DE102004035502B4

DE102004035502B4 - Radarvorrichtung für Fahrzeuge und Verfahren zur Einstellung eines Befestigungswinkels beim Anbringen der Radarvorrichtung an einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004035502B4
Application number: DE102004035502.9A
Authority: DE
Inventors: Akihisa Fujita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: JP4232570B2; DE102004035502A1; JP2005049310A; US7079073B2; US20050024261A1

Abstract

Eine Radarvorrichtung (2) für ein Fahrzeug, mit: einer Empfangsantenne mit einer Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN), die entlang der Breitenrichtung des Fahrzeuges angeordnet sind, so dass eine Strahlachse wenigstens eines aus der Mehrzahl von Empfangsstrahlen in Vertikalrichtung gegenüber den Strahlachsen der anderen Empfangselemente in Vertikalrichtung versetzt ist; einer Übertragungsantenne (AS) mit einem Übertragungsstrahlbereich, der Bereiche der Empfangsstrahlen der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) abdeckt; und einem Amplitudendifferenzberechner (10), der veranlasst, dass die Übertragungsantenne (AS) ein Übertragungssignal an ein Ziel (114) überträgt, das an einer bestimmten Position angeordnet ist, wenn der Befestigungswinkel zur Befestigung der Radarvorrichtung an dem Fahrzeug eingestellt wird; und dass die Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) eine Reflektionswelle des Transmissionssignals von dem Ziel empfangen, um Empfangssignale zu erzeugen und der dann die Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude des Empfangssignals des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse und der Amplitude der Empfangssignale der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen berechnet, wobei das Übertragungssignal einer Frequenzmodulation derart unterworfen wird, dass sich die Frequenz kontinuierlich ändert, wobei der Amplitudendifferenzberechner (10) mit einem Überlagerungssignalgenerator (6) zur Erzeugung von Überlagerungssignalen ausgestattet ist, von denen jedes der Frequenzdifferenz zwischen dem Übertragungssignal und jedem der Mehrzahl von Empfangssignalen entspricht, welche in der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) auftreten und mit einem Frequenzspektrumsberechner (10) ausgestattet ist zur Berechnung eines ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung für Fahrzeuge oder Fahrzeug-Radarvorrichtung zur Erkennung von Zielobjekten, welche um ein Fahrzeug herum vorhanden sind durch Übertragung/Empfang von Radarwellen und insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik zur Einstellung eines Anbring- oder Befestigungswinkels, mit welchem die Fahrzeug-Radarvorrichtung an dem betreffenden Fahrzeug angebracht wird.
Als Beispiel beschreibt die JP 2001-51050 A eine Fahrzeug-Radarvorrichtung mit einer Übertragungsantenne zur Übertragung einer Radarwelle, beispielsweise einer extrem hochfrequenten Welle (Millimeterwelle) und einer Empfangsantenne mit einer Mehrzahl von Antennenelementen, welche in Breitenrichtung eines Fahrzeugs angeordnet sind. Bei dieser Fahrzeug-Radarvorrichtung ist die Richtung eines vorderhalb liegenden Fahrzeuges (d. h. eines Fahrzeugs, das vor einem Fahrzeug fährt, welches die Fahrzeug-Radarvorrichtung besitzt) oder dergleichen als ein Reflektionsobjekt auf der Grundlage einer Phasendifferenz aus Empfangssignalen erkennbar, welche von der Mehrzahl von Anfangsantennenelementen erkannt werden und auch Abstand und Relativgeschwindigkeit zwischen dem Reflektionsobjekt und dem Fahrzeug mit der Fahrzeug-Radarvorrichtung (nachfolgend als ”betreffendes Fahrzeug” bezeichnet) werden erkannt, indem die so empfangenen Empfangssignale einer Verarbeitung, beispielsweise einer Frequenzanalyse etc. unterworfen werden. Die Radarvorrichtung, welche Richtung und Abstand zu dem Reflektionsobjekt erkennen kann, sowie die Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt (dem vorderhalb liegenden Fahrzeug oder dergleichen), wie oben beschrieben, wird z. B. bei einer Vorrichtung angewendet, welche einen Alarm ausgibt, wenn der Abstand zwischen dem betreffenden Fahrzeug und jedem vorderhalb liegenden Fahrzeug zu gering wird, oder bei einer Vorrichtung zur Steuerung der Fahrzeuggeschwindigkeit des betreffenden Fahrzeuges, um einen bestimmten Abstand zu dem vorderhalb liegenden Fahrzeug einzuhalten oder dergleichen.
Um die Erkennungsempfindlichkeit der genannten Radarvorrichtung bei einem Reflektionsobjekt oder Zielobjekt, beispielsweise einem vorderhalb liegenden oder vorderhalb fahrenden Fahrzeug oder dergleichen zu verbessern, ist es notwendig, daß die Strahlachse des Empfangsstrahls der Empfangsantenne sowohl in vertikaler Richtung (Fahrzeughöhenrichtung) als auch horizontaler Richtung (Fahrzeugbreitenrichtung) korrekt auf den Bereich ausgerichtet wird, wo das Reflektionsobjekt, also beispielsweise ein vorderhalb liegendes Fahrzeug oder dergleichen erkannt werden kann. Die Richtung (Ausrichtung) der Strahlachse in horizontaler Richtung (Fahrzeugbreitenrichtung) der Empfangsantenne kann leicht auf der Grundlage der Emfangssignale der Mehrzahl von Antennenelementen identifiziert werden, welche in Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet sind; die Richtung (Ausrichtung) der Strahlachse in Vertikalrichtung (Fahrzeughöhenrichtung) der Empfangsantenne kann jedoch nicht auf der Grundlage von Empfangssignalen identifiziert werden.
Von daher wird üblicherweise bei einer Übertragungs-/Empfangseinheit, welche eine Übertragungsantenne und eine Empfangsantenne beinhaltet, ein Radarzeiger und ein Nivellierer verwendet, um den Befestigungswinkel der Übertragungs-/Empfangseinheit an dem Fahrzeug insbesondere in Vertikalrichtung unter Verwendung des Radarzeigers und des Nivellierers einzustellen. Es war jedoch bislang viel Arbeit bei dem Einstellvorgang des Befestigungswinkels notwendig, da es notwendig war, eine hohe Präzision einzuhalten, so daß die Strahlachsen mit den Zeigerachsen etc. übereinstimmend wurden und auch war es bislang schwierig, die Präzision beizubehalten.
Aus der US 6061001 A , welche als ein Stand der Technik zu betrachten ist, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist eine Radarvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt, bei der eine Fehleinstellung oder Fehlausrichtung auf der Grundlage einer Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude eines Empfangssignals, welches von einem Sendeantennenelement mit einer vertikal versetzten Sendesignalachse stammt und eines Empfangssignals, welches von einem Sendeantennenelement mit einer nicht versetzten Sendesignalachse stammt, berechnet wird.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der voranstehenden Situation gemacht und es ist ihre Aufgabe, eine Fahrzeug-Radarvorrichtung zu schaffen, bei der leicht und korrekt ein Befestigungswinkel einstellbar ist, mit welchem eine Empfangsantenne, die eine Mehrzahl von Empfangsantennenelemente hat, die in Breitenrichtung eines Fahrzeuges angeordnet sind, an dem Fahrzeug angebracht wird, sowie ein Verfahren zu schaffen zur Einstellung des Befestigungswinkels bei der Anbringung der Radarvorrichtung an dem Fahrzeug.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Radarvorrichtung, wie sie durch die Merkmale des Anspruchs 1 angegeben ist bzw. durch ein Verfahren zur Einstellung eines Befestigungswinkels, mit dem die Radarvorrichtung an dem Fahrzeug angebracht wird, und wie es durch die Merkmale des Anspruchs 9 angegeben ist.
Eine Radarvorrichtung für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist demnach auf: eine Empfangsantenne mit einer Mehrzahl von Empfangsantennenelementen, welche entlang der Breitenrichtung des Fahrzeuges angeordnet sind, so daß die Strahlachse wenigstens eines aus einer Mehrzahl von Empfangsstrahlen in Vertikalrichtung gegenüber den Strahlachsen der anderen Empfangsstrahlen in Vertikalrichtung versetzt ist; eine Übertragungsantenne mit einem Übertragungsstrahlbereich, der Bereiche der Empfangsstrahlen der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen abdeckt; und einen Amplitudendifferenzberechner zur Veranlassung, daß die Übertragungsantenne ein Übertragungssignal an ein Ziel überträgt, welches an einer bestimmten Position angeordnet ist, wenn der Befestigungswinkel zum Befestigen der Radarvorrichtung an dem Fahrzeug eingestellt wird, so daß die Mehrzahl von Empfangsantennenelementen eine Reflektionswelle des Übertragungssignales von dem Ziel empfangen, um Empfangssignale zu erzeugen, wonach dann die Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude des Empfangssignals des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse und der Amplitude des Empfangssignales der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen berechnet wird. Weiterhin wird das Übertragungssignal einer Frequenzmodulation unterworfen, so daß sich die Frequenz kontinuierlich ändert, wobei der Amplitudendifferenzberechner mit einem Überlagerungssignalgenerator zur Erzeugung von Überlagerungssignalen ausgestattet ist, von denen jedes einer Frequenzdifferenz zwischen dem Übertragungssignal und jedem aus der Mehrzahl von Empfangssignalen entspricht, welche in der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen auftreten. Ein Frequenzspektrumberechner dient zur Berechnung eines Frequenzspektrums, das die Größe einer jeden Frequenzkomponente in jedem der Überlagerungssignale von dem Überlagerungssignalgenerator wiedergibt, wobei die Amplitudendifferenz berechnet wird, während die Spitze des Frequenzspektrums, berechnet von dem Frequenzspektrumberechner, als Amplitude eines jeden Empfangssignals gesetzt wird.
Bei der Fahrzeugradarvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt wird die Empfangsstrahlachse in vertikaler Richtung wenigstens eines Empfangsantennenelementes von den Empfangsstrahlachsen der anderen Antennenelemente versetzt (verschoben). Wenn daher die Empfangsstrahlachsen der Empfangsstrahlen der anderen Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Strahlachsen korrekt in eine gewünschte Richtung in Vertikalrichtung bezüglich des Ziels ausgerichtet sind, ist die Amplitude (Intensität) der Empfangssignale der anderen Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen größer als die Amplitude (Intensität) des Empfangssignales des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse, so daß eine Amplitudendifferenz dazwischen auftritt. Die Größe der Amplitudendifferenz ändert sich abhängig von den Ausrichtungen der Empfangsstrahlachsen der Empfangsantennenelemente in vertikaler Richtung. Infolgedessen wird die Amplitudendifferenz, wenn die Empfangsstrahlachsen der Empfangsstrahlen der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen korrekt auf die gewünschte Richtung des Ziels ausgerichtet sind, vorab gemessen, die so gemessene Amplitudendifferenz wird als Zielamplitudendifferenz festgesetzt und der Befestigungswinkel der Empfangsantenne mit den Empfangsantennenelementen wird so eingestellt, daß die Amplitudendifferenz, welche von dem Amplitudendifferenzberechner berechnet worden ist, mit der Zielamplitudendifferenz bei der Befestigungswinkeleinstellarbeit an der Empfangsantenne übereinstimmend wird, so daß die Einstellung leicht und genau durchgeführt werden kann. Die Spitze des Frequenzspektrums, welche durch das obige Verfahren berechnet worden ist, gibt die Intensität der Reflektionswelle von dem Ziel mit hoher Präzision wieder. Daher kann die Amplitudendifferenz durch Berechnung der Amplitudendifferenz mit der Spitze des Frequenzspektrums als Amplitude des Empfangssignals genau berechnet werden. Infolgedessen kann der Befestigungswinkel der Empfangsantenne auf der Grundlage der Amplitudendifferenz genau eingestellt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Fahrzeugradarvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt weiterhin mit einer Speichereinheit zur Speicherung der Beziehung zwischen der Amplitudendifferenz und der Ausrichtung (Richtung) der Empfangsstrahlachsen der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen in vertikaler Richtung ausgestattet wird. Selbst wenn es eine individuelle Differenz bezüglich der Richtung der Strahlachse der Empfangsantennenelemente aus den jeweiligen Radarvorrichtungen gibt, kann in diesem Fall die Strahlachse der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen so eingestellt werden, daß sie korrekt in eine gewünschte Richtung weist. Wenn die individuelle Differenz bezüglich der Richtung der Strahlachse der Empfangsantennenelemente aus den jeweiligen Radarvorrichtungen ist, kann die Einstellung unter Verwendung eine festen Zielamplitudendifferenz durchgeführt werden. In diesem Fall ist es unnötig, die oben genannte Beziehung zu speichern.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist die Fahrzeugradarvorrichtung mit einem Reflektionsobjektdetektor zur Erkennung des Abstandes zu einem Reflektionsobjekt ausgestattet, welches das Übertragungssignal reflektiert, sowie zur Erkennung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt auf der Grundlage der Spitze des Frequenzspektrums, welche von dem Frequenzspektrumberechner berechnet wurde. Das heißt, die Fahrzeugradarvorrichtung kann die Amplitudendifferenz gemäß obiger Beschreibung alleine berechnen, in dem die Fahrzeugradarvorrichtung mit dem Überlagerungssignalgenerator, dem Frequenzspektrumsberechner und dem Reflektionsobjektdetektor ausgestattet wird, welche normalerweise bei einer Radarvorrichtung vorhanden sind, um den Abstand zu dem Reflektionsobjekt und um die Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt zu erkennen.
Da die Empfangsantenne der Fahrzeugradarvorrichtung eine Mehrzahl von Empfangsantennenelementen hat, kann die Richtung zu dem Reflektionsobjekt in Fahrzeugbreitenrichtung auf der Grundlage der Phasendifferenz in der Spitzenfrequenz der Frequenzspektren, berechnet von dem Frequenzspektrumberechner erkannt werden, was gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung erfolgt.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird die Amplitude der Empfangssignale der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen bevorzugt durch Mitteln der Empfangssignale der Empfangsantennenelemente berechnet. Infolgedessen wird das S/N-Verhältnis verbessert und die Amplitudendifferenz kann genauer berechnet werden.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung kann, wenn die Empfangssignale der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen gemittelt werden, das Empfangssignal des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse in den Empfangssignalen der Mehrzahl von Antennenelementen enthalten sein. In diesem Fall tritt eine gewisse Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude des Empfangssignals des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse und der Amplitude des gemittelten Ergebnisses der Empfangssignale der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen auf.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Empfangsstrahlachse eines Empfangsantennenelementes, das an einem Endabschnitt des Fahrzeugs in Fahrzeugrichtung angeordnet ist, versetzt ist. Wenn die Richtung zu dem Reflektionsobjekt erkannt wird, hat das Empfangssignal des Empfangsantennenelementes an besagtem Endabschnitt einen kleineren Effekt oder eine kleinere Auswirkung auf die Erkennung der Richtung zu dem Reflektionsobjekt als die Empfangssignale der Antennenelemente, die in einem mittigen Abschnitt angeordnet sind, und somit kann der Effekt der Versetzung oder Verschiebung der Empfangsstrahlachse verringert werden.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung ist die Empfangsstrahlachse so versetzt oder verschoben, daß sie in Richtung Bodenoberfläche weist und der Reflektionsobjektdetektor kann die Empfangssignale der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen verwenden, um Reflektionsobjekte zu erkennen, welche zu dem betreffenden Fahrzeug um einen bestimmten Betrag oder darüber hinaus beabstandet sind und kann das Empfangssignal von dem Empfangsantennenelement mit der versetzten Empfangsstrahlachse verwenden, um Reflektionsobjekte zu erkennen, welche innerhalb eines bestimmten Abstandes von dem betreffenden Fahrzeug vorhanden sind. Infolgedessen, selbst wenn die Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes in Richtung Bodenoberfläche versetzt oder verschoben ist, kann verhindert werden, daß die Erkennungsleistung der Reflektionsobjekte, welche in einer weiten Entfernung vorhanden sind, verschlechtert wird. Weiterhin können die Empfangsantennenelemente zur Erkennung von Reflektionsobjekten, die in einem kurzen Abstand vorhanden sind, separat von den Empfangsantennenelementen vorhanden sein, welche zur Erkennung von Reflektionsobjekten im weiten Abstand vorhanden sind.
Gemäß einem weiteren, unabhängigen Aspekt der Erfindung weist ein Befestigungswinkeleinstellverfahren zur Einstellung eines Befestigungswinkels, mit welchem eine Fahrzeugradarvorrichtung an einem Fahrzeug anbringbar ist, die folgenden Schritte auf: einen Übertragungsschritt des Übertragens eines Signales an ein Ziel, daß an einer bestimmten Position angeordnet ist; einen Erzeugungsschritt des Empfangens einer Reflektionswelle des Übertragungssignals von dem Ziel über eine Mehrzahl von Empfangsantennenelementen und des Erzeugens von Empfangssignalen; und einen Berechnungsschritt des Berechnens der Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude eines Empfangssignales eines Empfangsantennenelementes mit einer versetzten Empfangsstrahlachse und der Amplitude der Empfangssignale von Empfangsantennenelementen mit nicht versetzten Empfangsstrahlachsen. Das von der Übertragungsantenne übertragene Übertragungssignal wird frequenzmoduliert derart, daß sich die Frequenz hiervon kontinuierlich ändert, wobei ein Überlagerungssignal entsprechend der Frequenzdifferenz von dem Übertragungssignal aus jedem der Mehrzahl von Empfangssignalen erzeugt wird, welche in der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen auftreten, wobei ein Frequenzspektrum, welches die Größe einer jeden Frequenzkomponente in dem Überlagerungssignal anzeigt, für jedes Überlagerungssignal berechnet wird und wobei die Amplitudendifferenz berechnet wird, wobei die Spitze des betreffenden Frequenzspektrums als Amplitude des Empfangssignals gesetzt wird.
Gemäß obiger Beschreibung wird die Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude des Empfangssignals des Empfangsantennenelementes mit der versetzten oder verschobenen Empfangsstrahlachse und der Amplitude der Empfangssignale der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten oder verschobenen Empfangsstrahlachsen berechnet und der Befestigungswinkel der Empfangsantenne in vertikaler Richtung wird so eingestellt, daß die Amplitudendifferenz gleich einem bestimmten Wert wird, wodurch die Empfangsstrahlachse der Empfangsantennenelemente in eine gewünschte Richtung in Vertikalrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet werden kann.
Hierbei ist es gemäß einem zehnten Aspekt der Erfindung bevorzugt, daß die Beziehung zwischen der Amplitudendifferenz und der Richtung der Empfangsstrahlachse der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen vorab bestimmt wird und der Befestigungswinkel der Empfangsantenne in Vertikalrichtung des Fahrzeuges wird auf der Grundlage der so bestimmten Beziehung eingestellt. Infolgedessen kann der Befestigungswinkel der Empfangsantenne so eingestellt werden, daß die Empfangsstrahlachse der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen in eine gewünschte Richtung bezüglich des Ziels in Vertikalrichtung des betreffenden Fahrzeuges ausgerichtet ist.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm des Gesamtaufbaus einer Radarvorrichtung für Fahrzeuge gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2A und 2B das Erkennungsprinzip zur Erkennung von Abstand und Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und einem Reflektionsobjekt durch die Radarvorrichtung, wobei 2A eine graphische Darstellung ist, die ein Übertragungssignal fs und ein Empfangssignal fr zeigt und 2B eine graphische Darstellung ist, welche Überlagerungsfrequenzen entsprechend der Frequenzdifferenz zwischen dem Übertragungssignal fs und dem Empfangssignal fr zeigt;
3 eine Draufsicht auf den Aufbau einer Übertragungs-/Empfangseinheit mit einer Übertragungsantenne AS und einer Mehrzahl von Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN;
4 eine Darstellung des Aspektes, daß die Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes ARN gegenüber der Empfangsstrahlachse der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 nach unten versetzt oder verschoben ist;
5 ein Flußdiagramm des in der Radarvorrichtung durchgeführten Ablaufs zur Einstellung eines Befestigungswinkels der Übertragungs-/Empfangseinheit an dem betreffenden Fahrzeug;
6 eine perspektivische Darstellung der Lagebeziehung zwischen dem betreffenden Fahrzeug und einem Ziel;
7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausrichtung der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN in Höhenrichtung und die Amplitude (Differenz);
8 ein Flußdiagramm der Erkennungsverarbeitung des Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, der Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt und der Richtung zu dem Reflektionsobjekt gemäß der ersten Ausführungsform; und
9 ein Flußdiagramm der Erkennungsverarbeitung zur Erkennung des Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, der Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt und der Richtung zu dem Reflektionsobjekt gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren der Zeichnung beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, welches den Gesamtaufbau einer Fahrzeugradarvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt.
Gemäß 1 ist eine Radarvorrichtung 2 gemäß dieser Ausführungsform mit einem Transmitter oder Sender 4 zur Übertragung einer Radarwelle in einem extrem hochfrequenten Band (Millimeterwellenband) über eine Übertragungsantenne AS ausgestattet. Der Sender 4 weist einen Hochfrequenzoszillator 12 zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals in dem extremen Hochfrequenzband auf, welches so moduliert wird, daß ein allmählicher Anstieg und ein allmählicher Abfall der Frequenz hiervon über die Zeit hinweg abwechselnd wiederholt wird und ein Verteiler 14 verteilt die Leistung des Ausgangs vom Hochfrequenzoszillator 12 auf ein Übertragungssignal fs und ein Ortssignal L. Das Übertragungssignal fs wird der Übertragungsantenne As zugeführt und das Ortssignal L wird einem Empfänger 6 zugeführt.
Die Radarvorrichtung 2 dieser Ausführungsform ist mit einer Empfangsantenne mit N Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN zum Empfang einer Radarwelle (nachfolgend als ”Reflektionswelle” bezeichnet) ausgestattet, welche von einem Reflektionsobjekt reflektiert wird, beispielsweise einem vorderhalb liegenden Fahrzeug oder dergleichen. Wenn die Reflektionswelle von den N Antennenelementen AR1 bis ARN empfangen wird, erzeugen die jeweiligen Antennenelemente AR1 bis ARN die Empfangssignale fr1 bis frN entsprechend der empfangenen Reflektionswelle und liefern die Empfangssignale fr1 bis frN an den Empfänger 6.
Der Empfänger 6 weist N Mixer MX1 bis MXN auf, welche in Verbindung mit den Antennenelementen AR1 bis ARN sind und die jeweiligen Empfangssignale fr1 bis frN mit dem Ortssignal L mischen, um Überlagerungssignale B1 bis BN zu erzeugen, von denen jedes der Differenzialfrequenz zwischen Empfangssignal und Ortsignal L entspricht und N Verstärker AMP1 bis AMPN verstärken die Überlagerungssignale B1 bis BN, welche in den jeweiligen Mischern MX1 bis MXN erzeugt wurden. Die jeweiligen Verstärker AMP1 bis AMPN haben eine Filterfunktion zur Entfernung unnötiger Hochfrequenzkomponenten aus den Überlagerungssignalen B1 bis BN.
Die von den Verstärkern AMP1 bis AMPN verstärkten Überlagerungssignale B1 bis BN werden einem A/D-Wandlerabschnitt 8 zugeführt. Der A/D-Wandlerabschnitt 8 weist A/D-Wandler AD1 bis ADN zum Abtasten der Überlagerungssignale B1 bis BN und zur Umwandlung hiervon in digitale Daten D1 bis DN auf. Die digitalen Daten D1 bis DN, welche von den jeweiligen Überlagerungssignalen durch die A/D-Wandler AD1 bis ADN aus den jeweiligen Überlagerungssignalen B1 bis BN gewandelt wurden, werden einem Mikrocomputer 10 zugeführt und für verschiedene Arten von Signalverarbeitung verwendet.
In der obigen Ausführungsform sind die Mixer MX1 bis MXN, die Verstärker AMP1 bis AMPM und die A/D-Wandler AD1 bis ADN, deren Anzahl jeweils N beträgt, in Verbindung mit den Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN von N ausgelegt. Anstelle dieser Auslegung kann jedoch nur ein Mischer, ein Verstärker und nur ein A/D-Wandler vorhanden sein. In diesem Fall werden die Empfangssignale der N Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN aufeinander folgend angewählt und nacheinander dem Mischer beispielsweise durch einen Multiplexer zugeführt.
Der Mikrocomputer 10 ist hauptsächlich aufgebaut durch eine CPU, ein ROM und ein RAM und er führt eine Erkennungsverarbeitung zur Erkennung des Abstandes zwischen dem betreffenden Fahrzeug und einem Reflektionsziel, beispielsweise einem vorderhalb liegenden Fahrzeug oder dergleichen durch, und berechnet die Relativgeschwindigkeit zwischen diesen beiden Objekten und die Richtung zu dem Reflektionsziel auf der Grundlage der digitalen Daten D1 bis DN von dem A/D-Wandlerabschnitt 8. Der Mikrocomputer 10 ist mit einem digitalen Signalprozessor ausgestattet zur Durchführung einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) an den digitalen Daten D1 bis DN, wenn die Erkennungsverarbeitung durchgeführt wird.
In der Fahrzeugradarvorrichtung 2 mit diesem Aufbau wird eine Radarwelle als frequenzmodulierte kontinuierliche Welle (FMCW) von dem Transmitter 4 über die Übertragungsantenne AS übertragen oder gesendet, wie in 2A gezeigt. Wenn die so übertragene Radarwelle von einem Reflektionsziel, beispielsweise einem vorderhalb liegenden Fahrzeug oder dergleichen reflektiert wird, wird die Reflektionswelle von dem Reflektionsziel von jedem der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN empfangen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Empfangssignal, welches in jeder der Empfangsantennen AR1 bis ARN auftritt, mit dem Ortssignal L in einem der entsprechenden Mixer MX1 bis MXN im Empfänger 6 gemischt, so dass die Überlagerungssignale B1 bis BN erzeugt werden, von denen jedes der Differenzialfrequenzkomponente zwischen jedem Empfangssignal und dem Ortssignal L (Übertragungssignal fr) entspricht. Jeder der A/D-Wandler AD1 bis ADN tastet jedes der Überlagerungssignale B1 bis BN eine bestimmte Anzahl mal ab und führt die A/D-Wandlung zu jeder halben Periode der Frequenzänderungsperiode des Übertragungssignales fs durch, d. h. jedem Frequenzanstiegsabschnitt, in dem die Frequenz allmählich anwächst und jedem Frequenzabnahmeabschnitt, in welchem die Frequenz allmählich abnimmt. Daher werden die Überlagerungssignale jeweils an den Frequenzanstiegabschnitten und den Frequenzabnahmeabschnitten erzeugt, wie 2B gezeigt.
Nachfolgend wird die Vorgehensweise beim Erkennen des Abstandes und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsziel auf der Grundlage der Überlagerungssignale an dem Frequenzanstiegsabschnitt und dem Frequenzabnahmeabschnitt beschrieben.
Wenn in 2A das Fahrzeug, an welchem die Radarvorrichtung angebracht ist und das Reflektionsziel, welches die Radarwelle reflektiert, die gleiche Bewegungsgeschwindigkeit haben (Relativgeschwindigkeit = 0), ist die von dem Reflektionsziel reflektierte Radarwelle um die Zeit verzögert, welche für die Radarwelle benötigt wird, einen Abstand D zwischen dem Fahrzeug und dem Reflektionsziel zu durchlaufen und zurückzukehren. In diesem Fall wird das Empfangssignal fr gegenüber dem Übertragungssignal fs entlang der Zeitachse um die Verzögerungszeit verschoben und die Spitzenfrequenz fbu im Anstiegsabschnitt und die Spitzenfrequenz fbd im Abnahmeabschnitt sind zueinander gleich (fbu = fbd).
Andererseits, wenn das Fahrzeug, an welchem die Radarvorrichtung angebracht ist und das Reflektionsobjekt unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeit haben (Relativgeschwindigkeit V ≠ 0), erleidet die von dem Reflektionsobjekt reflektierte Radarwelle eine Doppler-Verschiebung entsprechend der Relativgeschwindigkeit V zwischen dem Reflektionsobjekt und dem betreffenden Fahrzeug. Daher wird das Empfangssignal fr entlang der Frequenzachse um den Betrag entsprechend der Doppler-Komponente verschoben, welche durch die Relativgeschwindigkeit V erzeugt worden ist, und zwar zusätzlich zu der Verschiebung entlang der Zeitachse aufgrund der Verzögerungszeit entsprechend dem Abstand D zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt. In diesem Fall sind gemäß den 2A und 2B die Spitzenfrequenz fbu im Anstiegsabschnitt und die Spitzenfrequenz fdb im Abnahmeabschnitt zueinander unterschiedlich (fb1 ≠ fb2).
Wie oben beschrieben, wird das Empfangssignal fr sowohl entlang der Zeitachse als auch der Frequenzachse abhängig von dem Abstand D und der Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt verschoben. Mit anderen Worten, die Frequenzdifferenz auf der Zeitachse zwischen dem Übertragungssignal fs und dem Empfangssignal fr entspricht dem Abstand D zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt und die Frequenzdifferenz auf der Frequenzachse zwischen dem Übertragungssignal fs und dem Empfangssignal fr entspricht der Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt. Diese Frequenzen können aus den folgenden Gleichungen 1 und 2 berechnet werden.
(Gleichung 1)

Die Frequenz fb entsprechend dem Abstand D = (|fbu| + |fdb|)/2

(Gleichung 2)

Die Frequenz fd entsprechend der Relativgeschwindigkeit V = (|fbu| – |fdb|)/2

Der Abstand D und die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt können auf der Grundlage dieser Frequenzen fb und fd entsprechend dem Abstand D und der Relativgeschwindigkeit V durch die folgenden Gleichungen 3 und 4 berechnet werden.
(Gleichung 3)

D = {C/(4 × ΔF × fm)} × fb

(Gleichung 4)

V = {C/(2 × f0)} × fd wobei ΔF die Frequenzmodulationsbreite des Übertragungssignales fs darstellt, f0 die Mittenfrequenz des Übertragungssignales fs darstellt, fm die Wiederholfrequenz darstellt und C die Lichtgeschwindigkeit ist.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Einstellung des Befestigungswinkels beschrieben, mit welchem die Übertragungs-/Empfangseinheit mit der Übertragungsantenne AS und der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN in der Fahrzeugradarvorrichtung dieser Ausführungsform an dem Fahrzeug angebracht wird.
3 ist eine Draufsicht auf den Aufbau einer Übertragungs-/Empfangseinheit 12 mit einer Übertragungsantenne AS und einer Mehrzahl von Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN. Wie in 3 gezeigt, sind die Übertragungsantenne AS und die Mehrzahl von Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN auf dem gleichen Substrat ausgebildet. Die Übertragungs- oder Sendeantenne AS liegt an einem Endabschnitt des gemeinsamen Substrates und hat einen Übertragungsstrahlbereich zur Übertragung einer Radarwelle an einen Bereich, der die Empfangsstrahlbereiche aller Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN abdecken kann.
Die N Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN sind entlang der Fahrzeugbreitenrichtung in einer Linie mit gleichen Abständen angeordnet. Die N Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN sind so ausgelegt, daß ihre Empfangsstrahlen einander gegenseitig überlappen, so daß die Richtung zu einem Reflektionsobjekt, beispielsweise einem vorderhalb liegenden Fahrzeug oder dergleichen in Fahrzeugbreitenrichtung auf der Grundlage der Phasendifferenz unter den Reflektionswellen von dem Reflektionsobjekt berechnet werden kann. Weiterhin, was die Empfangsstrahlen der N Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN betrifft, so sind die jeweiligen Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN auf dem gemeinsamen Substrat so ausgebildet, daß die Empfangsstrahlachse wenigstens eines Empfangsantennenelementes (in dieser Ausführungsform des Empfangsantennenelementes ARN an dem entgegengesetzten Endabschnitt zur Übertragungsantenne AS) gegenüber den Empfangsstrahlachsen der verbleibenden Empfangsantennenelemente (in dieser Ausführungsform der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1) nach unten (in Richtung der Bodenoberfläche) versetzt oder verschoben ist.
Es ergibt sich somit eine gewisse Differenz in der Empfangsempfindlichkeit zwischen der Empfangsantenne ARN und jedem der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 abhängig von dem Befestigungswinkel, mit welchem die Empfangsantenne an dem Fahrzeug angebracht ist, so daß die Signalintensität eines jeden Empfangssignales fr1 bis frN – 1 der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 unterschiedlich zu der Signalintensität des Empfangssignales frN des Empfangsantennenelementes ARN ist. Diese Differenz in der Signalintensität wird einzigartig abhängig von dem Versetzungswinkel zwischen der Empfangsstrahlachse eines jeden Empfangsantennenelementes AR1 bis ARN – 1 und der Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes ARN bestimmt. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Ausrichtung (Richtung) in Vertikalrichtung (Fahrzeughöhenrichtung) der Empfangsstrahlachsen der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 genau unter Verwendung der obengenannten Beziehung eingestellt werden. Ein konkretes Beispiel eines entsprechenden Einstellverfahrens wird unter Bezug auf das Flußdiagramm von 5 beschrieben.
Zunächst wird gemäß 6 ein Ziel 114, das sich in einer bestimmten Höhe befindet, so bewegt, daß es sich um einen bestimmten Abstand von dem betreffenden Fahrzeug befindet, an welchem die Übertragungs-/Empfangseinheit 12 vorübergehend befestigt ist. In diesem Zustand wird der Ablauf gemäß des Flußdiagramms von 5 durchgeführt, um den Befestigungswinkel in vertikaler Richtung für die Übertragungs-/Empfangseinheit 12 festzusetzen, d. h. die Ausrichtung (Richtung) der Empfangsstrahlachse der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 in Vertikalrichtung.
In dem Flußdiagramm von 5 wird zunächst im Schritt S10 eine Radarwelle von der Übertragungsantenne AS an das Ziel 114 übertragen oder ausgesendet und die vom Ziel 114 reflektierte Reflektionswelle wird von den jeweiligen Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN empfangen. Der Empfang der Reflektionswelle durch jedes der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN veranlaßt den Empfänger 6, die Überlagerungssignale B1 bis BN entsprechend den Empfangssignalen fr1 bis frN der jeweiligen Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN auszugeben. Die Überlagerungssignale B1 bis BN werden durch den A/D-Wandlerabschnitt 8 in die digitalen Daten D1 bis DN umgewandelt und dann in den Mikrocomputer 10 eingelesen und dort vorläufig im RAM gespeichert. Die Überlagerungssignale B1 bis BN zu diesem Zeitpunkt werden zumindest für wenigstens einen Frequenzanstiegsabschnitt und Frequenzabnahmeabschnitt ermittelt.
Im folgenden Schritt S20 wird die Frequenzanalyseverarbeitung (schnelle Fourier-Transformation) an den jeweiligen digitalen Daten D1 bis DN durchgeführt, welche als die Überlagerungssignale B1 bis BN im RAM gespeichert sind. Als Ergebnis der schnellen Fourier-Transformation wird ein komplexer Vektor der Überlagerungssignale B1 bis BN für jede Frequenz erhalten. Der Absolutwert des komplexen Vektors gibt die Amplitude (Intensität) für jede entsprechende Frequenz an. Das heißt, die Spektraldaten, welche die Intensität angeben, werden für jede Frequenz an jedem Überlagerungssignal B1 bis BN über die schnelle Fourier-Transformation erhalten. Weiterhin werden im Schritt S20 die Frequenzspektraldaten des Empfangsantennenelementes ARN mit der versetzten Empfangsstrahlachse vorübergehend im RAM gespeichert.
Nachfolgend werden im Schritt S30 die Frequenzspektraldaten, welche für die Überlagerungssignale B1 bis BN aller Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN berechnet worden sind, einem Mittelungsvorgang unterworfen. Im Schritt S40 wird von den so gemittelten Spektraldaten die Spitzenfrequenz entnommen. Hierbei sind unterschiedliche Rauschsignale den jeweiligen Überlagerungssignalen B1 bis BN überlagert und die Strecken der jeweiligen Empfangskanäle sind schwach unterschiedlich zueinander und die jeweiligen Antennen AR1 bis ARN sind schwach unterschiedlich in ihrer Leistung oder ihrem Betrieb. Von daher kann es eine gewisse Versetzung oder Verschiebung unter den Spitzenfrequenzen der jeweiligen Überlagerungssignale B1 bis BN geben. Daher werden die Spektraldaten, welche die Intensitäten der jeweiligen Frequenzkomponenten der entsprechenden Überlagerungssignale B1 bis BN darstellen, gemittelt, und die gemeinsame Spitzenfrequenz wird gemäß obiger Beschreibung aus dem Durchschnittsergebnis entnommen. Da die Rauschsignale zufällig sind, sind die Intensitäten der Rauschkomponenten geringer als die Intensität der Spitzenfrequenz, so daß das S/N-Verhältnis (Signal-/Rauschabstand) verbessert werden kann. Als Entnahmeverfahren für die Spitzenfrequenz kann ein Verfahren verwendet werden, bei dem aufeinanderfolgend Änderungen der Amplitude einer jeden Frequenz bestimmt werden und die betreffende Frequenz als Spitzenfrequenz festgelegt wird, wobei angenommen wird, daß die Spitze bei einer Frequenz vorhanden ist, bei der das Vorzeichen der Änderung der Amplitude sich von ”Plus” nach ”Minus” vor und nach jeder Änderung umkehrt.
Wenn die Spitzenfrequenz gemäß obiger Beschreibung extrahiert oder entnommen worden ist, wird die Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude der Frequenzspektraldaten des Empfangsantennenelementes ARN und der Amplitude der gemittelten Spektraldaten der Spitzenfrequenz berechnet und dann an eine Winkelanzeigeeinheit (nicht gezeigt) ausgegeben, um die Amplitudendifferenz in die entsprechende Richtung umzuwandeln. Beide Amplituden werden von dem Ziel 114 erzeugt, welches von dem betreffenden Fahrzeug um einen bestimmten Betrag beabstandet ist und die Amplitudendifferenz zwischen ihnen ändert sich abhängig von den Ausrichtungen (den Richtungen zum Ziel 114) der Empfangsstrahlachsen der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 und der Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes ARN, die zueinander vorab um einen bestimmten Winkel versetzt oder verschoben sind. Das heißt, wenn die Amplitudendifferenz mit einer vorab berechneten Zielamplitudendifferenz übereinstimmt, sind die Empfangsstrahlachsen der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 bezüglich dem Ziel in einer gewünschten Richtung ausgerichtet. Wenn daher die angezeigte Richtung gegenüber der Zielrichtung versetzt oder verschoben ist, ändert ein Arbeiter zur Einstellung des Befestigungswinkels der vorübergehend an dem Fahrzeug angebrachten Übertragungs-/Empfangseinheit den Befestigungswinkel und weist die Radarvorrichtung an, den oben beschriebenen Ablauf erneut durchzuführen. Wenn die angezeigte Richtung mit der Zielrichtung übereinstimmt, weist der Arbeiter die Radarvorrichtung an, die Einstellarbeit zu beenden.
7 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Amplitude (Differenz) und den Richtungen der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN in Höhenrichtung darstellt. In der Grafik von 7 gibt die Abszissenachse die Richtung in vertikaler Richtung (d. h. Azimuth) wieder und die Zielrichtung in vertikaler Richtung (Zielazimuth) wird auf Null (deg) gesetzt. Die Ordinatenachse gibt die Amplitude (Differenz) in Dezibel (dB) wieder.
Gemäß 7 ist die mittlere Amplitude, welche von den Spektraldaten der Empfangssignale fr1 bis frN der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN bei einem Azimuth von 0 (Grad) erhalten wird (nachfolgend als mittlere Amplitude der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN bezeichnet) im wesentlichen ein Maximum und die Amplitude, die von den Spektraldaten des Empfangssignales frN des Empfangsantennenelementes ARN erhalten wird (nachfolgend als Amplitude der Empfangsantenne ARN bezeichnet) ist maximal beim Azimuth von ungefähr θ (deg). Dies bedeutet, daß die Empfangsstrahlachse eines jeden der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 und die Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes ARN voneinander um ungefähr θ (deg) verschoben sind. Weiterhin ist die Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes AR1 nach unten versetzt oder verschoben, wie in 7 gezeigt und somit ist, wenn die Übertragung-/Empfangseinheit 12 bezüglich einer Zielausrichtung nach oben ausgerichtet ist, die Amplitude des Empfangsantennenelementes ARN größer als die durchschnittliche Amplitude der Antennenelemente AR1 bis ARN in der Nachbarschaft des Maximalwertes der Amplitude des Empfangsantennenelementes ARN. Andererseits, wenn die Übertragungs-/Empfangseinheit 12 bezüglich der Zielausrichtung nach unten ausgerichtet ist, wird die Empfangsempfindlichkeit des Empfangsantennenelementes ARN stärker verringert als die Empfangsempfindlichkeit der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 und somit ist die mittlere Amplitude der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN größer als die Amplitude des Empfangsantennenelementes ARN.
Die durchschnittliche oder gemittelte Amplitude der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN und die Amplitude des Empfangsantennenelementes ARN haben die oben beschriebene Größenbeziehung zueinander. Wenn gemäß 7 die Übertragungs-/Empfangseinheit 12 bezüglich der Zielausrichtung nach oben ausgerichtet ist, reicht die Amplitudendifferenz von einem Minus-Wert zu einem Plus-Wert geringer als ein bestimmter Wert. Andererseits, wenn die Übertragungs-/Empfangseinheit 12 bezüglich der Zielausrichtung nach oben ausgerichtet ist, ist die Amplitudendifferenz gleich einem Plus-Wert größer als der bestimmte Wert. Wie oben beschrieben hat die Amplitudendifferenz eine einfache Anstiegscharakteristik in der Nachbarschaft der Zielausrichtung und somit kann der Befestigungswinkel der Übertragungs-/Empfangseinheit 12 einfach dadurch eingestellt werden, daß der Azimuth 0 (deg) als Zielazimuth (Ausrichtung) gesetzt wird.
Die Ausrichtung in Vertikalrichtung (d. h. der Azimuth), die als Zielausrichtung gesetzt ist, hängt von der Höhe ab, in der das Ziel 114 liegt und muß nicht notwendigerweise auf Azimuth 0 gesetzt werden. Beispielsweise kann sie auf einen bestimmten Plus- oder Minus-Azimuthwert gesetzt werden. Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die Amplitude zwischen der Amplitude des Empfangsantennenelementes ARN mit der versetzten Empfangsstrahlachse und der mittleren Amplitude aller Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN in die Ausrichtung (Azimuth) umgewandelt. Jedoch kann die Amplitudendifferenz zwischen der Durchschnittsamplitude der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 mit den nicht vesetzten Empfangsstrahlachsen und der Amplitude eines der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen berechnet und in die Ausrichtung (Azimuth) umgewandelt werden und dann kann der Befestigungswinkel der Übertragungs/Empfangseinheit 12 so eingestellt werden, daß die so berechnete Ausrichtung (Azimuth) mit der Zielausrichtung (Azimuth) übereinstimmen.
Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform vorab die Zielausrichtung (Azimuth) entsprechend der Zielamplitudendifferenz berechnet. Was jedoch jede einzelne Radarvorrichtung betrifft, so kann die Beziehung zwischen der Amplitudendifferenz und der Ausrichtung (Azimuth), wie in 7 gezeigt, gemessen und in einem Speicher der Radarvorrichtung gespeichert werden. Wenn die Übertragungs/Empfangseinheit 12 der Radarvorrichtung am Fahrzeug angebracht wird, werden die so gespeicherten Meßdaten ausgelesen und der Befestigungswinkel der Übertragungs/Empfangseinheit 12 wird so eingestellt, daß der Azimuth, der aus der Amplitudendifferenz durch Wandlung hergeleitet wird, gleich 0 (deg) wird. Mit dieser Vorgehensweise kann, selbst wenn individuelle Unterschiede in der Ausrichtung der Empfangsstrahlachsen der Empfangsantennenelemente unter den jeweiligen Radarvorrichtungen vorhanden sind, der Befestigungswinkel so eingestellt werden, daß die Empfangsstrahlachse der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen korrekt in die gewünschte Richtung ausgerichtet werden können.
Nachfolgend wird der Erkennungsablauf bei der Erkennung des Abstandes zu dem Reflektionsobjekt, der Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt und der Richtung zu dem Reflektionsobjekt, durchgeführt durch den Mikrocomputer 10, unter Bezug auf das Flußdiagramm von 8 beschrieben. Zunächst wird im Schritt S100 eine von einem Reflektionsobjekt, beispielsweise einem vorderhalb liegenden Fahrzeug oder dergleichen reflektierte Radarwelle empfangen und jeder digitale Datenwert D1 bis DN der Überlagerungssignale B1 bis BN, ausgegeben vom Empfänger 6, wird eine bestimmte Anzahl mal bei dem Frequenzanstiegsabschnitt und dem Frequenzabnahmeabschnitt ausgelesen und dann vorübergehend im RAM gespeichert.
Im folgenden Schritt S110 werden die digitalen Daten D1 bis DN, welche als Überlagerungssignale B1 bis BN im Frequenzanstiegsabschnitt und im Frequenzabnahmeabschnitt im RAM gespeichert wurden, der Frequenzanalyse unterworfen (schnelle Fouriertransformation). Durch die Verarbeitung mittels der schnellen Fouriertransformation werden die Spektraldaten, welche die Intensität einer jeden Frequenz angegeben für jedes der Überlagerungssignale B1 bis BN erhalten. Die schnelle Fouriertransformationsverarbeitung wird separat an den Überlagerungssignalen B1 bis BN an dem Frequenzanstiegsabschnitt und den Überlagerungssignalen B1 bis BN an den Frequenzabnahmeabschnitt durchgeführt.
Im folgenden Schritt S120 werden die Frequenzspektraldaten, welche für die jeweiligen Überlagerungssignale B1 bis BN berechnet wurden, für jeden Frequenzanstiegsabschnitt und für jeden Frequenzabnahmeabschnitt dem Mittelungsprozeß unterworfen. Danach werden im Schritt S130 die gemeinsamen Spitzenfrequenzen im Anstiegsabschnitt und Spitzenfrequenzen im Abnahmeabschnitt der Überlagerungssignale B1 bis BN aus den gemittelten Spektraldaten des Anstiegsabschnittes und den gemittelten Spektraldaten des Abnahmeabschnittes entnommen. In diesem Fall werden alle Frequenzkomponenten, welche die Spitzen der Spektren bereitstellen, von den Spektraldaten des Anstiegsabschnittes und den Spektraldaten des Abnahmeabschnittes entnommen und die betreffenden Frequenzen werden als Spitzenfrequenzen spezifiziert. Wenn die von dem gleichen Reflektionsobjekt reflektierten Reflektionswellen empfangen werden, werden die jeweiligen Überlagerungssignale B1 bis BN theoretisch bestimmt, um die Spitzenfrequenzkomponenten bei der gleichen Frequenz zu haben. Sodann kann so vorgegangen werden, daß die Spektraldaten eines der Überlagerungssignale B1 bis BN bestimmt werden, die Spitzenfrequenz aus den Spektraldaten entnommen wird und abgeschätzt wird, daß die gleiche Spitzenfrequenz in den anderen Überlagerungssignalen B1 bis BN auftritt. Durch die Verarbeitung im Schritt S130 werden die gemeinsame Spitzenfrequenz im Anstiegsabschnitt und die Spitzenfrequenz im Abahmeabschnitt der Überlagerungssignale B1 bis BN entnommen.
Im Schritt S140 werden Abstand D und Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt auf der Grundlage der Spitzenfrequenz des Anstiegsabschnittes und der Spitzenfrequenz des Abnahmeabschnittes, entnommen im Schritt S130, unter Verwendung der Gleichungen 1 bis 4 berechnet. Wenn es eine Mehrzahl von Spitzenfrequenzen im Anstiegsabschnitt und Spitzenfrequenzen im Abnahmeabschnitt gibt, werden Abstand D und Relativgeschwindigkeit V berechnet, nachdem eine paarweise Anpassung auf der Grundlage der Richtung des Reflektionsobjektes etc. durchgeführt wurde.
In der obigen Ausführungsform wird der Frequenzanalysevorgang (räumliches FFT) an den Frequenzsignalen (Überlagerungsfrequenzsignalen) durchgeführt, welche die Spitzenfrequenzen der Spektraldaten der Überlagerungssignale B1 bis BN haben, wie oben beschrieben und die Phasendifferenz der Überlagerungsfrequenzsignale wird in die Frequenz umgewandelt. Die Phasendifferenz wird bewirkt durch die Differenz in der Streckenlänge der Radarwelle von dem Reflektionsobjekt zu den jeweiligen Antennenelementen AR1 bis ARN und durch Umwandeln der Phasendifferenz in die Frequenz kann die Richtung zu dem Reflektionsobjekt auf der Grundlage der so umgewandelten Frequenz berechnet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Empfangsstrahl des Empfangsantennenelementes ARN, welches am Endabschnitt der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN angeordnet ist, versetzt oder verschoben. Bei der räumlichen FFT gemäß obiger Beschreibung wird ein Eingangssignal gewichtet, wenn die Frequenz berechnet wird. Normalerweise wird eine geringere Gewichtung bei einem Überlagerungsfrequenzsignal des Empfangsantennenelementes angelegt, das am Endabschnitt liegt als bei einem Überlagerungsfrequenzsignal des Empfangsantennenelementes, welches mittig angeordnet ist. Daher kann der Effekt bei der Erkennung der Richtung zu dem Reflektionsobjekt auf einen geringen Wert gedrückt werden, selbst wenn die Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes ARN, welches an dem Endabschnitt liegt, versetzt ist.
Weiterhin wird, wie oben beschrieben, bei der obigen Ausführungsform die Amplitude der Spitzenfrequenz der Spektraldaten als Amplitude des Empfangsantennenelementes ARN verwendet. Der Mechanismus zur Berechnung dieser Spektraldaten befindet sich in bereits bekannten Radarvorrichtungen. Mit anderen Worten, die Radarvorrichtung dieser Ausführungsform kann leicht und genau die Winkeleinstellung der Übertragungs/Empfangseinheit 12 durchführen, wobei der Grundaufbau bereits bekannter Radarvorrichtungen ohne Modifikationen anwendbar ist.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben. Der Aufbau der Radarvorrichtung gemäß dieser zweiten Ausführungsform entspricht im wesentlichen demjenigen der ersten Ausführungsform.
In der Ausführungsform wird die gleiche Signalverarbeitung wie bei der ersten Ausführungsform normalerweise an den Empfangssignalen fr1 bis frN – 1 der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN-1 mit nicht versetzten oder verschobenen Empfangsstrahlachsen durchgeführt, um den Abstand D zu dem Reflektionsobjekt, die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt und die Richtung zu dem Reflektionsobjekt zu berechnen. Wenn der Abstand D zu dem Reflektionsobjekt kleiner als ein bestimmter Abstand ist (d. h. kurzer Abstand), werden der Abstand D und die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt auf der Grundlage des Empfanssignales frN des Empfangsantennenelementes ARN berechnet.
Die Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes ARN ist weiter in Richtung Bodenoberfläche als die Empfangsstrahlachsen der anderen Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 ausgerichtet. Von daher ist die maximale Erkennungsdistanz des Empfangsantennenelementes ARN geringer als die der anderen Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1. Was somit irgendein Reflektionsobjekt betrifft, welches in einem großen Abstand vorhanden ist, so wird der Abstand D etc. aus den Empfangssignalen fr1 bis frN – 1 der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 mit den nicht versetzten oder nicht verschobenen Empfangsstrahlachsen berechnet, d. h. ohne das Empfangsantennenelement ARN. Selbst wenn daher die Empfangsstrahlachse des Empfangsantennenelementes ARN in Richtung Bodenoberfläche versetzt oder verschoben ist, wird die Erkennungsleistung für das Reflektionsobjekt, welches im großen Abstand vorhanden ist, nicht verschlechtert. Das Empfangssignal frN des Empfangsantennenelementes ARN wird verwendet, Reflektionsobjekte zu erkennen, die im kurzen Abstand vorhanden sind. Das heißt, das Empfangsantennenelement ARN für die Erkennung über eine kurze Distanz hinweg wird separat von den Empfangsantennenelementen AR1 bis ARN – 1 für die Langstreckenerkennung gesetzt.
9 zeigt das Flußdiagramm der Erkennung des Reflektionsobjektes, welche in der Radarvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird.
Die Abläufe in den Schritten S100 und S110 sind die gleichen wie bei dem Verarbeitungsablauf der ersten Ausführungsform. Im Schritt S125 werden die Frequenzspektraldaten der Empfangsantennenelemente AR1 bis ARN – 1 mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen dem Mittelungsvorgang für jeden Frequenzanstiegsabschnitt und jeden Frequenzabnahmeabschnitt unterworfen. Im Schritt S135 werden die gemeinsamen Spitzenfrequenzen aus Anstiegsabschnitt und Abnahmeabschnitt der Überlagerungssignale B1 bis BN – 1 von den gemittelten Spektraldaten aus Anstiegsabschnitt und Abnahmeabschnitt entnommen.
Im Schritt S145 werden der Abstand D und die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt auf der Grundlage der Spitzenfrequenzen im Anstiegsabschnitt und Abnahmeabschnitt, welche so im Schritt S135 entnommen worden sind, unter Verwendung der Gleichungen 1 bis 4 berechnet und auch wird die Richtung zu dem Reflektionsobjekt bestimmt. Im Schritt S150 wird beurteilt, ob der im Schritt S145 berechnete Abstand D größer als ein bestimmter Wert ist oder nicht. Wenn hierbei beurteilt wird, daß der Abstand D nicht größer als ein bestimmter Wert ist und das Reflektionsobjekt innerhalb einer kurzen Distanz oder innerhalb eines bestimmten Abstandes vorhanden ist, wird im Schritt S160 der Abstand D und die Relativgeschwindigkeit V zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt wieder auf der Grundlage der Frequenzspektraldaten des Empfangsantennenelementes ARN mit der vesetzten oder verschobenen Empfangsstrahlachse berechnet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wurden oben beschrieben. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß eine Vielzahl von Abwandlungen, Modifikationen etc. gemacht werden kann, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise ist in den ersten und zweiten oben beschriebenen Ausführungsformen die Anzahl von Empfangsantennenelementen mit der versetzten oder verschobenen Empfangsstrahlachse auf 1 gesetzt; diese Anzahl kann jedoch auch zwei oder mehr betragen. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Übertragungsantennen vorhanden sein.
Der Amplitudendifferenzberechner, der Frequenzspektrumberechner, der Reflektionsobjektdetektor und die Richtungserkennungseinheit sind bevorzugt durch den Mikrocomputer 10 realisiert. Der Überlagerungssignalgenerator ist bevorzugt in dem Empfänger 6 eingebaut.
Erfindungsgemäß sind demnach Empfangsantennenelemente so ausgebildet, daß die Empfangsstrahlachse in Vertikalrichtung wenigstens eines Empfangsantennenelementes einer Übertragungs/Empfangseinheit gegenüber den Empfangsstrahlachsen der anderen Antennenelemente versetzt oder verschoben ist. Von daher ist die Amplitude (Intensität) der Empfangssignale der Empfangsantennen, welche von einem Ziel verursacht werden, unterschiedlich zu der Amplitude (Intensität) des Empfangssignales des Empfangsantennenelementes und die Amplitudendifferenz wird abhängig von der Ausrichtung der Empfangsstrahlachsen in Vertikalrichtung der Empfangsantennenelemente geändert. Infolgedessen wird die Amplitudendifferenz, wenn die Empfangsstrahlachsen der Empfangsantenneneelemente in eine gewünschte Richtung korrekt ausgerichtet sind, vorab gemessen und die so gemessene Amplitudendifferenz wird als Zielamplitudendifferenz gesetzt, wodurch der Befestigungswinkel der Übertragungs/Empfangseinheit einfach und genau eingestellt werden kann.
Die Beschreibung der Erfindung ist rein exemplarisch und somit nicht einschränkend zu verstehen. Änderungen oder Abwandlungen hiervon, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, sind selbstverständlich möglich; derartige Änderungen, Modifikationen und Abwandlungen sind lediglich durch den Wortlaut der Ansprüche und deren Äquivalente umrissen.

Claims

Eine Radarvorrichtung (2) für ein Fahrzeug, mit: einer Empfangsantenne mit einer Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN), die entlang der Breitenrichtung des Fahrzeuges angeordnet sind, so dass eine Strahlachse wenigstens eines aus der Mehrzahl von Empfangsstrahlen in Vertikalrichtung gegenüber den Strahlachsen der anderen Empfangselemente in Vertikalrichtung versetzt ist; einer Übertragungsantenne (AS) mit einem Übertragungsstrahlbereich, der Bereiche der Empfangsstrahlen der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) abdeckt; und einem Amplitudendifferenzberechner (10), der veranlasst, dass die Übertragungsantenne (AS) ein Übertragungssignal an ein Ziel (114) überträgt, das an einer bestimmten Position angeordnet ist, wenn der Befestigungswinkel zur Befestigung der Radarvorrichtung an dem Fahrzeug eingestellt wird; und dass die Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) eine Reflektionswelle des Transmissionssignals von dem Ziel empfangen, um Empfangssignale zu erzeugen und der dann die Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude des Empfangssignals des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse und der Amplitude der Empfangssignale der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen berechnet, wobei das Übertragungssignal einer Frequenzmodulation derart unterworfen wird, dass sich die Frequenz kontinuierlich ändert, wobei der Amplitudendifferenzberechner (10) mit einem Überlagerungssignalgenerator (6) zur Erzeugung von Überlagerungssignalen ausgestattet ist, von denen jedes der Frequenzdifferenz zwischen dem Übertragungssignal und jedem der Mehrzahl von Empfangssignalen entspricht, welche in der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) auftreten und mit einem Frequenzspektrumsberechner (10) ausgestattet ist zur Berechnung eines Frequenzspektrums, das die Größe einer jeden Frequenzkomponente darstellt, das in jedem der Überlagerungssignale enthalten ist, die von dem Überlagerungssignalgenerator (6) erzeugt werden, wobei die Amplitudendifferenz berechnet wird, während die Spitze des Frequenzspektrums, berechnet durch den Frequenzspektrumsberechner (10), als Amplitude eines jeden Empfangssignals gesetzt wird.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Speichereinheit (10) zum Vorab-Speichern der Beziehung zwischen der Amplitudendifferenz und der Ausrichtung der Empfangsstrahlachsen der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen in vertikaler Richtung.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Reflektionsobjektdetektor (10) zur Erkennung des Abstandes zu einem Reflektionsobjekt, welches das Übertragungssignal reflektiert und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem betreffenden Fahrzeug und dem Reflektionsobjekt auf der Grundlage der Spitze des Frequenzspektrums, welche durch den Frequenzspektrumsberechner (10) berechnet wurde.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, weiterhin mit einer Richtungserkennungseinheit (10) zur Erkennung der Richtung zu dem Reflektionsobjekt in Fahrzeugbreitenrichtung auf der Grundlage der Phasendifferenz bei der Spitzenfrequenz des Frequenzspektrums, berechnet durch den Frequenzspektrumsberechner (10).
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Amplitude der Empfangssignale von den Empfangsantennenelementen mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen berechnet wird durch Mittelung der Empfangssignale der Empfangsantennenelemente.
Radarvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Empfangssignale der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) gemittelt werden, wobei das Empfangssignal des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse in dem Empfangssignal der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) enthalten ist.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Empfangsstrahlachse eines Empfangsantennenelementes (ARN), das an einem Endabschnitt des Fahrzeugs in Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet ist, gegenüber der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) versetzt ist.
Radarvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Empfangsstrahlachse so versetzt ist, dass sie in Richtung der Bodenoberfläche weist, wobei der Reflektionsobjektdetektor (10) die Empfangssignale der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen verwendet, um Reflektionsobjekte zu erkennen, welche von dem betreffenden Fahrzeug eine bestimmte Strecke oder weiter beabstandet sind und das Empfangssignal von dem Empfangsantennenelement (ARN) mit der versetzten Empfangsstrahlachse verwendet, um Reflektionsobjekte zu erkennen, welche innerhalb eines bestimmten Abstandes von dem betreffenden Fahrzeug vorhanden sind.
Ein Verfahren zur Einstellung eines Befestigungswinkels, mit dem eine Fahrzeugradarvorrichtung (2) an einem Fahrzeug angebracht wird, wobei die Fahrzeugradarvorrichtung (2) eine Übertragungsantenne (AS) und eine Empfangsantenne mit einer Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) beinhaltet, die entlang einer Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet sind, so dass die Strahlachse in Vertikalrichtung wenigstens eines Empfangsstrahls aus der Mehrzahl von Strahlachsen gegenüber den Strahlachsen in Vertikalrichtung der verbleibenden Strahlachsen versetzt ist, wobei das Verfahren aufweist: Übertragen eines Übertragungssignales an ein Ziel (114), das in einer bestimmten Position angeordnet ist; Empfangen einer Reflektionswelle von dem Übertragungssignal von dem Ziel (114) über die Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) und Erzeugen von Empfangssignalen; und Berechnen der Amplitudendifferenz zwischen der Amplitude des Empfangssignals des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse und der Amplitude der Empfangssignale der Empfangsantennenelemente mit nicht versetzten Empfangsstrahlachsen, wobei das von der Übertragungsantenne (AS) übertragene Übertragungssignal frequenzmoduliert derart wird, dass sich die Frequenz hiervon kontinuierlich ändert und wobei ein Überlagerungssignal entsprechend der Frequenzdifferenz von dem Übertragungssignal aus jedem der Mehrzahl von Empfangssignalen erzeugt wird, welche in der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen (AR1 bis ARN) auftreten, wobei ein Frequenzspektrum, welches die Größe einer jeden Frequenzkomponente in dem Überlagerungssignal anzeigt, für jedes Überlagerungssignal berechnet wird und wobei die Amplitudendifferenz berechnet wird, wobei die Spitze des betreffenden Frequenzspektrums als Amplitude des Empfangssignals gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Beziehung zwischen der Amplitudendifferenz und der Richtung der Empfangsstrahlachse der Empfangsantennenelemente mit den nicht versetzten Empfangsstrahlachsen vorab bestimmt wird und der Befestigungswinkel der Empfangsantenne in der Fahrzeugvertikalrichtung auf der Grundlage der so bestimmten Beziehung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Amplitude des Empfangssignals der Empfangsantennenelemente mit der nicht versetzten Empfangsstrahlachse berechnet wird, indem die Empfangssignale der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen gemittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Empfangssignal des Empfangsantennenelementes mit der versetzten Empfangsstrahlachse in der Mehrzahl von Empfangssignalen der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen enthalten ist, wenn die Empfangssignale der Mehrzahl von Empfangsantennenelementen gemittelt werden.