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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Radarsensor für Fahrzeuge, mit wenigstens einer Antennenanordnung aufweisend
- - wenigstens zwei Senderantennen zur Aussendung von Radar-Sendesignalen in einen Überwachungsbereich des Radarsensors,
- - wenigstens eine Empfangsantenne zum Empfangen von Radar-Echosignalen, welche von Sendesignalen herrühren, die an im Überwachungsbereich etwa vorhandenen Objekten reflektiert werden,
- - wenigstens eine Steuereinrichtung zur Steuerung der wenigstens einen Antennenanordnung und wenigstens eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der von der Antennenanordnung empfangenen Echosignale und wenigstens zur Richtungsbestimmung von erfassten Objekten.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Richtungsbestimmung von Objekten in einem Überwachungsbereich eines Radarsensors eines Fahrzeugs, bei dem
- - wenigstens ein erstes Radar-Sendesignal und wenigstens ein zweites Radar-Sendesignal in einer Hauptüberwachungsrichtung von zueinander räumlich beabstandeten Senderantennen in den Überwachungsbereich gesendet werden, wobei jeweilige Sendezentren der Senderantennen auf einer gedachten Sender-Antennenachse liegen,
- - falls sich in dem Überwachungsbereich ein Objekt befindet, die Sendesignale an diesem reflektiert und das reflektierte wenigstens eine erste Sendesignal als wenigstens ein entsprechendes erstes Radar-Echosignal und das reflektierte wenigstens eine zweite Sendesignal als wenigstens ein entsprechendes zweites Radar-Echosignal von wenigstens einer Empfangsantenne des Radarsensors empfangen werden.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2010 064 348 A1 ist ein Radarsensor für Kraftfahrzeuge bekannt. Der Radarsensor umfasst eine Antennenanordnung, die durch eine Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass sie eine zeitlich variierende Richtcharakteristik aufweist. Der Radarsensor umfasst eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung der von der Antennenanordnung empfangenen Radarechos und zur winkelauflösenden Ortung von Objekten. Die Antennenanordnung weist mindestens zwei Gruppen von Antennenelementen auf, die sich in ihrer Wirkrichtung in Elevation unterscheiden. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, die beiden Gruppen im periodischen Wechsel zu aktivieren und zu deaktivieren. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, den Elevationswinkel der Objekte anhand eines Kontrastes zwischen den von den verschiedenen Gruppen empfangenen Radarechos abzuschätzen. Die mindestens zwei Gruppen der Antennenelemente sind als Senderantennen konfiguriert und mindestens eine weitere Gruppe von Antennenelementen ist als Empfangsantenne konfiguriert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radarsensor und ein Verfahren zur Richtungsbestimmung der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Richtungsbestimmung von Objekten einfacher und/oder genauer realisiert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die technische Aufgabe wird bei dem Radarsensor erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- - wenigstens zwei Empfangsantennen bezüglich ihrer jeweiligen Empfangszentren in vorgegebenen Abständen zueinander entlang einer gedachten Empfänger-Antennenachse angeordnet sind,
- - die wenigstens zwei Senderantennen bezüglich ihren jeweiligen Sendezentren in vorgegebenen Abständen zueinander entlang einer gedachten Sender-Antennenachse angeordnet sind,
- - wobei die Empfänger-Antennenachse und die Sender-Antennenachse sich schneiden, insbesondere senkrecht zueinander verlaufen, und jeweils eine Sensor-Hauptachse schneiden, insbesondere senkrecht zu dieser verlaufen, welche eine Haupt-Überwachungsrichtung des Radarsensors angibt.
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Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei Senderantennen entlang einer Sender-Antennenachse in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet. Die Senderantennen können dabei je nach Orientierung der Sender-Antennenachse im Raum nebeneinander oder übereinander angeordnet sein. Jeweils zwei der Senderantennen bilden mit einem etwaigen Objekt ein virtuelles Dreieck, sodass aus trigonometrischen Zusammenhängen wenigstens ein erster Richtungswinkel zur Richtungsbestimmung des Objekts bezüglich der Antennenanordnung bestimmt werden kann. Dabei sind die Abstände zwischen den Senderantennen vorgegeben, sodass aus den jeweiligen Abständen der Senderantennen zum Objekt oder wenigstens einer diese Abstände charakterisierenden Größe, insbesondere einer Signallaufzeit, einem Laufzeitunterschied beziehungsweise einem sich aus dem Laufzeitunterschied ergebenden Phasenunterschied der Radarwellen, der wenigstens eine Richtungswinkel zum Objekt ermittelt werden kann.
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Die wenigstens zwei Empfangsantennen sind entlang einer gedachten Empfänger-Antennenachse in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet. Da die Empfänger-Antennenachse und die Sender-Antennenachse sich schneiden, insbesondere zueinander senkrecht verlaufen, sind entsprechend die Empfangsantennen nebeneinander oder übereinander angeordnet. Jeweils zwei der Empfangsantennen bilden mit einem etwaigen Objekt ein virtuelles Dreieck, sodass auch hier aus trigonometrischem Zusammenhängen wenigstens ein zweiter Richtungswinkel zur Richtungsbestimmung des Objekts bezüglich der Antennenanordnung bestimmt werden kann.
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Die Empfangs-Antennenachse und die Sender-Antennenachse schneiden sich. Ferner schneiden die Empfangs-Antennenachse und die Sender-Antennenachse jeweils die Sender-Hauptachse. Insbesondere verlaufen die Empfangsantennenachse und die Sender-Antennenachse senkrecht zueinander und jeweils senkrecht zur Sender-Hauptachse. Die Sender-Hauptachse schneidet demnach eine Ebene, welche durch die Empfangsantennenachse und die Sender-Antennenachse aufgespannt wird. Insbesondere steht die Sender-Hauptachse senkrecht auf der besagten Ebene. Durch diese vorzugsweise orthogonale Anordnung der Empfangsantennenachse, der Sender-Antennenachse und der Sensor-Hauptachse können die beiden Richtungswinkel in den entsprechend zueinander vorzugsweise orthogonalen Ebenen nahezu entkoppelt, vorzugsweise vollständig entkoppelt, voneinander bestimmt werden.
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Durch die Verwendung mehrerer Senderantennen und mehrerer Empfangsantennen können entsprechende Sendesignale und Echosignale entsprechend getrennt voneinander erfasst und verarbeitet werden. Hierzu kann vorteilhafterweise ein sogenanntes multiple-input multiple-output (MIMO)-Verfahren eingesetzt werden.
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Vorteilhafterweise können die beiden Richtungswinkel im selben Messzyklus ermittelt werden. Auf diese Weise kann insgesamt schneller eine genaue Richtungsbestimmung für Objekte durchgeführt werden. Alternativ können die beiden Richtungswinkel auch getrennt voneinander, insbesondere nacheinander, ermittelt werden.
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Die Haupt-Überwachungsrichtung des Radarsensors ist die Richtung, in der die Senderantennen und die Empfangsantennen ausgerichtet sind. Die Sendesignale können dabei mit den Senderantennen jeweils über einen entsprechend großen Raumwinkel in den Überwachungsbereich gesendet werden. Die Öffnungswinkel der Senderantennen und/oder der Empfangsantennen können vorteilhafterweise zwischen 120° und 140° liegen. Die Öffnungswinkel können auch kleiner oder größer sein.
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Vorteilhafterweise kann die Sender-Antennenachse in Richtung einer Höhe des Fahrzeugs ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann durch die entsprechende Anordnung der Senderantennen ein Elevationswinkel des erfassten Objekts bezüglich dem Fahrzeug, insbesondere dem Radarsensor, ermittelt werden. So können aus dem Elevationswinkel ermittelt werden, ob die erfassten Objekte mit dem Fahrzeug überfahren oder unterfahren werden können.
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Vorteilhafterweise kann die Empfangsantennenachse in Richtung der Länge und/oder der Breite des Fahrzeugs ausgerichtet sein. Auf diese Weise kann durch die Anordnung der wenigstens zwei Empfangsantennen ein Azimutwinkel des erfassten Objekts bezüglich dem Fahrzeug, insbesondere dem Radarsensor, ermittelt werden. So kann aus dem Azimutwinkel ermittelt werden, ob die erfassten Objekte sich innerhalb oder außerhalb eines Fahrbereichs des Fahrzeugs befinden.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Senderantenne wenigstens ein Antennenelement in Form eines Sendeelements aufweisen. Es können auch mehrere Sendeelemente vorgesehen sein, deren Sendesignale gebündelt werden können.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Empfangsantenne wenigstens ein Antennenelement in Form eines Empfangselements aufweisen. Es können auch mehrere Empfangselemente gebündelt betrieben werden.
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Vorteilhafterweise kann der Radarsensor als moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) ausgestaltet sein.
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Die Erfindung wird bei einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, verwendet. Vorteilhafterweise kann die Erfindung bei einem Landfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, einem Bus, einem Motorrad oder dergleichen, verwendet werden. Die Erfindung kann auch bei autonomen oder wenigstens teilweise autonomen Fahrzeugen eingesetzt werden.
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Der Radarsensor kann vorteilhafterweise mit wenigstens einer elektronischen Steuervorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem und/oder einer Fahrwerksregelung und/oder einer Fahrer-Informationseinrichtung, verbunden oder Teil einer solchen sein. Auf diese Weise können die mit dem Radarsensor erfassten Objektdaten, insbesondere die Entfernung, Richtung und/oder Relativgeschwindigkeit eines Objekts relativ zum Fahrzeug, an die Steuervorrichtung übermittelt und zur Beeinflussung von Fahrfunktionen, insbesondere der Geschwindigkeit, einer Bremsfunktion, einer Lenkungsfunktion und/oder einer Ausgabe eines Hinweis- und/oder Warnsignals insbesondere für den Fahrer, verwendet werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform können mit den wenigstens zwei Senderantennen jeweils Sendesignale so ausgesendet werden, dass sie zumindest aufseiten der Empfangsantennen voneinander unterscheidbar sind. Auf diese Weise können die mit den Empfangsantennen empfangenen Echosignale den jeweiligen Senderantennen zugeordnet werden.
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Vorteilhafterweise können mit den wenigstens zwei Senderantennen kodierte Sendesignale ausgesendet werden. Auf diese Weise können auch gleichzeitig ausgesendete Sendesignale von den wenigstens zwei Senderantennen unterschieden werden.
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Vorteilhafterweise können die mit den wenigstens zwei Senderantennen ausgesendete Sendesignale orthogonal codiert sein. Auf diese Weise können die Sendesignale und die entsprechenden Echosignale unabhängig voneinander und vollständig voneinander entkoppelt verarbeitet werden.
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Vorteilhafterweise können mit den wenigstens zwei Senderantennen die Sendesignale zueinander zeitversetzt senden. Auf diese Weise können die Signalformen der Sendesignale der wenigstens zwei Senderantennen ähnlich oder identisch sein. Eine entsprechende Kodierung ist so nicht zwingend erforderlich.
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Vorteilhafterweise können die wenigstens zwei Senderantennen nach einem Zeitmultiplexverfahren betrieben werden. Auf diese Weise können die entsprechenden Sendesignale zeitversetzt gesendet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann mit der wenigstens einen Auswerteeinrichtung aus wenigstens einer Größe, welche einen Laufzeitunterschied zwischen einer Laufzeit der Sendesignale und entsprechenden Echosignalen wenigstens einer ersten Senderantenne zu wenigstens einer Empfangsantenne und einer Laufzeit der Sendesignale und entsprechender Echosignale wenigstens einer zweiten Senderantenne zu derselben wenigstens einen Empfangsantenne charakterisiert, ein erster Richtungswinkel eines erfassten Objekts in einer Ebene mit der Sender-Antennenachse oder parallel zur Sender-Antennenachse ermittelt werden.
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Abhängig von dem Abstand der jeweiligen Senderantenne zum Objekt benötigt das entsprechende Sendesignal und das entsprechende Echosignal eine entsprechende Laufzeit vom Zeitpunkt des Aussendens auf der Seite der Senderantenne bis zum Zeitpunkt des Empfangs auf der Seite der Empfangsantenne.
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Der Laufzeitunterschied folgt aus den jeweiligen Abständen der Senderantennen zum Objekt, also den Längen der Schenkel des gedachten Dreiecks, dessen Ecken die Senderantennen und das Objekt bilden. Dadurch, dass der Abstand zwischen den Senderantennen vorgegeben und somit bekannt ist, können über eine den Laufzeitunterschied charakterisierende Größe die Winkel des gedachten Dreiecks und entsprechend der erste Richtungswinkel bestimmt werden. Dabei kann der Laufzeitunterschied auch null sein, falls sich das Objekt jeweils im gleichen Abstand zu den Senderantennen befindet.
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Abhängig von der verwendeten Auswertemethode kann der Laufzeitunterschied durch eine geeignete erfassbare Größe, insbesondere eine Phasendifferenz der Empfängerspannungen, charakterisiert werden. Aus dieser charakterisierenden Größe oder direkt aus dem Laufzeitunterschied kann der erste Richtungswinkel bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise kann der erste Richtungswinkel der Winkel zwischen der Sender-Antennenachse und einer gedachten Geraden zwischen einem gedachten Sensor-Referenzpunkt des Radarsensors und dem erfassten Objekt sein. Auf diese Weise kann der erste Richtungswinkel in Bezug auf den Sensor-Referenzpunkt ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise kann der gedachte Sensor-Referenzpunkt auf der Sender-Antennenachse liegen.
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Vorteilhafterweise kann der Sensor-Referenzpunkt der Schnittpunkt der Sensor-Hauptachse mit der Sender-Antennenachse und/oder der Empfänger-Antennenachse und/oder der Schnittpunkt der Sender-Antennenachse mit der Empfänger-Antennenachse sein. Auf diese Weise kann mit der Sensor-Hauptachse, der Sender-Antennenachse und der Empfänger-Antennenachse ein Koordinatensystem im Raum klar definiert werden, welches eine Referenz für die jeweilige Richtungsbestimmung darstellt.
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Vorteilhafterweise können sich die Sensor-Hauptachse, die Sender-Antennenachse und die Empfänger-Antennenachse im Sensor-Referenzpunkt schneiden. Auf diese Weise bildet der Sensor-Referenzpunkt den Ursprung des Koordinatensystems.
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Vorteilhafterweise können die Sensor-Hauptachse, die Sender-Antennenachse und die Empfänger-Antennenachse ein orthogonales Koordinatensystem bilden.
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Vorteilhafterweise kann der erste Richtungswinkel ein Elevationswinkel sein. Auf diese Weise kann mit dem erster Richtungswinkel eine Richtungsbestimmung des Objekts in der Höhe erfolgen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann mit der Auswerteeinrichtung aus wenigstens einer Größe, welche einen Laufzeitunterschied zwischen den Laufzeiten der Sendesignale und entsprechender Echosignale wenigstens einer Senderantenne einerseits zu wenigstens einer ersten Empfangsantenne und andererseits zu wenigstens einer zweiten Empfangsantenne charakterisiert, ein zweiter Richtungswinkel eines erfassten Objekts in einer Ebene mit der Empfänger-Antennenachse oder parallel zur Empfänger-Antennenachse ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise kann sich der zweite Richtungswinkel in einer gedachten Ebene mit der Empfänger-Antennenachse und der Sensor-Hauptachse oder in einer zu dieser parallelen Ebene befinden.
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Vorteilhafterweise kann der zweite Richtungswinkel der Winkel zwischen einer gedachten Ebene mit der Sender-Antennenachse und der Sensor-Hauptachse einerseits und andererseits einer gedachten Ebene mit der Sender-Antennenachse durch das Objekt sein.
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Die Bestimmung des zweiten Richtungswinkels kann analog zur Bestimmung des ersten Richtungswinkels wie oben bereits erläutert erfolgen, mit dem Unterschied, dass bei der Bestimmung des zweiten Richtungswinkels die beiden Empfangsantennen und das Objekt ein gedachtes Dreieck aufspannen. Die Laufzeiten des Sendesignals und der jeweiligen Echosignale werden daher durch die jeweiligen Abstände der Empfangsantennen von dem Objekt beeinflusst.
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Vorteilhafterweise können zur Bestimmung des zweiten Richtungswinkels die Sendesignale und entsprechenden Echosignale der ersten Senderantenne und die Sendesignale und entsprechender Echosignale der zweiten Senderantenne separat ausgewertet werden, sodass die Ergebnisse voneinander entkoppelt sind. So kann eine genauere Richtungsbestimmung erfolgen.
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Vorteilhafterweise kann der zweite Richtungswinkel ein Azimutwinkel sein. Auf diese Weise kann mit dem ersten Richtungswinkel eine Richtungsbestimmung des Objekts in der Horizontalen erfolgen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann mit der Auswerteeinrichtung mit einem Phasenvergleich von wenigstens zwei Empfängerspannungen einer Empfangsantenne und/oder aus einem Phasenvergleich von jeweiligen Empfängerspannungen von wenigstens zwei Empfangsantennen wenigstens eine Phasendifferenz ermittelt werden, welche einen Laufzeitunterschied charakterisieren kann.
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Zur Bestimmung des ersten Richtungswinkels können die Empfängerspannungen wenigstens einer Empfangsantenne infolge der jeweiligen Echosignale, welche den Sendesignalen der ersten Senderantenne und den Sendesignalen der zweiten Senderantenne entsprechen, bezüglich ihrer Phasen verglichen werden. Die Phasendifferenz der Empfängerspannungen kann den Laufzeitunterschied zwischen den Sendesignalen mit den jeweiligen Echosignalen charakterisieren.
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Zur Bestimmung des zweiten Richtungswinkels kann eine Phasendifferenz zwischen der Empfängerspannung wenigstens einer ersten Empfangsantenne und der Empfängerspannung wenigstens einer zweiten Empfangsantenne infolge der entsprechenden Echosignale, welche vorzugsweise von ein und demselben Sendesignal ein und derselben Senderantenne herrühren, ermittelt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung wenigstens einen Algorithmus zur Berechnung wenigstens eines Richtungswinkels und/oder wenigstens einen Lookup-Table zur Entnahme wenigstens eines Richtungswinkels auf Basis wenigstens einer Größe, die wenigstens einen Laufzeitunterschied charakterisiert, aufweisen.
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Mithilfe eines Algorithmus kann aus der charakterisierenden Größe wenigstens ein Richtungswinkel berechnet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann aus einem Lookup-Table wenigstens ein Richtungswinkel abhängig von wenigstens einer charakterisierenden Größe entnommen werden. Die Lookup-Tabelle kann vorteilhafterweise bei vorherigen Testmessungen für unterschiedliche Richtungswinkel gespeichert worden sein.
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Ferner wird die technische Aufgabe erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch gelöst, dass aus wenigstens einer Größe, welche einen Laufzeitunterschied zwischen einerseits einer Laufzeit des wenigstens einen ersten Sendesignals und dem wenigstens einem entsprechenden ersten Echosignal zu wenigstens einer Empfangsantenne und andererseits einer Laufzeit des wenigstens einen zweiten Sendesignals und dem wenigstens einen entsprechenden zweiten Echosignal zu derselben wenigstens einen Empfangsantenne charakterisiert, wenigstens ein erster Richtungswinkel des erfassten Objekts bezüglich des Radarsensors ermittelt wird.
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Erfindungsgemäß wird, wie bereits oben in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Radarsensor erläutert, auf Basis trigonometrischer Überlegungen aus den Laufzeitunterschieden der wenigstens eine erste Richtungswinkel bezüglich dem Radarsensor zur Richtungsbestimmung des erfassten Objekts bestimmt.
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Vorteilhafterweise kann sich der erste Richtungswinkel in einer Ebene mit der oder parallel zur Sender-Antennenachse befinden.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können das wenigstens eine erste Sendesignal und das wenigstens eine zweite Sendesignal voneinander unterscheidbar ausgesendet werden. Auf diese Weise können die Sendesignale den jeweiligen Senderantennen einfacher zugeordnet werden.
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Vorteilhafterweise können die Sendesignale hierzu insbesondere orthogonal kodiert sein. Alternativ oder zusätzlich können die Sendesignale zeitversetzt gesendet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann aus wenigstens einer Größe, welche einen Laufzeitunterschied zwischen einerseits einer Laufzeit wenigstens eines der Sendesignale von wenigstens einer der Senderantennen und dem wenigstens einen entsprechenden Echosignal zu wenigstens einer ersten Empfangsantenne und andererseits einer Laufzeit des wenigstens einen Sendesignals von derselben wenigstens einen Senderantenne und wenigstens einem entsprechenden Echosignal zu wenigstens einer zweiten Empfangsantenne charakterisiert, wenigstens ein zweiter Richtungswinkel eines erfassten Objekts bezüglich des Radarsensors ermittelt werden. Auf diese Weise kann zusätzlich zu dem wenigstens einen ersten Richtungswinkel auch wenigstens ein zweiter Richtungswinkel bestimmt werden. So kann die Richtung des Objekts bezüglich des Radarsensors im Raum besser definiert werden.
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Vorteilhafterweise kann die Ebene, in der sich der wenigstens eine erste Richtungswinkel befindet, senkrecht oder schräg zu der Ebene verlaufen, in der sich der wenigstens eine zweite Richtungswinkel befindet. Auf diese Weise kann die Richtung des Objekts eindeutig definiert werden.
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Vorteilhafterweise kann der wenigstens eine zweite Richtungswinkel in einer Ebene mit einer oder parallel zu einer Empfänger-Antennenachse liegen. Dabei können jeweilige Empfangszentren der wenigstens einen ersten Empfangsantenne und der wenigstens einen zweiten Empfangsantenne auf der Empfänger-Antennenachse liegen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann aus einem Phasenvergleich von wenigstens zwei Empfängerspannungen einer Empfangsantenne und/oder aus einem Phasenvergleich von jeweiligen Empfängerspannungen von wenigstens zwei Empfangsantennen wenigstens eine Phasendifferenz ermittelt werden, welche einen Laufzeitunterschied charakterisiert. Auf diese Weise kann aus messbaren Größen, insbesondere Phasen oder Phasendifferenzen, wenigstens ein Richtungswinkel ermittelt werden. Bei den Empfängerspannungen handelt es sich um elektrische Spannungen, welche mit der Auswerteeinrichtung verarbeitet werden können.
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Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Radarsensor und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Richtungsbestimmung und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Radarsensor durchgeführt werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
- 1 ein Fahrzeug in der Vorderansicht, mit einem Radarsensor, welcher mit einem Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugs verbunden ist;
- 2 den Radarsensor aus der 1, mit zwei Senderantennen und vier Empfangsantennen in der Vorderansicht;
- 3 den Radarsensor aus der 2 in der Seitenansicht;
- 4 den Radarsensor aus den 2 und 3 in der Draufsicht.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In der 1 ist ein Fahrzeug 10 in Form eines Personenkraftwagens in der Vorderansicht gezeigt. Das Fahrzeug 10 verfügt über einen Radarsensor 12, welcher sich beispielhaft in der vorderen Stoßstange des Fahrzeugs 10 befindet. Der Radarsensor 12 ist mit einem Fahrerassistenzsystem 14 des Fahrzeugs 10 verbunden. Mit dem Radarsensor 12 kann ein Überwachungsbereich 16, in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug 10, auf Objekte 18 hin überwacht werde. In den 3 und 4 ist beispielhaft ein Objekt 18 angedeutet.
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Mit dem Radarsensor 12 gewonnene Objektdaten, nämlich eine Entfernung, eine Richtung und eine Geschwindigkeit des Objekts 18 relativ zum Fahrzeug 10, respektive zum Radarsensor 12, können an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt werden. Mit dem Fahrerassistenzsystem 14 können hier nicht weiter interessierende Fahrfunktionen des Fahrzeugs 10 gesteuert und/oder ein Fahrer unterstützt werden.
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Der Radarsensor 12 umfasst eine Antennenanordnung 20, welche funktional mit einer Steuereinrichtung 22 und einer Auswerteeinrichtung 24 verbunden ist.
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Mit der Steuereinrichtung 22 kann der Radarsensor 12 gesteuert werden. Die Auswerteeinrichtung 24 dient zur Auswertung von Radar-Echosignalen 26, die von der Antennenanordnung 20 empfangen werden, und zur Richtungsbestimmung von Objekten 18 in dem Überwachungsbereich 16 bezüglich dem Radarsensor 12.
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Die Antennenanordnung 20 umfasst beispielhaft zwei Senderantennen Tx1 und Tx2 und vier Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4.
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Mit den Senderantennen Tx1 und Tx2 können Radar-Sendesignale 28 in den Überwachungsbereich 16 gesendet werden. Der besseren Unterscheidbarkeit wegen werden im Folgenden einige der Sendesignale 28 mit 28A oder 28B bezeichnet.
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Mit den Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 können die Echosignale 26, welche von den Sendesignalen 28 herrühren, die an dem Objekt 18 reflektiert wurden, empfangen werden und in hier nicht weiter interessierender Weise beispielsweise in jeweilige elektrische Empfängerspannungen umgewandelt werden. Die Empfängerspannungen können mit der elektrischen Auswerteeinrichtung 24 verarbeitet werden.
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Die Senderantennen Tx1, Tx2 und die Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 können jeweils beispielhaft als einzelnes Antennenelement oder als Anordnung von mehreren Antennenelementen ausgestaltet sein. Die Antennenelemente können in hier nicht weiter interessierenden Weise gebündelt sein.
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Jede Senderantenne Tx1 und Tx2 weist eine Sendezentrum 30 auf, welches sich beispielhaft in der Mitte der jeweiligen Senderantenne Tx1 oder Tx2 befindet. Entsprechend weist jede Empfangsantenne Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 ein Empfangszentrum 32 auf, welches sich ebenfalls beispielhaft in der Mitte der jeweiligen Empfangsantenne Rx1, Rx2, Rx3 oder Rx4 befindet.
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Der einfacheren Orientierung wegen sind in den 1 bis 4 die jeweiligen Koordinatenachsen eines rechtwinkligen x-y-z-Koordinatensystems gezeigt. Die x-Achse ist dabei in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 gerichtet. Die y-Achse ist in Richtung der Breite des Fahrzeugs 10 und die z-Achse in Richtung der Höhe des Fahrzeugs 10 gerichtet. Sofern sich das Fahrzeug 10 auf einer horizontalen Fahrbahn befindet, erstrecken sich die x-Achse und die y-Achse räumlich horizontal. Die z-Achse ist räumlich vertikal nach oben gerichtet.
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Die vier Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 sind bezüglich ihrer jeweiligen Empfangszentren 32 in vorgegebenen Abständen zueinander nebeneinander entlang einer gedachten Empfänger-Antennenachse 34 angeordnet. Die Empfänger-Antennenachse 34 erstreckt sich entlang der Breite des Fahrzeugs 10, parallel zur y-Achse. Sofern sich das Fahrzeug 10 auf einer horizontalen Fahrbahn befindet, erstreckt sich die Empfänger-Antennenachse also räumlich horizontal.
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Senkrecht zur Empfänger-Antennenachse 34 erstreckt sich eine gedachten Sensor-Hauptachse 36 in Richtung der x-Achse. Die Sensor-Hauptachse 36 kreuzt die Empfänger-Antennenachse 34 in einem gedachten Sensor-Referenzpunkt 38 des Radarsensors 12. Der Sensor-Referenzpunkt 38 befindet sich auf der Empfänger-Antennenachse 34 beispielhaft etwa mittig zwischen den beiden inneren Empfangsantennen Rx2 und Rx3.
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Die Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 sind parallel zur Sensor-Hauptachse 36 in einer Hauptüberwachungsrichtung 40 des Radarsensors 12 ausgerichtet. Die Hauptüberwachungsrichtung 40 ist in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 10 ausgerichtet.
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Die beiden Senderantennen Tx1 und Tx2 sind bezüglich ihrer jeweiligen Sendezentren 30 in vorgegebenen Abständen zueinander entlang einer gedachten Sender-Antennenachse 42 angeordnet. Die Sender-Antennenachse 42 steht senkrecht auf der Sensor-Hauptachse 36 und senkrecht auf der Empfänger-Antennenachse 34. Die Sender-Antennenachse 42 kreuzt die Empfänger-Antennenachse 34 und die Sensor-Hauptachse 36 im Sensor-Referenzpunkt 38. Die Sender-Antennenachse 42 ist beispielhaft in Richtung der Höhe des Fahrzeugs 10, also in Richtung der z-Achse, ausgerichtet, in der Regel also räumlich vertikal. Die Senderantennen Tx1 und Tx2 sind in der Hauptüberwachungsrichtung 40 ausgerichtet.
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Die Empfänger-Antennenachse 34, die Sender-Antennenachse 42 und die Sensor-Hauptachse 36 bilden also insgesamt ein orthogonales Koordinatensystem, dessen Ursprung der Sensor-Referenzpunkt 38 bildet.
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Der Radarsensor 12 wird als sogenanntes moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar) betrieben. Die Sendesignale 28A, welche von der ersten Senderantenne Tx1 ausgesendet werden, und die Sendesignale 28B, welche von der zweiten Senderantenne Tx2 ausgesendet werden, sind voneinander unterscheidbar. Beispielhaft können die Sendesignale 28A und 28B orthogonal kodiert sein. Alternativ oder zusätzlich können die Sendesignale 28A und 28B zeitversetzt ausgesendet werden, sodass sie nacheinander von den entsprechenden Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 als entsprechende Echosignale 26 empfangen werden können.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zur Richtungsbestimmung von Objekten 18 in dem Überwachungsbereich 16 beschrieben. Zur Richtungsbestimmung werden ein Elevationswinkel 44 und ein Azimutwinkel 46 ermittelt. Der Elevationswinkel 44, auch Höhenwinkel genannt, gibt eine Information über die Höhe des erfassten Objekts 18 an, aus der geschlossen werden kann, ob das Objekt 18 mit dem Fahrzeug 10 überfahren oder unterfahren werden kann. Der Azimutwinkel 46 gibt Informationen darüber, ob sich das erfasste Objekt 18 innerhalb eines Fahrbereich des Fahrzeugs 10 oder außerhalb befindet.
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Der Elevationswinkel 44 ist, wie in der 3 gezeigt, der Winkel zwischen der Sender-Antennenachse 42 und einer gedachten Geraden 48 zwischen dem Sensor-Referenzpunkt 38 und dem erfassten Objekt 18. Der Elevationswinkel 44 befindet sich also in einer Ebene mit der Sender-Antennenachse 42 und der gedachten Geraden 48.
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Der Azimutwinkel 46 ist, wie in der 4 gezeigt, der Winkel zwischen einer gedachten Ebene 50 mit der Sensor-Hauptachse 36 und der Sender-Antennenachse 42 einerseits und einer gedachten Ebene 52 mit der Sender-Antennenachse 42, welche durch das Objekt 18 verläuft. Der Azimutwinkel 46 befindet sich also in einer Ebene mit der Empfänger-Antennenachse 34 und der Sensor-Hauptachse 36.
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Die Ebene mit dem Azimutwinkel 46 steht senkrecht auf der Ebene mit dem Elevationswinkel 44. Beide Ebenen enthalten den Sensor-Referenzpunkt 38. So kann mit dem Azimutwinkel 46 und den Elevationswinkel 44 die Richtung des Objekts 18 relativ zum Sensor-Referenzpunkt 38 eindeutig angegeben werden.
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Bei dem Verfahren werden mit der ersten Senderantenne Tx1 ein erstes Sendesignal 28A und mit der Senderantenne Tx2 ein zweites Sendesignal 28B ausgesendet.
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Dadurch, dass die Senderantennen Tx1 und Tx2 in vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet sind, bilden sie mit dem Objekt 18 ein gedachtes Dreieck. Das Sendezentrum 30 der Senderantenne Tx1 hat einen ersten Abstand 54 zu dem Objekt 18. Das Sendezentrum 30 der zweiten Senderantenne Tx2 hat einen zweiten Abstand 56 zu dem Objekt 18. Entsprechend benötigen das erste Sendesignal 28A und das zugehörige Echosignal 26 eine erste Laufzeit beispielhaft zu der ersten Empfangsantenne Rx1. Das zweite Sendesignal 28B und das entsprechende Echosignal 26 benötigen eine zweite Laufzeit zu der ersten Empfangsantenne Rx1.
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Die jeweiligen Laufzeiten bewirken entsprechende Phasenverschiebungen bei den zugehörigen Empfängerspannungen beispielhaft der ersten Empfangsantenne Rx1. Durch Vergleich der Phase der Empfängerspannungen für das erste Sendesignal 28A mit dem ersten Echosignal 26 mit der Phase der Empfängerspannung für das zweite Sendesignal 28B mit dem zweiten Echosignals 26 wird eine Phasendifferenz ermittelt, welche eine den Laufzeitunterschied charakterisierende Größe bildet.
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Mithilfe der Phasendifferenz wird mit der Auswerteeinrichtung 24 aus einer sogenannten Lookup-Tabelle der entsprechende Elevationswinkel 44 ermittelt. In der Lookup-Tabelle wurden zuvor beispielsweise bei Testmessungen die Phasendifferenzen für unterschiedliche Elevationswinkel 44 aufgenommen und gespeichert. Die Lookup-Tabelle kann beispielsweise Teil der Auswerteeinrichtung 24 sein. Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung der Lookup-Tabelle kann der Elevationswinkel 44 auch mittels einem geeigneten Algorithmus aus der Phasendifferenz berechnet werden.
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Die oben beschriebene Betrachtung der Phasendifferenzen kann außer mit der ersten Empfangsantenne Rx1 auch mit einer oder mehreren der Empfangsantennen Rx2, Rx3 und Rx4 durchgeführt werden. Diese Phasendifferenzbetrachtung kann vorteilhafterweise bei allen Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Auf diese Weise kann eine Messgenauigkeit insgesamt verbessert werden.
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Die Bestimmung des Azimutwinkels 46 kann gleichzeitig oder zeitlich versetzt zu der Bestimmung des Elevationswinkels 44 erfolgen. Dabei werden beispielhaft das erste Sendesignal 28A der ersten Senderantenne Tx1 und das entsprechende Echosignal 26 verwendet. Alternativ oder zusätzlich können auch das zweite Sendesignal 28B der zweiten Senderantenne Tx2 und das entsprechende zweite Echosignal 26 verwendet werden.
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Bei der Ermittlung des Azimutwinkels 46 wird die Tatsache verwendet, dass die Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 in vorgegebenen Abständen zueinander angeordnet sind. Aus den jeweiligen Abständen der Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 zu dem Objekt 18 resultieren unterschiedliche Laufwege und dadurch individuelle Laufzeiten für das beispielhaft verwendete Sendesignal 28A und den jeweiligen Echosignalen 26.
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Aus den Laufzeitunterschieden wird der Azimutwinkel 46 über die Phasendifferenzen der Empfängerspannungen der unterschiedlichen Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 analog zur Bestimmung des Elevationswinkels 44 ermittelt.
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Dadurch, dass die ersten Sendesignale 28A und die entsprechenden ersten Echosignale 26 und das zweite Sendesignal 28B und das entsprechende zweite Echosignal 26 voneinander unterscheidbar sind, kann die Bestimmung des Elevationswinkels 44 und des Azimutwinkels 46 jeweils unter der Verwendung von beiden Senderantennen Tx1 und Tx2 und der Verwendung von allen vier Empfangsantennen Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 gleichzeitig erfolgen. Alternativ kann auch ein Zeitmultiplexverfahren eingesetzt werden.
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Ferner wird mit dem Radarsensor 12 in hier nicht interessierender Weise eine Entfernung des Objekts 18 von dem Radarsensor 12 und einer Relativgeschwindigkeit des Objekts 18 ermittelt.
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Der Elevationswinkel 44 und der Azimutwinkel 46, welche die Richtung des Objekts 18 beschreiben, die Relativgeschwindigkeit und der Abstand des Objekts 18 werden mit der Auswerteeinrichtung 24 an das Fahrerassistenzsystem 14 übermittelt. Mithilfe der Objektinformationen werden in hier nicht weiter interessierender Weise mit dem Fahrerassistenzsystem 14 Fahrfunktionen des Fahrzeugs 10 gesteuert und/oder ein Fahrer unterstützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010064348 A1 [0003]
