CN103576143B - 机动车的雷达传感器、机动车和通信方法 - Google Patents

机动车的雷达传感器、机动车和通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车（21）的雷达传感器（1），该雷达传感器至少具有一用于发送和接受雷达信号的天线装置（2）和一被设计用于控制所述天线装置（2）的运行和用于分析处理所接收到的雷达信号的控制装置（3），其中，天线装置（2）可以由控制装置（3）驱使以用于在车-车通信的框架内发送和/或接收消息。

Description

机动车的雷达传感器、机动车和通信方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的雷达传感器，其至少具有一用于发送和接收雷达信号的天线装置和一被设计用于控制天线装置运行和分析处理/评估所接收到的天线信号的控制装置。本发明此外还涉及一种机动车和一种通信方法。
背景技术
雷达传感器在现有技术中已广泛公知并也应用于机动车中。其中雷达信号被发出，且被反射的雷达信号由天线装置的通常专用的天线再次接收，从而信号能通过评估逻辑来分析处理（该评估逻辑能以控制装置的形式设置在雷达传感器本身中），以便例如通过对频率差和相位差的观测来探测在雷达传感器的探测范围内的其他物体及其速度。还可以设想其他评估类型，尤其是对行驶危险、例如撞车危险的评估，从而还能够直接从雷达传感器出发对机动车安全系统进行控制。
安全系统尤其是防撞系统已在现有技术中被提出。具有安全系统的车辆通常都处在观测中心，而同样参与其中的其他交通参与者在危险的交通状况中却较少被牵涉到行驶现象中。但正是在非常危险的状况下，如果所有参与其中的交通参与者都得到关于危险的通知或警告，就能急剧降低撞车可能性。在此情况下提出，为了能交换例如危险信息或其他数据而使用车-车通信（car2car-通信或c2c通信）。
安全系统尤其是防撞系统经常利用雷达传感器来监测周边环境并由此推导例如撞车可能性以及诸如此类。如果例如第一机动车的雷达传感器探测到第二机动车处于危险交通状况中，那么第二机动车首先会被该传感器追踪一段时间。一旦第二机动车变得危险，例如超出了撞车可能性阈值，那么可以设想通过车-车通信通知第二机动车。为此由雷达传感器向第一机动车的总线系统给出相应消息，该总线系统一方面能够在第一机动车中引起警告和/或触发行驶干预，另一方面还实现了一种用于车-车通信的通信装置。信息在此处转换为向第二机动车发送的消息。第二机动车在其侧通过通信装置接收危险信息，对该危险信息合适处理并将其传递给自己的总线系统，该总线系统能够相应地触发警告和/或行驶干预。
在危险状况下直至撞车为止的时间段通常是非常小的，而在上述过程中，直至第二机动车的执行器或驾驶员可以作出反应为止的时间非常长，因此事故几乎是不能避免的。通过探测、处理和传递，会失去原本对避免撞车而言是决定性的宝贵的时间。这种已知的解决方案的另一缺点是成本密集的硬件耗费。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种能够更快地向另一机动车提供数据、尤其是危险信息的可能方案，在此还降低了硬件耗费和成本耗费。
为实现该目的，根据本发明在开头所述类型的雷达传感器中提出，天线装置能由控制装置驱使以用于在车-车通信的框架内发送和/或接收消息。
根据本发明还提出，在使用同一天线装置的情况下，将雷达传感和车-车通信结合在一个装置中，使得根据本发明的雷达传感器也能附加起到通信装置的作用。以这种方式可以明显降低由于在机动车总线系统内的传递和在外部通信装置中的处理而产生的等待时间，在此还附加产生了成本优势或硬件耗费上的优势，因为可以在同一装置中实现。由于雷达传感器本身已经具有控制装置，所以仅须为该控制装置补足相应的功能，其中在此还可以添加用于车-车通信的信号处理装置。
利用本发明的技术方案提供了很大优点，使得受到危险的其他交通参与者能够实际上实时得到有关被确定的危险交通信息的通知或警告。由此可以尤其在防撞系统方面例如通过制动或避让明显降低撞车可能性。在此在这点上要明确指出的是，即使在接收消息的其他机动车的雷达传感器不是按照本发明来设计，而是所述接收通过该其他机动车的专用的车-车通信装置来进行时，本发明也已带来优势。因为在每种情况下都在发送方的第一机动车中避免了雷达传感器以外的传递和处理路径。
控制装置可以尤其具有数字信号处理器（DSP），在数字信号处理器上除了能实现对从雷达信号获取的数据进行处理的评估算法外，还能实现生成待发出的消息的相应算法。
如所述那样，尤其宜将控制装置设计成用于将评估数据至少作为消息的一部分发出。也就是说，从雷达信号获取的评估数据能够直接地、也就是无其他车辆系统/控制装置参与地也通过车-车通信向其他机动车传递。这样例如可以通过考虑到作为消息的一部分发送的评估数据而向自身的车辆系统尚未识别出危险的机动车提早并尤其是有针对性地发出关于撞车风险或诸如此类的通知。在本发明特别优选的实施方案中，控制装置被设计成用于将评估数据和/或其他数据、尤其是至少一个涉及机动车自身尺寸信息的数据尤其有针对性地发送给尤其是通过雷达传感器探测到的、评估数据所涉及的另一机动车。
根据本发明可以看出，甚至在雷达传感器的天线装置被设计用于定向发送时也是有利的，这是因为可以通过车-车通信有针对性地与处在雷达传感器的探测范围中的其他交通参与者进行通信。换句话说，这意味着，通过根据本发明的雷达传感器能定向地发送或接收车对车信息的消息。要指出的是，在定向发送消息时，即使没有安装根据本发明的雷达传感器的机动车也能通过常见的车-车通信装置（其例如能具有顶部天线）来接收消息。
本发明在此提到的另一优点在于，尤其是在两辆机动车都安装有根据本发明的雷达传感器并进行通信时，除了评估数据外还可以有意义地发送其他数据，尤其是那种使在接收方的机动车中的探测或数据评估得到改善的数据。例如雷达探测具有不能测量物体大小的缺点。现在通过车-车通信可以直接在雷达传感器上接收外部车辆数据，尤其是长度、宽度、高度和诸如此类，进而提高雷达技术的可靠性，并改善对别的物体的评估过程。
在此要说明的是，为了发送消息显然要使用车-车通信标准，该标准确保其他机动车也能接收消息。
如所述那样，在根据本发明的、其中还内置有车-车通信装置的雷达传感器中，两种功能即雷达和通信共用同一天线装置。本申请发明人已看到，只要天线装置的天线不必须覆盖太宽的频率范围，这一点是可以实现的。而因为现今雷达技术以及车-车标准通信频带公知处于约6GHz附近，因此可以实现雷达传感和特别是基于WLAN的车-车通信。
因此根据本发明优选提出，天线装置被设计成在一频率范围内进行发送和接收，该频率范围包括雷达频带和相邻的和/或部分重叠的通信频带。在此宜使重叠保持得很小，因此例如可以规定，雷达频带和通信频带之间的重叠小于雷达频带宽度的20%和/或小于通信频带宽度的40%。5700MHz至6000MHz之间的频率范围证明是合适的频率范围，因为在那里已存在车-车通信的通信标准。
因此在一具体的实施方案中例如可以规定，雷达所使用的雷达频带分布在5725MHz至5875MHz之间。用于车-车通信的频带可以位于5850MHz至5920MHz之间。所述相邻的频带使得可以有利地实现根据本发明的雷达传感器，因为在此处所示的实施例中天线装置的具有195MHz带宽的天线就已足够。在此天线装置宜设计为微带贴片天线-阵列，英语常被称为“microstrippatcharrayantenna”。
在另一有利的实施方案中可以提出，天线装置具有至少一个发送天线和至少一个接收天线，其中，发送天线可以被驱控用于周期性交替地发送雷达信号和发送消息，和/或在被设计用于接收雷达信号和消息的接收天线下游连接有至少一个用于分离雷达信号和消息的滤波单元。如在已知的雷达系统中那样，根据本发明的雷达传感器也可以具有多个发送天线（发射器-天线）和多个接收天线（接收器-天线），例如两个发送天线和四个接收天线。所述发送天线发送出雷达信号，而所述接收天线接收反射的雷达信号（雷达回波）。如原则上已知的那样，通过控制装置尤其是数字信号处理器，可以通过多普勒频移或相移确定出相对于另一物体的距离、角度和相对速度。在本发明的范围内尤其有利的是，发送天线周期性地相继发送雷达信号和消息。因为雷达系统的周期时间例如可以是50ms，车-车通信的周期时间可以约为150ms，所以可以实现雷达运行和通信运行之间的、通过控制装置进行的适当的同步。
至少一个接收天线一直是活跃的并不断地接收雷达信号和/或消息。通过相应的滤波单元可以尤其在通信频带与雷达频带没有重叠或仅很小重叠时实施分离，从而可以对消息和雷达信号进行分别处理。合适的滤波单元例如可以实现为带通滤波器。
在本发明的特别有利的实施方案中还可以提出，控制装置设计成在分析处理雷达数据时考虑由雷达传感器或外部通信装置在消息范围内接收到的评估数据和/或其他数据。也就是说，尤其在雷达传感器自身中接收到的消息也能含有在分析处理雷达信号时有用的数据，这些数据然后可以相应被考虑。以这种方式可以使雷达传感器的动态/动力学（特性）得到极大提高，因为通过评估数据和/或其他数据例如可以大大加速追踪算法和/或通过合并可以大大降低错误探测率/误检率，从而大大提高与安全相关的系统的可靠性。
在一具体的应用情况中例如可以提出，根据所接收的评估数据和/或其他数据而减少对于第一次探测所必须的雷达周期的数目。通常雷达系统在首次探测时直到物体被视为探测到为止需要多个雷达周期。这种探测滞后在危险的交通状况下是不利的。但如果在车-车通信的框架内一同参考了尤其直接由另一机动车的另一雷达传感器所提供的数据，那么在第一个雷达测量周期中连同通过车-车通信接收到的信息一起便已能实现明显提前的物体可信度核查，尤其是在第一个雷达测量周期中便已能实现，从而例如在首次探测时便已能触发警告。当如上所述那样，外部车辆数据如另一机动车的长度、宽度、高度等作为消息的一部分也被一同发出并作为其他数据被考虑时，可以得到对雷达数据的通过控制装置进行的分析处理的进一步改进。
除了雷达传感器，本发明还涉及一种机动车，该机动车具有至少一个本发明所述类型的雷达传感器。关于雷达传感器的所有实施方案可以类似地转用于根据本发明的机动车上，藉此因而也能获得所述的优点。在此要说明的是，原则上当然也可以设想，机动车除了至少一个雷达传感器外附加地还具有一专用的车-车通信装置。
但在本发明的一特别有利的实施形式中提出，设有多个覆盖机动车的整个周边环境的雷达传感器。也就是说，机动车具有足够多的雷达传感器，以便能实现统一的360°雷达视角，从而虽然通过雷达传感器或其天线装置定向地发送消息，但仍能在所有方向上实现车-车通信。在此还要再次强调，正是在存在360°雷达视角的这种情况下，还由雷达传感器定向地发送和接收消息是有利的，从而例如在要避免碰撞时，在其探测范围内存在可能的碰撞物体或其他有关交通参与者的雷达传感器有针对性地发出相应消息。
大部分是由至少一个雷达传感器的控制装置实现的、多次提到的相应的防碰撞功能在此可以是机动车的防撞系统和/或其他安全系统的一部分。
最后本发明涉及一种用于在机动车与至少一个其他交通参与者之间通信的方法，该方法特点在于，至少一个消息是通过机动车的雷达传感器的天线装置发送和/或接收的。在此可以优选使用根据本发明的雷达传感器，从而可以尤其将所有有关的实施方案都转用于根据本发明的方法上。在根据本发明的方法中也使用已经被用于发送和接收雷达信号的天线装置，以便发送和/或接收——优选既发送也接收——车-车通信的消息。
附图说明
本发明的其他优点、细节由下面描述的实施例以及借助附图得出。其中示出：
图1示出根据本发明的雷达传感器的原理图，
图2示出频带的可能的相对位置，
图3示出用于运行天线装置的发送天线的示意图，和
图4示出根据本发明的机动车。
具体实施方式
图1示出根据本发明的雷达传感器1的原理图，该雷达传感器也可以作为通信装置用于车-车通信，因为所使用的天线装置2由控制装置3驱控既可以用于发送和接收雷达信号，也可以用于在车-车通信的框架内发送和接收消息。
在此还要说明的是，为清楚起见在此并未示出雷达传感器1的对本发明而言不重要的部件，例如直接接在天线装置2的天线前面的滤波级和在接收侧上的LNA。
雷达传感器具有作为天线装置的一部分的多个天线4、5，其中包括至少一个发送天线4和至少一个接收天线5。即使图1为清楚起见仅分别示出了一个天线4和一个天线5，但显然每种类型的天线4、5可以设置有多个，例如两个发送天线4和四个接收天线5。通过天线4可以发出雷达信号，该雷达信号可以通过一直准备接收的接收天线5又被接收。为对雷达信号进行适当预处理，设有电子单元6，该电子单元在控制装置3内由数字信号处理器7相应驱控和读取（箭头8）。数字信号处理器7此外设计用于，分析处理所接收到的雷达信号或雷达数据，在本发明中除了确定由雷达回波探测到的物体的速度、距离和角度外，还在防撞系统的功能的意义上进行分析处理。在此，在本发明中在雷达传感器1中便已例如通过确定撞车可能性来检查是否存在危险的交通状况，尤其是撞车风险。
根据一定的标准例如撞车可能性阈值，可以对装有雷达传感器1的机动车的执行器进行驱控，为此雷达传感器1还具有与机动车的总线系统的接口9。雷达传感器的这种功能在现在技术中早已广泛已知。但在本发明中，雷达传感器1这样设计，使得通过天线装置2还能发送和接收车-车通信的消息。
为此，天线装置2实施为微带贴片天线-阵列，其天线4、5具有195MHz的带宽并能够在5725MHz至5920MHz的范围内进行发送和接收。频带在该带宽内不仅用于雷达运行还用于车-车通信运行，这在图2的原理图中详细示出。在此，在轴10上示出频率，其中与所述带宽相符合的频率范围11被明显突显。在频率范围11内存在有雷达频带12，其例如可位于5725MHz与5875MHz之间，还存在通信频带13，其可位于5850MHz与5920MHz之间，这符合已知的车-车通信标准。所述频带12、13如所示那样仅略微重叠。
因此对于接收的情况即接收天线5而言，可以设想使用滤波单元14、15来使车-车通信消息与雷达信号（雷达回波）彼此分离。在将雷达信号输入电子单元6以进行进一步处理的同时，还设有电子装置16用于消息处理，由滤波单元14相应分离的消息被输入到电子装置16中。
所述至少一个发送天线4配设有转换单元17，从而能实现周期性交替地发送雷达信号和消息，例如各以50ms的时间段进行发送。这在图3中示意示出，在图3中可见，用于发送雷达信号的时间段18与用于发送车-车通信消息的时间段19分别交替。
如箭头20所示，数字信号处理器7也设计用于控制车-车通信消息的发送工作和接收工作。
雷达传感器1的双重功能在本实施例中合宜地得到使用，其方式是：雷达信号的评估结果即评估数据能够直接地、也就是在没有经过车辆总线进一步输送或没有在其他车辆系统中进一步处理的情况下，作为车-车通信消息的一部分被发送。接收方的车辆因此可以有针对性地利用评估数据，如果评估数据也直接由根据本发明的雷达传感器接收，则这尤其合适。在发送工作方面，控制装置3也设计用于添加其他数据，在此尤其是添加涉及自身机动车的尺寸信息的数据，如装有雷达传感器1的机动车的高度、宽度和长度。
但是反过来，控制装置3尤其是数字信号处理器7也设计用于在分析处理雷达信号时考虑通过消息接收到的评估数据和其他数据。这样，例如所接收到的、表明物体存在的评估数据能够被用于对所探测到的物体更快地进行可信度核查，并且例如作为其他数据传递的尺寸信息能够用于准确判断当下的行驶状况，因为这种信息是不能通过雷达传感器1的雷达功能获得的。
图4最终示出根据本发明的机动车21的原理图，在此可以看出该机动车包括多个雷达传感器1，它们这样覆盖机动车周边环境的不同范围，使得机动车21的整个周边环境都被覆盖，因而形成360°的雷达视角。在这种实施方案中一方面可以完全放弃专用的、未内置到雷达传感器1中的车-车通信装置，但另一方面还可以这样有针对性地向其他交通参与者发出消息，使得通过合适的雷达传感器1朝向被通信的交通参与者进行定向的消息输送。如果雷达感应器1的控制装置3决定自身向被探测到的物体发送消息，那么该定向发送最终必然会发生；但是还可以是，期望通过雷达传感器1的车-车通信发出消息的其他车辆系统有针对性地委托雷达传感器1中的至少一个来进行定向发送。

Claims (10)

1.一种用于机动车(21)的雷达传感器(1)，该雷达传感器至少具有一用于发送和接收雷达信号的天线装置(2)和一被设计用于控制所述天线装置(2)的运行和用于分析处理所接收到的雷达信号的控制装置(3)，其中，天线装置(2)能由控制装置(3)驱使以用于在车-车通信的框架内发送和/或接收消息，其特征在于，天线装置(2)具有至少一个发送天线(4)和至少一个接收天线(5)，其中，发送天线(4)能被驱控用以周期性交替地发送雷达信号和发送消息，天线装置(2)被设计用于在一频率范围(11)中进行发送和/或接收，该频率范围包括雷达频带(12)和相邻的和/或部分重叠的通信频带(13)，所述频率范围(11)位于5700MHz至6000MHz之间，和/或雷达频带(12)与通信频带(13)之间的重叠小于雷达频带(12)宽度的20％和/或小于通信频带(13)宽度的40％。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器，其特征在于，控制装置(3)被设计用于将评估数据至少作为消息的一部分来发送。
3.根据权利要求2所述的雷达传感器，其特征在于，控制装置(3)被设计用于有针对性地将评估数据和/或其他数据发送给通过雷达传感器(1)探测到的、评估数据所涉及的其他机动车。
4.根据权利要求3所述的雷达传感器，其特征在于，所述其他数据是至少一个涉及自身机动车(21)的尺寸信息的数据。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的雷达传感器，其特征在于，天线装置(2)被设计成微带贴片天线-阵列。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的雷达传感器，其特征在于，在被设计用于接收雷达信号和消息的接收天线(5)的下游连接有至少一个用于分离雷达信号和消息的滤波单元(14、15)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的雷达传感器，其特征在于，控制装置(3)被设计用于在分析处理雷达信号时考虑经由雷达传感器(1)或外部通信装置在消息范围内接收到的评估数据和/或其他数据。
8.一种机动车(21)，该机动车具有至少一个根据权利要求1-7中任一项所述的雷达传感器(1)。
9.根据权利要求8所述的机动车，其特征在于，设有多个覆盖机动车(21)的整个周边环境的雷达传感器(1)。
10.一种用于在机动车与至少一个其他交通参与者之间通信的方法，其中，经由机动车的雷达传感器的至少一个天线装置发送和/或接收至少一个消息，其特征在于，天线装置(2)具有至少一个发送天线(4)和至少一个接收天线(5)，其中，发送天线(4)被驱控用于周期性交替地发送雷达信号和发送消息，天线装置(2)在一频率范围(11)中进行发送和/或接收，该频率范围包括雷达频带(12)和相邻的和/或部分重叠的通信频带(13)，所述频率范围(11)位于5700MHz至6000MHz之间，和/或雷达频带（12）与通信频带(13)之间的重叠小于雷达频带(12)宽度的20％和/或小于通信频带(13)宽度的40％。
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