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Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung mit einem optischen Sensor und einem Beschleunigungssensor und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Sensorvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass mittels Schwingungen, insbesondere mittels akustischer Schwingungen, ein Beschleunigungssensor derart angeregt werden kann, dass der Beschleunigungssensor eine nicht vorhandene Beschleunigung detektiert. In Verbindung mit einem optischen Sensor, zu dessen Bildstabilisierung der Beschleunigungssensor vorgesehen ist, führt diese Anregung dazu, dass der optische Sensor auf die nicht-vorhandene Beschleunigung reagiert und/oder abgestimmt wird. Bei einer mittels der Schwingungen vorgetäuschten Beschleunigung und einer damit verbundenen Reaktion und/oder Abstimmung des optischen Sensors auf diese Beschleunigung, werden mittels des optischen Sensors verschwommene Aufnahmen erstellt. Es ist möglich, dass in diesen Aufnahmen vorhandene Objekte nicht detektiert werden können und/oder dass nicht-vorhandene Objekte fälschlicherweise detektiert werden und/oder dass detektierte Objekte falsch klassifiziert werden.
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Aus der US-amerikanischen Patentanmeldung
US 2021 / 0 018 820 A1 geht eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 hervor. Weitere Sensorvorrichtungen gehen aus der chinesischen Patentanmeldung
CN 1 12 333 402 A und der Veröffentlichung
ZHANG, Fuxi; FLOWERS, George; DEAN, Robert; SUHLING, Jeffrey; ROBERTS, Jordan: Sound Attenuation Study of Micro-Scale Acoustic Package, In: The International Journal of Acoustics and Vibration, 25, 2020, S. 133-140, DOI:10.20855/ijav.2020. 25.21453, hervor. Verfahren zur Manipulation und/oder Bewertung von Sensormesswerten einer Sensorvorrichtung sind in der Veröffentlichung SON, Yunmok [u.a.]: Rocking drones with intentional sound noise on gyroscopic sensors, In: USENIX Association (Hrsg.): Proceedings of the 24th USENIX Security Symposium August 12-14, 2015, S. 881-896, - ISSN 978-1-931971-232, https://www.usenix.org/svstem/files/conference/usenixsecurity15/sec15-paper-son.pdf und der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2018 220 936 A1 offenbart.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung mit einem optischen Sensor und einem Beschleunigungssensor sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Sensorvorrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest teilweise behoben, vorzugsweise vermieden sind.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Sensorvorrichtung mit einem optischen Sensor und einem Beschleunigungssensor geschaffen wird. Die Sensorvorrichtung weist zusätzlich einen Resonator auf, wobei der Resonator und der Beschleunigungssensor derart angeordnet sind, dass der Resonator den Beschleunigungssensor in mindestens einer Richtung von akustischen Schwingungen abschirmt.
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Insbesondere ist der Resonator derart auf den Beschleunigungssensor abgestimmt, dass der Resonator bei einer Eigenfrequenz und/oder einer harmonischen Frequenz - insbesondere einem Vielfachen der Eigenfrequenz - des Beschleunigungssensors die akustischen Schwingungen stark dämpft. Insbesondere tritt eine maximale Absorption der akustischen Schwingungen durch den Resonator bei Frequenzen auf, bei denen der Resonator am stärksten schwingt, also in einem Frequenzbereich einer Eigenresonanz des Resonators.
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In einer Ausgestaltung ist der Resonator als ein Designelement ausgebildet. Damit ist der Resonator für einen Fahrer eines die Sensorvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs nicht als Resonator erkennbar.
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Da der Resonator insbesondere als rein mechanisches Bauteil ausgebildet ist und damit als ein passives Bauteil wirkt, weist der Resonator vorteilhafterweise eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit auf. Weiterhin ist der Resonator im Vergleich zu aktiven Bauteilen, insbesondere elektronisch betriebenen Bauteilen und/oder computerimplementierten Verfahren, weniger anfällig gegenüber Manipulationen.
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Insbesondere ist der Resonator derart ausgebildet, dass akustische Schwingungen von mindestens 8 kHz bis höchstens 400 kHz absorbiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Resonator als akustischer Resonator und/oder mechanischer Resonator ausgebildet ist.
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In einer Ausgestaltung weist der mechanische Resonator mindestens ein Federelement und ein Masseelement, insbesondere ein plattenförmiges Bauteil, auf, wobei das Masseelement mit dem mindestens einen Federelement mechanisch mit dem Beschleunigungssensor gekoppelt ist. Somit dämpft der mechanische Resonator die akustischen Schwingungen mit einem Feder-Masse-Prinzip. Insbesondere absorbiert das mindestens eine Federelement die akustische Schwingung auf und wandelt sie in thermische Energie um.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der akustische Resonator als Plattenresonator ausgebildet. Der Plattenresonator weist dabei das Masseelement und einen in oder hinter dem Masseelement angeordneten abgeschlossenen Hohlraum auf, wobei der abgeschlossene Hohlraum mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, führt vorteilhafterweise eine Elastizität und/oder eine Massenträgheit des Gases in dem abgeschlossenen Hohlraum zu einer zumindest teilweisen Absorption einer akustischen Schwingung.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der akustische Resonator als Lochplattenresonator ausgebildet. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, weist der Lochplattenresonator dabei das Masseelement und einen in dem Masseelement angeordneten teilweise offenen Hohlraum auf, wobei der teilweise offene Hohlraum mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist. Vorteilhafterweise führt eine Elastizität und/oder eine Massenträgheit des Gases in dem teilweise offenen Hohlraum zu einer zumindest teilweisen Absorption einer akustischen Schwingung.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Resonator, insbesondere der akustische Resonator, und der Beschleunigungssensor beabstandet voneinander angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist es damit möglich, die Elemente effektiv zu entkoppeln eine Anregung des Beschleunigungssensors durch Körperschall besonders effizient zu verhindern.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor vermittelt über den mechanischen Resonator mit dem akustischen Resonator mechanisch verbunden ist. Vorteilhafterweise ist es damit möglich, den Beschleunigungssensor besonders effizient sowohl akustisch als auch mechanisch von akustischen Schwingungen abzuschirmen.
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In einer Ausgestaltung ist der Beschleunigungssensor vermittelt über mindestens eine Feder mit dem akustischen Resonator mechanisch verbunden. Insbesondere ist der akustische Resonator als Plattenresonator oder als Lochplattenresonator ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Resonator mindestens ein Akustikvlies aufweist.
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In einer Ausgestaltung ist das Akustikvlies ein Mikrofasergewebe. Insbesondere wird als Mikrofasergewebe ein Gewebe gemäß der Veröffentlichung „Mitigation of the Effects of High Levels of High-Frequency Noise on MEMS Gyroscopes Using Microfibrous Cloth“ von Soobramaney et al, Proceedings of the ASME 2015 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (2015) DOI: 10.1115/DETC2015-47378 verwendet.
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Insbesondere ist das Akustikvlies darauf ausgelegt, akustische Schwingungen mit einer hohen Frequenz, insbesondere in einem hohen Ultraschallbereich, zu absorbieren. Zusätzlich ist das Akustikvlies insbesondere darauf ausgelegt, eine oder mehrere Eigenfrequenzen des Resonators zu absorbieren.
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Erfindungsgemäß sind der optische Sensor und der Beschleunigungssensor an einer ersten Seite einer Gehäusewandung angeordnet. Dabei ist der Resonator an einer zweiten, der ersten Seite der Gehäusewandung gegenüberliegenden Seite der Gehäusewandung angeordnet.
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Zusätzlich ist erfindungsgemäß die Gehäusewandung als eine Seite eines einseitig offenen Gehäuses ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Beschleunigungssensor und der optische Sensor gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. Weiterhin sind das Gehäuse und der Resonator an einer gemeinsamen Haltevorrichtung voneinander beabstandet angeordnet.
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Insbesondere ist ein Abstand zwischen dem Gehäuse und dem Resonator derart gewählt, dass eine Anregung des Beschleunigungssensors durch Körperschall zumindest teilweise verhindert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung zusätzlich eine Leiterplatte aufweist. Die Leiterplatte ist mit dem optischen Sensor und dem Beschleunigungssensor wirkverbunden, wobei die Leiterplatte eingerichtet ist, um den optischen Sensor anzusteuern.
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Insbesondere ist es damit vorteilhafterweise möglich, den optischen Sensor an eine von dem Beschleunigungssensor detektierte Beschleunigung anzupassen, das heißt insbesondere eine Bildstabilisierung des optischen Sensors mithilfe des Beschleunigungssensors durchzuführen.
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Insbesondere ist die Leiterplatte eingerichtet, um die von dem Beschleunigungssensor detektierte Beschleunigung bei einer Ansteuerung des optischen Sensors zu berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich ist die Leiterplatte eingerichtet, um die von dem Beschleunigungssensor detektierte Beschleunigung bei einer Auswertung eines Signals des optischen Sensors zu berücksichtigen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung oder einer Sensorvorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor erläuterten Ausführungsformen geschaffen wird. In Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Sensorvorrichtung erläutert wurden.
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In einer Ausgestaltung ist das Kraftfahrzeug als ein insbesondere autonom fahrendes Kraftfahrzeug ausgebildet. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug als ein insbesondere autonom fahrender Personenkraftwagen ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass das Kraftfahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Nutzfahrzeug oder ein anderes Kraftfahrzeug ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden durch die Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sensorvorrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung,
- 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung,
- 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung,
- 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung,
- 6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung,
- 7 eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung,
- 8 eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung,
- 9 eine schematische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung, und
- 10 eine schematische Darstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sensorvorrichtung 1 mit einem optischen Sensor 3 und einem Beschleunigungssensor 5. Die Sensorvorrichtung 1 weist zusätzlich einen Resonator 7 auf. Der Resonator 7 und der Beschleunigungssensor 5 sind derart angeordnet, dass der Resonator 7 den Beschleunigungssensor 5 in mindestens einer Richtung von akustischen Schwingungen 9 abschirmt.
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Insbesondere sind der Resonator 7 und der Beschleunigungssensor 5 beabstandet voneinander angeordnet.
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Der optische Sensor 3 und der Beschleunigungssensor 5 sind an einer ersten Seite 11.1 einer Gehäusewandung 13 angeordnet. Weiterhin ist der Resonator 7 an einer zweiten, der ersten Seite 11.1 der Gehäusewandung 13 gegenüberliegenden Seite 11.2 der Gehäusewandung 13 angeordnet. Weiterhin ist die Gehäusewandung 13 als eine Seite eines einseitig offenen Gehäuses 15 ausgebildet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass der Beschleunigungssensor 5 und der optische Sensor 3 gemeinsam in dem Gehäuse 15 angeordnet sind, wobei das Gehäuse 15 und der Resonator 7 an einer gemeinsamen Haltevorrichtung 17 voneinander beabstandet angeordnet sind.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 3 weist zusätzlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine Leiterplatte 19 auf. Die Leiterplatte 19 ist mit dem optischen Sensor 3 und dem Beschleunigungssensor 5 wirkverbunden, wobei die Leiterplatte 19 eingerichtet ist, um den optischen Sensor 3 anzusteuern.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist zusätzlich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Leiterplatte 19 auf.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das fünfte Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist eine erste spezifische Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1, wobei der Resonator 7 als mechanischer Resonator ausgebildet ist. Der mechanische Resonator weist ein erstes Federelement 21.1, ein zweites Federelement 21.2 und ein Masseelement 23, insbesondere ein plattenförmiges Bauteil, auf. Das Masseelement 23 ist mit den Federelementen 21 mechanisch mit dem Beschleunigungssensor 5 gekoppelt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das sechste Ausführungsbeispiel gemäß 6 weist zusätzlich zu dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß 5 ein Akustikvlies 25 auf. Insbesondere ist das Akustikvlies 25 an dem Masseelement 23 angeordnet.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das siebte Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist eine zweite spezifische Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1, wobei der Resonator 7 als Plattenresonator ausgebildet ist. Der Plattenresonator weist dabei das Masseelement 23 und einen in oder hinter dem Masseelement 23 angeordneten abgeschlossenen Hohlraum 27 auf, wobei der abgeschlossene Hohlraum 27 mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das achte Ausführungsbeispiel gemäß 8 weist zusätzlich zu dem siebten Ausführungsbeispiel gemäß 7 ein erstes Akustikvlies 25.1 und ein zweites Akustikvlies 25.2 auf. Insbesondere ist das erste Akustikvlies 25.1 auf dem Plattenresonator und das zweite Akustikvlies 25.2 in dem abgeschlossenen Hohlraum 27 angeordnet.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das neunte Ausführungsbeispiel gemäß 9 ist eine dritte spezifische Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1, wobei der Resonator 7 als Lochplattenresonator ausgebildet ist. Der Lochplattenresonator weist dabei das Masseelement 23 und einen in dem Masseelement 23 angeordneten teilweise offenen Hohlraum 29 auf, wobei der teilweise offene Hohlraum 29 mit einem Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels der Sensorvorrichtung 1.
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Das zehnte Ausführungsbeispiel gemäß 10 weist zusätzlich zu dem neunten Ausführungsbeispiel gemäß 9 das Akustikvlies 25 auf. Insbesondere ist das Akustikvlies 25 in dem teilweise offenen Hohlraum 29 angeordnet.
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Insbesondere ist es möglich, dass der Resonator 7 des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 2 als akustischer Resonator gemäß den 7 bis 10 ausgebildet ist.
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Insbesondere ist es möglich, dass der Resonator 7 des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 3 als akustischer Resonator und/oder mechanischer Resonator gemäß den 5 bis 10 ausgebildet ist.
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Insbesondere ist es möglich, dass der Resonator 7 des vierten Ausführungsbeispiels gemäß 4 als akustischer Resonator gemäß den 7 bis 10 ausgebildet ist.
