DE102020116236A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Geschwindigkeitsvektors eines Umfeldobjekts in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung eines Geschwindigkeitsvektors eines Umfeldobjekts in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors (3) eines Umfeldobjekts (2) eines Kraftfahrzeugs (1) in dem Kraftfahrzeug (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) wenigstens zwei räumlich beabstandet verbaute, zur gleichzeitigen Messung betreibbare Radarsensoren (4) aufweist, deren Erfassungsbereiche wenigstens teilweise überlappen, die zyklisch in Zeitschritten Radardaten aufnehmen und denen eine gemeinsame Steuereinrichtung (5) zugeordnet ist, wobei in einem Zeitschritt mittels der wenigstens zwei Radarsensoren (4) wenigstens zwei Radialgeschwindigkeiten (8) des Umfeldobjekts (2) aus unterschiedlichen Winkeln in einer Dopplermessung vermessen werden, wobei durch die Steuereinrichtung (5) unter Verwendung wenigstens der Winkel und der Radialgeschwindigkeiten (8) trigonometrisch, insbesondere innerhalb desselben Zeitschritts, der Geschwindigkeitsvektor (3) des Umfeldobjekts (2) bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors eines Umfeldobjekts in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens zwei räumlich beabstandet verbaute, zur gleichzeitigen Messung betreibbare Radarsensoren aufweist, deren Erfassungsbereiche wenigstens teilweise überlappen, die zyklisch in Zeitschritten Radardaten aufnehmen und denen eine gemeinsame Steuereinrichtung zugeordnet ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
  • In modernen Kraftfahrzeugen haben sich als das Umfeld des Kraftfahrzeugs überwachende Sensorik unter anderem Radarsensoren etabliert. Radardaten derartiger Radarsensoren werden in verschiedenen Systemen, die eine Überwachung der Fahrzeugumgebung nutzen, eingesetzt, beispielsweise bei Einparkhilfen, Totwinkelüberwachungen, Pre-Crash-Sensing sowie Stop-and-Go-Systemen. Radarsensoren können dabei auf unterschiedliche Art und Wiese im Kraftfahrzeug verbaut sein, beispielsweise in den Stoßfängern hinter einer Kunststoffabdeckung des Stoßfängers, hinter einem externen Radom und/oder hinter einem externen Emblem. Radarsensoren können hierfür beispielsweise in separaten Gehäusen aufgebaut und an einem Stoßfänger und/oder einem Karosserieteil befestigt werden.
  • Radarsensoren für Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise ein Hochfrequenz- und ein Niederfrequenzteil, wobei das Hochfrequenzteil hochfrequente Radarsignale in einem genutzten Frequenzbereich des Radarsensors erzeugt, der beispielsweise innerhalb des Intervalls von 10 bis 90 GHz liegen kann. Hier existieren verschiedene für Radarsensoren zu nutzende Frequenzbänder, beispielsweise das 77 GHz-Band. Die generierten Radarsensignale werden über eine Antennenanordnung des Radarsensors versandt und nach Reflexion an einem Umfeldobjekt wieder empfangen. Die hochfrequenten, empfangenen Radarsignale werden umgesetzt und auf eine Niederfrequenz heruntergemischt. Die Verarbeitung der niederfrequenten Radarsignale erfolgt dann im Niederfrequenzteil.
  • In heutigen Fahrzeugsystemen, insbesondere auch bei Sicherheitssystemen, spielt die radarbasierte Erfassung von dynamischen und statischen Umfeldobjekten des eigenen Kraftfahrzeugs eine wichtige Rolle. Abhängig von den erkannten Umfeldobjekten kann beispielsweise eine Bewertung der Verkehrssituation durchgeführt werden und notfalls eine Maßnahme, beispielsweise eine Warnung an den Fahrer und/oder ein Fahreingriff, ausgelöst werden. Umfeldobjekte können als punktuelle Hindernisse und/oder ausgedehnte Objekte zu Weiterverarbeitungseinheiten, beispielsweise entsprechende Funktionen realisierende Algorithmen, in einem Steuergerät übertragen werden. Um Falsch- oder Fehlauslösungen in komplexeren Verkehrssituationen zu vermeiden, kann in einer Vorstufe eine sogenannte Situationsanalyse (SITA) der aktuellen Verkehrssituation durchgeführt werden. Bei der SITA werden viele Parameter herangezogen, um eine gute Bewertung an die eigentliche Funktion des Fahrzeugsystems zu geben.
  • Während Radarsensoren grundsätzlich als abstandsmessende Sensoren ausgebildet sind, sind sie über den Dopplereffekt auch in der Lage, eine Geschwindigkeit eines Umfeldobjekts, konkret den radialen Anteil relativ zum eigenen Kraftfahrzeug, zu vermessen. Bewegen sich Umfeldobjekte nicht radial zum eigenen Kraftfahrzeug, ist eine direkte Geschwindigkeitsmessung nicht möglich. Zur Vermessung mittels des Dopplereffekts wird die Dopplerverschiebung, die durch die relative radiale Bewegung des Umfeldobjekts verursacht wird, erfasst.
  • DE 10 2018 206 963 B3 betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer absoluten Geschwindigkeit eines weiteren Verkehrsteilnehmers und ein Kraftfahrzeug.
  • Darin wird vorgeschlagen, die Räder eines weiteren Verkehrsteilnehmers zu lokalisieren und einen Radradius zu bestimmen, wobei zudem durch Auswertung von zyklisch wiederkehrenden Reflexionsmustern des wenigstens einen Rades eine Winkelgeschwindigkeit des wenigstens einen Rades ermittelt wird, so dass die absolute Geschwindigkeit des Verkehrsteilnehmers aus der Winkelgeschwindigkeit und dem Radradius des wenigstens einen Rades ermittelt werden kann. Allerdings kann das dortige Verfahren nicht auf Umfeldobjekte angewendet werden, die keine Räder beziehungsweise Felgen aufweisen, und liefert keine Richtungsinformation.
  • Im Stand der Technik sind ferner Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeitsrichtung beziehungsweise Bewegungsrichtung durch Radarsensoren bekannt, die die zeitliche Ableitung der Abstandsvariation oder eine Dopplervermessung über mehrere Zyklen nutzen. Diese Vorgehensweisen erfordern mehrere Messzyklen, das bedeutet, mehrere Zeitschritte, was in kritischen Szenarien zu späten Auslösungen bestimmter Maßnahmen, insbesondere für Aktoren wie Airbags oder Maßnahmen wie Bremseingriffe oder Ausweichmanöver, führen kann. Dies ist besonders relevant, wenn es um zukünftige automatisierte Fahrfunktionen geht, in denen eine frühe Entscheidung über Bremseingriffe oder Ausweichtrajektorien eine wichtige Rolle spielt, um Unfälle zu vermeiden. Zudem ist bei der Bewertung solcher kritischen Szenarien, beispielsweise bei der Berechnung von Größen wie der Zeit bis zur Kollision oder dem Abstand bis zur Kollision eine starke Abhängigkeit von der Qualität der Messung des Geschwindigkeitsvektors des Umfeldobjekts gegeben.
  • Besonders problematisch ist die Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors dann, wenn parallele Fahrten zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem Umfeldobjekt vorliegen. Dann liegt insbesondere keine oder nur eine kleine Radialgeschwindigkeit des Umfeldobjekts vor. Befinden sich beispielsweise weitere Verkehrsteilnehmer in einem Bereich eines toten Winkels, ist eine Geschwindigkeitsmessung der entsprechenden Umfeldobjekte mittels der Radialgeschwindigkeit nicht möglich. Entsprechend werden in solchen Szenarien mittels Radar vielmehr die verteilten Reflexionen auf der Oberfläche des Umfeldobjekts interpretiert. Allerdings ist es anhand solcher Radardaten nicht möglich, bei parallelen Fahrten, insbesondere auch sehr kleinen Abständen, die Geschwindigkeit des anderen Verkehrsteilnehmers zu erkennen. Daher wird häufig die Geschwindigkeit von Verkehrsteilnehmern im toten Winkel getrackt beziehungsweise prädiziert und nicht direkt gemessen.
  • DE 10 2017 110 063A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umfelderfassung. Dabei wird ein Radarsystem auf einem sich bewegenden Objekt montiert und weist wenigstens zwei nicht-kohärente Radarmodule mit wenigstens einer Sende- und wenigstens einer Empfangsantenne auf. Die Radarmodule sind auf dem sich bewegenden Objekt verteilt angeordnet, wobei eine Sende- und Empfangssignale der Radarmodule zu Messsignalen modifizierende Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, die Messsignale so zu ermitteln, dass sie zueinander kohärent sind. Die durch die Verteilung der Radarmodule gegebene vergrößerte Apertur kann auch für eine Verbesserung der vektoriellen Bewegungsschätzung verwendet werden. Hierbei wird über mehrere Empfangskanäle die Veränderung einer Phasendifferenz zwischen den Kanälen geschätzt, um eine laterale Geschwindigkeit zu schätzen. Hierbei wird letztlich eine zeitliche Entwicklung von Rampe zu Rampe, mithin über mehrere Zeitschritte betrachtet.
  • DE 10 2004 019 651 A1 betrifft ein Blindspot-Sensorsystem zur Detektion und/oder Klassifikation von Objekten mittels Radartechnik. Der radiale Sichtbereich eines ersten Radarstrahls und der radiale Sichtbereich eines zweiten Radarstrahls sind gegen die Fahrtrichtung beziehungsweise senkrecht zur Fahrtrichtung derart orientiert, dass die Sichtbereiche der Radarstrahlen sich wenigstens teilweise überlappen und zusammen im Wesentlichen die Abmaße des Überwachungsbereichs abdecken. Die Radarsensoren können bistatisch ausgelegt werden.
  • US 6 025 796 A betrifft einen Radardetektor für das Triggern eines Airbags vor einer Kollision. Der Radardetektor weist Sätze von Sendern und Empfängern auf, die getrennt an einer Seite des Fahrzeugs angeordnet sind, um ein bistatisches Antennenmuster zu erzeugen. Die Modulation eines empfangenen Zielsignals wird zur Ermittlung einer Zielgeschwindigkeit ausgewertet, wobei zudem eine Zielgröße bestimmt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst schnellen Erhalt eines Geschwindigkeitsvektors aus Radardaten von Radarsensoren zu ermöglichen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Zeitschritt mittels der wenigstens zwei Radarsensoren wenigstens zwei Radialgeschwindigkeiten des Umfeldobjekts aus unterschiedlichen Winkeln in einer Dopplermessung vermessen werden, wobei durch die Steuereinrichtung unter Verwendung wenigstens der Winkel und der Radialgeschwindigkeiten trigonometrisch, insbesondere innerhalb desselben Zeitschritts, der Geschwindigkeitsvektor des Umfeldobjekts bestimmt wird.
  • Dabei befindet sich das Umfeldobjekt im Überlappungsbereich der Erfassungsbereiche. Nachdem die Verbauorte der Radarsensoren zueinander bekannt sind, kann eine Zuordnung von Reflexionsereignissen unterschiedlicher Radarsensoren zu einem Umfeldobjekt getroffen werden.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist, durch trigonometrische Betrachtungen eine direkte Messung des Geschwindigkeitsvektors eines bewegten Zieles, nämlich des Umfeldobjekts, zu ermöglichen. Auf diese Weise kann in jedem Messzyklus, also jedem Zeitschritt, der Geschwindigkeitsvektor, insbesondere umfassend Betrag und Bewegungsrichtung, vermessen werden, was einen großen Vorteil insbesondere für die Analyse von sicherheitskritischen Verkehrsszenarien, beispielsweise beim vollständig automatischen Betrieb des Kraftfahrzeugs, liefert, und insbesondere schnellere Reaktionszeiten in zeitkritischen Situationen erlaubt.
  • Dabei werden in einem Kraftfahrzeug wenigstens zwei Radarsensoren in einer bestimmten geometrischen Konfiguration, insbesondere in einem bestimmten Abstand, verbaut und kohärent oder zumindest quasi-kohärent betrieben. Das bedeutet, die Radarsensoren sind steuerungstechnisch derart verbunden, dass bei Senden wenigstens eines Radarsensors und Empfangen wenigstens eines, insbesondere von wenigstens zwei, der Radarsensoren die empfangenen Radarsignale gemeinsam im selben Zeitschritt verarbeitet werden können. Dabei ist es bevorzugt, wenn wenigstens zwei der wenigstens zwei Radarsensoren gleichzeitig senden.
  • Dabei misst jeder der Radarsensoren aus seiner Einbauposition mit einer üblichen Dopplermessung die radiale Geschwindigkeit des bewegten Umfeldobjekts. Der Abstand der Radarsensoren ist bekannt, zudem können die Radarsensoren auch zusätzlich den radialen Abstand und Winkel zum Umfeldobjekt messen. Anhand der so bekannt werdenden Größen, insbesondere auch des Winkels, auf den sich die radiale Geschwindigkeit bezieht, können der Betrag des Geschwindigkeitsvektors des Umfeldobjekts sowie seine Bewegungsrichtung (Winkel des Geschwindigkeitsvektors) in jedem Zeitschritt aufgrund einer einfach herleitbaren trigonometrischen Berechnung ermittelt werden. Nachdem ein Zeitschritt beispielsweise zwischen 20 und 60 ms, insbesondere 40 ms, dauern kann, liegt mithin die Information zum Geschwindigkeitsvektor äußerst schnell und aktuell vor, insbesondere im Vergleich zu heutigen, Zeitverläufe auswertenden Ansätzen. Dabei ist zudem, insbesondere bei Verwendung moderner, in Halbleitertechnologie, insbesondere CMOS-Technologie, realisierter Radarsensoren, eine äußerst genaue Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors möglich, auch bei parallelen Fahrten, insbesondere bei bevorzugt großem Abstand zwischen den Radarsensoren, beispielsweise bei einem Abstand von wenigstens 1,5, bevorzugt wenigstens 2, Metern.
  • Durch die Bestimmung des Geschwindigkeitsvektors wird nicht nur die radiale Geschwindigkeitskomponente, sondern auch die tangentiale Geschwindigkeitskomponente des bewegten Umfeldobjekts in jedem Zeitschritt bekannt, was bei heutigen monostatischen Radarsystemen rein aus dem Messprinzip der Dopplerverschiebung nicht möglich ist. Die hochaktuelle, schnelle Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors erlaubt eine sehr schnelle Aussage über die Kritikalität bestimmter Verkehrsszenarien, beispielsweise bei der Berechnung von Parametern wie der Zeit zur Kollision (Time-to-Collision - TTC) und dergleichen. Es wird eine sehr genaue Berechnung beziehungsweise Prädiktion eines Kollisionspunkts ermöglicht, insbesondere also des Schnittpunkts zwischen mehreren Fahrtrajektorien von potentiellen Kollisionspartnern. Ferner ist eine sehr dynamische Erkennung einer Änderung der Bewegungsrichtung des Umfeldobjekts möglich, z. B. bei Einscherern oder Ausscherern in parallel verlaufenden Spuren. Nachdem keine Ableitung über mehrere Zeitschritte notwendig ist, liegt eine effizientere Nutzung von Berechnungs- und Speicherressourcen vor, da keine Notwendigkeit besteht, Radardaten mehrerer Zeitschritte zu speichern.
  • Die Grundlage der vorliegenden Erfindung ist dabei der zeitsynchrone Betrieb der wenigstens zwei Radarsensoren. Auf diese Weise funktionieren die Radarsensoren letztlich als ein multistatisches Radarsystem, welches wie eine Radareinheit mit verteilten Antennenelementen aufgefasst werden kann. Aufgrund der verteilten Antennenelemente, die wie eine große Antennenanordnung agieren, wird das Umfeldobjekt großflächig mit Radarstrahlung ausgeleuchtet und es werden mehrere verteilte Reflexionen vom Umfeldobjekt erfasst. Denn durch die Antennengröße, die ein derartiges multistatisches Radarsystem, wie es aus den Radarsensoren gebildet wird, aufspannt, mithin der vergrößerten Apertur, treten in unterschiedlichen empfangenden Antennenelementen, beispielsweise in einem Abstand von zwei Metern oder mehr, unterschiedliche radiale Geschwindigkeitskomponenten auf. Nachdem die Richtungen, auf die sich diese radialen Geschwindigkeitskomponenten beziehen, aufgrund der Winkel bekannt sind und zudem bekannt ist, dass diese radialen Geschwindigkeitskomponenten letztlich der Projektion auf die durch die Winkel definierte Richtung entsprechen, ist über trigonometrische Zusammenhänge der Geschwindigkeitsvektor, von dem die Projektion ausgeht, berechenbar. Mit anderen Worten kann zur Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors ein Gleichungssystem basierend auf wenigstens zwei durch Projektion des zu bestimmenden Geschwindigkeitsvektors auf die durch den jeweiligen Winkel definierte Radialrichtung definierten rechtwinkligen Dreiecken gelöst werden. Dabei sind unterschiedliche Ansätze zur Aufstellung eines Gleichungssystems denkbar, zum einen aufgrund trigonometrischer Zusammenhänge in den gebildeten Dreiecken, zum anderen aufgrund der konstruierbaren Geraden, deren Schnittpunkt die Spitze des Geschwindigkeitsvektors angibt.
  • Nachdem bereits bei zwei Radarsensoren aufgrund des multistatischen, zeitsynchronisierten, letztlich also wenigstens quasi-kohärenten, bevorzugt kohärenten, Betriebs mehr als zwei Radialrichtungen gleichzeitig betrachtet beziehungsweise vermessen werden können, kann sich eine Überbestimmung des erwähnten Gleichungssystems ergeben. Dies ist jedoch vorteilhaft, da bei Überbestimmung des Gleichungssystems eine statistische Betrachtung der Ergebnisse von Verfahren von Gleichungen vorgenommen werden kann und/oder wenigstens eine Gleichung zur Plausibilisierung des Ergebnisses verwendet werden kann.
  • Wie bereits dargelegt wurde, können die Radarsensoren wenigstens quasi-kohärent betrieben werden, indem die Steuereinrichtung ein den Beginn eines Zeitschritts beschreibendes Triggersignal an die Radarsensoren ausgibt. Auf diese Weise wird es den Radarsensoren erlaubt, gleichzeitig zu senden beziehungsweise den Sendezeitpunkt wenigstens eines anderen Radarsensors zu kennen. Die empfangenen Radarsignale von allen Radarsensoren können dann in Relation zu den gesendeten Radarsignalen gesetzt und zentral, insbesondere seitens eines zentralen Steuergeräts der Steuereinrichtung, bearbeitet werden. In besonders vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist es möglich, bei der zentralen Verarbeitung der Empfangssignale Phasen- und/oder Timing-Unterschiede zwischen den Radarsensoren zu korrigieren und eine Kohärenz zwischen den Radarsensoren rechnerisch herzustellen. Ist beispielsweise bekannt, dass aufgrund von Signalwegen das Triggersignal mit einer Verzögerung gegenüber einem anderen Radarsensor bei einem der Radarsensoren ankommt, kann dies entsprechend, beispielsweise bei einem Verzögerungsglied, berücksichtigt werden, was entsprechend für andere Effekte möglich ist.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden die Radarsensoren jedoch vollständig kohärent betrieben, insbesondere indem interne Zeitgeber der Radarsensoren miteinander synchronisiert sind oder werden. In einem solchen vollständig kohärenten Radarsystem kann eine Synchronisation der sensorspezifischen, insbesondere internen, Zeitgeber beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Lokaloszillatorsignal zwischen den Radarsensoren verteilt wird, um eine hochgenaue Synchronisation zu erreichen. Wird beispielsweise ein Lokaloszillatorsignal von 20 GHz oder 40 GHz genutzt, kann eine Synchronisation im Bereich von einigen Pikosekunden, beispielsweise 10 Pikosekunden erreicht werden, so dass die Radarsensoren eine große Antennenapertur mittels ihrer Antennenanordnungen aufspannen können und somit eine hohe Winkelauflösung erreichen.
  • In beiden hier beschriebenen Varianten, das bedeutet sowohl bei einem quasi-kohärenten als auch bei einem voll-kohärenten Radarsystem, kann die Geschwindigkeitsvektormessung in jedem Messzyklus, also jedem Zeitschritt, erfolgen. Dabei sei an dieser Stelle nochmals angemerkt, dass der wenigstens quasi-kohärente Betrieb der Radarsensoren des Radarsystems wesentlich ist, da sich die Informationen über die radiale Geschwindigkeitskomponente des Umfeldobjekts auf den exakt gleichen Zeitpunkt beziehen müssen, um eine qualitativ hochwertige Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors zu ermöglichen. Schließlich sei noch allgemein angemerkt, dass selbstverständlich für mehrere Umfeldobjekte Geschwindigkeitsvektoren auf diese Art innerhalb eines Zeitschritts ermittelt werden können.
  • Wie bereits erwähnt, ist es besonders bevorzugt, wenn mehrere der wenigstens zwei Radarsensoren gleichzeitig senden. Um die aus von unterschiedlichen Radarsensoren gesendeten Radarsignalen durch Reflexion entstehenden, empfangenen Radarsignale zu unterscheiden, beziehungsweise einem sendenden Radarsensor zuordnen zu können, sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass die Radarsensoren als FMCW-Radarsensoren betrieben werden, deren Frequenzverläufe während des gleichzeitigen Sendevorgangs zur Identifikation des jeweils sendenden Radarsensors kodiert sind. Nachdem derartige Frequenzverläufe üblicherweise monoton steigend beziehungsweise monoton fallend ausgestaltet sind, werden sie häufig auch als „Rampen“ bezeichnet. Dabei kann konkret die Kodierung über die Steigung und/oder ein Phasen- oder Pseudorauschenkodierungsverfahren erfolgen. Beispielsweise kann bei zwei Radarsensoren einer der beiden Radarsensoren eine steigende Rampe als Frequenzverlauf, der andere eine fallende Rampe als Frequenzverlauf verwenden, so dass die gleichzeitige Vermessung der radialen Geschwindigkeitskomponenten und somit des Geschwindigkeitsvektors eindeutig möglich ist. Insbesondere ist bei der Verwendung von steigenden und fallenden Frequenzrampen auch eine nicht geradlinige Bewegung des eigenen Kraftfahrzeugs relativ zum Umfeld von keiner Relevanz, da auch die Veränderung des Ego-Geschwindigkeitsvektors instantan und eindeutig ausgerechnet werden kann. Bezüglich der Steigung von als Frequenzverläufen verwendeten Rampen ist noch anzumerken, dass diese zweckmäßigerweise zur Einstellung einer gewünschten Auflösung bei der Dopplermessung gewählt ist.
  • Dabei sieht, wie bereits erwähnt, eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass bei zwei Radarsensoren einer eine steigende Rampe und der andere eine fallende Rampe im selben Frequenzband als Frequenzverlauf verwendet, so dass insbesondere ein eindeutiger Schnittpunkt entsteht. Dieser eindeutige Schnittpunkt ermöglicht die Eindeutigkeit des Geschwindigkeitsvektors, nachdem insbesondere am Schnittpunkt ein verstärktes Empfangssignal vorliegt, wobei der Schnittpunkt für die wieder empfangenen Rampen als gemäß dem Differenzvektor der beiden Radialgeschwindigkeitsvektoren verschoben aufgefasst werden kann, so dass eine Plausibilisierung ermöglicht wird.
  • Im Stand der Technik wurden auch bereits andere Kodierungsverfahren vorgeschlagen, die zusätzlich oder alternativ eingesetzt werden können, um empfangene Radarsignale einem sendenden Radarsensor zuordnen zu können. Beispielsweise können die im Stand der Technik bekannten Prinzipien der Phasenkodierung und/oder der Pseudo-Rauschen-Kodierung (Pseudo-Noise-Kodierung) verwendet werden.
  • Dabei wird darauf hingewiesen, dass es grundsätzlich auch denkbar ist, selbst bei Betrieb aller Radarsensoren im selben Gesamtfrequenzband, eine Unterscheidbarkeit durch Aufteilen dieses Gesamtfrequenzbands für die einzelnen sendenden Radarsensoren vorzunehmen, was jedoch weniger bevorzugt ist. Bevorzugt kann das Gesamtfrequenzband durch alle Radarsensoren gleich genutzt werden, um hohe Frequenzbandbreiten zu erzielen. Beispielsweise können die Radarsensoren im 77 GHz-Band von 77 bis 81 GHz betrieben werden.
  • Der bestimmte Geschwindigkeitsvektor kann durch wenigstens eine Funktion wenigstens eines Fahrzeugsystems des Kraftfahrzeugs ausgewertet werden, insbesondere durch eine Funktion zur Trajektorienermittlung des Umfeldobjekts und/oder von einem kollisionsvermeidenden und/oder kollisionsfolgenmindernden Sicherheitssystem. Gerade im Hinblick auf kritische Verkehrsszenarien, bei denen es zu einer Kollision kommen kann, ist es nützlich und wichtig, zeitnah die Trajektorie von bewegten Umfeldobjekten und Parameter einer potentiellen Kollision, beispielsweise die Zeit bis zur Kollision und/oder der Abstand bis zur Kollision, zeitnah bestimmen zu können und somit schnell reagieren zu können. Eine wichtige Anwendung der vorliegenden Erfindung ist auch die Nutzung des bestimmten Geschwindigkeitsvektors bei einer Funktion zur vollständig automatischen Führung des Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem entsprechenden Fahrzeugsystem.
  • Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens zwei räumlich beabstandet verbaute, zur gleichzeitigen Messung betreibbare Radarsensoren, deren Erfassungsbereiche wenigstens teilweise überlappen und die zyklisch in Zeitschritten Radardaten aufnehmen, und eine den Radarsensoren zugeordnete, gemeinsame Steuereinrichtung, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
  • Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Radarsensoren auf verschiedene Anteile des Umfelds des Kraftfahrzeugs gerichtet sein können. Dabei sind besonders bevorzugte Ausgestaltungen solche, in denen die wenigstens zwei Radarsensoren auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs und/oder auf wenigstens einen Seitenbereich des Kraftfahrzeugs gerichtet sind.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung.
  • Dabei zeigt die einzige Figur ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in Relation zu einem Umfeldobjekt sowie relevante Größen.
  • Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 in einer Verkehrssituation mit einem relativ zu dem Kraftfahrzeug 1 bewegten Umfeldobjekt 2. Der Bewegungsvektor 3 des Umfeldobjekts 2 weist dabei einen Betrag VObjekt und eine über den Winkel µ zur y-Achse in der horizontalen Ebene beschriebene Bewegungsrichtung auf. Um den Bewegungsvektor 3, also sowohl dessen Betrag als auch dessen Richtung, in einem einzigen Zeitschritt durch eine Radarmessung ermitteln zu können, weist das Kraftfahrzeug 1 zwei vorliegend auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs 1 gerichtete Radarsensoren 4 auf, die bevorzugt in Halbleitertechnologie, insbesondere CMOS-Technologie, realisiert sind. Den Radarsensoren 4 ist zur Bildung eines multistatischen Radarsystems mit im vorliegenden Ausführungsbeispiel kohärent betriebenen Radarsensoren 4 eine gemeinsame Steuereinrichtung 5 zugeordnet, die ein zentrales Steuergerät 6 umfassen kann. Über die Steuereinrichtung 5 sind die Radarsensoren 4 miteinander synchronisiert, beispielsweise, indem ihnen ein gemeinsames Lokaloszillatorsignal, beispielsweise bei 20 oder 40 GHz, zugeführt wird. Dies ermöglicht es nicht nur, dass die Radarsensoren 4 zum gleichen Zeitpunkt senden, sondern auch, dass die jeweils empfangenen Radarsignale in ihrem zeitlichen Verlauf hinreichend gut zueinander passen, dass sie unmittelbar gemeinsam ausgewertet werden können. Um die Radarsignale beider Radarsensoren 4 unterscheiden zu können, wenn diese gleichzeitig senden, mithin empfangene Radarsignale einem sendenden Radarsensor 4 zuordnen zu können, sind die Frequenzverläufe der als FMCS-Radarsensoren betriebenen Radarsensoren 4 kodiert, vorliegend dadurch, dass einer der Radarsensoren 4 eine steigende Frequenzrampe als Frequenzverlauf nutzt, der andere eine fallende Frequenzrampe als Frequenzverlauf. Alternativ oder zusätzlich können auch weitere Kodierungsverfahren eingesetzt werden, beispielsweise Phasenkodierung und/oder Pseudo-Rauschen-Kodierung.
  • Durch den zeitlich synchronisierten Betrieb der Radarsensoren 4 ist es möglich, das Umfeldobjekt 2 gleichzeitig aus verschiedenen Radialrichtungen 7 zu vermessen, definiert durch entsprechende Messwinkel Φ1 und Φ2. Dabei sind vorliegend der einfacheren Darstellung halber die Radialrichtungen 7 für Messungen gezeigt, in denen die von einem Radarsensor 4 gesendeten Radarsignale von demselben Radarsensor 4 auch wieder empfangen werden. Selbstverständlich ist auch eine bistatische Messung möglich, welche eine effektive Radialrichtung zwischen den beiden Radialrichtungen 7 liefern würde, bei der mithin einer der Radarsensoren 4 die Radarsignale aussendet, der andere die Radarsignale empfängt.
  • Durch eine Dopplermessung werden von den Radarsensoren 4 wenigstens für die Radialrichtung 7, also die Winkel ϕ1 und ϕ2, Radialgeschwindigkeiten 8 durch Dopplermessungen bestimmt, die vorliegend als vr1 und vr2 bezeichnet sind.
  • Nachdem nun bekannt ist, dass sich die Vektoren der Radialgeschwindigkeiten 8 durch Projektion des Geschwindigkeitsvektors 3 gemäß der gezeigten Projektionslinie 9 auf die jeweiligen Radialrichtungen 7 ergibt, ergeben sich die in der Figur zu sehenden, rechtwinkligen Dreiecke mit den Winkeln θ1 und θ2, beziehungsweise ϕ1-µ und ϕ2-µ,
  • Hieraus oder aus den Projektionslinien 9, die sich an der Spitze des Geschwindigkeitsvektors 3 treffen, lässt sich ein Gleichungssystem formulieren, welches die beiden unbekannten, nämlich den Betrag des Geschwindigkeitsvektors 3, VObjekt, und dessen Richtung, beschrieben durch den Winkel µ, beschreibt. Die Steuereinrichtung 5 ist dazu ausgebildet, beispielsweise aufgrund einer vorgegebenen, entsprechenden Lösungsvorschrift das Gleichungssystem zu lösen, was aufgrund der Synchronität des Betriebs der Radarsensoren 4 innerhalb desselben Zeitschritts, also desselben Messzyklus, möglich ist. Werden weitere Radialgeschwindigkeiten 8 unter weiteren Winkeln ϕi gemessen, kann die Steuereinrichtung 5 dies zur durch Statistik und/oder Plausibilisierung verbesserten Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors 3 nutzen.
  • Der so ermittelte Geschwindigkeitsvektor 3 wird, insbesondere neben weiteren Ergebnissen der Radarmessung, von wenigstens einer Funktion wenigstens eines Fahrzeugsystems 10 genutzt, beispielsweise von einer Funktion zur Ermittlung der Trajektorie des Umfeldobjekts 2, insbesondere in verkehrskritischen Situationen. Das Fahrzeugsystem 10 kann also insbesondere ein Sicherheitssystem sein. Nachdem schnell und in hoher Qualität der Geschwindigkeitsvektor 3 bestimmt werden kann, können auch sicherheitsrelevante Parameter, wie beispielsweise die Zeit bis zur Kollision (TTC), schneller und genauer bestimmt werden und die Reaktionszeit des Fahrzeugsystems 10 verbessert sich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018206963 B3 [0006]
    • DE 102017110063 A1 [0010]
    • DE 102004019651 A1 [0011]
    • US 6025796 A [0012]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors (3) eines Umfeldobjekts (2) eines Kraftfahrzeugs (1) in dem Kraftfahrzeug (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) wenigstens zwei räumlich beabstandet verbaute, zur gleichzeitigen Messung betreibbare Radarsensoren (4) aufweist, deren Erfassungsbereiche wenigstens teilweise überlappen, die zyklisch in Zeitschritten Radardaten aufnehmen und denen eine gemeinsame Steuereinrichtung (5) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zeitschritt mittels der wenigstens zwei Radarsensoren (4) wenigstens zwei Radialgeschwindigkeiten (8) des Umfeldobjekts (2) aus unterschiedlichen Winkeln in einer Dopplermessung vermessen werden, wobei durch die Steuereinrichtung (5) unter Verwendung wenigstens der Winkel und der Radialgeschwindigkeiten (8) trigonometrisch, insbesondere innerhalb desselben Zeitschritts, der Geschwindigkeitsvektor (3) des Umfeldobjekts (2) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (4) wenigstens quasi-kohärent betrieben werden, indem die Steuereinrichtung (5) ein den Beginn eines Zeitschritts beschreibendes Triggersignal an die Radarsensoren (4) ausgibt, und/oder dass interne Zeitgeber der Radarsensoren (4) miteinander synchronisiert sind oder werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Radialgeschwindigkeit (8) in einer multistatischen Messung der Radarsensoren (4) gemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Geschwindigkeitsvektors (3) ein Gleichungssystem basierend auf wenigstens zwei durch Projektion des zu bestimmenden Geschwindigkeitsvektors (3) auf die durch den jeweiligen Winkel definierte Radialrichtung (7) definierten rechtwinkligen Dreiecken gelöst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überbestimmung des Gleichungssystems eine statistische Betrachtung der Ergebnisse von Paaren von Gleichungen vorgenommen wird und/oder wenigstens eine Gleichung zur Plausibilisierung des Ergebnisses verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (4) als FMCW-Radarsensoren (4) betrieben werden, deren Frequenzverläufe während des gleichzeitigen Sendevorgangs zur Identifikation des jeweils sendenden Radarsensors (4) kodiert sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierung über die Steigung und/oder ein Phasen- oder Pseudorauschenkodierungsverfahren erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Radarsensoren (4) einer eine steigende Rampe und der andere eine fallende Rampe im selben Frequenzband als Frequenzverlauf verwendet.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Geschwindigkeitsvektor (3) durch wenigstens eine Funktion wenigstens eines Fahrzeugsystems (10) des Kraftfahrzeugs (1) ausgewertet wird, insbesondere durch eine Funktion zur Trajektorienermittlung des Umfeldobjekts (2) und/oder von einem kollisionsvermeidenden und/oder kollisionsfolgenmindernden Sicherheitssystem.
  10. Kraftfahrzeug (1), aufweisend wenigstens zwei räumlich beabstandet verbaute, zur gleichzeitigen Messung betreibbare Radarsensoren (4), deren Erfassungsbereiche wenigstens teilweise überlappen und die zyklisch in Zeitschritten Radardaten aufnehmen, und eine den Radarsensoren (4) zugeordnete, gemeinsame Steuereinrichtung (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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