DE102014010387A1

DE102014010387A1 - Method for determining the speed of a motor vehicle from radar data of a single radar sensor and motor vehicle

Info

Publication number: DE102014010387A1
Application number: DE102014010387.0A
Authority: DE
Inventors: Rachid Khlifi
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-07-12
Filing date: 2014-07-12
Publication date: 2016-01-14

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs (1) aus Radardaten eines einzigen Radarsensors (2) des Kraftfahrzeugs (1), für wenigstens ein in den Radardaten identifizierbares, feststehendes Objekt eine Relativgeschwindigkeit ermittelt wird, aus der eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) ermittelt wird.Method for determining the speed of a motor vehicle (1) from radar data of a single radar sensor (2) of the motor vehicle (1), for at least one stationary object identifiable in the radar data, a relative speed is determined, from which a speed of the motor vehicle (1) is determined ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs aus Radardaten eines einzigen Radarsensors des Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for determining the speed of a motor vehicle from radar data of a single radar sensor of the motor vehicle and a motor vehicle.

Bei vielen Fahrzeugsystemen in Kraftfahrzeugen spielt die Information über die Geschwindigkeit des eigenen Kraftfahrzeugs (Ego-Geschwindigkeit) eine sehr wichtige Rolle. Beispielsweise geht die eigene Geschwindigkeit in die Kollisionswahrscheinlichkeit mit anderen Verkehrsteilnehmern, in die ACC-Regelung und dergleichen ein. Die Qualität der Aktionen der Fahrzeugsysteme, beispielsweise von Warnungen und/oder Eingriffen in einer kritischen Situation, hängt somit auch von der Qualität der Ego-Geschwindigkeitsinformation ab. Ist die Ego-Geschwindigkeit unplausibel oder fehlerhaft, können eine größere Zahl von Funktionen im Kraftfahrzeug beeinträchtigt werden.In many vehicle systems in motor vehicles, information about the speed of one's own motor vehicle (ego speed) plays a very important role. For example, the own speed enters the collision probability with other road users, in the ACC control and the like. The quality of the actions of the vehicle systems, such as warnings and / or interventions in a critical situation, thus also depends on the quality of the ego speed information. If the ego speed is implausible or faulty, a larger number of functions in the motor vehicle can be impaired.

Bei heutigen Kraftfahrzeugen ist es bekannt, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs durch ein Antiblockiersystem oder ein sonstiges Fahrwerksystem zu ermitteln und über ein Bussystem des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines CAN-Bus, an andere Fahrzeugsysteme beziehungsweise deren Steuergeräte weitergegeben. Dabei sind bereits eine Reihe von Plausibilisierungsmechanismen im Kraftfahrzeug realisiert, die die Ego-Geschwindigkeit auf Korrektheit überprüfen, beispielsweise durch Berechnung in Abhängigkeit von einer gemessenen Raddrehzahl und dem Radumfang.In today's motor vehicles, it is known to determine the speed of the motor vehicle by an antilock brake system or other suspension system and passed on to a different bus systems or their control units via a bus system of the motor vehicle, for example a CAN bus. In this case, a number of plausibility mechanisms are already implemented in the motor vehicle, which check the ego speed for correctness, for example by calculation as a function of a measured wheel speed and the wheel circumference.

Je kleiner die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist, desto ungenauer ist der berechnete und/oder gemessene Wert. In sehr niedrigen Geschwindigkeitsbereichen ist die Auflösung häufig nicht ausreichend genug, so dass es beispielsweise vorkommen kann, dass sich das Kraftfahrzeug mit einer Geschwindigkeit von kleiner als 5 km/h bewegt, als Ego-Geschwindigkeit jedoch ein Wert von 0 km/h vorliegt. Ein anderer Fehlerfall ist Glätte auf der Straße, bei der die Räder des Kraftfahrzeugs durchdrehen können, ohne dass sich das Kraftfahrzeug bewegt. Mithin wird ein falsches Geschwindigkeitssignal aus der Raddrehzahl und dem Radumfang aufgegeben.The smaller the speed of the motor vehicle, the less accurate is the calculated and / or measured value. In very low speed ranges, the resolution is often insufficient enough that, for example, it may happen that the motor vehicle is moving at a speed of less than 5 km / h, but that ego speed is 0 km / h. Another error case is smoothness on the road, in which the wheels of the motor vehicle can spin without the vehicle moving. Thus, an incorrect speed signal from the wheel speed and the wheel circumference is abandoned.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur genauen und zuverlässigen Ermittlung einer Ego-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs anzugeben.The invention is therefore based on the object of specifying a possibility for the accurate and reliable determination of an ego speed of a motor vehicle.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs aus Radardaten eines einzigen Radarsensors des Kraftfahrzeugs vorgesehen, welches sich dadurch auszeichnet, dass für wenigstens ein in den Radardaten identifizierbares, feststehendes Objekt eine Relativgeschwindigkeit ermittelt wird, aus der eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.To achieve this object, the invention provides a method for determining the speed of a motor vehicle from radar data of a single radar sensor of the motor vehicle, which is characterized in that a relative speed is determined for at least one identifiable in the radar data, fixed object from which a speed of the motor vehicle is determined.

Mit einem hoch auflösenden Radarsensor, wie sie im Stand der Technik bereits verbaut sind, ist es möglich, die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, also die Ego-Geschwindigkeit, sehr genau zu messen, sobald Objekte identifiziert werden können, die feststehend sind. Wie grundsätzlich bekannt, ist es mit einem Radarsensor möglich, aufgrund des Dopplereffekts eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und einem detektierten Objekt festzustellen. Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit ist die Berücksichtigung der Laufzeitmessung zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Dabei können in dem Radarsensor auch Ergebnisse einer Dopplermessung und Ergebnisse einer Laufzeitmessung kombiniert werden, um eine noch genauerer Relativgeschwindigkeit zu erhalten, was insbesondere bei FMCW-Radarsensoren sinnvoll ist. Es sind jedoch auch Radarsensoren denkbar, beispielsweise Pulsradarsensoren, bei denen die Relativgeschwindigkeit alleine aufgrund der Laufzeitmessung ermittelt wird.With a high-resolution radar sensor, as already installed in the prior art, it is possible to measure the speed of a motor vehicle, so the ego speed very accurately, as soon as objects can be identified, which are fixed. As is generally known, it is possible with a radar sensor to detect a relative speed between the motor vehicle and a detected object due to the Doppler effect. Another way to determine the relative speed is the consideration of the transit time measurement at two different times. In this case, results of a Doppler measurement and results of a transit time measurement can be combined in the radar sensor in order to obtain an even more accurate relative speed, which is particularly useful in FMCW radar sensors. However, radar sensors are also conceivable, for example pulse radar sensors, in which the relative speed is determined solely on the basis of the transit time measurement.

Die Relativgeschwindigkeit entspricht der Differenz zwischen der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und der Geschwindigkeit des Ziels, so dass dann, wenn die Geschwindigkeit des Ziels Null beträgt, die gemessene Relativgeschwindigkeit, also die beispielsweise eine Dopplergeschwindigkeit, zumindest im Winkel der Messung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs entspricht, so dass hieraus die Ego-Geschwindigkeit in Längsrichtung bestimmt werden kann.The relative speed corresponds to the difference between the speed of the motor vehicle and the speed of the target, so that when the speed of the target is zero, the measured relative speed, that is, for example, a Doppler speed, at least at the angle of measurement of the speed of the motor vehicle, so that from this the ego-speed in the longitudinal direction can be determined.

Dabei ist der Radarsensor im Ego-Kraftfahrzeug fest verbaut, wobei auch die Einbauposition des Radarsensors üblicherweise bekannt ist. Diese Informationen können, insbesondere zur Plausibilisierung, auch in die Ermittlung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eingehen.In this case, the radar sensor is firmly installed in the Ego motor vehicle, wherein the installation position of the radar sensor is usually known. This information can, in particular for plausibility, also go into the determination of the speed of the motor vehicle.

Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass der Radarsensor dediziert zur Geschwindigkeitsmessung vorgesehen sein kann, insbesondere, wenn als feststehende Objekte Teile der Fahrbahn betrachtet werden sollen. Dies ist jedoch nicht zwangsläufig notwendig, nachdem der Radarsensor selbstverständlich auch für andere Fahrzeugsysteme nützliche Radardaten liefern kann. Hervorgehoben sei zudem, dass das Kraftfahrzeugs selbstverständlich mehrere Radarsensoren aufweisen kann, es jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausreichend ist, die Radardaten eines einzigen dieser Radarsensoren zu betrachten, um daraus eine Information zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu erhalten.It should also be noted at this point that the radar sensor can be dedicated to the speed measurement, in particular if parts of the roadway are to be considered as stationary objects. However, this is not necessarily necessary after the radar sensor can of course also provide useful radar data for other vehicle systems. It should also be emphasized that the motor vehicle can of course comprise several radar sensors, but it is sufficient in the context of the present invention to observe the radar data of a single one of these radar sensors in order to obtain information about the speed of the motor vehicle.

Möglich wird das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dadurch, dass mittlerweile hochauflösende, auch für kürzere Reichweiten geeignete Radarsensoren existieren, mit denen eine hervorragende Trennung einzelner Ziele, mithin einzelner Objekte und somit auch beispielsweise bestimmter Merkmale der Fahrbahn möglich ist, die insbesondere als Punktziele eine äußerst genaue Bestimmung der Relativgeschwindigkeit und somit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Insofern nutzt das erfindungsgemäße Verfahren also die neuesten Entwicklungen für eine Anwendung eines Radarsensors aus, die bislang noch nicht in Betracht gezogen wurde. The method according to the invention is made possible, in particular, by the fact that in the meantime high-resolution radar sensors, which are also suitable for shorter ranges, exist with which an excellent separation of individual targets, thus individual objects and thus also, for example, certain characteristics of the roadway, is possible, especially as point targets an extremely accurate determination allow the relative speed and thus the speed of the motor vehicle. In this respect, the method according to the invention thus exploits the latest developments for the application of a radar sensor which has hitherto not been considered.

In bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein einen Teil der Fahrbahn bildendes Objekt detektiert wird, insbesondere durch den gezielt auf die Fahrbahn gerichteten Radarsensor. Die Fahrbahn, auf der sich das Kraftfahrzeug bewegt, hat den Vorteil, dass von vorneherein bekannt ist, dass sie feststehend ist, so dass ihre Merkmale, beispielsweise Unebenheiten und dergleichen, hervorragend als Objekt verwendet werden können. Im Schritt der Identifikation des Objekts fällt also die Klassifikation als feststehendes Objekt im Wesentlichen weg, wenn Merkmale, also einen Teil der Fahrbahn bildende Objekte, betrachtet werden. Der Radarsensor kann dabei gezielt so ausgerichtet sein, dass er in jedem Fall die Fahrbahn erfasst. Hierfür kann ein dedizierter Radarsensor verwendet werden; jedoch ist es auch möglich, einen Radarsensor zu verwenden, der in einem fest definierten Anteil seines Erfassungsbereichs die Fahrbahn aufnimmt, ansonsten jedoch seine Radardaten auch anderen Funktionen im Kraftfahrzeug zur Verfügung stellen kann.In a preferred embodiment of the present invention, it is provided that an object forming part of the roadway is detected, in particular by the radar sensor aimed specifically at the roadway. The road surface on which the motor vehicle moves has the advantage that it is known from the outset that it is stationary so that its features, such as bumps and the like, can be excellently used as an object. In the step of identifying the object, therefore, the classification as a fixed object essentially disappears if features, that is to say a part of the roadway, are considered. The radar sensor can be specifically targeted so that it detects the roadway in any case. For this purpose, a dedicated radar sensor can be used; However, it is also possible to use a radar sensor which receives in a fixed portion of its coverage, the roadway, but otherwise can provide its radar data other functions in the vehicle available.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch denkbar, andere feststehende Objekte zu betrachten, so dass vorgesehen sein kann, dass zur Identifizierung eines Objektes als feststehendes Objekt ein Vergleich mit wenigstens einem Referenzreflektionsmuster durchgeführt wird. Werden beispielsweise Räume, Leitplanken oder dergleichen als üblicherweise im Umfeld eines Kraftfahrzeug befindliche feststehende Objekte betrachtet, weisen diese ein bestimmtes, charakteristisches Reflektionsmuster auf, das als Referenzreflektionsmuster mit dem tatsächlich aufgenommenen Reflektionsmuster verglichen werden kann, um das Objekt als ein feststehendes Objekt zu klassifizieren. Hierzu können beispielsweise Klassifikatoren verwendet werden, die auf Basis einer Datenbank von Referenzreflektionsmustern arbeiten.Of course, in the context of the present invention, it is also conceivable to consider other fixed objects, so that it can be provided that a comparison with at least one reference reflection pattern is performed to identify an object as a fixed object. If, for example, rooms, crash barriers or the like are regarded as stationary objects normally located in the vicinity of a motor vehicle, they have a specific, characteristic reflection pattern, which can be compared as a reference reflection pattern with the actually recorded reflection pattern in order to classify the object as a fixed object. For example, classifiers can be used which work on the basis of a database of reference reflection patterns.

Zur Identifizierung des Objekts und/oder zur Ermittlung der Relativgeschwindigkeit können ein von dem Radarsensor gemessener Winkel und/oder ein von dem Radarsensor gemessener Abstand berücksichtigt werden. Während der Abstand hauptsächlich hinsichtlich der Plausibilisierung der Ausrichtung des Radarsensors und/oder im Hinblick auf die Identifizierung von Objekten wesentlich ist, geht der Winkel auch in die gemessene Geschwindigkeit mit ein, nachdem ja der Dopplereffekt nur den Geschwindigkeitsanteil in der Messrichtung liefert. Da aber bekannt ist, in welche Richtung sich das Kraftfahrzeug bewegt (beispielsweise parallel zur Fahrbahn), lässt sich auf die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Längsrichtung durch trigonometrische Betrachtung rückrechnen, wobei bei auftretenden Vertikalgeschwindigkeitskomponenten, beispielsweise aufgrund von Unebenheiten in der Straße, Federvorgängen und dergleichen, selbstverständlich eine statistische Betrachtung stattfinden kann. Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass der Winkeleffekt auch vernachlässigbar sein kann, insbesondere, wenn nur ein äußerst kleiner Winkel betrachtet wird, da dann die Relativgeschwindigkeit in der Messrichtung im Wesentlichen der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in der Horizontalen entspricht. Bewegungen in der Vertikalen können im Übrigen auch durch Betrachtungen des vom Radarsensor gelieferten Abstands zumindest abgeschätzt werden.To identify the object and / or to determine the relative speed, an angle measured by the radar sensor and / or a distance measured by the radar sensor can be taken into account. While the distance is mainly important for the plausibility of the orientation of the radar sensor and / or with regard to the identification of objects, the angle is also included in the measured speed, since the Doppler effect only supplies the speed component in the measuring direction. However, since it is known in which direction the motor vehicle is moving (for example, parallel to the road), the speed of the motor vehicle can be recalculated in the longitudinal direction by trigonometric observation, with occurring vertical velocity components, for example due to unevenness in the road, spring operations and the like, Of course, a statistical analysis can take place. It should also be noted at this point that the angle effect can also be negligible, in particular if only an extremely small angle is considered, since then the relative speed in the measuring direction essentially corresponds to the speed of the motor vehicle in the horizontal. Incidentally, movements in the vertical can at least be estimated by considering the distance provided by the radar sensor.

Wie bereits erwähnt wurde, nutzt das Verfahren die Verfügbarkeit von hochauflösenden Radarsensoren, wobei insbesondere ausgenutzt wird, dass inzwischen auch Komponenten in Halbleitertechniken hergestellt werden können.As already mentioned, the method makes use of the availability of high-resolution radar sensors, in particular utilizing the fact that components in semiconductor techniques can now also be produced.

Die Realisierung von Radarkomponenten auf Halbleiterbasis erwies sich lange Zeit als schwierig, da teure Spezialhalbleiter, insbesondere GaAs, benötigt wurden. Es wurden kleinere Radarsensoren vorgeschlagen, deren gesamtes Radar-Frontend auf einem einzigen Chip in SiGe-Technologie realisiert ist, ehe auch Lösungen in der CMOS-Technologie bekannt wurden. Solche Lösungen sind Ergebnis der Erweiterung der CMOS-Technologie auf Hochfrequenzanwendungen, was oft auch als RF-CMOS bezeichnet wird. Ein solcher CMOS-Radarchip ist äußerst kleinbauend realisiert und nutzt keine teuren Spezialhalbleiter, bietet also vor allem in der Herstellung deutliche Vorteile gegenüber anderen Halbleitertechnologien. Eine beispielhafte Realisierung eines 77 GHz-Radar-Transceivers als ein CMOS-Chip ist in dem Artikel von Jri Lee et al., „A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Transceiver in 65-nm CMOS Technology”, IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), S. 2746–2755 , beschrieben.The realization of semiconductor-based radar components has long proved difficult, as expensive specialty semiconductors, particularly GaAs, have been required. Smaller radar sensors have been proposed, whose entire radar frontend is realized on a single chip in SiGe technology before solutions in CMOS technology became known. Such solutions are the result of extending CMOS technology to high frequency applications, often referred to as RF CMOS. Such a CMOS radar chip is realized extremely compact and does not use expensive special semiconductors, thus offers significant advantages over other semiconductor technologies, especially in the production. An exemplary implementation of a 77 GHz radar transceiver as a CMOS chip is described in the article by Jri Lee et al., "A Fully Integrated 77GHz FMCW Radar Transceiver in 65nm CMOS Technology", IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), pp. 2746-2755 , described.

Nachdem zudem vorgeschlagen wurde, den Chip und die Antenne in einem gemeinsamen Package zu realisieren, ist ein äußerst kostengünstiger kleiner Radarsensor möglich, der Bauraumanforderungen deutlich besser erfüllen kann und aufgrund der kurzen Signalwege auch ein sehr niedriges Signal-Zu-Rausch-Verhältnis aufweist sowie für hohe Frequenzen und größere, variable Frequenzbandbreiten geeignet ist. Daher lassen sich derartige, kleinbauende Radarsensoren auch für Kurzreichweiten-Anwendungen, beispielsweise im Bereich von 30 cm bis 10 m, einsetzen.After it has also been proposed to realize the chip and the antenna in a common package, a very low cost small radar sensor is possible, which can meet the space requirements significantly better and due to the short signal paths also has a very low signal-to-noise ratio and for height Frequencies and larger, variable frequency bandwidths is suitable. Therefore, such, small-sized radar sensors can also be used for short-range applications, for example in the range of 30 cm to 10 m.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, einen solchen CMOS-Transceiver-Chip und/oder ein Package mit CMOS-Transceiver-Chip und Antenne auf einer gemeinsamen Leiterplatte mit einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor (DSP-Prozessor) vorzusehen oder die Funktionen des Signalverarbeitungsprozessors ebenso in den CMOS-Transceiver-Chip zu integrieren. Eine ähnliche Integration ist für Steuerungsfunktionen möglich.It has also been proposed to provide such a CMOS transceiver chip and / or a package with CMOS transceiver chip and antenna on a common circuit board with a digital signal processing processor (DSP processor) or the functions of the signal processing processor in the CMOS Integrate transceiver chip. Similar integration is possible for control functions.

Mithin ist die Nutzung solcher Radarsensoren beziehungsweise Radar-Frontends auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht daher vor, dass ein Radarsensor mit einem als Halbleiterchip, insbesondere CMOS-Chip, realisierten Radar-Transceiver verwendet wird. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn in den Halbleiterchip auch eine digitale Signalverarbeitungskomponente (DSP) und/oder eine Steuereinheit integriert sind und/oder der Halbleiterchip und Antennen als Package ausgebildet sind, wie soeben beschrieben wurde. Durch eine solche Hochintegration und kontrollierte Signalwege im Halbleiterchip ist das Rauschlevel niedriger, so dass ein hohes Signal-zu-Rauschverhältnis erreicht werden kann. Dies ermöglicht eine verbesserte, genauere Messung der Relativgeschwindigkeit.Consequently, the use of such radar sensors or radar front ends is also particularly advantageous in the context of the present invention. A particularly preferred embodiment of the present invention therefore provides that a radar sensor with a radar transceiver realized as a semiconductor chip, in particular a CMOS chip, is used. It is particularly preferred if a digital signal processing component (DSP) and / or a control unit are integrated in the semiconductor chip and / or the semiconductor chip and antennas are formed as a package, as just described. Such a high integration and controlled signal paths in the semiconductor chip mean that the noise level is lower, so that a high signal-to-noise ratio can be achieved. This enables an improved, more accurate measurement of the relative speed.

Insbesondere unter Verwendung der genannten Halbleitertechnologien ist es ebenso möglich, die Abstandstrennfähigkeiten und Winkelauflösungen der Radarsensoren durch Verwendung größerer Frequenzbandbreiten zu verbessern, so dass der Radarsensor zweckmäßigerweise mit einer Frequenzbandbreite von größer als 3 GHz betrieben wird, bevorzugt mit einer Frequenzbandbreite von 4 GHz. Es ist ferner, insbesondere im Rahmen der möglichst genauen Identifikation von Objekten, bevorzugt Objekten, die im Wesentlichen Punktquellen darstellen, vorteilhaft, wenn ein Radarsensor mit derart angeordneten Antennen verwendet wird, dass eine Winkelauflösung in zwei zueinander senkrechten Ebenen möglich ist, die bei der Identifizierung des Objekts berücksichtigt wird. Es sind also Radarsensoren denkbar, die durch entsprechende Anordnung der einzelnen Antennen hochaufgelöst zwei Winkelkoordinaten feststellen können, wobei beispielsweise ein Öffnungswinkel in der einen Ebene von 160 Grad und ein Öffnungswinkel in der anderen Ebene von 90 Grad verwendet werden kann.In particular, using the above-mentioned semiconductor technologies, it is also possible to improve the distance separation capabilities and angular resolutions of the radar sensors by using larger frequency bandwidths, so that the radar sensor is expediently operated with a frequency bandwidth of greater than 3 GHz, preferably with a frequency bandwidth of 4 GHz. It is also advantageous, in particular in the context of the most accurate identification of objects, preferably objects that represent substantially point sources, advantageous when a radar sensor is used with such arranged antennas that an angular resolution in two mutually perpendicular planes is possible in the identification of the object is taken into account. Thus, radar sensors are conceivable which, by appropriate arrangement of the individual antennas, can detect two angle coordinates in high resolution, wherein for example an opening angle in one plane of 160 degrees and an opening angle in the other plane of 90 degrees can be used.

Idealerweise wirken im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle diese Ausgestaltungen zusammen, um hochgenau Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs bestimmen zu können. Durch die höhere Frequenzbandbreite, beispielsweise von 4 GHz, kann der Abstand zur Straße beziehungsweise zu sonstigen Objekten sehr genau vermessen werden. Im Rahmen der Hochintegration sind dennoch sehr niedrige Zykluszeiten, beispielsweise im Bereich von 10 ms, möglich, wobei beispielsweise Up-Chirps einer Dauer von beispielsweise im Bereich von 10 ms verwendet werden können. Dabei sei angemerkt, dass es zweckmäßigerweise vorgesehen ist, im Rahmen der Modulation mehrere Chirps, beispielsweise vier aufeinanderfolgende Up-Chirps, zu verwenden, so dass auch die Auflösung der Relativgeschwindigkeit erhöht werden kann, die mit der Anzahl der Chirps steigt.Ideally, in the context of the present invention, all of these configurations cooperate in order to be able to determine high-speed speeds of the motor vehicle. Due to the higher frequency bandwidth, for example of 4 GHz, the distance to the road or to other objects can be measured very accurately. However, in the context of high integration very low cycle times, for example in the range of 10 ms, are possible, for example, up-chirps of a duration of, for example, in the range of 10 ms can be used. It should be noted that it is expediently provided to use a plurality of chirps, for example four successive up-chirps, in the context of the modulation, so that the resolution of the relative speed, which increases with the number of chirps, can also be increased.

Wie grundsätzlich bekannt, kann dann nach einer Fouriertransformation, insbesondere einer schnellen Fouriertransformation (FFT), eine Doppler-Abstands-Karte ermittelt werden, in dem Fall, dass eine zusätzliche Winkelauflösung gegeben ist, mithin eine Winkeltrennfähigkeit von Objekten mit gleichem Abstand und gleicher Relativgeschwindigkeit, sogar in drei Dimensionen (Abstand, Relativgeschwindigkeit, Winkel). Dabei kann im Übrigen die Auflösung noch weiter erhöht werden, wenn die Anzahl der Stützstellen für die Fouriertransformation erhöht wird, beispielsweise statt 512 Stützstellen 1024 Stützstellen verwendet werden, was zwar rechenintensiv ist, aber für insbesondere als Teil des Halbleiterchips realisierte digitale Signalverarbeitung heute problemlos möglich ist.As is generally known, a Doppler distance map can then be determined after a Fourier transformation, in particular a fast Fourier transformation (FFT), in the case that an additional angular resolution is given, and thus an angular separation capability of objects with the same distance and the same relative speed, even in three dimensions (distance, relative speed, angle). Incidentally, the resolution can be further increased if the number of nodes for the Fourier transform is increased, for example, instead of 512 nodes 1024 nodes are used, which is indeed computationally intensive, but for digital signal processing realized in particular as part of the semiconductor chip today is easily possible ,

Zusammengefasst ist also durch die höhere Auflösung in Abstand, Geschwindigkeit und Winkel, insbesondere in Azimut und Elevation, der Reflektionspunkt eindeutig lokalisierbar, was eine genaue Identifikation der feststehenden Objekte ermöglicht und zudem aufgrund der Tatsache, dass sehr kleine Objekte, insbesondere Punktquellen betrachtet werden können, eine genauere und vor allem eindeutige Vermessung der Relativgeschwindigkeit mit einem einzigen Radarsensor erlaubt.In summary, therefore, the higher resolution in distance, speed and angle, in particular in azimuth and elevation, the reflection point is clearly localized, allowing accurate identification of the fixed objects and also due to the fact that very small objects, especially point sources can be considered a more accurate and above all clear measurement of the relative speed with a single radar sensor allowed.

Um die Genauigkeit der Bestimmung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs weiter zu erhöhen, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass für mehrere identifizierbare, feststehende Objekte eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, welche statistisch zur Ermittlung einer Ausgabegeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kombiniert werden können. Auch im Hinblick auf die beschriebene hohe Auflösung ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, beispielsweise wenn mehrere Merkmale einer Fahrbahn betrachtet werden, auch Relativgeschwindigkeiten und somit Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten für mehrere Objekte zu Ermitteln, durch deren statistische Auswertung eine weitere Verbesserung der Qualität der Geschwindigkeitsmessung mittels des einen Radarsensors möglich wird.In order to further increase the accuracy of the determination of the speed of the motor vehicle, an expedient embodiment of the present invention provides that, for a plurality of identifiable stationary objects, a speed of the motor vehicle is determined which can be statistically combined to determine an output speed of the motor vehicle. Also with regard to the described high resolution, it is possible in the context of the present invention, for example, if several features of a road are considered to determine relative speeds and thus motor vehicle speeds for multiple objects, through their statistical evaluation, a further improvement in quality the speed measurement by means of a radar sensor is possible.

Die gewonnene Geschwindigkeitsinformation, die in erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, kann auf verschiedene Art und Weise genutzt werden. Nachdem üblicherweise in einem Kraftfahrzeug weitere Quellen für dessen Ego-Geschwindigkeit existieren, wird üblicherweise eine Datenfusion stattfinden, um die letztendlich durch Funktionen der Fahrzeugsysteme zu verwendende Ausgabegeschwindigkeit zu ermitteln. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die ermittelte Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder eine aus einer anderen Quelle bestimmte Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zur Plausibilisierung der jeweils anderen Geschwindigkeit verwendet wird. Die mit dem Radarsensor ermittelte Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann also zum einen zur Plausibilisierung von anderen Quellen dienen, aber auch selbst gegenüber anderen Quellen plausibilisiert werden. Selbstverständlich sind auch andere Varianten der Datenfusion denkbar, beispielsweise eine statistische Zusammenführung der Geschwindigkeiten verschiedener Quellen zu einer Ausgabegeschwindigkeit und dergleichen.The obtained speed information obtained in the method according to the invention can be used in various ways. Since there are usually other sources for its ego speed in a motor vehicle, data fusion will usually take place to determine the output speed ultimately to be used by functions of the vehicle systems. In this context, it may be provided that the determined speed of the motor vehicle and / or a speed of the motor vehicle determined from another source are used to check the plausibility of the respective other speed. The determined with the radar sensor speed of the motor vehicle can thus be used for plausibility of other sources, but also be plausibility even against other sources. Of course, other variants of the data fusion are conceivable, for example a statistical combination of the speeds of different sources at an output speed and the like.

Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Radarsensor und ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Steuergerät. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.In addition to the method, the present invention also relates to a motor vehicle, comprising a radar sensor and a control device designed for carrying out the method according to the invention. All statements relating to the method according to the invention can be analogously transferred to the motor vehicle according to the invention, with which therefore also the already mentioned advantages can be obtained.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawing. Showing:

1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, 1 a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention,

2 eine mögliche Antennenanordnung des Radarsensors, und 2 a possible antenna arrangement of the radar sensor, and

3 eine Prinzipskizze zur Messung an einer Fahrbahn. 3 a schematic diagram for measurement on a roadway.

1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Dieses weist einen Radarsensor 2 auf, dessen Radar-Frontend vorliegend einen Halbleiterchip 3 umfasst, durch den, wie ebenso in 1 angedeutet, ein Radar-Transceiver 4, eine digitale Signalverarbeitungskomponente 5 und eine Steuereinheit 6 realisiert sind. Dieser Halbleiterchip 3, vorliegend ein CMOS-Chip, ist in einem Package gemeinsam mit der hier nicht näher dargestellten Antennenanordnung des Radarsensors 2 realisiert. Der Halbleiterchip 3 ermöglicht es, bereits fertig aufbereitete Radardaten, beispielsweise als Objektliste, auszugeben. 1 shows a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention 1 , This has a radar sensor 2 on, whose radar front end present a semiconductor chip 3 includes, by, as well as in 1 indicated a radar transceiver 4 , a digital signal processing component 5 and a control unit 6 are realized. This semiconductor chip 3 , in this case a CMOS chip, is in a package together with the antenna arrangement of the radar sensor (not shown here) 2 realized. The semiconductor chip 3 makes it possible to output already prepared radar data, for example as an object list.

Der Radarsensor 2 liefert seine Radardaten an ein Steuergerät 7 des Kraftfahrzeugs 1, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Das bedeutet, das Steuergerät 7 kann feststehende Objekte in den Radardaten identifizieren, so dass deren durch den Dopplereffekt und/oder die Laufzeitmessung des Radarsensors 2 gegebene Relativgeschwindigkeit zu dem Kraftfahrzeug 1 letztlich der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 entspricht, zumindest des Anteils in der Messrichtung. Mithin kann das Steuergerät 7 aus den Radardaten eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 in der Horizontalen herleiten, wozu insbesondere auch die Einbauposition des Radarsensors 2 bekannt ist.The radar sensor 2 delivers its radar data to a controller 7 of the motor vehicle 1 , which is designed for carrying out the method according to the invention. That means the controller 7 can identify fixed objects in the radar data, so that their by the Doppler effect and / or the transit time measurement of the radar sensor 2 given relative speed to the motor vehicle 1 ultimately the speed of the motor vehicle 1 corresponds, at least the proportion in the measuring direction. Thus, the controller 7 from the radar data a speed of the motor vehicle 1 derive in the horizontal, including in particular the installation position of the radar sensor 2 is known.

Der Radarsensor 2 ist ein hochauflösender Radarsensor 2, der insbesondere auch eine Winkelauflösung in zwei zueinander senkrechten Ebenen, was durch eine spezielle Antennenanordnung realisiert ist, wobei ein Beispiel in 2 näher erläutert ist. Ersichtlich umfasst die Antennenanordnung 8 vier Antennenelemente 9, von denen eines in einer zur Anordnung der anderen drei Antennenelemente 9 senkrechten Richtung an diese anderen Antennenelemente 9 anschließt.The radar sensor 2 is a high-resolution radar sensor 2 in particular, also an angular resolution in two mutually perpendicular planes, which is realized by a special antenna arrangement, an example in 2 is explained in more detail. As can be seen, the antenna arrangement comprises 8th four antenna elements 9 one of which is arranged to dispose the other three antenna elements 9 vertical direction to these other antenna elements 9 followed.

Die Auflösung des Radarsensors 2 ist weiter dadurch verbessert, dass dieser bei einer Frequenzbandbreite von 4 GHz betrieben wird, vorliegend in einem Frequenzband von 77 GHz bis 81 GHz. Zur Messung werden im Rahmen der Modulation vier eng aufeinander folgende Up-Chirps ausgegeben. Durch die kurzen, klar definierten Signalwege im Halbleiterchip 3 ist ein hohes Signal-zu-Rauschverhältnis gegeben. All dies trägt zur guten Identifizierbarkeit von feststehenden Objekten im Steuergerät 7 bei.The resolution of the radar sensor 2 is further improved in that it is operated at a frequency bandwidth of 4 GHz, in this case in a frequency band from 77 GHz to 81 GHz. For measurement, four closely spaced up-chirps are output during the modulation. Due to the short, clearly defined signal paths in the semiconductor chip 3 is given a high signal-to-noise ratio. All this contributes to the good identifiability of fixed objects in the control unit 7 at.

3 zeigt eine spezielle Ausgestaltung, in der der Radarsensor 2 am Heck des Kraftfahrzeugs 1 derart angeordnet ist, dass die Fahrbahn 10 vermessen wird. Aufgrund der hohen Auflösung des Radarsensors 2 können Merkmale der Fahrbahn 10 als Objekte deutlich getrennt werden. Insbesondere können dabei möglichst kleine Merkmale/Objekte betrachtet werden, bevorzugt annähernd Punktquellen, was eine besonders genaue Bestimmung der Relativgeschwindigkeit ermöglicht. Aus dieser Relativgeschwindigkeit lässt sich, insbesondere bei bekannter Anordnung des Radarsensors 2 am Kraftfahrzeug 1, sowie aus dem aus den Radardaten bekannten Winkel 11 leicht die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 parallel zur Fahrbahn 10 ermitteln. 3 shows a specific embodiment in which the radar sensor 2 at the rear of the vehicle 1 arranged so that the roadway 10 is measured. Due to the high resolution of the radar sensor 2 can feature the roadway 10 as objects are clearly separated. In particular, the smallest possible features / objects can be considered, preferably approximately point sources, which enables a particularly accurate determination of the relative velocity. From this relative speed can be, in particular in a known arrangement of the radar sensor 2 on the motor vehicle 1 , as well as from the angle known from the radar data 11 easily the speed of the motor vehicle 1 parallel to the roadway 10 determine.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Jri Lee et al., "A Fully Integrated 77GHz FMCW Radar Transceiver in 65nm CMOS Technology", IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), pp. 2746-2755 [0016]

Claims

Method for determining the speed of a motor vehicle ( 1 ) from radar data of a single radar sensor ( 2 ) of the motor vehicle ( 1 ), characterized in that a relative speed is determined for at least one stationary object identifiable in the radar data, from which a speed of the motor vehicle ( 1 ) is determined.

Method according to claim 1, characterized in that a part of the roadway ( 10 ) forming object is detected, in particular by the targeted on the road ( 10 ) directed radar sensor ( 2 ).

A method according to claim 1 or 2, characterized in that for identifying the object and / or for determining the speed of a of the radar sensor ( 2 ) measured angle ( 11 ) and / or one of the radar sensor ( 2 ) measured distance is taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a radar sensor ( 2 ) with a semiconductor chip ( 3 ), in particular CMOS chip, realized radar transceivers ( 4 ) is used.

Method according to claim 4, characterized in that in the semiconductor chip ( 3 ) also a digital signal processing component ( 5 ) and / or a control unit ( 6 ) are integrated and / or the semiconductor chip ( 3 ) and antennas are formed as a package.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a radar sensor ( 2 ) with antenna elements arranged in this way ( 9 ) is used that an angular resolution in two mutually perpendicular planes is possible, which is taken into account in the identification of the object.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the radar sensor ( 2 ) is operated with a frequency bandwidth of greater than 3 GHz, preferably with a frequency bandwidth of 4 GHz.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, for a plurality of identifiable, stationary objects, a speed of the motor vehicle ( 1 ) which is statistically determined to determine an output speed of the motor vehicle ( 1 ) be combined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined speed of the motor vehicle ( 1 ) and / or a speed of the motor vehicle determined from another source ( 1 ) can be used to check the plausibility of the other speed.

Motor vehicle ( 1 ), comprising a radar sensor ( 2 ) and a control device designed for carrying out a method according to one of the preceding claims ( 7 ).