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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Derzeitige Sensorsysteme zur Erfassung eines Umfelds eines Fahrzeugs, etwa von Objekten in einem Winkelbereich, umfassen üblicherweise Antennen oder Sensoren, durch welche eine gemessenes Signal an eine Steuereinrichtung im Fahrzeug übermittelbar ist, jedoch erscheint ein gleichzeitiger, gekoppelter oder gar kohärenter Betrieb mehrerer Sensoren derzeit nicht bekannt. Bei Sensorsystemen für Fahrerassistenzsysteme steht meist eine preisgünstige Sensorik im Vordergrund. Betreffend das hochautonome Fahren werden jedoch wesentlich höhere Ansprüche an die Sensorik gestellt. Darüber hinaus wird in Fahrzeugen eine steigende Anzahl an Sensoren eingesetzt, wobei eine Verknüpfung ihrer Informationen in einem Zentralsteuergerät stattfinden kann. Derzeit sind bereits kombinierbare Funktionsweisen von einzelnen Sensoren durch eine Kopplung der Sensoren auf der Taktebene erreichbar, jedoch sind diese Sensoren nur innerhalb der Schleifenbandbreite kohärent. Üblicherweise erfolgt eine Fusion der Daten im Zentralsteuergerät aktuell noch vorgefiltert. Ein Teil der Informationen, wie z.B. die sehr hohe Winkeltrennfähigkeit aufgrund der großen physikalisch möglichen Apertur bei Verwendung mehrerer Radarsensoren wird dabei jedoch nicht mehr genutzt. Bei Konzepten, welche ohne eine Kopplung der Sensoren auskommen sollen, kann eine Signalausgabe unter Phasenrauschen leiden. Bisher erschien eine leitungsgebundene Verteilung der Hochfrequenzsignale bei 77GHz zur Synchronisation der Sensoren schwierig.
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In der
US 2016/0240907 A1 wird ein Sensorsystem für Fahrzeuge beschrieben, welches ein zentrales Steuergerät zur Auswertung von Sensoren umfasst, wobei die Sensoren eine Analog/Digitalwandlung bewirken können und eine Anwesenheitskontrolle von Objekten ermöglichen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Sensorsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems für ein Fahrzeug nach Anspruch 10.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Sensorsystem für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Sensorsystems anzugeben, welches sich durch ein kohärentes Betreiben von Sensoren und dabei durch ein vermindertes Phasenrauschen auszeichnet. Die Sensoreinrichtungen können vorteilhaft im Hochfrequenzbereich betrieben werden und eine hochauflösende Umgebungskontrolle des Fahrzeugs ermöglichen.
Durch die Platzierung von Sensoren in größeren Abständen z.B an der Fahrzeugfront kann diese sehr große Apertur genutzt werden um z.B die Winkeltrennfähigkeit im Vergleich zu heutigen Sensorsystemen deutlich zu erhöhen und damit Kernvoraussetzungen für Sensoren für hochautomatisierte Komfort- und Sicherheitsfunktionen vollständig zu erfüllen.
Vorteilhaft wird hierfür nur eine Hochfrequenz-Synchronisationsleitung im 76 - 81 GHz Band benötigt/genutzt. Eine separate Rückübertragung des Hochfrequenzsignals von jedem einzelnen Empfangskanal ist vorteilhaft nicht notwendig, da das Heruntermischen und die AD-Wandlung bereits in den einzelnen Sensoren erfolgen kann und dieses Signal mit Standardprotokollen an andere Sensoren oder das Zentralsteuergerät übertragen werden kann.
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Erfindungsgemäß umfasst das Sensorsystem für ein Fahrzeug eine Steuereinrichtung, welche in dem Fahrzeug angeordnet ist; mehrere Sensoreinrichtungen, welche am oder im Fahrzeug angeordnet sind und mit der Steuereinrichtung verbunden sind, wobei zumindest eine der Sensoreinrichtungen über eine bidirektionale Verbindungsleitung zum Signalaustausch oder über eine bidirektionale Verbindungsleitung und über eine Synchronisationsleitung mit der Steuereinrichtung verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein Synchronisationssignal von der zentralen Steuereinrichtung über die bidirektionale Verbindungsleitung oder über die Synchronisationsleitung zu empfangen, um von der Steuereinrichtung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt betrieben zu werden.
Das Sensorsystem kann vorteilhaft im Hochfrequenzbereich mit beispielsweise 76 - 81 GHz und mehreren Sensoreinrichtungen kohärent betrieben werden, wodurch eine hochauflösende und schnelle Umgebungskontrolle des Fahrzeugs ermöglicht werden kann, wie es beispielsweise für ein autonomes Fahren notwendig sein kann. Die Steuereinrichtung kann als eine zentrale Steuereinrichtung ausgebildet sein und vorteilhaft mit allen Sensoreinrichtungen des Sensorsystems verbunden sein. Davon kann zumindest eine oder vorteilhaft mehrere oder alle Sensoreinrichtungen für einen Hochfrequenzbetrieb über jeweils bidirektionale Verbindungsleitungen mit der Steuereinrichtung verbunden sein. Der Betrieb der Sensoreinrichtungen kann über ein Ansteuern mit dem vorteilhaft hochfrequenten Synchronisationssignal abgestimmt werden, vorteilhaft für einen kohärenten Betrieb der Sensoreinrichtungen. Die über das Synchronisationssignal abgestimmten Sensoreinrichtungen können somit von der Steuereinrichtung zu vorbestimmten Messzeitpunkten aktiv betrieben werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems umfasst zumindest eine der Sensoreinrichtungen eine Analog/Digitalwandeleinrichtung.
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Die Synchronisationsleitung kann eine Zusatzverbindung für das hochfrequente Synchronisationssignal gegenüber der niederfrequenten bidirektionalen Datenleitung darstellen. Nach einem Heruntermischen der Frequenz in den Sensoren, kann es lediglich ausreichend sein, ein niederfrequentes Antwortsignal zur Steuereinrichtung zurück zu übermitteln.
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Eine Signalverarbeitung zu einem Digitalsignal kann bereits in der jeweiligen Sensoreinrichtung selbst erfolgen und als digitale Messinformation direkt der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Bei einem kohärenten und vorteilhaft synchronisierten Betrieb mehrerer Sensoreinrichtungen können so mehrere bereits digital gewandelte Signale an der Steuereinrichtung eintreffen und schneller ausgewertet werden, was etwa für das autonome Fahren vorteilhaft sein kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems umfasst die zumindest eine über die bidirektionale Verbindungsleitung verbundene Sensoreinrichtung eine Schnittstelle für die bidirektionale Verbindungsleitung, welche zu einer Signalübertragung im Hochfrequenzbereich ausgelegt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems umfasst die zumindest eine über die Synchronisationsleitung verbundene Sensoreinrichtung eine Schnittstelle für die Synchronisationsleitung, welche zu einer Signalübertragung im Hochfrequenzbereich ausgelegt ist.
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Bei der Schnittstelle kann es sich beispielsweise um einen Hochfrequenzeingang handeln. Diese kann als eine Steckverbindung für die bidirektionale Verbindungsleitung und/oder für die Synchronisationsleitung, vorteilhaft für einen dielektrischen Stab, ausgeformt sein und am Gehäuse der Sensoreinrichtung angebracht sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems sind zumindest zwei Sensoreinrichtungen mit der Steuereinrichtung verbunden, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die zumindest zwei Sensoreinrichtungen mit dem Synchronisationssignal anzusteuern, welches an einer der beiden Sensoreinrichtungen gegenüber der anderen Sensoreinrichtung phasengleich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems ist zumindest eine Sensoreinrichtung über eine Kabelverbindung mit der Steuereinrichtung verbunden.
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Neben den hochfrequent und mit dem Synchronisationssignal angesteuerten Sensoreinrichtungen können im Sensorsystem auch gewöhnliche Sensoren vorhanden sein und betrieben werden, welche ein analoges oder auch digitales Signal auch außerhalb des Hochfrequenzbereichs und außerhalb der Taktung durch das Synchronisationssignal an die Steuereinrichtung übermitteln können und eine Zusatzinformation zu den synchronisierten Sensoreinrichtungen liefern können. Für diese Zwecke können gewöhnliche Kabelverbindungen ausreichen, auf welche kein Synchronisationssignal aufgeprägt werden muss. Bei den gewöhnlichen Sensoreinrichtungen kann es sich um einfache Antennen oder Signalgeber oder weitere Sensorkonzepte handeln.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems sind die Sensoreinrichtungen in einem Randbereich des Fahrzeugs über einen horizontalen und/oder vertikalen Winkelbereich verteilt angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems umfasst die bidirektionale Verbindungsleitung einen dielektrischen Wellenleiter.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Sensorsystems bilden mehrere der Sensoreinrichtungen mit der Steuereinrichtung ein kohärent betreibbares Radarsystem.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems für ein Fahrzeug ein Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Sensorsystems; ein Ansteuern zumindest einer der Sensoreinrichtungen mit einem Synchronisationssignal von der Steuereinrichtung über die bidirektionale Verbindungsleitung oder über die Synchronisationsleitung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt; und ein Ermitteln eines Objekts und/oder einer Distanz zum Objekt kohärent durch mehrere der Sensoreinrichtungen.
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Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit dem Sensorsystem genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird in einer mit dem Synchronisationssignal angesteuerten Sensoreinrichtung ein von der Sensoreinrichtung erzeugtes Messsignal mittels einer Analog/Digitalwandeleinrichtung gewandelt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden zumindest zwei Sensoreinrichtungen mit dem Synchronisationssignal gleichzeitig angesteuert.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Anordnung von Sensoreinrichtungen eines Sensorsystems in einem Fahrzeug gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Anordnung von Sensoreinrichtungen eines Sensorsystems in einem Fahrzeug gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 3a eine Steuereinrichtung mit Anschlüssen für einen Ausgang für ein Synchronisationssignal;
- 3b eine Sensoreinrichtung mit Anschlüssen für einen Eingang für ein Synchronisationssignal; und
- 4 eine Blockdarstellung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Anordnung von Sensoreinrichtungen eines Sensorsystems in einem Fahrzeug gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Das Sensorsystem 10 für ein Fahrzeug F umfasst eine Steuereinrichtung SE, welche in dem Fahrzeug F angeordnet ist und mehrere Sensoreinrichtungen Si1, Si2, und Si3, welche im Fahrzeug F angeordnet sind und mit der Steuereinrichtung SE verbunden sind, wobei zumindest eine der Sensoreinrichtungen Si1, Si2, oder Si3 über eine bidirektionale Verbindungsleitung VL mit der Steuereinrichtung SE oder über eine bidirektionale Verbindungsleitung VL und eine Synchronisationsleitung SL verbunden ist und dazu eingerichtet ist, ein Synchronisationssignal SG von der Steuereinrichtung SE über die bidirektionale Verbindungsleitung VL oder über die Synchronisationsleitung SL zu empfangen um von der Steuereinrichtung SE zu einem vorgegebenen Zeitpunkt betrieben zu werden.
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Die Sensoreinrichtungen, welche mit dem Synchronisationssignal SG angesteuert werden, können als hochfrequent betrieben bezeichnet werden.
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Die hochfrequent betriebenen Sensoreinrichtungen können jeweils einen Analog/Digitalwandler AD umfassen und bereits ein gewandeltes Signal direkt an die Steuereinrichtung SE übermitteln. Die Sensoreinrichtungen können so hochfrequent betrieben werden, etwa auf 76 GHz bis 81 GHz oder in einer anderen Frequenz von zumindest 19 GHz (etwa bei 24 GHz oder 76- 81 GHZ, oder auch bei über100 GHz). Die hochfrequent betriebenen Sensoreinrichtung(en), etwa Si3, kann eine Schnittstelle P für das Synchronisationssignal SG umfassen, welche mit der bidirektionalen Verbindungsleitung VL oder mit der Synchronisationsleitung SL, also vorteilhaft mit einem dielektrischen Leiter, verbunden sein kann. Eine solche hochfrequent betriebene Sensoreinrichtung Si3 kann also neben einem einfachen Sensorelement(en) oder einer Antenne(n) noch die Schnittstelle P und den Analog/Digitalwandler AD umfassen. Wenn mehrere Sensoreinrichtungen zu einem solchen synchronisierten Betrieb eingerichtet sind, kann dadurch das Sensorsystem 10 mehrere vorteilhaft kohärente Sende- und Empfangskanäle umfassen. Die Sensoreinrichtungen mit den Verbindungsleitungen VL können eine Sensorgruppe darstellen. Als bidirektionale Verbindungsleitung VL kann auch verstanden werden, dass neben der üblichen Kabelverbindung (Digitalleitung), von der Steuereinrichtung SE zur Sensoreinrichtung, noch jeweils ein dielektrischer Leiter als Synchronisationsleitung (etwa unidirektional) zur Sensoreinrichtung verlaufen kann. Anstatt des dielektrischen Leiters kann auch ein Koaxialkabel oder Hohlleiter als bidirektionale Verbindungsleitung VL dienen (umfassen), wobei die bidirektionale Verbindungsleitung VL für einen Betrieb mit einem Signaltransfer bei 76 GHz - 81 GHz ausgelegt sein kann. Eine solche Sensorgruppe kann vorteilhaft kohärent betrieben werden. Durch den kohärenten Betrieb kann eine Auflösung einer Winkelmessung oder Winkelschätzung im Fahrzeugumfeld vorteilhaft verbessert werden. Üblicherweise sind in einem Fahrzeug mehrere autark arbeitende Sensoren angeordnet, etwa an der Front und zwei an den Ecken. Bei herkömmlichen Sensorsystemen hat jeder Sensor lediglich eine begrenzte und geringe Winkeltrennfähigkeit. Bei einem kohärenten Betrieb einer Sensorgruppe, insbesondere mehrerer oder aller Sensoreinrichtungen, vorzugsweise auch noch hochfrequent, können Aperturen, etwa für den Winkel, im Meterbereich realisierbar sein, wodurch eine Winkeltrennfähigkeit resultieren kann, welche weit unter einem Grad liegen kann. Das Synchronisationssignal kann beispielsweise auch 47 GHz aufweisen. Der weitere Sensorbetrieb kann sich in dessen Frequenz von der Frequenz des Synchronisationssignals unterscheiden oder gleich sein.
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2 zeigt eine schematische Anordnung von Sensoreinrichtungen eines Sensorsystems in einem Fahrzeug gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Anordnung der 2 entspricht jener aus der 1, wobei die Sensoreinrichtungen Si1; Si2 und Si4 im Fahrzeug angeordnet sein können, und bidirektional mit der Steuereinrichtung SE über die Verbindungsleitung VL verbunden sein können. Das Sensorsystem 10 umfasst zusätzlich noch zwei herkömmliche Sensoreinrichtungen Si3; oder auch mehrere, etwa bis Sin, welche lediglich mit einer Kabelverbindung K mit der Steuereinrichtung SE verbunden sein können (Signalübermittlung nur zur Steuereinrichtung SE hin). Die zwei herkömmlichen Sensoreinrichtungen Si3 und Sin können einfache Antennen oder Sensoren aufweisen und Daten in Rohform, beispielsweise ungewandelt, an die Steuereinrichtung SE übermitteln, ohne dass diese von einem Synchronisationssignal gesteuert (getaktet) werden. Die Sensoreinrichtungen Si1; Si2, und Si4 können einen Winkelbereich W, horizontal oder vertikal (azimutal oder in Elevationsebene), am Fahrzeug F abdecken. Um die Winkelmessauflösung verbessern zu können, ist es möglich, dass die herkömmlichen Sensoreinrichtungen Si3 und Sin zwischen den hochfrequent und synchronisiert betriebenen Sensoreinrichtungen Si1; Si2 und Si4 angeordnet sind. Eine analog zu digital Wandlung der Signale von den herkömmlichen Sensoreinrichtungen Si3 und Sin kann in der Steuereinrichtung SE erfolgen. Zur Abdeckung einer Elevationsebene kann eine Sensoreinrichtung möglichst nahe am Boden oder in der Windschutzscheibe eingebaut sein und eine weitere in Höhe eines Emblems. Eine solche Anordnung kann eine Elevationstrennfähigkeit wesentlich erhöhen. Si3 und Sin können außerdem auch nur Sende-Antennen sein, die direkt an die Hochfrequenzleitung (Verbindungsleitung oder Synchronisationsleitung oder nur Kabelverbindung) angebunden sein können.
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Werden die digital gewandelten Signale (Basisbandsingale) der synchronisierten Sensoreinrichtungen Si1, Si2, Si4 an die Steuereinrichtung SE übertragen, dann kann anstatt einer individuellen Sensorapertur, beispielsweise von 8cm als eine Antennenseite einer Sensoreinrichtung, eine unterbesetzte Apertur (weniger notwendige Sensoren über den sensierenden Bereich), beispielsweise von 170cm, erreicht werden, wenn die Einzelsensoren kohärent sind. Sollte mit der Zahl der synchronisierten Sensoreinrichtungen eine Apertur (Winkel) zu gering besetzt sein, dann könnte die Messauflösung mit weiteren synchronisierbaren oder herkömmlich betriebenen Sensoreinrichtungen erweitert werden, beispielsweise wie mit Si3 und Sin.
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Die synchronisierten und die herkömmlich betriebenen Sensoreinrichtungen können dann jeweils als Teilgruppen unterschiedliche Messbereiche abdecken.
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Des Weiteren ist es möglich eine Teilung der Zielfrequenz (Betrieb der Sensoreinrichtungen) zu bewirken, etwa über einen Mischer. Jeder Einzelsensor kann das Synchronisationssignal auf eine geringere Frequenz heruntermischen. Somit kann ein Betrieb über einen Teilungsfaktor auf eine Frequenz von 19 GHz gesenkt werden. Für einen solchen Betrieb könnte eine einfachere Verbindungsleitung genutzt werden, wobei auch die Signalübertragung einfacher wäre. Ein Teilung bedeutet hier vorteilhaft eine Division (Verringerung, etwa durch entsprechende bekannte elektronische Bauteile), beispielsweise eine Teilung durch vier.
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3a zeigt eine Steuereinrichtung mit Anschlüssen für einen Ausgang für ein Synchronisationssignal.
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Die Steuereinrichtung SE kann ein oszillierendes hochfrequentes Synchronisationssignal SG mit einer Frequenz von 47 GHz, oder höher, beispielsweise auch 76 GHz - 81 GHz, erzeugen. Zur Auswertung von Signalen, welche von den Steuereinrichtungen empfangen werden können, kann die Steuereinrichtung SE einen digitalen Signalausgang Dig-A und einen digitalen Signaleingang Dig-E umfassen, welche für einen bidirektionalen Signalfluss eingerichtet sein können. Die Steuereinrichtung kann des Weiteren noch einen Ausgang SG-A für das Synchronisationssignal umfassen. Eine bidirektionale Verbindungsleitung VL kann mit den Ein- und Ausgängen Dig-A, Dig-E verbunden sein, und eine Synchronisationsleitung SL kann mit dem SG-A verbunden sein.
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3b zeigt eine Sensoreinrichtung mit Anschlüssen für einen Eingang für ein Synchronisationssignal.
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Eine Sensoreinrichtung Si1, welche mit einem hochfrequenten Synchronisationssignal SG betrieben werden soll, kann einen Eingang für dieses Signal SG-E umfassen, welcher als zusätzliche Steckereinrichtung zu den vorteilhaft bereits vorhandenen Ein- und Ausgängen Dig-E und Dig-A für die bidirektionale Signalübertragung vorhanden sein kann. Die Sensoreinrichtung Si1 kann nach Empfangen des Synchronisationssignals eine Sensormessung (TX) über dessen Sensorelement (etwa über die Antenne Ai) ausführen und Messignale (RX) empfangen und nach einer Digitalwandlung (nicht gezeigt) an den Digitalausgang Dig-A weitergeben. Der digitale Eingang Dig-E kann etwa für Steuerbefehle verwendet werden.
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Der digitale Signalausgang Dig-A und der digitale Signaleingang Dig-E können können eine Schnittstelle P bilden. In diese kann auch der Eingang für das Synchronisationssignal SG-E integriert sein oder separat von dieser an der Sensoreinrichtung vorhanden sein.
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4 zeigt eine Blockdarstellung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems für ein Fahrzeug erfolgt ein Bereitstellen S1 eines erfindungsgemäßen Sensorsystems; ein Ansteuern S2 zumindest einer der Sensoreinrichtungen mit einem Synchronisationssignal von der Steuereinrichtung über die bidirektionale Verbindungsleitung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt; und ein Ermitteln S3 eines Objekts und/oder einer Distanz zum Objekt kohärent durch mehrere der Sensoreinrichtungen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2016/0240907 A1 [0003]
