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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines mehrere Radarsensoren zur Umfelderfassung aufweisenden Radarsystems eines Kraftfahrzeugs, wobei die Radarsensoren durch Betriebsparameter beschrieben in ihren Erfassungseigenschaften anpassbar sind. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Die Verwendung von Radarsensoren in Kraftfahrzeugen ist im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Radarsensoren werden heutzutage meist als Umfeldsensoren für einen mittleren und größeren Distanzbereich eingesetzt, um andere Verkehrsteilnehmer oder größere Objekte in Distanz, Winkel und Relativgeschwindigkeit bestimmen zu können. Derartige Radardaten können in Umfeldmodelle eingehen oder auch unmittelbar Fahrzeugsystemen zur Verfügung gestellt werden. Nutzen aus Radardaten ziehen im bekannten Stand der Technik beispielsweise Längsführungssysteme, wie ACC, oder auch Sicherheitssysteme. Auch die Nutzung von Radarsensoren im Innenraum des Kraftfahrzeugs wurde bereits vorgeschlagen.
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Radarsensoren herkömmlicher Bauart weisen meist eine größere Ausdehnung auf und sind eher klobig, nachdem die Antennen sowie die unmittelbar an der Antenne benötigten Elektronikkomponenten, also das Radar-Frontend, in einem Gehäuse integriert sind. Hauptsächlich bilden die Elektronikkomponenten dabei den Radar-Transceiver, der eine Frequenzsteuerung (üblicherweise umfassend eine Phasenregelschleife - PLL), Mischeinrichtungen, einem Low Noise Amplifier (LNA) und dergleichen enthält, oft werden jedoch auch Steuermodule und digitale Signalverarbeitungskomponenten antennennah realisiert, beispielweise um bereits aufbereitete Sensordaten, beispielsweise Objektlisten, auf einen angeschlossenen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus, geben zu können.
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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.
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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.
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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.
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Für viele Anwendungen in Kraftfahrzeugen ist es zweckmäßig, mehrere Radarsensoren zur Umfelderfassung in einem Kraftfahrzeug zu nutzen, um größere Anteile des Umfelds des Kraftfahrzeugs abdecken zu können, insbesondere das gesamte Umfeld des Kraftfahrzeugs in einem 360°-Winkelbereich. Radarsysteme mit mehreren Radarsensoren zur Umfelderfassung sind beispielsweise für alle Fahrerassistenzsysteme bekannt, bei denen es um die Überwachung der Fahrzeugumgebung geht, beispielsweise bei Anwendungen wie Einparkhilfen, Totwinkelüberwachungen, Pre-Crash-Sensing und Stop and Go-Systemen. Mit dem Bekanntwerden kleinbauender, auf Halbleitertechnologie basierender Radarsensoren, wie eingangs diskutiert, werden die Radarsensoren üblicherweise verdeckt am Kraftfahrzeug verbaut, beispielsweise hinter Kunststoff in einem Stoßfänger und dergleichen.
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Moderne Fahrerassistenzsysteme nutzen die Radardaten der Radarsensoren, um den Fahrer, insbesondere in kritischen Fahrsituationen, zu unterstützen. Radarsensoren sind dabei so programmiert, dass die Erfassungseigenschaften im Fahrbetrieb unverändert bleiben. Nutzen mehrere Fahrerassistenzsysteme mit unterschiedlichen Anforderungen die Radardaten der Radarsensoren, so ist in manchen Verkehrsszenarien kein optimales Funktionsverhalten möglich. Beispielsweise kann ein Radarsensor in manchen Situationen zu langsam, aber genau sein, in anderen Situationen hochdynamisch, aber nicht genau. Auch kann das Problem vorliegen, dass der Radarsensor im Hochauflösungsbetrieb oder im Niedrigauflösungsbetrieb fest eingestellt ist. Daher ist es bekannt, Kompromisse bezüglich der Performance der Radarsensoren zu schließen, um möglichst viele Funktionen adressieren zu können. Nachteilhaft daran ist, dass die Radarsensoren nicht die beste Performance an allen Orten liefern können. Dabei kann das Problem auftreten, dass Fehl- oder Falschwarnungen auftreten, bzw. dass keine präzise und optimale Erfassung in bestimmten Bereichen gewährleistet ist.
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DE 10 2005 027 655 A1 betrifft ein Fahrerassistenzsystem mit Navigationsschnittstelle, welches eine Einrichtung zur Prädiktion eines Höhenprofils der Fahrbahn anhand der Daten des Navigationssystems aufweist und dazu ausgebildet ist, eine Assistenzfunktion in Abhängigkeit vom prädizierten Höhenprofil auszuführen. Dabei ist auch eine aktive Anpassung einer Radarkeule eines Radarsensors an das Höhenprofil möglich. Mithin ist dort eine Regelung der Radarkeule in der Elevation möglich, die ständig aktualisiert wird, um bei einem Frontradar (ACC) immer eine rechtzeitige Bremsung ermöglichen zu können.
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DE 10 2015 110 446 A1 betrifft ein Fahrzeugradar mit Strahlanpassung, wobei Sensorinformationen, die zu einer Umgebung des Fahrzeugs gehören, von einem Sensor empfangen werden, während das Fahrzeug betrieben wird. Ein Strahl des Radarsystems wird basierend auf den Sensorinformationen durch einen Prozessor angepasst. Hier kann der Radarstrahl in der Elevation oder im Azimut auf Krümmung, Neigung, Schräglage der Straße etc. angepasst werden. Somit soll ein verbessertes Fokussieren des Verfolgens der Straße, auf der das Fahrzeug fährt, und von Objekten aus der Nähe erleichtert werden. Auch hier handelt es sich mithin um eine zeitaktuelle Nachführung der Eigenschaften der Radarkeule, die für einen bestimmten Radarsensor durchgeführt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Gesamtperformance eines aus mehreren Radarsensoren bestehenden Radarsystems für verschiedene Fahrsituationen auf einfache Art und Weise anzupassen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in Abhängigkeit einer geodätischen Positionsinformation des Kraftfahrzeugs eine aktuell befahrene Umgebung einer von mehreren Umgebungsklassen zugeordnet wird, wobei jeder Umgebungsklasse ein Betriebsmodus des Radarsystems mit einem Betriebsparametersatz für jeden Radarsensor des Radarsystems zugeordnet ist und das Radarsystem in dem der aktuellen Umgebungsklasse zugeordneten Betriebsmodus betrieben wird.
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Mithin werden gemäß der vorliegenden Erfindung immer die Betriebsparameter des der aktuellen Umgebungsklasse zugeordneten Betriebsparametersatzes an den jeweiligen Radarsensoren eingestellt. Auf diese Weise kann abhängig von der Verortung des Kraftfahrzeugs eine bestimmte radarspezifische Parametrierung des gesamten Radarsystems, also des Radarsensornetzwerks, im Kraftfahrzeug im Fahrbetrieb oder im Stand vorgenommen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die verschiedenen Anforderungen der diversen radarbasierten Funktionen in verschiedenen Fahrumgebungen zu erfüllen, indem die radarbasierte Wahrnehmung des Umfelds konzertiert, das bedeutet abgestimmt zwischen unterschiedlichen Radarsensoren, angepasst wird. Letztendlich ist dadurch eine ortsabhängige Adaption der Performance des Radarsystems gegeben, die auf die speziellen Umstände der hinsichtlich einer Umgebungsklasse klassifizierten aktuellen Fahrumgebung abstellt. Die Betriebsmodi beschreiben also letztlich eine kombinierte Anpassung des Überwachungsbereichs, der Reichweite, der Auflösung und dergleichen des Radarsystems. Über die Positionsinformation, die die aktuelle geodätische Position des Kraftfahrzeugs beschreibt, wird kommuniziert, wo sich das Kraftfahrzeug befindet, um abhängig davon eine bestimmte Konfiguration der einzelnen Radarsensoren des Radarsystems vorzunehmen, so dass die am besten geeignete Performance in der jeweiligen aktuell befahrenen Umgebung geliefert wird. Dabei kann eine Anpassung auch eine gänzliche oder teilweise Deaktivierung bzw. Aktivierung bestimmter Radarsensoren umfassen, das bedeutet, es kann durchaus zweckmäßig sein, für bestimmte Umgebungsklassen wenigstens einen Radarsensor gänzlich oder teilweise zu deaktivieren.
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Insgesamt wird mithin vorgeschlagen, Fahrumgebungen derart zu klassifizieren, dass jeder Umgebungsklasse bei einer Gesamtbetrachtung des Radarsystems mit den mehreren Radarsensoren eine speziell für diese Umgebungsklasse geeignete Parametrisierung des ganzheitlich betrachteten Radarsystems zugeordnet ist, um den die Radardaten der Radarsensoren nutzenden Funktionen die geeignete Datenqualität bereitstellen zu können.
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Die Positionsinformation kann von einem Positionssensor eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) ermittelt und/oder von einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein GPS-Sensor und/oder ein Galileo-Sensor als Positionssensor verwendet werden, um geodätische Koordinaten des Kraftfahrzeugs als Positionsinformation erhalten zu können. Digitale Kartendaten eines Navigationssystems können genutzt werden, um die Zuordnung zu der Umgebungsklasse zu erlauben, wobei selbstverständlich auch vorgesehen sein kann, dass ein spezieller Kartendatensatz innerhalb des Kraftfahrzeugs abgelegt wird, in dem geodätische Positionsinformationen bestimmten Umgebungsklassen zugeordnet sein können.
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Mit besonderem Vorteil wird ein das Umfeld des Kraftfahrzeugs in einem 360°-Winkelbereich abdeckendes Radarsystem verwendet. Ein derartiges Radarsystem umfasst mithin mehrere Radarsensoren in einer Anordnung derart, dass sich ihre Erfassungsbereiche zu einer kompletten Abdeckung des Umfelds des Kraftfahrzeugs ergänzen können. Beispielsweise können acht Radarsensoren vorgesehen sein, von denen drei im vorderen Stoßfänger, drei im hinteren Stoßfänger und zwei an den Seiten des Kraftfahrzeugs verdeckt verbaut sind, wobei die seitlichen Radarsensoren beispielsweise innerhalb einer Tür hinter einem radardurchlässigen Fenster verbaut werden können. Allgemein werden im Radarsystem bevorzugt Weitwinkel-Radarsensoren eingesetzt und/oder solche, die eine Winkelauflösung in wenigstens zwei zueinander senkrechten Ebenen, beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung der Antennenanordnung, erlauben. Es ist ferner, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird, bevorzugt, auf HalbleiterTechnologie, insbesondere CMOS-Technologie, basierende Radarsensoren einzusetzen, da diese äußerst kleinbauend realisiert werden können, was den verdeckten Verbau erleichtert und eine besonders einfache Parametrisierung hinsichtlich der Betriebsparameter ermöglicht.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass die Betriebsparameter der jeweiligen Betriebsparametersätze eine Erfassungsreichweite und/oder eine Auflösung und/oder eine Winkelabdeckung und/oder einen ein Deaktivieren oder Aktivieren des Radarsensors beschreibenden Aktivierungsparameter und/oder eine Messempfindlichkeit und/oder eine Anzahl von Nachverfolgungszyklen und/oder eine Frequenzbandbreite und/oder eine Anzahl der Modulationsrampen und/oder wenigstens einen Detektionsschwellwert und/oder einen zu verwendenden Vorauswertungsalgorithmus umfassen. Insbesondere dann, wenn die Radarsensoren in Halbleitertechnologie ausgebildet sind, lassen sich derartige Betriebsparameter meist relativ einfach einstellen, da der Radarsensor üblicherweise auch eine Eigenintelligenz umfasst, die ein entsprechendes Anpassen des Betriebs gemäß der Betriebsparameter des Betriebsparametersatzes erlaubt.
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Vorzugsweise können die Umgebungsklassen eine Parkumgebungsklasse und/oder eine Stadtverkehrsklasse und/oder eine Landstraßenklasse und/oder eine Autobahnklasse und/oder eine Kreuzungsklasse und/oder eine Brückenklasse und/oder eine Tunnelklasse umfassen. Wesentlich ist hierbei die Unterteilung derart, dass nach bestimmten Anforderungen an die Radardaten und somit bestimmten Konfigurationen und somit Betriebsmodi sinnvoll unterschieden werden kann. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch andere, gegebenenfalls weitere Umgebungsklassen denkbar.
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In einer konkreten, beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann für ein zumindest im Wesentlichen das Umfeld des Kraftfahrzeugs in einem 360°-Radius abdeckendes Radarsystem vorgesehen sein, dass in einem einer Parkumgebungsklasse zugeordneten Betriebsmodus alle Radarsensoren mit einer Erfassungsreichweite kleiner als 40 m, einer bei den Radarsensoren bestmöglichen Abstandsauflösung, insbesondere von 5 cm oder weniger, einer Frequenzbandbreite von größer als 2 GHz, insbesondere 4 GHz, und einer größtmöglichen Winkelabdeckung, insbesondere einem Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs in der horizontalen Ebene von 150° oder mehr, aktiv messend betrieben werden. In Parkumgebungen sind meist Rangiersituationen gegeben, in denen es nützlich ist, das nähere Umfeld des Kraftfahrzeugs möglichst genau zu erfassen, um Rangiervorgänge möglichst exakt durchführen zu können und/oder Kollisionsgefahren genau abschätzen zu können. Die Verwendung breiter Öffnungswinkel der Erfassungsbereiche ermöglicht zudem ein Überlappen von Erfassungsbereichen, was eine gegenseitige Plausibilisierung und/oder Erhöhung der Genauigkeit der Radardaten ermöglicht. Eine hohe Frequenzbandbreite ermöglicht eine gute Trennfähigkeit. Zudem ist in Rangiersituationen das gesamte Umfeld des Kraftfahrzeugs relevant.
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Bei einem einer Autobahnklasse zugeordneten Betriebsmodus kann hingegen vorgesehen sein, dass seitliche Radarsensoren nicht aktiv messend betrieben werden, schräg nach vorne und schräg nach hinten gerichtete Radarsensoren mit einer Erfassungsreichweite im Bereich von 50 bis 90 Metern und einem Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs im Bereich von 90° bis 110° aktiv messend betrieben werden, auf das Vorfeld und den Rückraum des Kraftfahrzeugs gerichtete Radarsensoren mit einer maximal möglichen Erfassungsreichweite, insbesondere von mehr als 130 Metern, und einem Öffnungswinkel von weniger als 50°, beispielsweise 30°, aktiv messend betrieben werden, wobei alle aktiv messenden Radarsensoren mit einer Frequenzbandbreite von weniger als 0,5 GHz und bei einer Abstandsauflösung von wenigstens einem Meter betrieben werden. Auf Autobahnen sind die unmittelbar seitlichen Bereiche des Kraftfahrzeugs meist weniger relevant, so dass auf Radardaten von rein seitlich ausgerichteten Radarsensoren oft verzichtet werden kann, wobei hier gegebenenfalls in der Umgebungsklasse noch zwischen ein- und mehrspurigen Schnellstraßen unterschieden werden kann. Meist ist es jedoch ausreichend, schräg gerichtete Sensoren zu verwenden, um auch seitlich relevante Objekte erfassen zu können, wobei hier die Erfassungsreichsweite geringer sein kann als bei strikt auf das Vorfeld bzw. den Rückraum des Kraftfahrzeugs gerichteten Radarsensoren. Die Abstandsauflösung ist weniger wesentlich und kann im Bereich von etwa einem Meter liegen.
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Bei einem einer Stadtverkehrsklasse zugeordneten Betriebsmodus kann vorgesehen sein, dass nur schräg nach vorne und schräg nach hinten gerichtete Radarsensoren mit einer Erfassungsreichweite im Bereich von 60 bis 80 Metern, einem Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs im Bereich von 90° bis 110°, mit einer Frequenzbandbreite im Bereich von 0,8 bis 1,2 GHz und einer Abstandsauflösung im Bereich von 0,3 bis 0,7 m aktiv messend betrieben werden. Im Stadtbereich wird mithin aufgrund der komplexeren Straßenstrukturen und der meist größeren Vielzahl verschiedener Verkehrsteilnehmer auf eine genauere Abdeckung in mittleren Erfassungsreichweitenbereichen abgestellt. Dabei ist es gerade in diesem Kontext zweckmäßig, auch eine Kreuzungsklasse zu verwenden, wobei bei einem einer Kreuzungsklasse zugeordneten Betriebsmodus seitliche Radarsensoren des Kraftfahrzeugs mit einer gegenüber anderen Umgebungsklassen erhöhten Erfassungsreichweite betrieben werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine Überwachung hinsichtlich des Querverkehrs in Kreuzungsbereichen zu realisieren.
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Entsprechend der aufgezeigten Beispiele können auch für andere Fahrumgebungen, wie sie oben bereits beispielhaft genannt sind, ein optimales Zusammenspiel der Radarsensoren zum Erhalt der benötigten Radardaten erlaubende Betriebsmodi mit entsprechenden Betriebsparametersätzen für die einzelnen Radarsensoren definiert werden.
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Wie bereits erwähnt, ist es besonders zweckmäßig, auf Halbleitertechnologie, insbesondere CMOS-Technologie, basierende Radarsensoren zu verwenden, so dass eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorsieht, dass als Radarsensoren einen einen Radartransceiver realisierenden Halbleiterchip, insbesondere CMOS-Chip, aufweisende Radarsensoren verwendet werden. Um eine weitere Hochintegration und hochgenaue Radardaten mit hohem Signal-zu-Rauschverhältnis aufgrund kurzer Signalwege zu erlauben, kann ferner vorgesehen sein, dass durch den Halbleiterchip ferner eine digitale Signalverarbeitungskomponente (DSP) des Radarsensors und/oder eine Steuereinheit des Radarsensors realisiert werden. Über die Steuereinheit kann die Einstellung der Betriebsparameter erfolgen. Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn der Hableiterchip und eine Antennenanordnung des Radarsensors als ein Package realisiert sind. Gerade bei solchen Halbleiter-Radarsensoren sind eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsparameter möglich, so dass über entsprechende Betriebsparametersätze eine Mehrzahl für aktuell befahrene Umgebungen optimierter kombinierter Betriebsmodi der Radarsensoren bereitgestellt werden können.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einstellung der Betriebsmodi durch ein zentrales Steuergerät erfolgt, welches unter Berücksichtigung der Radardaten ein für mehrere Fahrerassistenzsysteme zu nutzendes Umfeldmodell des Kraftfahrzeugs ermittelt und die Funktionen der Fahrerassistenzsysteme unter Berücksichtigung des Umfeldmodells ausführt. Derartige zentrale Steuergeräte sind auch unter dem Begriff des „zentralen Fahrerassistenzsystems“ bekannt. Hier werden viele Funktionen/Anwendungen unterschiedlicher Fahrerassistenzsysteme zentral realisiert, wobei alle Umfeldsensoren und gegebenenfalls weiteren Sensoren des Kraftfahrzeugs, umfassend auch die Radarsensoren, ihre Sensordaten an dieses zentrale Steuergerät liefern, wo ein Umfeldmodell ermittelt und als Grundlage für die Funktionen der Fahrerassistenzsysteme verwendet wird. Wird durch das zentrale Steuergerät die Umgebungsklasse festgestellt, ist eine Art Rückkopplung zwischen dem zentralen Steuergerät und den Radarsensoren des Radarsystems realisiert, indem die Positionsinformation genutzt wird, um für die aktuell befahrene Umgebung optimale Radardaten zu erhalten. Dabei können entsprechende Betriebsparametersätze von dem Steuergerät, wo sie beispielsweise in einer Look-Up-Tabelle abgelegt sind, an die entsprechenden Radarsensoren kommuniziert werden, wo sie entsprechend eingestellt werden.
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In einer alternativen, weniger bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betriebsparametersätze für die einzelnen Radarsensoren jeweils in einer Speichereinrichtung, insbesondere in Form einer Look-Up-Tabelle, abgelegt sind und den Radarsensoren die Positionsinformation und/oder die Umgebungsklasse zur Auswahl eines aktuell zu verwendenden Betriebsparametersatzes übermittelt wird. In diesem Fall kann mithin zwar noch immer ein zentrales Steuergerät die Positionsinformation bzw. die Umgebungsklasse ermitteln, kommuniziert diese jedoch weiter an die einzelnen Radarsensoren, wobei die Auswahl des Betriebsparametersatzes in dem Radarsensor selbst implementiert ist.
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Die vorliegende Erfindung kann auch über unterschiedliche Betriebsmodi für das Radarsystem hinaus erweitert werden, wobei beispielsweise vorgesehen sein kann, dass das Kraftfahrzeug wenigstens ein über Fahrerassistenzsystemparameter parametrierbares, Radardaten der Radarsensoren oder daraus abgeleitete Eingangsdaten auswertendes Fahrerassistenzsystem aufweist und den Umgebungsklassen zusätzlich für das Fahrerassistenzsystem Fahrerassistenzsystemparametersätze zugeordnet sind, wobei das Fahrerassistenzsystem mit dem Fahrerassistenzsystemparametersatz der jeweils aktuellen Umgebungsklasse betrieben wird. Somit können auch Funktionsprofile bzw. Fahrerassistenzsystemprofile abhängig von der aktuell befahrenen Umgebung automatisch geladen und genutzt werden. Beispielsweise können bestimmte Funktionen des Fahrerassistenzsystems abhängig von der Umgebungsklasse aktiviert oder deaktiviert werden, wobei es diese Ausgestaltung jedoch insbesondere erlaubt, Funktionen auch auf die speziell durch den Betriebsmodus des Radarsystems gelieferten Radardaten anzupassen, das bedeutet, den Funktionen des Fahrerassistenzsystems sind dann die Qualität und der Umfang der gelieferten Radardaten bekannt, was zur verbesserten Durchführung dieser Funktionen auch genutzt werden kann.
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Darüber hinaus oder alternativ kann es ferner vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug wenigstens eine Mensch-Maschine-Schnittstelle mit einem konfigurierbaren Benutzerinterface aufweist und den Umgebungsklassen jeweils Konfigurationen des Benutzerinterface zugeordnet sind, wobei die Mensch-Maschine-Schnittstelle mit der Konfiguration der jeweils aktuellen Umgebungsklasse betrieben wird. Beispielsweise können abhängig von der Umgebungsklasse bestimmte Kameraeinstellungen in dem Benutzerinterface dem Fahrer visualisiert werden bzw. allgemein bestimmte Einstellungen der Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMI) umgebungsspezifisch geladen werden.
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Es sei ferner noch darauf hingewiesen, dass in Fällen, in denen bei anderen Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs bzw. weiteren Sensoren des Kraftfahrzeugs auch eine Parametrisierung möglich ist, selbstverständlich auch entsprechende Sensorparametersätze für die verschiedenen Umgebungsklassen hinterlegt werden können, um das Konzept ganzheitlich im Kraftfahrzeug anwenden zu können.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein mehrere Radarsensoren zur Umfelderfassung aufweisendes Radarsystem und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Bei der Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um ein zentrales Steuergerät, wie beschrieben, handeln. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 einen im Kraftfahrzeug gemäß 1 verwendeten Radarsensor,
- 3 eine Skizze zu einem Betriebsmodus für eine Parkumgebungsklasse,
- 4 eine Skizze zu einem Betriebsmodus für eine Autobahnklasse,
- 5 eine Skizze zu einem Betriebsmodus für eine Stadtverkehrsklasse, und
- 6 eine funktionale Skizze zum Datenfluss zwischen einem Radarsensor und einem zentralen Steuergerät.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäße Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist acht Radarsensoren 2 zur Umfeldüberwachung auf, von denen drei im vorderen Stoßfänger, drei im hinteren Stoßfänger und zwei in den Türen des Kraftfahrzeugs 1 verdeckt verbaut sind. Nachdem es sich um Weitwinkel-Radarsensoren 2 mit einem möglichen Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs 3 im Azimut von 150° handelt, ist, wie die angedeuteten maximal möglichen Erfassungsbereiche 3 anzeigen, eine Erfassung des Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 in einem 360°-Winkelbereich möglich.
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2 zeigt den Aufbau der verwendeten Radarsensoren 2 genauer. Jeder Radarsensor 2 ist in Halbleitertechnologie, hier konkret CMOS-Technologie, realisiert und kann mit einer Vielzahl von Betriebsparametern betrieben werden, beispielsweise in unterschiedlichen Frequenzbändern, mit unterschiedlichen Frequenzbandbreiten, unterschiedlichen Empfindlichkeiten, unterschiedlichen Auflösungen, unterschiedlichen Erfassungsreichweiten, unterschiedlichen Öffnungswinkeln der Erfassungsbereiche und dergleichen. Der Radarsensor 2 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem eine Leiterplatte 5 gehaltert ist, die ein Package 6 trägt, das aus einem Halbleiterchip 7 sowie einer Antennenanordnung 8 des Radarsensors 2 gebildet ist. Durch den Halbleiterchip 7, hier einen CMOS-Chip, sind neben einem Radartransceiver 9 auch eine Steuereinheit 10 des Radarsensors 2 und eine digitale Signalverarbeitungskomponente 11 (DSP) des Radarsensors 2 realisiert.
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Bei aktivierten Radarsensoren 2 werden die Radardaten der Radarsensoren 2, vgl. 1, an ein zentrales Steuergerät 12 des Kraftfahrzeugs 1 geliefert, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, mithin vorliegend die Radardaten der Radarsensoren 2 mit den Sensordaten weiterer Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs 1 fusioniert, um ein Umfeldmodell zu erstellen, welches den Funktionen verschiedener Fahrerassistenzsysteme 13 zugrunde gelegt wird, welche ebenso durch das zentrale Steuergerät 12 realisiert werden.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist ferner einen GPS-Sensor 14 als Positionsbestimmungssensor auf, der eine geodätische Positionsinformation des Kraftfahrzeugs 1 liefert, die mithin die aktuelle geodätische Position des Kraftfahrzeugs 1 beschreibt. In diesem Kontext kann das Kraftfahrzeug 1 auch ein hier nicht näher dargestelltes Navigationssystem aufweisen, welches digitale Kartendaten enthält, aus denen Informationen zur aktuell befahrenen Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 abgeleitet werden können. Derartige Informationen, die eine Zuordnung der Positionsinformation zu einer aktuell befahrenen Umgebung ermöglichen, können auch in dem Steuergerät 12 selber gespeichert sein. In dem Steuergerät 12 ist es mithin möglich, anhand der Positionsinformation zu ermitteln, welcher einer Anzahl von vorbestimmten Umgebungsklassen die aktuell befahrene Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 zuzuordnen ist. Den Umgebungsklassen sind nun wiederum Betriebsmodi des durch die Radarsensoren 2 gebildeten Radarsystems zugeordnet. Jeder dieser Betriebsmodi zeichnet sich durch aufeinander abgestimmte Betriebsparametersätze für jeden einzelnen der Radarsensoren 2 aus. Das bedeutet, der Betrieb des Radarsystems als Ganzes wird durch das Steuergerät 12 in Abhängigkeit der aktuell befahrenen Umgebung derart adaptiert, dass für diese Umgebung optimal geeignete Radardaten geliefert werden und die Anforderungen der Funktionen der Fahrerassistenzsysteme 13 möglichst optimal erfüllt werden. Dies sei im Hinblick auf die 3 bis 5 näher erläutert.
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3 illustriert den Betrieb der Radarsensoren 2 in einem Betriebsmodus für eine Parkumgebungsklasse, beispielsweise also in einem Parkhaus oder auf einem Parkplatz. Wie anhand der angedeuteten Erfassungsbereiche 3 der 3 zu entnehmen ist, werden alle Radarsensoren 2 aktiv messend betrieben. Allerdings ist die Erfassungsreichweite gegenüber der maximal möglichen Erfassungsreichweite deutlich reduziert, vorliegend auf einen Wert kleiner als 40 m. Jedoch ist die bestmögliche Abstandauflösung von 5 cm eingestellt. Als Frequenzbandbreite ist für alle Radarsensoren 2 vier GHz gewählt, um eine möglichst gute Objekttrennfähigkeit zu erhalten. Auch wird der größtmögliche Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs 3 im Azimut verwendet, um auch redundante und somit noch genauere Radardaten erhalten zu können. Es liegt hier vorliegend keinerlei Bündelung vor.
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4 zeigt zum Vergleich Erfassungsbereiche 3 in einem Betriebsmodus für eine Autobahnklasse. Ersichtlich sind die beiden seitlichen Radarsensoren 2 hierbei deaktiviert, das bedeutet, durch sie wird keine aktive Messung durchgeführt. Aktiv sind jedoch die in den Stoßfängern verbauten, auf das Vorfeld bzw. den Rückraum und schräg nach vorne bzw. schräg nach hinten gerichteten Radarsensoren 2. Die mittleren, auf das Vorfeld und den Rückraum gerichteten Radarsensoren 2 werden dabei mit höchstmöglicher Erfassungsreichweite, welche vorliegend größer als 150 m ist, betrieben. Allerdings ist der Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs reduziert, vorliegend auf 30°, so dass eine maximale Bündelung gegeben ist. Die Eck-Radarsensoren 2 sind auf eine mittlere Erfassungsreichweite eingestellt, vorliegend von 70 m, und werden mit einer geringeren Bündelung betrieben, wobei vorliegend der etwas verkleinerte Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs 100° beträgt. Für alle aktiv messenden Radarsensoren ist die Frequenzbandbreite niedrig gewählt, vorliegend bei 400 MHz, wobei zudem alle messenden Radarsensoren 2 eine niedrige Auflösung von etwa 1 m liefern.
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Schließlich zeigt 5 als weiteres Beispiel eine Prinzipskizze der Erfassungsbereiche 3 für einen beispielhaften Betriebsmodus einer Stadtverkehrsklasse. Ersichtlich sind vorliegend nur die Eck-Radarsensoren 2 aktiv, welche mit einer mittleren Reichweite, hier 70 m, und einer mittleren Bündelung (Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs hier 100°) betrieben werden. Auch eine mittlere Frequenzbandbreite von 1 GHz wurde gewählt, die Abstandsauflösung beträgt vorliegend 0,5 m. Zusätzlich ist im Übrigen auch ein Kreuzungsbetriebsmodus denkbar, bei dem auch die Front- und Heck-Radarsensoren 2 sowie die seitlichen Radarsensoren 2 bei mittlerer oder hoher Reichweite wieder aktiviert werden, um eine optimale Verkehrsüberwachung zu ermöglichen, auch bezüglich des Querverkehrs.
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Es sei noch darauf hingewiesen, dass die 3 bis 5 selbstverständlich als schematisch anzusehen sind; die Skalierung der Erfassungsbereiche 3 zum Kraftfahrzeug 1 ist nicht als naturgetreu anzusehen.
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Selbstverständlich sind auch andere Arten von Betriebsmodi für die Autobahn bzw. die Stadt bzw. Parkumgebungen als aktuell befahrene Umgebungen grundsätzlich denkbar, was auch von den Fahrerassistenzsystemen 13, die im Kraftfahrzeug 1 vorliegen, abhängen kann. Auch für andere Umgebungsklassen können entsprechend den Anforderungen der Fahrerassistenzsysteme 13 Betriebsmodi durch entsprechende Wahl von Betriebsparametersätzen definiert werden.
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Wie bereits erwähnt, steuert im soeben diskutierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Steuergerät 12 die Radarsensoren 2 zur Einstellung der entsprechenden Betriebsparameter des Betriebsparametersatzes für die aktuelle Umgebungsklasse an. Dieses als eine Art „Rückmeldung“ bezeichenbare Architekturkonzept wird für einen Radarsensor 2 des Radarsystems in 6 nochmals näher erläutert.
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Als parametrierbare Komponenten des Radarsensors 2 sind hier beispielhaft das Radar-Frontend 15 und die Radarsignalverarbeitung 16 als funktionale Komponenten gezeigt. Die Radarsignalverarbeitung 16 liefert die gegebenenfalls bereits vorausgewerteten Radardaten an das Steuergerät 12, wo sie von einer entsprechenden Schnittstelle 17 entgegengenommen werden. In der Applikationsschnittstelle 18 werden die Radardaten der Radarsensoren 2 sowie der anderen Umfeldsensoren zu einem Umfeldmodell fusioniert; gleichzeitig werden hier in entsprechenden Datenstrukturen auch Sensordaten und Informationen weiterer Sensoren und Informationsquellen des Kraftfahrzeugs standardisiert für die Funktionen 19 der Fahrerassistenzsysteme 13 aufbereitet.
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Die in den von der Applikationsschnittstelle 18 bereitgehaltenen Eingangsdaten für die Funktionen 19 ebenso enthaltene Positionsinformation 20 wird an eine Betriebsmodus-Auswahlkomponente 21 des Steuergeräts 12 geliefert, wo die Umgebungsklasse ermittelt werden kann. Alternativ ist es selbstverständlich auch denkbar, dass die Umgebungsklasse bereits durch die Applikationsschnittstelle 18 ermittelt wurde und direkt an die Betriebsmodus-Auswahlkomponente 21 weitergegeben wird.
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Anhand der Umgebungsklasse der aktuell befahrenen Umgebung wählt die Betriebsmodus-Auswahlkomponente nun einen Betriebsmodus aus, beispielsweise anhand einer Look-Up-Tabelle, so dass der dem Radarsensor 2, der hier näher gezeigt ist, zugeordnete Betriebsparameterdatensatz gemäß dem Pfeil 22 an den Radarsensor 2 übermittelt werden kann, beispielsweise auch unter Nutzung eines geeigneten Bussystems des Kraftfahrzeugs. Dort sorgt eine funktionale Einstellkomponente 23 dann für die entsprechende Umsetzung der Betriebsparameter des Betriebsparametersatzes. Dies geschieht abgestimmt für alle Radarsensoren 2.
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Alternativ zur Ausgestaltung gemäß 6 ist es selbstverständlich auch möglich, die Positionsinformation oder bevorzugt die aktuelle Umgebungsklasse an den Radarsensor 2 zu übermitteln, in welchem dann in einer entsprechenden Speichereinrichtung dieser Information zugeordnet die Betriebsparametersätze abgelegt sind und entsprechend eingestellt werden können.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Anpassungskonzept auch weitergeführt sein, indem in dem Steuergerät 12 auch Fahrerassistenzsystemparametersätze für die jeweiligen Umgebungsklassen abgelegt sind, welche die Funktionen 19 derart rekonfigurieren können, dass sie die für die Umgebungsklasse verbessert gelieferten Radardaten auch optimal nutzen können. Ferner kann im Steuergerät 12 auch für jede Umgebungsklasse eine Konfiguration eines Benutzerinterfaces einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 24 abgelegt sein, die zur Konfiguration des Benutzerinterfaces geeignet für die aktuell befahrene Umgebung genutzt werden kann. Auf andere Arten von Umfeldsensoren bzw. weiteren Sensoren des Kraftfahrzeugs kann das Konzept ausgearbeitet werden, so dass auch für diese beispielsweise Sensorparametersätze hinterlegt sein können. Auch hier kann selbstverständlich, wenn mehrere Sensoren des gleichen Typs vorgesehen sind, zweckmäßig als ein Betriebsmodus eine Anzahl aufeinander abgestimmter Sensorparametersätze bereitgestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005027655 A1 [0009]
- DE 102015110446 A1 [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- 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 [0004]
