WO2011026452A1 - Sensorsystem zur erfassung von umgebungsobjekten - Google Patents

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WO2011026452A1
WO2011026452A1 PCT/DE2010/000822 DE2010000822W WO2011026452A1 WO 2011026452 A1 WO2011026452 A1 WO 2011026452A1 DE 2010000822 W DE2010000822 W DE 2010000822W WO 2011026452 A1 WO2011026452 A1 WO 2011026452A1
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detection area
radiation
sensor system
sub
emitted
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PCT/DE2010/000822
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Klaus Schneider
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a sensor system for detecting
  • IR sensors often use infrared (IR) emitters to illuminate stationary and moving objects in the field of view of a sensor.
  • IR infrared
  • the backscattered or reflected IR radiation is measured and digitized by means of one or more optical receiving elements in the sensor. Due to the received signal strength and signal propagation time as well as the geometric positions of transmitting and receiving elements in
  • Sensor can determine various parameters such as the number, the positions, the speeds, the accelerations as well as the dimensions of detected objects and in an example for a
  • the converted information can be used to activate an active vehicle
  • optical lenses For the illumination and determination of the usable field of view as well as the increase of the overall sensitivity of a sensor optical lenses are used both on the transmitting and receiving side. These lenses are modeled so that the desired regular field of view is illuminated in the horizontal and vertical directions.
  • Angle range can be set independently and the respective application requirements are adapted.
  • Typical regular angle ranges for a driver assistance system are, for example, horizontally ⁇ 10 angular degrees and vertically ⁇ 2 angular degrees at the maximum ranges of these sensors, which are in the range of a few hundred meters.
  • the geometric extent of the regular field of view of the sensor is small at distances of a few meters, in particular in the vertical direction in front of a vehicle, and in most cases does not permit the detection of objects with high-lying reflective areas such as lorries,
  • a target loss is understood to mean, in principle, the "wandering out" of a detected object from the detection range of a sensor.To avoid this loss of target and to be able to capture objects in the near range, the field of view of a sensor must be extended.
  • a field of view extension also known as upcone is typically up to an additional 15 angular degrees in the vertical direction to be effective in the near field of the sensor, such vertical field of view extension can be achieved by modeling an additional wedge structure on the transmitter and transmitter
  • EP 1 862 819 A1 describes a sensor system for angle-resolved detection of environmental objects, in which transmitter zones have an inhomogeneous intensity profile dependent on the spatial angle. The intensity profile of a first transmitter zone is also different from the intensity profile of a second transmitter zone.
  • the object of the present invention is now to propose a further improved sensor system for detecting environmental objects. This object is achieved by a sensor system for detecting environmental objects with the features of claim 1. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent
  • An essential idea of the invention is that in one
  • Sensor system for detecting environmental objects to design an optical means such that it has at least one additional optical structure in the form of a wedge structure with varying intensity profile, which is designed for deflecting emitted radiation in a sub-detection area and of an ambient object from the sub-detection area of reflected radiation, and that It also shows the time course of a sequence of successive measurement signals, the
  • the at least one additional optical structure for example, an upcone transmission and reception range is created which enables the detection of environmental objects which lie outside the main detection range of the sensor system.
  • the at least one additional optical structure in the form of a wedge structure with a varying intensity profile, a characteristic received radiation intensity is generated for reflective ambient objects which are located in the sub-detection area, which can lead to a typical temporal course of a sequence of successive measurement signals.
  • the detection of particularly high surrounding objects in the vicinity of the sensor system is made possible, since above all these objects usually generate the aforementioned typical time profile of measuring signals in the sensor system.
  • a varying intensity profile of the wedge structure is understood to mean a variation of radiation passing through the wedge structure at different angles. For example, this causes a radiation received from the upper edge of the sub-detection area to have a different intensity than one from the lower edge of the
  • An optical means disposed in front of the transmitter and receiver elements and configured such that a first portion of the radiation emitted by the transmitter elements radiation in a main detection area in the horizontal direction, in which substantially located at a height with the sensor system surrounding objects are detected and a second portion of the radiation emitted by the transmitter elements in the vertical direction is deflected into a sub-detection area to at least partially irradiate surrounding objects located outside the main detection area, and that radiation originating from the
  • the optical means has at least one additional optical structure in the form of a wedge structure with varying intensity profile, for deflecting emitted radiation in the sub-detection area and of an environment object from the Sub-detection area is formed of reflected radiation, and
  • a sensor data processing means which is formed, the temporal Analyze the course of a sequence of successive measurement signals that are generated by received reflected radiation, and to determine depending on parameters of surrounding objects located in the sub-detection area.
  • the sensor data processing means can be implemented, for example, by a measurement signal processing algorithm which is executed by a processor and is designed to process measurement signals of the reception elements.
  • the sensor system is particularly suitable for use in driver assistance and safety systems for motor vehicles.
  • the additional optical structure may be in the form of a wedge pattern of varying intensity profile on a portion of the surface of the optical means, and the wedge structure may have a varying vertical wedge angle causing the varying intensity profile.
  • the wedge angle may vary, for example, such that a decreasing intensity is caused by radiation received from larger angular ranges.
  • the vertical wedge angle may in particular vary in accordance with a second-order or third-order entirely rational function by one
  • the vertical wedge angle may also vary in accordance with a fourth-order or higher-order entirely rational function to provide an intensity variation of emitted into and out of the sub-detection range Side detection range of received radiation to effect. This may also cause a characteristic course of reflections in a sequence of consecutive measurement signals that can be readily analyzed by the sensor data processing means.
  • Additional optical structures may be applied at a plurality of spatially separated positions on the optical surface of the optical means. In this way, the probability can be reduced that the additional optical structure is selectively covered for example by snow or dirt and thus the function of the sensor system is impaired.
  • the sensor data processing means may be further configured to take as parameters the heights of the sub detection range
  • the sensor data system can determine the heights of preceding trucks above the road surface. These parameters can then be used for further processing by a driver assistance or safety system.
  • the sensor data processing means may be formed in
  • Subareas area located to discriminate against their detected height. This makes it possible, for example, to distinguish trucks from gantries mounted at high altitude above a lane.
  • Motor vehicle provided with a driver assistance or safety system, which is a sensor system according to the invention and how
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a sensor system according to the invention
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a sensor system
  • FIG. 1 shows the configuration of an ACC lidar sensor system 10 having a transmitter element 14 and a receiver element 18
  • Transmitter element 14 may be formed by a laser diode with a lens.
  • the receiving element 18 can be formed by a photodiode with a lens.
  • the sensor system 10 has, in addition to a regular field of view with a small opening angle in the vertical direction as the main detection area 26, an additional vertical viewing area with a large opening angle that adjoins the regular viewing area vertically, as the sub-detection area 30.
  • This sub-detection area 30, also referred to as "upcone”, is defined by a wedge structure 32 on the transmit (Tx) lens and Emfangs (Rx) lens produced. This wedge structure is used by the transmit (Tx) lens and Emfangs (Rx) lens produced. This wedge structure is used by the transmit (Tx) lens and Emfangs (Rx) lens produced. This wedge structure is used by the transmit (Tx) lens and Emfangs (Rx) lens produced. This wedge structure is used by the
  • Transmitter element emitted radiation also in the upcone 30 and from the Upcone reflected radiation directed to the receiving element.
  • the reflected signal of the measurement object disappears from the regular field of view 26, but remains until approaching to very low
  • FIG. 2 shows a sensor system 10, as can be used, for example, in an ACC system of a motor vehicle.
  • the sensor system 10 has transmitter elements 14, for example laser diodes
  • Emission of pulsed optical radiation and receiving elements 18 such as photodiodes for receiving optical radiation, in particular of reflected and emitted by the transmitter elements 14 optical radiation pulses.
  • the sensor system 10 is adapted to a
  • Main detection area 26 and a sub-detection area 30 have.
  • the main detection area 26 is provided to detect low environment objects such as passenger cars.
  • the height of the main detection area 26 is therefore tuned approximately to the height of cars.
  • Above the main detection area 26 is a
  • Sub-detection area 30 is provided for detecting
  • Ambient objects are used, which have a high height above the roadway, such as trucks.
  • an optical means 22 in the form of a lens precedes the transmitter and receiver elements 14 and 18, which is designed such that a first portion 24 of the transmitter elements 14 emitted radiation in the main detection area 26 in
  • Sub-detection area 30 is deflected.
  • the optical means 22 also has an additional optical structure in the form of a wedge structure 32 with a varying intensity profile.
  • the wedge structure 32 may be formed on a part of the surface of the optical means 22 and has a varying vertical wedge angle. There may be several of these additional optical structures on the
  • Surface of the lens 22 may be formed to the
  • Sub detection range 30 either redundant to detect or expand.
  • the wedge structure 32 causes a greater deflection of radiation passing through the lens 22, since the
  • Wedge structure 32 causes a variation of the refractive index of the lens 22.
  • the vertical wedge angle of the wedge structure 32 may be different. It can vary according to a completely rational function of the second, third, fourth or higher order, by a corresponding one
  • radiation reflected from the upper edge region of the sub-detection region 30, for example from the top edge of a truck can be distinguished from radiation based on the intensity coming from the lower edge region of the sub-detection region 30, which is adjacent to the upper edge of the main detection area 26, is reflected.
  • the radiation received by the receiving elements 18 is used as measurement signals to sensor data processing means 34 for further processing
  • the sensor data processing means 34 are not designed to process the measurement signals, but also to drive the transmission elements 14.
  • the sensor data processing means 34 may be implemented by a processor, such as a microcontroller, that executes a program to process the measurement signals.
  • the algorithm underlying the program is written in
  • the algorithm determines on the basis of the supplied measurement signals, in particular a typical and usually unmistakable time course of a sequence of consecutive measurement signals, which approaching a high altitude environment object above the road like a truck through the reflected and the wedge structure 32 of the lens 22 in the
  • Receiving elements 18 coupled-in reflected radiation 20 results. Based on the thus determined, unmistakable time course of the sequence of consecutive measurement signals, the algorithm then calculates the absolute height of reflective surfaces above the roadway as
  • the algorithm Based on the calculated absolute heights, the algorithm then differentiates for an ACC system relevant environment objects such as trucks from non-relevant environmental objects such as gantries mounted higher above the roadway. With the present invention, the detection of environmental objects can be improved, which is particularly advantageous for use in

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem (10) zur Erfassung von Umgebungsobjekten (12) mit - Senderelementen (14) zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung (16), - Empfangselementen (18) zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung (20), - einem optischen Mittel (22), das vor den Sender- und Empfangselementen angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass ein erster Anteil (24) der von den Senderelementen ausgesendeten Strahlung in einen Haupterfassungsbereich (26) in horizontaler Richtung, in dem sich im Wesentlichen auf einer Höhe mit dem Sensorsystem befindliche Umgebungsobjekte erfasst werden können, und ein zweiter Anteil (28) der von den Senderelementen ausgesendeten Strahlung in vertikaler Richtung in einen Nebenerfassungsbereich (30) abgelenkt wird, um außerhalb des Haupterfassungsbereichs befindliche Umgebungsobjekte zumindest teilweise zu bestrahlen, und dass Strahlung, die von im Nebenerfassungsbereich des Sensorsystems befindlichen Umgebungsobjekten reflektiert wird, derart abgelenkt wird, dass sie mit den Empfangselementen erfasst werden kann, wobei das optische Mittel mindestens eine zusätzliche optische Struktur (32) in Form einer Keilstruktur mit variierendem Intensitätsprofil aufweist, die zur Ablenkung von ausgesendeter Strahlung in den Nebenerfassungsbereich und von einem Umgebungsobjekt aus dem Nebenerfassungsbereich reflektierter Strahlung ausgebildet ist, und - einem Sensordatenverarbeitungsmittel (34), das ausgebildet ist, den zeitlichen Verlauf einer Sequenz aufeinanderfolgender Messsignale, die von empfangener reflektierter Strahlung erzeugt werden, zu analysieren und davon abhängig Parameter von im Nebenerfassungsbereich befindlichen Umgebungsobjekten zu ermitteln.

Description

Sensorsystem zur Erfassung von Umgebungsobjekten
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Erfassung von
Umgebungsobjekten gemäß Anspruch 1.
Bei den im Automotive-Bereich eingesetzten optischen LI DAR (Light
Detection And Ranging)-Sensoren werden häufig Infrarot (IR)-Emitter eingesetzt, um stationäre und bewegliche Objekte im Sichtfeld eines Sensors zu beleuchten. Die zurück gestreute bzw. reflektierte IR-Strahlung wird mittels eines oder mehrerer optischer Empfangselemente im Sensor gemessen und digitalisiert. Aufgrund der empfangenen Signalstärke und Signallaufzeit so wie der geometrischen Positionen von Sende- und Empfangselementen im
Sensor können verschiedene Parameter wie die Zahl, die Positionen, die Geschwindigkeiten, die Beschleunigungen so wie die Ausdehnungen detektierter Objekte ermittelt und in eine beispielsweise für ein
Umgebungsüberwachungs- oder Fahrerassistenzsystem nutzbare
Informationen umgesetzt werden. Beispielsweise kann die umgesetzte Information dazu dienen, bei Fahrzeugen eine aktive
Geschwindigkeitskontrolle anzusteuern oder Warnmeldungen durch ein Fahrerassistenzsystem auszugeben.
Für die Ausleuchtung und Festlegung des nutzbaren Sichtfeldes so wie die Erhöhung der Gesamtempfindlichkeit eines Sensors werden sowohl auf der Sende- als auch Empfangsseite optische Linsen eingesetzt. Diese Linsen sind derart modelliert, dass das gewünschte reguläre Sichtfeld in horizontaler und vertikaler Richtung ausgeleuchtet wird. Der horizontale und vertikale
Winkelbereich können voneinander unabhängig festgelegt und die jeweiligen Einsatzerfordernisse adaptiert werden. Typische reguläre Winkelbereiche für ein Fahrerassistenzsystem sind beispielsweise horizontal ± 10 Winkelgrad und vertikal ± 2 Winkelgrad bei den maximalen Reichweiten dieser Sensoren, die im Bereich von einigen hundert Metern liegen. Die geometrische Ausdehnung des regulären Sichtfelds des Sensors ist bei Distanzen von einigen Metern insbesondere in vertikaler Richtung vor einem Fahrzeug klein und erlaubt meistens nicht die Erfassung von Objekten mit hoch liegenden reflektierenden Bereichen wie Lastkraftwagen (LKW),
Transporter oder Sonderfahrzeugen, wenn die Einbauhöhe des Sensors gering ist. In gleicher weise besteht die Schwierigkeit, dass bei einer hohen Einbaulage, beispielsweise hinter der Windschutzscheibe niedrige Objekte wie Sportwagen nicht mehr erfasst werden können. Unabhängig von der Einbaulage kann also bei derartigen Sensoren bei der Annäherung an ein hohes bzw. niedriges Objekt ein Zielverlust bei kleinen Entfernungen die Folge sein. Unter einem Zielverlust wird im Prinzip das„Herauswandern" eines detektierten Objekts aus dem Erfassungsbereich eines Sensors verstanden. Um diesen Zielverlust zu vermeiden, und Objekte auch im Nahbereich erfassen zu können, muss das Sichtfeld eines Sensors erweitert werden. Eine Sichtfelderweiterung, die auch als Upcone in niedriger Einbaulage des Sensors und Downcone bei hoher Einbaulage bezeichnet wird, beträgt typisch bis zu zusätzliche 15 Winkelgrad in vertikaler Richtung, um im Nahfeld des Sensors wirksam zu sein. Eine solche vertikale Sichtfelderweiterung kann durch Modellierung einer zusätzlichen Keilstruktur auf der Sende- und
Empfangsseite des Sensors erfolgen. Die Keilstruktur bewirkt, dass ein Teil der vom Sensor abgestrahlten Strahlung in deutlich höhere Winkelbereiche abgelenkt wird, und ebenso Strahlung aus deutlich höheren Winkelbereichen empfangen werden kann. Beispielsweise beschreibt die EP 1 862 819 A1 ein Sensorsystem zur winkelaufgelösten Erfassung von Umgebungsobjekten, bei dem Senderzonen ein raumwinkelabhängiges, inhomogenes Intensitätsprofil aufweisen. Das Intensitätsprofil einer ersten Senderzone ist zudem vom Intensitätsprofil einer zweiten Senderzone verschieden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein weiter verbessertes Sensorsystem zur Erfassung von Umgebungsobjekten vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird durch ein Sensorsystem zur Erfassung von Umgebungsobjekten mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, in einem
Sensorsystem zur Erfassung von Umgebungsobjekten ein optisches Mittel derart auszugestalten, dass es mindestens eine zusätzliche optische Struktur in Form einer Keilstruktur mit variierendem Intensitätsprofil aufweist, die zur Ablenkung von ausgesendeter Strahlung in einen Nebenerfassungsbereich und von einem Umgebungsobjekt aus dem Nebenerfassungsbereich reflektierter Strahlung ausgebildet ist, und dass es ferner den zeitlichen Verlauf einer Sequenz aufeinanderfolgender Messsignale, die von
empfangener reflektierter Strahlung erzeugt werden, analysiert und davon abhängig Parameter von im Nebenerfassungsbereich befindlichen
Umgebungsobjekten ermittelt. Durch die mindestens eine zusätzliche optische Struktur wird beispielsweise ein Upcone-Sende- und Empfangsbereich geschaffen, der die Erfassung von Umgebungsobjekten ermöglicht, die außerhalb des Haupterfassungsbereichs des Sensorsystems liegen. Durch die Ausbildung der mindestens einen zusätzlichen optischen Struktur in Form einer Keilstruktur mit variierendem Intensitätsprofil wird für reflektierende Umgebungsobjekte, die sich im Nebenerfassungsbereich befinden, eine charakteristische empfangene Strahlungsintensität erzeugt, die zu einem typischen zeitlichen Verlauf einer Sequenz aufeinanderfolgender Messsignale führen kann. Durch die Analyse des zeitlichen Verlaufs der Sequenz aufeinanderfolgender Messsignale wird die Erfassung von insbesondere hohen Umgebungsobjekten im Nahbereich des Sensorsystems ermöglicht, da vor allem diese Objekte in der Regel den vorgenannten typischen zeitlichen Verlauf von Messsignalen im Sensorsystem erzeugen. Beispielsweise erzeugt ein hoher LKW bei Annäherung einen typischen zeitlichen Verlauf, indem von den hoch liegenden reflektierenden Flächen am Heck des LKWs reflektierte Strahlung vom Haupt- und den Nebenerfassungsbereich des Sensorsystems wandert. Durch das Sensorsystem kann dieser zeitliche Verlauf erfasst und analysiert werden, wodurch mit dem Sensorsystem gerade solche Situationen erfasst werden können, die bei herkömmlichen
Umgebungserfassungssensoren zu einem Zielverlust wie eingangs
beschrieben führen. Unter einem variierenden Intensitätsprofil der Keilstruktur wird eine Variation von die Keilstruktur durchdringender Strahlung unter verschiedenen Winkeln verstanden. Beispielsweise wird dadurch bewirkt, dass eine vom oberen Rand des Nebenerfassungsbereichs empfangene Strahlung eine andere Intensität als eine vom unteren Rand des
Nebenerfassungsbereichs empfangene Strahlung besitzt, die diese beiden Strahlungen unter verschiedenen Einfallswinkeln auf der Keilstruktur auftreffen.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einer Ausführungsform ein
Sensorsystem zur Erfassung von Umgebungsobjekten mit
- Senderelementen zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung,
- Empfangselementen zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung,
- einem optischen Mittel, das vor den Sender- und Empfangselementen angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass ein erster Anteil der von den Senderelementen ausgesendeten Strahlung in einen Haupterfassungsbereich in horizontaler Richtung, in dem sich im Wesentlichen auf einer Höhe mit dem Sensorsystem befindliche Umgebungsobjekte erfasst werden können, und ein zweiter Anteil der von den Senderelementen ausgesendeten Strahlung in vertikaler Richtung in einen Nebenerfassungsbereich abgelenkt wird, um außerhalb des Haupterfassungsbereichs befindliche Umgebungsobjekte zumindest teilweise zu bestrahlen, und dass Strahlung, die von im
Nebenerfassungsbereich des Sensorsystems befindlichen
Umgebungsobjekten reflektiert wird, derart abgelenkt wird, dass sie mit den Empfangselementen erfasst werden kann, wobei das optische Mittel mindestens eine zusätzliche optische Struktur in Form einer Keilstruktur mit variierendem Intensitätsprofil aufweist, die zur Ablenkung von ausgesendeter Strahlung in den Nebenerfassungsbereich und von einem Umgebungsobjekt aus dem Nebenerfassungsbereich reflektierter Strahlung ausgebildet ist, und
- einem Sensordatenverarbeitungsmittel, das ausgebildet ist, den zeitlichen Verlauf einer Sequenz aufeinanderfolgender Messsignale, die von empfangener reflektierter Strahlung erzeugt werden, zu analysieren und davon abhängig Parameter von im Nebenerfassungsbereich befindlichen Umgebungsobjekten zu ermitteln.
Die Sensordatenverarbeitungsmittel können beispielsweise durch einen Messsignalverarbeitungsalgorithmus implementiert werden, der von einem Prozessor ausgeführt wird und zur Verarbeitung von Messsignalen der Empfangselemente ausgebildet ist. Das Sensorsystem ist insbesondere zum Einsatz in Fahrerassistenz- und Sicherheitssystemen für Kraftfahrzeuge geeignet.
Die zusätzliche optische Struktur kann in Form einer Keilstruktur mit variierendem Intensitätsprofil auf einem Teil der Oberfläche des optischen Mittels ausgebildet sein, und die Keilstruktur kann einen variierenden vertikalen Keilwinkel besitzen, der das variierende Intensitätsprofil bewirkt. Der Keilwinkel kann beispielsweise derart variieren, dass eine abnehmende Intensität von aus größeren Winkelbereichen empfangener Strahlung bewirkt wird. Der vertikale Keilwinkel kann insbesondere gemäß einer ganzrationalen Funktion zweiter oder dritter Ordnung variieren, um eine
Intensitätsvariation von in den Nebenerfassungsbereich ausgesendeter und aus dem Nebenerfassungsbereich empfangener Strahlung zu bewirken. Es hat sich gezeigt, dass durch eine lineare bzw. quadratische Intensitätsvariation ein charakteristischer Verlauf von Reflexionen in einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Messsignalen bewirkt wird, der sich gut für eine Analyse durch das Sensordatenverarbeitungsmittel eignet. Zudem lässt sich eine Keilstruktur mit einem derartigen Keilwinkel mit hoher Genauigkeit fertigen.
Der vertikale Keilwinkel kann auch gemäß einer ganzrationalen Funktion vierter oder höherer Ordnung variieren, um eine Intensitätsvariation von in den Nebenerfassungsbereich ausgesendeter und aus dem Nebenerfassungsbereich empfangener Strahlung zu bewirken. Hierdurch kann ebenfalls ein charakteristischer Verlauf von Reflexionen in einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Messsignalen bewirkt werden, die gut durch die Sensordatenverarbeitungsmittel analysiert werden können.
Mehrere zusätzliche optische Strukturen können an mehreren räumlich getrennten Positionen auf der optischen Oberfläche des optischen Mittels aufgebracht sein. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit reduziert werden, dass die zusätzliche optische Struktur punktuell beispielsweise durch Schnee oder Schmutz abgedeckt wird und dadurch die Funktion des Sensorsystems beeinträchtigt wird.
Das Sensordatenverarbeitungsmittel kann weiterhin ausgebildet sein, als Parameter die Höhen von im Nebenerfassungsbereich befindlichen
Umgebungsobjekten über einer Referenzhöhe zu ermitteln. Bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug kann das Sensordatensystem beispielsweise dadurch die Höhen von vorausfahrenden LKWs über der Fahrbahnoberfläche ermitteln. Diese Parameter können dann zur Weiterverarbeitung durch ein Fahrerassistenz- oder Sicherheitssystem verwendet werden.
Ferner kann das Sensordatenverarbeitungsmittel ausgebildet sein, im
Nebenerfassungsbereich befindliche Umgebungsobjekte nach ihrer ermittelten Höhe zu diskriminieren. Hierdurch wird ermöglicht, beispielsweise LKWs von Schilderbrücken zu unterscheiden, die in großer Höhe über einer Fahrspur angebracht sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein
Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenz- oder Sicherheitssystem vorgesehen, das ein Sensorsystem nach der Erfindung und wie
vorstehend erläutert aufweist, um Umgebungsobjekte zu erfassen. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem/den in der/den Zeichnung(en) dargestellten Ausführungsbeispiel(en). In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der/den Zeichnung(en) werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. Die Zeichnung(en) zeigt/zeigen in
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems gemäß der Erfindung; und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems
gemäß der Erfindung.
Im Folgenden können gleiche und/oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die im Folgenden angegebenen absoluten Werte und Maßangaben sind nur beispielhafte Werte und stellen keine Einschränkung der Erfindung auf derartige Dimensionen dar.
Fig. 1 zeigt die Konfiguration eines ACC - Lidar - Sensorsystems 10 mit einem Senderelement 14 und einem Empfangselement 18. Das
Senderelement 14 kann durch eine Laserdiode mit einer Linse gebildet werden. Das Empfangselement 18 kann durch eine Photodiode mit einer Linse gebildet werden. Das Sensorsystem 10 verfügt neben einem regulären Sichtfeld mit einem kleinen Öffnungswinkel in vertikaler Richtung als Haupterfassungsbereich 26 einen zusätzlichen vertikalen Sichtbereicht mit einem großen Öffnungswinkel, der sich vertikal an den regulären Sichtbereich anschließt, als Nebenerfassungsbereich 30.
Dieser Nebenerfassungsbereich 30, der auch als„Upcone" bezeichnet wird, wird durch eine Keilstruktur 32 auf der Sende (Tx) - Linse und der Emfangs (Rx) - Linse erzeugt. Durch diese Keilstruktur wird vom
Senderelement ausgesandte Strahlung auch in den Upcone 30 und aus dem Upcone reflektierte Strahlung auf das Empfangselement gelenkt. Bei Annäherung an ein Fahrzeug mit hoch liegenden Reflektoren (LKW) verschwindet das reflektierte Signal des Meßobjektes aus dem regulären Sichtbereich 26, bleibt aber bis zur Annäherung auf sehr geringe
Distanzen im Erfassungsbereich des Upcones 30.
Fig. 2 zeigt ein Sensorsystem 10, wie es beispielsweise in einem ACC- System eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Das Sensorsystem 10 weist Senderelemente 14, beispielsweise Laserdioden, zum
Aussenden von gepulster optischer Strahlung und Empfangselemente 18 wie beispielsweise Photodioden zum Empfangen von optischer Strahlung, insbesondere von reflektierten und von den Senderelementen 14 ausgestrahlten optischen Strahlungsimpulsen auf.
Das Sensorsystem 10 ist dazu ausgebildet, einen
Haupterfassungsbereich 26 und einen Nebenerfassungsbereich 30 aufzuweisen. Der Haupterfassungsbereich 26 ist vorgesehen, um niedrige Umgebungsobjekte wie Personenkraftwagen (PKW) zu erfassen. Die Höhe des Haupterfassungsbereichs 26 ist daher etwa auf die Höhe von PKW abgestimmt. Über dem Haupterfassungsbereich 26 ist ein
Nebenerfassungsbereich 30 vorgesehen, der zum Erfassen von
Umgebungsobjekten dient, die eine hohe Höhe über der Fahrbahn besitzen, beispielsweise LKW.
Zur Ausbildung des Haupt- und Nebenerfassungsbereichs ist wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Sensorsystem den Sender- und Empfangselementen 14 und 18 ein optisches Mittel 22 in Form einer Linse vorgeschaltet, die derart ausgestaltet ist, dass ein erster Anteil 24 der von den Senderelementen 14 ausgesendeten Strahlung in den Haupterfassungsbereich 26 in
horizontaler Richtung und ein zweiter Anteil 28 der von den Senderelementen 14 ausgesendeten Strahlung in vertikaler Richtung in den
Nebenerfassungsbereich 30 abgelenkt wird.
Das optische Mittel 22 weist ferner eine zusätzliche optische Struktur in Form einer Keilstruktur 32 mit variierendem Intensitätsprofil auf. Die Keilstruktur 32 kann auf einem Teil der Oberfläche des optischen Mittels 22 ausgebildet sein und besitzt einen variierenden vertikalen Keilwinkel. Es können mehrere dieser zusätzlichen optischen Strukturen auf der
Oberfläche der Linse 22 ausgebildet sein, um den
Nebenerfassungsbereich 30 entweder redundant zu erfassen oder zu erweitern. Durch die Keilstruktur 32 wird eine stärkere Ablenkung von durch die Linse 22 hindurch tretender Strahlung bewirkt, da die
Keilstruktur 32 eine Variation des Brechungsindex der Linse 22 bewirkt.
Der vertikale Keilwinkel der Keilstruktur 32 kann verschieden ausgebildet sein. Er kann gemäß einer ganzrationalen Funktion zweiter, dritter, vierter oder höherer Ordnung variieren, um eine entsprechende
Intensitätsvariation insbesondere von in den Nebenerfassungsbereich ausgesendeter und aus dem Nebenerfassungsbereich empfangener Strahlung zu bewirken. Diese Intensitätsvariation ermöglicht eine
Unterscheidung von reflektierter Strahlung 20 insbesondere nach ihrem Eintritts Winkel in die Keilstruktur 32. Dadurch kann beispielsweise aus dem oberen Randbereich des Nebenerfassungsbereichs 30, also beispielsweise von der Oberkante eines LKW reflektierte Strahlung von Strahlung anhand der Intensität unterschieden werden, die aus dem unteren Randbereich des Nebenerfassungsbereichs 30, der an den oberen Rand des Haupterfassungsbereichs 26 grenzt, reflektiert wird.
Die von den Empfangselementen 18 empfangene Strahlung wird als Messsignale an Sensordatenverarbeitungsmittel 34 zur weiteren
Verarbeitung weitergegeben. Die Sensordatenverarbeitungsmittel 34 sind nicht zur Verarbeitung der Messsignale, sondern auch zum Ansteuern der Sendeelemente 14 ausgebildet. Die Sensordatenverarbeitungsmittel 34 können durch einen Prozessor, beispielsweise einen Mikrokontroller implementiert werden, der ein Programm zum Verarbeiten der Messsignale ausführt. Der dem Programm zugrunde liegende Algorithmus wird im
Folgenden erläutert.
Der Algorithmus ermittelt anhand der zugeführten Messsignale insbesondere einen typischen und in der Regel unverwechselbaren zeitlichen Verlauf einer Sequenz aufeinander folgender Messsignale, der sich bei Annäherung an ein Umgebungsobjekt mit hoher Höhe über der Fahrbahn wie einen LKW durch die reflektierte und über die Keilstruktur 32 der Linse 22 in die
Empfangselemente 18 eingekoppelte reflektierte Strahlung 20 ergibt. Anhand des so ermittelten unverwechselbaren zeitlichen Verlaufs der Sequenz aufeinander folgender Messsignale berechnet dann der Algorithmus die Absoluthöhe von reflektierenden Flächen über der Fahrbahn als
Referenzhöhe. Anhand der berechneten Absoluthöhen unterscheidet der Algorithmus dann für ein ACC-System relevante Umgebungsobjekte wie LKW von nicht relevanten Umgebungsobjekten wie Schilderbrücken, die in größerer Höhe über der Fahrbahn angebracht sind. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Erfassung von Umgebungsobjekten verbessert werden, was insbesondere vorteilhaft für einen Einsatz in
Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme ist. Vor allem kann die
Diskriminierung von relevanten von weniger oder nicht relevanten
Umgebungsobjekten verbessert werden, was insbesondere für ein ACC- System von Vorteil ist.
Bezugszeichen
10 Sensorsystem
12 Umgebungsobjekte
14 Senderelemente
16 ausgesandte elektromagnetische Strahlung
18 Empfangselemente
20 elektromagnetischer Strahlung
22 optisches Mittel
24 erster Anteil der von den Senderelementen ausgesendeten
Strahlung
26 Haupterfassungsbereich
28 zweiter Anteil der von den Senderelementen ausgesendeten
Strahlung
30 Nebenerfassungsbereich
32 zusätzliche optische Struktur
34 Sensordatenverarbeitungsmittel

Claims

Patentansprüche . Sensorsystem ( 0) zur Erfassung von Umgebungsobjekten (12) mit
- Senderelementen (14) zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung (16),
- Empfangselementen (18) zum Empfangen von elektromagnetischer Strahlung (20),
- einem optischen Mittel (22), das vor den Sender- und
Empfangselementen angeordnet und derart ausgestaltet ist, dass ein erster Anteil (24) der von den Senderelementen ausgesendeten Strahlung in einen Haupterfassungsbereich (26) in horizontaler
Richtung, in dem sich im Wesentlichen auf einer Höhe mit dem
Sensorsystem befindliche Umgebungsobjekte erfasst werden können, und ein zweiter Anteil (28) der von den Senderelementen
ausgesendeten Strahlung in vertikaler Richtung in einen
Nebenerfassungsbereich (30) abgelenkt wird, um außerhalb des Haupterfassungsbereichs befindliche Umgebungsobjekte zumindest teilweise zu bestrahlen, und dass Strahlung, die von im
Nebenerfassungsbereich des Sensorsystems befindlichen
Umgebungsobjekten reflektiert wird, derart abgelenkt wird, dass sie mit den Empfangselementen erfasst werden kann, wobei das optische Mittel mindestens eine zusätzliche optische Struktur (32) in Form einer Keilstruktur mit variierendem Intensitätsprofil aufweist, die zur
Ablenkung von ausgesendeter Strahlung in den
Nebenerfassungsbereich und von einem Umgebungsobjekt aus dem Nebenerfassungsbereich reflektierter Strahlung ausgebildet ist, und
- einem Sensordatenverarbeitungsmittel (34), das ausgebildet ist, den zeitlichen Verlauf einer Sequenz aufeinanderfolgender Messsignale, die von empfangener reflektierter Strahlung erzeugt werden, zu analysieren und davon abhängig Parameter von im
Nebenerfassungsbereich befindlichen Umgebungsobjekten zu ermitteln.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zusätzliche optische Struktur in Form einer Keilstruktur mit variierendem Intensitätsprofil auf einem Teil der Oberfläche des optischen Mittels ausgebildet ist und die Keilstruktur einen variierenden vertikalen Keilwinkel besitzt, der das variierende Intensitätsprofil bewirkt.
3. Sensorsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der vertikale Keilwinkel gemäß einer ganzrationalen Funktion zweiter oder dritter Ordnung variiert, um eine Intensitätsvariation von in den Nebenerfassungsbereich ausgesendeter und aus dem Nebenerfassungsbereich empfangener Strahlung zu bewirken.
4. Sensorsystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der vertikale Keilwinkel gemäß einer ganzrationalen Funktion vierter oder höherer Ordnung variiert, um eine Intensitätsvariation von in den Nebenerfassungsbereich ausgesendeter und aus dem Nebenerfassungsbereich empfangener Strahlung zu bewirken.
5. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere zusätzliche optische Strukturen an mehreren räumlich getrennten Positionen auf der optischen Oberfläche des optischen Mittels aufgebracht sind.
6. Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensordatenverarbeitungsmittel ausgebildet ist, als Parameter die Höhen von im Nebenerfassungsbereich befindlichen Umgebungsobjekten über einer Referenzhöhe zu ermitteln.
7. Sensorsystem nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sensordatenverarbeitungsmittel ferner ausgebildet ist, im
Nebenerfassungsbereich befindliche Umgebungsobjekte nach ihrer ermittelten Höhe zu diskriminieren.
8. Kraftfahrzeug mit einem Fahrerassistenz- oder Sicherheitssystem, das ein Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, um Umgebungsobjekte zu erfassen.
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