DE102004048191A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung einer bevorstehenden Kollision - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Aussenden und zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung zur Erkennung einer bevorstehenden Kollision mit einem vorausbefindlichen Objekt innerhalb einer zukünftigen Zeitdauer, wobei die ausgesandte Strahlung FMCW-moduliert wird, wobei die Rampensteigung der Frequenzrampe in Abhängigkeit der Sendefrequenz und in Abhängigkeit der zukünftigen Zeitdauer bestimmt wird und bei der Detektion einer negativen Empfangsfrequenz eine bevorstehende Kollision innerhalb der zukünftigen Zeitdauer erkannt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussenden und zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung zur Erkennung einer bevorstehenden Kollision mit einem vorausbefindlichen Objekt innerhalb einer zukünftigen Zeitdauer, wobei die ausgesandte Strahlung FMCW-moduliert wird und wobei die Rampensteigung der Frequenzrampe in Abhängigkeit der Sendefrequenz und in Abhängigkeit der zukünftigen Zeitdauer bestimmt wird und bei der Detektion einer negativen Empfangsfrequenz eine bevorstehende Kollision innerhalb der zukünftigen Zeitdauer erkannt wird.
  • Aus der Veröffentlichung „Adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ACC", herausgegeben von der Robert Bosch GmbH, April 2002 (ISBN-3-7782-2034-9) ist eine Radarsensorik bekannt, die FMCW-modulierte Strahlung aussendet und an vorausbefindlichen Objekten reflektierte Teilstrahlung empfängt. Wird ein vorausbefindliches Objekt detektiert, so wird das mit dieser Einrichtung ausgerüstete Kraftfahrzeug in der Geschwindigkeit geregelt, wobei diese Regelung im Sinne einer Abstandskonstantregelung durchgeführt wird. Wird kein vorausbefindliches Objekt detektiert, das als vorherfahrendes Fahrzeug erkannt wurde, so wird eine Geschwindigkeitsregelung im Sinne einer Geschwindigkeitskonstantregelung auf eine vom Fahrer vorgegebene Sollgeschwindigkeit durchgeführt. Die ausgesandte Radarstrahlung wird hierbei mittels Frequenzrampen FMCW-moduliert (Frequency Modulated Continous Wave) ausgestrahlt und der Abstand und die Relativgeschwindigkeit des vorausbefindlichen Objekts in Abhängigkeit der Dopplerverschiebung der ausgesandten Strahlung sowie der Laufzeit der ausgesandten Strahlung er mittelt. Die Einflüsse der Laufzeitmessung sowie des Dopplereffekts auf das ausgesandte Radarsignal wird insbesondere auf den Seiten 7 bis 10 beschrieben, wobei sich die Signallaufzeit zu
    Figure 00020001
    berechnet und der Dopplereffekt nach der Gleichung
    Figure 00020002
    •
  • Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen die Sendefrequenz und die Rampensteigung der Frequenzrampen derart aufeinander abgestimmt sind, dass durch die Detektion einer negativen Empfangsfrequenz eine Kollision mit einem vorausbefindlichen Objekt innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer tTC erkannt wird. Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Vorteilhafterweise ist die zukünftige Zeitdauer, innerhalb der eine Kollision detektierbar ist, die Zeitdauer, die ein auszulösendes Sicherheitsmittel und/oder eine auszulösende Sicherheitsfunktion vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zur Detektion negativer Frequenzen ein Quadraturempfänger vorgesehen ist.
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass der Quadraturempfänger einen Phasenkomparator aufweist, der aus der Phasenbeziehung zwischen dem Inphasensignals und dem Quadratursignal bestimmt, ob die empfangene Frequenz eine positive oder negative Frequenz ist.
  • Vorteilhafterweise wird ein Sicherheitsmittel und/oder eine Sicherheitsfunktion ausgelöst, wenn eine negative Frequenz erkannt wird. Dieses Sicherheitsmittel kann beispielsweise ein Insassenrückhaltemittel in Form eines Gurtstraffers oder eines Airbags sein. Die Sicherheitsfunktion kann beispielsweise eine automatisch eingeleitete und durchgeführte Notbremsung des Fahrzeugs und/oder ein automatischer Lenkeingriff zur Kollisionsvermeidung bzw. Kollisionsstärkenminderung sein.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Sicherheitsmittel und/oder die Sicherheitsfunktion mindestens eine automatische Fahrzeugverzögerung, einen automatischen Lenkeingriff, die Auslösung mindestens eines Insassenrückhaltesystems oder eine Kombination hieraus ist.
  • Vorteilhafterweise ist die ausgesandte und empfangene elektromagnetische Strahlung eine Mikrowellenstrahlung in Form eines Radarsignals oder eines Laserstrahls, die in dem vor dem Fahrzeug vorausbefindlichen Bereich vorhandene Objekte detektiert.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zur Auslösung mehrere Sicherheitsmittel und/oder Sicherheitsfunktionen für jede Zeitdauer, die das jeweilige Sicherheitsmittel und/oder die Sicherheitsfunktion vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss, eine Frequenzrampe mit entsprechender Rampensteigung vorgesehen ist. Werden mehr als ein Sicherheitsmittel und/oder Sicherheitsfunktion ausgelöst, so ist die Zeitdauer, die das Sicherheitsmittel vor einer möglichen Kollision ausgelöst werden muss, von der Art des Sicherheitsmittels abhängig. Bei einem Gurtstraffer, der vor einer Kollision den Sicherheitsgurt der Fahrzeuginsassen straffzieht ist dies beispielsweise die Zeit, die der Gurtstraffer benötigt, um die Gurtsstraffung durchzuführen. Bei Airbags kann dies beispielsweise die Zeit sein, die der Airbag vor dem Kollisionszeitpunkt gezündet werden muss, um eine optimale Schutzfunktion zu erwirken. Bei automatischen Fahrzeugverzögerungen und/oder automatischen Lenkeingriffen kann diese Zeitdauer beispielsweise durch fahrdynamische Größen vorgegeben werden. Da je nach angesteuertem Sicherheitsmittel unterschiedliche zukünftige Zeitdauern, die das Sicherheitsmittel bzw. die Sicherheitsfunktion vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss, unterschiedlich sind und die Sendefrequenz des ausgesandten Sendesignal sowie die Rampensteigung des modulierten Sendesignals auf diese Zeit abgestimmt sein müssen ist es vorteilhaft, dass wenn mehrere Sicherheitsmittel bzw. Sicherheitsfunktionen angesteuert werden sollen für jede unterschiedliche Zeitdauer eine eigene Frequenzrampe vorgesehen ist. Hierzu können sich FMCW-Modulationsformen eigenen, bei denen Frequenzrampen mit unterschiedlichen Steigungen nacheinander abgestrahlt und empfangen werden.
  • Weiterhin ist es möglich, dass die zukünftige Zeitdauer, innerhalb der eine Kollision detektierbar ist, die Zeitdauer ist, die ein auszulösenden Sicherheitsmittel und/oder eine auszulösende Sicherheitsfunktion vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass zur Detektion negativer Frequenzen die Empfangssignale einem Quadraturempfänger zugeführt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass aus der Phasenbeziehung zwischen dem Inphasensignal und dem Quadratursignal mittels eines Phasenkomparators bestimmt wird, ob die empfangene Frequenz eine positive oder negative Frequenz ist.
  • Vorteilhafterweise wird bei Detektion einer negativen Frequenz ein Sicherheitsmittel und/oder eine Sicherheitsfunktion ausgelöst.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, dass als Sicherheitsmittel und/oder als Sicherheitsfunktion mindestens eine automatische Fahrzeugverzögerung, ein automatischer Lenkeingriff die Auslösung mindestens eines Insassenrückhaltesystems oder eine Kombination hieraus ausgelöst wird.
  • Vorteilhafterweise ist zur Auslösung mehrere Sicherheitsmittel und/oder Sicherheitsfunktionen für jede Zeitdauer, die das jeweilige Sicherheitsmittel und/oder die Sicherheitsfunktion vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss, eine Frequenzrampe innerhalb des FMCW-modulierten Sendesignals mit entsprechender Rampensteigung vorgesehen.
  • Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer adaptiven Abstands- bzw. Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm gespeichert, das auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor oder Signalprozessor ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, sodass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
    •
  • Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
  • 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 3 ein Frequenz-Zeit-Diagramm der entsprechenden Sende- und Empfangssignale und
  • 4 ein Relativgeschwindigkeits-Abstands-Diagramm zur Erläuterung der Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild dargestellt, das eine Hochfrequenzsende- und -empfangseinrichtung 1 aufzeigt. Diese Hochfrequenzsende- und -empfangseinrichtung 1 weist einen Hochfrequenzoszillator 2 auf der in Abhängigkeit eines ihm zugeführten Steuerspannungssignals eine hochfrequente Mikrowellenstrahlung erzeugt. Diese Mikrowellenstrahlung wird vom Oszillator 2 an eine Sendeantenne 3 weitergeleitet, die das Mikrowellensignal als Sendesignal 4 abstrahlt. Dieses Sendesignal 4 wird an Objekten, die sich vor dem mit dem erfindungsgemäßen System ausgerüsteten Kraftfahrzeug befinden, reflektiert und als Empfangssignal 5 zurückgesendet. Das Emp fangssignal 5 ist gegenüber dem Sendesignal 4 infolge der Laufzeit des Signals zeitverschoben sowie durch die Relativgeschwindigkeit des reflektierenden Objekts zusätzlich in der Frequenz dopplerverschoben. Wird als Sendesignal 4 ein FMCW-moduliertes Signal ausgestrahlt, das zeitlich lineare Frequenzveränderungen in Form von Frequenzrampen aufweist, so entsteht ein Empfangssignal 5, das eine unterschiedliche Frequenz bezüglich des Sendesignals 4 aufweist. Diese Frequenzveränderung rührt zum einem vom Dopplereffekt infolge der Relativgeschwindigkeit des reflektierenden Objekts her, zum anderen ist im Falle einer steigenden Frequenzrampe des Sendesignals 4 die Momentanfrequenz des Sendesignals 4 bereits dadurch verändert, dass das momentane Empfangssignal infolge der Signallaufzeit mit einer anderen Frequenz ausgestrahlt wurde. Das Empfangssignal 5 wird mittels einer Empfangsantenne 6 empfangen und Mischern 7, 8 zugeführt. Erfindungsgemäß kann es auch vorgesehen sein, diese Sende- und Empfangseinrichtung nicht, wie aufgezeigt, als bistatisches Sende- und Empfangssystem auszuführen, das getrennten Antennen zum Senden und Empfangen aufweist, sondern als monostatisches System ausgeführt sein kann, das zum Senden und Empfangen der Signale 4, 5 die gleiche Sende- und Empfangsantenne verwendet. In diesem Fall wäre eine zusätzliche Sende- und Empfangsweiche einzufügen, die das Oszillatorausgangssignal des Oszillators 2 auf die monostatische Antenne leitet und die Empfangssignale der monostatischen Antenne an die Mischer 7, 8 weiterleitet. Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen Quadraturempfänger auf weshalb zwei getrennte Empfangskanäle für das Inphasesignal I sowie das Quadratursignal Q vorgesehen sind. Das mittels der Empfangsantenne 6 empfangene Empfangssignal 5 wird zum einen an den Inphasemischer 7 weitergegeben, dem zusätzlich das Ausgangssignal des Oszillators 2 zugeführt wird. Der Inphasemischer 7 demoduliert das Empfangssignal 5 mittels des momentanen Sendesignals 2 und erzeugt hieraus der Inphasesignal I, das an die Analog-Digital-Wandlereinheit 10 ausgegeben wird. Zusätzlich wird das Empfangssignal 5 von der Empfangsantenne 6 and den Quadraturmischer 8 weitergeleitet, dem zusätzlich das Ausgangssignal des Oszillators 2 zugeführt wird, das jedoch zusätzlich durch den Phasenschieber 9 um 90° bzw.
    Figure 00060001
    phasengedreht wurde. Der Quadraturmischer 8 erzeugt aus den ihm zugeführten Signalen ein Quadraturausgangssignal Q, das ebenfalls der Analog-Digital-Wandlereinheit 10 zugeführt wird. Da das Empfangssignal 5 infolge einer zeitveränderlichen Frequenzrampe, die die Sendefrequenz während der Laufzeit τ des Signals verändert gegenüber dem Sendesignal 4 um die Frequenz
    Figure 00070001
    verändert wird sowie infolge des Dopplereffekts um den Wert
    Figure 00070002
    verändert wurde ergibt sich für das Empfangssignal eine momentane Frequenz von
    Figure 00070003
    wobei "Steigung" die Frequenzveränderung pro Zeiteinheit der Rampensteigung des FMCW-modulierten Signals ist, d der Abstand des Objektes zum eigenen Fahrzeug ist, ft die abgestrahlte Frequenz ist, v die Relativgeschwindigkeit des reflektierenden Objektes zum eigenen Fahrzeug ist sowie c die Lichtgeschwindigkeit ist. Möchte man, ausgehend von dieser Gleichung, negative Frequenzen detektieren, so muss man
    fr ≤ 0
    setzen, woraufhin sich die Gleichung umformen lässt in
    Figure 00070004
    was also genau der Zeit tTC bis zu einer zukünftigen Kollision entspricht, sofern sich die Objekte weiterhin mit der Relativgeschwindigkeit v, ausgehend vom Momentanabstand d, bewegen. Wählt man die Zeitdauer bis zu einer zukünftigen Kollision tTC so, dass diese Zeitdauer der Dauer entspricht, die ein Sicherheitsmittel zum Auslösen benötigt, was beispielsweise tTC = 0,3 Sekunden sein können, so lässt sich die Kollision durch Detektion einer negativen Empfangsfrequenz fr erkennen, sofern der Quotient
    Figure 00070005
    also die Sendeffrequenz dividiert durch die Rampensteigung gleich der Zeitdauer tTC gesetzt wird. Setzt man beispielsweise die Sendefrequenz ft = 77GHz und möchte man für die notwendige Zeitdauer zur Auslösung eines Sicherheitsmittels bzw. zur Auslösung einer Sicherheitsfunktion tTC = 0,3 sek notwendig, so ergibt sich hierfür eine notwendige Rampensteigung von "Steigung" = 257 GHz/sek. Wird also im beschriebenen Beispiel eine Sendefrequenz ft = 77 Ghz sowie eine Rampensteigung von "Steigung" = 257 GHz/sek, so kann man eine zukünftige Kollision innerhalb der zukünftigen Zeitdauer tTC = 0,3 sek erkennen, falls eine negative Empfangsfrequenz fr detektiert wird. Dieses Zahlenbeispiel lässt sich auch auf andere Zeitdauern, die zum Auslösen eines Sicherheitsmittels notwendig sind, umformen, wobei hierzu entweder die Rampensteigung "Steigung" oder aber die Sendefrequenz ft bezüglich der Zeitdauer tTC anzupassen sind. Wählt man die Zeitdauer tTC = 0 sek, so kann man mittels dieser Vorrichtung erkennen, ob eine Kollision in diesem Augenblick beginnt. Die mittels der Analog-Digital-Wandlereinrichtung 10 digitalisierten Empfangssignale I und Q werden an eine Fouriertransformationseinrichtung 1 weitergeleitet, in der die digitalisierten Empfangsdaten in ein Frequenzspektrum umgewandelt werden und danach einer Phasenauswertungseinrichtung 12 zugeführt. Bei der Detektion von positiven Empfangsfrequenzen fr > 0 weisen die Inphasensignale bezüglich der jeweiligen Quadratursignale eine Phasenbeziehung von 90° auf, die durch den Phasenschieber 9, mittels dem das Demodulationssignal des Quadraturkanals gedreht wurde, bedingt sind. Wird ein kollisionskritisches Objekt detektiert, so wird theoretische eine negative Frequenz fr < 0, die praktisch nicht messbar ist, empfangen. Da eine negative Frequenz praktisch nicht direkt messbar ist wird ein Quadraturempfänger verwendet in dem der negative Spektrumsanteil des Empfangssignals fr durch die Phasenbeziehung zwischen dem Inphasensignal I sowie dem Quadratursignal Q bestimmbar ist, eingesetzt. Bei der Detektion einer negativen Empfangsfrequenz fr < 0 wechselt demnach die Phase zwischen dem Inphasensignal I und dem Quadratursignal Q ihr Vorzeichen. Dieser Vorzeichenwechsel wird durch die Phasenauswerteeinrichtung 12 erkannt, woraufhin durch das Ausgangssignal der Phasenauswerteeinrichtung 12 ein Sicherheitsmittel 13 bzw. eine Sicherheitsfunktion 13 auslösbar ist.
  • In 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsvariante dargestellt, die im Wesentlichen mit der 1 identisch ist, jedoch zusätzlich eine Steuerung 14 aufweist. Insbesondere bei der Verwendung mehrerer Sicherheitsmittel bzw. mehrerer Sicherheitsfunktionen, wobei für jedes Sicherheitsmittel bzw. Sicherheitsfunktion 13 eine eigene Zeitdauer tTC notwendig ist, in der das Sicherheitsmittel vor der berechneten Kollision ausgelöst werden muss, ist es sinnvoll, die Rampensteigung abwechselnd so zu variieren, dass die entsprechenden Zeitdauern tTC eingestellt werden. Hierzu ist die Steuerungseinrichtung 14 vorgesehen, die ein Steuersignal an den Oszillator 2 ausgibt, mittels dem der Oszillator 2 in der Rampensteigung veränderbar ist. Zusätzlich wird von der Steuerung 14 ein Ausgangssignal an das Sicherheitsmittel bzw. die Sicherheitsfunktion 13 ausgegeben, wobei dieses Signal dem Sicherheitsmittel bzw. der Sicherheitsfunktion 13 mitteilt, welche Auslösezeitdauer bis zur Kollision tTC momentan im Oszillator 2 eingestellt ist und bezüglich der die Phase im Block 12 ausgewertet wird.
  • In 3 ist ein Frequenz-Zeit-Diagramm dargestellt, in dem beispielhaft eine Frequenzrampe des FMCW-modulierten Sendesignals 4 dargestellt ist. Weiterhin ist das Empfangssignal 5 dargestellt, das infolge Dopplereffekt und Laufzeit bezüglich des Sendesignals 4 verschoben ist. Das Sendesignal 4 weist eine oder mehrere Rampen auf, wobei diese jeweils unterschiedliche Rampensteigungen haben können. Diese Rampen können beispielsweise abwechselnd ansteigende und abfallende Rampen sein oder beispielsweise nur aus hintereinander ansteigenden Frequenzrampen unterschiedlicher Rampensteigungen bestehen, zwischen denen die Frequenz jeweils wieder auf die Ausganmgfrequenz zurückspringt. Während der Zeitdauer von t = 0 bis t = tA wird ein Mikrowellensignal mit der Trägerfrequenz ft ausgestrahlt. In der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t = tA und dem Zeitpunkt t = tC steigt die Sendefrequenz, von der Trägerfrequenz ft ausgehend, an bis auf dem Wert ft + fH, wobei dieser um den Frequenzhub fH gegenüber der Trägerfrequenz ft erhöht ist. Die Frequenzsteigung dieser Rampe lässt sich zu "Steigung" =
    Figure 00090001
    berechnen, die in der Gleichung 4 ebenfalls als Variable "Steigung" benannt wurde. Nach dem Zeitpunkt t = tC verläuft die Frequenz konstant auf dem Frequenzwert ft + fH und kann danach beispielsweise mittels einer abfallenden Frequenzrampe auf den Wert ft wieder abfallen oder einen Frequenzsprung auf den Wert ft vorsehen, woraufhin eine neue Frequenzrampe ansteigt. Das Empfangssignal 5, das infolge einer Reflexion des Sendesignals 4 an einem vorausbefindlichen Objekt zurückreflektiert wurde, ist einerseits durch die Laufzeit des Signals bezüglich des Sendesignals 4 zeitverschoben, wobei die Zeitverschiebung im dargestellten Beispiel den Wert tB – tA hat. Bedingt durch diese Laufzeit weist das Sendesignal 4 zu einem Zeitpunkt t eine höhere Frequenz auf als das Empfangssignal 5, da das Sendesignal infolge der ansteigenden Frequenzrampe bereits eine höhere Momentanfrequenz aufweist. Durch die Bewegung des vorausbefindlichen Objektes, an dem das Sendesignal 4 reflektiert wird, ergibt sich eine Dopplerverschiebung um den Wert fD, wodurch das Empfangssignal 5 gegenüber dem Sendesignal 4 um den Wert fD in Richtung positiver Frequenzen verschoben ist. Während der Zeitdauer einer ansteigenden Frequenzrampe, wie sie beispielsweise während der Zeitdauer zwischen t = tA und t = tC gegeben ist, ergibt sich hieraus eine Frequenzverschiebung Δf des Empfangssignals 5 gegenüber dem Sendesignal 4 infolge der Dopplerverschiebung fD sowie der Frequenzveränderung fLZ bedingt durch die Signallaufzeit und die kontinuierlich ansteigende Frequenzrampe. Wählt man entsprechend der Gleichung 4 eine Trägerfrequenz ft sowie eine Rampensteigung
    Figure 00100001
    so dass man eine Kollision innerhalb der Zeitdauer tTC erkannt werden kann, ergibt sich hierfür in 4 in einem Relativgeschwindigkeits-Abstands-Diagramms der Auslösebereich des Sicherheitsmittels bzw. der Sicherheitsfunktion 13.
  • In 4 ist ein Diagramm dargestellt, in dem auf der Abszisse 15 der Abstand d des eigenen Fahrzeugs zum vorherfahrenden Fahrzeug aufgetragen ist sowie auf der Ordinate 16 die Relativgeschwindigkeit v aufgetragen ist, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann, je nachdem, ob das vorausfahrende Fahrzeug schneller als das eigene Fahrzeug oder langsamer ist. Setzt man in der Gleichung 4 für die Zeitdauer tTC, innerhalb der eine Kollision durch eine negative Frequenz erkennbar ist, zu beispielsweise tTC = 0,3 Sekunden, so erhält man Kombinationen von Relativgeschwindigkeit v und Abstand d, zu denen eine Kollision während der zukünftigen Zeitdauer t = tTC bevorsteht, sofern sich das Fahrzeug mit der momentanen Relativgeschwindigkeit v, ausgehend vom derzeitigen Abstand d, fortbewegt. Diese Kombinationen von Relativgeschwindigkeit v und Abstand d ist beispielhaft durch die Gerade 17 dargestellt, die einen Bereich 18 begrenzt, innerhalb dem die Relativgeschwindigkeits-Abstands-Kombinationen liegen, zu denen eine Kollision während der vorausbefindlichen Zeitdauer tTC bevorsteht, bei gleichbleibender Relativgeschwindigkeit, ausgehend vom Momentanabstand d.
  • Sieht man zur Auslösung eines Sicherheitsmittels 13 oder einer Sicherheitsfunktion eine kürzere Zeitdauer vor, um die das Sicherheitsmittel bzw. die Sicherheitsfunktion vor der Kollision ausgelöst werden muss, wobei diese Zeitdauer beispielsweise tTC = 0,2 s oder 0,1 s gewählt werden kann, so ergibt sich im Relativgeschwindigkeits-Abstands-Diagramm der 4 eine Auslöseschwelle 19 bzw. 20, wobei Auslöseschwellen für beliebige tTC > 0 s im Relativgeschwindigkeits-Abstands-Diagramm der 4 als Halbgeraden 17, 19, 20 dargestellt werden, die im Koordinatenursprung entspringen und im Quadrant mit v < 0 und d > 0 verlaufen. Die Auslöseschwelle 17 repräsentiert hierbei beispielhaft eine Zeitdauer tTC = 0,3 s bis zur Kollision, die Auslöseschwelle 20 repräsentiert beispielhaft die Zeitdauer tTC = 0,2 s und die Halbgerade 19 repräsentiert beispielhaft die Auslöseschwelle für tTC = 0,1 s. Die zugehörigen Auslösebereiche zu diesen Auslöseschwellen 19, 20 ergeben sich in Analogie zum Auslöebereich 18, der zur Auslöseschwelle 17 zugehörig ist, indem der Auslösebereich jeweils von der Koordinatenhalbachse v < 0 und der Halbgeraden der Auslöseschwelle 17, 19, 20 begrenzt wird. Ein de tektiertes, vorausbefindliches Objekt, das im Relativgeschwindigkeits-Abstands-Diagramm der 4 innerhalb des Auslösebereichs 18 darstellbar ist, erzeugt demnach bei geeignet gewählter Sendefrequenz ft und geeignet gewählter Frequenzsteigung "Steigung" als Empfangsfrequenz fr eine negative Frequenz, die aufgrund ihrer Phasenbeziehung zwischen dem Inphasensignal und dem Quadratursignal detektierbar ist. In Abhängigkeit der Detektion einer derartigen Phasenbeziehung ist ein Sicherheitsmittel bzw. eine Sicherheitsfunktion 13 auslösbar.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Aussenden und zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung zur Erkennung einer bevorstehenden Kollision mit einem vorausbefindlichen Objekt innerhalb einer zukünftigen Zeitdauer (tTC), wobei die ausgesandte Strahlung (4) FMCW-moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampensteigung (fH/(tC – tA)) der Frequenzrampe (4) in Abhängigkeit der Sendefrequenz (f(t)) und in Abhängigkeit der zukünftigen Zeitdauer (tTC) bestimmt wird und bei der Detektion einer negativen Empfangsfrequenz eine bevorstehende Kollision innerhalb der zukünftigen Zeitdauer (tTC) erkannt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zukünftige Zeitdauer (tTC), innerhalb der eine Kollision detektierbar ist, die Zeitdauer ist, die ein auszulösendes Sicherheitsmittel (13) und/oder eine auszulösende Sicherheitsfunktion (13) vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion negativer Frequenzen ein Quadraturempfänger (I, Q) vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Quadraturempfänger einen Phasenkomparator (12) aufweist, der aus der Phasenbeziehung des Inphasensignals (I) zum Quadratursignal (Q) bestimmt, ob die empfangene Frequenz (fr) eine positive oder negative Frequenz ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitsmittel (13) und/oder eine Sicherheitsfunktion (13) ausgelöst wird, wenn eine negative Frequenz erkannt wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsmittel (13) und/oder die Sicherheitsfunktion (13) mindestens – eine automatische Fahrzeugverzögerung, – ein automatischer Lenkeingriff, – die Auslösung mindestens eines Insassenrückhaltesystems oder – eine Kombination hieraus ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslösung mehrerer Sicherheitsmittel (13) und/oder Sicherheitsfunktionen (13) für jede Zeitdauer (tTC), die das jeweilige Sicherheitsmittel und/oder die Sicherheitsfunktion vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss, eine Frequenzrampe (4) mit entsprechender Rampensteigung (fH/(tC – tA)) vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesandte (4) und empfangene (5) elektromagnetische Strahlung Mikrowellenstrahlung oder Laserstrahlung ist.
  9. Verfahren zur Erkennung einer bevorstehenden Kollision mit einem vorausbefindlichen Objekt innerhalb einer zukünftigen Zeitdauer (tTC), indem elektromagnetischer Strahlung aussendet (4) und empfangen (5) wird, wobei die ausgesandte Strahlung (4) FMCW-moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampensteigung (fH/(tC – tA)) der Frequenzrampe (4) in Abhängigkeit der Sendefrequenz (f(t)) und in Abhängigkeit der zukünftigen Zeitdauer (tTC) bestimmt wird und eine bevorstehende Kollision innerhalb der zukünftigen Zeitdauer (tTC) erkannt wird, wenn eine negative Empfangsfrequenz detektiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zukünftige Zeitdauer (tTC), innerhalb der eine Kollision detektierbar ist, die Zeitdauer ist, die ein auszulösendes Sicherheitsmittel (13) und/oder eine auszulösende Sicherheitsfunktion (13) vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion negativer Frequenzen die Empfangssignale einem Quadraturempfänger (I, Q) zugeführt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Phasenbeziehung des Inphasensignals (I) zum Quadratursignal (Q) mittels eines Phasenkomparators (12) bestimmt wird, ob die empfangene Frequenz (fr) eine positive oder negative Frequenz ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Detektion einer negativen Frequenz ein Sicherheitsmittel (13) und/oder eine Sicherheitsfunktion (13) ausgelöst wird.
  14. Verfahren nach Anspruche 13, dadurch gekennzeichnet dass als Sicherheitsmittel (13) und/oder als Sicherheitsfunktion (13) mindestens – eine automatische Fahrzeugverzögerung, – ein automatischer Lenkeingriff, – die Auslösung mindestens eines Insassenrückhaltesystems oder – eine Kombination hieraus ausgelöst wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslösung mehrerer Sicherheitsmittel (13) und/oder Sicherheitsfunktionen (13) für jede Zeitdauer (tTC), die das jeweilige Sicherheitsmittel (13) und/oder die Sicherheitsfunktion (13) vor dem erkannten Kollisionszeitpunkt ausgelöst werden muss, eine Frequenzrampe innerhalb des FMCW-modulierten Sendesignals (4) mit entsprechender Rampensteigung (fH/(fC – fA)) vorgesehen ist.
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