DE10142459A1

DE10142459A1 - Abstandsradar für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben des Abstandsradars

Info

Publication number: DE10142459A1
Application number: DE10142459A
Authority: DE
Inventors: Holger Schanz
Original assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Current assignee: ADC Automotive Distance Control Systems GmbH
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Ein Abstandsradar für Kraftfahrzeuge umfaßt üblicherweise eine Sendeanordnung zum Aussenden eines Abtaststrahls, eine Detektoranordnung zur Detektion eines aus dem Abtaststrahl resultierenden Reflexionsstrahls und zur Erzeugung eines dem detektierten Reflexionsstrahl entsprechenden Detektorsignals sowie eine Signalauswerteeinrichtung zur Auswertung des Detektorsignals. Als nachteilig erweist sich hierbei, daß der Abtaststrahl an nichtrelevanten Objekten, beispielsweise an Niederschlägen, reflektiert werden kann, was zu Störreflexionen führt, die eine Übersteuerung der Signalauswerteeinrichtung bewirken können und somit die Funktionssicherheit des Abstandsradars beeinträchtigen können. Der neue Abstandsradar soll eine hohe Funktionssicherheit aufweisen. DOLLAR A Die Signalauswerteeinrichtung des neuen Abstandsradars weist eine Gewichtungsvorrichtung auf, die das Detektorsignal mit einer von der Signallaufzeit des Abtaststrahls und des Reflexionsstrahls abhängigen Gewichtungsfunktion gewichtet. Der zeitliche Verlauf der Gewichtungsfunktion ist dabei in Abhängigkeit der Witterungsbedingungen derart vorgebbar, daß eine Übersteuerung der Signalauswerteeinrichtung vermieden wird. DOLLAR A Abstandsregelung für Kraftfahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abstandsradar für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben des Abstandsradars.
Ein derartiger Abstandsradar für Kraftfahrzeuge ist beispielsweise aus der DE 41 15 747 C2 bekannt. Der bekannte Abstandsradar umfaßt eine Sendeanordnung zum Aussenden eines Abtaststrahls, mit dem eine Szene in horizontaler und vertikaler Richtung abgetastet wird, eine Detektoranordnung zur Detektion eines aus den Abtaststrahl resultierenden Reflexionsstrahls und zur Erzeugung eines dem detektierten Reflexionsstrahl entsprechenden Detektorsignals sowie eine Signalauswerteeinrichtung zur Auswertung des Detektorsignals. Als nachteilig erweist sich hierbei, daß der Abtaststrahl an nichtrelevanten Objekten, beispielsweise an Regen oder Nebel, reflektiert wird, was zu Störreflexionen führt, die, wenn sie im Nahbereich des Kraftfahrzeugs auftreten, eine Übersteuerung der Signalauswerteeinrichtung und somit eine Funktionsbeeinträchtigung des Abstandsradars bewirken.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Abstandsradar gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, der eine hohe Funktionssicherheit aufweist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Betreiben des Abstandsradars anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße der Abstandsradar für Kraftfahrzeuge umfaßt eine Sendeanordnung zum Aussenden eines eine Szene abtastenden Abtaststrahls, eine Detektoranordnung zur Detektion eines aus dem Abtaststrahl resultierenden Reflexionsstrahls und zur Erzeugung eines dem detektierten Reflexionsstrahl entsprechenden Detektorsignals sowie eine Signalauswerteeinrichtung zur Auswertung des Detektorsignals, wobei die Signalauswerteeinrichtung eine Gewichtungsvorrichtung zur Gewichtung des Detektorsignals mit einer frei vorgebbaren und von der Signallaufzeit des Abtaststrahls und des Reflexionsstrahls abhängigen Gewichtungsfunktion aufweist.
Vorzugsweise ist die Gewichtungsvorrichtung als Verstärker mit steuerbarer Verstärkung ausgeführt. Der Abstandsradar ist vorzugsweise als optischer Abstandsradar ausgeführt, der einen Lichtstrahl, insbesondere einen Laserstrahl, als Abtaststrahl aussendet.
Der zeitliche Verlauf der Gewichtungsfunktion wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit der Witterungsbedingungen, insbesondere niederschlagsabhängig vorgegeben, beispielsweise in Abhängigkeit der Rückstreuung des Abtaststrahls an im Strahlengang des Abtaststrahls ggf. auftretendem Regen, Nebel, Hagel, Schnee oder aufgewirbeltem Wasser. Dabei werden die Niederschläge vorzugsweise durch Auswertung des Detektorsignals erkannt.
Vorzugsweise wird die Gewichtungsfunktion derart vorgegeben, daß sie einer zeitabhängigen Funktion mit steigendem Verlauf entspricht, deren Steigung in Abhängigkeit der Niederschläge, d. h. in Abhängigkeit der Rückstreuung des Abtaststrahls an den Niederschlägen und somit in Abhängigkeit der Niederschlagsart und/oder der Niederschlagsmenge, gesteuert wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben des Abstandsradars werden durch Auswertung des Detektorsignals Objekte aus der abgetasteten Szene erkannt und nach ihrer Relevanz für die Fahrzeugführung klassifiziert. Des weiteren werden Reflexionen des Abtaststrahls an nichtrelevanten Objekten als Störreflexionen identifiziert und der zeitliche Verlauf der Gewichtungsfunktion wird in Abhängigkeit der Störreflexionen vorgegeben.
Vorzugsweise wird die Gewichtungsfunktion derart vorgegeben, daß Signalanteile des Detektorsignals, die aus den Störreflexionen resultieren, gedämpft werden.
Vorzugsweise werden Niederschläge, insbesondere Regen, Nebel, aufgewirbeltes Wasser, Hagel oder Schnee, aber auch die Fahrbahn oder Fahrbahnmarkierungen als nichtrelevante Objekte erkannt, also solche Objekte, die für die Fahrzeugführung keine potentiellen Hindernisse darstellen.
Durch die Vorgabe des zeitlichen Verlaufs der Gewichtungsfunktion erreicht man eine adaptive Anpassung der Empfindlichkeit des Abstandsradars an momentane Umgebungsbedingungen.
Die Erfindung ist für den Einsatz in einem Abstandsregelsystem für Kraftfahrzeuge bestens geeignet.
Sie wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Abstandsradar,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Empfangsteils eines Abstandsradars für Kraftfahrzeuge,
Fig. 3 ein Diagramm mit verschiedenen Gewichtungsfunktionen einer Gewichtungsvorrichtung des Empfangsteils aus Fig. 2.
Gemäß Fig. 1 wird eine Szene vor einem Kraftfahrzeug F mittels eines Abstandsradars abgetastet. Der Abstandsradar umfaßt dabei eine Sendeanordnung, die einen Abtaststrahl Tx, insbesondere einen Infrarot-Laserstrahl, zur abzuastenden Szene aussendet und den Abtaststrahl Tx dabei im wesentlichen horizontal und vertikal über die Szene bewegt. Der Abtaststrahl Tx wird dabei gepulst ausgesendet. Befindet sich ein Objekt im Strahlengang des Abtaststrahls Tx, beispielsweise ein vorausfahrendes Fahrzeug O2, dann wird ein Teil des Abtaststrahls als Reflexionsstrahl zu einem Empfangsteil des Abstandsradars reflektiert und dort detektiert.
Der Empfangsteil des Abstandsradars weist gemäß Fig. 2 eine Detektoranordnung D auf, die aus dem Reflexionsstrahl Rx ein diesem entsprechendes Detektorsignal d erzeugt. Sie weist ferner eine Signalauswerteeinrichtung S auf, die das Detektorsignal d verarbeitet. Die Signalauswerteeinrichtung S umfaßt ihrerseits eine als spannungsgesteuerter Verstärker ausgeführte Gewichtungsvorrichtung V, einen der Gewichtungsvorrichtung V nachgeschalteten Schaltungsteil P zur Signalverarbeitung und einen Digital-Analog-Wandler DAC, über den der Schaltungsteil P mit einem Steuereingang der Gewichtungsvorrichtung V verbunden ist. Die Gewichtungsvorrichtung V gewichtet (multipliziert) das von der Detektoranordnung D abgegebene Detektorsignal d mit einer Gewichtungsfunktion V(t). Der zeitliche Verlauf der Gewichtungsfunktion V(t) wird durch den Digital-Analog-Wandler DAC vorgegeben, wobei die Vorgabe nach Maßgabe von digitalen Daten x erfolgt, die vom Schaltungsteil P an den Analog-Wandler DAC abgegeben werden. Dem Schaltungsteil P wird ein Triggersignal t zugeführt, das den Zeitpunkt des Aussendens des Abtastsignals Tx markiert. Der Schaltungsteil P ermittelt aus dem gewichteten Detektorsignal g = d.V(t) für verschiedene Abstrahlrichtungen des Abtaststrahls Tx die Signallaufzeit des Abtaststrahls Tx und des Reflexionsstrahls Rx. Diese Signallaufzeit ist ein Maß des Abstands zum jeweiligen Reflexionsort des Reflexionsstrahls Tx. Als Ergebnis der Abtastung erhält man somit ein zweidimensionales Abstandsbild, das die abgetastete Szene repräsentiert. Die Punkte des Abstandsbilds entsprechen dabei jeweils dem Abstand zu einem Reflexionsort des Abtaststrahls Tx. Das Abstandsbild wird in dem Schaltungsteil P weiter ausgewertet, um Objekte aus der Szene zu erkennen und nach ihrer Relevanz für die Fahrzeugführung zu klassifizieren. In Abhängigkeit des Ergebnisses der Bildauswertung werden dann die die Gewichtungsfunktion V(t) bestimmenden digitalen Daten x erzeugt.
Fig. 3 zeigt verschiedene Verläufe V0, V1, V2, V3 der Gewichtungsfunktion V(t) in Abhängigkeit der Signallaufzeit t des Abtaststrahls Tx und des Reflexionsstrahls Rx. Der Zeitpunkt t0 markiert dabei den Zeitpunkt des Aussendens des Abtastsignals Tx. Die Gewichtungsfunktion V(t) kann gemäß der Kurve V0 einen konstanten zeitlichen Verlauf oder gemäß den Kurven V1, V2, V3 einen steigenden Verlauf aufweisen. Dies bedeutet, daß das Detektorsignal d bei der Gewichtung mit einer Gewichtungsfunktion V(t), deren Verlauf einer der Kurven V1, V2 oder V3 entspricht, bei kurzen Signallaufzeiten t des Abtaststrahls Tx und des Reflexionsstrahls Rx stärker gedämpft wird als bei längeren Signallaufzeiten t.
Der Grund, weshalb für die Gewichtungsfunktion V(t) verschiedene Verläufe V0, V1, V2, V3 vorgegeben werden, ist folgender: der Reflexionsstrahl Tx wird an sämtlichen Objekten O1, O2 der abgetasteten Szene reflektiert, so auch an Objekten, die für das Fahrzeug F keine Hindernisse darstellen und somit für die Fahrzeugführung nicht relevant sind, beispielsweise an ggf. auftretenden Niederschlägen O1 wie Regen, Nebel, aufgewirbeltes Wasser, Hagel oder Schnee. Niederschläge treten dabei auch im Nahbereich des Fahrzeugs F auf, so daß der Abtaststrahl Tx bereits nach einer kurzen Wegstrecke reflektiert wird, wobei der Reflexionsfaktor durch das Reflexionsmedium, d. h. durch die Niederschlagsart und Niederschlagsmenge bestimmt wird. Da die Leistung eines Lichtstrahls mit dem Faktor 1/r⁴ von der durchlaufenen Wegstrecke r abhängig ist, kommt somit noch ein erheblicher niederschlagsart- und niederschlagsmengenabhängiger Teil der Sendeleistung am Empfangsteil der Radaranordnung an. Dies bedeutet, daß das Detektorsignal d in Abhängigkeit der Witterungsbedingungen so hohe Werte annehmen kann, daß der Schaltungsteil P in Sättigung geraten könnte, wenn das Detektorsignal d ungedämpft an den Schaltungsteil P abgegeben werden würde. Um Sättigungserscheinungen zu vermeiden, wird daher geprüft, ob der Abtaststrahl Tx an Niederschlägen O1 reflektiert wird. Treten derartige Reflexionen auf, wird das Detektorsignal d in Abhängigkeit der Signallaufzeit t des Abtaststrahls Tx und des Reflexionsstrahls Rx und in Abhängigkeit der Niederschlagsart und der Niederschlagsmenge soweit gedämpft, daß eine Übersteuerung des Schaltungsteils P vermieden wird. Diese laufzeitabhängige und von den Witterungsbedingungen abhängige Dämpfung erreicht man durch Gewichtung des Detektorsignals d mit der Gewichtungsfunktion V(t).
Durch die Zeitabhängigkeit der Gewichtungsfunktion V(t) wird die Dämpfung des Abtaststrahls Tx und des Reflexionsstrahls Rx entlang der durchlaufenen Wegstrecke mitberücksichtigt. Somit wird gewährleistet, daß das Detektorsignal d lediglich in dem erforderlichen Maße gedämpft wird. Eine Dämpfung des Detektorsignals d ist beispielsweise dann nicht erforderlich, wenn der Ort an dem der Abtaststrahl Tx reflektiert wird, so weit entfernt liegt, daß der Abtaststrahl Tx und der Reflexionsstrahl Rx aufgrund ihrer Dämpfung auf der durchlaufenen Wegstrecke bereits ausreichend gedämpft werden.
Die Witterungsbedingungen werden durch die Wahl des Verlaufs V0 bzw. V1 bzw. V2 bzw. V3 der Gewichtungsfunktion V(t) berücksichtigt. Beispielsweise wird der zeitliche Verlauf der Gewichtungsfunktion V(t) bei fehlenden Niederschlägen entsprechend der Kurve V0, bei schwachem Nebel entsprechend der Kurve V1 und bei Regen und hoher Niederschlagsmenge entsprechend der Kurve V3 gewählt. Durch die niederschlagsart- und niederschlagsmengenabhängige Variation der Gewichtungsfunktion V(t) läßt sich somit eine zu starke Dämpfung des Detektorsignals d bei geringen oder fehlenden Niederschlägen vermeiden. Man erreicht damit eine adaptive Anpassung der Gewichtungsfunktion V(t) an die momentanen Witterungsbedingungen.
Die Niederschlagsart und die Niederschlagsmenge kann durch Auswertung des Detektorsignals d erkannt werden. Eine derartige Erkennung ist möglich, da die Reflexion des Abtaststrahls Tx an den Niederschlägen O1 zu einer für die Niederschlagsart und Niederschlagsmenge typischen Signalform und zu einem bestimmten statistischen Verhalten des Detektorsignals d führt und da diese Signalform und dieses Verhalten wiedererkennbar sind.
Denkbar ist es aber auch, die Gewichtungsfunktion V(t) wie folgt vorzugeben: zunächst wird die Szene durch Auswertung des Abstandsbilds auf vorhandene Objekte überprüft. Werden Objekte erkannt, dann werden sie nach ihrer Relevanz für die Fahrzeugführung klassifiziert, wobei diejenigen Objekte als nichtrelevant klassifiziert werden, die für die Fahrzeugführung kein potentielles Hindernis darstellen. Danach werden Reflexionen des Abtaststrahls Tx an nichtrelevanten Objekten als Störreflexionen identifiziert und schließlich wird der zeitliche Verlauf der Gewichtungsfunktion V(t) in Abhängigkeit der Störreflexionen derart vorgegeben, daß die aus den Störreflexionen resultierende Signalanteile des Detektorsignals d soweit gedämpft werden, daß der Schaltungsteil P nicht übersteuert wird.
Als nichtrelevante Objekte werden dabei Niederschläge aber auch die Fahrbahn FB sowie auf der Fahrbahn FB vorgesehene Fahrbahnmarkierungen erkannt. Niederschläge lassen sich beispielsweise dadurch erkennen, daß sie Objekte mit unscharfen Grenzen darstellen, in die der Abtaststrahl Tx eindringen kann, wobei die Eindringtiefe von der Niederschlagsart und Niederschlagsmenge abhängig ist. Die Erkennung der Fahrbahn FB oder der Fahrbahnmarkierungen ist aufgrund der zweidimensionalen Abtastung der Szene aus einer von oben auf die Fahrbahn blickenden Richtung ebenfalls auf einfache Weise möglich. Hierzu ist bei der Auswertung des Abstandsbilds lediglich zu prüfen, ob im unteren Bildteil ein Objekt erkannt wird, dessen Oberfläche in einer bestimmten, bezüglich dem Fahrzeug F im wesentlichen horizontalen Ebene liegt.
Durch die Variation des Verlaufs der Gewichtungsfunktion läßt sich die Empfindlichkeit des Abstandsradars gegenüber nichtrelevanten Objekten reduzieren und gegenüber relevanten Objekten erhöhen. Damit erreicht man eine adaptive Anpassung der Empfindlichkeit des Abstandsradars an die momentanen Umgebungsbedingungen.

Claims

1. Abstandsradar für Kraftfahrzeuge (F) mit einer Sendeanordnung zum Aussenden eines eine Szene abtastenden Abtaststrahls (Tx), mit einer Detektoranordnung (D) zur Detektion eines aus dem Abtaststrahl (Tx) resultierenden Reflexionsstrahls (Rx) und zur Erzeugung eines dem detektierten Reflexionsstrahl (Rx) entsprechenden Detektorsignals (d) und mit einer Signalauswerteeinrichtung (S) zur Auswertung des Detektorsignals (d), dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswerteeinrichtung (S) eine Gewichtungsvorrichtung (V) zur Gewichtung des Detektorsignals (d) mit einer vorgebbaren und von der Signallaufzeit (t) des Abtaststrahls (Tx) und des Reflexionsstrahls (Rx) abhängigen Gewichtungsfunktion (V(t)) aufweist.

2. Abstandsradar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsvorrichtung (V) als Verstärker mit steuerbarer Verstärkung (V(t)) ausgeführt ist.

3. Abstandsradar nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als optischer Abstandsradar ausgeführt ist.

4. Verfahren zum Betreiben eines Abstandsradars nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf (V0, V1, V2, V3) der Gewichtungsfunktion (V(t)) in Abhängigkeit von Witterungsbedingungen vorgegeben wird.

5. Verfahren Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf (V0, V1, V2, V3) der Gewichtungsfunktion (V(t)) in Abhängigkeit einer Rückstreuung des Abtaststrahls (Tx) an Niederschlägen (O1), insbesondere an Regen oder Nebel, vorgegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungsfunktion (V(t)) derart vorgegeben wird, daß sie einer zeitabhängigen Funktion mit steigendem Verlauf entspricht, deren Steigung in Abhängigkeit der Rückstreuung des Abtaststrahls (Tx) an den Niederschlägen (O1) vorgegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstreuung des Abtaststrahls (Tx) an den Niederschlägen (O1) durch Auswertung des Detektorsignals (d) erkannt werden.

8. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auswertung des Detektorsignals (d) Objekte (O1, O2) aus der abgetasteten Szene erkannt und nach ihrer Relevanz für die Fahrzeugführung klassifiziert werden, daß Reflexionen des Abtaststrahls (Tx) an nichtrelevanten Objekten (O1) als Störreflexionen identifiziert werden und daß der zeitliche Verlauf (V0, V1, V2, V3) der Gewichtungsfunktion (V(t)) in Abhängigkeit der Störreflexionen vorgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Verlauf der Gewichtungsfunktion (V(t)) derart vorgegeben wird, daß aus den Störreflexionen resultierende Signalanteile des Detektorsignals (d) gedämpft werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Niederschläge (O1) als nichtrelevante Objekte erkannt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fahrbahn (FB) als nichtrelevantes Objekt erkannt wird.