DE102016221693B4

DE102016221693B4 - Motor vehicle with multiple radar sensors

Info

Publication number: DE102016221693B4
Application number: DE102016221693.7A
Authority: DE
Inventors: Rachid Khlifi
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2036-11-05
Also published as: DE102016221693A1

Abstract

Kraftfahrzeug (1) mit mehreren baugleichen, auf das Umfeld des Kraftfahrzeugs (1) gerichteten Radarsensoren (2, 2a, 2b), wobei die Radarsensoren (2, 2a, 2b) jeweils eine Antennenanordnung (6) aufweisen, die eine Winkelmessung ausschließlich in einer ersten Ebene bezüglich des Radarsensors (2, 2a, 2b) erlaubt oder in der ersten Ebene eine bessere Winkelauflösung als in einer zweiten, hierzu senkrechten Ebene ermöglicht, wobei wenigstens zwei der Radarsensoren (2, 2a, 2b) in ihrer Einbauausrichtung derart verdreht zueinander verbaut sind, dass ihre ersten Ebenen unterschiedlich liegen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Radarsensoren (2, 2a, 2b), deren Erfassungsbereiche (3, 3a, 3b) wenigstens teilweise überlappen, in unterschiedlichen Einbauhöhen im Kraftfahrzeug (1) verbaut sind.Motor vehicle (1) with a plurality of identically constructed radar sensors (2, 2a, 2b) directed towards the area surrounding the motor vehicle (1), the radar sensors (2, 2a, 2b) each having an antenna arrangement (6) which measures an angle exclusively in one first level with respect to the radar sensor (2, 2a, 2b) or allows a better angular resolution in the first level than in a second level perpendicular thereto, with at least two of the radar sensors (2, 2a, 2b) being installed rotated in relation to one another in their installation alignment are that their first levels are different, characterized in that at least two of the radar sensors (2, 2a, 2b), whose detection ranges (3, 3a, 3b) at least partially overlap, are installed at different installation heights in the motor vehicle (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit mehreren baugleichen, auf das Umfeld des Kraftfahrzeugs gerichteten Radarsensoren, wobei die Radarsensoren jeweils eine Antennenanordnung aufweisen, die eine Winkelmessung ausschließlich in einer ersten Ebene bezüglich des Radarsensors erlaubt oder in der ersten Ebene eine bessere Winkelauflösung als in einer zweiten, hierzu senkrechten Ebene ermöglicht.The invention relates to a motor vehicle with a plurality of identically constructed radar sensors directed towards the surroundings of the motor vehicle, the radar sensors each having an antenna arrangement which allows an angle measurement exclusively in a first plane with respect to the radar sensor or in the first plane a better angular resolution than in a second allows this perpendicular plane.

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.The use of radar sensors in motor vehicles is already widely known in the prior art. Nowadays, radar sensors are mostly used as environment sensors for a medium and large distance range in order to be able to determine the distance, angle and relative speed of other road users or larger objects. Radar data of this type can be included in environment models or also be made available directly to vehicle systems. In the known prior art, longitudinal guidance systems, such as ACC, or also safety systems, for example, benefit from radar data. The use of radar sensors in the interior of the motor vehicle has also already been proposed.

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.Radar sensors of conventional design usually have a larger expansion and are rather clumsy, since the antennas and the electronic components required directly on the antenna, i.e. the radar front end, are integrated in one housing. The electronic components mainly form the radar transceiver, which contains a frequency controller (usually including a phase-locked loop - PLL), mixers, a low-noise amplifier (LNA) and the like, but often control modules and digital signal processing components are also implemented close to the antenna, for example around already processed ones To be able to give sensor data, for example object lists, to a connected bus, for example a CAN bus.

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 proved difficult for a long time, since expensive special semiconductors, in particular GaAs, were required. Smaller radar sensors were proposed, the entire radar front end of which is implemented on a single chip using SiGe technology, before solutions using CMOS technology became known. Such solutions are the result of the extension of CMOS technology to high-frequency applications, which is also often referred to as RF-CMOS. Such a CMOS radar chip is extremely small and does not use expensive special semiconductors, so it offers significant advantages over other semiconductor technologies, especially in terms of production. An example implementation of a 77 GHz radar transceiver as a CMOS chip is described in the article by 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), pp. 2746-2755.

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 was also proposed to implement the chip and the antenna in a common package, an extremely inexpensive small radar sensor is possible, which can meet installation space requirements much better and also has a very low signal-to-noise ratio due to the short signal paths high frequencies and larger, variable frequency bandwidths. Such small radar sensors can therefore also be used for short-range applications, for example in the range from 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 already been proposed to provide such a CMOS transceiver chip and/or a package with a CMOS transceiver chip and antenna on a common printed circuit board with a digital signal processing processor (DSP processor) or to also integrate the functions of the signal processing processor into the CMOS Integrate transceiver chip. A similar integration is possible for control functions.

Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen eine Mehrzahl von Radarsensoren zur Umfelderfassung einzusetzen. Beispielsweise können Radardaten der Radarsensoren für Fahrzeugsysteme wie Einparkhilfen, Totwinkelwarner, Sicherheitssysteme und Stop-and-Go-Systeme genutzt werden. Moderne, auf Halbleitertechnologie basierende Radarsensoren werden dabei häufig verdeckt innerhalb des Kraftfahrzeugs verbaut, beispielsweise innerhalb eines Stoßfängers in beziehungsweise hinter einem für Radarstrahlung durchlässigen Bauteil, beispielsweise einer Kunststoffabdeckung.It is known to use a plurality of radar sensors in motor vehicles for detecting the surroundings. For example, radar data from the radar sensors can be used for vehicle systems such as parking aids, blind spot warning systems, safety systems and stop-and-go systems. Modern radar sensors based on semiconductor technology are often installed in a concealed manner inside the motor vehicle, for example inside a bumper in or behind a component transparent to radar radiation, for example a plastic cover.

Für die meisten Anwendungen, in denen Radardaten benötigt werden, ist es ausreichend, den Winkel im Azimut, also in der horizontalen Ebene, zu vermessen. Beispielsweise sollen bei einem Spurwechselassistenzsystem überholende Verkehrsteilnehmer detektiert werden, um den Fahrer bei einem kritischen Spurwechsel warnen zu können. Auch bei längsführenden Assistenzsystemen, beispielsweise ACC-Systemen, werden Abstand und Winkel zum vorderen bewegten Objekt gemessen und die ermittelten Daten entsprechend verwendet.For most applications in which radar data is required, it is sufficient to measure the angle in the azimuth, i.e. in the horizontal plane. For example, in a lane change assistance system, overtaking road users should be detected in order to be able to warn the driver in the event of a critical lane change. Even with longitudinal assistance systems, such as ACC systems, the distance and angle to the moving object in front are measured and the data determined is used accordingly.

Neue, moderne Anwendungsvorschläge für Radardaten benötigen idealerweise Informationen in drei Dimensionen, so dass auch eine Winkelmessung in der Elevation, also in der vertikalen Ebene, gewünscht wird. Hierfür wurde vorgeschlagen, die Antennenanordnungen der Radarsensoren so auszubilden, dass neben Antennenelementen für die horizontale Winkelmessung im Azimut auch Antennenelemente für die Elevations-Winkelmessung vorgesehen werden, was zu einem größeren Aufwand und einem komplexeren Aufbau der Antennenanordnung führt, um mit einem Radarsensor gleichzeitig im Azimut und in der Elevation eine Winkelmessung vornehmen zu können. Häufig wird dabei in einer der beiden Ebenen, insbesondere in der Elevation, eine Einbuße in der Winkelauflösung akzeptiert.Ideally, new, modern application proposals for radar data require information in three dimensions, so that an angle measurement in elevation, i.e. in the vertical plane, is also desired. For this it was suggested that Form antenna arrangements of the radar sensors in such a way that, in addition to antenna elements for the horizontal angle measurement in the azimuth, antenna elements are also provided for the elevation angle measurement, which leads to greater effort and a more complex structure of the antenna arrangement in order to be able to use a radar sensor simultaneously in the azimuth and in the elevation to measure angles. A loss of angular resolution is often accepted in one of the two planes, particularly in elevation.

DE 101 46 712 A1 offenbart eine Einparkhilfsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei der vorgeschlagen wird, zwei Abstands-Sensoren zu verwenden, die zusammen eine „Kreuzkeule“ erzeugen. Dabei soll ein Sensor in horizontaler Richtung eine schmale und in vertikaler Richtung eine breite Strahlkeule aufweisen, die als Fläche angenähert werden kann, deren Normale horizontal in Fahrtrichtung verläuft. Der andere Sensor weist dieselbe geometrische Konfiguration auf, jedoch um 90° verdreht. Damit soll eine Messgenauigkeit für die Parklückenlänge wesentlich weniger durch unterschiedliche geometrische Parklücken-Begrenzungsformen beeinflusst werden. Dabei soll beispielsweise genutzt werden, dass ein Sensor über Objekte hinwegsehen kann. Über Rückstreuintensitäten können Formen unterschieden werden. DE 101 46 712 A1 discloses a parking aid device for motor vehicles in which it is proposed to use two distance sensors which together produce a "cross-lobe". A sensor should have a narrow beam lobe in the horizontal direction and a wide beam lobe in the vertical direction, which can be approximated as a surface whose normal runs horizontally in the direction of travel. The other sensor has the same geometric configuration but rotated 90°. A measurement accuracy for the length of the parking space should thus be influenced to a much lesser extent by different geometric parking space delimitation shapes. For example, the fact that a sensor can see over objects should be used. Shapes can be distinguished by backscatter intensities.

DE 10 2006 007 150 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Parklückenvermessung. Dabei wird ein Sensorsystem verwendet, das wenigstens zwei zueinander geneigte Messebenen aufweist, wobei beide Messebenen gegen die horizontale Lage der Fahrbahnebene geneigt sind und einen von der horizontalen Lage der Fahrbahnebene abweichenden Winkel aufweisen. Dabei geht es ersichtlich, wie aus den Figuren hervorgeht, um verschiedene Möglichkeiten überlappender, flacher, unterschiedlich orientierter Erfassungsbereiche, wobei auch Radarantennen, die schmal fokussiert sind, eingesetzt werden können. Damit soll erreicht werden, ein dreidimensionales Abbild der Fahrzeugumgebung in besonders einfacher Weise zu erhalten. DE 10 2006 007 150 A1 relates to a method and a device for measuring parking spaces. In this case, a sensor system is used which has at least two measurement planes inclined towards one another, with both measurement planes being inclined relative to the horizontal position of the roadway plane and having an angle deviating from the horizontal position of the roadway plane. As can be seen from the figures, this involves various possibilities for overlapping, flat, differently oriented detection areas, with radar antennas that are narrowly focused also being able to be used. The aim of this is to obtain a three-dimensional image of the vehicle surroundings in a particularly simple manner.

DE 10 2015 004 468 A1 betrifft die Ermittlung der Positionen von Felgen anderer Kraftfahrzeuge, um eine relative Orientierung zu ermitteln. Dabei können auf Halbleitertechnologie basierende Radarsensoren eingesetzt werden. DE 10 2015 004 468 A1 relates to determining the positions of rims of other motor vehicles in order to determine a relative orientation. In this case, radar sensors based on semiconductor technology can be used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach und aufwandsarm zu realisierende Möglichkeit zur dreidimensionalen Erfassung des Umfelds eines Kraftfahrzeugs anzugeben.The invention is therefore based on the object of specifying a possibility for three-dimensional detection of the surroundings of a motor vehicle that can be implemented easily and with little effort.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.To solve this problem, the features of claim 1 are provided according to the invention in a motor vehicle of the type mentioned.

Erfindungsgemäß wird mithin vorgeschlagen, baugleiche Radarsensoren geschickt anzuordnen, so dass ihre Einbauorientierung unterschiedlich ist und somit ihre ersten Ebenen unterschiedlich liegen, mithin eine Winkelmessung in unterschiedlichen ersten Ebenen ermöglicht wird. Dabei wird es bevorzugt, wenn wenigstens ein erster Teil der Radarsensoren so verbaut sind, dass die erste Ebene eine Azimutalebene ist und ein weiterer Teil der Radarsensoren so verbaut ist, dass die erste Ebene eine Elevationsebene ist. Mithin kann durch die unterschiedliche Einbauausrichtung eine kombinierte Azimut- und Elevationsmessfähigkeit kostengünstig realisiert werden, insbesondere, indem in Umfangsrichtung des Kraftfahrzeugs alternierend Radarsensoren aufeinanderfolgen, bei denen eine gute Winkelmessfähigkeit im Azimut und eine gute Winkelmessfähigkeit in der Elevation gegeben ist. Letztlich wird ein Teil der Radarsensoren mithin um 90° gedreht gegenüber den anderen Radarsensoren eingebaut, so dass diese Drehung auch für die Antennenanordnungen gilt und mithin die ersten Ebenen um 90° gegeneinander verdreht sind. So können bereits bekannte, gängige Radarsensoren, insbesondere Radarsensoren, die in Halbleitertechnologie, bevorzugt CMOS-Technologie, realisiert sind, genutzt werden, um hinreichende Messfähigkeiten sowohl im Azimut als auch in der Elevation zu erreichen, ohne dass aufwendige und komplexe Modifizierungen nötig werden, insbesondere bezüglich der Antennenanordnung. Damit wird es auf einfache Weise ermöglicht, das Umfeld des Kraftfahrzeugs dreidimensional zu erfassen. Bevorzugt weisen dabei, allgemein gesagt, die Erfassungsbereiche benachbarter, gegeneinander verdreht verbauter Radarsensoren einen Überlappungsbereich auf, in dem eine hervorragende dreidimensionale Erfassung gegeben ist.According to the invention, it is therefore proposed to cleverly arrange radar sensors of the same construction, so that their installation orientation is different and their first planes are therefore different, thus enabling an angle measurement in different first planes. In this case, it is preferred if at least a first part of the radar sensors is installed in such a way that the first plane is an azimuthal plane and another part of the radar sensors is installed in such a way that the first plane is an elevation plane. Consequently, a combined azimuth and elevation measurement capability can be implemented cost-effectively due to the different installation orientation, in particular by alternating radar sensors in the circumferential direction of the motor vehicle, which have good angle measurement capability in azimuth and good angle measurement capability in elevation. Ultimately, some of the radar sensors are installed rotated by 90° relative to the other radar sensors, so that this rotation also applies to the antenna arrangements and the first levels are therefore rotated by 90° relative to one another. Thus, already known, common radar sensors, in particular radar sensors that are implemented in semiconductor technology, preferably CMOS technology, can be used in order to achieve sufficient measuring capabilities both in azimuth and in elevation without costly and complex modifications being necessary, in particular regarding the antenna arrangement. This makes it possible in a simple manner to record the surroundings of the motor vehicle in three dimensions. Generally speaking, the detection ranges of adjacent radar sensors that are installed rotated relative to one another preferably have an overlapping range in which there is excellent three-dimensional detection.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn von jeweils zwei einen wenigstens teilweise überlappenden Erfassungsbereich aufweisende und/oder in Umfangsrichtung des Kraftfahrzeugs unmittelbar aufeinanderfolgend verbauten Radarsensoren einer dem ersten Teil und einer dem zweiten Teil der Radarsensoren angehört. Das bedeutet, es folgen in Umfangsrichtung immer ein Radarsensor mit guter Winkelauflösung in der Elevation und ein Radarsensor mit guter Winkelauflösung im Azimut aufeinander, wobei die Erfassungsbereiche der Radarsensoren einen Überlapp aufweisen, in dem mithin sowohl hochauflösende Winkelinformationen im Azimut wie auch hochauflösende Winkelinformationen in der Elevation ermittelt werden können. Insbesondere führt die unterschiedliche Einbauorientierung der Radarsensoren auch dazu, dass im Überlappungsbereich die Hindernisse unter unterschiedlichen vertikalen Abstrahlwinkeln vermessen werden können, was eine bessere Performance in der Höhenvermessung von Objekten im Umfeld des Kraftfahrzeugs mit sich bringt.It is particularly advantageous if of two radar sensors which have an at least partially overlapping detection range and/or are installed directly one after the other in the circumferential direction of the motor vehicle, one belongs to the first part and one to the second part of the radar sensors. This means that there is always a radar sensor with good angular resolution in elevation and a radar sensor with good angular resolution in azimuth following one another in the circumferential direction, with the detection ranges of the radar sensors having an overlap in which both high-resolution angle information in azimuth and high-resolution angle information in elevation are recorded can be determined. In particular, the different installation orientations of the radar sensors also means that the obstacles in the overlapping area are under under different vertical beam angles can be measured, which results in better performance when measuring the height of objects in the vicinity of the motor vehicle.

In einer konkreten zweckmäßigen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug acht Radarsensoren aufweist, von denen einer auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs, einer in den Rückraum des Kraftfahrzeugs, zwei jeweils zu einer Seite des Kraftfahrzeugs, zwei diagonal nach vorne messend und zwei diagonal nach hinten messend angeordnet sind. Beispielsweise kann dann eine Konfiguration gewählt werden, in der die nach vorne und hinten sowie zu den Seiten messenden Radarsensoren eine hervorragende horizontale Winkelmessung erlauben, die diagonal ausgerichteten Radarsensoren eine hervorragende vertikale Winkelmessung. Die Überlappungsbereiche sind dann zweckmäßig so gewählt, dass dennoch eine komplette Abdeckung des Umfelds auch für die 3D-Vermessung gegeben ist. Alternativ können die nach vorne beziehungsweise hinten sowie zu den Seiten gerichteten Radarsensoren die mögliche beziehungsweise bessere Winkelauflösung auch in der Elevation aufweisen, wobei die diagonal ausgerichteten Radarsensoren in der Horizontalen, also im Azimut, einen hochaufgelösten Winkel liefern. Betrachtet man also beispielsweise das Vorfeld des Kraftfahrzeugs, ist sowohl eine V-H-V- wie auch eine H-V-H-Konfiguration denkbar, wobei H für horizontal, also gute Winkelauflösung im Azimut, und V für vertikal, also gute Winkelauflösung in der Elevation, steht. Durch die Überlappungsbereiche der jeweiligen Erfassungsbereiche ist eine gute dreidimensionale Erfassung des Umfelds des Kraftfahrzeugs möglich.In a concrete, expedient embodiment, it can be provided that the motor vehicle has eight radar sensors, one of which measures in front of the motor vehicle, one in the rear of the motor vehicle, two on one side of the motor vehicle, two measuring diagonally forwards and two diagonally backwards are arranged to measure. For example, a configuration can then be selected in which the radar sensors measuring to the front and rear as well as to the sides allow an excellent horizontal angle measurement, and the diagonally aligned radar sensors allow an excellent vertical angle measurement. The overlapping areas are then expediently selected in such a way that the surroundings are nevertheless completely covered, even for the 3D measurement. Alternatively, the radar sensors directed forwards or backwards and to the sides can also have the possible or better angular resolution in elevation, with the diagonally aligned radar sensors supplying a high-resolution angle in the horizontal, i.e. in the azimuth. If you look at the area in front of the motor vehicle, for example, both a V-H-V and an H-V-H configuration are conceivable, with H standing for horizontal, i.e. good angular resolution in azimuth, and V for vertical, i.e. good angular resolution in elevation. A good three-dimensional detection of the surroundings of the motor vehicle is possible due to the overlapping areas of the respective detection areas.

In einer allgemein vorteilhaften Ausbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug ferner eine Steuereinrichtung aufweist, die zur gemeinsamen Auswertung der Radardaten von gegeneinander verdreht verbauten Radarsensoren wenigstens bezüglich eines Überlappungsbereichs ihrer Erfassungsbereiche und/oder zur Berücksichtigung der Radardaten der Radarsensoren zur Ermittlung eines die erfasste Umgebung des Kraftfahrzeugs dreidimensional beschreibenden Umfeldmodells ausgebildet ist. Mithin können beispielsweise die Überlappungsbereiche der Erfassungsbereiche als dreidimensional vermessen angesehen werden, woraus wiederum dreidimensionale Informationen für ein Umfeldmodell abgeleitet werden können. Die Steuereinrichtung kann dabei besonders bevorzugt ein Steuergerät sein, beispielsweise ein Steuergerät eines sogenannten zentralen Fahrerassistenzsystems, wo Sensordaten verschiedener Sensoren des Kraftfahrzeugs, umfassend auch die Radarsensoren, gemeinsam ausgewertet, mithin fusioniert, werden, um ein Umfeldmodell des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, welches verschiedenen Funktionen unterschiedlicher Fahrzeugsysteme zur Verfügung gestellt wird, die ebenso in dem Steuergerät realisiert sein können.In a generally advantageous embodiment of the present invention, it can be provided that the motor vehicle also has a control device which is used for the joint evaluation of the radar data from radar sensors installed rotated relative to one another, at least with regard to an overlapping area of their detection areas and/or for taking into account the radar data from the radar sensors for determining one of the detected environment of the motor vehicle is formed three-dimensionally descriptive environment model. Consequently, for example, the overlapping areas of the detection areas can be viewed as three-dimensionally measured, from which three-dimensional information for an environment model can in turn be derived. The control device can particularly preferably be a control device, for example a control device of a so-called central driver assistance system, where sensor data from various sensors in the motor vehicle, including the radar sensors, are evaluated together, and therefore merged, in order to determine an environment model of the motor vehicle which includes various functions of different Vehicle systems is made available, which can also be implemented in the control unit.

Die Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei der Radarsensoren, deren Erfassungsbereiche wenigstens teilweise überlappen, in unterschiedlichen Einbauhöhen im Kraftfahrzeug verbaut sind. Durch eine Variation von Einbauhöhen der Radarsensoren kann es möglich sein, den vertikalen Eindeutigkeitsbereich der Elevationsmessung zu erhöhen.The invention provides that at least two of the radar sensors, whose detection ranges at least partially overlap, are installed at different installation heights in the motor vehicle. By varying the installation height of the radar sensors, it may be possible to increase the vertical unambiguous range of the elevation measurement.

Wie bereits erwähnt, werden besonders zweckmäßig Radarsensoren in Halbleitertechnologie im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt, da diese kleinbauend realisiert werden können, verdeckt verbaut werden können und ein hervorragendes Signal-zu-Rauschverhältnis liefern. Mithin sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass jeder Radarsensor einen einen Radartransceiver realisierenden Halbleiterchip, insbesondere CMOS-Chip, aufweist. Durch den Halbleiterchip können auch eine digitale Signalverarbeitungskomponente und/oder eine Steuereinheit des Radarsensors realisiert werden, um die Signalwege kurz zu halten und eine weitere Hochintegration zu erlauben. Zweckmäßigerweise können ferner der Halbleiterchip und die Antennenanordnung des Radarsensors in einem gemeinsamen Package und/oder auf einer gemeinsamen Leiterplatte vorgesehen sein. Dabei wird es bevorzugt, um in einer der ersten Ebene entsprechenden Richtung eine größere Anzahl von Antennenelementen der Antennenanordnung nebeneinander zu platzieren, den Halbleiterchip und die Antennenanordnung auf einer gemeinsamen Leiterplatte aufzubringen, da dann die Größe der Antennenanordnung nicht durch die des Halbleiterchips beschränkt wird.As already mentioned, radar sensors using semiconductor technology are used particularly expediently within the scope of the present invention, since they can be implemented with small dimensions, can be installed in a concealed manner and provide an excellent signal-to-noise ratio. Consequently, a preferred embodiment of the present invention provides that each radar sensor has a semiconductor chip, in particular a CMOS chip, that implements a radar transceiver. A digital signal processing component and/or a control unit of the radar sensor can also be realized by the semiconductor chip in order to keep the signal paths short and to allow further high integration. Furthermore, the semiconductor chip and the antenna arrangement of the radar sensor can expediently be provided in a common package and/or on a common printed circuit board. In order to place a larger number of antenna elements of the antenna arrangement next to one another in a direction corresponding to the first plane, it is preferred to mount the semiconductor chip and the antenna arrangement on a common printed circuit board, since the size of the antenna arrangement is then not restricted by that of the semiconductor chip.

Dabei sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass es selbstverständlich bevorzugt ist, wenn durch die Radarsensoren eine Erfassung des Umfelds des Kraftfahrzeugs in einem 360°-Radius ermöglicht wird. Hierbei überlappen zweckmäßigerweise die Erfassungsbereiche der Radarsensoren derart, dass ohnehin immer eine redundante Erfassung der entsprechenden Winkelbereiche gegeben ist, das bedeutet, dass auch bei Ausfall eines Radarsensors der entsprechende Winkelbereich weiterhin erfasst würde, dann in einem Randbereich eines Erfassungsbereichs eines benachbarten Radarsensors. Bei einer abwechselnden Winkelmessfähigkeit in Elevation und Azimut führt dies dazu, dass letztlich der gesamte 360°-Radius um das Kraftfahrzeug sowohl in der Elevation als auch im Azimut hochauflösend vermessen wird, so dass eine insgesamt vorhandene dreidimensionale Abdeckung des Umfelds des Kraftfahrzeugs gegeben ist.It should also be pointed out at this point that it is of course preferable if the radar sensors enable the area around the motor vehicle to be detected in a 360° radius. In this case, the detection ranges of the radar sensors expediently overlap in such a way that there is always redundant detection of the corresponding angle ranges, which means that even if one radar sensor fails, the corresponding angle range would continue to be detected, then in an edge area of a detection range of an adjacent radar sensor. With an alternating ability to measure angles in elevation and azimuth, this results in the entire 360° radius around the motor vehicle being measured with high resolution both in elevation and in azimuth, so that there is overall three-dimensional coverage of the area surrounding the motor vehicle.

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 in dem Kraftfahrzeug verbauten Radarsensor,
3 Erfassungsbereiche von auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs gerichteten Radarsensoren in einer ersten Konfiguration, und
4 Erfassungsbereiche von auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs gerichteten Radarsensoren in einer zweiten Konfiguration.

Further advantages and details of the present invention result from the exemplary embodiments described below and from the drawing. show:

1 a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention,
2 a radar sensor installed in the motor vehicle,
3 Detection areas of radar sensors directed towards the area in front of the motor vehicle in a first configuration, and
4 Detection ranges of radar sensors directed towards the area in front of the motor vehicle in a second configuration.

1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Dieses weist vorliegend acht Radarsensoren 2a, 2b auf, die baugleich sind, wobei jedoch die Radarsensoren 2a, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird, um 90° verdreht im Vergleich zu den Radarsensoren 2b eingebaut sind. Drei der Radarsensoren 2a, 2b sind dabei verdeckt im vorderen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 verbaut, drei im hinteren Stoßfänger und zwei in den Türen des Kraftfahrzeugs 1. Bei den Radarsensoren 2a, 2b handelt es sich um Weitwinkel-Radarsensoren mit Erfassungsbereichen 3, die, wie gezeigt, nicht nur eine Erfassung des Umfelds des Kraftfahrzeugs 1 in einem 360°-Radius ermöglichen, sondern zudem zu großen Überlappungsbereichen der Erfassungsbereiche 3 benachbarter Radarsensoren 2a, 2b führen. 1 shows a schematic diagram of a motor vehicle 1 according to the invention. This has eight radar sensors 2a, 2b, which are identical in construction, but the radar sensors 2a, which will be discussed in more detail below, are installed rotated by 90° compared to the radar sensors 2b. Three of the radar sensors 2a, 2b are installed in a concealed manner in the front bumper of the motor vehicle 1, three in the rear bumper and two in the doors of the motor vehicle 1. The radar sensors 2a, 2b are wide-angle radar sensors with detection areas 3 which, like shown, not only allow detection of the area around motor vehicle 1 in a 360° radius, but also lead to large overlapping areas of detection areas 3 of adjacent radar sensors 2a, 2b.

2 zeigt den Aufbau eines der Radarsensoren 2a, 2b (in 2 kurz als 2 bezeichnet) genauer. Jeder der Radarsensoren 2 weist dementsprechend eine Leiterplatte 4 auf, auf der ein Halbleiterchip 5, hier ein CMOS-Chip, und eine Antennenanordnung 6 aufgebracht sind. Der Halbleiterchip 5 realisiert vorliegend neben einem Radartransceiver des Radarsensors 2 auch eine digitale Signalverarbeitungskomponente (DSP) des Radarsensors 2 und eine Steuereinheit des Radarsensors 2. 2 shows the structure of one of the radar sensors 2a, 2b (in 2 referred to as 2 for short) more precisely. Accordingly, each of the radar sensors 2 has a printed circuit board 4 on which a semiconductor chip 5, here a CMOS chip, and an antenna arrangement 6 are mounted. In the present case, the semiconductor chip 5 implements not only a radar transceiver of the radar sensor 2 but also a digital signal processing component (DSP) of the radar sensor 2 and a control unit of the radar sensor 2.

Die Antennenanordnung 6 umfasst ersichtlich eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Antennenelementen 7 als Microstrip-Patches, wobei in einer Richtung 8 mehr Antennenelemente 7 aufeinanderfolgen als in einer dazu senkrechten Richtung 9. Das bedeutet aber, dass die Winkelauflösung in einer ersten Ebene, die durch die Richtung 8 festgelegt wird, deutlich besser ist als die Winkelauflösung in einer zweiten, dazu senkrechten Ebene, die durch die Richtung 9 festgelegt wird. Wird der Radarsensor 2 mithin, wie in 2 dargestellt, in einer Einbauausrichtung verbaut, bei der die Richtung 8 einer horizontalen Richtung entspricht, ist eine hervorragende Winkelauflösung im Azimut gegeben, während die Winkelauflösung in der Elevation deutlich schlechter ist. Wird der Radarsensor 2 jedoch um 90° verdreht derart verbaut, dass die Richtung 8 eine Vertikalrichtung ist, entspricht die erste Ebene einer vertikalen Ebene, so dass die Winkelauflösung in der Elevation deutlich besser ist als im Azimut.The antenna arrangement 6 comprises a plurality of antenna elements 7 arranged in a matrix-like manner as microstrip patches, with more antenna elements 7 following one another in a direction 8 than in a direction 9 perpendicular thereto. However, this means that the angular resolution in a first plane, which passes through the direction 8 is defined is significantly better than the angular resolution in a second plane perpendicular thereto, which is defined by the direction 9. If the radar sensor 2 is therefore, as in 2 shown installed in an installation orientation in which the direction 8 corresponds to a horizontal direction, there is excellent angular resolution in azimuth, while the angular resolution in elevation is significantly poorer. However, if the radar sensor 2 is installed rotated by 90° in such a way that the direction 8 is a vertical direction, the first plane corresponds to a vertical plane, so that the angular resolution in the elevation is significantly better than in the azimuth.

Diesen Gedanken macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, indem die Radarsensoren 2a um 90° verdreht zu den Radarsensoren 2b verbaut sind, so dass der erste Teil von Radarsensoren 2a vorliegend eine hervorragende Winkelauflösung im Azimut bietet, der zweite Teil der Radarsensoren 2b jedoch eine hervorragende Winkelauflösung in der Elevation. Selbstverständlich ist auch die umgekehrte Konfiguration grundsätzlich denkbar (Radarsensoren 2a - gute Winkelauflösung der Elevation; Radarsensoren 2b - gute Winkelauflösung im Azimut).The present invention makes use of this idea in that the radar sensors 2a are installed rotated by 90° to the radar sensors 2b, so that the first part of the radar sensors 2a in the present case offers excellent angular resolution in the azimuth, but the second part of the radar sensors 2b has an excellent angular resolution in elevation. Of course, the reverse configuration is also fundamentally conceivable (radar sensors 2a—good angular resolution of the elevation; radar sensors 2b—good angular resolution in the azimuth).

Die Radardaten der Radarsensoren 2a, 2b werden an ein zentrales Steuergerät 10 als Steuereinrichtung 11 geliefert, wo die Radardaten zur Erstellung und Aktualisierung eines dreidimensionalen Umfeldmodells des Kraftfahrzeugs 1 ausgewertet werden, indem insbesondere die Überlappungsbereiche benachbarter Radarsensoren 2a, 2b beziehungsweise konkret die Radardaten hieraus gemeinsam ausgewertet werden, da dort eine dreidimensionale Abtastung vorliegt. In das Umfeldmodell können selbstverständlich auch Sensordaten weiterer, hier nicht näher dargestellter Umfeldsensoren des Kraftfahrzeugs 1 eingehen. Das Steuergerät 10 ist ein Steuergerät eines zentralen Fahrerassistenzsystems, so dass das Umfeldmodell unmittelbar an Funktionen von Fahrzeugsystemen, insbesondere Fahrerassistenzsystemen, bereitgestellt werden kann, die ebenso durch das Steuergerät 10 realisiert werden.The radar data from radar sensors 2a, 2b are supplied to a central control unit 10 as control device 11, where the radar data is evaluated to create and update a three-dimensional environment model of motor vehicle 1, in particular by jointly evaluating the overlapping areas of adjacent radar sensors 2a, 2b, or specifically the radar data from them be, since there is a three-dimensional scan. Of course, sensor data from other surroundings sensors of motor vehicle 1 (not shown in more detail here) can also be included in the surroundings model. Control unit 10 is a control unit of a central driver assistance system, so that the environment model can be made available directly to functions of vehicle systems, in particular driver assistance systems, which are also implemented by control unit 10 .

3 zeigt beispielhaft Erfassungsbereiche 3a, 3b von auf das Vorfeld des Kraftfahrzeug gerichteten Radarsensoren 2a, 2b in einer ersten Konfiguration. Der horizontal wie in 2 gezeigt verbaute Radarsensor 2a weist dabei eine hervorbringende Winkelauflösung im Azimut, also in der horizontalen Ebene, auf, was durch den Erfassungsbereich 3a mit auch größerem Öffnungswinkel im Azimut dargestellt wird. Die Radarsensoren 2b sind um 90° verkippt verbaut und weisen daher eine hervorragende Winkelauflösung in der Elevation, also einer vertikalen Ebene, auf, vgl. die Erfassungsbereiche 3b. In den hier besonders großen Überlappungsbereichen 12 liegt mithin letztlich eine dreidimensionale hochauflösende Erfassung vor, da sowohl Radardaten zum hochaufgelösten Azimutwinkel wie zum hochaufgelösten Elevationswinkel vorliegen. 3 1 shows, by way of example, detection areas 3a, 3b of radar sensors 2a, 2b directed towards the area in front of the motor vehicle in a first configuration. The horizontal as in 2 The radar sensor 2a installed as shown has a producing angular resolution in the azimuth, ie in the horizontal plane, which is represented by the detection area 3a with a larger opening angle in the azimuth. The radar sensors 2b are installed tilted by 90° and therefore have an excellent angular resolution in the elevation, ie a vertical plane, cf. the detection areas 3b. In the overlapping areas 12, which are particularly large here, there is ultimately a three-dimensional, high-resolution detection, since both radar data for the high-resolution azimuth angle and for the high-resolution elevation angle are available.

4 zeigt eine weitere Konfiguration, in der die Radarsensoren 2a und 2b gerade umgekehrt verbaut sind, mithin der mittlere Radarsensor 2a in der Elevation den Winkel äußerst genau misst, die äußeren Radarsensoren 2b in der horizontalen Ebene, also im Azimut, was zu den gezeigten Erfassungsbereichen 3a, 3b und den Überlappungsbereichen 12 führt. Dabei ist zu beachten, dass üblicherweise rechts und links mit den Überlappungsbereichen 3b wiederum überlappend Erfassungsbereiche 3a der wiederum benachbarten seitlichen Radarsensoren 2a anschließen können. 4 shows another configuration in which the radar sensors 2a and 2b are reversed ver are built, consequently the middle radar sensor 2a measures the angle extremely precisely in the elevation, the outer radar sensors 2b in the horizontal plane, ie in the azimuth, which leads to the detection areas 3a, 3b and the overlapping areas 12 shown. It should be noted here that usually overlapping areas 3a of the adjacent lateral radar sensors 2a can adjoin the overlapping areas 3b on the right and left.

Claims

Motor vehicle (1) with a plurality of identically constructed radar sensors (2, 2a, 2b) directed towards the area surrounding the motor vehicle (1), the radar sensors (2, 2a, 2b) each having an antenna arrangement (6) which measures an angle exclusively in one first level with respect to the radar sensor (2, 2a, 2b) or allows a better angular resolution in the first level than in a second level perpendicular thereto, with at least two of the radar sensors (2, 2a, 2b) being installed rotated in relation to one another in their installation alignment are that their first levels are different, characterized in that at least two of the radar sensors (2, 2a, 2b), whose detection ranges (3, 3a, 3b) at least partially overlap, are installed at different installation heights in the motor vehicle (1).

Motor vehicle (1) after claim 1 , characterized in that at least a first part of the radar sensors (2, 2a, 2b) are installed in such a way that the first plane is an azimuthal plane and another part of the radar sensors (2, 2a, 2b) are installed in such a way that the first plane is an elevation plane.

Motor vehicle (1) after claim 2 , characterized in that of two radar sensors (2, 2a, 2b) each having an at least partially overlapping detection area (3, 3a, 3b) and/or installed directly one after the other in the circumferential direction of the motor vehicle (1), one for the first part and one for the second Belongs to part of the radar sensors (2, 2a, 2b).

Motor vehicle (1) after claim 3 , characterized in that it has eight radar sensors (2, 2a, 2b), of which one in front of the motor vehicle (1), one in the rear of the motor vehicle (1), two each to one side of the motor vehicle (1), two are arranged diagonally to the front and two are arranged diagonally to the rear.

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the motor vehicle (1) also has a control device (11) which, for the joint evaluation of the radar data from radar sensors (2, 2a, 2b) installed rotated relative to one another, at least with regard to an overlapping region ( 12) of its detection areas (3, 3a, 3b) and/or for considering the radar data of the radar sensors (2, 2a, 2b) for determining an environment model describing the detected environment of the motor vehicle (1) three-dimensionally.

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each radar sensor (2, 2a, 2b) has a semiconductor chip (5), in particular a CMOS chip, which implements a radar transceiver.

Motor vehicle (1) after claim 6 , characterized in that the semiconductor chip (5) also implements a digital signal processing component and/or a control unit of the radar sensor (2, 2a, 2b) and/or the semiconductor chip (5) and the antenna arrangement (6) in a common package and / or are provided on a common printed circuit board (4).