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Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung von Objekten mithilfe einer Radarstrahlung.
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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.
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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.
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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.
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Sollen die oben genannten bildgebenden Radaranordnungen verwendet werden, um nicht nur den Ort, sondern auch eine Frequenz des Radarsignals zu detektieren, so können hierzu bekannter Weise Oszillatoren mit einer veränderlichen Referenzfrequenz und Schaltungen zum Vergleichen der Referenzfrequenz mit der Frequenz des Radarsignals verwendet werden. Dabei kann die Referenzfrequenz solange variiert werden, bis ein Vergleich der Referenzfrequenz mit der Frequenz des Radarsignals erfolgreich durchgeführt wurde. Diese Variante zur Detektion der Frequenz des Radarsignals hat den Nachteil, dass es schwierig ist, unterschiedliche Frequenzen von mehreren unterschiedlichen Radarsignalquellen gleichzeitig zu detektieren.
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Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bildgebende Radarempfangseinrichtung dahingehend weiter zu verbessern, dass unterschiedliche Frequenzen von mehreren unterschiedlichen Radarsignalquellen gleichzeitig und einfacher detektiert werden können.
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Diese Aufgabe wird mit einem Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrerassistenzsystems sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung eines Objektes mithilfe einer ersten Radarstrahlung mit einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Radarstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge vorgeschlagen. Das Fahrerassistenzsystem weist eine Auswertungseinheit, eine Linse und einen Empfänger mit zumindest einem ersten Empfangselement und einem zweiten Empfangselement jeweils zum Empfangen der ersten und zweiten Radarstrahlung auf. Die Empfangselemente haben jeweils zumindest einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor, wobei der jeweilige erste Sensor und zweite Sensor mithilfe der ersten Radarstrahlung unterschiedlich stark aktivierbar und mithilfe der zweiten Radarstrahlung unterschiedlich stark aktivierbar sind. Die Linse kann die erste und die zweite Radarstrahlung auf das erste Empfangselement beziehungsweise das zweite Empfangselement fokussieren. Weiterhin sind die jeweiligen Sensoren der Empfangselemente mit der Auswertungseinheit zur Erfassung des Objektes gekoppelt. Die erste Wellenlänge ist unterschiedlich zur zweiten Wellenlänge.
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Gemäß einer ersten Variante sendet ein Sender des Fahrerassistenzsystems die erste und die zweite Radarstrahlung aus, wobei das Objekt zumindest eine der beiden Radarstrahlungen reflektiert. Dadurch kann das Objekt aktiv mit dem Fahrerassistenzsystem angestrahlt und erfasst werden. Möglich ist auch, dass das Objekt die erste und/oder die zweite Radarstrahlung erzeugt und in Richtung des Fahrzeugs abstrahlt. Das Objekt kann ein weiteres erstes Fahrzeug sein. Beispielsweise kann das weitere erste Fahrzeug in einem Bereich einer hinteren linken Ecke des weiteren ersten Fahrzeugs die erste Radarstrahlung und in einem Bereich einer hinteren rechten Ecke des weiteren ersten Fahrzeugs die zweite Radarstrahlung aussenden.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann das Objekt die erste Radarstrahlung und ein weiteres Objekt, wie beispielsweise ein weiteres zweites Fahrzeug, ein weiterer Verkehrsteilnehmer, wie ein Motorrad oder ein Fußgänger, oder ein an einem Straßenrand befindliches Objekt, wie eine Ampel oder ein Haus die zweite Radarstrahlung erzeugen.
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In einer Anwendung der Erfindung fokussiert die Linse die erste Radarstrahlung auf das erste Empfangselement und die zweite Radarstrahlung auf das erste und/oder auf das zweite Empfangselement. Dadurch, dass die beiden Empfangselemente jeweils den ersten und den zweiten Sensor haben, können die erste und die zweite Radarstrahlung in einfacher Weise gleichzeitig detektiert werden. Hierzu werden der erste Sensor und der zweite Sensor des ersten Empfangselementes unterschiedlich stark mithilfe der ersten Radarstrahlung und der erste Sensor und der zweite Sensor des ersten und/oder zweiten Empfangselementes unterschiedlich stark mithilfe der zweiten Radarstrahlung aktiviert.
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Unterschiedlich aktivierbar meint, dass zum Beispiel der erste Sensor des jeweiligen Empfangselementes ein unterschiedliches Signal im Vergleich zu dem zweiten Sensor des jeweiligen Empfangselementes ausgibt, wenn die erste Radarstrahlung auf den ersten beziehungsweise zweiten Sensor des jeweiligen Empfangselementes trifft. Dies gilt ebenfalls für den Fall, dass die zweite Radarstrahlung auf den ersten beziehungsweise zweiten Sensor des jeweiligen Empfangselementes trifft. Für den ersten und zweiten Sensor des zweiten Empfangselementes gilt dies analog.
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Das jeweilige Signal kann eine Spannung sein, wobei ein unterschiedliches Signal eine unterschiedliche maximale Stärke der Spannung bedeuten kann. Um die unterschiedlichen Signale der jeweiligen Sensoren zu erzeugen, ist es nicht erforderlich, den Empfänger zu verstellen, beispielsweise indem ein Wert eines Parameters zum Empfangen unterschiedlicher Frequenzen verändert wird. Dies erleichtert es, die erste und die zweite Radarstrahlung gleichzeitig mit dem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem zu erfassen.
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Dadurch, dass die jeweiligen Sensoren der Empfangselemente mit der Auswertungseinheit gekoppelt sind, kann die Auswertungseinheit anhand der von den jeweiligen Sensoren der Empfangselemente an die Auswertungseinheit gesendeten Signale, insbesondere anhand einer jeweiligen Intensität dieser Signale, ermitteln, auf welches der beiden Empfangselemente die erste beziehungsweise die zweite Radarstrahlung mit einer höheren Intensität trifft. Dies ermöglicht es, mit dem vorgeschlagenen Empfänger nicht nur die beiden Radarstrahlungen gleichzeitig zu empfangen, sondern auch Quellen der Radarstrahlungen zu lokalisieren.
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Je nachdem, wo sich das Objekt und/oder das weitere Objekt relativ zu dem Empfänger befindet, fokussiert die Linse die erste Radarstrahlung auf das erste und/oder auf das zweite Empfangselement und/oder die zweite Radarstrahlung auf das erste und/oder auf das zweite Empfangselement. Somit kann mithilfe des vorgeschlagenen Empfängers das Objekt und/oder das weitere Objekt lokalisiert werden. Über eine unterschiedliche Intensität der von den jeweiligen Sensoren an die Auswertungseinheit gesendeten Signale ist darüber hinaus eine Identifikation des Objektes und/oder des weiteren Objektes möglich.
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Eine Variante kann vorsehen, dass in einer Datenbank des Fahrerassistenzsystems eine Liste mit verschiedenen Objekten und jeweils zugehörigen Frequenzen, die von diesen verschiedenen Objekten ausgesendet werden, abgespeichert ist. Die Identifikation des Objektes oder des weiteren Objektes kann durch eine Auswertung der Signale der jeweiligen Sensoren und ein Auslesen der Liste erfolgen. Dabei kann anhand der jeweiligen Signale eine jeweilige Hauptfrequenz des jeweiligen Signals bestimmt werden, bei der das jeweilige Signal die höchste Intensität aufweist.
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Für den Fall, dass der Empfänger von der ersten und der zweiten Radarstrahlung erfasst wird, kann eine erste Hauptfrequenz der ersten Sensoren mit der ersten Wellenlänge und eine zweite Hauptfrequenz der zweiten Sensoren mit der zweiten Wellenlänge korrespondieren. Über einen jeweiligen Vergleich der ersten und der zweiten Hauptfrequenz mit den in der Liste enthaltenen Frequenzen kann das Objekt und/oder das weitere Objekt identifiziert werden.
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Somit ist mithilfe des vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystems eine Lokalisierung und eine Identifizierung des Objektes und/oder des weiteren Objektes möglich, wodurch eine Art Radarkamera mit einer Farbunterscheidung bereitgestellt wird. Mit der Farbunterscheidung ist eine Unterscheidung von Strahlungen mit unterschiedlichen Frequenzen im Radarbereich gemeint.
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Neben dem ersten und zweiten Empfangselement hat der Empfänger bevorzugt mehrere weitere Empfangselemente, die gleichartig wie das erste und das zweite Empfangselement aufgebaut sind. Bevorzug haben die Empfangselemente zusätzlich zu den ersten und zweiten Sensoren zumindest jeweils einen dritten Sensor, der gegenüber den jeweiligen ersten und zweiten Sensor unterschiedlich stark mithilfe der ersten Radarstrahlung und unterschiedlich stark mithilfe der zweiten Radarstrahlung aktivierbar ist.
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Alle Empfangselemente zusammen sind vorzugsweise derart auf einer Fläche angeordnet, dass sie Reihen in einer ersten Erstreckung der Fläche und in einer zweiten Erstreckung der Fläche ausbilden. Die Fläche liegt bevorzugt in einem Brennpunkt der Linse oder in einer Nähe des Brennpunktes. Jedem Empfangselement kann zum einen ein Teil der Fläche und zum anderen ein Raumwinkelausschnitt eines vorzugsweise in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen vor dem Fahrzeug liegenden Raumes zugeordnet werden.
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Im Rahmen einer einfachen Ausgestaltung können die jeweiligen Sensoren der Empfangselemente in Form von Antennen ausgebildet sein. Hierbei können die jeweiligen ersten Sensoren gegenüber den jeweiligen zweiten Sensoren unterschiedliche Längen aufweisen, wodurch die jeweiligen ersten und zweiten Sensoren gegenüber der ersten und zweiten Radarstrahlung eine unterschiedliche Empfindlichkeit haben.
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Die Antennen sind bevorzugt kürzer als eine Hälfte der ersten beziehungsweise zweiten Wellenlänge. Beispielsweise können die Antennen eine Länge haben, die etwa einem Zehntel der ersten beziehungsweise zweiten Wellenlänge entspricht. Die Länge kann beispielsweise in einem Bereich von zweihundert Mikrometer liegen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antennen planar ausgebildet.
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Vorzugsweise sind die Antennen an eine Auswerteelektronik der Auswertungseinheit angeschlossen. Die Auswerteelektronik kann bevorzugt eine von einer einzelnen Antenne empfangene Leistung eines mit der einzelnen Antenne empfangenen Teils der ersten und/oder zweiten Radarstrahlung bestimmen. Genauso ist es möglich, dass die Auswerteelektronik eine Leistung eines von mehreren Antennen empfangenen Teils der ersten und/oder zweiten Radarstrahlung ermittelt. Hierzu kann die Auswerteelektronik einen oder mehrere Bandpaßfilter und Integratoren aufweisen. Dabei können die Bandpaßfilter der Auswerteelektronik in einem Zwischenfrequenzbereich arbeiten. In einer weiteren Variante können die Bandpaßfilter in Form eines Akustischen-Oberflächenwellen-Filters ausgeführt sein.
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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.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht jedoch vor, dass der jeweilige erste Sensor ein jeweiliger erster photonischer Sensor und der jeweilige zweite Sensor ein jeweiliger zweiter photonischer Sensor ist. Bei dieser Ausgestaltung basiert die Wechselwirkung zwischen der ersten und zweiten Radarstrahlung und den jeweiligen ersten und zweiten Sensoren vorzugsweise auf dem photoelektrischen Effekt, insbesondere dem inneren photoelektrischen Effekt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass die photonischen Sensoren deutlich kleiner als die Antennen ausgeführt sein können.
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Die jeweiligen Empfangselemente können als Bildpunkte betrachtet werden, die in ihrer Gesamtheit vorzugsweise die oben beschriebenen Reihen ausbilden. Aufgrund des photoelektrischen Effektes können Photonen der ersten und/oder zweiten Radarstrahlung Elektronen eines Materials der jeweiligen ersten und zweiten Sensoren 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 jeweiligen ersten und zweiten Sensoren entspricht, wodurch sich eine Leitfähigkeit des entsprechenden Materials erhöhen kann. Die erhöhte Leitfähigkeit kann eine Stärke bzw. Intensität des Signals des jeweiligen ersten und/oder zweiten Sensors erhöhen.
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Das Material der jeweiligen ersten und zweiten Sensoren kann ein Verbindungshalbleiter, wie zum Beispiel Galliumarsenid oder Indiumantimonid, oder eine Verbindung aus einem Halbmetall und einem Halbleiter, wie zum Beispiel Quecksilber-Cadmium-Tellurid oder Quecksilber-Zink-Tellurid, aufweisen. Die jeweiligen ersten und zweiten Sensoren können etwa einhundert Mikrometer breit und bevorzugt hoch und deutlich kleiner als einzelne herkömmliche Antennenelemente zum Empfangen einer Radarstrahlung sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der jeweilige erste Sensor ein erstes Empfangsspektrum und der jeweilige zweite Sensor ein zweites zum ersten Empfangsspektrum unterschiedliches Empfangsspektrum aufweist. Aufgrund der unterschiedlichen Empfangsspektren sind die jeweiligen beiden Sensoren unterschiedlich stark mithilfe der ersten Radarstrahlung aktivierbar und unterschiedlich stark mithilfe der zweiten Radarstrahlung aktivierbar. Diese Weiterbildung stellt eine besonders platzsparende Variante der Erfindung dar.
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Um die unterschiedlichen Empfangsspektren bereitstellen zu können, weist der jeweilige erste Sensor zumindest ein gegenüber den jeweiligen zweiten Sensor unterschiedliches Material auf. So können beispielsweise der jeweilige erste Sensor Indiumphosphid und/oder Indium-Gallium-Phosphid und der jeweilige zweite Sensor Molbdän-Sulfid, Quecksilber-Telurid und/oder Quecksliberzinntelurid enthalten. Eine Verwendung von Indiumphosphid ist z.B. in Decoster at al. „Indiumphosphid Photodetectors for Millimeter Wave Applications“, IEMN beschrieben. Die Verwendung von Molbdän-Sulfid und Quecksilber-Telurid ist z.B. in Huo et al. „MoS2-HgTe Quantum Dot Hybrid Photodetectors beyond 2µm“, Advanced Materials, Weinheim, 2017 beschrieben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Empfangsspektrum einen variierenden Verlauf und das zweite Empfangsspektrum einen variierenden Verlauf haben und sich überlappen. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass sich mit dem derartig ausgebildeten Empfänger viele verschiedene Radarstrahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen detektieren lassen. Dies kann insbesondere dann einfach realisiert werden, wenn die jeweiligen Sensoren in einem Arbeitsbereich betreibbar sind, in dem die jeweiligen Empfangsspektren jeweils einen streng monotonen Verlauf aufweisen. Um den jeweiligen Arbeitsbereich festzulegen, können die Sensoren an einen jeweiligen Bandpassfilter angeschlossen sein, die die jeweiligen von den Sensoren ausgegebenen Signale filtern. Dadurch, dass sich die Empfangsspektren überlappen, können Radarstrahlungen mit Frequenzen, die an Randbereichen des ersten und des zweiten Empfangsspektrums liegen, besser detektiert werden.
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Eine Überlappung der beiden Empfangsspektren ermöglicht auch, dass die jeweiligen Empfangsspektren ein Maximum haben können und trotzdem Radarstrahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen eindeutig erfasst werden können. Gemäß einer Variante können das erste und das zweite Empfangsspektrum und ein drittes Empfangsspektrum des jeweiligen dritten Sensors, der bei dieser Variante ebenfalls als photonischer Sensor ausgebildet ist, eine gaußglockenartige Form haben.
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Ein Maximum des ersten, zweiten und dritten Empfangsspektrums kann gemäß eines Ausführungsbeispiels bei 65 GHz, 75 GHz beziehungsweise 85 GHz liegen. Das zweite Empfangsspektrum überlappt sich bevorzugt derart mit dem ersten Empfangsspektrum, dass das zweite Empfangsspektrum bei einer Frequenz unterhalb einer Frequenz, bei der das erste Empfangsspektrum sein Maximum erreicht, im Fall des Ausführungsbeispiels 65 GHz, einen Wert von größer Null hat. Weiterhin überlappt sich das zweite Empfangsspektrum bevorzugt derart mit dem dritten Empfangsspektrum, dass das zweite Empfangsspektrum bei einer Frequenz oberhalb einer Frequenz, bei der das dritte Empfangsspektrum sein Maximum erreicht, im Fall des Ausführungsbeispiels 85 GHz, einen Wert von größer Null hat.
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Soll eine Radarstrahlung mit einer beliebigen Frequenz zwischen 65 GHz und 85 GHz erkannt werden, so kann dies anhand der von den jeweiligen ersten, zweiten und dritten Sensoren ausgegebenen Signale, insbesondere eine jeweilige Stärke der Signale, erfolgen. Eine Radarstrahlung mit einer Frequenz von 70 GHz würde nach dem oben genannten Ausführungsbeispiel an einem Ausgang des jeweiligen ersten Sensors ein sehr starkes Signal, des jeweiligen zweiten Sensors ein schwächeres und des jeweiligen dritten Sensors ein noch schwächeres Signal erzeugen.
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Anhand einer jeweiligen Stärke der jeweiligen Signale des jeweiligen ersten, zweiten und dritten Sensors kann die Auswertungseinheit eindeutig die Radarstrahlung mit der Frequenz von 70 GHz erfassen. Hierzu kann die Auswertungseinheit bevorzugt einen Algorithmus der Fuzzy-Logik verwenden.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung weist die Linse ein Material mit einem negativen Brechungsindex auf, welches im Folgenden als Metamaterial bezeichnet wird. Die Linse, die das Material mit dem negativen Brechungsindex aufweist, wird im Folgenden ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit als Linse bezeichnet. Das Metamaterial ist bevorzugt eine künstlich 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.
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In einer speziellen 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.
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Vorteilhaft ist die Struktur des Metamaterials deutlich kleiner als die erste und die zweite Wellenlänge. Deutlich kleiner kann insbesondere bedeuten, dass eine Zellgröße des Metamaterials kleiner als ein Viertel der ersten und/oder der zweiten Wellenlänge im Vakuum ist. Bevorzugt ist eine Auflösung der Linse nicht durch eine Beugungsgrenze limitiert.
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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 εr und/oder die magnetische Leitfähigkeit µr 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.
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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.
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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 zu dem Objekt in einem Nahfeld der Linse durchzuführen.
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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.
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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 den jeweiligen ersten und zweiten Sensoren zu erzeugen. Somit kann insgesamt der Empfänger kleiner als im Vergleich zu einer Variante mit der herkömmlichen Linse ausgelegt werden.
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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, dass die Linse kleiner als die herkömmliche Linse ausgestaltet ist. Die kleinere Brennweite kann ermöglichen, die jeweiligen ersten und zweiten Sensoren in einem geringeren Abstand zur Linse anzuordnen als dies bei einer Verwendung der herkömmlichen Linse möglich wäre. Ein kürzerer Abstand der jeweiligen ersten und zweiten Sensoren zur Linse hat den Vorteil, dass der Empfänger noch kleiner ausgestaltet werden kann.
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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.
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Eine spezielle Variante sieht vor, dass die Empfangselemente jeweils zumindest ein dichroitisches Prisma aufweisen. Die Prismen der Empfangselemente können jeweils die erste Radarstrahlung in eine jeweilige erste Richtung und die zweite Radarstrahlung in eine jeweilige zweite zu der jeweiligen ersten Richtung unterschiedlichen Richtung leiten. Durch eine Ausbreitung in die jeweilige erste Richtung kann die erste Radarstrahlung den jeweiligen ersten Sensor erreichen. Analog kann die zweite Radarstrahlung durch eine Ausbreitung in die jeweilige zweite Richtung den jeweiligen zweiten Sensor erreichen. Diese Variante ermöglicht, dass die ersten und die zweiten Sensoren gleichartig ausgeführt sein können.
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Außerdem können die Sensoren bei dieser Variante in einem größeren Abstand zueinander angeordnet werden, wodurch Wärme besser abgeführt werden kann. Beispielsweise können die ersten Sensoren in einer Richtung, die durch eine Gerade zwischen dem Objekt und der Linse gebildet wird, vor den zweiten Sensoren angeordnet sein. Die Sensoren können mithilfe von Wellenleitern aus einem dielektrischem Material, wie zum Beispiel ein dielektrischer Kunststoff wie Polytetrafluorethylen, Polypropylen oder Polystyrol, oder mithilfe von Wellenleitern, die durch ein in einem Hohlraum eingeschlossenes Gas gebildet werden, mit den Prismen gekoppelt sein. Die Prismen weisen bevorzugt ebenfalls ein Material mit einem negativen Brechungsindex auf. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Prismen in einer kleineren Ausführung realisierbar sind.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Empfänger einen Filter mit Filterelementen und zumindest zwei Arten der Filterelemente auf, wobei die beiden Arten der Filterelemente jeweils eine unterschiedlich starke Filterung der ersten und der zweiten Radarstrahlung bewirken. Bei diesem Ausführungsbeispiel überdeckt bevorzugt eine erste Art der Filterelemente der beiden Arten der Filterelemente die jeweiligen ersten Sensoren und eine zweite Art der Filterelemente der beiden Arten der Filterelemente die jeweiligen zweiten Sensoren. Aufgrund der unterschiedlich starken Filterung sind der jeweilige erste Sensor und der jeweilige zweite Sensor unterschiedlich stark mithilfe der ersten Radarstrahlung aktivierbar und mithilfe der zweiten Radarstrahlung aktivierbar. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht ebenfalls, dass die ersten und die zweiten Sensoren gleichartig ausgeführt sein können.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels sieht vor, dass die beiden Arten der Filterelemente periodisch alterniert in einem schachbrettartigen Muster angeordnet sind. Die unterschiedlich starke Filterung kann durch eine unterschiedliche wellenlängenabhängige Dämpfung der ersten und der zweiten Radarstrahlung mittels der beiden Arten der Filterelemente erzielt werden.
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Grundsätzlich eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, dass der Sender des Fahrerassistenzsystems derart eingerichtet ist, dass mit dem Sender eine Abstands- und/oder Geschwindigkeitsbestimmung des Objektes und/oder des weiteren Objektes möglich ist. Um dies im Detail zu realisieren, kann der Sender eine über ein Zeitintervall variierende Radarstrahlung mit einer variierenden Wellenlänge aussenden, wobei der Sender in dem Zeitintervall zumindest die erste und die zweite Radarstrahlung erzeugt und aussendet. Insbesondere hat die Wellenlänge der variierenden Radarstrahlung in dem Zeitintervall einen abwechselnd ansteigenden und absteigenden rampenförmigen Verlauf. In Kombination mit dem oben beschriebenen Empfänger gemäß einer der oben genannten Varianten kann die Abstands- und Geschwindigkeitsbestimmung schneller durchgeführt werden, weil die erste und die zweite Radarstrahlung schneller erfasst werden kann. Dies ist unter anderem dadurch begründet, dass der Empfänger zum Empfangen der beiden Radarstrahlungen nicht angepasst werden muss.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Figuren. Dabei bezeichnet ein mehrfach verwendetes Bezugszeichen dieselbe Komponente. Die Figuren zeigen schematisch in:
- 1 ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem mit einem frequenzelektiven Empfänger zum Empfangen von Radarstrahlungen mit unterschiedlichen Frequenzen,
- 2 das Fahrerassistenzsystem aus 1 in einer Draufsicht,
- 3 zwei Empfangsspektren zweier Sensoren eines Empfangselementes des Empfängers aus 1,
- 4 das Fahrerassistenzsystem aus 1 mit einen zweiten Empfänger zum Empfangen von Radarstrahlungen mit unterschiedlichen Frequenzen,
- 5 das Fahrerassistenzsystem aus 1 mit einen dritten Empfänger zum Empfangen von Radarstrahlungen mit unterschiedlichen Frequenzen.
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1 zeigt ein Fahrerassistenzsystem 1 für ein Fahrzeug 2 zur Erfassung eines Objektes 3 mit Hilfe einer ersten Radarstrahlung mit einer ersten Wellenlänge und einer zweiten Radarstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge. Das Fahrerassistenzsystem 1 weist eine Auswertungseinheit 4, eine Linse 5 und einen Empfänger 6 auf. Die Linse 5 hat vorzugsweise ein Material mit einem negativen Brechungsindex.
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2 zeigt das Fahrerassistenzsystem 1 schematisch in einer Draufsicht mit dem Objekt 3 und einem weiteren Objekt 19. Der Empfänger 6 weist zumindest ein erstes Empfangselement 11 und ein zweites Empfangselement 12 jeweils zum Empfangen der ersten und zweiten Radarstrahlung auf. Das erste Empfangselement 11 hat einen ersten Sensor 11a und einen zweiten Sensor 11b. Das zweite Empfangselement 12 hat einen ersten Sensor 12a und einen zweiten Sensor 12b. Der jeweilige erste Sensor 11a, 12a und der jeweilige zweite Sensor 11b, 12b sind mit Hilfe der ersten Radarstrahlung unterschiedlich stark aktivierbar und mit Hilfe der zweiten Radarstrahlung unterschiedlich stark aktivierbar. Die erste Radarstrahlung mit der ersten Wellenlänge wird von einem ersten Sender 17 des Objektes 3, welcher sich an einer linken hinteren Ecke des Objektes 3 befinden kann, und von einem ersten Sender 21 des weiteren Objektes 19, welcher sich ebenfalls in einer hinteren linken Ecke des weiteren Objektes 19 befinden kann, ausgesendet.
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Die zweite Radarstrahlung mit der zweiten Wellenlänge wird von einem zweiten Sender 18, der sich in einer hinteren rechten Ecke des Objektes 3 befinden kann, und von einem zweiten Sender 22 des weiteren Objektes 19, der sich in einer hinteren rechten Ecke des weiteren Objektes 19 befinden kann, ausgesendet.
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Vorteilhaft weist der Empfänger 6 ein drittes Empfangselement 13, ein viertes Empfangselement 14 und ein fünften Empfangselement 15 mit jeweiligen ersten Sensoren 13a, 14a, 15a und zweiten Sensoren 13b, 14b, 15b auf.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass die Linse 5 die von dem ersten Sender 17 des Objektes 3 ausgesendete erste Radarstrahlung auf das vierte Empfangselement 14, die von dem ersten Sender 21 des weiteren Objektes 19 ausgesandte erste Radarstrahlung auf das zweite Empfangselement 12, die von dem zweiten Sender 18 des Objektes 3 ausgesandte zweite Radarstrahlung auf das dritte Empfangselement 13 und die von dem zweiten Sender 22 des weiteren Objektes 19 ausgesandte Radarstrahlung auf das erste Empfangselement 11 fokussiert.
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Die jeweiligen Sensoren 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b der Empfangselemente 11, 12, 13, 14, 15 sind mit der Auswertungseinheit 4 zur Erfassung des Objektes 3 gekoppelt.
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So ist vorteilhaft der erste Sensor 11a des ersten Empfangselementes mit einem ersten Eingang 41 der Auswertungseinheit 4, der zweite Sensor 11b des ersten Empfangselementes 11 mit einem zweiten Eingang 42 der Auswertungseinheit 4, der erste Sensor 12a des zweiten Empfangselementes 12 mit einem dritten Eingang 43 der Auswertungseinheit 4, der zweite Sensor 12b des zweiten Empfangselementes 12 mit einem vierten Eingang 44 der Auswertungseinheit 4, der erste Sensor 13a des dritten Empfangselementes 13 mit einem fünften Eingang 45 der Auswertungseinheit 4, der zweite Sensor 13b des dritten Empfangselementes 13 mit einem sechsten Eingang 46 der Auswertungseinheit 4, der erste Sensor 14a des vierten Empfangselementes 14 mit einem siebten Eingang 47 der Auswertungseinheit 4, der zweite Sensor 14b des vierten Empfangselementes 14 mit einem achten Eingang 48 der Auswertungseinheit 4, der erste Sensor 15a des fünften Empfangselementes 15 mit einem neunten Eingang 49 der Auswertungseinheit 4 und der zweite Sensor 15b des fünften Empfangselementes 15 mit einem zehnten Eingang 50 der Auswertungseinheit 4 verbunden.
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Der jeweilige erste Sensor 11a, 12a, 13a, 14a, 15a ist vorzugsweise als ein jeweiliger erster photonischer Sensor und der jeweilige zweite Sensor 11b, 12b, 13b, 14b, 15b als ein jeweiliger zweiter photonischer Sensor ausgebildet.
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3 zeigt ein erstes Empfangsspektrum 61 der jeweiligen ersten Sensoren 11a, 12a, 13a, 14a, 15a und ein jeweiliges zweites Empfangsspektrum 62 der zweiten Sensoren 11b, 12b, 13b, 14b, 15b. Die Empfangsspektren 61, 62 zeigen für verschiedene Frequenzen f verschiedene Intensitäten I. Dabei kann die Intensität I eine Leistungsdichte an einem Ausgang des entsprechenden Sensors 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b sein, wenn eine Radarstrahlung mit der Frequenz f auf den entsprechenden Sensor 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b trifft.
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Aus 3 ist ersichtlich, dass das erste Empfangsspektrum 61 gegenüber dem zweiten Empfangsspektrum 62 unterschiedlich ist. Aufgrund der unterschiedlichen Empfangsspektren 61, 62 sind die jeweiligen ersten Sensoren 11a, 12a, 13a, 14a, 15a gegenüber den zweiten Sensoren 11b, 12b, 13b, 14b, 15b unterschiedlich stark mit Hilfe der ersten Radarstrahlung aktivierbar und mit Hilfe der zweiten Radarstrahlung unterschiedlich stark aktivierbar. Vorteilhaft hat das erste Empfangsspektrum 61 wie in 3 gezeigt ein Maximum bei einer ersten Frequenz 63, die mit der ersten Wellenlänge der ersten Radarstrahlung korrespondiert und das das zweite Empfangsspektrum 62 wie in 3 gezeigt ein Maximum bei einer zweiten Frequenz 64, die mit der zweiten Wellenlänge der zweiten Radarstrahlung korrespondiert. Vorzugsweise haben die beiden Empfangsspektren 61, 62 jeweils eine Form einer Gaußglocke.
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Des Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass das erste und das zweite Empfangsspektrum jeweils einen variierenden Verlauf aufweist und sich überlappen. Dadurch können auch Frequenzen mit den Sensoren 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b gut erfasst werden, die zwischen der ersten Frequenz 63 und der zweiten Frequenz 64 liegen, wie es oben beschrieben ist.
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Um das Objekt 3 und das weitere Objekt 19 lokalisieren zu können, werden die von den Sensoren 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b an die jeweiligen Eingänge 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 der Auswertungseinheit 4 gesendeten Signale mit Hilfe einer Recheneinheit 51 ausgewertet. Dadurch, dass eine relative Position eines jeden Empfangselementes 11, 12, 13, 14, 15 in Bezug zu der Linse 5 bekannt ist, kann anhand der von dem jeweiligen Sensor 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b empfangenen Signale eine Lokalisierung des ersten Senders 21 des weiteren Objektes 19, des zweiten Senders 22 des weiteren Objektes 19, des ersten Senders 17 des Objektes 3 und/oder des zweiten Senders 18 des Objektes 3 durchgeführt werden.
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Die Lokalisierung erfolgt bevorzugt derart, dass aufgrund der relativen Positionen der Empfangselemente 11, 12, 13, 14, 15 jedem Empfangselement 11, 12, 13, 14, 15 ein einzelner Sektor in einer Ebene, insbesondere der Zeichenebene der 2, zugeordnet werden kann. Ist beispielsweise eine Stärke des Signals des ersten Sensors 11a und/oder des zweiten Sensors 11b höher als die Signale der übrigen Sensoren 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b, so kann eine Radarquelle lokalisiert werden, die in einem Sektor liegt, in dem sich der zweite Sender 22 des weiteren Objektes 19 befindet.
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Des Weiteren kann eine Identifikation der Sender 17, 18, 21, 22 anhand der jeweiligen Wellenlänge der von den Sendern 17, 18, 21, 22 ausgesandten Radarstrahlung, wie oben beschrieben, realisiert werden. So können beispielsweise die hintere linke und die hintere rechte Ecke des Objektes 3 und/oder des weiteren Objektes 19 erkannt werden. Hierzu ist in der Recheneinheit 51 bevorzugt eine Datenbank mit unterschiedlichen Frequenzen von Radarstrahlungen gespeichert, die zumindest von hinteren linken und rechten Ecken von unterschiedlichen Fahrzeugen ausgesendet werden.
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4 zeigt einen zweiten Empfänger 71, mit dem das Fahrerassistenzsystem 1 anstatt des in 2 gezeigten Empfängers 6 ausgerüstet sein kann. Der Empfänger 71 unterscheidet sich von dem Empfänger 6 dahingehend, dass zwischen den Empfangselementen 11, 12, 13, 14, 15 und der Linse 5 ein Filter 72 angeordnet ist. Der Filter 72 hat zumindest ein erstes Filterelement 73 einer ersten Art von Filterelementen und ein zweites Filterelement 74 einer zweiten Art von Filterelementen, wobei die erste und die zweite Art von Filterelementen jeweils eine unterschiedlich starke Filterung der ersten und der zweiten Radarstrahlung bewirken.
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Aufgrund der unterschiedlich starken Filterung sind der erste Sensor 11a und der zweite Sensor 11b des ersten Empfangselementes 11 mit Hilfe der ersten Radarstrahlung und mit Hilfe der zweiten Radarstrahlung unterschiedlich stark aktivierbar. Um einen gleichen Effekt für die weiteren Empfangselemente 12, 13, 14, 15 zu erzeugen, weist der Filter 72 weitere erste Filterelemente 75 der ersten Art und weitere zweite Filterelemente 76 der zweiten Art auf.
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5 zeigt einen dritten Empfänger 81, mit dem das Fahrerassistenzsystem 1 anstatt des in 2 gezeigten Empfängers 6 ausgerüstet sein kann. Der dritte Empfänger 81 unterscheidet sich gegenüber dem Empfänger 6 dahingehend, dass Empfangselemente des dritten Empfängers 81 jeweils zumindest ein dichroitisches Prisma aufweisen.
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So hat ein erstes Empfangselement 31 des dritten Empfängers 81 neben einem ersten Sensor 31a und einem zweiten Sensor 31b ein dichroitisches Prisma 31c, ein zweites Empfangselement 32 des dritten Empfängers 81 neben einem ersten Sensor 32a und einem zweiten Sensor 32b ein dichroitisches Prisma 32c, ein drittes Empfangselement 33 des dritten Empfängers 81 neben einem ersten Sensor 33a und einem zweiten Sensor 33b ein dichroitisches Prisma 33c, ein viertes Empfangselement 34 des dritten Empfängers 81 neben einem ersten Sensor 34a und einem zweiten Sensor 34b ein dichroitisches Prisma 34c und ein fünftes Empfangselement 35 des dritten Empfängers 81 neben einem ersten Sensor 35a und einem zweiten Sensor 35b ein dichroitisches Prisma 35c.
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Die Prismen 31c, 32c, 33c, 34c, 35c können jeweils die erste Radarstrahlung in eine jeweilige erste Richtung und die zweite Radarstrahlung in eine jeweilige zweite zu der jeweiligen ersten Richtung unterschiedliche Richtung leiten. Dies hängt insbesondere davon ab, ob die erste und/oder zweite Radarstrahlung mithilfe der Linse 5 auf die Prismen 31c, 32c, 33c, 34c, 35c fokussiert wird. 5 zeigt eine Anwendung, bei der das Prisma 31c und das Prisma 33c von der zweiten Radarstrahlung das Prisma 32c und das Prisma 34c von der ersten Radarstrahlung erfasst werden. Durch eine Ausbreitung in die jeweilige erste Richtung erreicht die erste Radarstrahlung den jeweiligen ersten Sensor 32a, 34a. Durch eine Ausbreitung in die jeweilige zweite Richtung erreicht die zweite Radarstrahlung den jeweiligen zweiten Sensor 31b, 33b.
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In einer besonderen Ausgestaltung hat das Fahrerassistenzsystem 1 einen Sender 7, mit dem die erste und die zweite Radarstrahlung ausgesendet werden kann. Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass der Sender 7 eine über ein Zeitintervall variierende Radarstrahlung mit einer variierenden Wellenlänge aussendet, wobei der Sender 7 in dem Zeitintervall zumindest die erste und die zweite Radarstrahlung aussendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19715997 A1 [0002]
- DE 19546506 A1 [0003]
- DE 19716002 A1 [0004]