WO2021043510A1 - Sensorvorrichtung und fahrassistenzsystem - Google Patents

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WO2021043510A1
WO2021043510A1 PCT/EP2020/071367 EP2020071367W WO2021043510A1 WO 2021043510 A1 WO2021043510 A1 WO 2021043510A1 EP 2020071367 W EP2020071367 W EP 2020071367W WO 2021043510 A1 WO2021043510 A1 WO 2021043510A1
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temperature
driver assistance
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Sabin Nemes
Carsten Fries
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • G01S7/4039—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of sensor or antenna obstruction, e.g. dirt- or ice-coating
    • G01S7/4043—Means for monitoring or calibrating of parts of a radar system of sensor or antenna obstruction, e.g. dirt- or ice-coating including means to prevent or remove the obstruction
    • G01S7/4047—Heated dielectric lens, e.g. by heated wire

Definitions

  • the present disclosure relates to a sensor device, a driver assistance system with a sensor device, and a vehicle with a sensor device and / or a driver assistance system.
  • the present disclosure relates in particular to defrosting and / or dehumidifying in a detection area of a sensor device, such as, for example, in a field of view of a camera that is used, for example, in automated driving.
  • a sensor device such as, for example, in a field of view of a camera that is used, for example, in automated driving.
  • Driver assistance systems for automated driving are becoming increasingly important. Automated driving can be done with different degrees of automation. Exemplary degrees of automation are assisted, partially automated, highly automated or fully automated driving.
  • the driver assistance system for automated driving uses sensors that perceive the environment on a visual basis, both in the area that is visible to humans and that is invisible to humans.
  • the sensors can be, for example, a camera, a radar and / or a lidar. In addition to high-precision maps, these are the main signal sources for driver assistance systems for automated driving.
  • icing or fogging of a detection area or field of view of the sensors can occur.
  • a sensor device comprises at least one sensor unit which is set up to detect a detection area; at least one passage element, wherein the at least one sensor unit is set up to detect the detection area through the at least one passage element; at least one temperature sensor on or in at least one passage element, the at least one temperature sensor is configured to detect a temperature of the at least one passage element; at least one heating unit configured to heat the at least one passage element; and a controller that is connected to the at least one temperature sensor and the at least one heating unit, and that is configured to control the at least one heating unit based on the temperature detected by the at least one temperature sensor.
  • the at least one temperature sensor is arranged on or in at least one passage element of the sensor device.
  • the at least one temperature sensor is part of the sensor device and is not arranged outside the sensor device.
  • detection area as used in the context of the present document relates to an area that can be detected by a sensor unit.
  • the detection area can be given or defined by a detection angle of the sensor unit.
  • the sensor unit is an optical device, for example a camera
  • the detection area can be a field of view of the optical device.
  • the field of view denotes the area in the field of view of the optical device.
  • the at least one passage element is preferably an optical element of sensor optics.
  • the optical element can bring about a change in a beam profile of the optical beams coming from a surrounding area and striking the at least one passage element.
  • the optical element can be a lens, beam shaping optics, etc., for example.
  • the optical element can essentially not bring about any change in a beam profile of the optical beams coming from a surrounding area and striking the at least one passage element.
  • the optical element can be a cover element, protective glass, etc., for example.
  • the at least one passage element is preferably a radome.
  • the radome is a closed protective cover that contains the at least one sensor unit (e.g. a radar antenna, Directional radio antenna, etc.) protects against external mechanical and chemical influences such as wind or rain.
  • the radome can also be referred to as a “radome”.
  • the at least one sensor unit is preferably selected from the group which comprises a camera, a radar, a lidar and an ultrasonic sensor, or which consists of these.
  • the at least one sensor unit is not restricted to this and can be another type of sensor unit which is set up to detect an area around a vehicle, for example.
  • a wavelength transparency of the at least one passage element is preferably selected based on the type of the at least one sensor unit used.
  • the at least one passage element is essentially transparent to wavelengths that can be detected by the at least one sensor unit.
  • the at least one passage element can be nontransparent for at least some of the wavelengths that cannot be detected by the at least one sensor unit.
  • the at least one passage element is preferably at least partially optically transparent and / or at least partially optically opaque.
  • optically transparent and optically opaque can refer to the visible wavelength range of light, and in particular to the wavelength range visible to humans.
  • the visible wavelength range can be defined in the range from about 750 nm to about 400 nm.
  • the at least one sensor unit can be a camera, and in particular an imaging camera.
  • the at least one passage element can be essentially transparent for the visible wavelength range.
  • the at least one sensor unit can be a lidar.
  • the at least one passage element can in this case be transparent for wavelengths that can be detected by the lidar, and can be essentially non-transparent for the visible wavelength range.
  • the at least one passage element preferably has a first area which is (for example optically) transparent, and a second area which is (for example optically) non-transparent.
  • the at least one sensor unit can be set up to detect the detection area through the first area of the at least one passage element.
  • the at least one temperature sensor can be arranged in the second region of the at least one passage element. The at least one temperature sensor can thus be protected from external influences be protected, for example from solar radiation, so that a more precise temperature detection is possible.
  • the controller is preferably set up to set a power of the at least one heating unit in such a way that the temperature of the at least one passage element is equal to or less than a predetermined threshold value.
  • the predetermined threshold value can be 70 ° C, for example.
  • a driver assistance system for a vehicle in particular a motor vehicle, is specified.
  • the driver assistance system includes the sensor device according to the embodiments of the present disclosure.
  • the driver assistance system is preferably set up for automated driving.
  • automated driving can be understood to mean driving with automated longitudinal or lateral guidance or autonomous driving with automated longitudinal and lateral guidance.
  • the automated driving can be, for example, driving on the motorway for a longer period of time or driving for a limited time as part of parking or maneuvering.
  • automated driving includes automated driving with any degree of automation. Exemplary degrees of automation are assisted, partially automated, highly automated or fully automated driving. These degrees of automation were defined by the Federal Highway Research Institute (BASt) (see BASt publication “Research compact”, edition 11/2012).
  • assisted driving the driver continuously performs the longitudinal or lateral guidance, while the system takes on the other function within certain limits.
  • TAF partially automated driving
  • the system takes over the longitudinal and lateral guidance for a certain period of time and / or in specific situations, whereby the driver has to constantly monitor the system as with assisted driving.
  • highly automated driving HAF
  • the system takes over the longitudinal and lateral guidance for a certain period of time without this the driver must constantly monitor the system; however, the driver must be able to take over driving the vehicle within a certain period of time.
  • VAF fully automated driving
  • VAF the system can automatically cope with driving in all situations for a specific application; a driver is no longer required for this application.
  • SAE levels 1 to 4 of the SAE J3016 standard SAE - Society of Automotive Engineering
  • highly automated driving (HAF) Level 3 corresponds to the SAE J3016 standard.
  • SAE J3016 provides for SAE level 5 as the highest degree of automation, which is not included in the definition of BASt.
  • SAE level 5 corresponds to driverless driving, in which the system can automatically cope with all situations like a human driver during the entire journey; a driver is generally no longer required.
  • a vehicle in particular a motor vehicle, is specified.
  • the vehicle comprises the sensor device according to and / or the driver assistance system according to the embodiments of the present disclosure.
  • vehicle includes cars, trucks, buses, mobile homes, motorcycles, etc. that are used to transport people, goods, etc.
  • the term includes motor vehicles for passenger transport.
  • Figure 1 schematically shows a sensor device according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2 schematically shows a sensor device according to further embodiments of the present disclosure
  • FIG. 3 schematically shows a sensor device according to further embodiments of the present disclosure
  • FIG. 4 schematically shows a vehicle with a sensor device according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 3 schematically shows a sensor device according to further embodiments of the present disclosure
  • FIG. 4 schematically shows a vehicle with a sensor device according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 3 schematically shows a sensor device according to further embodiments of the present disclosure
  • FIG. 4 schematically shows a vehicle with a sensor device according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 5 schematically shows a flow diagram of a method for operating a sensor device according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 1 schematically shows a sensor device 100 according to embodiments of the present disclosure.
  • the sensor device 100 comprises at least one sensor unit 110 which is set up to detect a detection area 112; at least one passage element 120, wherein the at least one sensor unit 110 is set up to detect the detection region 112 through the at least one passage element 120; at least one temperature sensor 130 on or in at least one passage element 120, the at least one temperature sensor 130 being designed to detect a temperature of the at least one passage element 120; at least one heating unit 140 configured to heat the at least one passage element 120; and a controller 150, which is connected to the at least one temperature sensor 130 and the at least one heating unit 140, and which is configured to control the at least one heating unit 140 based on the temperature detected by the at least one temperature sensor 130.
  • both the at least one temperature sensor 130 and the at least one heating unit 140 are arranged outside the detection area 114 of the at least one sensor unit 110. This arrangement does not impair the detection by the at least one sensor unit 110.
  • the at least one passage element 120 is an optical element of sensor optics.
  • the optical element can be, for example, a lens, beam shaping optics, a cover element, a protective glass, etc.
  • the at least one passage element 120 can consist of an optically transparent material, for example.
  • the at least one passage element 120 can consist of a plastic that is essentially permeable or transparent for at least one specific wavelength range.
  • the at least one passage element 120 is not restricted to optical elements and can be a radome, for example.
  • the radome is a closed protective cover that protects the at least one sensor unit (e.g. a radar antenna, directional radio antenna, etc.) from external mechanical and chemical influences such as wind or rain.
  • the at least one sensor unit 110 is selected from the group that includes or consists of a camera, a radar, a lidar and an ultrasonic sensor.
  • a permeability or transparency with respect to specific wavelengths or wavelength ranges of the at least one passage element 120 can be selected based on the type of the at least one sensor unit 110 used.
  • the at least one passage element 120 can be essentially permeable or transparent for wavelengths or wavelength ranges that can be detected by the at least one sensor unit 110.
  • the at least one passage element 120 can be essentially opaque or non-transparent for at least some of the wavelengths 120 that cannot be detected by the at least one sensor unit 110.
  • the at least one sensor unit 110 can be a camera, and in particular an imaging camera.
  • the camera can have an optical axis 114, as is shown in the example in FIG. 1.
  • the at least one passage element 120 can be essentially transparent for the visible wavelength range.
  • the at least one sensor unit 110 can be a radar, lidar or ultrasonic sensor.
  • the at least one passage element 120 can in this case be permeable or transparent for wavelengths that can be detected by the radar, the lidar or the ultrasonic sensor, and can be essentially opaque or non-transparent for the visible wavelength range.
  • the controller 150 is configured to set a power of the at least one heating unit 140 such that the temperature of the at least one passage element 120 is equal to or less than a predetermined threshold value.
  • the predetermined threshold value can be 70 ° C, for example.
  • the at least one heating unit 140 can be a resistance heater. In some embodiments, the at least one heating unit 140 can be attached directly to an outer surface of the at least one passage element 120. In further embodiments, the at least one heating unit 140 can be embedded in the at least one passage element 120.
  • FIG. 2 schematically shows a sensor device 100 according to further embodiments of the present disclosure.
  • both the at least one temperature sensor 130 and the at least one heating unit 140 are arranged outside the detection area 114 of the at least one sensor unit 110.
  • the at least one temperature sensor 130 and / or the at least one heating unit 140 can be arranged within the detection area 114 of the at least one sensor unit 110.
  • FIG. 2 shows an exemplary arrangement of the at least one heating unit 140 within the detection area 114 of the at least one sensor unit 110.
  • the at least one temperature sensor 130 can be arranged outside the detection area 114 of the at least one sensor unit 110. Such an arrangement is advantageous in order to ensure rapid de-icing or dehumidification of the at least one passage element 120 in the detection area 114 of the at least one sensor unit 110.
  • the at least one heating unit 140 can be configured in such a way that it essentially does not influence a detection by the at least one sensor unit 110.
  • the at least one heating unit 140 can consist of a transparent material.
  • the at least one heating unit 140 can comprise a multiplicity of elongate heating elements (not shown) which have a thickness that is small enough that detection by the at least one sensor unit 110 is essentially not influenced.
  • FIG. 3 schematically shows a sensor device 100 according to further embodiments of the present disclosure.
  • the at least one passage element 120 has a first area that is (e.g., optically) transparent and a second area that is (e.g., optically) opaque.
  • the at least one sensor unit 110 can be set up to detect the detection area through the first area of the at least one passage element 120.
  • the at least one temperature sensor 130 can be arranged in the second region of the at least one passage element 120. The at least one temperature sensor 130 can thus be protected from external influences, such as solar radiation, so that more precise temperature detection is made possible by the at least one temperature sensor 130.
  • the second area can be defined by a black mask 310.
  • the black mask 310 may be applied to a surface of the at least one passage element 120 to define the first area and the second area.
  • first region and the second region can be provided, for example, by material properties of the at least one passage element 120.
  • FIG. 4 schematically shows a vehicle 400 with a sensor device 100 according to embodiments of the present disclosure.
  • the vehicle 400 can in particular be a motor vehicle.
  • the vehicle 400 may include a driver assistance system and the sensor device 100 according to the embodiments of the present disclosure.
  • the sensor device 100 can be provided as a component of the driver assistance system.
  • the driver assistance system can be set up for automated driving.
  • the vehicle 400 can include at least one sensor device 100 according to the embodiments of the present disclosure, which is configured to record environmental data that indicate the vehicle surroundings.
  • the at least one sensor device 100 can include, for example, a Lidas system, a radar system and / or a camera.
  • FIG. 5 schematically shows a flow diagram of a method 500 for operating a sensor device according to embodiments of the present disclosure.
  • the method 500 can be implemented by a corresponding algorithm that can be executed by a processor (e.g. a CPU).
  • a processor e.g. a CPU
  • icing or fogging is detected in the detection area of the sensor device.
  • This detection can be used as a trigger in order to trigger the heating unit in block 520 in order to defrost or dehumidify the detection area of the sensor device.
  • the heating unit can be controlled based on the measured temperature in or on the detection area, at least one heating limitation (e.g. a maximum heating temperature), a heating strategy, etc.
  • the heating unit can be operated until at least one termination condition is met in block 530.
  • the at least one termination condition can be, for example, the at least one heating limitation, the complete removal of icing or condensation, etc. If the at least one termination condition is met, the heating process is ended in block 540.
  • the at least one temperature sensor is arranged on or in at least one passage element of the sensor device.
  • the at least one temperature sensor is part of the sensor device and is not arranged outside the sensor device.

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sensorvorrichtung, umfassend: wenigstens eine Sensoreinheit, die eingerichtet ist, um einen Erfassungsbereich zu erfassen; wenigstens ein Durchgangselement, wobei die wenigstens eine Sensoreinheit eingerichtet ist, um den Erfassungsbereich durch das wenigstens eine Durchgangselement hindurch zu erfassen; wenigstens einen Temperatursensor am oder im wenigstens einen Durchgangselement, wobei der wenigstens eine Temperatursensor eingerichtet ist, um eine Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements zu erfassen; wenigstens eine Heizeinheit, die eingerichtet ist, um das wenigstens eine Durchgangselement zu heizen; und eine Steuerung, die mit dem wenigstens einen Temperatursensor und der wenigstens einen Heizeinheit verbunden ist, und die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Heizeinheit basierend auf der durch den wenigstens einen Temperatursensor erfassten Temperatur zu steuern.

Description

Sensorvorrichtung und Fahrassistenzsystem
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Sensorvorrichtung, ein Fahrassistenzsystem mit einer Sensorvorrichtung, und ein Fahrzeug mit einer Sensorvorrichtung und/oder einem Fahrassistenzsystem. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere eine Enteisung und/oder Entfeuchtung in einem Erfassungsbereich einer Sensorvorrichtung, wie zum Beispiel in einem Sichtfeld einer Kamera, die beispielsweise beim automatisierten Fahren verwendet wird. Stand der Technik
Fahrassistenzsysteme zum automatisierten Fahren gewinnen stetig an Bedeutung. Das automatisierte Fahren kann mit verschiedenen Automatisierungsgraden erfolgen. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Das Fahrassistenzsystem zum automatisierten Fahren verwendet Sensoren, die die Umgebung auf visueller Basis wahrnehmen, sowohl im für den Menschen sichtbaren als auch unsichtbaren Bereich. Die Sensoren können zum Beispiel eine Kamera, ein Radar und/oder ein Lidar sein. Diese sind neben hochgenauen Karten die hauptsächlichen Signalquellen für Fahrassistenzsysteme zum automatisierten Fahren.
In Abhängigkeit der Wetterbedingungen kann es zu einer Vereisung oder einem Beschlagen eines Erfassungsbereiches bzw. Sichtfeldes der Sensoren kommen. Um eine zuverlässige Umfelderfassung durch die Sensoren zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Vereisung bzw. den Beschlag im Erfassungsbereich bzw. Sichtfeld der Sensoren schnell und effektiv zu entfernen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Sensorvorrichtung, ein Fahrassistenzsystem mit einer Sensorvorrichtung, und ein Fahrzeug mit einer Sensorvorrichtung und/oder einem Fahrassistenzsystem anzugeben, die eine Umfelderfassung durch eine Sensorvorrichtung verbessern können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Fahrassi Stenzfunktion zum automatisierten Fahren zu verbessern und/oder sicherer zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Sensorvorrichtung angegeben. Die Sensorvorrichtung umfasst wenigstens eine Sensoreinheit, die eingerichtet ist, um einen Erfassungsbereich zu erfassen; wenigstens ein Durchgangselement, wobei die wenigstens eine Sensoreinheit eingerichtet ist, um den Erfassungsbereich durch das wenigstens eine Durchgangselement hindurch zu erfassen; wenigstens einen Temperatursensor am oder im wenigstens einen Durchgangselement, wobei der wenigstens eine Temperatursensor eingerichtet ist, um eine Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements zu erfassen; wenigstens eine Heizeinheit, die eingerichtet ist, um das wenigstens eine Durchgangselement zu heizen; und eine Steuerung, die mit dem wenigstens einen Temperatur sensor und der wenigstens einen Heizeinheit verbunden ist, und die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Heizeinheit basierend auf der durch den wenigstens einen Temperatursensor erfassten Temperatur zu steuern.
Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Temperatursensor am oder im wenigstens einen Durchgangselement der Sensorvorrichtung angeordnet. Anders gesagt ist der wenigstens eine Temperatursensor ein Teil der Sensorvorrichtung und ist nicht außerhalb der Sensorvorrichtung angeordnet. Dadurch kann präzisier bestimmt werden, ob der Erfassungsbereich der wenigstens einen Sensoreinheit vereist oder beschlagen ist, so dass die wenigstens eine Heizeinheit präzisier gesteuert und damit eine Zeit zum Enteisen oder Entfeuchten reduziert werden kann. Damit kann zum Beispiel eine Fahrassistenzfunktion zum automatisierten Fahren verbessert und/oder sicherer gestaltet werden.
Der Begriff „Erfassungsbereich“, wie er im Rahmen des vorliegenden Dokuments verwendet wird, bezieht sich auf einen Bereich, der durch eine Sensoreinheit erfassbar ist. Insbesondere kann der Erfassungsbereich durch einen Erfassungswinkel der Sensoreinheit gegeben bzw. definiert sein. Wenn die Sensoreinheit eine optische Vorrichtung ist, wie zum Beispiel eine Kamera, kann der Erfassungsbereich ein Sichtfeld („Field of View“) der optischen Vorrichtung sein. Das Sichtfeld bezeichnet dabei den Bereich im Bildwinkel der optischen Vorrichtung.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Durchgangselement ein optisches Element einer Sensoroptik. Das optische Element kann eine Änderung eines Strahlprofils der aus einem Umgebungsbereich kommenden und auf das wenigstens eine Durchgangselement treffenden optischen Strahlen bewirken. Das optische Element kann beispielsweise eine Linse, eine Strahlformungsoptik, etc. sein. In einem weiteren Beispiel kann das optische Element im Wesentlichen keine Änderung eines Strahlprofils der aus einem Umgebungsbereich kommenden und auf das wenigstens eine Durchgangselement treffenden optischen Strahlen bewirken. Das optische Element kann beispielsweise ein Abdeckelement, ein Schutzglas, etc. sein.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Durchgangselement ein Radom. Das Radom ist eine geschlossene Schutzhülle, die die wenigstens eine Sensoreinheit (z.B. eine Radarantenne, Richtfunkantenne, etc.) vor äußeren mechanischen und chemischen Einflüssen wie Wind oder Regen schützt. Das Radom kann auch als „Radarkuppel“ bezeichnet werden.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Sensoreinheit aus der Gruppe ausgewählt, die eine Kamera, ein Radar, ein Lidar und einen Ultraschall sensor umfasst, oder die daraus besteht. Die wenigstens eine Sensoreinheit ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann eine andere Art von Sensoreinheit sein, die eingerichtet ist, um einen Umgebungsbereich zum Beispiel eines Fahrzeugs zu erfassen.
Vorzugsweise ist eine Wellenlängen-Transparenz des wenigstens eine Durchgangselements basierend auf der Art der verwendeten wenigstens einen Sensoreinheit ausgewählt. Insbesondere ist das wenigstens eine Durchgangselement für durch die wenigstens eine Sensoreinheit erfassbaren Wellenlängen im Wesentlichen transparent. Optional kann das wenigstens eine Durchgangselement für zumindest einen Teil der durch die wenigstens eine Sensoreinheit nicht erfassbaren Wellenlängen intransparent sein.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Durchgangselement zumindest teilweise optisch transparent und/oder zumindest teilweise optisch intransparent. Die Begriffe „optisch transparent“ und „optisch intransparent“ können sich auf den sichtbaren Wellenlängenbereich von Licht beziehen, und insbesondere auf den für Menschen sichtbaren Wellenlängenbereich. Der sichtbare Wellenlängenbereich kann im Bereich von etwa 750 nm bis etwa 400 nm definiert sein.
In einem Beispiel kann die wenigstens eine Sensoreinheit eine Kamera sein, und insbesondere eine bildgebende Kamera. Das wenigstens eine Durchgangselement kann in diesem Fall für den sichtbaren Wellenlängenbereich im Wesentlichen transparent sein. In einem weiteren Beispiel kann die wenigstens eine Sensoreinheit ein Lidar sein. Das wenigstens eine Durchgangselement kann in diesem Fall für durch das Lidar erfassbare Wellenlängen transparent sein, und kann für den sichtbaren Wellenlängenbereich im Wesentlichen intransparent sein.
Vorzugsweise weist das wenigstens eine Durchgangselement einen ersten Bereich, der (z.B. optisch) transparent ist, und einen zweiten Bereich, der (z.B. optisch) intransparent ist, auf. Die wenigstens eine Sensoreinheit kann eingerichtet sein, um den Erfassungsbereich durch den ersten Bereich des wenigstens einen Durchgangselements hindurch zu erfassen. Der wenigstens eine Temperatursensor kann im zweiten Bereich des wenigstens einen Durchgangselements angeordnet sein. Damit kann der wenigstens eine Temperatursensor von äußeren Einwirkungen geschützt werden, wie zum Beispiel von Sonneneinstrahlung, so dass eine präzisere Temperatur erfassung ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist die Steuerung eingerichtet, um eine Leistung der wenigstens einen Heizeinheit derart einzustellen, dass die Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Der vorbestimmte Schwellwert kann zum Beispiel 70°C sein. Durch die direkte Messung der Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements kann die Steuerung schneller auf eine tatsächliche Temperaturänderung reagieren. Damit kann die Heizeinheit mit höherer Leistung angesteuert werden, ohne dass der vorbestimmte Schwellwert unbeabsichtigt überschritten wird. Dies erlaubt eine schnellere Enteisung und/oder Entfeuchtung des wenigstens einen Durchgangselements.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrassistenzsystem für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, angegeben. Das Fahrassistenzsystem umfasst die Sensorvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Vorzugsweise ist das Fahrassistenzsystem für ein automatisiertes Fahren eingerichtet.
Unter dem Begriff „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Bei dem automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012).
Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren (TAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren (HAF) übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren (VAF) kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich.
Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Beispielsweise entspricht das hochautomatisierte Fahren (HAF) Level 3 der Norm SAE J3016. Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann; ein Fahrer ist generell nicht mehr erforderlich.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, angegeben. Das Fahrzeug umfasst die Sensorvorrichtung nach und/oder das Fahrassistenzsystem gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Der Begriff Fahrzeug umfasst PKW, LKW, Busse, Wohnmobile, Krafträder, etc., die der Beförderung von Personen, Gütern, etc. dienen. Insbesondere umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge zur Personenbeförderung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 schematisch eine Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
Figur 2 schematisch eine Sensorvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
Figur 3 schematisch eine Sensorvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, Figur 4 schematisch ein Fahrzeug mit einer Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und
Figur 5 schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Ausführungsformen der Offenbarung
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt schematisch eine Sensorvorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die Sensorvorrichtung 100 umfasst wenigstens eine Sensoreinheit 110, die eingerichtet ist, um einen Erfassungsbereich 112 zu erfassen; wenigstens ein Durchgangselement 120, wobei die wenigstens eine Sensoreinheit 110 eingerichtet ist, um den Erfassungsbereich 112 durch das wenigstens eine Durchgangselement 120 hindurch zu erfassen; wenigstens einen Temperatursensor 130 am oder im wenigstens einen Durchgangselement 120, wobei der wenigstens eine Temperatursensor 130 eingerichtet ist, um eine Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements 120 zu erfassen; wenigstens eine Heizeinheit 140, die eingerichtet ist, um das wenigstens eine Durchgangselement 120 zu heizen; und eine Steuerung 150, die mit dem wenigstens einen Temperatursensor 130 und der wenigstens einen Heizeinheit 140 verbunden ist, und die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Heizeinheit 140 basierend auf der durch den wenigstens einen Temperatursensor 130 erfassten Temperatur zu steuern.
Im Beispiel der Figur 1 sind sowohl der wenigstens eine Temperatursensor 130 als auch die wenigstens eine Heizeinheit 140 außerhalb des Erfassungsbereichs 114 der wenigstens einen Sensoreinheit 110 angeordnet. Durch diese Anordnung wird die Erfassung durch die wenigstens eine Sensoreinheit 110 nicht beeinträchtigt.
In einigen Ausführungsformen ist das wenigstens eine Durchgangselement 120 ein optisches Element einer Sensoroptik. Das optische Element kann beispielsweise eine Linse, eine Strahlformungsoptik, ein Abdeckelement, ein Schutzglas, etc. sein. Das wenigstens eine Durchgangselement 120 kann zum Beispiel aus einem optisch transparenten Material, bestehen. In einem weiteren Beispiel kann das wenigstens eine Durchgangselement 120 aus einem Kunststoff bestehen, der für wenigstens einen bestimmten Wellenlängenbereich im Wesentlich durchlässig bzw. transparent ist.
Das wenigstens eine Durchgangselement 120 ist jedoch nicht auf optische Elemente beschränkt und kann beispielsweise ein Radom sein. Das Radom ist eine geschlossene Schutzhülle, die die wenigstens eine Sensoreinheit (z.B. eine Radarantenne, Richtfunkantenne, etc.) vor äußeren mechanischen und chemischen Einflüssen wie Wind oder Regen schützt.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist die wenigstens eine Sensoreinheit 110 aus der Gruppe ausgewählt, die eine Kamera, ein Radar, ein Lidar und einen Ultraschall sensor umfasst, oder die daraus besteht.
Eine Durchlässigkeit bzw. Transparenz bezüglich bestimmter Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche des wenigstens eine Durchgangselements 120 kann basierend auf der Art der verwendeten wenigstens einen Sensoreinheit 110 ausgewählt sein. Insbesondere kann das wenigstens eine Durchgangselement 120 für durch die wenigstens eine Sensoreinheit 110 erfassbaren Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche im Wesentlichen durchlässig bzw. transparent sein. Optional kann das wenigstens eine Durchgangselement 120 für zumindest einen Teil der durch die wenigstens eine Sensoreinheit 110 nicht erfassbaren Wellenlängen 120 im Wesentlichen undurchlässig bzw. intransparent sein.
In einem Beispiel kann die wenigstens eine Sensoreinheit 110 eine Kamera sein, und insbesondere eine bildgebende Kamera. Die Kamera kann eine optische Achse 114 aufweisen, wie es im Beispiel der Figur 1 gezeigt ist. Das wenigstens eine Durchgangselement 120 kann in diesem Fall für den sichtbaren Wellenlängenbereich im Wesentlichen transparent sein. In einem weiteren Beispiel kann die wenigstens eine Sensoreinheit 110 ein Radar, Lidar oder Ultraschall sensor sein. Das wenigstens eine Durchgangselement 120 kann in diesem Fall für durch das Radar, das Lidar oder den Ultraschall sensor erfassbare Wellenlängen durchlässig bzw. transparent sein, und kann für den sichtbaren Wellenlängenbereich im Wesentlichen undurchlässig bzw. intransparent sein.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung 150 eingerichtet, um eine Leistung der wenigstens einen Heizeinheit 140 derart einzustellen, dass die Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements 120 gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Der vorbestimmte Schwellwert kann zum Beispiel 70°C sein. Durch die direkte Messung der Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements 120 kann die Steuerung 150 schneller auf eine tatsächliche Temperaturänderung reagieren. Damit kann die Heizeinheit 140 mit höherer Leistung angesteuert werden, ohne dass der vorbestimmte Schwellwert unbeabsichtigt überschritten wird. Dies erlaubt eine schnellere Enteisung und/oder Entfeuchtung des wenigstens einen Durchgangselements 120.
Die wenigstens eine Heizeinheit 140 kann ein Widerstandsheizer sein. In einigen Ausführungsformen kann die wenigstens eine Heizeinheit 140 direkt an einer Außenfläche des wenigstens einen Durchgangselements 120 angebracht sein. In weiteren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Heizeinheit 140 in dem wenigstens einen Durchgangselements 120 eingebettet sein.
Figur 2 zeigt schematisch eine Sensorvorrichtung 100 gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Im Beispiel der Figur 1 sind sowohl der wenigstens eine Temperatursensor 130 als auch die wenigstens eine Heizeinheit 140 außerhalb des Erfassungsbereichs 114 der wenigstens einen Sensoreinheit 110 angeordnet. Alternativ können der wenigstens eine Temperatursensor 130 und/oder die wenigstens eine Heizeinheit 140 innerhalb des Erfassungsbereichs 114 der wenigstens einen Sensoreinheit 110 angeordnet sein.
Die Figur 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der wenigstens eine Heizeinheit 140 innerhalb des Erfassungsbereichs 114 der wenigstens einen Sensoreinheit 110. Der wenigstens eine Temperatursensor 130 kann außerhalb des Erfassungsbereichs 114 der wenigstens einen Sensoreinheit 110 angeordnet sein. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, um eine schnelle Enteisung oder Entfeuchtung des wenigstens einen Durchgangselements 120 im Erfassungsbereich 114 der wenigstens einen Sensoreinheit 110 zu gewährleisten.
In einigen Ausführungsformen kann die wenigstens eine Heizeinheit 140 derart konfiguriert sein, dass sie eine Erfassung durch die wenigstens eine Sensoreinheit 110 im Wesentlichen nicht beeinflusst. Beispielsweise kann die wenigstens eine Heizeinheit 140 aus einem transparenten Material bestehen. Ergänzend oder alternativ kann die wenigstens eine Heizeinheit 140 eine Vielzahl von länglichen Heizelementen (nicht gezeigt) umfassen, die eine Dicke aufweisen, die gering genug ist, dass Erfassung durch die wenigstens eine Sensoreinheit 110 im Wesentlichen nicht beeinflusst wird. Figur 3 zeigt schematisch eine Sensorvorrichtung 100 gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
In einigen Ausführungsformen weist das wenigstens eine Durchgangselement 120 einen ersten Bereich, der (z.B. optisch) transparent ist, und einen zweiten Bereich, der (z.B. optisch) intransparent ist, auf. Die wenigstens eine Sensoreinheit 110 kann eingerichtet sein, um den Erfassungsbereich durch den ersten Bereich des wenigstens einen Durchgangselements 120 hindurch zu erfassen. Der wenigstens eine Temperatursensor 130 kann im zweiten Bereich des wenigstens einen Durchgangselements 120 angeordnet sein. Damit kann der wenigstens eine Temperatursensor 130 von äußeren Einwirkungen geschützt werden, wie zum Beispiel von Sonneneinstrahlung, so dass eine präzisere Temperaturerfassung durch den wenigstens einen Temperatursensor 130 ermöglicht wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann der zweite Bereich durch eine Schwarzmaske 310 definiert sein. Die Schwarzmaske 310 kann an einer Oberfläche des wenigstens einen Durchgangselements 120 aufgebracht sein, um den ersten Bereich und den zweiten Bereich zu definieren.
Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und der erste Bereich und der zweite Bereich können beispielsweise durch Materialeigenschaften des wenigstens einen Durchgangselements 120 bereitgestellt sein.
Figur 4 zeigt schematisch ein Fahrzeug 400 mit einer Sensorvorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Fahrzeug 400 kann insbesondere ein Kraftfahrzeug sein.
Das Fahrzeug 400 kann ein Fahrassistenzsystem und die Sensorvorrichtung 100 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung 100 als eine Komponente des Fahrassistenzsystems bereitgestellt sein. Das Fahrassistenzsystem kann für ein automatisiertes Fahren eingerichtet sein.
Beim automatisierten Fahren erfolgt die Längs- und Querführung des Fahrzeugs 400 automatisch. Das Fahrassistenzsystem übernimmt also die Fahrzeugführung. Hierzu steuert das Fahrassistenzsystem den Antrieb, das Getriebe, die hydraulische Betriebsbremse und die Lenkung. Zur Planung und Durchführung des automatisierten Fahrens werden Umfeldinformationen einer Umfeldsensorik, die das Fahrzeugumfeld beobachtet, vom Fahrerassistenzsystem entgegengenommen. Insbesondere kann das Fahrzeug 400 wenigstens eine Sensorvorrichtung 100 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen, die zur Aufnahme von Umgebungsdaten, die das Fahrzeugumfeld angeben, eingerichtet ist. Die wenigstens eine Sensorvorrichtung 100 kann beispielsweise ein Lidas-System, ein Radar- System und/oder eine Kamera umfassen.
Figur 5 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Betreiben einer Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 500 kann durch einen entsprechenden Algorithmus implementiert werden, der durch einen Prozessor (z.B. eine CPU) ausführbar ist.
Im Block 510 des Verfahrens 500 wird eine Vereisung oder ein Beschlag im Erfassungsbereich der Sensorvorrichtung detektiert. Diese Detektion kann als Trigger verwendet werden, um im Block 520 ein Ansteuern der Heizeinheit durchzuführen, um den Erfassungsbereich der Sensorvorrichtung zu Enteisen oder Entfeuchten. Das Ansteuern der Heizeinheit kann basierend auf der gemessenen Temperatur im oder am Erfassungsbereich, wenigstens einer Heizbegrenzung (z.B. einer maximalen Heiztemperatur), einer Heizstrategie, etc. erfolgen.
Die Heizeinheit kann solange betrieben werden, bis im Block 530 wenigstens eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Die wenigstens eine Abbruchbedingung kann zum Beispiel die wenigstens eine Heizbegrenzung, die vollständige Entfernung der Vereisung oder des Beschlags, etc. sein. Wenn die wenigstens eine Abbruchbedingung erfüllt ist, wird der Heizvorgang im Block 540 beendet.
Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Temperatursensor am oder im wenigstens einen Durchgangselement der Sensorvorrichtung angeordnet. Anders gesagt ist der wenigstens eine Temperatursensor ein Teil der Sensorvorrichtung und ist nicht außerhalb der Sensorvorrichtung angeordnet. Dadurch kann präzisier bestimmt werden, ob der Erfassungsbereich der wenigstens einen Sensoreinheit vereist oder beschlagen ist, so dass die wenigstens eine Heizeinheit präzisier gesteuert und damit eine Zeit zum Enteisen oder Entfeuchten reduziert werden kann. Damit kann zum Beispiel eine Fahrassistenzfunktion zum automatisierten Fahren verbessert und/oder sicherer gestaltet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Sensorvorrichtung (100), umfassend: wenigstens eine Sensoreinheit (110), die eingerichtet ist, um einen Erfassungsbereich (114) zu erfassen; wenigstens ein Durchgangselement (120), wobei die wenigstens eine Sensoreinheit (110) eingerichtet ist, um den Erfassungsbereich (114) durch das wenigstens eine Durchgangselement (120) hindurch zu erfassen; wenigstens einen Temperatursensor (130) am oder im wenigstens einen Durchgangselement (120), wobei der wenigstens eine Temperatursensor (130) eingerichtet ist, um eine Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements (120) zu erfassen; wenigstens eine Heizeinheit (140), die eingerichtet ist, um das wenigstens eine Durchgangselement (120) zu heizen; und eine Steuerung (150), die mit dem wenigstens einen Temperatursensor (130) und der wenigstens einen Heizeinheit (140) verbunden ist, und die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Heizeinheit (140) basierend auf der durch den wenigstens einen Temperatursensor (1130) erfassten Temperatur zu steuern.
2. Die Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Durchgangselement (120) ein optisches Element einer Sensoroptik ist.
3. Die Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Sensoreinheit (110) eine Kamera ist.
4. Die Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Durchgangselement (120) ein Radom ist, und/oder wobei die wenigstens eine Sensoreinheit (110) ein Radar, Lidar oder ein Ultraschall sensor ist.
5. Die Sensorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das wenigstens eine Durchgangselement (120) zumindest teilweise transparent und/oder zumindest teilweise intransparent ist.
6. Die Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei das wenigstens eine Durchgangselement (120) einen ersten Bereich, der transparent ist, und einen zweiten Bereich, der intransparent ist, aufweist, wobei die wenigstens eine Sensoreinheit (110) eingerichtet ist, um den Erfassungsbereich (114) durch den ersten Bereich des wenigstens einen Durchgangselements (120) hindurch zu erfassen, und wobei der wenigstens eine Temperatursensor (130) im zweiten Bereich des wenigstens einen Durchgangselements (120) angeordnet ist.
7. Die Sensorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerung (150) eingerichtet ist, um eine Leistung der wenigstens einen Heizeinheit (140) derart einzustellen, dass die Temperatur des wenigstens einen Durchgangselements (120) gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
8. Fahrassistenzsystem, umfassend die Sensorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Das Fahrassistenzsystem nach Anspruch 8, wobei das Fahrassistenzsystem für ein automatisiertes Fahren eingerichtet ist.
10. Fahrzeug (400), insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfassend die Sensorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder das Fahrassistenzsystem nach Anspruch 8 oder 9.
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