DE10121784A1 - Sensorsystem zur Umgebungserfassung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Erfassung der Objekte von dem Sensorsystem Wellen in eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung ausgesandt werden. Diese Wellen werden teilweise an den zu erfassenden Objekten reflektiert und danach vom Sensorsystem teiweise wieder empfangen und ausgewertet. Erfindungsgemäß wird die Hauptabstrahlrichtung der ausgesandten Wellen vom Sensorsystem so vorgegeben, dass die ausgesandten Wellen zuerst an der Fahrbahnoberfläche reflektiert werden und anschließend den zu überwachenden Raumbereich erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Sensoren zur Erfassung der Umgebung eines Kraftfahrzeugs für verschiedene Anwendungen sind seit einigen Jahren erhältlich und werden zunehmend als Ausstattungsmerkmal in Personenkraft­ wagen verkauft. So werden beispielsweise Ultraschallsensoren zur Erfassung der nahen Umgebung von Kraftfahrzeugen für die Unterstützung des Fahrers bei einem Parkvorgang eingesetzt. Hierbei wird der Bereich von einigen Zentimetern bis zu wenigen Metern vor und hinter dem Fahrzeug von den Sensoren überwacht. Bei der automatischen Abstandsregelung werden im Entfernungsbe­ reich von mehreren Metern bis über 100 Meter die vorausfahren­ den Fahrzeuge mittels eines Radarsensors erfasst und die Fahr­ zeuggeschwindigkeit wird in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeu­ ge geregelt, wobei in kritischen Fällen zusätzlich eine Warnung des Fahrers erfolgt.

In der gattungsbildenden DE 43 12 595 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Sicherheitssystem beschrieben, welches einen Ab­ standssensor zur Bestimmung der Entfernung vorausfahrender Fahrzeuge aufweist. Hierbei erfasst der Sensor die Umgebungsob­ jekte, indem die Hauptabstrahlrichtung des Sensorsystems, wie allgemein üblich, in den zu überwachenden Raumbereich zeigt. Befindet sich ein Objekt im Raumbereich der ausgesandten Wel­ len, so wird ein Teil der Wellen von dem Objekt reflektiert, und ein Teil der reflektierten Wellen wird anschließend vom Sensorsystem empfangen und ausgewertet.

Unter der Hauptabstrahlrichtung der ausgesandten Wellen, soll die Richtung verstanden werden, welche sich aus der Winkelhal­ bierenden des Öffnungswinkels der Hauptstrahlungskeule ergibt. Die ausgesandten Wellen entsprechen einer abgestrahlten Energie und die Strahlungskeule ist durch die Energieverteilung der abgestrahlten Energie gegeben, wobei die Keulenbegrenzung eine Fläche gleicher Energiedichte darstellt. Die ausgesandten Wellen können beispielsweise elektromagnetischer oder akusti­ scher Art sein.

Sensorsysteme zur Erfassung von Objekten in der Umgebung eines Fahrzeugs geben den zu überwachenden Raumbereich oder Zielbe­ reich dadurch vor, dass deren Signale in den Zielbereich ausge­ sandt und/oder aus dem Zielbereich empfangen werden. Es wird durch die Strahlungskeule der Zielbereich definiert, wobei eine Einschränkung des Zielbereichs mittels einer Signalauswertung erfolgen kann. Um die Funktion des Sensorsystems zu ermögli­ chen, ist zu gewährleisten, dass eine geeignete Übertragungs­ strecke vom Sensorsystem zum überwachten Raumbereich vorhanden ist. Diese Übertragungsstrecke muss für die ausgesandten Signa­ le, auf dem Weg vom Sensor in den überwachten Raumbereich und zurück, durchlässig und möglichst störungsfrei sein. Dies führt dazu, dass die Sensoren direkt an der Außenhaut des Fahrzeugs oder zumindest in der Nähe der Außenhaut angeordnet werden. Beispielsweise dürfen Ultraschallsensoren an Fahrzeugen nicht durch Fahrzeugverkleidungen oder Stoßfänger verdeckt werden. Radarsensoren sind lediglich hinter nicht zu dicken Kunststoff­ teilen verbergbar, da eine Metallwand wie die Fahrzeugkarosse­ rie die Radarwellen stark reflektiert. Auch eine Kunststoff­ schicht oder eine Lackschicht zwischen Sender oder Empfänger und einem zu erfassenden Objekt bewirkt eine Reflexion und Absorption elektromagnetischer oder akustischer Wellen. Dies führt zu unerwünschten Einschränkungen beim Einbau von Sensor­ systemen in Kraftfahrzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile, welche sich durch den Einbau eines Umgebungssensorsystems in ein Kraftfahrzeug ergeben, zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In einem Fahrzeug ist zur Erfassung von Objekten, welche sich in einem vorgebbaren Raumbereich um das Fahrzeug befinden, ein Sensorsystem angeordnet. Dieses Sensorsystem sendet Wellen in eine vorgebbare Hauptabstrahlrichtung, welche zusammen mit einer Reihe weiterer sensorspezifischer Parameter wie bei­ spielsweise der Sendeleistung des Sensorsystems, dem Öffnungs­ winkel des Sende- und Empfangsteils, der Art der Wellen und der Empfindlichkeit des Sensorsystems den überwachten Raumbereich vorgibt. Die ausgesandten Wellen werden an einem Objekt teil­ weise reflektiert und anschließend wird ein Teil der reflek­ tierten Wellen vom Sensorsystem empfangen. Mittels einer Sig­ nalverarbeitung kann aus den empfangenen Wellen auf interessie­ rende Merkmale des Objekts geschlossen werden, wie beispiels­ weise auf dessen Abstand zum Sensor oder auf dessen Geschwin­ digkeit relativ zum Sensor. Erfindungsgemäß wird die ursprüng­ liche Hauptausbreitungsrichtung der ausgesandten Wellen, also die Hauptabstrahlrichtung des Sensorsystems so vorgegeben, dass diese zuerst an der Fahrbahnoberfläche reflektiert werden, dabei ihre Ausbreitungsrichtung ändern und anschließend den zu überwachenden Raumbereich erreichen. Vorteil des erfindungsge­ mäßen Sensorsystems ist es, dass sich der Einbau eines Sensor­ systems stark vereinfacht, da in der direkten Verbindungslinie zwischen dem Sendeteil des Sensorsystems und dem überwachten Raumbereich keine Signalübermittlung stattfindet, also keine Wellen übertragen werden müssen. Hierdurch ist die Fahrzeug­ oberfläche vom Sensor weitgehend unabhängig gestaltbar und der Sensor kann in einem Bereich des Fahrzeugs angebracht werden, welcher nicht in der Nähe der Fahrzeugoberfläche ist. Beispiele für Anwendungen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems, zwischen denen gegebenenfalls umgeschaltet werden kann, sind ein Ein­ parkhilfesystem, ein System zum automatischen Einparken, ein Gefahrenerkennungssystem, ein Unfallerkennungssystem, ein Auslösesystem für Rückhaltemittel oder ein automatisches Not­ bremssystem.

Die vom Sensorsystem ausgesandten Wellen werden nicht nur an der Fahrbahnoberfläche, sondern auch an einer Schnee- oder Eisdecke oder einem Wasserfilm auf der Fahrbahnoberfläche reflektiert. Es besteht hierbei die Möglichkeit mittels einer zusätzlichen Signalverarbeitung eine Aussage über die Fahrbahn­ beschaffenheit mit Hilfe der empfangenen Signale zu erhalten, insbesondere ob die Fahrbahn Nässe, Schnee oder Eis aufweist.

Die Entfernung zwischen dem überwachten Bereich und dem Fahr­ zeug wird maßgeblich durch den Winkel α zwischen der Hauptab­ strahlrichtung der Wellen und der Fahrbahnoberfläche beein­ flusst. Bei einem großen Winkel α ist der überwachte Bereich weiter vom Fahrzeug entfernt, als bei einem kleinen Winkel α. Bei weit entfernten Erfassungsbereichen, also bei kleinen Winkeln α verringert sich der Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorsystems, insbesondere geht das erfindungsgemäße Sensor­ system bei einem Winkel α = 0 in ein konventionelles Sensor­ system über. Daher ist das Sensorsystem insbesondere für die Erfassung von Objekten im Nahbereich bis zu einigen Metern um ein Fahrzeug vorteilhaft.

Besondere Schwierigkeiten bei der Unterbringung bisheriger Sensorsysteme in einem Kraftfahrzeug ergeben sich bei Sensor­ systemen zur Überwachung der Fahrzeugseite, da an der Fahrzeug­ seite eine weitgehend metallische Oberfläche vorhanden ist und zudem besonders wenig Bauraum zur Verfügung steht. Da der zu überwachende seitliche Bereich vom Fahrzeug ausgehend zumeist nur einige Meter beträgt, kann der Winkel α, wie bei allen Anwendungen des erfindungsgemäßen Sensorsystems im Nahbereich, groß gewählt werden, weshalb die Vorteile des erfindungsgemäßen Sensorsystems hier besonders gut zur Geltung kommen.

In einer Ausgestaltung des Sensorsystems wird der Winkel α in Abhängigkeit der Fahrsituation oder von erkannten Gefahrenzu­ ständen verändert, um den Erfassungsbereich des Sensorsystems anzupassen, oder um den Erfassungsbereich einem erkannten Kollisionsobjekt nachzuführen. Bei dieser Ausgestaltung, ist der überwachte Entfernungsbereich einstellbar, wobei Objekte außerhalb des eingestellten Erfassungsbereiches nicht erfasst werden.

In einer weiteren Ausgestaltung des Sensorsystems sendet das Sensorsystem elektromagnetische Wellen aus, insbesondere han­ delt es sich dabei um ein Radarsystem. Da mit Radarsystemen große Reichweiten und hohe Empfindlichkeiten erreicht werden, kann die Verlustleistung bei der Reflexion an der reflektieren­ den Oberfläche, welche die Änderung der Ausbreitungsrichtung bewirkt, gut ausgeglichen werden.

Alternativ hierzu, sendet das Sensorsystem zur Erfassung von Objekten Ultraschallwellen aus. Ultraschallsysteme sind als erfindungsgemäße Sensorsysteme geeignet, da das Reflexionsver­ mögen üblicher Straßenoberflächen für Ultraschall ausreichend gut ist.

Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Sensorsystems zur Erfassung von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs anhand der Zeichnung näher beschrieben:
Die einzige Figur zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem erfindungsge­ mäßen Sensorsystem 2. Das Fahrzeug befindet sich auf einer Fahrbahnoberfläche 3, welche erfindungsgemäß als reflektierende Oberfläche genutzt wird. Das Sensorsystem 2 ist so ausgeführt, dass der Sendeteil und der Empfangsteil an derselben Stelle im Fahrzeug angeordnet sind, wobei beide im Sensorsystem 2 integ­ riert sind. Weiterhin sind die Öffnungswinkel des Sendeteils und des Empfangsteils gleich groß und die Ausrichtung 5 ist bei beiden dieselbe. Die Ausrichtung 5 des Sensorsystems 2, welche der Hauptabstrahlrichtung entspricht, ist gekennzeichnet durch den Winkel α, unter welchem diese Hauptabstrahlrichtung auf die Fahrbahnoberfläche 3 trifft.

In der einfachen Darstellung werden die Begrenzungen 4 des überwachten Raumbereichs durch einen sich öffnenden Winkel dargestellt, was unter gewissen Voraussetzungen näherungsweise gültig ist. Eine solche Voraussetzung ist beispielsweise, dass bei einem Radarsensor die Fernfeldnäherung erfüllt sein muss. Andererseits darf die Entfernung vom Sender nicht zu groß sein, da das Strahlungsdiagramm näherungsweise keulenförmig verläuft. Im Folgenden soll jedoch stets eine strahlenförmige Begren­ zung 4 des überwachten Raumbereichs angenommen werden, da die tatsächliche Form des Strahlungsdiagramms keine prinzipielle Einschränkung darstellt, sondern lediglich bei der praktischen Ausrichtung des Sensorsystems berücksichtigt werden muss. Die strahlenförmige Begrenzung 4 stellt eine Empfindlichkeits­ schwelle dar, das heißt, dass auch Objekte erfasst werden, welche sich außerhalb dieses Bereichs befinden, wobei hier die Empfindlichkeit des Sensorsystems stark abnimmt.

Die Ausrichtung 5 des Sende- und Empfangsteils des Sensorsys­ tems 2 ist so gewählt, dass die ausgesandten Wellen an der Straßenoberfläche 3 reflektiert werden, wobei sich die Ausbrei­ tungsrichtung der Wellen ändert. Nach der Richtungsänderung umfasst die Begrenzung 4 der sich ausbreitenden Wellen den zu überwachenden Bereich 6. Das Sensorsystem 2, insbesondere dessen Sende- und Empfangsteil wird so im Fahrzeug 1 angeord­ net, dass sich kein potentiell störendes Bauteil des Fahrzeugs 1, wie beispielsweise Stoßfänger, Karosserie, Lackschicht oder Kühlergrill im Ausbreitungsweg der ausgesandten Wellen befin­ det.

Befindet sich ein Objekt im Überwachungsbereich 6 oder zwischen den Strahlbegrenzungen 4, so wird ein Teil der ankommenden Wellen an diesem Objekt reflektiert und nach einer weiteren Reflexion an der Straßenoberfläche 3 zum Sende-/Empfangsteil des Sensorsystems 2 zurückgestrahlt. Die ankommenden Wellen werden vom Sensorsystem 2 erfasst und ausgewertet. Das Ergebnis ermöglicht eine Aussage über die Umgebung des Fahrzeugs, insbe­ sondere über Abstand und/oder Geschwindigkeit von Umgebungsob­ jekten.

Alternativ zur der Darstellung des Sensorsystems 3 in der Figur kann das Sensorsystem auch aus räumlich getrenntem Sendeteil, Empfangsteil und Signalverarbeitungsteil bestehen, wobei in diesem Fall das Sendeteil und/oder das Empfangsteil des Sensor­ systems 1 erfindungsgemäß angeordnet werden können. Der über­ wachte Raumbereich 6 wird, wie aus der Darstellung der Figur ersichtlich, unter anderem durch die Öffnungswinkel, die Ein­ bauorte und die Ausrichtung des Sendeteils und des Empfangs­ teils festgelegt.

Claims (6)

1. Sensorsystem (2) zur Erfassung von Objekten in einem Umge­ bungsbereich eines Kraftfahrzeugs (1), wobei zur Erfassung der Objekte von dem Sensorsystem (2) Wellen in eine vorgeb­ bare Hauptabstrahlrichtung (5) ausgesandt werden, welche teilweise an den Objekten reflektiert werden und danach vom Sensorsystem (1) teilweise wieder empfangen und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptabstrahlrichtung (5) der ausgesandten Wellen vom Sensorsystem (1) so vorgegeben wird, dass die ausgesandten Wellen zuerst an der Fahrbahnoberfläche (3) reflektiert wer­ den und anschließend den zu überwachenden Raumbereich (6) erreichen.

2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) den Nahbereich bis zu einigen Metern um das Fahrzeug (1) überwacht.

3. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) den seitlichen Bereich eines Fahrzeu­ ges (1) überwacht.

4. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen der Hauptab­ strahlrichtung (5) und der Fahrbahnoberfläche (3) vom Sen­ sorsystem (2) vorgebbar ist.

5. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) elektromagnetische Wellen aussendet und empfängt, insbesondere dass es ein Radarsystem ist.

6. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (2) ein Ultraschall­ system ist.