EP2084554A1 - Radarsystem für kraftfahrzeuge - Google Patents

Radarsystem für kraftfahrzeuge

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Publication number
EP2084554A1
EP2084554A1 EP07803231A EP07803231A EP2084554A1 EP 2084554 A1 EP2084554 A1 EP 2084554A1 EP 07803231 A EP07803231 A EP 07803231A EP 07803231 A EP07803231 A EP 07803231A EP 2084554 A1 EP2084554 A1 EP 2084554A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensors
lrr
radar
sensor
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07803231A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Hoetzer
Thomas Kropf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2084554A1 publication Critical patent/EP2084554A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S13/36—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated with phase comparison between the received signal and the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
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    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/023—Interference mitigation, e.g. reducing or avoiding non-intentional interference with other HF-transmitters, base station transmitters for mobile communication or other radar systems, e.g. using electro-magnetic interference [EMI] reduction techniques
    • G01S7/0235—Avoidance by time multiplex
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9327—Sensor installation details
    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles

Definitions

  • the invention relates to a radar system for motor vehicles, with a plurality of radar sensors installed in the front of the vehicle for monitoring the apron of the vehicle.
  • Such radar systems are used in motor vehicles for locating vehicles ahead and for measuring the distances, relative speeds and azimuth angles of these vehicles, so that an automatic distance control (ACC; Adaptive Cruise
  • Control and / or an electronic warning system (PSS).
  • PSS electronic warning system
  • LRR long range radar
  • FMCW radar 76 GHz FMCW radar
  • the radar lobe of this sensor is fanned out so far that it covers at least the entire width of the traffic lane traveled by the own vehicle, so that relevant target objects for the distance control can be reliably located.
  • LRR long range radar
  • These ACC systems are designed for use on highways or well-developed highways and can only be activated at speeds greater than 30 km / h. In this
  • Speed range are the usual vehicle distances so large that with a single LRR sensor a sufficiently reliable location of vehicles ahead can be ensured.
  • ACC FSR systems Fern Speed Range
  • ACC FSR systems whose application is to cover the entire speed range down to zero speed and which should also allow, for example, when driving on a jam end, the own vehicle in the state to brake when the fore vehicle stops.
  • additional sensors can be used to monitor the area in front of the vehicle.
  • proximity sensors video sensors, LIDAR sensors and short range radar (SRR) sensors have been considered.
  • a typical example of an SRR sensor is a 24 GHz pulse radar, the azimuth of which ranges from about ⁇ 60 °, so that the near range in the front of the vehicle can be monitored almost completely.
  • German Patent Application 10 2006 032 539 proposes an LRR FMCW sensor in which the beam expansion can be varied by utilizing interference effects.
  • the object of the invention is to provide a cost-effective radar system for motor vehicles, which allows monitoring of both the long range and the near range and in particular allows good coverage of the near front area.
  • Radar sensors are LRR sensors.
  • the detection ranges of the at least two LRR sensors can be adapted so that only with these LRR sensors in addition to a long-range detection also for the purposes of FSR systems appropriate Nah Schlsortung is made possible.
  • the advantage is that in this way the complexity of the radar system can be reduced by installing only a single type of sensor.
  • this solution is due to the Redundancy in long-range detection achieved a significant improvement in quality, especially in the location of two-wheeled vehicles, in the reduction of secondary lane disorders and in the automatic detection of blindness of one or more of the LRR sensors.
  • Good coverage of the near range can be achieved e.g. achieve that the two LRR sensors are mounted in the vicinity of the left and right lateral boundaries of the vehicle, so that in particular Einscherer from the left or right side lane can be detected early.
  • a further improvement can be achieved in that the optical axes of the two sensors are not arranged in parallel, but slightly divergent.
  • the frequency of the radar signal is modulated, moreover, the frequency modulation can be varied and thus optimized with regard to the respective relevant distance range.
  • the frequency of at least one sensor may be modulated with a steeper ramp, thereby providing higher resolution in the distance measurement.
  • the frequency modulation in at least one of the sensors can be chosen so that in particular the location of two-wheeled vehicles is improved.
  • the frequency modulation in at least one of the sensors can be chosen so that in particular the location of two-wheeled vehicles is improved.
  • the total intensity of Radarechos is lower, especially at a large distance, and that on the other radar echoes received from multiple reflex points which are distributed over the length of the two-wheeler, which in an FMCW radar, the signal is additionally smeared over a wider frequency range.
  • a frequency modulation with a flatter ramp is therefore more suitable.
  • the total amount of data to be evaluated is twice as large.
  • the sensors are operated alternately with different frequency modulation.
  • the modulation of one sensor can be optimized for the near range, while it is optimized in the other sensor for the long range.
  • a signal with good distance resolution is obtained both for the left and the right sensor in every second cycle, while at the same time an optimal long-range detection in each cycle is possible by fusion of the data of the two sensors.
  • an overlap region can be determined in which an object is located by both sensors. If an object in this overlap area is located by only one of the sensors, this indicates a malfunction, such as blindness due to snow or dirt, from the other sensor. In this way, an increased reliability and self-monitoring of the system is achieved by the invention at the same time.
  • the optical systems of the LRR sensors may be designed differently so that, for example, one sensor produces a sharper focused radar beam for long-range detection while the other sensor produces a wider-spread beam for near range detection. This can be added grandsfordlich same structure of the sensors simply by a different design and / or arrangement of the radar lenses achieve.
  • an adjustment is required for an LRR sensor to ensure proper operation.
  • the adjustment process can be simplified in that the adjustment of the second sensor is performed electronically at least in the horizontal, wherein the correctly adjusted first sensor serves as a reference.
  • Figure 1 is a block diagram of an ACC system with a radar system according to the invention
  • Figure 2 is a schematic diagram for explaining a radar system according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows a scheme for the frequency modulation of a radar sensor in the system according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a radar system according to another embodiment.
  • FIGS. 5 and 6 are schematic representations of LRR sensors in the
  • a known per se ACC system 10 for a motor vehicle is simplified as a block.
  • this system includes an ACC FSR controller 12 which provides distance and cruise control over the entire speed range of the vehicle equipped with this system.
  • a radar system 14 For locating objects in the front of the vehicle, a radar system 14 is provided, which is formed in the example shown by two substantially identical LRR sensors 16, 18, for example by FMCW radar sensors. Each of the two LRR sensors 16, 18 is capable of locating the object and measuring its distance and its relative speed as well as calculating its azimuth angle. From the
  • Distance and the azimuth angle can then calculate the cross-shelf of the object with respect to the transverse position of the respective sensor.
  • the ACC system 10 includes a fusion device 20 for merging (fusing) the data provided by the two LRR sensors. For example, for each located object, the fusing device 20 is connected to the
  • Controller 12 only one record transmitted, indicating, for example, the distance, the relative speed and the Querab lags of the object.
  • the controller 12 includes a mode selector 22 that can be toggled between different modes of operation depending on the vehicle's operating condition, such as between a high speed mode for launches with higher
  • the ACC system 10 includes a driver module 24, which allows the two LRR sensors 16, 18 to be controlled as a function of the respective operating mode with independent driver signals.
  • FIG. 2 shows in sketchy form how the two LRR sensors 16, 18 are installed in a vehicle 26. The two sensors are arranged symmetrically to the longitudinal center axis of the vehicle 26 and are each located in the vicinity of the left or right vehicle boundary.
  • Each of the two sensors generates a divergent Radarkeule 28 and 30, which sweeps over from a certain distance, the entire width of the lane 26 traveled by the vehicle 26.
  • the two radar beams form an overlap zone 34 in which objects from each of the two LRR sensors can be located.
  • the overlap between the two radar lobes decreases, creating a dead angle 36 that can not be monitored directly. Due to the selected arrangement of the sensors, however, no object can penetrate into this blind spot 36 without first passing through at least one of the radar lobes 28, 30.
  • seamless monitoring of the apron of the vehicle 26 is ensured even in the vicinity.
  • the optical axes 38 of the two LRR sensors 16, 18 are not parallel to the longitudinal axis of the vehicle 26, but are each pivoted by an angle d of, for example, 3 ° to the outside. It is thereby achieved that a vehicle 40 shattering about from a secondary lane can be detected earlier. However, since the opening angle of the radar lobes (with, for example ⁇ 8 °) is greater than the angle d, the radar lobes are directed substantially forward.
  • the radar system 14 can be operated, for example, in the high-speed mode so that in the successive measuring cycles alternately the data of the LRR sensor 16 and the LRR sensor 18 are transmitted from the fusion device 20 to the controller 12.
  • the driver module 24 may cause the sensor whose data is not needed to remain completely inactive. If the transmitted from the fusion device 20 to the controller 12 data set instead of the cross-placement of the object whose azimuth angle, must be specified in addition, with which of the two sensors, the data was obtained so that the cross-shelf can then be correctly calculated in the controller 12.
  • the fusion device 20 it is also checked in the fusion device 20 or in the controller 12 whether a located object is located in the overlapping zone 34 of the two radar lobes, and in that case it is further checked whether an object located by one of the two sensors is also located by the other sensor in the next cycle. If this is not the case, an error message will be issued (possibly only after 2 to 3 further cycles), as obviously one of the two sensors will not work properly.
  • the radar system 14 can also be operated so that both sensors perform synchronous measuring cycles and the measured data of the two sensors in the fusion device 20 are checked for consistency and possibly subjected to averaging. This requires a higher data processing capacity, but has the advantage of greater location accuracy and error safety.
  • 16, 18 are time offset by half a cycle period, so that a higher temporal resolution is achieved.
  • FIG. 3 shows in a frequency / time diagram an example of the modulation of the radar signal transmitted by one of the two LRR sensors, for example sensor 16.
  • the period shown in Figure 3 comprises two measuring cycles Cl and C2.
  • the frequency is ramped in each measuring cycle, with a rising ramp RIs or R2s and a symmetrically falling ramp RIf or R2f.
  • the radar signal reflected by an object and received again by the sensor is mixed with the signal transmitted by that sensor at the time of reception so as to obtain an intermediate frequency signal whose frequency corresponds to the frequency difference between the transmitted and the received signal.
  • This frequency difference depends on the one hand on the signal propagation time and thus on the distance of the object and on the other hand on the Doppler shift that reflected this
  • the second measuring cycle C2 a steeper ramp is used. With the same frequency deviation, therefore, in the second cycle, the duration T2 of a ramp is less than the duration T1 of a ramp in the first measuring cycle Cl. For the remainder of the second measurement cycle C2, the sensor can be muted or, as it were, idle without the signal being evaluated.
  • the steeper ramp in the second measurement cycle C2 causes the frequency difference to be more sensitive to changes in distance so that a higher resolution is achieved in the distance measurement. This is particularly advantageous for objects in the vicinity.
  • Measuring cycle Cl for the long-range, and in particular for the location of two-wheeled be optimized. If the measurement cycles Cl and C2 are repeated periodically, one obtains alternately a frequency modulation, which are optimized for the near and the far range. This modulation scheme is therefore particularly suitable for the radar system described here, in which the LRR sensors for both the
  • the steeper ramp R2s can be used to eliminate ambiguities that may otherwise arise when multiple objects are located simultaneously.
  • a modulation scheme is conceivable in which working with three or more different ramps.
  • the radar signals of the two LRR sensors 16, 18 can be modulated synchronously or asynchronously according to the same modification scheme or according to different modulation schemes.
  • the two sensors can also work in different frequency bands, so that it can be decided upon receipt of a signal by one of the two sensors, whether this signal was sent from the same sensor or from the other sensor. This results in additional possibilities to improve the accuracy and in particular the angular resolution of the radar system.
  • the two LRR sensors are controlled so that the measuring cycles Cl of one sensor coincide with the measuring cycles C2 of the other sensor. In this way, a signal optimized for long-range detection is obtained in each measurement cycle, as is a signal optimized for near-field detection. To limit the processing effort, the evaluation of the
  • FIG. 4 shows a radar system with two LRR sensors 42, 44 installed in the vehicle 26 at the same positions and in the same orientation as in FIG. 2, but differing in the extent and range of their radars 46, 48.
  • the radar lobe 48 of the LRR sensor 44 is relatively narrow, while the radar lobe 46 of the LRR sensor 42 sweeps a significantly larger angular range, but has only a smaller range because of the faster decrease of the signal intensity.
  • both LRR sensors 42, 44 can be used together for both remote area monitoring and close range monitoring. Due to the specially adapted directional characteristic, however, the quality of the long-range detection is improved in the sensor 44, and the quality of the near-range detection in the case of the sensor 42.
  • the structure of the LRR sensor 44 is shown schematically.
  • This sensor has four adjacently arranged antenna patches 50, to which an identical transmission signal is supplied, the received signals, however, are evaluated separately.
  • the radar beams emitted by the patches are shared by a common
  • Lens 52 bundled, so that four slightly mutually angularly offset partial lobes 54 arise, which together form the relatively narrow radar lobe 48 in Figure 4.
  • the azimuth angle of a located object can be determined.
  • the structure of the LRR sensor 42 is shown in an analogous manner.
  • the lens 52 which in the example shown has the same focal length as in FIG. 5, is arranged at a shorter distance in front of the antenna patches 50, so that weakly focused partial lobes 56 are formed, which together form the radar lobe 46 in FIG. Due to the smaller lens distance is here also the angular offset between the
  • the lenses 52 of the sensors shown in FIGS. 5 and 6 may also differ in their geometry.
  • the different directional characteristics of the LRR sensors 42, 44 can also be generated with so-called phased array antennas.
  • the embodiment described here has the advantage that the LRR sensors may be identical in their basic structure and only the shape and / or mounting of the lens 52 needs to be modified. This facilitates a rational and cost-effective production of
  • the embodiment shown in Figure 4 can also be modified so that, for example, the LRR sensor 42 is arranged with the further fanned Radarkeule on the longitudinal center axis of the vehicle 26.
  • the LRR sensor 42 is arranged with the further fanned Radarkeule on the longitudinal center axis of the vehicle 26.
  • a symmetrical arrangement with two LRR sensors 44 on either side of the sensor 42 is possible, so that the radar system has a total of three LRR sensors.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Radarsystem für Kraftfahrzeuge, mit mehreren vorn im Fahrzeug (26) eingebauten Radarsensoren zur Überwachung des Vorfelds des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Radarsensoren LRR-Sensoren (16,18) sind.

Description

Beschreibung
Titel
Radarsystem für Kraftfahrzeuge
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Radarsystem für Kraftfahrzeuge, mit mehreren vorn im Fahrzeug eingebauten Radarsensoren zur Überwachung des Vorfelds des Fahrzeugs.
Solche Radarsysteme dienen in Kraftfahrzeugen zur Ortung von vorausfahrenden Fahrzeugen und zur Messung der Abstände, Relativgeschwindigkeiten und Azimutwinkel dieser Fahrzeuge, so daß eine automatische Abstandsregelung (ACC; Adaptive Cruise
Control) und/oder ein elektronisches Warnsystem (PSS; Predictive Safety System) ermöglicht wird.
Herkömmliche ACC-Systeme weisen einen einzigen LRR-Sensor (Long Range Radar) auf, beispielsweise ein 76 GHz FMCW-Radar, das eine Ortungstiefe von 100 m oder mehr hat. Ab Abständen von etwa 20 m ist die Radarkeule dieses Sensors so weit aufgefächert, daß sie zumindest die gesamte Breite der von dem eigenen Fahrzeug befahrenen Fahrspur abdeckt, so daß relevante Zielobjekte für die Abstandsregelung zuverlässig geortet werden können. Diese ACC-Systeme sind für den Einsatz auf Autobahnen oder gut ausgebauten Landstraßen vorgesehen und lassen sich nur bei Geschwindigkeiten von mehr als beispielsweise 30 km/h aktivieren. In diesem
Geschwindigkeitsbereich sind die üblichen Fahrzeugabstände so groß, daß mit einem einzelnen LRR-Sensor eine hinreichend verläßliche Ortung vorausfahrender Fahrzeuge sichergestellt werden kann. Es sind jedoch sogenannte ACC FSR Systeme (Füll Speed Range) in Entwicklung, deren Einsatzbereich den gesamten Geschwindigkeitsbereich bis hinab zur Geschwindigkeit null abdecken soll und die es insbesondere auch erlauben sollen, beispielsweise beim Auffahren auf ein Stauende, das eigene Fahrzeug in den Stand zu bremsen, wenn das Vorderfahrzeug anhält. Bei solchen ACC FSR Systemen kann eine zusätzliche Sensorik zur Überwachung des Nahbereichs vor dem Fahrzeug eingesetzt werden. Als Sensoren für die Nahbereichsortung sind bisher Videosensoren, LIDAR-Sensoren und SRR- Sensoren (Short Range Radar) in Betracht gezogen worden. Ein typisches Beispiel eines SRR-Sensors ist ein 24 GHz Impulsradar, dessen Ortungswinkelbereich im Azimut etwa ±60° beträgt, so daß der Nahbereich im Vorfeld des Fahrzeugs nahezu lückenlos überwacht werden kann. Zur Steigerung der Ortungssicherheit ist es auch bekannt, zwei SRR-Sensoren symmetrisch beiderseits der Längsmittelachse des Fahrzeugs anzuordnen.
In der deutschen Patentanmeldung 10 2006 032 539 wird ein LRR-FMCW-Sensor vorgeschlagen, bei dem sich durch Ausnutzung von Interferenzeffekten die Strahlaufweitung variieren läßt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Radarsystem für Kraftfahrzeuge zu schaffen, das eine Überwachung sowohl des Fernbereichs als auch des Nahbereichs gestattet und insbesondere eine gute Abdeckung des nahen Frontbereichs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei der mehreren
Radarsensoren LRR-Sensoren sind.
Die Ortungsbereiche der mindestens zwei LRR-Sensoren lassen sich so anpassen, daß allein mit diesen LRR-Sensoren neben einer Fernbereichsortung auch eine für die Zwecke von FSR-Systemen angemessene Nahbereichsortung ermöglicht wird. Der Vorteil besteht darin, daß sich auf diese Weise die Komplexität des Radarsystems verringern läßt, indem nur noch ein einziger Sensortyp verbaut wird. Zusätzlich ergeben sich Rationalisierungseffekte durch die Verwendung von baugleichen Sensoren in entsprechend größerer Stückzahl. Zugleich wird durch diese Lösung aufgrund der Redundanz bei der Fernbereichsortung eine deutliche Qualitätsverbesserung erreicht, insbesondere bei der Ortung von Zweirädern, bei der Reduktion von Nebenspurstörungen und bei der automatischen Erkennung einer Erblindung eines oder mehrerer der LRR- Sensoren.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Eine gute Abdeckung des Nahbereichs läßt sich z.B. dadurch erreichen, daß die beiden LRR-Sensoren in der Nähe der linken und rechten seitlichen Begrenzungen des Fahrzeugs montiert werden, so daß insbesondere Einscherer von der linken oder rechten Nebenspur frühzeitig erkannt werden können. Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß die optischen Achsen der beiden Sensoren nicht parallel, sondern leicht divergierend angeordnet werden.
Bei LRR-Sensoren, bei denen wie z.B. bei einem FMCW-Radar die Frequenz des Radarsignals moduliert wird, läßt sich darüber hinaus die Frequenzmodulation variieren und so im Hinblick auf den jeweils relevanten Entfernungsbereich optimieren.
Beispielsweise kann bei Fahrten mit niedriger Geschwindigkeit, bei denen die Überwachung des Nahbereichs besonders relevant ist, die Frequenz mindestens eines Sensors mit einer steileren Rampe moduliert werden, wodurch bei der Abstandsmessung eine höhere Auflösung erreicht wird.
Andererseits läßt sich die Frequenzmodulation bei mindestens einem der Sensoren so wählen, daß insbesondere die Ortung von Zweirädern verbessert wird. Anders als bei einem Pkw, bei dem die Rückfront des Fahrzeugs eine gut definierte Reflexionsfläche bildet, besteht bei einem Zweirad die Problematik, daß zum einen die Gesamtintensität des Radarechos geringer ist, insbesondere bei großem Abstand, und daß zum anderen zumeist Radarechos von mehreren Reflexpunkten empfangen werden, die über die Länge des Zweirads verteilt sind, wodurch bei einem FMCW-Radar das Signal zusätzlich über einen größeren Frequenzbereich verschmiert wird. Für eine optimale Ortung von Zweirädern ist deshalb eher eine Frequenzmodulation mit flacherer Rampe geeignet. - A -
Um Interferenzen zwischen den mehreren LLR- Sensoren zu vermeiden, ist es möglich, die Sensoren abwechselnd und/oder mit leicht unterschiedlichen Frequenzen, Frequenzverläufen oder -modulationen zu betreiben.
Bei einem System mit zwei LRR-Sensoren ist im Vergleich zu einem System mit nur einem LLR-Sensor generell die auszuwertende Datenmenge doppelt so groß. Um zumindest bei der Fernbereichsortung den Datenverarbeitungsaufwand in Grenzen zu halten, ist es deshalb zweckmäßig, wenn von Meßzyklus zu Meßzyklus nur abwechselnd die Daten des einen Sensors und des anderen Sensors ausgewertet werden. Dabei ist es möglich, den Sensor, dessen Daten im aktuellen Zyklus ohnehin nicht ausgewertet werden, während dieses Zyklus stumm zu schalten, womit auch zugleich auch das
Problem eventueller Interferenz beseitigt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Sensoren abwechselnd mit unterschiedlichen Frequenzmodulationen betrieben. In jedem Zyklus kann dann die Modulation eines Sensors für den Nahbereich optimiert sein, während sie bei dem anderen Sensor für den Fernbereich optimiert ist. Auf diese Weise erhält man sowohl für den linken als auch für den rechten Sensor in jedem zweiten Zyklus ein Signal mit guter Abstandsauflösung, während zugleich durch Fusion der Daten der beiden Sensoren eine optimale Fernbereichsortung in jedem Zyklus möglich ist.
Anhand der bekannten Strahlgeometrie der Sensoren läßt sich ein Überlappungsbereich bestimmen, in dem ein Objekt von beiden Sensoren geortet wird. Wenn ein Objekt in diesem Überlappungsbereich nur von einem der Sensoren geortet wird, so deutet dies auf eine Fehlfunktion, beispielsweise eine Erblindung durch Schnee oder Verschmutzung, des anderen Sensors hin. Auf diese Weise wird durch die Erfindung zugleich eine erhöhte Ausfallsicherheit und eine Selbstüberwachung des Systems erreicht.
In einer speziellen Ausführungsform können die optischen Systeme der LRR-Sensoren unterschiedlich ausgelegt sein, so daß beispielsweise ein Sensor einen schärfer gebündelten Radarstrahl für die Fernbereichsortung erzeugt, während der andere Sensor einen weiter aufgefächerten Strahl für die Nahbereichsortung erzeugt. Dies läßt sich bei grandsätzlich gleichem Aufbau der Sensoren einfach durch eine unterschiedliche Gestaltung und/oder Anordnung der Radarlinsen erreichen.
Grundsätzlich ist bei einem LRR-Sensor eine Justage erforderlich, damit eine einwandfreie Funktion gewährleistet wird. Bei dem erfindungsgemäßen System läßt sich der Justageprozeß jedoch dadurch vereinfachen, daß die Justage des zweiten Sensors zumindest in der Horizontalen elektronisch durchgeführt wird, wobei der korrekt justierte erste Sensor als Referenz dient.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Blockdiagramm eines ACC-Systems mit einem erfindungsgemäßen Radarsystem;
Figur 2 eine Prinzipskizze zur Erläuterung eines Radarsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 3 ein Schema für die Frequenzmodulation eines Radarsensors in dem erfindungsgemäßen System; und
Figur 4 eine Prinzipskizze eines Radarsystems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel; und
Figur 5 und 6 schematische Darstellungen von LRR-Sensoren bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein an sich bekanntes ACC-System 10 für ein Kraftfahrzeug vereinfacht als Block dargestellt. Im gezeigten Beispiel enthält dieses System einen ACC FSR Regler 12, mit dem eine Abstands- und Geschwindigkeitsregelung über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des mit diesem System ausgerüsteten Fahrzeugs möglich ist.
Zur Ortung von Objekten im Vorfeld des Fahrzeugs ist ein Radarsystem 14 vorgesehen, das im gezeigten Beispiel durch zwei im wesentlichen baugleiche LRR-Sensoren 16, 18 gebildet wird, beispielsweise durch FMCW-Radarsensoren. Jeder der beiden LRR- Sensoren 16, 18 ist in der Lage, das Objekt zu orten und seinen Abstand und seine Relativgeschwindigkeit zu messen sowie seinen Azimutwinkel zu berechnen. Aus dem
Abstand und dem Azimutwinkel läßt sich dann die Querablage des Objekts in Bezug auf die Querposition des betreffenden Sensors berechnen.
Das ACC-System 10 enthält eine Fusionseinrichtung 20, mit der die von den beiden LRR-Sensoren gelieferten Daten zusammengeführt (fusioniert) werden. Beispielsweise wird von der Fusionseinrichtung 20 in jedem Meßzyklus für jedes geortete Objekt an den
Regler 12 nur ein Datensatz übermittelt, der beispielsweise den Abstand, die Relativgeschwindigkeit und die Querab läge des Objekts angibt.
Der Regler 12 enthält eine Moduswahleinrichtung 22, mit der je nach Betriebszustand des Fahrzeugs zwischen verschiedenen Betriebsmodi umgeschaltet werden kann, beispielsweise zwischen einem Hochgeschwindigkeitsmodus für Fahrten mit höherer
Geschwindigkeit, bei denen eine Überwachung des Nahbereichs nicht zwingend erforderlich ist, und einem Stop & Go Modus für Fahrten mit niedriger Geschwindigkeit, bei denen eine genauere und lückenlose Überwachung des Nahbereichs erwünscht ist. Die Art und Weise, in der die Daten in der Fusionseinrichtung 20 fusioniert werden, kann vom jeweiligen Betriebsmodus abhängig sein. Des weiteren enthält das ACC-System 10 ein Treibermodul 24, das es erlaubt, die beiden LRR-Sensoren 16, 18 in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebsmodus mit voneinander unabhängigen Treibersignalen anzusteuern. In Figur 2 ist skizzenhaft dargestellt, wie die beiden LRR-Sensoren 16, 18 in einem Fahrzeug 26 eingebaut sind. Die beiden Sensoren sind symmetrisch zur Längsmittelachse des Fahrzeugs 26 angeordnet und befinden sich jeweils in der Nähe der linken bzw. rechten Fahrzeugbegrenzung. Jeder der beiden Sensoren erzeugt eine divergente Radarkeule 28 bzw. 30, die jeweils ab einem gewissen Abstand die gesamte Breite der von dem Fahrzeug 26 befahrenen Fahrspur 32 überstreicht. Die beiden Radarkeulen bilden eine Überlappungszone 34, in der Objekte von jedem der beiden LRR-Sensoren geortet werden können. Im Nahbereich nimmt die Überlappung zwischen den beiden Radarkeulen ab, und es entsteht ein toter Winkel 36, der nicht direkt überwacht werden kann. Aufgrund der gewählten Anordnung der Sensoren kann jedoch kein Objekt in diesen toten Winkel 36 eindringen, ohne vorher mindestens eine der Radarkeulen 28, 30 zu durchqueren. So wird auch im Nahbereich eine lückenlose Überwachung des Vorfelds des Fahrzeugs 26 sichergestellt.
Die optischen Achsen 38 der beiden LRR Sensoren 16, 18 verlaufen nicht parallel zur Längsachse des Fahrzeugs 26, sondern sind jeweils um einen Winkel d von beispielsweise 3° nach außen geschwenkt. Dadurch wird erreicht, daß ein etwa von einer Nebenspur einscherendes Fahrzeug 40 früher erkannt werden kann. Da der Öffnungswinkel der Radarkeulen (mit beispielsweise ±8°) jedoch größer ist als der Winkel d, sind die Radarkeulen dennoch im wesentlichen nach vorn gerichtet.
Das Radarsystem 14 kann beispielsweise im Hochgeschwindigkeitsmodus so betrieben werden, daß in den aufeinanderfolgenden Meßzyklen abwechselnd die Daten des LRR- Sensors 16 und des LRR-Sensors 18 von der Fusionseinrichtung 20 an den Regler 12 übermittelt werden. In dem Fall kann das Treibermodul 24 dafür sorgen, daß der Sensor, dessen Daten nicht benötigt werden, gänzlich inaktiv bleibt. Falls der von der Fusionseinrichtung 20 an den Regler 12 übermittelte Datensatz anstelle der Querablage des Objekts dessen Azimutwinkel enthält, muß zusätzlich spezifiziert werden, mit welchem der beiden Sensoren die Daten gewonnen wurden, damit sich die Querablage dann im Regler 12 korrekt berechnen läßt.
Vorzugsweise wird in der Fusionseinrichtung 20 oder im Regler 12 auch geprüft, ob ein geortetes Objekt sich in der Überlappungszone 34 der beiden Radarkeulen befindet, und in dem Fall wird weiter geprüft, ob ein von einem der beiden Sensoren geortetes Objekt im nächsten Zyklus auch von dem anderen Sensor geortet wird. Wenn dies nicht der Fall ist, wird (ggf. erst nach 2 bis 3 weiteren Zyklen) eine Fehlermeldung ausgegeben, da dann offensichtlich einer der beiden Sensoren nicht einwandfrei arbeitet.
Wahlweise kann das Radarsystem 14 auch so betrieben werden, daß beide Sensoren synchrone Meßzyklen ausführen und die Meßdaten der beiden Sensoren in der Fusionseinrichtung 20 auf Konsistenz geprüft und ggf. einer Mittelwertbildung unterzogen werden. Dies erfordert eine höhere Datenverarbeitungskapazität, hat jedoch den Vorteil einer größeren Ortungsgenauigkeit und Fehlersicherheit.
Ebenso ist eine Betriebsweise denkbar, bei der die Meßzyklen der beiden LLR-Sensoren
16, 18 um eine halbe Zyklusperiode zeitversetzt sind, so daß eine höhere zeitliche Auflösung erreicht wird.
Eine weitere zweckmäßige Betriebsweise des Radarsystems 14 soll nun anhand von Figur 3 erläutert werden. Diese Figur zeigt in einem Frequenz/Zeit-Diagramm ein Beispiel für die Modulation des Radarsignals, das von einem der beiden LRR-Sensoren, beispielsweise dem Sensor 16, gesendet wird. Der in Figur 3 dargestellte Zeitraum umfaßt zwei Meßzyklen Cl und C2. Entsprechend dem Funktionsprinzip eines FMCW- Radars wird die Frequenz in jedem Meßzyklus rampenförmig moduliert, mit einer steigenden Rampe RIs bzw. R2s und einer symmetrisch dazu fallenden Rampe RIf bzw. R2f. Das von einem Objekt reflektierte und wieder vom Sensor empfangenen Radarsignal wird mit dem zum Empfangszeitpunkt von diesem Sensor gesendeten Signal gemischt, so daß man ein Zwischenfrequenzsignal erhält, dessen Frequenz dem Frequenzunterschied zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal entspricht. Dieser Frequenzunterschied ist einerseits von der Signallaufzeit und damit vom Abstand des Objekts abhängig und andererseits von der Dopplerverschiebung, die das reflektierte
Signal aufgrund der Relativgeschwindigkeit des Objekts erfährt. Wenn man die für ein gegebenes Objekt auf der steigenden Rampe RIs und der fallenden Rampe RIf erhaltenen Frequenzunterschiede addiert, so mittein sich die abstandsabhängigen Anteile aufgrund der entgegengesetzt gleichen Rampensteigung heraus, und man erhält ein Maß für die Relativgeschwindigkeit. Bildet man andererseits die Differenz der Frequenzunterschiede, so mittelt sich der Doppleranteil heraus, und man erhält ein Maß für den Abstand.
Im zweiten Meßzyklus C2 wird mit einer steileren Rampe gearbeitet. Bei gleichem Frequenzhub ist somit im zweiten Zyklus die Dauer T2 einer Rampe kleiner als die Dauer Tl einer Rampe im ersten Meßzyklus Cl . Für den Rest des zweiten Meßzyklus C2 kann der Sensor stumm geschaltet werden oder gleichsam im Leerlauf arbeiten, ohne daß das Signal ausgewertet wird. Die steilere Rampe im zweiten Meßzyklus C2 hat zur Folge, daß der Frequenzunterschied empfindlicher auf Abstandsänderungen reagiert, so daß eine höhere Auflösung bei der Abstandsmessung erreicht wird. Dies ist insbesondere bei Objekten im Nahbereich von Vorteil. Andererseits kann die Steilheit der Rampe im ersten
Meßzyklus Cl für den Fernbereich, und hier insbesondere für die Ortung von Zweirädern optimiert werden. Wenn die Meßzyklen Cl und C2 periodisch wiederholt werden, erhält man so abwechselnd eine Frequenzmodulation, die für den Nahbereich und für den Fernbereich optimiert sind. Dieses Modulationsschema ist daher besonders geeignet für das hier beschriebene Radarsystem, bei dem die LRR-Sensoren sowohl für die
Fernbereichsortung als auch für eine optimierte Nahbereichsortung eingesetzt werden.
Zugleich kann die steilere Rampe R2s dazu benutzt werden, Mehrdeutigkeiten zu beseitigen, die andernfalls entstehen können, wenn mehrere Objekte gleichzeitig geortet werden. Selbstverständlich ist auch ein Modulationsschema denkbar, bei dem mit drei oder mehr unterschiedlichen Rampen gearbeitet wird.
Die Radarsignale der beiden LRR-Sensoren 16, 18 können synchron oder asynchron nach demselben Modifikationsschema oder nach unterschiedlichen Modulationsschemata moduliert werden. Wahlweise können die beiden Sensoren dabei auch in unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten, so daß sich bei Empfang eines Signals durch einen der beiden Sensoren entscheiden läßt, ob dieses Signal von demselben Sensor oder von dem anderen Sensor gesendet wurde. Hierdurch ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten, die Genauigkeit und insbesondere die Winkelauflösung des Radarsystems zu verbessern. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die beiden LRR-Sensoren so angesteuert, daß die Meßzyklen Cl des einen Sensors mit den Meßzyklen C2 des anderen Sensors zusammenfallen. Auf diese Weise erhält man in jedem Meßzyklus ein Signal, das für die Fernbereichsortung optimiert ist, sowie ein Signal, das für die Nahbereichsortung optimiert ist. Zur Begrenzung des Verarbeitungsaufwands kann dabei die Auswertung des
Signals, das für den Nahbereich optimiert ist, auf den unteren Abstandsbereich beschränkt werden, während umgekehrt bei der Auswertung des für den Fernbereich optimierten Signals die Auswertung auf den größeren Abstandsbereich beschränkt wird.
Anhand von Figuren 4 bis 6 wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem sich die beiden LRR-Sensoren 16, 18 in ihrer Richtcharakteristik unterscheiden.
Figur 4 zeigt ein Radarsystem mit zwei LRR-Sensoren 42, 44, die an den gleichen Positionen und in der gleichen Orientierung wie in Figur 2 in das Fahrzeug 26 eingebaut sind, sich jedoch in der Aufweitung und Reichweite ihrer Radarkeulen 46, 48 unterscheiden. Die Radarkeule 48 des LRR-Sensors 44 ist relativ schmal, während die Radarkeule 46 des LRR-Sensors 42 einen deutlich größeren Winkelbereich überstreicht, dafür jedoch aufgrund der schnelleren Abnahme der Signalintensität nur eine geringere Reichweite hat. Auch bei dieser Ausführungsform können beide LRR-Sensoren 42, 44 gemeinsam sowohl zur Fernbereichsüberwachung als auch zur Nahbereichsüberwachung eingesetzt werden. Aufgrund der speziell angepaßten Richtcharakteristik ist jedoch bei dem Sensor 44 die Qualität der Fernbereichsortung und bei dem Sensor 42 die Qualität der Nahbereichsortung verbessert.
In Figur 5 ist der Aufbau des LRR-Sensors 44 schematisch dargestellt. Dieser Sensor weist vier nebeneinander angeordnete Antennenpatches 50 auf, denen ein identisches Sendesignal zugeführt wird, deren empfangene Signale jedoch getrennt ausgewertet werden. Die von den Patches emittierten Radarstrahlen werden durch eine gemeinsame
Linse 52 gebündelt, so daß vier leicht gegeneinander winkelversetzte Teilkeulen 54 entstehen, die zusammen die verhältnismäßig schmale Radarkeule 48 in Figur 4 bilden. Durch Vergleich der Amplituden und Phasen der von den Antennenpatches 50 empfangenen Signale läßt sich der Azimutwinkel eines georteten Objekts bestimmen. In Figur 6 ist auf analoge Weise der Aufbau des LRR-Sensors 42 dargestellt. Hier ist die Linse 52, die im gezeigten Beispiel die gleiche Brennweite hat wie in Figur 5, in geringerem Abstand vor den Antennenpatches 50 angeordnet, so daß schwächer gebündelte Teilkeulen 56 entstehen, die zusammen die Radarkeule 46 in Figur 4 bilden. Aufgrund des geringeren Linsenabstands ist hier auch der Winkelversatz zwischen den
Teilkeulen 56 größer, so daß die Radarkeule 46 nicht nur weiter aufgefächert ist, sondern aufgrund des größeren Winkelversatzes der Teilkeulen auch eine gleichmäßig hohe Winkelauflösung in dem vergrößerten Ortungswinkelbereich ermöglicht wird.
Alternativ oder zusätzlich können sich die Linsen 52 der in Figuren 5 und 6 gezeigten Sensoren auch in ihrer Geometrie unterscheiden.
Ebenso lassen sich die unterschiedlichen Richtcharakteristiken der LRR-Sensoren 42, 44 auch mit sogenannten Phased-Array Antennen erzeugen. Die hier beschriebene Ausführungsform hat jedoch den Vorteil, daß die LRR-Sensoren in ihrem Grundaufbau identisch sein können und lediglich die Form und/oder Halterung der Linse 52 modifiziert zu werden braucht. Dies erleichtert eine rationelle und kostengünstige Fertigung des
Radarsystems.
Das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel läßt sich auch dahingehend modifizieren, daß beispielsweise der LRR-Sensor 42 mit der weiter aufgefächerten Radarkeule auf der Längsmittelachse des Fahrzeugs 26 angeordnet wird. In dem Fall ist auch eine symmetrische Anordnung mit zwei LRR-Sensoren 44 beiderseits des Sensors 42 möglich, so daß das Radarsystem insgesamt drei LRR-Sensoren aufweist.

Claims

Ansprüche
1.Radarsystem für Kraftfahrzeuge, mit mehreren vorn im Fahrzeug (26) eingebauten Radarsensoren zur Überwachung des Vorfelds des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Radarsensoren LRR-Sensoren (16, 18; 42, 44) sind.
2.Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei LRR-Sensoren (16, 18; 42, 44) in der Nähe der seitlichen Fahrzeugbegrenzung auf der linken und rechten Seite des Fahrzeugs (26) angeordnet sind.
3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die LRR-Sensoren
(16, 18; 42, 44) so orientiert sind, daß ihre optischen Achsen (38) divergieren.
4.Radarsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Fusionseinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, die Signale der LRR-Sensoren (16, 18) von Meßzyklus zu Meßzyklus abwechselnd auszuwerten.
5. Radarsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein
Treibermodul (24), das dazu ausgebildet ist, die LRR-Sensoren (16, 18) abwechselnd zu aktivieren.
6.Radarsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die LRR-Sensoren (16, 18) dazu ausgebildet sind, frequenzmodulierte Radarsignale zu senden, und daß das Muster der Frequenzmodulation sich von Sensor zu Sensor unterscheidet.
7.Radarsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die LRR-Sensoren (16, 18) dazu ausgebildet sind, frequenzmodulierte Radarsignale zu senden, und daß ein Treibermodul (24) dazu ausgebildet ist, die LRR-Sensoren (16, 18) so anzusteuern, daß sie jeweils mindestens zwei abwechselnd durchlaufene Meßzyklen (Cl, C2) aufweisen, die sich in ihrer Frequenzmodulation unterscheiden.
8. Radarsystem nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibermodul (24) dazu ausgebildet ist, die LRR-Sensoren (16, 18) so anzusteuern, daß zeitgleiche Meßzyklen (Cl, C2) der Sensoren sich in ihrer Frequenzmodulation unterscheiden.
9.Radarsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei LRR-Sensoren (42, 44) vorhanden sind, die unterschiedlich stark aufgefächerte Radarkeulen (46, 48) erzeugen.
lO.Radarsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die LRR-Sensoren (42, 44) sich in der Anordnung und/oder Geometrie ihrer Linsen (52) unterscheiden.
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