传感器设备的热调节的制作方法

1.本发明涉及一种用于运行用于确定道路状态的传感器设备的方法，在所述方法中辐射由至少一个辐射源产生并且被发射到扫描区域中，从扫描区域散射回或反射的辐射通过至少一个探测器获取并且通过与探测器耦合的控制器分析处理以用于确定道路状态，还涉及一种控制器以及一种计算机程序。


背景技术：

2.为了高度自动化的车辆的安全运行，需要道路状态的精确认知。道路的摩擦值尤其通过在车辆轮胎和车道之间的中间介质影响。
3.这种中间介质例如可以是水、冰、雪或车道的污物。这些介质的感测可以通过光学传感器进行，所述光学传感器发射例如在红外波长范围中的辐射并且通过探测器接收散射回或反射的辐射。随后可以分析处理探测器所接收的测量数据以用于得到道路状态。
4.除了通常实施为半导体的辐射源之外，探测器和传感器的其他部件也具有温度相关性，所述温度相关性可以对传感器的精度产生影响。半导体光源的辐射功率例如可以随着温度增大而减小。半导体光源的温度也影响发射的波长范围。在探测器中会由于增大的温度不利地影响噪声特性或者精度随着温度增大而降低。


技术实现要素：

5.基于本发明的任务可以在于，提出一种用于在技术上简单地补偿传感器设备的热影响的方法和控制器。
6.该任务借助于独立权利要求的相应主题解决。本发明的有利构型是相应从属权利要求的主题。
7.根据本发明的一个方面，提供一种用于运行用于确定道路状态的传感器设备的方法。传感器设备具有用于产生辐射的至少一个辐射源，所述辐射被发射到扫描区域中。由扫描区域散射回或反射的辐射通过至少一个探测器获取并且通过与探测器耦合的控制器分析处理以用于确定道路状态。
8.作用到传感器设备的至少一个部件上的与温度相关的影响通过至少一个传感器获取，其中，作用到传感器设备的部件上的与温度相关的影响通过加热装置和/或冷却装置和/或在分析处理时通过控制器补偿。
9.根据本发明的另一方面，提供一种控制器，其中，控制器设置用于实施所述方法。
10.此外，根据本发明的一方面，提供一种计算机程序，所述计算机程序包括以下指令，所述指令在通过控制器实施计算机程序时促使该控制器实施所述方法。
11.控制器优选可以是车辆侧的或设备侧的控制器。尤其地，控制器可以构型为传感器设备的模块化组件。
12.传感器设备优选可以在车辆中或在基础设施装置中用于实施道路状态确定。尤其地，通过所述方法可以使传感器设备在宽的温度范围以恒定的精度运行。这种温度范围例
如可以位于
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40℃和 85℃之间。
13.尤其地，所述方法可以用于车辆，所述车辆可以根据bast definition辅助地、部分自动化地、高度自动化地和/或全自动化地或无驾驶员地运行。
14.加热装置例如可以是珀尔帖元件、电阻加热器和类似物。作为冷却装置可以使用被动冷却体、通过通风装置冷却的主动冷却体、液冷装置或水冷装置、吸收冷却器、珀尔帖元件和类似物。在这里，珀尔帖元件可以作为组合的冷却或加热装置使用，所述冷却或加热装置与控制器连接并且可以通过控制器调整到冷却模式或加热模式中。
15.热影响的补偿也可以在分析处理的层面中进行。所述补偿例如可以在软件层面中实施。
16.由此，可以考虑或补偿传感器设备的部件、例如辐射源、探测器、二极管、电阻和类似物的温度决定的波动和偏差。
17.根据实施方式，传感器设备的部件布置在至少一个导热好的电路板上，其中，电路板和/或布置在电路板上的部件通过加热装置和/或冷却装置热调整。这种电路板可以用于排出热能。电路板例如可以是金属电路板。因此，布置在电路板上的部件的热调整可以通过电路板进行。这种温度稳定例如可以通过一个或多个珀尔帖元件进行，所述珀尔帖元件尽可能靠近要热稳定的部件布置。尤其地，加热元件和/或冷却元件可以与传感器设备部件布置在电路板的共同的面上或分开地布置在电路板的第二面上。
18.根据另外的实施方式，所述至少一个辐射源和/或电路板和/或探测器的温度通过至少一个温度传感器测量并且由控制器接收。温度传感器例如可以是热偶元件、高温计或电阻传感器。尤其地，温度传感器可以在部件的区域中测量相应部件和/或电路板的温度。温度传感器的获取的测量数据可以由控制器接收并且用于分析处理数据以用于确定道路状态。
19.根据另外的实施方式，温度在数学函数和/或模拟和/或温度
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辐射功率
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特征曲线中用于获取所产生的辐射的辐射功率。为了无误差地并且精确地分析处理在道路状态确定时的强度，所发射的辐射功率的认知是必要的。
20.在传感器设备中使用的光源或辐射源的温度
‑
辐射功率
‑
特征曲线可以存储在表格中，例如借助于内插法使用(zugreifen)所述表格。通过相应辐射源的温度的测量，可以获取辐射源的辐射功率相对于在已知温度时的校准值的由温度引起的偏差。针对表格替代地或附加地，可以根据温度计算辐射源的辐射功率。这可以通过算法、模拟模型和类似物进行。因此，可以在道路状态确定时通过控制器根据温度测量考虑对于部件的热影响。
21.根据另外的实施例，将测量的温度用于考虑辐射源的温度相关的波长偏移和/或用于考虑对探测器的热影响。探测器同样可以具有典型的温度效应，如光电二极管的量子效率、分流电阻和类似物。所述至少一个探测器的所测量的温度可以修正探测器的获取的测量值并且因此提高测量的精度。
22.在通过辐射源发射辐射时中心波长随着温度的波长偏移或所谓的波长位移可以基于软件通过控制器在算法中考虑和/或基于硬件通过由加热装置和/或冷却装置调设辐射源的温度来抵抗。
23.尤其地，当没有算法能适配用于通过控制器在要求的温度范围中确定道路状态时，通过加热装置和/或冷却装置的温度补偿可以是必要的。
24.根据另外的实施例，所产生的辐射的辐射功率通过强度传感器测量并且由控制器接收。替代于辐射功率的通过辐射源的温度的测量的间接获取，辐射功率可以直接通过所述至少一个强度传感器获取。强度传感器例如可以是光电二极管、cmos传感器、ccd传感器和类似物。因此，辐射功率可以通过强度传感器直接测量，在辐射发射到地面上之前测量，或者在没有辐射发射到地面上的情况下测量。
25.强度的温度补偿仅在强度变化的偏差不再能够通过计算机程序考虑的情况下是必要的。这例如可以在低于信号的信噪比的下阈值的情况下进行。此外，温度补偿在进入到计算机程序中的数据的精度的要求高于在没有温度补偿时所达到的精度时是需要的。优选地，传感器设备的温度稳定化可以替代地或附加地用于遵循在眼睛安全性方面的安全性规定。
26.辐射的发射功率可以通过测量光源的光学功率的这种监视器光电二极管确定并且作为参考信号传递给控制器。
27.根据另外的实施方式，所产生的辐射的辐射功率直接在辐射源处、间接地通过传导辐射的连接部和/或在辐射源的散射辐射(streustrahlung)处通过强度传感器测量。在技术简单的构型中，强度传感器可以紧挨着辐射源定位并且使用所发射辐射的一部分和/或辐射源的散射光来获取辐射功率。此外，可以建立从所述至少一个辐射源至强度传感器的传导辐射的连接部。这例如可以通过分束器、光导体和类似物实现。
28.根据另外的实施方式，强度传感器的温度相关性通过数学函数和/或对比表补偿。由此可以补偿光电二极管特征参数对于信号的温度相关的影响。这种考虑例如可以通过波长相关的温度
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敏感性
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特征曲线进行。这种考虑尤其对于不位于探测器的敏感性区域的边缘的波长范围可以是有利的。
29.根据本发明的另一方面，提供一种传感器设备，其中，传感器设备可以与用于实施所述方法的控制器连接。传感器设备具有电路板，该电路板具有用于产生辐射并且用于将辐射发射到扫描区域中的至少一个辐射源和用于接收在扫描区域中反射或散射的辐射的至少一个探测器。作用到传感器设备上的热影响可以通过至少一个传感器获取。尤其地，可以获取作用到传感器设备的部件上的热影响。传感器设备的部件例如可以是辐射源、如led或半导体激光器、探测器、电阻、光电二极管和类似物。
30.传感器设备优选可以提供测量数据以用于通过控制器执行道路状态确定。所述至少一个传感器可以是温度传感器和/或强度传感器。由此可以通过传感器设备的所述至少一个传感器获取温度和/或温度作用到辐射源上的影响。作用到部件上的热影响的认知可以用于补偿该影响。
31.根据实施例，所述至少一个传感器构型为温度传感器和/或强度传感器。由此可以获取部件的改变的运行温度的直接或间接的影响。替代地或附加地，所述至少一个辐射源可以具有中心波长，所述中心波长与温度无关。尤其地，仅仅所述至少一个辐射源的辐射功率可以与温度相关，使得仅需要辐射功率的补偿。这种辐射源例如可以实施为dfb激光器。由此可以取消波长偏移的补偿。
32.根据另外的实施例，至少一个散射光防护件布置在所述至少一个探测器的区域中。优选地，散射光防护件可以在边缘侧或在侧面保护探测器以防散射光入射。由此探测器可以相邻于辐射源布置，使得传感器设备可以特别紧凑地构造。
33.根据另外的实施方式，在从扫描区域反射或散射回的辐射的射束路径中布置有至少一个带通滤波器。所述至少一个带通滤波器可以在射束路径中布置在探测器之前或者布置在所述至少一个辐射源之后。
34.优选地，带通滤波器可以布置在探测器之前，该带通滤波器传输多个窄的、期望的波长范围。在该实施方式中通过使用这种多波长带通滤波器可以减小使用部件的数量。在这种带通滤波器中可以取消具有各一个滤波器的多个探测器的使用或者滤波器的随时间的变化，例如通过法布里
‑
珀罗滤波器。
35.根据另外的实施方式，所述至少一个带通滤波器布置在探测器的散射光防护件处，其中，带通滤波器、散射光防护件和探测器相互连接。由此可以实现紧凑的探测器单元。散射光防护件可以实施为壳体，所述壳体至少单侧地敞开。散射光防护件的敞开侧可以通过至少一个带通滤波器遮盖。在散射光防护件中可以定位有所述至少一个探测器。
36.在另外的实施方案中，作为辐射源可以使用相对宽带的光源，如led。该光源可以与窄带的带通滤波器组合，所述带通滤波器充分逼近地(in ausreichender)传输与温度无关的波长范围。因此，仍引起的辐射功率可以改变，但通过带通滤波器传输到探测器上的波长范围不再改变。
附图说明
37.下面参照强烈简化的示意性示图详细阐释本发明的优选实施例。在这里示出：
38.图1根据实施方式的传感器设备的示意性俯视图，和
39.图2图1的传感器设备的示意性剖示图。
具体实施方式
40.在图1中示出根据实施方式的传感器设备1的示意性俯视图。传感器设备1具有电路板2。
41.电路板2示例性地方形地成形并且由具有好的导热性的材料、例如金属制成。由此可以提高电路板2的导热性。
42.在传感器设备1的电路板2上居中地布置有探测器4。探测器4例如可以实施为ccd传感器、cmos传感器或光电二极管，如pin光电二极管。在围绕探测器4的周侧布置有散射光防护件6。如果探测器4具有柱形的形状，那么散射光防护件6管形地构造并且在内侧形状锁合地接收探测器4。散射光防护件6可以根据探测器4的结构形状不同地显现。例如，在探测器4呈smd结构形式的情况下，那么散射光防护件6可以具有正方形的或矩形的形状。替代地或附加地，散射光防护件6已经可以集成在探测器4中。散射光防护件6在径向r上或者沿着探测器4的周面m限界探测器4。探测器4可以具有自身的接收光具或集成的接收光具，如透镜。
43.散射光防护件6可以沿轴向方向a超出探测器4。在端侧在散射光防护件6上布置有带通滤波器8。由此仅确定波长的进入辐射可以通过带通滤波器8发射至探测器4。
44.此外，传感器设备1具有四个成排布置在电路板2上的辐射源10。辐射源10能够以任意的数量和任意的形式布置在电路板2上。例如可以设置有仅一个辐射源10。替代地或附加地，多个辐射源10可以围绕散射光防护件8圆形地定位。根据实施方式，辐射源10实施为
红外led。辐射源10可以连续地或按顺序相继激活和停止激活地运行。
45.在电路板上与辐射源10相邻地布置有温度传感器12和强度传感器14。温度传感器12例如实施为电阻温度探测器，该电阻温度探测器与电路板2导热地耦合。因为温度传感器12紧挨着辐射源10定位，所以可以借助于温度传感器12监控辐射源10的温度。
46.强度传感器14实施为监视器光电二极管(monitor
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photodiode)并且可以测量由辐射源10发射的散射光并且因此用于监控辐射源10的辐射功率。
47.在图2中以横截面示出侧面的图1中的传感器设备1。由此可以阐明散射光防护件8围绕探测器4的形状锁合的布置。
48.辐射源10产生辐射16，所述辐射被发射到扫描区域18中。产生的辐射16可以在发射之前通过一个或多个光具成形。
49.在扫描区域18中，所产生的辐射16可以碰撞到障碍物20、例如物体或车道上。在障碍物20上可以将产生的辐射16反射或散射回传感器设备1。随后反射或散射回传感器设备1的辐射22可以通过带通滤波器8阻止或通过带通滤波器发射至探测器4。
50.根据实施例，电路板2温度稳定地实施。为此，在电路板2的背侧上布置有珀尔帖元件24。珀尔帖元件24用作为冷却元件和加热元件以用于调设电路板2和布置在电路板2上的部件4、6、10、12、14的温度。
51.发射至探测器4的辐射22可以转化为电信号并且由控制器26接收。控制器26与电路板2的印制导线3连接并且可以读取或操控部件4、6、10、12、14、24。由此，控制器26可以接收和分析处理传感器或探测器4、12、14的测量值。与此并行地，控制器26可以操控和调节辐射源10和珀尔帖元件24。
52.控制器26具有机器可读取的存储介质28，该存储介质具有用于运行传感器设备1的程序。由此，控制器26尤其可以基于探测器4的测量值实施道路状态确定。温度传感器12和强度传感器14的测量值可以通过控制器26用于实施作用到探测器4和辐射源10上的热影响的补偿。
53.热影响可以在分析处理时通过控制器26来考虑或者通过由珀尔帖元件24调设温度来考虑。