CN101048673A - 识别面临的碰撞的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于发送和用于接收电磁辐射以识别在未来持续时间之内面临与前方物体的碰撞的方法和装置，其中，所发送的辐射是FMCW调制的，其中，频率斜坡的斜率根据发送频率和根据未来持续时间(tTC)被确定，并且在探测到负的接收频率时，识别出在未来持续时间之内面临的碰撞。

Description

识别面临的碰撞的方法和装置
本发明涉及一种方法和一种装置，用于发送和接收电磁辐射以识别在未来持续时间之内面临与前方物体的碰撞，其中，FMCW调制了所发送的辐射，和其中，根据发送频率有关和根据未来持续时间来确定频率斜坡的斜率，并且在探测到负的接收频率时，识别在未来持续时间之内的所面临的碰撞。
现有技术
从由Robert Bosch股份有限公司，2002年4月提出的文献“自适应的行驶速度调节ACC”(ISBN-3-7782-2034-9)中公开了一种雷达传感器系统，该雷达传感器系统发送FMCW调制的辐射和接收在前方物体上所反射的部分辐射。如果探测到了前方的物体，则在速度方面调节装备了该设备的汽车，其中，在距离恒定调节的意义上执行该调节。如果没有探测到被识别为先行车辆的前方物体，则在将速度恒定调节到由司机预先给定的额定速度的意义上来执行速度调节。在此，借助频率斜坡，FMCW调制地(频率调制的连续波)发射出所发送的雷达辐射，并且根据所发送辐射的多普勒频移以及所发送辐射的传输时间来测定前方物体的距离和相对速度。尤其是在7至10页上说明了传输时间测量以及多普勒效应对所发送雷达信号的影响，其中，信号传输时间计算为τ＝2d/c，并且按照方程
f D = - 2 f C * v rel c
预先给定多普勒效应。
本发明的核心是说明一种方法和一种装置，其中，如此来互相协调发送频率和频率斜坡的斜率，使得通过探测到负的接收频率，来识别在预先给定的持续时间tTC之内与前方物体的碰撞。根据本发明这通过独立权利要求所述的特征来解决。由从属权利要求得出有利的改进方案和扩展方案。
碰撞在其之内可以被探测到的未来持续时间，有利地是在所识别的碰撞时刻之前必须触发要触发的安全设备和/或要触发的安全功能的持续时间。
还有利的是，安排了一个正交接收机用于探测负的频率。
特别有利的是，正交接收机具有一个相位比较器，该相位比较器从在同相信号和正交信号之间的相位关系中，来确定所接收的频率是否是正的或负的频率。
当识别了负的频率时，有利地触发安全设备和/或安全功能。该安全设备例如可以是安全带拉紧器或气囊形式的乘员拉住设备。安全功能例如可以是车辆的自动引入和执行的紧急制动，和/或用于避免碰撞的，或减小碰撞强度的自动的转向干预。
还有利的是，安全设备和/或安全功能至少是一种自动的车辆减速，自动的转向干预，触发至少一种乘员拉住系统，或是由它们组成的一种组合。
所发送和接收的电磁辐射有利地是以雷达信号或激光束形式的微波辐射，其探测在车辆之前的前方区域中存在的物体。
还有利的是，对于每个必须在所识别的碰撞时刻之前触发各自安全设备和/或安全功能的持续时间，安排了一个具有相应斜率的频率斜坡，用于触发多个安全设备和/或安全功能。如果触发多于一个安全设备和/或安全功能，在可能的碰撞之前必须触发安全设备的持续时间则与安全设备的类型有关。在碰撞之前拉紧车辆乘员的安全带的安全带拉紧器的情况下，例如这是安全带拉紧器所需要的时间，以便执行安全带拉紧。在气囊的情况下，例如这是在碰撞时刻之前必须点燃气囊的时间，以便促成最佳的防护功能。在自动的车辆减速和/或自动的转向干预的情况下，例如可以通过行驶动力的参量来预先给定该持续时间。由于按照所操纵的安全设备而定，在所识别的碰撞之前必须触发安全设备和/或安全功能的不同的未来持续时间是不同的，并且所发送的发送信号的发送频率以及所调制的发送信号的斜率必须与该时间协调，因此有利的是，如果应操纵多个安全设备和/或安全功能，则对于每个不同的持续时间规定一个自己的频率斜坡。FMCW调制形式可以适用于此，在这些FMCW调制形式中，相继发射和接收具有不同斜率的频率斜坡。
还可能的是，碰撞在其之内可被探测到的未来持续时间，是在所识别的碰撞时刻之前必须触发要触发的安全设备和/或要触发的安全功能的持续时间。
还有利的是，为了探测负的频率，将接收信号输送给正交接收机。
特别有利的是，从同相信号和正交信号之间的相位关系中，借助相位比较器来确定所接收的频率是否是正的或负的频率。
在探测到负的频率时，有利地触发安全设备和/或安全功能。
还有利的是，作为安全设备和/或安全功能，触发至少一种自动的车辆减速，一种自动的转向干预，触发至少一种乘员拉住系统，或由它们组成的组合。
为了触发多个安全设备和/或安全功能，对于每个在所识别的碰撞时刻之前必须触发各自安全设备和/或安全功能的持续时间，安排了在FMCW调制的发送信号之内具有相应斜率的频率斜坡。
以控制元件的形式来实现本发明方法是特别重要的，安排了该控制元件用于汽车的自适应的距离调节的或速度调节的控制设备。在此，在控制元件上存储了程序，可以在计算设备上，尤其是在微处理机或信号处理机上执行该程序，并且适用于实施本发明方法。因此在此情况下，通过存储在控制元件上的程序来实现本发明，使得配备了程序的该控制元件以相同的方式体现了本发明，就像该程序适合于执行的方法那样。尤其是电的存储媒体，例如只读存储器可以作为控制元件得到应用。
从本发明的在附图中所示出实施例的以下的说明中，得出了本发明的其它的特征，应用可能性和优点。在此，所有说明的或示出的特征本身，或以任意的组合形成了本发明的主题，而与它们在权利要求中的汇总或与这些权利要求的引用无关，以及与它们在说明书中或在附图中的表达或描述无关。
附图
以下借助附图来阐述本发明的实施例。
图1展示了本发明装置的第一实施形式的方框电路图，
图2展示了本发明装置的第二实施形式的方框电路图，
图3展示了相应的发送信号和接收信号的频率时间图，和
图4展示了用于阐述本发明的相对速度-距离图。
实施例说明
附图1中示出了揭示高频发送和接收设备1的示意方框电路图。高频发送和接收设备1具有一个高频振荡器2，该高频振荡器2根据输送给它的控制电压信号生成高频的微波辐射。该微波辐射由振荡器2转送到将微波信号作为发送信号4来发射的发送天线3上。在位于装备了本发明系统的汽车前面的物体上反射了该发送信号4，并且作为接收信号5被发送回。接收信号5由于信号的传输时间而相对于发送信号4延时，以及由于反射物体的相对速度附加地在频率方面多普勒频移。如果发射了FMCW调制的信号作为发送信号4，该FMCW调制的信号具有频率斜坡形式的时间上线性的频率变化，则形成了具有相对于发送信号4不同的频率的接收信号5。该频率变化一方面来自于由于反射物体的相对速度的多普勒效应，另一方面在发送信号4的上升频率斜坡的情况下，已经如下变化了发送信号4的瞬时频率，即由于信号传输时间已用另一种频率发射了瞬时的接收信号。借助接收天线6来接收该接收信号5，并且输送给混频器7，8。根据本发明也可以规定，不将发送和接收设备像揭示的那样实施为双基地的发送和接收系统(其具有分离的发送和接收天线)，而是可以实施为单基地的系统，该单基地的系统将相同的发送和接收天线采用于信号4、5的发送和接收。在此情况下，应插入一个附加的发送和接收转换器，该发送和接收转换器将振荡器2的振荡器输出信号引导到单基地的天线上，而将单基地的天线的接收信号转送到混频器7，8上。在附图1中所示出的实施例具有一个正交接收机，因此安排了同相信号I以及正交信号Q用的两个分开的接收信道。借助接收天线6所接收的接收信号5，一方面转送到同相混频器7上，给该同相混频器7附加地输送了振荡器2的输出信号。同相混频器7借助瞬时的发送信号2来解调接收信号5，并且从中生成了同相信号I，将该同相信号I输出到模数转换单元10上。附加地由接收天线6将接收信号5转送到正交混频器8上，给该正交混频器8附加地输送了振荡器2的输出信号，但是该输出信号附加地已由移相器9相位旋转了达90°或π/2。正交混频器8从输送给它的信号中生成同样输送给模数转换单元10的正交输出信号Q。由于接收信号5因为在信号的传输时间τ期间变化了发送频率的时变频率斜坡而相对于发送信号4被变化了以下的频率
f LZ = 2 · Steigung · d c - - - ( G 1.1 )
以及因多普勒效应而被变化以下的值
f D = 2 · f t · v c - - - ( G 1.2 )
所以，对于接收信号得出了瞬时频率为
f r = f LZ + f D = 2 · Steigung · d c + 2 · f t · v c , - - - ( G 1.3 )
式中，‘Steigung’是FMCW调制信号的斜率的每个单位时间的频率变化，d是物体到自己的车辆的距离，ft是发射的频率，v是反射物体相对于自己的车辆的相对速度，以及c是光速。如果人们希望从该方程出发来探测负的频率，人们则必须设置
fr≤0，
该方程据此可以转换成
d - v = f t Steigung = t TC , - - - ( G 1.4 )
因此这准确地相当于直至未来碰撞的时间tTC，只要物体还从瞬时距离d出发继续以相对速度v移动。如果人们如此选择直至未来碰撞的持续时间时间tTC，使得该持续时间相当于用于触发的安全设备所需要的持续时间，例如这可以是tTC＝0.3秒，那么只要设置了商值ft/Steigung，即发送频率除以斜率等于持续时间tTC，则通过探测到负的接收频率fr可以识别碰撞。如果例如人们设置发送频率ft＝77GHz，并且对于用于触发安全设备或用于触发安全功能的必要的持续时间，人们希望需要tTC＝0.3秒，则对此得出了必要的斜率为‘Steigung’＝257GHz/秒。也即如果在所述的实例中变为发送频率ft＝77GHz，以及斜率变为’Steigung’＝257GHz/秒，那么，如果探测到负的接收频率fr，则人们可以识别在未来持续时间tTC＝0.3秒之内的未来碰撞。该数字实例也可以转换到用于触发安全设备所需要的另外的持续时间上，其中，对此应要么将斜率‘Steigung’，要么又将发送频率ft就持续时间tTC进行匹配。如果人们选择持续时间tTC＝0秒，人们则可以借助该装置来识别，碰撞是否在该瞬间开始。将借助模数转换单元10数字化的接收信号I和Q转送到傅立叶变换设备1上，在该傅立叶变换设备1中将数字式的接收数据转换成频谱，并且在此之后输送给相位分析处理设备12。在探测到正的接收频率fr＞0时，同相信号在各自的正交信号方面具有由移相器9所决定的90°的相位关系，借助该移相器9已旋转了正交信道的解调信号。如果探测到碰撞关键的物体，则在理论上接收实际上无法测量的负的频率fr＜0。由于实际上无法直接测量负的频率，因此采用了正交接收机，在该正交接收机中通过在同相信号I以及正交信号Q之间的相位关系可以使用接收信号的负的频谱分量fr。在探测到负的接收频率fr＜0时，在同相信号I以及正交信号Q之间的相位因此变换它的正负号。通过相位分析处理设备12来识别该正负号变换，随即可以由相位分析处理设备12的输出信号来触发安全设备13或安全功能13。
附图2中示出了一种基本上与附图1等同的有利的实施方案，但是附加地具有一个控制设备14。尤其是在采用多个安全设备或多个安全功能时，其中，对于每一个安全设备或安全功能13需要一个在所计算的碰撞之前必须在其中触发安全设备的自己的持续时间tTC，适宜的是如此交替地变化斜率，使得调节相应的持续时间tTC。为此安排了一个输出控制信号到振荡器2上的控制设备14，借助该控制信号振荡器2可以在斜率方面变化。附加地由控制设备14输出一个输出信号到安全设备或安全功能13上，其中，该信号通知安全设备或安全功能13，瞬间在振荡器2中调定了直至碰撞为止的哪个触发持续时间tTC，并且就该触发持续时间在方框12中分析处理了相位。
附图3中示出了频率-时间图，在该频率-时间图中示范性地描述了FMCW调制的发送信号4的频率斜坡。还示出了接收信号5，该接收信号5由于多普勒效应和传输时间而相对于发送信号4被偏移。发送信号4具有一个或多个斜坡，其中，这些斜坡可以各自具有不同的斜率。这些斜坡例如可以是交替上升和下降的斜坡，或可以例如只由不同斜率的相继上升的频率斜坡所组成，在它们之间频率各自重新返回跳到输出频率上。在t＝0至t＝tA的持续时间期间，发射了具有载频ft的微波信号。在时刻t＝tA和时刻t＝tC之间的持续时间中，发送频率从载频ft出发，上升至值ft+fH为止，其中，该值相对于载频ft提高了频移fH。该斜坡的频率斜率可以计算为‘Steigung’＝fH/(tC-tA)，该’Steigung’在方程4中同样已称为变量‘Steigung’。在时刻t＝tC之后，频率恒定地在频率值ft+fH上分布，并且可以在此之后例如借助下降的频率斜坡重新下降到值ft，或安排跳频到值ft，新的频率斜坡随即上升。由于发送信号4在前方物体上的反射而被反射回来的接收信号5，一方面是通过信号传输时间而相对于发送信号4是延时的，其中，在所示出的实例中的时延具有值tB-tA。由该传输时间决定地，发送信号4在时刻t具有比接收信号5更高的频率，因为发送信号由于上升的频率斜坡而已经具有更高的瞬时频率。通过在其上反射发送信号4的前方物体的移动产生了在值fD左右的多普勒频移，因此接收信号5相对于发送信号4在正的频率的方向上频移了值fD。在上升的频率斜坡的持续时间期间，正如例如在t＝tA和t＝tC之间的持续时间期间它存在的那样，由信号传输时间和连续上升的频率斜坡所决定地，由于多普勒频移fD以及频率变化fLZ，从中产生了接收信号5相对于发送信号4的频移Δf。如果人们按照方程4选择载频ft以及斜率fH/(tC-tA)，使得人们可以识别在持续时间tTC之内的碰撞，对此情况则在附图4中在相对速度-距离图中得出了安全设备或安全功能13的触发区。
附图4中示出了一个图表，其中，在横坐标15上标上了自己的车辆到先行车辆的距离d，以及在纵坐标16上标上了相对速度v，按照先行的车辆是否快于或慢于自己的车辆而定，该相对速度v可以采纳不仅正的而且负的值。如果人们在方程4中对于碰撞在其之内可通过负的频率来识别的持续时间tTC例如设置为tTC＝0.3秒，人们则获得相对速度v和距离d的组合，在这些组合时面临在未来持续时间t＝tTC期间的碰撞，只要车辆用瞬时的相对速度v从当今的距离d出发继续前进。示范性地通过直线17示出了相对速度v和距离d的这些组合，该直线17限定了相对速度-距离组合位于其之内的区域18，在这些相对速度-距离组合时，在保持不变的相对速度时，从瞬间距离d出发，面临着在未来持续时间tTC期间的碰撞。如果人们为了触发安全设备13或安全功能而规定了较短的、必须在碰撞之前触发安全设备或安全功能的持续时间，其中例如可以选择该持续时间tTC＝0.2秒或0.1秒，那么在附图4的相对速度-距离图中得出了触发阈19或20，其中，在附图4的相对速度-距离图中将任意的tTC＞0的触发阈示出为半直线17，19，20，这些半直线17，19，20源自坐标原点和分布在具有v＜0和d＞0的象限中。触发阈17在此示范性地代表了直至碰撞的持续时间tTC＝0.3s，触发阈20示范性地代表了持续时间tTC＝0.2s，而半直线19示范性地代表了tTC＝0.1s的触发阈。类似于属于触发阈17的触发区18，得出了属于这些触发阈19，20的触发区，其方式是分别由坐标半轴v＜0和触发阈17，19，20的半直线来限定触发区。因此在合适选择的发送频率ft和合适选择的频率斜率‘Steigung’时，在附图4的相对速度-距离图中在触发区18之内可示出的探测到的前方物体生成了负的频率作为接收频率fr，该负的频率根据它的在同相信号和正交信号之间的相位关系是可以探测到的。根据这样的相位关系的探测可以触发安全设备或安全功能13。

Claims (15)

1.用于发送和用于接收电磁辐射以识别在未来持续时间(tTC)之内面临与前方物体碰撞的装置，其中，所发送的辐射(4)是FMCW调制的，其特征在于，频率斜坡(4)的斜率(fH/(tC-tA))根据发送频率(f(t))和根据未来持续时间(tTC)被确定，并且在探测到负的接收频率时，识别出在未来持续时间(tTC)之内面临的碰撞。
2.按权利要求1的装置，其特征在于，碰撞在其之内可被探测到的未来持续时间(tTC)，是必须在所识别的碰撞时刻之前触发要触发的安全设备(13)和/或要触发的安全功能(13)的持续时间。
3.按权利要求1或2的装置，其特征在于，安排了一个正交接收机(I，Q)用于探测负的频率。
4.按权利要求3的装置，其特征在于，所述的正交接收机具有一个相位比较器(12)，该相位比较器(12)从同相信号(I)与正交信号(Q)的相位关系中确定所接收的频率(fr)是否是正的或负的频率。
5.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，当识别了负的频率时，则触发安全设备(13)和/或安全功能(13)。
6.按权利要求5的装置，其特征在于，所述的安全设备(13)和/或安全功能(13)至少是
-一种自动的车辆减速，
-一种自动的转向干预，
-触发至少一种乘员拉住系统，或
-由它们组成的一种组合。
7.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，对于每一个必须在所识别的碰撞时刻之前触发各自安全设备和/或安全功能的持续时间(tTC)，安排了一个具有相应斜率(fH/(tC-tA))的频率斜坡(4)，用于触发多个安全设备(13)和/或安全功能(13)。
8.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，所发送的(4)和接收(5)的电磁辐射是微波辐射或激光辐射。
9.用于识别在未来持续时间(tTC)之内面临与前方物体的碰撞的方法，其方式是发送(4)和接收(5)电磁辐射，其中，FMCW调制所发送的辐射(4)，其特征在于，所述频率斜坡(4)的斜率(fH/(tC-tA))根据发送频率(f(t))和根据未来持续时间(tTC)被确定，并且当探测到负的接收频率时，识别出在未来持续时间(tTC)之内面临的碰撞。
10.按权利要求9的方法，其特征在于，碰撞在其之内可被探测到的未来持续时间(tTC)，是必须在所识别的碰撞时刻之前触发要触发的安全设备(13)和/或要触发的安全功能(13)的持续时间。
11.按权利要求9或10的方法，其特征在于，将所述的接收信号输送给正交接收机(I，Q)，用于探测负的频率。
12.按权利要求11的方法，其特征在于，从同相信号(I)与正交信号(Q)的相位关系中，借助相位比较器(12)来确定所接收的频率(fr)是否是正的或负的频率。
13.按权利要求9至12之一的方法，其特征在于，在探测到负的频率时触发安全设备(13)和/或安全功能(13)。
14.按权利要求13的方法，其特征在于，作为安全设备(13)和/或作为安全功能(13)触发至少
-一种自动的车辆减速，
-一种自动的转向干预，
-触发至少一种乘员拉住系统，或
-由它们组成的一种组合。
15.按权利要求9至14之一的方法，其特征在于，对于每一个必须在所识别的碰撞时刻之前触发各自安全设备(13)和/或安全功能(13)的持续时间(tTC)，安排了一个在FMCW调制的发送信号之内具有相应斜率(fH/(tC-tA))的频率斜坡，用于触发多个安全设备(13)和/或安全功能(13)。
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