In
der
EP 0546928 B1 wird
eine erweiterte Anordnung zur Erfassung und besseren Identifizierung
von Hindernissen für
Fahrzeuge vorgeschlagen, die zwei verschiedene Sondierungsarten
miteinander kombiniert. Zur räumlichen
Erfassung von Objekten werden über
eine oder mehrere Reihen von Leuchtdioden Pulse (Mikrosekunden)
von Infrarotlicht mit unterschiedlichem Abstrahlwinkel ausgesendet
und die von Hindernissen reflektierten Infrarotanteile durch eine
Matrix aus Photodioden aufgenommen. Durch Auswertung wird damit
zunächst
ein gewisses Abbild der räumlichen
Verteilung von vorhandenen Objekten beispielsweise im Frontbereich
des Fahrzeugs erfasst. Zur weiteren Unterscheidung der Objekte untereinander
wird über
einen in die Anordnung integrierten pyroelektrischen Detektor die
von (wärmeren)
Objekten selbst ausgesandte Thermostrahlung erfasst. Ziel dieser
Anordnung ist es, durch Auswertung der verschiedenen Signalanteile über eine Rechnereinheit
Fahrzeuge aufgrund ihrer Wärmeentwicklung
gegenüber
anderen Hindernissen zu identifizieren.
Diese
Anordnung hat den Nachteil eines durch die verschiedenen Sende-
und Empfangsvorrichtungen bedingten relativ hohen technischen Aufwands,
verbunden mit einer entsprechenden Störanfälligkeit. So kann einerseits
die räumliche
Objekterfassung mittels IR-Pulsen z.B. durch starken Regen, Schnee,
Staub, aufgewirbelte Blätter
etc. gestört werden
und/oder die thermische Sondierung von Wärmequellen z.B. durch im Sommer stark
erhitzten Straßenbelag
oder bei Fahrt in Richtung tiefstehender Sonne ausfallen.
Für eine zuverlässige Identifizierung
gerade der besonders gefährdeten
ungeschützten
Verkehrsteilnehmer wie Radfahrer und Fußgänger ist diese Anordnung nicht
konzipiert und auch ungeeignet, da Personen – verglichen mit Fahrzeugen – nur eine
relativ schwache Körperwärme abgeben.
Die hier eingesetzten pyroelektrischen Detektoren reagieren zudem
nur sprunghaft auf relativ abrupt auftretende Unterschiede der von
Objekten abgegebenen Wärmestrahlung,
d.h. die Absolutwerte werden nicht erfasst. Mehrere unterschiedlich
warme Quellen (Fahrzeughaube, Motorradauspuff, Passant) im "Sichtfeld" des Detektors werden
damit qualitativ nicht unterschieden.
Ein
alternativer Ansatz zur Überwindung
der genannten Nachteile ist in der DE10323707.0, die auf die Anmelderin
zurückgeht,
beschrieben. In der genannten Schrift wird vorgeschlagen, eine Detektion von
Objekten und insbesondere Fußgängern im
Umfeld eines Fahrzeuges mittels sogenannter Thermopiles vorzunehmen.
Thermopiles sind Bauelemente, in denen der Seebeck-Effekt Anwendung
findet. Der Seebeck-Effekt beruht auf der Beobachtung, dass sich
zwischen zwei über
eine Grenzfläche
verbundenen Metallen dann ein Potenzial- und damit ein Spannungsunterschied
ausbildet, wenn über
die Grenzfläche
hinweg ein Temperaturgradient verläuft. Damit kann der Seebeck-Effekt
als umgekehrter Peltier-Effekt betrachtet werden. Aus der gemessenen
Spannung kann so das Vorhandensein eines warmen Objektes im Erfassungsbereich
des Sensors detektiert werden. Die genannte Schrift beschreibt allgemein die
Anwendung von Thermopiles zur Objekt- und insbesondere zur Fußgängererkennung,
ohne jedoch näher
auf die konkrete Realisation eines entsprechenden Systems einzugehen.
Die
Verwendung von Thermopiles hat den besonderen Vorteil, dass diese
im Gegensatz zu z. B. Pyrodetektoren auch statische Objekte erfassen
können
und darüber
hinaus zu einem günstigen
Preis am Markt verfügbar
sind.
Zu
einer zuverlässigen
Erfassung von Fußgängern ist
es jedoch notwendig, Arrays von Thermopiles einzusetzen. Ohne weitere
Maßnahmen
müsste jedoch
die Größe des Arrays
in der Größenordnung von
mehreren 100 Pixeln liegen, um eine ausreichende Auflösung zu
gewährleisten.
Es
ist jedoch möglich,
die Anzahl der benötigten
Pixel auf ca. 10 zu reduzieren, womit eine erhebliche Kosteneinsparung
realisiert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die einzelnen
Sensoren so angeordnet werden, dass sich ihre Erfassungsbereiche überlappen;
zusätzlich
können
dynamische Parameter des Fahrzeuges zur Signalauswertung herangezogen
werden.
Auch
eine Datenfusion mit Messdaten anderer abstandsmessender Sensoren
ist geeignet, die Anzahl der notwendigen Thermopile-Sensoren zu reduzieren.
In Frage kommenden hier insbesondere Radar, Laserscanner, Lidar
oder Ultraschallsensoren.
Bei
der Auswahl eines geeigneten Ortes zur Anbringung der Sensoren am
Fahrzeug sind einige Randbedingungen zu beachten: Einerseits ist
es wünschenswert,
die Sensoren an Orten am Fahrzeug anzubringen, durch die eine gute
Raumabdeckung gewährleistet
ist. Andererseits ist die Wahl des Anbringungsortes durch Randbedingungen
wie beispielsweise erhöhte
Umgebungstemperatur, enger Bauraum, erhöhter Einbauaufwand, oder auch
die Verschmutzung des Sensors oder eine negative Beeinflussung eines
Designelements limitiert.
Die
oben beschriebene Problematik einer optimalen Anbringung der genannten
Sensoren am Fahrzeug ist in der oben genannten Anmeldung nicht im
Einzelnen adressiert.
Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur
Detektion von Objekten im Umfeld eines Fahrzeuges anzugeben, bei
der die genannten Thermopile-Sensoren
zur Anwendung kommen, wobei die Sensoren in der Weise am Fahrzeug angebracht
sind, dass eine optimale Sensierung gewährleistet ist.
Diese
Aufgabe wird gelöst,
durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmalen
sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Die Unteransprüche beziehen sich
auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Detektion von Objekten im Umfeld eines Fahrzeuges weist mindestens
einen Thermopile als Sensor auf, wobei der wenigstens eine Thermopile
in ein Anbauteil des Fahrzeuges integriert ist. Dabei sind unter Anbauteile
sämtliche
Komponenten eines Fahrzeuges zu verstehen, die in irgendeiner Weise
an einem Fahrzeug im Außenbereich
angebracht sind bzw. die einen Teil der Fahrzeugaußenhaut
darstellen. Die Thermopiles sind dabei in der Weise integriert,
dass sie beispielsweise in einer Ausnehmung des Anbauteils so eingefügt sind,
dass sie nicht oder nur in einem sehr geringen Ausmaß aus der
Oberfläche
des Anbauteils hervortreten. Diese Maßnahme gewährleistet insbesondere, dass
die optische Beeinträchtigung
des äußeren Erscheinungsbildes
des Fahrzeuges durch den Einbau der Thermopiles in die Fahrzeug-Anbauteile
nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß beeinträchtigt wird. Darüber hinaus
kann durch das Ausnutzen vorhandener Hohlräume zur Integration der Thermopiles
bzw. die Integration der Thermopiles bei der Herstellung der benötigte Bauraum minimiert
werden. Darüber
hinaus wird durch die integrierte, versenkte Anordnung der Thermopiles
gewährleistet,
dass ein Schutz der Sensoren vor mechanischen Einwirkungen besteht
und damit kleinere Unfälle
wie beispielsweise Parkrempler nicht zum Auswahl der Sensorik führen.
Es
hat sich hierbei besonders bewährt,
die Thermopiles in die Frontscheinwerfer oder Heckleuchten eines
Fahrzeuges zu integrieren. So bietet beispielsweise die Integration
der Thermopiles in einen Frontscheinwerfer verschiedene Vorteile:
Typischerweise reagieren Thermopiles empfindlich auf Verschmutzung.
Aus diesem Grund ist sicherzustellen, dass eine Verschmutzung der
Oberfläche
des Sensors entweder wirkungsvoll verhindert wird oder wenn sie
eingetreten ist, beseitigt werden kann. Die Integration des Thermopiles
in den Frontscheinwerfer bietet beide Möglichkeiten; einerseits besteht durch
die Anbringung des Thermopiles hinter der Scheibe des Scheinwerfers
ein wirkungsvoller Schutz gegen Verschmutzung und auch äußere mechanische
Einwirkung, andererseits kann die oftmals ohnehin vorhandene Scheinwerferwaschanlage dazu
verwendet werden, auch das Gesichtsfeld des Thermopiles zu reinigen
und somit den störungsfreien
Betrieb des Sensors zu gewährleisten.
Darüber
hinaus kann, weil der Neigungswinkel der gesamten Scheinwerfereinheit
bei der Endmontage und auch in regelmäßigen Intervallen justiert
wird, eine eventuell erforderliche exakte Einstellung des Neigungswinkels
des Sensors sichergestellt werden.
Selbstverständlich ist
es notwendig, bei der Realisation dieser Variante der Erfindung
das Material des Scheinwerferglases so zu wählen, dass insbesondere die
von einem menschlichen Körper
ausgesandte Wärmestrahlung
im Wellenlängenbereich
von ca. 10 μm
das Scheinwerferglas passieren kann und den Thermopile erreicht. Ähnliche Überlegungen
gelten selbstverständlich
auch für
einen Einbau in der Heckleuchte eines Fahrzeuges, wobei diese Variante zwei
zusätzliche
Vorteile bietet. Einerseits stellt der Einbauort am Heck des Fahrzeuges
sicher, dass beispielsweise eine Verschmutzung durch Spritzwasser oder
Staub wesentlich weniger wahrscheinlich ist als im Frontbereich
des Fahrzeuges. Andererseits eröffnet
sich durch diesen Einbauort insbesondere die Möglichkeit, den Bereich hinter
dem Fahrzeug zu überwachen,
der einer visuellen Überwachung
durch den Fahrzeugführer
selbst am allerwenigsten zugänglich
ist. Insbesondere Kinder unmittelbar hinter dem Fahrzeug können durch
entsprechend angeordnete Thermopiles besonderes gut detektiert werden, was
einen erheblichen Sicherheitszuwachs für diese besonders gefährdete Personengruppe
darstellt. Selbstverständlich
ist es auch in diesem Fall wichtig, dass die Abdeckung der Heckleuchte
im Bereich vor dem Sensor aus einem Material besteht, das für die verwendete
elektromagnetische Strahlung (Wellenlänge ca. 10 μm) durchlässig ist. Es hat sich hierbei besonders
bewährt,
beispielsweise eine geteilte Abdeckung zu verwenden, die im Bereich
des Thermopiles aus Polyethylen besteht.
Darüber hinaus
ist es vorteilhaft, die Thermopiles in der näheren Umgebung beispielsweise
der Frontscheinwerfer anzuordnen. Hierdurch wird es möglich, die
Scheinwerferwaschanlage zusätzlich bedarfsweise
zur Reinigung des Thermopiles zu verwenden. Ferner besteht gegenüber der
oben genannten Variante der Vorteil, dass die Scheinwerfer bzw.
die Heckleuchten des Fahrzeuges nicht modifiziert werden müssen.
Die
Integration der Thermopiles in die Außenleuchten bzw. in den Bereich
der Außenleuchten des
Fahrzeuges bietet den weiteren Vorteil, dass die Sensoren in einem
großen
Abstand voneinander angeordnet werden können. Damit wird eine nahezu
lückenlose Überwachung
des Raums vor dem Fahrzeug erzielt.
Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin,
den Thermopile zusammen mit einem weiteren Sensor im selben Gehäuse zu integrieren.
Typischerweise bestehen für
den Anbringungsort eines Ultraschall- oder Radarsensors am Fahrzeug ähnliche
Anforderungen wie für
den Anbringungsort eines Thermopiles. Dies hat zur Folge, dass bei
der Wahl des optimalen Anbringungsortes beispielsweise eines kombinierten
Thermopile-Radar-Ultraschallsensors keine Kompromisse erforderlich
sind. Darüber
hinaus eröffnet
sich durch diese Maßnahme
die Möglichkeit,
vorhandene Ressourcen gemeinsam zu nutzen. Insbesondere können Regler,
Stecker, eine Verkabelung oder eine andere Schnittstelle von den
verschiedenen gemeinsamen in einem Gehäuse verbauten Arten von Sensoren
verwendet werden, wodurch sich der Montageaufwand verringert und
erhebliche Einsparungen realisiert werden können.
Auch
durch die Integration des Thermopiles in einem Kühlergrill des Fahrzeuges lassen
sich diverse vorteilhafte Effekte realisieren. Durch eine zurückgesetzte
Montage des Sensors zwischen den einzelnen Kühlrippen wird erreicht, dass
der Sensor im Außenbereich
nicht oder kaum wahrgenommen werden kann. Darüber hinaus ist durch das umgebende
Material des Kühlergrills
ein wirksamer Schutz vor mechanischen Einwirkungen von außen bzw. Verschmutzungen
des Sensors gewährleistet.
Insbesondere entfällt
auch die Notwendigkeit, die Sensoraußenseite in der Wagenfarbe
zu lackieren, wodurch der Aufwand bei der Integration der Thermopiles
erheblich reduziert werden kann.
Eine
besonders vorteilhafte Variante der Erfindung besteht darin, den
Thermopile im Gehäuse des
Außenspiegels
anzubringen. Die Höhe,
in der ein Außenspiegel üblicherweise
am Fahrzeug angebracht ist, stellt auch für einen möglichen Einbauort eines Thermopiles
eine sehr vorteilhafte Wahl dar, weil auf diese Weise der Bereich
vor dem Fahrzeug nahezu optimal erfasst werden kann. Auch in diesem Fall
ist der Sensor hervorragend gegen Umwelteinflüsse geschützt. Darüber hinaus ermöglicht die
kompakte Bauweise der im Handel erhältlichen Thermopiles die einfache
Integration des Sensors in das Gehäuse des Außenspiegels. Allerdings ist
bei der Realisation dieser Variante darauf zu achten, dass der Sensor
bei abgeklappten Spiegeln abgeschaltet wird, um Fehldetektionen
zu vermeiden.
Es
hat sich darüber
hinaus besonders bewährt,
den Thermopile in die Verkleidung von Waschdüsen wie beispielsweise die
Waschdüse
einer Scheinwerferwaschanlage oder auch einer Scheibenwaschanlage
zu integrieren. Der Sensor kann dabei mit einer zusätzlichen
Abdeckung versehen werden, die ihn vor mechanischer Beschädigung bzw. Verschmutzung
schützt.
Diese Abdeckung kann im Bedarfsfall aufgeklappt bzw. weggeschwenkt
werden, um das Gesichtsfeld des Sensors freizugeben. Diese Maßnahme kann
insbesondere von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeuges abhängig gemacht
werden. Beispielsweise macht die Sensierung eines Fußgängers nur
dann Sinn, wenn sich das Fahrzeug in einem Geschwindigkeitsbereich
von ca. 5 km/h bis 50 km/h bewegt. Bewegt sich das Fahrzeug mit
einer geringeren oder höheren
Geschwindigkeit als soeben dargestellt, wird der Sensor durch die
verschlossene Klappe vor allen Umwelteinflüssen geschützt.
Zur
Verbesserung der Erkennungsgenauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es ferner von Vorteil, die Thermopiles entlang des Fahrzeugquerschnittes
verteilt anzuordnen. Dabei hat es sich besonders bewährt, die
Sensoren symmetrisch hinsichtlich einer senkrechten Ebene entlang
der Fahrzeuglängsachse
anzuordnen. Auf diese Weise wird der von den Sensoren erfasste Bereich
vergrößert und
darüber
hinaus werden Bereiche geschaffen, in denen sich die Erfassungsbereiche
der Sensoren jeweils beispielsweise paarweise überlappen. Durch eine Auswertung,
welche Sensoren zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Objekt erfassen,
kann so darauf zurückgeschlossen
werden, in welchem Bereich vor dem Fahrzeug sich das detektierte
Objekt befindet. Ganz besonders bevorzugt ist es dabei, die Thermopiles
symmetrisch hinsichtlich einer senkrechten Ebene entlang der Fahrzeuglängsachse
anzuordnen. Dies kann insbesondere in Verbindung mit einer Integration
in bereits vorhandene Anbauteile wie beispielsweise Scheinwerfer,
die in derselben Symmetrie angeordnet sind, erreicht werden.
Eine
besonders zuverlässige
Sensierung des Fahrzeugumfeldes ergibt sich dann, wenn die Sensoren
in einer bestimmten Minimalhöhe
wie beispielsweise 80 cm über
der Fahrbahnoberfläche
angebracht sind. Da insbesondere vom Kopf eines Fußgängers in
besonderem Maße
Strahlung ausgeht, die von einem Thermopile detektiert werden kann,
ist für eine
Ausrichtung der Sensoren auf den Kopfbereich von Fußgängern in
diesem Fall nur eine sehr leicht nach oben geneigte Anordnung der
Sensoren erforderlich. Damit erhöht
sich der erreichbare Erfassungsbereich auf ca. 10 m. Dies führt dazu,
dass störende
Reflexionen an der Fahrbahnoberfläche bzw. die Fehldetektion
vorausfahrender Fahrzeuge als Fußgänger wirkungsvoll unterdrückt werden.
Als
Anbauteile in dieser Bauhöhe
kommen beispielsweise bei Nutzfahrzeugen oder auch Transportern
insbesondere Außenspiegel
oder auch die Abdeckung der Düse
einer Scheibenwaschanlage in Frage.
Die
Integration der vorstehend beschriebenen Vorrichtung in ein Fahrzeug
bereits ab Werk ermöglicht
es, die beschriebene Erfindung mit minimalem Aufwand anzubieten
und damit einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit der am meisten
gefährdeten
Personengruppe im Straßenverkehr,
den Fußgängern, zu
einem akzeptablen Preis zu gewährleisten.