DE102017206522A1

DE102017206522A1 - Kraftfahrzeug-Radareinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung

Info

Publication number: DE102017206522A1
Application number: DE102017206522.2A
Authority: DE
Inventors: Niels KOCH
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2018-10-18
Anticipated expiration: 2037-04-19
Also published as: DE102017206522B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1), mit
- zumindest einem Radarsensor (2) zum Bereitstellen eines eine Umgebung (U) des Kraftfahrzeugs (6) betreffenden Radarsignals,
- einer Steuereinheit (3), welche eine Auswerteeinheit (31) zum Auswerten des Radarsignals umfasst,
- einer ersten Signalleitung zum Übermitteln des Radarsignals aus dem zumindest einen Radarsensor (2) an die Auswerteeinheit (31),
- und einer zweiten Signalleitung,
- wobei eine Sendeeinheit (34) der Steuereinheit (3) zum Übermitteln eines Signals von der Steuereinheit (3) an den zumindest einen Radarsensor (2) über die zweite Signalleitung ausgebildet ist,
Um eine kostengünstigere Bereitstellung mehrerer Radarsensoren (2) in einem Kraftfahrzeug (6) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass
- zumindest die zweite Signalleitung als Lichtwellenleiter (5) ausgebildet ist,
- die Sendeeinheit (34) der Steuereinheit (3) eine Lichtquelle (36) umfasst, und
- der zumindest eine Radarsensor (2) ein photoelektrisches Element (72) umfasst, welches über den Lichtwellenleiter (5) mit der Lichtquelle (36) der Sendeeinheit (34) verbunden ist und welches dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Radarsensor (2) mit elektrischer Energie zu versorgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Radareinrichtung mit zumindest einem Radarsensor zum Bereitstellen eines Radarsignals, welches eine Umgebung des Kraftfahrzeugs betrifft, einer Steuereinheit, welche eine Auswerteeinheit zum Auswerten des Radarsignals umfasst, einer ersten Signalleitung zum Übermitteln des Radarsignals aus dem zumindest einen Radarsensor an die Auswerteeinheit, und einer zweiten Signalleitung, wobei eine Sendeeinheit der Steuereinheit zum Übermitteln eines Signals von der Steuereinheit an den zumindest einen Radarsensor über die zweite Signalleitung ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kraftfahrzeug-Radareinrichtung.
Gemäß Stand der Technik ist die Auswerteeinheit stets zumindest teilweise in den Radarsensor integriert. In der Auswerteeinheit wird ein Reflexionssignal, das der Radarsensor empfängt, ausgewertet und dessen Informationsgehalt reduziert. Dies ist aufgrund der geringen Bandbreite herkömmlicher Bussysteme nötig. Beispielsweise wird anhand des Reflexionssignals ein Objekt erfasst. Erfasste Objekte können bei der Auswertung in einer Objektliste zusammengefasst werden. Die Objektliste kann dann einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden.
Um die Qualität der Erfassung der Umgebung zu verbessern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, mehrere Radarsensoren in dem Kraftfahrzeug zu verbauen. Dabei benötigt jeder der Radarsensoren eine eigene Auswerteeinheit, eine eigene Hochfrequenzeinheit zum Erzeugen eines Hochfrequenzsignals, welches von einer Sendeantenne des Radarsensors in die Radarwelle umgewandelt wird, sowie eine eigene Spannungsversorgung zum Versorgen des Radarsensors mit elektrischer Energie.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere Bereitstellung mehrerer Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass das Signal mittels eines Lichtwellenleiters als zumindest zweite Signalleitung von der Steuereinheit zu dem Radarsensor übertragen werden kann und über den Lichtwellenleiter in diesem Fall gleichzeitig auch die Versorgung mit elektrischer Energie bereitgestellt werden kann. Somit kann die Energieversorgung des Radarsensors mittels optischer Energie über den Lichtwellenleiter erfolgen. Im Radarsensor kann die optische Energie mittels eines photoelektrischen Elements in elektrische Energie umgewandelt werden. Es ist somit nur die erste und die zweite Signalleitung zum Verbinden des Radarsensors nötig, weitere Verbindungen, etwa zur Energieversorgung, können entfallen.
Die DE 10 2013 011 352 A1 offenbart ein Energieversorgungssystem mit einem Sendersystem zum Aussenden eines Laserstrahls und einem Empfängersystem zur Erfassung des Laserstrahls und zur Umwandlung der Energie des Laserstrahls in elektrische Energie. Somit kann auf eine physische Kabelverbindung zwischen dem Sender- und Empfängersystem verzichtet werden.
Die Versorgung mit elektrischer Energie über einen Lichtwellenleiter ist beispielsweise aus der DE 10 2013 016 645 B3 bekannt. Dabei sind ein Unterwasserfahrzeug und eine Plattform über einen Lichtwellenleiter verbunden. Eine Energie für den Betrieb des Unterwasserfahrzeugs erfolgt über den Lichtwellenleiter mittels optischer Strahlungsenergie.
Um eine gattungsgemäße Kraftfahrzeug-Radareinrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine kostengünstigere Bereitstellung mehrerer Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug ermöglicht wird, ist zumindest die zweite Signalleitung als Lichtwellenleiter ausgebildet. Die Sendeeinheit der Auswerteeinheit umfasst eine Lichtquelle. Außerdem umfasst der zumindest eine Radarsensor ein photoelektrisches Element, welches über den Lichtwellenleiter mit der Lichtquelle der Sendeeinheit verbunden ist und welches dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Radarsensor mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Lichtquelle kann dazu ausgebildet sein, ein optisches Signal über den Lichtwellenleiter an den Radarsensor zu übertragen. Insbesondere wird das Signal mittels des optischen Signals übertragen. Somit weist der Lichtwellenleiter eine Doppelfunktion, sowohl zum Übertragen des Signals, als auch für die Energieversorgung des Radarsensors auf. Zusätzlich kann der Radarsensor besonders effektiv vor Störeinflüssen, beispielsweise Spannungsschwankungen oder elektrostatischen Entladungen, geschützt werden, da der Radarsensor galvanisch getrennt sein kann. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung auch eine höhere Störunempfindlichkeit und somit eine bessere Detektionsgenauigkeit für den Radarsensor.
Selbstverständlich kann auch die erste Signalleitung als Lichtwellenleiter ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Radareinrichtung eingerichtet, das Radarsignal über den weiteren Lichtwellenleiter an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Das Radarsignal betrifft oder beschreibt insbesondere ein Reflexionssignal, welches durch eine Empfangsantenne des Radarsensors erfasst wird. In einem Betrieb des Radarsensors kann dieser eine Radarwelle emittieren. Die Radarwelle kann als das Reflexionssignal an einem Objekt in der Umgebung des Kraftfahrzeugs reflektiert werden.
Vorzugsweise ist das photoelektrische Element ausgebildet, eine Gleichspannung zu erzeugen. Beispielsweise erzeugt die Lichtquelle der Sendeeinheit Licht einer vorbestimmten Wellenlänge. Die Wellenlänge des Lichts kann für die Lichtquelle physikalisch vorgegeben sein. Beispielsweise handelt es sich bei der Lichtquelle um eine LED oder einen Laser. Eine Ausgangsspannung des photoelektrischen Elements kann von der Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle abhängen. Ist die Wellenlänge des Lichts für die Lichtquelle physikalisch vorgegeben, so kann daraus eine besonders Konstante Ausgangsspannung des photoelektrischen Elements folgen. Auf diese Weise können Spannungsschwankungen bei der Spannungsversorgung des Radarsensors noch weiter verringert werden.
Der Radarsensor kann eine Empfangseinheit zum Empfangen des Signals mittels des Lichtwellenleiters aufweisen. Insbesondere ist die Empfangseinheit ausgebildet, das Signal mittels des optischen Signals der Sendeeinheit der Steuereinheit zu empfangen. Der Radarsensor kann die Empfangseinheit und das photoelektrische Element umfassen. Das photoelektrische Element dient dabei der Energieversorgung des Radarsensors mittels des optischen Signals. Die Empfangseinheit dient dem Empfang des Signals. Um mögliche Schwankungen des Energieverbrauchs des Radarsensors auszugleichen, kann dieser ein Energiespeicherelement, insbesondere ein Kondensator, beispielsweise ein großer Speicherkondensator, etwa ein Goldcap, umfassen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der zumindest eine Radarsensor die Empfangseinheit aufweist und die Empfangseinheit ausgebildet ist, ein Wellensignal als das Signal über den Lichtwellenleiter aus der Steuereinheit zu empfangen und aus dem Wellensignal eine Wechselspannung zu erzeugen und der zumindest eine Radarsensor eine Sendeantenne zum Umwandeln der Wechselspannung in die Radarwelle umfasst. Die aus dem Wellensignal erzeugte Wechselspannung kann der Sendeantenne des Radarsensors zugeführt werden. Insbesondere sind die Empfangseinheit und die Sendeantenne zur Übertragung der Wechselspannung elektrisch miteinander verbunden. Die Sendeantenne kann dazu ausgebildet sein, die Radarwelle zu emittieren. Insbesondere handelt es sich bei der Wechselspannung um eine leitungsgebundene elektromagnetische Welle und bei der Radarwelle um eine elektromagnetische Freiraumwelle. Somit wandelt die Sendeantenne eine leitungsgebundene elektromagnetische Welle, also die Wechselspannung, in eine elektromagnetische Freiraumquelle, also die Radarwelle, um. In diesem Fall kann die Radarwelle durch die Steuereinheit gesteuert beziehungsweise vorgegeben werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Signal über den Lichtwellenleiter mittels eines analogen Modulationssignals aus der Steuereinheit an den zumindest einen Radarsensor übermittelt wird. Die Sendeeinheit kann dazu ausgebildet sein, dass analoge Modulationssignal durch Modulation einer physikalischen Größe des Lichtsignals zu erzeugen. Das Signal kann durch die Modulation der physikalischen Größe des Lichtsignals repräsentiert sein. Beispiele für die physikalische Größe des Lichtsignals sind eine Frequenz (vgl. Lichtfarbe) und/oder eine Amplitude/Intensität. Die Sendeeinheit kann dazu ausgebildet sein, die physikalische Größe, beispielsweise Frequenz oder Amplitude des Lichtsignals, zu modulieren. Hierzu kann die Sendeeinheit eine Modulatoreinheit umfassen. Vorzugsweise ist die Modulatoreinheit zwischen der Lichtquelle und dem Lichtwellenleiter angeordnet. Insbesondere ist die Sendeeinheit dazu ausgebildet, das Radarsignal auf die physikalische Größe aufzumodulieren. Das Radarsignal kann in der physikalischen Größe und/oder in einer zeitlichen Änderung der physikalischen Größe des analogen Modulationssignals enthalten sein. Insbesondere ist die Lichtquelle der Sendeeinheit beim Übermitteln des analogen Modulationssignals durchgehend eingeschaltet. Der Betrag der Modulation der physikalischen Größe des Lichtsignals kann so klein sein, dass dies für die Energieversorgung des Radarsensors mittels des photoelektrischen Elements unerheblich ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das photoelektrischen Element ein erstes photoelektrisches Teilelement und ein zweites photoelektrisches Teilelement aufweist, wobei das erste photoelektrische Teilelement eine erste Versorgungsspannung bereitstellt und das zweite photoelektrische Teilelement eine zweite Versorgungsspannung bereitstellt, und wobei sich die erste Versorgungsspannung die zweite Versorgungsspannung unterscheiden. Mit anderen Worten weist das photoelektrische Element zumindest zwei photoelektrische Teilelemente auf. Die zumindest zwei photoelektrischen Teilelemente können zum Bereitstellen unterschiedlicher Ausgangsspannungen als Versorgungsspannung ausgebildet sein. Auf diese Weise können Spannungswandler zum Bereitstellen unterschiedlicher Versorgungsspannungen an dem Radarsensor entfallen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Radarsensor eine Filtereinheit aufweist, welche aus dem Lichtwellenleiter empfangenes Licht auf das erste photoelektrische Teilelement und das zweite photoelektrische Teilelement aufteilt. Beispielsweise ist die Filtereinheit ausgebildet das Lichtsignal aus der Sendeeinheit nach einer vorbestimmten oder veränderbaren Teilungsvorschrift auf das erste photoelektrische Teilelement und das zweite photoelektrische Teilelement aufzuteilen. Insbesondere ist die Teilungsvorschrift in Abhängigkeit von einem Energiebedarf der jeweiligen Versorgungsspannungen abhängig. Hierzu kann die Filtereinheit ein Dämpfungsglied oder mehrere Dämpfungsglieder zum Dämpfen der Intensität des Lichtsignals umfassen. Beispielsweise ist die Filtereinheit ausgebildet, eine Teilintensität des Lichtsignals, welche auf eines der photoelektrischen Teilelemente trifft, abhängig von einem Energiebedarf mit der jeweiligen Versorgungsspannung einzustellen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Filtereinheit einen Wellenlängenmultiplexer umfasst. Der Wellenlängenmultiplexer kann Lichtanteile des Lichtsignals verschiedener Wellenlänge auf die photoelektrischen Teilelemente aufteilen. Anhand verschiedener Wellenlängen ist es besonders einfach möglich, unterschiedliche Versorgungsspannungen mittels der photoelektrischen Teilelemente zu erzeugen. Der Wellenlängenmultiplexer kann eines oder mehrere Dämpfungsglieder umfassen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Lichtquelle dazu ausgebildet ist, Licht einer ersten Wellenlänge und Licht einer zweiten Wellenlänge auszusenden, und das erste photoelektrische Teilelement dazu ausgebildet ist, aus dem Licht der ersten Wellenlänge die erste Versorgungsspannung bereitzustellen, und das zweite photoelektrische Teilelement dazu ausgebildet ist, aus dem Licht der zweiten Wellenlänge die zweite Versorgungsspannung bereitzustellen. Dabei sind die erste Wellenlängen und die zweite Wellenlänge insbesondere unterschiedlich.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Lichtquelle dazu ausgebildet ist, weißes Licht auszusenden. Weißes Licht umfasst Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Somit kann mit dem Erzeugen von weißem Licht eine besonders einfache Möglichkeit gegeben sein, Licht der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge zu erzeugen. Vorzugsweise können anhand weißen Lichts viele unterschiedliche Spannungen durch eine Vielzahl an photoelektrischen Teilelementen erzeugt werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Lichtquelle mehrere Einzellichtquellen umfasst, wobei eine erste Einzellichtquelle dazu ausgebildet ist, das Licht der ersten Wellenlänge auszusenden und eine zweite Einzellichtquelle dazu ausgebildet ist, das Licht der zweiten Wellenlänge auszusenden. Beispielsweise handelt es sich bei den Einzellichtquellen um unterschiedliche LED-Einheiten oder Laser-Einheiten, welche eine jeweilige Wellenlänge abstrahlen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung, bei welchem mittels zumindest eines Radarsensors ein eine Umgebung des Kraftfahrzeugs betreffendes Radarsignal bereitgestellt wird. Das Radarsignal wird mittels einer ersten Signalleitung aus dem zumindest einen Radarsensor an eine Auswerteeinheit übermittelt, welche durch eine Steuereinheit umfasst ist. Das Radarsignal wird durch eine Auswerteeinheit ausgewertet. Durch eine Sendeeinheit der Steuereinheit wird ein Signal von der Steuereinheit an den zumindest einen Radarsensor über die zweite Signalleitung übermittelt.
Erfindungsgemäß wird durch die eine Lichtquelle umfassende Sendeeinheit der Steuereinheit ein Lichtsignal in die als Lichtwellenleiter ausgebildete zweite Signalleitung ausgesendet. Optische Energie aus dem Lichtsignal wird durch ein photoelektrisches Element des zumindest einen Radarsensor in elektrische Energie umgewandelt. Insbesondere wird die optische Energie zum Versorgen des zumindest einen Radarsensor mit der elektrischer Energie umgewandelt.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Radareinrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug mit einer Radareinrichtung umfassend mehrere Radarsensoren und eine Auswerteeinheit; und
2 ein Blockdiagramm der Radareinrichtung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 6 mit einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung 1. Die Radareinrichtung 1 umfasst vorliegend zwei Radarsensoren 2 und eine Steuereinheit 3. Die Steuereinheit 3 ist dazu ausgebildet, einen Umgebungsbereich U des Kraftfahrzeugs 6 anhand jeweiliger Radarsignale aus den Radarsensoren 2 zu erfassen. Die Radarsensoren 2 sind dazu ausgebildet, jeweilige Radarwellen 10 zu emittieren. Die Radarwellen 10 können einem Objekt 11 in dem Umgebungsbereich U reflektiert und als jeweilige Reflexionssignale 12 zu den Radarsensoren 2 zurückgeworfen werden. Die Radarsensoren 2 sind dazu ausgebildet, aus den Reflexionssignalen 12 ein jeweiliges Radarsignal zu erzeugen. Das Radarsignal charakterisiert somit den Umgebungsbereich U. Insbesondere charakterisiert das Radarsignal auch dann den Umgebungsbereich U, wenn in diesem kein Objekt 11 zum Reflektieren der Radarwellen 10 vorhanden ist.
Die Radarsensoren 2 sind über einen jeweiligen Lichtwellenleiter 4 mit der Steuereinheit 3 verbunden. Die Funktion von Radarsensor 2 und Steuereinheit 3 geht besonders gut aus dem Blockdiagramm aus 2 hervor. Der Radarsensor 2 umfasst eine Empfangsantenne 20, welche insbesondere zum Erfassen des Reflexionssignals 12 ausgebildet ist. Aus dem Reflexionssignal 12 kann die Empfangsantenne 20 das Radarsignal erzeugen. Eine Sendeeinheit 22 ist dazu ausgebildet, das Radarsignal über den Lichtwellenleiter 4 zu der Steuereinheit 3 zu übertragen.
Vorliegend moduliert die Sendeeinheit 22 das Radarsignal auf ein Lichtsignal auf, welches durch eine Lichtquelle 25 erzeugt wird. Insbesondere ist die Lichtquelle 25 dazu ausgebildet, monochromatisches Licht, beispielsweise rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 640 nm, als das Lichtsignal zu erzeugen. Die Lichtquelle 25 kann beispielsweise als LED oder Laser ausgeführt sein. Die Sendeeinheit 22 umfasst eine Modulatoreinheit 23. Die Modulatoreinheit 23 ist vorliegend dazu ausgebildet, eine physikalische Größe, insbesondere eine Frequenz, des Lichtsignals zu modulieren. Insbesondere ist die Modulatoreinheit 23 dazu ausgebildet, das Radarsignal auf die Frequenz des Lichtsignals aufzumodulieren. Beispielsweise stellt die Frequenz des Lichtsignals, wie es durch die Lichtquelle 25 erzeugt wird, eine Trägerfrequenz für die Modulation dar. Durch das Modulieren des Radarsignals auf die Frequenz des Lichtsignals erzeugt die Sendeeinheit 22 ein analoges Modulationssignal. Das analoge Modulationssignal gelangt über den Lichtwellenleiter 4 zur Steuereinheit 3.
Die Empfangsantenne 20 erzeugt das Radarsignal beispielsweise als ein elektrisches Signal. Insbesondere erzeugt die Empfangsantenne 20 das Radarsignal anhand des Reflexionssignals 12. Das Radarsignal kann somit das Reflexionssignal 12 beschreiben. Beispielsweise ist das Radarsignal vorerst durch einen zeitlichen Spannungsverlauf an einem Ausgang der Empfangsantenne 20 gegeben. Somit handelt es sich um ein analoges Signal. Die Sendeeinheit 22 ist dazu ausgebildet, das Radarsignal auf das Lichtsignal zu modulieren, wodurch das analoge Modulationssignal entsteht. Somit wird das Radarsignal durch die Sendeeinheit 22 in ein optisches Signal umgewandelt. Somit liegt das Radarsignal in dem Lichtwellenleiter 4 als optisches Signal als Teil des analogen Modulationssignals vor.
Die Modulatoreinheit 23 ist vorliegend als Bragg-Modulator 29 ausgeführt. Der Bragg-Modulator 29 umfasst einen für das Lichtsignal transparenten Kristall, dessen Brechungsindex veränderbar ist. Insbesondere ist der Brechungsindex abhängig von Dichteschwankungen des Kristalls, beispielsweise hervorgerufen durch Schwingungen oder Ultraschall. Die Modulatoreinheit 23 kann beispielsweise ein Piezoelement oder eine Ultraschallquelle zum Verändern des Brechungsindex des Kristalls umfassen. Somit kann die Sendeeinheit durch geeignetes Ansteuern des Piezoelements oder der Ultraschallquelle das Radarsignal auf das Lichtsignal modulieren.
Die Steuereinheit 3 weist eine Empfangseinheit 30 auf, welche dazu ausgebildet ist, das analoge Modulationssignal aus der Sendeeinheit 22 zu empfangen. Insbesondere ist die Empfangseinheit 30 dazu ausgebildet, das Radarsignal aus dem analogen Modulationssignal zu rekonstruieren beziehungsweise zu filtern. Dabei wird beispielsweise die Trägerfrequenz aus dem analogen Modulationssignal herausgefiltert, wodurch nur das Radarsignal übrig bleibt. Die Empfangseinheit 30 kann einen Analog/Digital-Wandler zum Digitalisieren des analogen Modulationssignals aufweisen.
Vorliegend weist die Steuereinheit 3 eine Auswerteeinheit 31 auf, die insbesondere als digitaler Signalprozessor (DSP) ausgeführt ist. Die Auswerteeinheit 31 kann dazu ausgebildet sein, das Radarsignal auszuwerten. Insbesondere ist die Auswerteeinheit 31 dazu ausgebildet, den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs 6 anhand des Radarsignals zu erfassen. Beispielsweise umfasst die Auswerteeinheit 31 ein Logikgatter, vorzugsweise ein FPGA, und/oder einen Mikroprozessor zum Durchführen von Berechnungen.
Die Steuereinheit 3 umfasst vorliegend einen Mikrocontroller 32, der beispielsweise ausgebildet ist, weiterführende Berechnungen im Anschluss an die Auswertung durch die Auswerteeinheit 31 durchzuführen. Vorliegend umfasst der Mikrocontroller 32 einen Signalgenerator 33. Der Signalgenerator 33 ist dazu ausgebildet, ein Wellensignal zu erzeugen, und über eine Sendeeinheit 34 der Steuereinheit 3 an den Radarsensor 2 zu übertragen.
Dazu sind die Sendeeinheit 34 der Steuereinheit 3 und der Radarsensor 2 über einen Lichtwellenleiter 5 verbunden. Die Sendeeinheit 34 der Steuereinheit 3 kann eine Lichtquelle 36 und eine Modulatoreinheit 37 umfassen. Die Sendeeinheit 34 der Steuereinheit 3 kann analog zu der Sendeeinheit 22 ausgebildet sein. Vorliegend moduliert die Sendeeinheit 34 das Wellensignal auf ein Lichtsignal auf, welches durch eine Lichtquelle 36 erzeugt wird. Die Modulation kann analog zu der Modulation durch die Sendeeinheit 22 des Radarsensors 2 erfolgen.
Die Lichtquelle 36 der Sendeeinheit 34 der Steuereinheit 3 umfasst vorliegend mehrere Einzellichtquellen 38. Die Einzellichtquellen 38 sind vorliegend dazu ausgebildet, Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu erzeugen. Insbesondere ist jede der Einzellichtquellen 38 dazu ausgebildet, monochromatisches Licht zu erzeugen. Jede der Einzellichtquellen 38 kann beispielsweise als LED oder Laser ausgeführt sein. Beispielsweise ist eine erste der Einzellichtquellen 38 dazu ausgebildet, rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 640 nm zu erzeugen, eine zweite der Einzellichtquellen 38 dazu ausgebildet, Laserlicht mit einer Wellenlänge von 450 nm (blaues Licht) zu erzeugen, und eine dritte der Einzellichtquellen 38 dazu ausgebildet, Laserlicht mit einer Wellenlänge von 500 nm (grünes Licht) zu erzeugen. Ein Lichtmultiplexer 39 ist vorliegend dazu ausgebildet, das Licht aus den Einzellichtquellen 38 gemeinsam in den Lichtwellenleiter 5 ein zu koppeln. Der Lichtwellenleiter 5 übermittelt das Lichtsignal aus der Lichtquelle 36 an eine Empfangseinheit 24 des Radarsensors.
Beispielsweise ist die Modulatoreinheit 7 und 30 ausgebildet, das Wellensignal nur auf das Licht einer der Einzellichtquellen 38 als das Lichtsignal aufmodulieren. Beispielsweise wird das Radarsignal nur auf das rote Laserlicht mit der Wellenlänge von 400 nm aufmoduliert.
Beispielsweise umfasst die Steuereinheit 3 eine Spannungsversorgung zum erzeugen unterschiedlicher Betriebsspannungen für die Einzellichtquellen 38. Eine, mehrere oder alle Einzellichtquellen 38 können eine von anderen Einzellichtquellen 38 abweichende Betriebsspannung zum Erzeugen des jeweiligen Lichtsignals benötigen.
Die Empfangseinheit 24 des Radarsensors 2 umfasst ein Filterelement 70 zum Aufteilen des Lichtsignals aus der Sendeeinheit 34 der Steuereinheit 3 auf mehrere photoelektrische Teilelemente 73. Die photoelektrischen Teilelemente 73 können jeweils Teil eines photoelektrischen Elements 72 sein. Beispielsweise ist die Filtereinheit 70 ausgebildet, Licht aus der ersten der Einzellichtquellen 38 zu einem ersten der photoelektrischen Teilelemente 73 zu leiten. Beispielsweise ist das Filterelement 70 ausgebildet, Licht aus der zweiten der Einzellichtquellen 38 zu einem zweiten der photoelektrischen Teilelemente 73 zu leiten. Beispielsweise ist die Filtereinheit 70 ausgebildet, Licht aus der dritten der Einzellichtquellen 38 zu einem dritten der photoelektrischen Teilelemente 73 zu leiten. Alternativ oder zusätzlich ist die Filtereinheit 70 ausgebildet, das Lichtsignal aus der Sendeeinheit 34 beziehungsweise den Teil des Lichtsignals aus der Sendeeinheit 34, auf welchen das Wellensignal aufmoduliert ist, zu einer Signalempfangseinheit 71 zu leiten. Die Filtereinheit 70 ist insbesondere als Wellenmultiplexer ausgeführt, welcher das Licht der unterschiedlichen Wellenlängen auf verschiedene Ausgänge aufteilt.
Jedes der photoelektrischen Teilelemente 73 ist vorliegend ausgebildet, eine jeweilige Versorgungsspannung für den Radarsensor 2 zu erzeugen. Beispielsweise ist das erste der photoelektrischen Teilelemente 73 ausgebildet eine Versorgungsspannung von 12 V zu erzeugen, das zweite der photoelektrischen Teilelemente 73 ausgebildet eine Versorgungsspannung von 5 V zu erzeugen und ein drittes der photoelektrischen Teilelemente 73 ausgebildet eine Versorgungsspannung von 3,3 V zu erzeugen. Weitere photoelektrische Teilelemente 73 können ausgebildet sein Versorgungsspannungen von 2,2 V oder 1,8 V zu erzeugen. Alternativ können die Versorgungsspannungen von 2,2 V oder 1,8 V von der Versorgungsspannung von 3,3 V abgeleitet werden. Die Versorgungsspannungen können an Anschlüssen 74 bereitgestellt werden.
Um mögliche Schwankungen der jeweiligen Versorgungsspannungen aus den photoelektrischen Teilelemente 73 zu verringern, ist jedem photoelektrischen Teilelement 73 ein Energiespeicherelement 75, insbesondere ein Kondensator, vorliegend ein so genanntes Goldcap zugeordnet. Insbesondere ist das Energiespeicherelement 75 zwischen die jeweilige Versorgungsspannung und die Masse geschaltet.
Die Empfangseinheit 24 und eine Sendeantenne 21 des Radarsensors 2 sind dazu ausgebildet, aus dem Wellensignal die Radarwelle 10 zu erzeugen. Beispielsweise ist die Empfangseinheit 24 des Radarsensors 2 dazu ausgebildet, eine elektrische Wechselspannung aus dem Wellensignal zu erzeugen. Die Sendeantenne 21 kann diese elektrische Wechselspannung in die Radarwelle 10 umwandeln. Insbesondere gibt das Wellensignal den zeitlichen Verlauf der elektrischen Wechselspannung vor. Bei der Wechselspannung kann es sich um eine leitungsgebundene elektromagnetische Welle handeln, welche an der Sendeantenne 21 in eine elektromagnetische Freiraumwelle, nämlich die Radarwelle 10, umgewandelt wird. Somit wird durch den Mikrocontroller 32 beziehungsweise den Signalgenerator 33 indirekt die Radarwelle 10 erzeugt. Vorliegend umfasst die Empfangseinheit 24 die Signalempfangseinheit 71 zum Empfangen des Wellensignals aus der Sendeeinheit 34 der Steuereinheit 3.
Die Auswerteeinheit 3 umfasst eine Kommunikationseinheit 35 zur Kommunikation mit weiteren Geräten und/oder Systemen des Kraftfahrzeugs 6. Beispielsweise ist durch die Kommunikationseinheit 35 eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Bussystem des Kraftfahrzeugs 6 und/oder zur Kommunikation mit einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs 6 bereitgestellt. Beispielsweise erfolgt die Kommunikation mittels CAN, CAN-FD oder Flexray bzw. Ethernet.
Radar steht für „Range and Detection of Radio Signals“, zu Deutsch etwa „Entfernung und Richtungsortung mittels elektromagnetischer Wellen“. Das Grundprinzip besteht darin, dass ein elektromagnetisches Signal, beispielsweise die Radarwelle 10, ausgesendet und an dem Objekt 11 reflektiert wird. Das Reflexionssignal 12 wird hinsichtlich Abstand, Richtung und Relativgeschwindigkeit ausgewertet.
Gemäß Stand der Technik besteht ein Radarsensor aus einer Hochfrequenzeinheit, einer digitalen Prozessierungseinheit und einer Vernetzungskommunikation mittels Mikrocontroller in einem gemeinsamen Gehäuse. Als Vernetzungsanschluss an das Fahrzeug wird derzeit CAN, CAN-FD und Flexray bzw. Ethernet verwendet. Allen gemein ist der Umstand, dass bereits prozessierte verarbeitete und in der Datenmenge massiv reduzierte Daten übertragen werden, aufgrund der Datenrate und der möglichen Buslast der verwendeten Systeme. Um all diese Verarbeitungseinheiten betreiben zu können, ist eine eigene Spannungsaufbereitung mittels eines Netzteils notwendig, um aus dem Bordnetz von ca. 13,8V +/- 5 V die Versorgungsspannungen der Komponenten und Mikrokontroller zu generieren. Es werden Spannungen von 3,3V, 1,8V und 5,0V benötigt. Einige Schaltungselemente benötigen 2,2V oder 6V. Allen gemein ist der benötigte Leistungsumfang von ca. 3...5 Watt.
Der Schaltungsaufwand ist sehr hoch, um die Spannungsregelung vom schwankenden Bordnetz des Kraftfahrzeugs 6 mit Unterspannung bis 6 V herab und bis 21 V Überspannungimpulse durchzuführen, Einschaltdiraks und Ausschaltnachlauf zu puffern. Um EMV-gemäße Störungen zu limitieren und zu reduzieren, werden Linearregler benutzt, die linear und störungsarm arbeiten, aber dafür eine hohe thermische Verlustleistung aufweisen. Entsprechende Kühlung ist notwendig.
Durch Schaffung der neuen Fiberoptik-Schnittstelle über die Lichtwellenleiter 4, 5, kann der Radarsensor 2 massiv vereinfacht werden, indem das Schaltnetzteil aus dem Sensor entfallen und in eine zentrale Spannungsaufbereitung überführt werden kann.
Neben dem Übertragen von Daten ermöglicht der Lichtwellenleiter 5 auch die Übertragung von Leistung über die Glasfaser, so dass zusätzlich somit Netzteil und Kupferleitungen eingespart werden können.
In einer zentralen Spannungsaufbereitung, beispielsweise der Steuereinheit 6, kann die Versorgungsspannung von EMV-Störungen bereinigt und stabilisiert werden. Ein tiefpassgefiltertes Laserlicht ist träge genug gegen Störungen und wird in den Lichtwellenleiter 5 eingekoppelt. Annähernd verlustlos wird die Lichtleistung auf den geschätzten 15m Kabellänge im Fahrzeug zum Radarsensor 2 übertragen. Die benötigte Leistung eines Radarsensors gemäß Stand der Technik wird derzeit mit ca. 5...6 Watt angegeben. Geht man davon aus, dass eine weitere Schaltungsreduktion durch Verwendung von Fiberoptikübertragung möglich ist, kann eine Leistung von ca. 3 Watt ausreichend sein.
Diese Leistung ist einfach durch Laserdioden entsprechender Leistungsklasse der Lichtquelle 36 erzeugbar. Im Radarsensor 2 wird das Lichtsignal über das photoelektrische Element 72, ähnlich einer Solarzelle, in elektrische Spannung zurückgewandelt und in dem Energiespeichelement 75, vorzugsweise Kondensator, gespeichert. Moderne Phototransistoren besitzen einen hohen Wirkungsgrad, so dass die benötigte Leistung einfach übertragen werden kann. Vorzugsweise wird ein Goldcap Kondensator benutzt, der geringe elektrische Verluste und hohe Speicherdichte aufweist. Zudem kann ein Goldcap Kondensator schnell und beliebig oft geladen und entladen werden.
Eine zentrale Spannungsversorgungseinheit kann der Steuereinheit 3 Spannungen (1,8V / 2.2V / 3,3V / 5,0V) unterschiedlicher Leistung (Stromdichte) zur Verfügung stellen. Dies erfolgt mit den bekannten Verfahren, beispielsweise mittels integrierten Spannungsstabilisierungschipsatz oder Schaltnetzteilumsetzungen. An jedem Ausgang der stabilisierten Spannungen wird eine der Einzellichtquellen 38, insbesondere ein Laser oder eine LED, beispielsweise 5V mit rotem Laser-Licht (640 nm Class 3) mit 300 mW Lichtleistung angeschlossen. Die Spannungsversorgungseinheit für die Steuereinheit 3 kann zusätzlich einen Tiefpass zum Filtern von Welligkeiten aus der Spannung aufweisen. So entsteht eine stabile Spannung ohne Fluktuation. Weitere der Einzellichtquellen 38 können analog mit den anderen Spannungen angesteuert werden und andere Wellenlängen des Lichtspektrums, beispielsweise andersfarbige Laser, benutzen. Falls notwendig kann auch ein Laser mit 5 W Lichtleistung als Einzellichtquelle 38 vorgesehen sein. Über der Lichtmultiplexer 39 wird dieses gesamte Licht-Signal in den Lichtwellenleiter 5, insbesondere die Glasfaser (Monomode, Multimode, Polycarbonat oder Glas), eingekoppelt und unmittelbar über den Lichtwellenleiter 5 übertragen.
Bei eine Signaldämpfung von ca. 0,1 dB/km sind die Verluste für typische Kabellängen im Fahrzeug vernachlässigbar und können als verlustlos betrachtet werden. Ebenso spielen Dispersionseffekte bei Leitungslängen von ca. 15 m keine Rolle. Es können daher günstige Mehrmodenfasern auf Plexiglasbasis oder Polycarbonaten anstatt hochreinen Glas im Monomodebetrieb verwendet werden.
Im Radarsensor wird das Filterelement 70, beispielsweise ein Wellenlängenmultiplexer am Fiberoptik Eingang benutzt, das gemeinsam übertragene Lichtsignal in die Spektralanteile aufzutrennen und auf das photoelektrische Element 72 zu leiten. Insbesondere wird Licht unterschiedlicher Wellenlänge auf unterschiedliche photoelektrische Teilelemente 73 geleitet. Im einfachsten Fall ist vor jedem fotoelektrischen Teilelement 73 ein einfacher Farbfilter, beispielsweise ein roter, grüner, blauer Farbfilter, als das Filterelement 70 vorgesehen und die Lichtleistung wird damit getrennt.
Die Größe einer Photofläche des jeweiligen photoelektrischen Teilelement 73 und die Intensität der Lichtleistung im Lichtwellenleiter 5, welche durch die Lichtquelle 36 erzeugt wird, bestimmen die erzeugbare Leistung im Radarsensor. Zur Speicherung und zum Ausgleich von Stromschwankungen (Leistungsänderungen) wird ein Goldcap Speicherkondensator benutzt. Dieser glättet zudem die Spannung und reinigt mögliche EMV-Einkopplungen.
Ein Radarsensor 2 mit reduzierten Spannungsversorgungsbauelementen ist wesentlich günstiger ist als heutige Radarsensoren mit Schaltnetzteil. Auch die gesamte Kraftfahrzeug-Radareinrichtung für das Kraftfahrzeug 6 ist aufgrund von Synergieeffekten günstiger als eine Kraftfahrzeug-Radareinrichtung nach Stand der Technik.
Moderne LED-Lichtdioden können bis zu 10 W Lichtleistung erzeugen. Weißes Licht enthält Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Somit kann Licht mehrerer Wellenlänge durch eine einzelne weiße LED-Leuchtdiode als die Lichtquelle 36 erzeugt werden. Anstatt jede Spannung separat mit einer eigenen Einzellichtquelle 38 mit eigener Wellenlänge aufzubauen, kann die gesamte Spannungsaufbereitung und Übertragung weiter vereinfacht werden und es wird nur noch ein weißes Licht verwendet. In der Filtereinheit 70 des Radarsensor 2 kann durch Farbfilterung und optionale Dämpfung einzelner spektraler Anteile des weißen Lichts die gewünschte optische Leistung, welche auf jedes der photoelektrischen Teilelemente 73 fällt, eingestellt werden.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein kostengünstigeres Bereitstellen mehrerer Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug ermöglicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013011352 A1 [0006]
DE 102013016645 B3 [0007]

Claims

Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1), mit - zumindest einem Radarsensor (2) zum Bereitstellen eines Radarsignals, welches eine Umgebung (U) des Kraftfahrzeugs (6) betrifft, - einer Steuereinheit (3), welche eine Auswerteeinheit (31) zum Auswerten des Radarsignals umfasst, - einer ersten Signalleitung zum Übermitteln des Radarsignals aus dem zumindest einen Radarsensor (2) an die Auswerteeinheit (31), - und einer zweiten Signalleitung, - wobei eine Sendeeinheit (34) der Steuereinheit (3) zum Übermitteln eines Signals von der Steuereinheit (3) an den zumindest einen Radarsensor (2) über die zweite Signalleitung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - zumindest die zweite Signalleitung als Lichtwellenleiter (5) ausgebildet ist, - die Sendeeinheit (34) der Steuereinheit (3) eine Lichtquelle (36) umfasst, und - der zumindest eine Radarsensor (2) ein photoelektrisches Element (72) umfasst, welches über den Lichtwellenleiter (5) mit der Lichtquelle (36) der Sendeeinheit (34) verbunden ist und welches dazu ausgebildet ist, den zumindest einen Radarsensor (2) mit elektrischer Energie zu versorgen.
Radareinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Radarsensor (2) eine Empfangseinheit (24) aufweist und die Empfangseinheit (24) ausgebildet ist, ein Wellensignal als das Signal über den Lichtwellenleiter (5) aus der Steuereinheit (3) zu empfangen und aus dem Wellensignal eine Wechselspannung zu erzeugen und der zumindest eine Radarsensor (2) eine Sendeantenne (21) zum Umwandeln der Wechselspannung in eine Radarwelle umfasst.
Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal über den Lichtwellenleiter (5) mittels eines analogen Modulationssignals aus der Steuereinheit (3) an den zumindest einen Radarsensor (2) übermittelt wird.
Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das photoelektrischen Element (72) ein erstes photoelektrisches Teilelement (73) und ein zweites photoelektrisches Teilelement (73) aufweist, wobei das erste photoelektrische Teilelement (73) eine erste Versorgungsspannung bereitstellt und das zweite photoelektrische Teilelement (73) eine zweite Versorgungsspannung bereitstellt, und wobei sich die erste Versorgungsspannung und die zweite Versorgungsspannung unterscheiden.
Radareinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (2) eine Filtereinheit (70) aufweist, welche aus dem Lichtwellenleiter (5) empfangenes Licht auf das erste photoelektrische Teilelement (73) und das zweite photoelektrische Teilelement (73) aufteilt.
Radareinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (70) einen Wellenlängenmultiplexer umfasst.
Radareinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Lichtquelle (36) dazu ausgebildet ist, Licht einer ersten Wellenlänge und Licht einer zweiten Wellenlänge auszusenden, und - das erste photoelektrische Teilelement (73) dazu ausgebildet ist, aus dem Licht der ersten Wellenlänge die erste Versorgungsspannung bereitzustellen, und das zweite photoelektrische Teilelement (73) dazu ausgebildet ist, aus dem Licht der zweiten Wellenlänge die zweite Versorgungsspannung bereitzustellen.
Radareinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (36) dazu ausgebildet ist, weißes Licht auszusenden.
Radareinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (36) mehrere Einzellichtquellen (38) umfasst, wobei eine erste Einzellichtquelle (38) dazu ausgebildet ist, das Licht der ersten Wellenlänge auszusenden, und eine zweite Einzellichtquelle (38) dazu ausgebildet ist, das Licht der zweiten Wellenlänge auszusenden.
Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1), bei welchem - mittels zumindest eines Radarsensors (2) ein Radarsignal bereitgestellt wird, welches eine Umgebung des Kraftfahrzeugs (6) betrifft, - das Radarsignal durch eine Auswerteeinheit (31) ausgewertet wird, welche durch eine Steuereinheit (3) umfasst ist, - das Radarsignal mittels einer ersten Signalleitung aus dem zumindest einen Radarsensor (2) an die Auswerteeinheit (31) übermittelt wird, und - durch eine Sendeeinheit (34) der Steuereinheit (3) ein Signal von der Steuereinheit (3) an den zumindest einen Radarsensor (2) über die zweite Signalleitung übermittelt wird, gekennzeichnet, durch die Schritte: - Aussenden eines Lichtsignals in die als Lichtwellenleiter (5) ausgebildete zweite Signalleitung durch die eine Lichtquelle (36) umfassende Sendeeinheit (34) der Steuereinheit (3), und - Umwandeln optischer Energie aus dem Lichtsignal in elektrische Energie durch ein photoelektrisches Element (72) des zumindest einen Radarsensors (72).