DE102016222474A1 - Radar sensor arrangement on a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Radarsensoranordnung an einem Kraftfahrzeug (10), mit mindestens zwei winkelauflösenden Radarsensoren (12), die zusammen mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung (14) ein kooperatives Radarsystem bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (12) jeweils eine Gruppenantenne mit einer in Richtung der Winkelauflösung gekrümmten Apertur (16) aufweisen.Radar sensor assembly on a motor vehicle (10), with at least two angular resolution radar sensors (12), which together with a control and evaluation (14) form a cooperative radar system, characterized in that the radar sensors (12) each have a group antenna with a in the direction of Angular resolution curved aperture (16) have.
Description
Die Erfindung betrifft eine Radarsensoranordnung an einem Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei winkelauflösenden Radarsensoren, die zusammen mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung ein kooperatives Radarsystem bilden.The invention relates to a radar sensor arrangement on a motor vehicle, with at least two angle-resolving radar sensors, which together with a control and evaluation device form a cooperative radar system.
Stand der TechnikState of the art
Radarsysteme für Fahrerassistenzsysteme werden seit langem in Fahrzeugen verbaut. Mit Hilfe dieser Radarsensoren können Abstand, Geschwindigkeit und Winkel zu Objekten innerhalb eines Radarsichtfeldes detektiert werden. Zumeist ist in Fahrzeugen nur ein einzelner Sensor mit einem eingeschränkten Sichtbereich verbaut, z.B. zur Überwachung vorausfahrender Fahrzeuge. Im Zuge der funktionalen Erweiterung der Fahrerassistenzsysteme werden jedoch immer häufiger auch mehrere unabhängig voneinander arbeitende Radarsensoren eingesetzt, die ein größeres Sichtfeld abdecken, z.B. den gesamten Frontbereich mit einem Sichtfeld von bis zu 180°. Dabei kann z.B. ein sogenannter Mid Range Radar Sensor (MRR) mittig an der Fahrzeugfrontseite angeordnet sein, und zusätzliche MRR-Sensoren können sich an den vorderen Fahrzeugecken befinden. Die Sensoren besitzen jeweils eine planare Antenne, deren Winkelschätzgenauigkeit vom Winkel abhängt.Radar systems for driver assistance systems have long been installed in vehicles. With the aid of these radar sensors, distance, speed and angle to objects within a radar field of view can be detected. In most cases, only a single sensor with a restricted field of vision is installed in vehicles, e.g. for monitoring vehicles in front. In the course of the functional expansion of the driver assistance systems, however, an increasing number of independently operating radar sensors are used which cover a larger field of view, e.g. the entire front area with a field of view of up to 180 °. In this case, e.g. a so-called mid-range radar sensor (MRR) may be arranged centrally on the vehicle front side, and additional MRR sensors may be located on the front vehicle corners. The sensors each have a planar antenna whose angular estimation accuracy depends on the angle.
Aus
Aus
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radarsensoranordnung an einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die bei geringem Installationsaufwand eine verbesserte Winkelschätzgenauigkeit ermöglicht.The object of the invention is to provide a radar sensor arrangement on a motor vehicle, which enables improved angular estimation accuracy with low installation costs.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Radarsensoren jeweils eine Gruppenantenne mit einer in Richtung der Winkelauflösung gekrümmten Aperturfläche aufweisen.This object is achieved in that the radar sensors each have a group antenna with a curved in the direction of the angular resolution aperture surface.
Bei den Gruppenantennen der Radarsensoren handelt es sich somit um sogenannte konforme Antennen, bei denen die einzelnen Antennenelemente aufgrund der Krümmung des Substrats unterschiedliche Orientierungen und somit auch unterschiedliche Richtcharakteristiken haben. Das hat den Vorteil, dass das Gesichtsfeld eines einzelnen Radarsensors vergrößert wird. Bei einem kooperativen System lässt sich so die notwendige Überlappung zwischen den Gesichtsfeldern zweier benachbarter Radarsensoren auch dann noch erreichen, wenn die Sensoren in größerem Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei wird aufgrund der größeren Basisbreite zugleich die Genauigkeit von Triangulationsmessungen verbessert. Ebenso lassen die größeren Gesichtsfelder der Radarsensoren es zu, dass die Orientierungen der beiden Radarsensoren stärker voneinander abweichen können, so dass bei gegebener Anzahl von Sensoren das Gesamt-Gesichtsfeld des kompletten Systems vergrößert werden kann oder bei gegebenem Gesamt-Gesichtsfeld die Anzahl der Radarsensoren reduziert werden kann.The array antennas of the radar sensors are therefore so-called conformal antennas, in which the individual antenna elements have different orientations and thus also different directional characteristics due to the curvature of the substrate. This has the advantage that the field of view of a single radar sensor is increased. In a cooperative system, the necessary overlap between the fields of view of two adjacent radar sensors can still be achieved even if the sensors are arranged at a greater distance from one another. At the same time, the accuracy of triangulation measurements is improved due to the larger base width. Likewise, the larger fields of view of the radar sensors allow the orientations of the two radar sensors to diverge more, so that given a number of sensors, the overall field of view of the complete system can be increased, or for a given total field of view, the number of radar sensors can be reduced can.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der Krümmung der Aperturfläche die Winkelschätzgenauigkeit des einzelnen Radarsensors weniger stark vom Winkel des georteten Objekts abhängig ist, so dass die Winkelschätzgenauigkeit für Objekte am Rand des Gesichtsfeldes ähnlich hoch ist wie bei Objekten in der Mitte des Gesichtsfelds. Ein Vorteil der konformen Antennen besteht auch darin, dass eine Eindeutigkeit der Winkelmessungen auch noch bei größeren Abständen zwischen den einzelnen Antennenelementen der Gruppenantenne erreicht werden kann, so dass bei gegebener Apertur die Anzahl der Antennenelemente und damit die Anzahl der Auswertungskanäle verringert werden kann oder umgekehrt bei gegebener Anzahl der Antennenelemente die Apertur vergrößert werden kann.A further advantage is that due to the curvature of the aperture surface, the angular estimation accuracy of the single radar sensor is less dependent on the angle of the located object, so that the angular estimation accuracy for objects at the edge of the field of view is similar to that for objects in the center of the field of view. An advantage of the conformal antennas is also that a uniqueness of the angle measurements can be achieved even at larger distances between the individual antenna elements of the array, so that for a given aperture, the number of antenna elements and thus the number of evaluation channels can be reduced or vice versa given number of antenna elements, the aperture can be increased.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the subclaims.
In einer vorteilhaften Ausführungsform folgt das gekrümmte Substrat der konformen Antenne der Krümmung eines Karosserieteils des Fahrzeugs auf oder hinter dem der betreffende Radarsensor verbaut ist. Das erlaubt eine platzsparende Anordnung der Radarsensoren beispielsweise in den Ecken des Fahrzeugs und trägt zugleich zur Vermeidung von Einbauartefakten bei.In an advantageous embodiment, the curved substrate of the compliant antenna follows the curvature of a body part of the vehicle on or behind which the relevant radar sensor is installed. This allows a space-saving arrangement of the radar sensors, for example in the corners of the vehicle and at the same time helps to avoid installation artifacts.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Radarsensoren so am Fahrzeug angeordnet, beispielsweise an den vier Ecken, dass sie zusammen das gesamte Fahrzeugumfeld abdecken, also ein Gesamt-Gesichtsfeld von 360° aufweisen. Entsprechend lässt sich mit nur zwei Radarsensoren ein Gesichtsfeld von 180° oder mehr erreichen.In an advantageous embodiment, the radar sensors are arranged on the vehicle, for example, at the four corners, that together they cover the entire vehicle environment, that is, have a total field of view of 360 °. Accordingly, with only two radar sensors, a field of view of 180 ° or more can be achieved.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following embodiments are explained in detail with reference to the drawing.
Es zeigen:
-
1 ein Beispiel für eine Anordnung von vier Radarsensoren mit konformen Antennen in den Ecken eines im Grundriss dargestellten Kraftfahrzeugs; -
2 eine perspektivische Ansicht einer konformen Antenne eines einzelnen Radarsensors; -
3 eine Grundrissskizze eines Fahrzeugs auf einer mehrspurigen Fahrbahn, zur Illustration des prinzipiellen Aufbaus eines Sensornetzwerkes mit einem 360°-Gesichtsfeld; -
4 ein Diagramm zur Illustration der Anordnung von Antennenelementen eines Antennenarrays in einer Ebene (x-z Ebene), in der der Radarsensor winkelauflösend ist, einmal für eine konforme Antenne und einmal für eine planare Antenne; -
5 ein Diagramm zur Illustration einer Richtcharakteristik des planaren Antennenarrays gemäß4 ; -
6 ein Diagramm zur Illustration der Richtcharakteristik des konformen Antennenarrays gemäß4 ; -
7 ein Beispiel für ein Winkeldichtespektrum bei Ortung eines einzelnen Objekts mit dem planaren Antennearray gemäß4 ; -
8 ein Winkeldichtespektrum für die Ortung desselben Objekts wie in7 mit dem konformen Antennearray gemäß4 ; und -
9 ein Diagramm zur Illustration der Winkelabhängigkeit der effektiven Apertur bei einer planaren Antenne.
-
1 an example of an arrangement of four radar sensors with conformal antennas in the corners of a plan view motor vehicle; -
2 a perspective view of a conformal antenna of a single radar sensor; -
3 a Grundrissskizze a vehicle on a multi-lane road, illustrating the basic structure of a sensor network with a 360 ° field of view; -
4 a diagram illustrating the arrangement of antenna elements of an antenna array in a plane (xz plane) in which the radar sensor angle-resolving, once for a compliant antenna and once for a planar antenna; -
5 a diagram illustrating a directional characteristic of the planar antenna array according to4 ; -
6 a diagram illustrating the directional characteristic of the conformal antenna array according to4 ; -
7 an example of an angular density spectrum in locating a single object with the planar antenna array according to4 ; -
8th a angular density spectrum for the location of the same object as in7 with the compliant antenna array according to4 ; and -
9 a diagram illustrating the angle dependence of the effective aperture in a planar antenna.
In
In
Das Antennenbaugruppe
Im gezeigten Beispiel bilden die Antennenelemente
In einer anderen Ausführungsform können die Antennenelemente
In
In
Im gezeigten Beispiel kommunizieren alle vier Radarsensoren
Zweckmäßigerweise ist die Anordnung so getroffen, dass jeder Radarsensor
In
Bei einem Radarsensor mit einer herkömmlichen planaren Antenne darf in der Richtung, in der das Winkelauflösungsvermögen erreicht werden soll, hier also in x-Richtung, der Abstand zwischen den einzelnen Antenneelementen bzw. Antennenspalten nicht größer sein als λ/2 (λ ist die Wellenlänge der Radarstrahlung), wenn eine eindeutige Winkelschätzung möglich sein soll. Bei konformen Antennen mit gekrümmtem Antennensubstrat gilt diese Einschränkung hingegen nicht. Dies ist in
Im gezeigten Beispiel wurde angenommen, dass die wahre Position eines Objekts bei ux = 0,3 liegt. Wenn die Winkelschätzung anhand der Amplituden und Phasen der von den Antennenelementen
Für die Antennenelemente
Die konforme Antenne gemäß der Erfindung ermöglicht somit nicht nur ein größeres Gesichtsfeld (wie durch die breit gestreuten Richtcharakteristiken in
Ein weiterer Vorteil der konformen Antenne besteht darin, dass die Winkelauflösung weitgehend unabhängig von der Lage des Objekts im Gesichtsfeld ist, während bei einer planaren Antenne die Winkelauflösung zu den Rändern des Gesichtsfeldes hin deutlich abnimmt.Another advantage of the conformal antenna is that the angular resolution is largely independent of the position of the object in the field of view, while in a planar antenna, the angular resolution decreases significantly towards the edges of the field of view.
Generell ist bei einem Antennenarray die Unschärfe Δθ bei der Winkelmessung etwa proportional zu dem Quotienten aus der Wellenlänge λ und der Projektion d der Apertur des Antennenarrays auf die Ebene senkrecht zur Einfallsrichtung der Radarstrahlung. Näherungsweise gilt:
In
Wie
Bei einer konformen Antenne fällt dagegen auch bei großem Einfallswinkel α, also bei einem Objekt in der Nähe des Randes des Gesichtsfeldes, ein beträchtlicher Teil der Radarstrahlung auf eine Zone des Arrays, in der die Oberfläche des Antennensubstrats
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102013008953 A1 [0003]DE 102013008953 A1 [0003]
- DE 102014208389 A1 [0004]DE 102014208389 A1 [0004]
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