DE102017123981A1

DE102017123981A1 - Driver assistance system for detecting objects in an environment of a motor vehicle with a lens and a sensor

Info

Publication number: DE102017123981A1
Application number: DE102017123981.2A
Authority: DE
Inventors: Rainer Straschill
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2017-11-30
Also published as: DE102018124993A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem (1) für ein Fahrzeug (2) zur Erfassung eines Objektes (3) in einem Umfeld des Fahrzeugs (2), wobei das Fahrerassistenzsystem (1) einen Empfänger (4) zum Empfangen von Radarwellen hat und der Empfänger (4) eine Linse (6), die ein Material mit einem negativen Brechungsindex aufweist, einen Sensor (7) und eine Auswertungseinheit (8) aufweist, die mit dem Sensor (7) gekoppelt ist, und die Linse (6) eine von dem Objekt (3) ausgesandte auf die Linse (6) auftreffende elektromagnetische Strahlung (9) mit einer Wellenlänge im Radarbereich auf zumindest ein erstes Sensorelement (10) des Sensors (7) lenkt und die Auswertungseinheit (8) dazu eingerichtet ist, anhand einer Information über eine Position des ersten Sensorelementes (10) in Bezug zu weiteren Sensorelementen (11) des Sensors (7) das Objekt (3) in dem Umfeld zu lokalisieren.The invention relates to a driver assistance system (1) for a vehicle (2) for detecting an object (3) in an environment of the vehicle (2), wherein the driver assistance system (1) has a receiver (4) for receiving radar waves and the receiver (2). 4) a lens (6) comprising a material having a negative refractive index, a sensor (7) and an evaluation unit (8) coupled to the sensor (7), and the lens (6) one of the object (3) emitting electromagnetic radiation (9) having a wavelength in the radar range impinging on the lens (6) onto at least one first sensor element (10) of the sensor (7) and the evaluation unit (8) is arranged to use information about a Position of the first sensor element (10) with respect to other sensor elements (11) of the sensor (7) to locate the object (3) in the environment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung eines Objektes in einem Umfeld des Fahrzeugs, wobei das Fahrerassistenzsystem einen Empfänger zum Empfangen von Radarwellen aufweist. The invention relates to a driver assistance system for a vehicle for detecting an object in an environment of the vehicle, wherein the driver assistance system has a receiver for receiving radar waves.

Ein derartiges Fahrerassistenzsystem ist aus der DE 197 15 997 A1 bekannt. Das darin beschriebene Fahrerassistenzsystem besteht aus einer bildgebenden Radaranordnung, die ein Fokuselement in Form einer dielektrischen Linse und in dessen Fokusfläche eine Vielzahl von Antennenelementen aufweist. Über das Fokuselement ist jedem Antennenelement ein eng gebündelter Raumwinkelausschnitt zugeordnet, so dass aus der Gesamtheit der Radarsignale aller Antennenelemente eine flächige Bilddarstellung möglich ist. Such a driver assistance system is from the DE 197 15 997 A1 known. The driver assistance system described therein consists of an imaging radar arrangement which has a focus element in the form of a dielectric lens and in whose focus area a multiplicity of antenna elements. By means of the focus element, each antenna element is assigned a tightly focused solid angle detail, so that a flat image representation is possible from the entirety of the radar signals of all the antenna elements.

In der DE 195 46 506 A1 ist eine Radaranordnung beschrieben, die ein erstes Raumwinkel-Auflösungsvermögen von z. B. 8 bis 32 Winkelschritten zu je kleiner gleich 0,75° im Azimut und 1,8 Winkelschritte zu je größer gleich 3° in der Elevation hat. Diese Radaranordnung sieht unter anderem eine Anordnung mit einem Sensorarray und einer fokussierenden Vorrichtung wie einem Spiegel oder einer Linse vor. In the DE 195 46 506 A1 a radar arrangement is described which has a first solid angle resolution of z. B. 8 to 32 angular increments to less than or equal to 0.75 ° in azimuth and 1.8 angular increments greater than or equal to 3 ° in the elevation has. Among other things, this radar arrangement provides an arrangement with a sensor array and a focusing device such as a mirror or a lens.

Ebenfalls ist in der DE 197 16 002 A1 eine Kraftfahrzeug-Radaranordnung vorgeschlagen, mit der eine Winkelauflösung erzielt werden kann. Die Winkelauflösung kann beispielsweise mittels einer für eine bildgebende Radaranordnung typischen Kombination einer dielektrischen Linse mit einer Mehrzahl von Antennenelementen in der Fokusfläche der Linse erreicht werden. Die Antennenelemente nehmen entsprechend viel Platz im vorderen Bereich einer Karosserie des Fahrzeugs ein. Dies kann einen Freiraum bei einer Konstruktion von Kühleinlässen für eine Antriebsmaschine des Fahrzeugs erheblich einschränken. Des Weiteren kann der durch die Antennenelemente eingenommene Platz nicht mehr für übrige Komponenten des Fahrzeugs genutzt werden. Also in the DE 197 16 002 A1 proposed a motor vehicle radar arrangement with which an angular resolution can be achieved. The angular resolution can be achieved, for example, by means of a combination of a dielectric lens with a plurality of antenna elements in the focal plane of the lens which is typical for an imaging radar arrangement. The antenna elements occupy a corresponding amount of space in the front region of a body of the vehicle. This can significantly limit a clearance in a design of cooling inlets for an engine of the vehicle. Furthermore, the space occupied by the antenna elements can no longer be used for remaining components of the vehicle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Fahrerassistenzsystem mit einem Empfänger zum Empfangen von Radarwellen bereitzustellen, welches kleiner als bisher bekannte Fahrerassistenzsysteme mit einer Radaranordnung ausgestaltet ist. Object of the present invention is therefore to provide a driver assistance system with a receiver for receiving radar waves, which is smaller than previously known driver assistance systems configured with a radar array.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug zur Erfassung eines Objektes in einem Umfeld des Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Fahrerassistenzsystem hat einen Empfänger zum Empfangen von Radarwellen, wobei der Empfänger eine Linse, die ein Material mit einem negativen Brechungsindex hat, einen Sensor und eine Auswertungseinheit aufweist, die mit dem Sensor gekoppelt ist. Die Linse lenkt eine von dem Objekt ausgesandte auf die Linse auftreffende elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Radarbereich auf zumindest ein erstes Sensorelement des Sensors. Die Auswertungseinheit ist dazu eingerichtet, anhand einer Information über eine Position des ersten Sensorelementes in Bezug zu weiteren Sensorelementen des Sensors das Objekt in dem Umfeld zu lokalisieren. To solve this problem, a driver assistance system for a motor vehicle for detecting an object in an environment of the vehicle is proposed. The driver assistance system has a receiver for receiving radar waves, the receiver having a lens having a material having a negative refractive index, a sensor, and an evaluation unit coupled to the sensor. The lens deflects an electromagnetic radiation having a wavelength in the radar range and emitted by the object onto at least one first sensor element of the sensor. The evaluation unit is set up to localize the object in the environment on the basis of information about a position of the first sensor element in relation to further sensor elements of the sensor.

Lokalisieren meint, dass die Auswertungseinheit zumindest eine Position des Objektes in einer zumindest zweidimensionalen Abbildung des Umfeldes approximiert. Localization means that the evaluation unit approximates at least one position of the object in an at least two-dimensional image of the environment.

In vorteilhafter Weise wird eine Wechselwirkung zwischen zumindest einem Teil der auf die Sensorelemente des Sensors treffenden Strahlung und den Sensorelementen erzeugt. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen der Strahlung und den Sensorelementen kann eine Intensität der Strahlung erfasst werden. Hierbei ist die Wechselwirkung stärker, je höher die Intensität der Strahlung ist und/oder je größer ein Teil des Sensorelementes ist, der von der Strahlung erfasst wird. Die einzelnen Sensorelemente sind bevorzugt in einer Ebene in mehreren Reihen, die nebeneinander liegen, angeordnet. Somit ist es möglich, jedem Sensorelement des Sensors ein, insbesondere pyramidenförmiges, Raumsegment eines mithilfe des Empfängers erfassbaren Raumes zuzuordnen. Advantageously, an interaction between at least part of the radiation impinging on the sensor elements of the sensor and the sensor elements is generated. Due to the interaction between the radiation and the sensor elements, an intensity of the radiation can be detected. Here, the interaction is stronger, the higher the intensity of the radiation is and / or the greater is a part of the sensor element, which is detected by the radiation. The individual sensor elements are preferably arranged in a plane in a plurality of rows that lie next to one another. Thus, it is possible to associate each sensor element of the sensor with a, in particular pyramidal, space segment of a space which can be detected by means of the receiver.

Erfindungsgemäß weist die Linse ein Material mit einem negativen Brechungsindex auf, welches im Folgenden als Metamaterial bezeichnet wird. Das Metamaterial ist bevorzugt eine künstliche hergestellte Struktur, deren Durchlässigkeit für elektrische und magnetische Felder von der in der Natur üblichen abweicht. Dies kann mithilfe von, bevorzugt periodischen, mikroskopisch feinen Strukturen aus elektrischen oder magnetisch wirksamen Materialien in einem Inneren der Linse ermöglicht werden. According to the invention, the lens has a material with a negative refractive index, which is referred to below as metamaterial. The metamaterial is preferably an artificial structure whose permeability to electric and magnetic fields differs from that customary in nature. This can be achieved by using, preferably periodic, microscopically fine structures of electrically or magnetically active materials in an interior of the lens.

In einer Ausgestaltung kann das Metamaterial Aluminiumoxid aufweisen und in einer besonderen Weiterbildung in Form von Aluminiumoxidstäbchen ausgebildet sein. In einer weiteren Variante ist das Metamaterial in Form einer dünnen Silberschicht ausgebildet. In one embodiment, the metamaterial may comprise aluminum oxide and be formed in a special development in the form of aluminum oxide rods. In a further variant, the metamaterial is in the form of a thin silver layer.

Vorteilhaft ist die Struktur des Metamaterials deutlich kleiner als die Wellenlänge der Strahlung. Deutlich kleiner kann insbesondere bedeuten, dass eine Zellgröße des Metamaterials kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der Strahlung im Vakuum ist. Bevorzugt ist eine Auflösung der Linse nicht durch eine Beugungsgrenze limitiert. Advantageously, the structure of the metamaterial is significantly smaller than the wavelength of the radiation. Significantly smaller, in particular, may mean that a cell size of the metamaterial is less than a quarter of the wavelength of the radiation in a vacuum. Preferably, a resolution of the lens is not limited by a diffraction limit.

Eine besondere Variante sieht vor, dass das Metamaterial homogen ausgebildet ist. Um einen negativen Brechungsindex zu erreichen, kann das Metamaterial bevorzugt negative Werte für die dielektrische Leitfähigkeit ε_r und/oder die magnetische Leitfähigkeit μ_r annehmen, so dass in der Linse das Feld der elektrischen Flussdichte und das der elektrischen Feldstärke sowie das Feld der magnetischen Flussdichte und das der magnetischen Feldstärke jeweils einander entgegengesetzt gerichtet sein können. A special variant provides that the metamaterial is formed homogeneously. In order to achieve a negative refractive index, the metamaterial can preferably assume negative values for the dielectric conductivity ε _r and / or the magnetic conductivity μ _r , such that the field has the electric flux density and the electric field strength as well as the field of the magnetic flux density in the lens and that of the magnetic field strength may each be directed opposite to each other.

Dadurch, dass die Linse das Metamaterial aufweist, hat die Linse im Vergleich zu einer Linse, die ein Material mit einem positiven Brechungsindex aufweist, im Folgenden herkömmliche Linse genannt, besondere Eigenschaften. So kann beispielsweise die Linse, wenn diese konkav ausgeführt ist, eine selbe Brechkraft erreichen wie eine deutlich schwerere konvexe herkömmliche Linse. Dadurch kann zum einen ein Gewicht des Empfängers eingespart als auch der Empfänger kleiner dimensioniert werden. Eine spezielle Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Linse flach ausgebildet ist. Dadurch kann in vorteilhafterweise eine ebene Vorderfläche für einen Einbau des Empfängers in das Fahrzeug bereitgestellt werden. By virtue of the fact that the lens has the metamaterial, the lens has special properties compared to a lens which has a material with a positive refractive index, referred to below as a conventional lens. For example, the lens, when concave, can achieve the same refractive power as a much heavier conventional convex lens. As a result, on the one hand a weight of the receiver can be saved and the receiver can be made smaller. A special embodiment can provide that the lens is flat. As a result, a flat front surface can advantageously be provided for installation of the receiver in the vehicle.

Besonders vorteilhaft kann die Linse ein Nahfeld der Strahlung verstärken und für eine Abbildung nutzbar machen. Dies kann insbesondere beim Einparken des Fahrzeugs vorteilhaft genutzt werden, um eine genauere Abstandsmessung zum Objekt in einem Nahfeld der Linse durchzuführen. Particularly advantageously, the lens can amplify a near field of the radiation and make it usable for an image. This can be advantageously used in particular when parking the vehicle in order to carry out a more accurate distance measurement to the object in a near field of the lens.

Ein besonderer Vorteil einer Verwendung des Metamaterial ist es, dass die auf die Linse auftreffende Strahlung stärker gebrochen wird als dies mit der herkömmlichen Linse bei gleichen Krümmungsradien der beiden Linsen möglich wäre. Dies ist gerade für die elektromagnetische Strahlung mit der Wellenlänge im Bereich der Radarwellenlängen nützlich, da die Radarwellen im Vergleich zum sichtbaren Licht eine deutlich höhere Wellenlänge aufweisen und dadurch weniger stark von der herkömmlichen Linse gebrochen werden. Der Empfänger ist vorzugsweise für einen Empfang von Radarwellen mit einer Wellenlänge von etwa 1 bis 10 mm ausgelegt, was etwa einer Frequenz von 300 bis 30 GHz entspricht. A particular advantage of using the metamaterial is that the radiation incident on the lens is more strongly refracted than would be possible with the conventional lens at the same radii of curvature of the two lenses. This is useful especially for the electromagnetic radiation having the wavelength in the range of the radar wavelengths, since the radar waves have a much higher wavelength compared to the visible light and are therefore less strongly refracted by the conventional lens. The receiver is preferably designed to receive radar waves having a wavelength of about 1 to 10 mm, which corresponds approximately to a frequency of 300 to 30 GHz.

Durch die Verwendung des Metamaterials ergibt sich weiterhin der Vorteil, dass die Linse mit einem kleineren Durchmesser als die herkömmliche Linse ausgeführt sein kann, um bei gleichen Krümmungsradien der beiden Linsen einen vergleichbaren bildseitigen Öffnungswinkel beim Abbilden des Objektes auf dem Sensor zu erzeugen. Somit kann insgesamt der Empfänger kleiner als im Vergleich zu einer Variante mit der herkömmlichen Linse ausgelegt werden. The use of the metamaterial further results in the advantage that the lens can be designed with a smaller diameter than the conventional lens in order to produce a comparable image-side opening angle at the same radii of curvature of the two lenses when imaging the object on the sensor. Thus, as a whole, the receiver can be made smaller than in comparison with a variant with the conventional lens.

Des Weiteren kann mit der Linse eine kleinere Brennweite im Vergleich zu der herkömmlichen Linse erzielt werden. Dies kann insbesondere auch für den Fall gelten, wenn die Linse kleiner als die herkömmliche Linse ausgestaltet ist. Die kleinere Brennweite kann ermöglichen, den Sensor in einem geringeren Abstand zur Linse anzuordnen als dies bei einer Verwendung der herkömmlichen Linse möglich wäre. Ein kürzerer Abstand des Sensors zur Linse hat den Vorteil, den Empfänger noch kleiner auszugestalten. Furthermore, a smaller focal length can be achieved with the lens compared to the conventional lens. This can apply in particular also for the case when the lens is made smaller than the conventional lens. The smaller focal length may allow the sensor to be located closer to the lens than would be possible using the conventional lens. A shorter distance of the sensor to the lens has the advantage of making the receiver even smaller.

Darüber hinaus kann, sofern eine Blendenzahl der Linse konstant gehalten wird, mithilfe einer kürzeren Brennweite ein gegenstandsseitiger Öffnungswinkel vergrößert werden. Dies kann einen gesamten Raum, der von dem Empfänger erfasst werden kann, vergrößern. Eine Vergrößerung dieses Raumes bei einer gleichzeitigen Verringerung der Brennweite kann unter Umständen eine Verringerung eines Auflösungsvermögens des Sensors bewirken. Um eine Verringerung eines Auflösungsvermögens des Empfängers im Gesamten für diesen Fall so weit wie möglich zu minimieren, wird Folgendes vorgeschlagen. In addition, if a f-number of the lens is kept constant, an object-side opening angle can be increased by using a shorter focal length. This can increase an entire space that can be detected by the receiver. Increasing this space while simultaneously reducing the focal length may cause a reduction in resolving power of the sensor. In order to minimize as much as possible a decrease in the resolving power of the receiver as a whole in this case, the following is proposed.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung lokalisiert die Auswertungseinheit anhand von einer ersten Information über eine mit dem ersten Sensorelement erfassten ersten Intensität und einer zweiten Information über eine mit einem zweiten Sensorelement des Sensors erfassten zweiten Intensität das Objekt. Bei dieser Ausgestaltung wird ausgenutzt, dass jedem Sensorelement des Sensors ein Raumsegment, in welchem sich das Objekt oder ein Teil des Objekts befindet, zugeordnet werden kann. Hierbei bilden mehrere Raumsegmente in ihrer Gesamtheit den von dem Empfänger erfassbaren Raum aus. In an advantageous embodiment, the evaluation unit locates the object on the basis of first information about a first intensity detected by the first sensor element and second information about a second intensity detected with a second sensor element of the sensor. In this embodiment, it is utilized that each sensor element of the sensor can be assigned a space segment in which the object or a part of the object is located. In this case, several space segments in their entirety form the space that can be detected by the receiver.

Insbesondere kann eine Korrelation von mit benachbarten Sensorelementen erfassten Intensitäten der Strahlung mithilfe der Auswertungseinheit bestimmt werden. Dies kann ermöglichen, eine Auflösung des Sensors zu erhöhen. In particular, a correlation of intensities of the radiation detected with adjacent sensor elements can be determined with the aid of the evaluation unit. This may allow to increase a resolution of the sensor.

Eine Möglichkeit kann vorsehen, dass die von dem Objekt ausgesandte Strahlung beispielsweise das zweite Sensorelement mit einer höheren Intensität als das erste Sensorelement erfasst. In diesem Fall kann die Auswertungseinheit aufgrund der höheren Intensität eine erste Wahrscheinlichkeit dafür, dass das Objekt sich in dem zu dem ersten Sensorelement zugeordneten ersten Raumsegment befindet, als geringer berechnen als eine zweite Wahrscheinlichkeit dafür, dass das Objekt sich in dem zu dem zweiten Sensorelement zugeordneten zweiten Raumsegment befindet. One possibility may provide that the radiation emitted by the object detects, for example, the second sensor element with a higher intensity than the first sensor element. In this case, due to the higher intensity, the evaluation unit may calculate a first probability that the object is in the first space segment associated with the first sensor element as less than a second probability that the object in the one associated with the second sensor element second space segment is located.

Mithilfe der beiden Wahrscheinlichkeiten kann die Auswertungseinheit vorteilhaft ein Erwartungswert für eine Position des Objekts approximieren, wodurch das Objekt in dem Umfeld des Fahrzeugs lokalisiert ist. Insbesondere kann die Position derart approximiert werden, dass sie mit einem Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Wahrscheinlichkeit funktional in einem Zusammenhang steht. Die Position kann zum Beispiel durch einen Abstand von einer Trennfläche zwischen dem ersten und zweiten Raumsegment definiert sein, wobei der Abstand dem Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Wahrscheinlichkeit entspricht. With the help of the two probabilities, the evaluation unit can be advantageous Approximate the expected value for a position of the object, whereby the object is located in the environment of the vehicle. In particular, the position may be approximated to be functionally related to a ratio between the first and second probabilities. The position may be defined, for example, by a distance from a separation surface between the first and second space segments, the distance corresponding to the ratio between the first and the second probability.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sensor eine maximale Erstreckung hat, die höchstens doppelt so groß wie eine maximale Erstreckung der Linse ist. Die maximale Erstreckung der Linse ist vorzugsweise ein Durchmesser der Linse. Die maximale Erstreckung des Sensors ist bevorzugt eine Höhe oder Breite des Sensors in einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse der Linse, je nachdem, ob die Höhe oder die Breite größer ist. Dadurch, dass die Linse kleiner als eine herkömmliche Linse ausgebildet sein kann, ist es auch möglich den Sensor kleiner zu dimensionieren, sodass der Empfänger noch kleiner konstruiert werden kann. In an advantageous embodiment it is provided that the sensor has a maximum extent which is at most twice as large as a maximum extent of the lens. The maximum extension of the lens is preferably a diameter of the lens. The maximum extent of the sensor is preferably a height or width of the sensor in a plane perpendicular to an optical axis of the lens, depending on whether the height or the width is greater. The fact that the lens can be made smaller than a conventional lens, it is also possible to make the sensor smaller, so that the receiver can be designed even smaller.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor als ein Photosensor ausgeführt. Bei dieser Ausgestaltung basiert die Wechselwirkung zwischen der Strahlung und den Sensorelementen vorzugsweise auf dem photoelektrischen Effekt, insbesondere dem inneren photoelektrischen Effekt. Die Sensorelemente sind bevorzugt als Bildpunkte ausgebildet. So können beispielsweise Photonen der Strahlung Elektronen eines Materials, aus dem die Bildpunkte gebildet sind, anregen. Bevorzugt wird ein Resonanzeffekt bei einem Anregen der Elektronen durch die Photonen erzeugt. Vorteilhaft absorbieren die Elektronen eine Energie der Photonen, die bevorzugt etwa einer Bandlückenenergie des Materials der Bildpunkte entspricht, wodurch sich eine Leitfähigkeit des Materials der Bildpunkte erhöhen kann. In an advantageous embodiment, the sensor is designed as a photosensor. In this embodiment, the interaction between the radiation and the sensor elements is preferably based on the photoelectric effect, in particular the internal photoelectric effect. The sensor elements are preferably formed as pixels. For example, photons of the radiation can excite electrons of a material from which the pixels are formed. Preferably, a resonance effect is produced when the electrons are excited by the photons. Advantageously, the electrons absorb an energy of the photons, which preferably corresponds approximately to a bandgap energy of the material of the pixels, whereby a conductivity of the material of the pixels can increase.

Das Material der Bildpunkte kann ein Verbindungshalbleiter, wie zum Beispiel Cadmiumarsenid oder Indiumantimonid, oder eine Verbindung aus einem Halbmetall und einem Halbleiter, wie zum Beispiel Quecksilber-Cadmium-Tellurid oder Quecksilber-Zink-Tellurid, aufweisen. Die einzelnen Bildpunkte des Photosensors können etwa einhundert Mikrometer breit und bevorzugt hoch sein und deutlich kleiner als einzelne herkömmliche Antennenelemente zum Empfangen einer Radarstrahlung mit einem Phased-Array ausgebildet sein. The material of the pixels may comprise a compound semiconductor such as cadmium arsenide or indium antimonide or a compound of a semimetal and a semiconductor such as mercury cadmium telluride or mercury zinc telluride. The individual pixels of the photosensor may be about one hundred microns wide, preferably high, and may be significantly smaller than individual conventional antenna elements for receiving radar radiation having a phased array.

Daher kann die vorgeschlagene Ausgestaltung des Empfängers mit dem Photosensor eine Verwendung mehrerer Antennenelemente, wie sie insbesondere bei Phased-Array-Antennensystemen eingesetzt werden, ersetzen und dadurch Platz in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs eingespart werden. Therefore, the proposed embodiment of the receiver with the photosensor, a use of multiple antenna elements, as used in particular in phased array antenna systems replace, and thereby space in a front area of the vehicle can be saved.

Eine weitere Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Sensor als ein Antennenfeld ausgebildet ist. Das Antennenfeld weist mehrere Antennen auf, die bevorzugt kürzer als eine Hälfte der Wellenlänge der Strahlung sind. Beispielsweise können die Antennen eine Länge haben, die etwa einem Zehntel der Wellenlänge der Strahlung entspricht. Die Länge kann beispielsweise zweihundert Mikrometer betragen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antennen planar ausgebildet. A further embodiment may be provided that the sensor is designed as an antenna field. The antenna array has a plurality of antennas, which are preferably shorter than one half of the wavelength of the radiation. For example, the antennas may have a length that corresponds to about one tenth of the wavelength of the radiation. The length may be, for example, two hundred microns. In a particularly advantageous embodiment, the antennas are planar.

In einer Weiterbildung sind die Antennen an eine Auswerteelektronik angeschlossen. Die Auswerteelektronik kann bevorzugt eine von einer einzelnen Antenne empfangene Leistung eines mit der einzelnen Antenne empfangenen Teils der Strahlung bestimmen. Genauso ist es möglich, dass die Auswerteelektronik eine Leistung eines von mehreren Antennen empfangenen Teils der Strahlung berechnet. Hierzu kann die Auswerteelektronik einen oder mehrere Bandpaßfilter und Integratoren aufweisen. In a further development, the antennas are connected to a transmitter. The transmitter may preferably determine a power received by a single antenna of a part of the radiation received by the individual antenna. It is equally possible for the evaluation unit to calculate a power of a part of the radiation received by several antennas. For this purpose, the transmitter may have one or more bandpass filters and integrators.

Dabei kann ein Bandpaßfilter der Auswerteelektronik in einem Zwischenfrequenzbereich arbeiten. In einer weiteren Variante kann der Bandpaßfilter in Form eines Akustischen-Oberflächenwellen-Filters ausgeführt sein. In this case, a bandpass filter of the evaluation work in an intermediate frequency range. In a further variant, the bandpass filter can be embodied in the form of a surface acoustic wave filter.

In vorteilhafter Weise sind die einzelnen Antennen jeweils an einen Verstärker gekoppelt. In einer Weiterbildung wird ein von der einzelnen Antenne empfangenes und mit einem einzelnen Verstärker verstärktes Signal an einen Eingang einer der Bandpaßfilter geleitet. Die Antennen haben bevorzugt eine Länge von ungefähr zweihundert Mikrometern. Advantageously, the individual antennas are each coupled to an amplifier. In a further development, a signal received by the individual antenna and amplified by a single amplifier is directed to an input of one of the bandpass filters. The antennas preferably have a length of about two hundred micrometers.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Fahrerassistenzsystems sieht vor, dass das Fahrerassistenzsystem einen Sender aufweist, welcher elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Radarbereich abstrahlen kann. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist, dass das Fahrerassistenzsystem nicht nur passiv Signale von anderen Verkehrsteilnehmern empfangen kann, sondern mit Hilfe des Senders Signale aussendet, deren Reflexionen an dem Objekt mithilfe des Empfängers empfangen werden können. A preferred development of the driver assistance system provides that the driver assistance system has a transmitter which can emit electromagnetic radiation having a wavelength in the radar range. The advantage of this development is that the driver assistance system can not only passively receive signals from other road users, but with the help of the transmitter emits signals whose reflections can be received at the object using the receiver.

Des Weiteren wird ein Verfahren zur Erfassung eines Objektes in einem Umfeld eines Fahrzeugs mithilfe eines Fahrerassistenzsystems des Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Fahrerassistenzsystem hat einen Empfänger, der eine Linse, die ein Material mit einem negativen Brechungsindex hat, einen Sensor und eine Auswertungseinheit aufweist, die mit dem Sensor gekoppelt ist. Das Fahrerassistenzsystem kann nach einer der oben genannten Ausführungsformen des Fahrerassistenzsystems ausgestalten sein. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. Furthermore, a method for detecting an object in an environment of a vehicle by means of a driver assistance system of the vehicle is proposed. The driver assistance system has a receiver having a lens having a material having a negative refractive index, a sensor, and an evaluation unit coupled to the sensor. The driver assistance system can according to one of the above Embodiments of the driver assistance system be ausgestalten. The method comprises the following steps.

In einem ersten Schritt wird eine von dem Objekt ausgesandte elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Radarbereich mithilfe der Linse empfangen. Bevorzugt wird die Strahlung dadurch von dem Objekt ausgesandt, indem die Strahlung an dem Objekt reflektiert wird. In einem zweiten Schritt wird die Strahlung mithilfe der Linse hin zu zumindest einem ersten Sensorelement des Sensors umgelenkt. In einem dritten Schritt wird das Objekt in dem Umfeld mithilfe der Auswertungseinheit und anhand einer Information über eine Position des ersten Sensorelementes in Bezug zu weiteren Sensorelementen des Sensors lokalisiert, wobei der Sensor die Information an die Auswertungseinheit überträgt. In a first step, an electromagnetic radiation emitted by the object with a wavelength in the radar range is received by means of the lens. Preferably, the radiation is thereby emitted from the object by reflecting the radiation at the object. In a second step, the radiation is deflected by means of the lens towards at least a first sensor element of the sensor. In a third step, the object is located in the environment using the evaluation unit and based on information about a position of the first sensor element with respect to other sensor elements of the sensor, wherein the sensor transmits the information to the evaluation unit.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Strahlung auf zumindest zwei, das erste Sensorelement und ein zweites Sensorelement, mithilfe der Linse gelenkt. Dabei wird mithilfe des ersten Sensorelementes eine erste Intensität der Strahlung und mithilfe des zweiten Sensorelementes eine zweite Intensität der Strahlung erfasst. Mit der Auswertungseinheit wird ein Vergleich zwischen der ersten Intensität und der zweiten Intensität durchgeführt und anhand eines Ergebnisses des Vergleiches eine Position des Objektes approximiert. In a further advantageous embodiment, the radiation is directed to at least two, the first sensor element and a second sensor element, by means of the lens. In this case, a first intensity of the radiation is detected by means of the first sensor element and a second intensity of the radiation is detected by means of the second sensor element. The evaluation unit performs a comparison between the first intensity and the second intensity and approximates a position of the object based on a result of the comparison.

Eine besondere Variante des Verfahrens sieht vor, dass mithilfe der Position des ersten Sensorelementes in Bezug zu den weiteren Sensorelementen des Sensors dem Objekt einen Raumsegment eines mit dem Empfänger erfassbaren Raumes zugeordnet wird. Der mit dem Empfänger erfassbare Raum kann zum einen durch ein Brechungsverhalten der Linse und zum anderen durch eine erste Blende, die zwischen dem Objekt und der Linse angeordnet ist, und/oder durch eine zweite Blende, die zwischen der Linse und dem Sensor oder einer weiteren Linse des Empfängers positioniert ist, definiert sein. A particular variant of the method provides that, with the aid of the position of the first sensor element in relation to the further sensor elements of the sensor, the object is assigned a space segment of a space that can be detected by the receiver. The space that can be detected by the receiver can be determined by a refractive behavior of the lens and by a first diaphragm arranged between the object and the lens, and / or by a second diaphragm between the lens and the sensor or another Lens of the receiver is positioned to be defined.

In einer Weiterbildung wird die Strahlung von einem Sender des Fahrerassistenzsystems ausgesendet und an dem Objekt reflektiert. Dabei kann vorteilhaft eine Laufzeit der Strahlung zwischen einem Aussenden der Strahlung mit dem Sender und einem Empfangen der Strahlung mit dem Empfänger bestimmt werden. In a development, the radiation is emitted by a transmitter of the driver assistance system and reflected on the object. In this case, it is advantageous to determine a transit time of the radiation between emitting the radiation with the transmitter and receiving the radiation with the receiver.

Mithilfe des Raumsegmentes und der Laufzeit kann besonders vorteilhaft eine Bestimmung einer Position des Objektes in einem dreidimensionalen Raum durchgeführt werden. Der Raum kann insbesondere der mit der Linse erfassbare Raum sein. Die Bestimmung der Position des Objektes in dem dreidimensionalen Raum hat den Vorteil, dass ein dreidimensionales Abbild der Umgebung approximiert und dargestellt werden kann. With the aid of the space segment and the running time, a determination of a position of the object in a three-dimensional space can be carried out particularly advantageously. In particular, the space can be the space that can be detected by the lens. The determination of the position of the object in the three-dimensional space has the advantage that a three-dimensional image of the environment can be approximated and displayed.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zumindest eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Figuren. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of at least one preferred embodiment and with reference to the figures.

Diese zeigen in: These show in:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem, 1 a schematic view of a vehicle with a proposed driver assistance system,

2 eine Schnittansicht eines Empfängers des Fahrerassistenzsystems aus 1, 2 a sectional view of a receiver of the driver assistance system 1 .

3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Lokalisation eines Objektes mit dem Fahrerassistenzsystem nach 1. 3 a flowchart of a method for localization of an object with the driver assistance system according to 1 ,

1 zeigt ein Fahrerassistenzsystem 1 für ein Fahrzeug 2 zur Erfassung eines Objektes 3 in einem Umfeld des Fahrzeugs 2, wobei das Fahrerassistenzsystem 1 einen Empfänger 4 zum Empfangen von Radarwellen und einen Sender 5 zum Aussenden von Radarwellen aufweist. 1 shows a driver assistance system 1 for a vehicle 2 to capture an object 3 in an environment of the vehicle 2 , where the driver assistance system 1 a receiver 4 for receiving radar waves and a transmitter 5 for transmitting radar waves.

2 zeigt eine horizontale Schnittansicht durch den Empfänger 4. Der Empfänger 4 hat einen Sensor 7, eine Auswertungseinheit 8, die mit dem Sensor 7 gekoppelt ist, und eine Linse 6 mit einer optischen Achse 19. Die Linse 6 weist ein Material mit einem negativen Brechungsindex auf. Die Linse 6 lenkt eine von dem Objekt 3 ausgesandte auf die Linse 6 auftreffende elektromagnetische Strahlung 9 mit einer Wellenlänge im Radarbereich auf zumindest ein erstes Sensorelement 10 des Sensors 7. In 2 sind jeweils zur besseren Übersichtlichkeit nur Strahlen dargestellt, die durch einen Mittelpunkt der Linse 6 gehen. 2 shows a horizontal sectional view through the receiver 4 , The recipient 4 has a sensor 7 , an evaluation unit 8th that with the sensor 7 coupled, and a lens 6 with an optical axis 19 , The Lens 6 has a material with a negative refractive index. The Lens 6 directs one of the object 3 sent out to the lens 6 incident electromagnetic radiation 9 having a wavelength in the radar range on at least a first sensor element 10 of the sensor 7 , In 2 For the sake of clarity, only rays are shown which pass through a center of the lens 6 walk.

Die Auswertungseinheit 8 ist dazu eingerichtet, anhand einer Information über eine Position des ersten Sensorelementes 10 in Bezug zu weiteren Sensorelementen 11 des Sensors 7 das Objekt 3 in dem Umfeld zu lokalisieren. Die Sensorelemente 10 und 11 sind hierzu in einer in 2 gezeigten horizontalen Ebene des Sensors 7 in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Senkrecht zu dieser Ebene weist der Sensor 7 bevorzugt mehrere solcher Reihen auf. The evaluation unit 8th is set up based on information about a position of the first sensor element 10 in relation to other sensor elements 11 of the sensor 7 the object 3 to locate in the environment. The sensor elements 10 and 11 are in an in 2 shown horizontal plane of the sensor 7 arranged in a row next to each other. The sensor points perpendicular to this plane 7 prefers several such rows.

Vorteilhaft kann zu jedem Sensorelement 10, 11 ein Volumenelement, das zwischen dem Sensor 7 und der Linse 6 angeordnet ist, zugeordnet werden. So kann beispielsweise dem ersten Sensorelement 10 in der in 2 dargestellten horizontalen Ebene ein erstes Volumenelement 13 und einem zweiten Sensorelement 12 des Sensors 7 ein zweites Volumenelement 16 zugeordnet werden. Um das Objekt 3 oder Teile des Objektes 3 zu lokalisieren, werden bevorzugt einzelne, insbesondere pyramidenförmige, Raumsegmente, die zwischen dem Objekt 3 und der Linse 6 angeordnet sind, den jeweiligen Sensorelementen des Sensors 7 zugeordnet. So wird dem ersten Sensorelement 10 ein erstes Raumsegment 17 und dem zweiten Sensorelement 12 ein zweites Raumsegment 18 zugeordnet. Advantageously, to each sensor element 10 . 11 a volume element between the sensor 7 and the lens 6 is arranged to be assigned. For example, the first sensor element 10 in the in 2 illustrated horizontal plane a first volume element 13 and a second sensor element 12 of the sensor 7 a second volume element 16 be assigned. To the object 3 or parts of the object 3 to locate, are preferably individual, in particular pyramidal, space segments that between the object 3 and the lens 6 are arranged, the respective sensor elements of the sensor 7 assigned. This becomes the first sensor element 10 a first space segment 17 and the second sensor element 12 a second space segment 18 assigned.

Der Sensor 7 kann in einer ersten Variante als ein Photosensor ausgebildet sein, wobei die Sensorelemente 10, 11, 12 als Bildpunkte ausgeführt sind. In einer zweiten Variante kann der Sensor 7 als ein Antennenfeld ausgestaltet sein, wobei die Sensorelemente 10, 11, 12 einzelne Antennen des Antennenfeldes sind. Denkbar ist auch, den Sensor 7 als eine Kombination aus einem Photosensor und einem Antennenfeld auszubilden. Bei dieser Variante ist es möglich, den Photosensor auf einen ersten Frequenzbereich der Strahlung 9 und das Antennenfeld auf einen zweiten von dem ersten verschiedenen Frequenzbereich der Strahlung 9 auszulegen. The sensor 7 may be formed in a first variant as a photosensor, wherein the sensor elements 10 . 11 . 12 are executed as pixels. In a second variant, the sensor 7 be designed as an antenna field, wherein the sensor elements 10 . 11 . 12 individual antennas of the antenna array are. It is also conceivable, the sensor 7 as a combination of a photosensor and an antenna array. In this variant, it is possible for the photosensor to be at a first frequency range of the radiation 9 and the antenna array to a second of the first different frequency range of the radiation 9 interpreted.

Die Linse 6 weist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Breite 14 auf, die in etwa einer Breite 15 des Sensors 7 entspricht. Dadurch ist es möglich, auf vergleichsweise sehr kleinem Raum eine Lokalisierung des Objektes 3 zumindest in einer horizontalen Ebene, wie in der in 2 gezeigten Ebene, vor der Linse 6 durchzuführen. Der Sensor 7 ist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhaft in einem Abstand, der einer Brennweite der Linse 6 entspricht, von der Linse 6 angeordnet. The Lens 6 points in the in 2 illustrated embodiment, a width 14 on, in about a width 15 of the sensor 7 equivalent. This makes it possible to locate the object in a comparatively small space 3 at least in a horizontal plane, as in the 2 shown level, in front of the lens 6 perform. The sensor 7 is in the in 2 illustrated embodiment advantageously at a distance of a focal length of the lens 6 corresponds, from the lens 6 arranged.

3 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Erfassung des Objektes 3 in dem Umfeld des Fahrzeugs 2 mit dem Fahrerassistenzsystem 1, wie es in 1 gezeigt ist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: In einem ersten Schritt 21 wird eine von dem Objekt 3 ausgesandte Radarstrahlung mit Hilfe der Linse 6 empfangen. In einem zweiten Schritt 22 wird die Radarstrahlung mit Hilfe der Linse 6 hin zu dem ersten Sensorelement 10 des Sensors 7 umgelenkt. 3 shows a schematic sequence of a method for detecting the object 3 in the environment of the vehicle 2 with the driver assistance system 1 as it is in 1 is shown. The procedure comprises the following steps: In a first step 21 becomes one of the object 3 Radar radiation emitted with the help of the lens 6 receive. In a second step 22 Radar radiation is using the lens 6 towards the first sensor element 10 of the sensor 7 diverted.

In einem dritten Schritt 23 wird mit Hilfe der Auswertungseinheit 8 und anhand einer Information über eine Position des ersten Sensorelementes 10 in Bezug zu den weiteren Sensorelementen 11 des Sensors 7 das Objekt 3 in dem Umfeld des Fahrzeugs 2 lokalisiert. Bei diesem Schritt überträgt der Sensor 7 die Information an die Auswertungseinheit 8. In a third step 23 is using the evaluation unit 8th and based on information about a position of the first sensor element 10 in relation to the further sensor elements 11 of the sensor 7 the object 3 in the environment of the vehicle 2 localized. At this step, the sensor transmits 7 the information to the evaluation unit 8th ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19715997 A1 [0002]
DE 19546506 A1 [0003]
DE 19716002 A1 [0004]

Claims

Driver assistance system ( 1 ) for a vehicle ( 2 ) for detecting an object ( 3 ) in an environment of the vehicle ( 2 ), the driver assistance system ( 1 ) a receiver ( 4 ) for receiving radar waves and the receiver ( 4 ) a lens ( 6 ), which has a material with a negative refractive index, a sensor ( 7 ) and an evaluation unit ( 8th ) connected to the sensor ( 7 ) and the lens ( 6 ) one of the object ( 3 ) emitted to the lens ( 6 ) incident electromagnetic radiation ( 9 ) having a wavelength in the radar range on at least a first sensor element ( 10 ) of the sensor ( 7 ) and the evaluation unit ( 8th ) is adapted to, based on information about a position of the first sensor element ( 10 ) in relation to further sensor elements ( 11 ) of the sensor ( 7 ) the object ( 3 ) in the environment.

Driver assistance system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the evaluation unit ( 8th ) based on a first information about one with the first sensor element ( 10 ) detected first intensity and a second information about one with a second sensor element ( 12 ) of the sensor ( 7 ) detected second intensity of the object ( 3 ) isolated.

Driver assistance system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor ( 7 ) a maximum extension ( 15 ), which is at most twice as large as a maximum extension ( 14 ) of the lens ( 6 ).

Driver assistance system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor ( 7 ) is implemented as a photosensor.

Driver assistance system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor ( 7 ) is formed as an antenna field.

Driver assistance system ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the driver assistance system ( 1 ) has a transmitter which transmits electromagnetic radiation ( 9 ) can radiate at a wavelength in the radar range.

Method for detecting an object ( 3 ) in an environment of a vehicle using a driver assistance system ( 1 ) of the vehicle, wherein the driver assistance system ( 1 ) a receiver ( 4 ), which has a lens ( 6 ), which has a material with a negative refractive index, a sensor ( 7 ) and an evaluation unit ( 8th ) connected to the sensor ( 7 ), comprising the following steps: receiving one of the object ( 3 ) emitted electromagnetic radiation ( 9 ) with a wavelength in the radar range using the lens ( 6 ), - redirecting the radiation ( 9 ) using the lens ( 6 ) towards at least a first sensor element ( 10 ) of the sensor ( 7 ), - localizing the object ( 3 ) in the environment using the evaluation unit ( 8th ) and based on information about a position of the first sensor element ( 10 ) in relation to further sensor elements ( 11 ) of the sensor ( 7 ), whereby the sensor ( 7 ) the information to the evaluation unit ( 8th ) transmits.

Method according to claim 7, characterized in that the radiation ( 9 ) to at least two, the first sensor element ( 10 ) and a second sensor element ( 12 ), using the lens ( 6 ) and by means of the first sensor element ( 10 ) a first intensity of the radiation ( 9 ) and using the second sensor element ( 12 ) a second intensity of radiation ( 9 ) and with the evaluation unit ( 8th ) a comparison between the first intensity and the second intensity is performed and based on a result of the comparison, a position of the object ( 3 ) is approximated.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that by means of the position of the first sensor element ( 10 ) in relation to the further sensor elements ( 11 ) of the sensor ( 7 ) the object ( 3 ) a space segment ( 17 ) one with the receiver ( 4 ) is assigned to detectable space.

Method according to claim 9, characterized in that the radiation ( 9 ) from a transmitter of the driver assistance system ( 1 ) and sent to the object ( 3 ) and a transit time of the radiation ( 9 ) between emitting the radiation ( 9 ) with the transmitter and receiving the radiation ( 9 ) with the receiver ( 4 ) and using the space segment ( 17 ) and the term a determination of a position of the object ( 3 ) is performed in a three-dimensional space.