission characteristics 16 of the radar transmission signal RTX, which radiate in two directions.
  • the two transmission characteristics 16 are arranged so that they radiate in opposite directions. This is possible, for example, by using one antenna design per direction. Alternatively or additionally, it is possible to use an antenna design with a dipole radiation characteristic.
  • the casing 26 can in particular be designed such that radar beams are reflected by it. In this way, one of the transmission characteristics 16 can radiate directly towards the surroundings and the other transmission characteristic 16 can be reflected by the casing 26 and also contribute to the detection of the surroundings by the radar sensor 14.
  • the deflection device 20 is also designed as a rotary play system with the mirror surfaces 24.
  • the deflection device 20 has the rotating body, which has the holding device 22.
  • the deflection device 20 is mounted so that it can rotate about its axis. In the example shown, the deflection device 20 can rotate in the first direction 28, the direction of rotation. Since the radar sensor 14 is arranged on the deflection device 20 in such a way that it carries out the rotational movement together with the deflection device 20, its radar transmission signal RTX also carries out a rotational movement and scans the surroundings of the measuring system 10 through this rotational movement.
  • the deflection device 20 it is also possible for the deflection device 20 to perform a swiveling movement around its axis. Accordingly, the radar transmission signal RTX would scan the surroundings in a swiveling manner. By deflecting the optical transmission signals on the mirrors 24, the surroundings can also be scanned by the optical sensor system 12 (not shown in Figure 2). In the example shown, the scanning of the surroundings by the radar sensor 14 and by the optical sensor system 12 takes place in the same first direction 28.
  • the transmission characteristic 16 of the radar sensor 14 can be arranged in the direction of rotation 28 such that the scanning of the radar Sensor 14 runs ahead of the scanning of the optical sensor system 12.
  • the radar sensor 14 can then be used to determine whether something is blocking the optical propagation path of the optical transmission signal LTX and/or the optical reception signal LRX. This can then be responded to by, for example, changing a parameter of the optical sensor system 12.
  • the change in the parameter can, for example, mean an increase in the transmission power of the optical sensor system 12. In the case of a lidar sensor, this can mean that a transmission laser of the lidar sensor emits with higher power.
  • FIG 3 shows an example of a possible scanning 32 by the optical sensor system 12.
  • the horizontal plane H is shown for a vehicle 100, which has a measuring system 10 in which the deflection device 20 is mounted so that it can rotate about the axis that runs perpendicular to the horizontal H.
  • the lines of the scanning 32 therefore move step by step during the scanning with an angular offset in the direction of rotation 28 of the deflection device 20.
  • the height 30 of the vertical V of the scanning 32 of the optical sensor system 12 can be achieved, for example, by optically widening the optical transmission signal LTX. This leads to the line-shaped scanning patterns 32 shown in the surroundings of the vehicle 100.
  • the scan 32 by the optical sensor system 12 is superimposed on the scan 34 by the radar sensor 14.
  • a circle 34 shows the scan at the current time.
  • Other circles show the scan at later times.
  • the scan of the radar sensor 14 initially scans a height 30 in the vertical V from top to bottom.
  • a vertical area next to the previously scanned area is then scanned step by step by the circles shown in dashed lines.
  • scanning is carried out step by step from top to bottom over a height 30.
  • the circle shown with a solid line shows the current scan 34, while the circles shown with a dashed line show scanning areas from earlier in time.
  • the same area of the environment can be scanned by the described measuring system 10 with the described method by the optical sensor system 12 and the radar sensor 14. It is possible to install the two sensors compactly in the measuring system 10, whereby optionally only one rotating body needs to be provided.
  • FIG 4 shows another example of a scanning pattern of the measuring system 10.
  • the scanning 32 by the optical sensor system 12 is shown by the lines, which scan the scanning area step by step in the direction of rotation 28.
  • the surroundings of the measuring system 10 are scanned by the radar sensor 14.
  • the transmission characteristic 16 of the radar transmission signal RTX is expanded in the vertical direction V, so that in the example shown it reaches the height 30.
  • This enables a simultaneous scanning 36 of the vertical with a height 30 by the radar sensor 14.
  • the current scanning 36 by the radar sensor 14 is shown with solid lines. Circles shown with dashed lines show a scanning range of the radar sensor 14 that lies in the past. It can be seen that the scanning 36 of the radar sensor 14 also moves in the direction of rotation 28 of the rotating body of the deflection device 20, and thus carries out the scanning 36.
  • the rotation and thus the scanning 34, 36 in the direction of rotation 28 takes place in the horizontal H.
  • the optical scanning 32 by the optical sensor system 12 in the vertical V takes place by an optical transmission signal LTX expanded in the vertical V.
  • the radar transmission signal RTX is also expanded in the vertical V.
  • the radar sensor 14 also scans step by step in the vertical direction V.
  • Figure 5 shows a schematic view of the vehicle 100 with the measuring system 10 in a side view.
  • the measuring system 10 is arranged in a front area of the vehicle 100.
  • the height 30 at which the scanning of the surroundings can take place by the radar sensor 14 and/or the optical sensor system 12 is indicated schematically.
  • the optical transmission signal LTX also shown schematically are the optical transmission signal LTX, the radar transmission signal RTX, the optical reception signal LRX and the radar reception signal RRX.
  • the axis of the deflection device 20, around which the deflection device 20 rotates, runs in the image plane here.
  • the direction of rotation 28 runs perpendicular to the image plane in the example shown.
  • the scanning direction 28, also The scanning direction, referred to as the scanning direction, runs in the direction of rotation 28 along the horizontal direction in front of the vehicle 100.
  • the scanning 32, 34 in the vertical V can be carried out as described in relation to Figure 3 or 4 by expanding the transmission signals LTX, RTX and/or in addition to the scanning 32, 34 in the horizontal H, a step-by-step scanning 36 of the environment can also be carried out in the vertical V.
  • Both the optical sensor system 12 and the radar sensor 14 can optionally also scan step-by-step in the vertical direction V.
  • FIG 6 the vehicle 100 from Figure 5 is shown schematically in a top view.
  • the first direction 28 is shown, which corresponds to the direction of rotation 28 of the deflection device 20 of the measuring system 10.
  • the first direction 28 runs horizontally in front of the vehicle 100.
  • Figure 6 also shows the radar transmission signal RTX and the radar reception signal RRX. It can be seen that the radar transmission signal RTX precedes the optical transmission signal LTX.
  • FIG. 7 shows a schematic flow chart of an embodiment of the method for operating the measuring system 10.
  • the environment is detected by the radar sensor 14.
  • the environment detection of the radar sensor 14 in step S1 is used to determine whether there are objects in the environment that influence, in particular impair, the detection of the environment by the optical sensor system 12. Parameters of the optical sensor system 12 can then be adjusted accordingly in step S3. If the environment detection is impaired by For example, the optical sensor system 12 can increase the transmission power of a laser of a lidar system and thus increase the probability of detection by the lidar system.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Mess-System (10) zur Umgebungserfassung, aufwei- send: ein optisches Sensor-System (12) zur Umgebungserfassung mittels optischer Signale (LTX, RTX), wobei das optische Sensor-System eine Ablenkeinrichtung (20) für die optischen Signale (LTX, LRX) aufweist und wobei die Ablenkeinrich- tung (20) einen Drehkörper aufweist, einen Radar-Sensor (14), welcher so an dem Drehkörper angeordnet ist, dass durch eine Drehbewegung des Drehkörpers die Umgebung durch den Radar- Sensor (14) in einer ersten Richtung (28) abtastbar ist. Die Anmeldung betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb des Mess-Systems (10) sowie ein Fahrzeug (100) mit dem Mess-System (10).

Description

MESS-SYSTEM ZUR UMGEBUNGSERFASSUNG, VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES SOLCHEN MESS-SYSTEMS SOWIE FAHRZEUG
Technisches Gebiet
Die Anmeldung betrifft ein Mess-System zur Umgebungserfassung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Mess-Systems. Mess-Systeme zur Umgebungserfassung finden zum Beispiel bei Fahrzeugen Anwendung. Solche Mess- Systeme können auf elektromagnetischen Wellen basieren.
Hintergrund
Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) verfügen über eine Vielzahl an Mess-Systemen, auch Sensoren genannt, deren Daten zur Fahrerinformation dienen und/oder Fahrerassistenzsystemen zur Verfügung gestellt werden. Über die Mess-Systeme werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden.
Mess-Systeme werden für verschiedene Funktionen ständig weiterentwickelt, z. B. für die Erfassung von Umgebungsinformationen im Nah- und Fernbereich von Fahrzeugen, wie Personenkraftwaren oder Nutzfahrzeugen. Mess-Systeme können auch als Sensorsysteme für Fahrerassistenzsysteme, insbesondere Assistenzsysteme zur autonomen oder teilautonomen Fahrzeugsteuerung, dienen. Sie können insbesondere zur Erkennung von Hindernissen und/oder anderen Verkehrsteilnehmern im Front-, Heck- oder im Totwinkel-Bereich eines Fahrzeuges genutzt werden. Mess-Systeme können auf verschiedenen Sensor-Prinzipien, wie z. B. Radar, Ultraschall, Optik beruhen.
Ein wichtiges optisches Sensorprinzip für Mess-Systeme zur Umgebungserfassung, z. B. von Fahrzeugen, ist dabei die Lidartechnik (Lidar engl. Light Detection and Ranging). Ein Lidar-Sensor weist eine optische Sendeeinheit und eine optische Empfangseinheit auf. Die Sendeeinheit kann ein optisches Sendesignal aussenden, das kontinuierlich oder gepulst sein kann. Zudem kann das optische Sendesignal moduliert sein. In einem Lidar-Sensor können insbesondere elektromagnetische Wellen in Form von Laserstrahlen im ultravioletten, visuellen o- der infraroten Bereich zum Einsatz kommen. Durch die Empfangseinheit kann das Licht nach Reflexion an einem Objekt in einem Überwachungsbereich in der Umgebung des Lidar-Sensors empfangen werden. Das optische Empfangssignal kann unter Verwendung des optischen Sendesignals z. B. nach einem Lichtlaufzeitverfahren ausgewertet werden und es können die räumliche Lage und der Abstand des Objekts, an dem die Reflexion erfolgte, ermittelt werden. Zudem ist die Ermittlung einer Relativgeschwindigkeit möglich. Unter Reflexion oder reflektiertem Licht wird vorliegend jegliches zurückgeworfene Licht verstanden und soll insbesondere auch durch Streuung oder Absorptions-Emission zurückgeworfenes Licht umfassen.
Ein weiteres wichtiges Sensorprinzip zur Umgebungserfassung ist die Radartechnik, welche auf elektromagnetischen Wellen z. B. im Mikrowellenbereich beruht. Ein Radar-Sensor weist eine Sendeeinheit für ein Radar-Sendesignal und eine Empfangseinheit für ein Radar-Empfangssignal auf. Durch die Empfangseinheit kann das Radarsignal nach Reflexion an einem Objekt in einem Überwachungsbereich in der Umgebung des Radar-Sensors empfangen werden. Das Radar-Empfangssignal kann unter Verwendung des Radar-Sendesignals ausgewertet werden und es können Informationen über das Objekt, an denen die Reflexion erfolgte, ermittelt werden. Radar-Sensoren können in Fahrzeugen auch zur Totwinkelerkennung eingesetzt werden und zu diesem Zweck z. B. in Seitenspiegeln verbaut sein.
In US 2018/0149742 Al wird eine Sensoreinheit beschrieben, welche auf dem Dach eines Fahrzeuges angebracht ist und sowohl Radar- als auch Lidar-Senso- ren enthält. Die Sensoreinheit kann rotieren, so dass sowohl die Radar- als auch die Lidar-Sensoren so gedreht werden, dass sowohl die Radar- als auch die Li- dar-Sensoren über die gesamte Horizontalebene über die Dauer einer Umdrehung die Umgebung erfassen.
Übersicht
Ein Mess-System zur Umgebungserfassung weist ein optisches Sensor-System zur Umgebungserfassung und einen Radar-Sensor zur Umgebungserfassung auf Das optische Sensor-System ist zur Umgebungserfassung mittels optischer Signale ausgebildet, wobei das optische Sensor-System eine Ablenkeinrichtung für die optischen Signale aufweist. Die Ablenkeinrichtung weist einen Drehkörper auf. Der Radar-Sensor ist so an dem Drehkörper angeordnet, dass durch eine Drehbewegung des Drehkörpers die Umgebung durch den Radar-Sensor in einer ersten Richtung zur Umgebungserfassung abtastbar ist. Der Drehkörper kann z. B. auch als Rotor bezeichnet werden.
Die optischen Signale können insbesondere optische Sendesignale und/oder optische Empfangssignale umfassen. Das optische Sensorsystem kann eine optische Sendeeinheit mit Lichtquelle zum Aussenden der optischen Empfangssignale und eine optische Empfangseinheit mit Empfangssensor zum Empfang der optischen Empfangssignale aufweisen. Der Radar-Sensor kann eine Sendeeinheit zum Aussenden von Radar-Sendesignalen und eine Empfangseinheit zum Empfang von Radar-Empfangssignalen aufweisen.
Ein solches Mess-System hat den Vorteil, dass der Radar-Sensor die Drehbewegung der Ablenkeinrichtung zum Abtasten der Umgebung nutzen kann. Der Radar-Sensor kann dadurch selbst einfacher aufgebaut werden. Z. B. kann für die Abtastung in der ersten Richtung auf eine eigene Ablenkeinrichtung für den Radar-Sensor verzichtet werden.
Der Radar-Sensor kann gemeinsam mit dem Drehkörper die Drehbewegung ausführen. Hierdurch kann ein Kühlungseffekt am Radar-Sensor entstehen, der durch das Umströmen entsteht. Dies kann erlauben, auf weitere Kühlungsmaßnamen am Radar-Sensor zu verzichten, was Kosteneinsparungen zur Folge haben kann.
In einer Ausführungsform weist die Ablenkeinrichtung eine Drehspiegeleinrichtung mit zumindest einer Spiegelfläche auf, wobei die zumindest eine Spiegelfläche mit dem Drehkörper in Verbindung stehen kann und insbesondere an diesem angebracht sein kann. Die zumindest eine Spiegelfläche kann dabei im Wesentlichen reflektierende Eigenschaften bezüglich der Wellenlänge des optische Sensor-Systems aufweisen und zumindest teilweise durchlässig für die Wellenlängen des Radar-Sensors ausgebildet sein. Die zumindest eine Spiegelfläche kann auch als selektiven Bandpassfilter ausgebildet sein und / oder auch auf einer sehr dünnen Metallschicht basieren. Durch die Drehbewegung des Drehkörpers werden die optischen Signale des optischen Sensor-Systems zum Zwecke der Erfassung der Umgebung in ihrer Richtung abgelenkt. Die Ablenkung kann dabei optische Sendesignale und/oder optische Empfangssignale betreffen.
Das optische Sensor-System kann insbesondere einen Lidar-Sensor aufweisen, welcher z. B. mit optischen Signalen arbeitet, die Laserlicht umfassen.
In einer Ausführungsform ist die Ablenkeinrichtung in dem optischen Sendepfad und/oder in dem optischen Empfangspfad des optischen Sensor-Systems angeordnet. Der optische Sendepfad ist dabei der Weg, den das optische Sendelicht nach dem Aussenden durch die Lichtquelle auf seinem Weg in die Umgebung bis zu einer Reflexion an z. B. einem Objekt zurücklegt. Der optische Empfangspfad ist dabei der Weg, den das optische Empfangslicht nach der Reflexion an z. B. einem Objekt vor dem Empfang durch den Empfangssensor zurücklegt.
In einer Ausführungsform ist durch die Drehbewegung des Drehkörpers die Umgebung durch das optische Sensor-System insbesondere in der ersten Richtung zur Umgebungserfassung abtastbar. Durch die Drehbewegung des Drehkörpers werden die optischen Sendesignale des optischen Sensor-Systems zum Zwecke der Erfassung der Umgebung schrittweise in ihrer Winkel-Richtung abgelenkt. Dadurch treffen die optischen Sendesignale schrittweise mit einem kleinen Versatz, der von der Ablenkung durch die Ablenkeinrichtung abhängt, auf z. B. Objekte der Umgebung. Die Abtastung kann auch als Scannen bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform des Mess-Systems ist der Radar-Sensor so an dem Drehkörper angeordnet, dass seine Abtastung der Umgebung der Abtastung der Umgebung durch das optische Sensor-System in der ersten Richtung vorläuft. Vorlaufen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Radar-Sendestrahlen im Zusammenhang mit der Drehbewegung des Drehkörpers vor den optischen Sendestrahlen auf Punkte oder Bereiche in gewissen Winkeln der Umgebung treffen. Hierdurch ist es möglich, Erkenntnisse, die aus der Umgebungserfassung durch den Radar-Sensor gewonnen werden, in die Umgebungserfassung durch das optische Sensor-System einfließen zu lassen.
In einer Ausführungsform des Mess-Systems hängt zumindest ein Parameter des optischen Sensor-Systems von der Umgebungserfassung durch den Radar- Sensor ab. Zum Beispiel kann bei einer erkannten Beeinträchtigung der optischen Umgebungserfassung durch den Radar-Sensor z. B. die Stärke des ausgesandten optischen Sendesignals erhöht werden.
In einer Ausführungsform des Mess-Systems verläuft die Sendecharakteristik des Radar-Sendesignals quer, insbesondere senkrecht, zu der zumindest einen Spiegelfläche der Drehspiegeleinrichtung. Hierdurch kann das Radar-Sendesignal z. B. in der gleichen Richtung wie das optische Sendesignal die Umgebung abtasten.
In einer Ausführungsform weist die Sendecharakteristik des Radar-Sendesignals zwei Hauptrichtungen auf, welche jeweils quer, insbesondere senkrecht, zu der zumindest einen Spiegelfläche verlaufen. Dies könnte z. B. einen Radar-Sensor betreffen, der zwei „Hauptkeulen" in der Charakteristik seines Sendesignals aufweist. Diese beiden Hauptkeulen könnten z. B. in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sein.
In einer Ausführungsform ist die Sendecharakteristik des Radar-Sendesignals in einer zweiten Richtung quer, insbesondere senkrecht, zur ersten Richtung breiter als in der ersten Richtung. Dies könnte z. B. einen Radar-Sensor betreffen, der eine aufgeweitete Charakteristik seines Sendesignals aufweist. Die Aufweitung kann dabei insbesondere die Richtung quer, z. B. senkrecht, zur Abtastrichtung betreffen. Bei einer horizontal verlaufenden Abtastrichtung kann das eine Aufweitung in vertikaler Richtung bedeuten.
In einer Ausführungsform weist der Radar-Sensor eine weitere Ablenkeinrichtung für das Radar-Sendesignal auf, mittels welcher die Umgebung in einer dritten Richtung durch den Radar-Sensor abtastbar ist. Die Abtastung in der dritten Richtung wird durch die weitere Ablenkeinrichtung für den Radar-Sensor bewirkt. Die weitere Ablenkeinrichtung kann z. B. ein Phasen-Array umfassen, mittels dessen das Radar-Sendesignal in der dritten Richtung so abgelenkt werden kann, dass z. B. die vertikale Richtung durch den Radar-Sensor zusätzlich zur horizontalen Richtung abgetastet wird. Hierbei kann die dritte Richtung insbesondere der vertikalen Richtung entsprechen.
In einer Ausführungsform des Mess-Systems ist ein weiterer Radar-Sensor so an dem Drehkörper angeordnet, dass durch die Drehbewegung des Drehkörpers die Umgebung durch den weiteren Radar-Sensor abtastbar ist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, den Drehkörper zu nutzen, um eine Abtastung der Umgebung für weitere Radar-Sensoren zu realisieren.
Bei einem Verfahren zum Betrieb des beschriebenen Mess-Systems wird die Umgebung durch den Radar-Sensor zur Umgebungserfassung abgetastet. Hierbei wird insbesondere der Drehkörper der Ablenkeinrichtung des optischen Sensor-Systems genutzt, um die vom Radar-Sensor abgestrahlten Radar-Sendestrahlen eine Abtastung der Umgebung ausführen zu lassen. Die Abtastung erfolgt dabei durch die Drehbewegung des Drehkörpers.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Umgebung durch das optische Sensor-System zur Umgebungserfassung abgetastet. Hierbei werden insbesondere am Drehkörper der Ablenkeinrichtung des optischen Sensor-Systems angebrachte Spiegelflächen genutzt, um die von der optischen Sendeeinheit abgestrahlten optischen Sendestrahlen abzulenken und damit eine Abtastung der Umgebung ausführen zu lassen. Die Abtastung erfolgt dabei durch die Drehbewegung des Drehkörpers.
In einer Ausführungsform des Verfahrens läuft die Abtastung der Umgebung durch den Radar-Sensor der Abtastung der Umgebung durch das optische Sensor-System vor. Hierdurch kann in einer Ausführungsform des Verfahrens zumindest ein Parameter des optischen Sensor-Systems in Abhängigkeit von der Abtastung durch den Radar-Sensor eingestellt werden. Dies kann z. B. die Stärke des optischen Sendesignals betreffen, wenn durch den mit seinem Sendestrahl vorlaufenden Radar-Sensor z. B. eine Blockade im Sendepfad des optischen Sendesignals ermittelt wurde.
Ein Fahrzeug kann das beschriebene Mess-System aufweisen. Das Mess-System kann in dem Fahrzeug zur Umgebungserfassung dienen und mit im Fahrzeug angeordneten Steuer- und Regelsystemen Informationen austauschen. In Abhängigkeit von durch das Mess-System gewonnenen Informationen können Aktoren des Fahrzeugs angesteuert werden und so z. B. autonome und/oder teilautonome Fahrfunktionen realisiert werden.
Durch die Anbringung des Radar-Sensors an der Ablenkeinrichtung des optischen Sensor-Systems kann es möglich werden, auf weitere Radar-Sensoren z. B. am Fahrzeug zu verzichten. Dies kann zu weiteren Platz- und Kosteneinsparungen beitragen.
Fiaurenliste
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung anhand der Figuren weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Mess-Systems zur Umgebungserfassung,
Fig. 2 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mess-Systems zur Umgebungserfassung,
Fig. 3 schematisch ein Beispiel für ein Abtastraster des Mess-Systems,
Fig. 4 schematisch ein weiteres Beispiel für ein Abtastraster des Mess-Systems,
Fig. 5 schematische eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit Mess-System,
Fig. 6 schematisch eine Draufsicht auf das Fahrzeug mit Mess-System und
Fig. 7 schematisch ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betrieb des Mess-Systems.
Es werden in den Figuren die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet. Darstellungen in den Figuren können nicht maßstäblich sein.
Fiaurenbeschreibuna
Figur 1 zeigt schematisch ein Mess-System 10, welches zum Beispiel zur Umgebungserfassung in einem Fahrzeug 100 eingesetzt werden kann.
Das Mess-System 10 weist ein optisches Sensor-System 12 auf, welches zum Beispiel ein Lidar-System umfassen kann. Das optische Sensor-System 12 sendet zur Umgebungserfassung durch eine optische Sendeeinheit ein optisches Sendesignal LTX aus. Das optische Sensor-System 12 weist weiter eine optische Empfangseinheit auf, die ausgebildet ist, ein optisches Empfangssignal LRX zu empfangen. Durch Auswertung des optischen Sendesignals LTX und des optischen Empfangssignals LRX können Informationen über die Umgebung des Mess-Systems 10 ermittelt werden. Die Auswertung des optischen Sendesignals LTX und des optischen Empfangssignals LRX kann beispielsweise in einer Steuereinheit erfolgen, welche Speicher und eine Recheneinheit aufweisen kann. Die Steuereinheit kann zum Beispiel in dem optischen Sensor-System 12 und/oder an einem anderen Ort in dem Mess- System 10 angeordnet sein.
Das optische Sensor-System 12 ist ausgebildet, die Umgebung des Mess-Systems 10 durch Abtastung zu erfassen. Bei der Abtastung wird das optisches Sendesignal LTX durch eine schrittweise Winkeländerung in einer Abtastrichtung in der ersten Richtung 28 über die Umgebung geführt. Reflexionen an zum Beispiel Objekten in der Umgebung gelangen als optisches Empfangssignal LRX auf einen Empfangssensor des optischen Sensor-Systems 12 und können gemeinsam mit dem optischen Sendesignal LTX ausgewertet werden.
Das Abtasten der Umgebung erfolgt durch eine Ablenkung des optischen Sendesignals LTX durch eine optische Ablenkeinrichtung 20, welche einen Drehkörper aufweist, welcher drehbar um zumindest eine Achse gelagert ist. Die optische Ablenkeinrichtung kann zum Beispiel durch optische Elemente wie zumindest eine Linse und/oder zumindest ein Prisma erfolgen. Als Ablenkeinrichtung 20 kann ebenso ein optisches Phasen-Array zum Einsatz kommen.
Im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Ablenkeinrichtung 20 eine Drehspiegelanordnung. Die Drehspiegelanordnung weist zwei Spiegelflächen 24 auf. An den Spiegelflächen 24 kann das optisches Sendesignal LTX zur Umgebungserfassung abgelenkt werden und die Umgebung abtasten. Reflektiertes Licht in Form des optischen Empfangssignals LRX kann ebenfalls durch die Spiegelflächen 24 abgelenkt werden und auf einen Empfangssensor einer Empfangseinrichtung des optischen Sensor-Systems 12 geleitet werden. Die Drehspiegeleinrichtung ist drehbar um eine Achse gelagert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Drehspiegeleinrichtung in einer ersten Richtung 28 um ihre Achse rotieren. Es sind ebenfalls Ausführungsformen denkbar, bei denen Drehspiegeleinrichtung eine Schwenkbewegung ausführt.
Das Mess-System 10 weist weiter einen Radar-Sensor 14 auf. Der Radar-Sensor erfasst die Umgebung des Mess-Systems 10 durch das Aussenden eines Radar- Sendesignals RTX und das Empfangen eines Radar-Empfangssignals RRX. Die Charakteristik 16 des Radar-Sendesignals RTX hängt vom Antennendesign des Radar-Sensors 14 ab. Die Wellenlängen von Radarsignalen können zum Beispiel im Mikrowellenbereich liegen. Die durch eine Radar-Sendeeinheit ausgesendeten Radar-Sendesignale RTX können zum Beispiel an Objekten in der Umgebung des Mess-Systems 10 reflektiert werden und als Radar-Empfangssignale RRX wieder durch eine Empfangseinheit des Radar-Sensors 14 empfangen werden. Durch Auswertung von Radar-Sendesignal RTX und Radar-Empfangssignale RRX können Informationen über die Umgebung ermittelt werden. Insbesondere können Objekte in der Umgebung, gegebenenfalls gemeinsam mit weiteren Eigenschaften der Objekte, ermittelt werden.
Die Auswertung des Radar-Sendesignals RTX und des Radar-Empfangssignals RRX kann zum Beispiel in einer Steuereinheit erfolgen. Die Steuereinheit kann dabei in dem Radar-Sensor 14 angeordnet sein. Die Steuereinheit kann auch an anderer Stelle in dem Mess-System 10 angeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, die Auswertung von dem Radar-Sendesignal RTX, dem Radar-Empfangssignal RRX und dem optischen Sendesignal LTX, dem optischen Empfangssignals LRX gemeinsam in einer Steuereinheit auszuführen. Diese kann dann beispielsweise in dem optischen Sensor-System 12 und/oder in dem Radar-Sensor 14 und/oder an einem anderen Ort in dem Mess-System 10 angeordnet sein.
Das Drehspiegelsystem 20 weist eine Haltevorrichtung 22 auf, auf dem die Spiegelflächen 24 und der Radar-Sensor 14 angeordnet sind. Die Haltevorrichtung 22 kann dabei den Drehkörper der Ablenkeinrichtung 20 bilden. Der Radar-Sensor 14 ist so auf Haltevorrichtung 22 angeordnet, dass er sich gemeinsam mit den Spiegeln 24, um die Achse der Ablenkeinrichtung 20 in Drehrichtung 28 dreht.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Mess-System 10 eine Ummantelung 26 auf, die Ablenkeinrichtung 20 teilweise umgibt. Die Ummantelung 26 hat die Funktion das Mess-System 10 vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Ummantelung 26 ist im dargestellten Beispiel z. B. undurchlässig für Licht. Die Ummantelung 26 weist daher eine Öffnung auf, durch die das optisches Sendesignal LTX ausgesendet wird und das optische Empfangssignal LRX empfangen wird. Im in Figur 1 dargestellten Beispiel wird das Radar-Sendesignal RTX, ebenfalls durch die Öffnung gesendet und das Radar-Empfangssignal RRX durch die Öffnung empfangen. In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsspiel des Mess-Systems 10 dargestellt. Das optische Sensor-System 12, das ebenfalls Bestandteil des in Figur 2 dargestellten Mess-Systems 10 ist, ist in Figur 2 nicht dargestellt.
Der in Figur 2 dargestellte Radar-Sensor 14 weist Sendecharakteristiken 16 des Radar-Sendesignals RTX auf, die in zwei Richtungen abstrahlen. Im dargestellten Beispiel sind die beiden Sendecharakteristiken 16 so angeordnet, dass sie in entgegengesetzte Richtungen abstrahlen. Dies ist z. B. durch je ein Antennendesign pro Richtung möglich. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, ein Antennendesign mit Dipol-Abstrahlcharakteristik zu nutzen.
Die Ummantelung 26 kann insbesondere so ausgebildet sein, dass Radarstrahlen an ihr reflektiert werden. Auf diese Weise kann eine der Sendecharakteristiken 16 direkt in Richtung der Umgebung abstrahlen und die andere Sendecharakteristik 16 kann durch die Ummantelung 26 reflektiert werden und auch zur Umgebungserfassung durch den Radar-Sensor 14 beitragen.
Auch im Ausführungsbeispiel von Figur 2 ist die Ablenkeinrichtung 20 als Drehspielsystem mit den Spiegelflächen 24 ausgebildet. Die Ablenkeinrichtung 20 weist den Drehkörper auf, der die Haltevorrichtung 22 aufweist. Die Ablenkeinrichtung 20 ist drehbar um ihre Achse gelagert. Im dargestellten Beispiel kann die Ablenkeinrichtung 20 in die erste Richtung 28, die Drehrichtung, rotieren. Da der Radar-Sensor 14 so auf der Ablenkeinrichtung 20 angeordnet ist, dass er die Rotationsbewegung mit der Ablenkeinrichtung 20 zusammen ausführt, führt sein Radar-Sendesignal RTX ebenfalls eine Rotationsbewegung aus und tastet durch diese Rotationsbewegung die Umgebung des Mess-Systems 10 ab.
Im dargestellten Beispiel ist es ebenfalls möglich, dass die Ablenkeinrichtung 20 eine Schwenkbewegung um ihre Achse ausführt. Entsprechend würde das Radar-Sendesignal RTX die Umgebung schwenkend Abtasten. Durch die Ablenkung der optischen Sendesignale an den Spiegeln 24 kann durch das in Figur 2 nicht dargestellte optische Sensor-System 12 die Umgebung ebenfalls abgetastet werden. Die Abtastung der Umgebung durch den Radar-Sensor 14 und durch das optische Sensor-System 12 erfolgt hierbei im dargestellten Beispiel in der gleichen ersten Richtung 28.
In Ausführungsbeispielen kann die Sendecharakteristik 16 des Radar-Sensors 14 so in Drehrichtung 28 angeordnet werden, dass die Abtastung des Radar- Sensors 14 der Abtastung des optischen Sensor-Systems 12 vorläuft. Hierbei kann über den Radar-Sensor 14 dann ermittelt werden, ob etwas den optischen Ausbreitungsweg des optischen Sendesignals LTX und/oder des optischen Empfangssignals LRX blockiert. Darauf kann dann reagiert werden, indem zum Beispiel ein Parameter des optischen Sensor-Systems 12 verändert wird. Die Änderung des Parameters kann zum Beispiel eine Erhöhung der Sendeleistung des optischen Sensor-Systems 12 bedeuten. Im Fall eines Lidar-Sensors kann dies bedeuten, das ein Sendelaser des Lidar Sensors mit höherer Leistung aussendet.
In Figur 3 ist beispielhaft eine mögliche Abtastung 32 durch das optische Sensor-System 12 dargestellt. Beispielhaft ist die horizontale Ebene H für ein Fahrzeug 100 dargestellt, das ein Mess-System 10 aufweist, bei dem die Ablenkeinrichtung 20 drehbar um die Achse gelagert ist, die senkrecht zur horizontalen H verläuft. Die Linien der Abtastung 32 wandern also während der Abtastung schrittweise mit einem Winkelversatz in die Drehrichtung 28 der Ablenkeinrichtung 20. Die Höhe 30 der Vertikalen V der Abtastung 32 des optischen Sensor- Systems 12 kann zum Beispiel durch eine optische Aufweitung des optischen Sendesignals LTX erreicht werden. Dies führt zu den dargestellten Linienförmigen Abtastmuster 32 der Umgebung des Fahrzeugs 100.
Der Abtastung 32 durch das optische Sensor-System 12 überlagert ist die Abtastung 34 durch den Radar-Sensor 14. Im dargestellten Beispiel zeigt ein Kreis 34 die Abtastung zum aktuellen Zeitpunkt. Weitere Kreise zeigen die Abtastung zu späteren Zeitpunkten. Es ist zu sehen, dass die Abtastung des Radar-Sensors 14 zunächst in der Vertikalen V von oben nach unten eine Höhe 30 abgetastet. Durch die Drehbewegung 28 der Ablenkeinrichtung 20, auf der der Radar-Sensor 14 angebracht ist, wird danach schrittweise durch die gestrichelt dargestellten Kreise ein vertikaler Bereich neben dem zuvor abgetasteten Bereich abgetastet. Auch hier wird wieder schrittweise von oben nach unten über eine Höhe 30 abgetastet. Der Kreis, der mit durchgezogener Linie dargestellt ist, zeigt die aktuelle Abtastung 34, während die Kreise, die mit gestrichelter Linie dargestellt sind, zeitlich zurückliegende Abtastbereiche anzeigen.
Es ist zu erkennen, dass der gleiche Bereich der Umgebung durch das beschriebene Mess-System 10 mit dem beschriebenen Verfahren durch das optische Sensor-System 12 und den Radar-Sensor 14 abgetastet werden können. Hierbei ist es möglich, die beiden Sensoren kompakt in dem Mess-System 10 zu verbauen, wobei optional nur ein Drehkörper vorgehalten werden muss.
In Figur 4 ist ein weiteres Beispiel für eine Abtastmuster Mess-Systems 10 dargestellt. Wie in Figur 3 ist die Abtastung 32 durch das optische Sensor-System 12 durch die Striche dargestellt, welche den Abtastbereich schrittweise in der Drehrichtung 28 abtasten. Zugleich wird die Umgebung des Mess-Systems 10 durch den Radar-Sensor 14 abgetastet. Im dargestellten Beispiel ist die Sendecharakteristik 16 des Radar-Sendesignals RTX in der vertikalen Richtung V aufgeweitet, sodass es im dargestellten Beispiel die Höhe 30 erreicht. Hierdurch wird eine gleichzeitige Abtastung 36 der Vertikalen mit einer Höhe 30 durch den Radar-Sensor 14 ermöglicht. Mit durchgezogenen Linien ist die aktuelle Abtastung 36 durch den Radar-Sensor 14 dargestellt. Mit gestrichelten Linien dargestellte Kreise zeigen einen zeitlich zurückliegenden Abtastbereich des Radar- Sensors 14. Zu sehen ist, dass auch die Abtastung 36 des Radar-Sensors 14 sich in Drehrichtung 28 des Drehkörpers der Ablenkeinrichtung 20 bewegt, und so die Abtastung 36 durchführt.
In den dargestellten Beispielen von Figur 3 und 4 erfolgt die Drehung und somit die Abtastung 34, 36 in Drehrichtung 28 in der Horizontalen H. Die optische Abtastung 32 durch das optische Sensor-System 12 in der Vertikalen V erfolgt durch ein in der Vertikalen V aufgeweitetes optisches Sendesignal LTX. In Figur 4 ist auch das Radar-Sendesignal RTX in der Vertikalen V aufgeweitet. Im Beispiel von Figur 3 dagegen wird durch den Radar-Sensor 14 auch in vertikaler Richtung V schrittweise abgetastet.
In Figur 5 ist schematisch das Fahrzeug 100 mit dem Mess-System 10 in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Im dargestellten Beispiel ist das Mess-System 10 in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs 100 angeordnet. Schematisch angedeutet ist die Höhe 30, in der die Abtastung der Umgebung durch den Radar- Sensor 14 und/oder das optische Sensor-System 12 erfolgen kann.
Schematisch dargestellt sind ebenfalls das optische Sendesignal LTX, das Radar- Sendesignal RTX, das optische Empfangssignals LRX sowie das Radar-Empfangssignal RRX. Die Achse der Ablenkeinrichtung 20, um die sich die Ablenkeinrichtung 20 dreht verläuft hier in der Bildebene. Die Drehrichtung 28 verläuft im dargestellten Beispiel senkrecht zur Bildebene. Die Abtastrichtung 28, auch Scanrichtung genannt, verläuft in Drehrichtung 28 entlang der horizontalen Richtung vor dem Fahrzeug 100. Die Abtastung 32, 34 in der Vertikalen V kann wie in Bezug auf Figur 3 oder 4 beschrieben, durch eine Aufweitung der Sendesignale LTX, RTX erfolgen und/oder zusätzlich zur Abtastung 32, 34 in der Horizontalen H kann auch in der vertikalen V ein schrittweises Abtasten 36 der Umgebung erfolgen. Sowohl das optische Sensor-System 12 als auch der Radar- Sensor 14 können optional auch in der vertikalen Richtung V schrittweise Abtasten.
In Figur 6 ist das Fahrzeug 100 aus Figur 5 in einer Draufsicht schematisch dargestellt. Dargestellt ist die erste Richtung 28, die der Drehrichtung 28 der Ablenkeinrichtung 20 des Mess-Systems 10 entspricht.
Wie in Figur 6 dargestellt verläuft die erste Richtung 28 in horizontaler Richtung vor dem Fahrzeug 100. In Figur 6 ist ebenfalls das Radar-Sendesignal RTX und das Radar-Empfangssignal RRX dargestellt. Zu sehen ist, dass das Radar-Sendesignal RTX dem optischen Sendesignal LTX vorläuft. Hierdurch ist es möglich, Ergebnisse aus der Umgebungserfassung durch den Radar-Sensor 14 in die Umgebungserfassung durch das optische Sensor-System 12 mit einfließen zu lassen. Zum Beispiel können Parameter des optischen Sensor-Systems 12 in Abhängigkeit von der vorangegangenen, da vorlaufenden, Umgebungserfassung durch den Radar-Sensor 14 angepasst werden. Beispielsweise kann bei einem durch den Radar-Sensor 14 erkannten Objekt in der Umgebung des Fahrzeuges 100 für das nachlaufende optische Sendesignal LTX die Sendeleistung beim Aussenden erhöht werden.
In Figur 7 ist schematisch ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Betrieb des Mess-Systems 10 dargestellt. In Schritt S1 wird die Umgebung durch den Radar-Sensor 14 erfasst. In Schritt S2 wird aus der Umgebungserfassung des Radar-Sensors 14 in Schritt S1 ermittelt, ob sich in der Umgebung Dinge befinden, die die Erfassung der Umgebung durch das optische Sensor-System 12 beeinflussen, insbesondere beeinträchtigen. Entsprechend können dann in Schritt S3 Parameter des optischen Sensor-Systems 12 angepasst werden. Bei erkannter Beeinträchtigung der Umgebungserfassung durch das optische Sensor-System 12 kann beispielsweise die Sendeleistung eines Lasers eines Lidar-Systems erhöht werden und so die Erkennungswahrscheinlichkeit durch das Lidar-System erhöht werden.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Mess-System (10) zur Umgebungserfassung, aufweisend: ein optisches Sensor-System (12) zur Umgebungserfassung mittels optischer Signale, wobei das optische Sensor-System eine Ablenkeinrichtung (20) für die optischen Signale (LTX, LRX) aufweist und wobei die Ablenkeinrichtung (20) einen Drehkörper aufweist, einen Radar-Sensor (14), welcher so an dem Drehkörper angeordnet ist, dass durch eine Drehbewegung des Drehkörpers die Umgebung durch den Radar-Sensor (14) in einer ersten Richtung (28) abtastbar ist.
2. Mess-System nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinrichtung (20) eine Drehspiegeleinrichtung mit zumindest einer Spiegelfläche aufweist.
3. Mess-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Sensor-System (12) einen Lidar-Sensor (12) umfasst.
4. Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ablenkeinrichtung (20) in dem optischen Sendepfad und/oder in dem optischen Empfangspfad des optischen Sensor-Systems (12) angeordnet ist.
5. Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Drehbewegung des Drehkörpers die Umgebung durch das optische Sensor-System (12) insbesondere in der ersten Richtung (28) abtastbar ist.
6. Mess-System nach Anspruch 5, wobei der Radar-Sensor (14) so an dem Drehkörper angeordnet ist, dass seine Abtastung (34, 36) der Umgebung der Abtastung (32) der Umgebung durch das optische Sensor-System (12) in der ersten Richtung (28) vorläuft.
7. Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Parameter des optischen Sensor-Systems (12) von der Umgebungserfassung durch den Radar-Sensor (14) abhängt.
8. Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendecharakteristik des Radar-Sendesignals (RTX) quer, insbesondere senkrecht, zu der zumindest einen Spiegelfläche der Drehspiegeleinrichtung verläuft.
9. Mess-System nach Anspruch 8, wobei die Sendecharakteristik des Radar- Sendesignals (RTX) zwei Hauptrichtungen aufweist, welche jeweils quer, insbesondere senkrecht, zu der zumindest einen Spiegelfläche verlaufen.
10. Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendecharakteristik des Radar-Sendesignals (RTX) in einer zweiten Richtung (30) quer, insbesondere senkrecht, zur ersten Richtung breiter ist als in der ersten Richtung (28).
11. Mess-System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Radar-Sensor (14) eine weitere Ablenkeinrichtung für das Radar-Sendesignal (RTX) aufweist, mittels welcher die Umgebung in einer dritten Richtung (30) durch den Radar-Sensor (14) abtastbar ist.
12. Mess-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein weiterer Radar-Sensor so an dem Drehkörper angeordnet ist, dass durch die Drehbewegung des Drehkörpers die Umgebung durch den weiteren Radar-Sensor abtastbar ist.
13. Verfahren zum Betrieb eines Mess-Systems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:
Abtasten der Umgebung durch den Radar-Sensor (14).
14. Verfahren nach Anspruch 13, aufweisend:
Abtasten der Umgebung durch das optische Sensor-System (12).
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Abtastung (34, 36) durch den Radar-Sensor der Abtastung (32) durch das optische Sensor-System (12) vorläuft.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, aufweisend:
Einstellen zumindest eines Parameters des optischen Sensor-Systems (12) in Abhängigkeit von der Abtastung (34, 36) durch den Radar-Sensor
17. Fahrzeug (100) mit einem Mess-System (10) nach einem der Ansprüche
1 bis 12.
EP24716385.0A 2023-04-06 2024-04-03 Mess-system zur umgebungserfassung, verfahren zum betrieb eines solchen mess-systems sowie fahrzeug Pending EP4689716A1 (de)

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