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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Umgebung eines Fahrzeugs mit einem Sensorsystem, wobei das Sensorsystem eine Antennenarray aufweist, wobei Antennenelemente des Antennenarrays verteilt am Fahrzeug angeordnet sind.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Sensorsystem mit einem Antennenarray, welches mehrere Antennenelemente aufweist, und eine Recheneinrichtung.
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Ebenso betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem.
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Beispielsweise offenbart die
US 2020 / 003 1291 A1 ein modellbasiertes Verfahren zur 360-Grad-Umfelderfassung eines Umfelds eines Fahrzeugs. Hierbei können um das Fahrzeug herum mehrere Kameras und mehrere Radarsensoren angeordnet sein.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2019 203 760 A1 ein Sensorsystem detektieren von Objekten in einer Umgebung eines Fahrzeugs. Das Sensorsystem weise einen ersten Radarsensor und einen zweiten Radarsensor als frequenzmodulierte Dauer-Radarsensoren auf.
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Ferner offenbart die
DE 10 2020 123 293 A1 ein Verfahren zur Signalverarbeitung von Radarsignalen. Hierbei kann ein räumlicher Sichtbereich des Radarsystems mit Radarsignalen von Radareinheiten erfasst werden. Ein diskretes Gesamtkoordinatensystem des Sichtbereiches, in welchem durch das Erfassen des Sichtbereichs erzeugte Messdaten die Radareinheiten registriert sind, kann erzeugt werden. Des Weiteren kann eine Vektorgeschwindigkeit für mindestens ein Pixel des diskreten Gesamtkoordinatensystems ermittelt werden. Anschließend kann mindestens ein räumlicher Teilbereich des Sichtbereichs anhand der ermittelten Vektorgeschwindigkeit für das Radarsystem rekonstruiert werden.
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Die
US 2020/0333431 A1 beschreibt ein Radarsystem mit einer Anordnung von Strahlungselementen, die sowohl für analoge als auch für digitale Strahlformung konfiguriert sind, da die analogen Parameter der einzelnen Strahlungselemente gesteuert werden, während die digitale Steuerung das Sichtfeld des Systems erweitert.
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Die
US 9 395 727 B1 beschreibt ein Radarsystem (Radio Detection and Ranging), das Funksignale von einer Sendeantenne aussendet und reflektierte Signale mit einem Empfangsarray aus Antennenelementen empfängt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Umfelderfassung eines Fahrzeugs durchführen zu können, indem je nach vorliegender Situation ein Antennenarray des Sensorsystems zur Umfelderfassung adaptiv angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Sensorsystem sowie ein Fahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zum Erfassen einer Umgebung eines Fahrzeugs mit einem Sensorsystem, wobei das Sensorsystem ein Antennenarray aufweist, wobei Antennenelemente des Antennenarrays verteilt am Fahrzeug angeordnet sind, aufweisend:
- - Insbesondere Erfassen eines Umgebungsbereichs der Umgebung mit einem ersten Teilarray des Antennenarrays, wobei das erste Teilarray ein erstes Sichtfeld aufweist, welches sich zumindest teilweise innerhalb des Umgebungsbereichs erstreckt,
- - Insbesondere Erfassen des Umgebungsbereichs der Umgebung mit zumindest einem zweiten Teilarray des Antennenarrays, wobei das zweite Teilarray ein zweites Sichtfeld aufweist, welches sich zumindest teilweise innerhalb des Umgebungsbereichs erstreckt,
- - Insbesondere Bestimmen eines Überlappungsbereichs des ersten und zweiten Sichtfelds auf Basis sich zumindest teilweise überlappende Randbereiche des ersten und zweiten Sichtfelds,
- - Überprüfen des Überlappungsbereichs, ob sich ein zu detektierendes Objekt innerhalb des Überlappungsbereichs befindet, und falls:
- - Bestimmen eines Kombinationsarrays, welches sich aus Antennenelemente des ersten und zweiten Teilarrays zusammensetzt, auf Basis des Überlappungsbereichs und des zumindest eines zu detektierenden Objekts, wobei das Kombinationsarray ein Kombinationssichtfeld, welches sich aus Teilen des ersten und zweiten Sichtfelds zusammensetzt, aufweist, wobei mit dem Kombinationssichtfeld das zumindest eine zu detektierende Objekt detektierbar ist, und
- - Erfassen des Umgebungsbereichs der Umgebung mit dem Kombinationsarray.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren kann die Erfassung des Umfelds, der Umgebung oder eines Umgebungsbereichs eines Fahrzeugs effizienter durchgeführt werden, da je nach aktueller Situation betreffend die Umfelderfassung das Antennenarray situationsabhängig angepasst werden kann. Vor allem kann sich die Zieldetektionsgenauigkeit und insbesondere das Auflösungsvermögen eines Antennenarrays eines Sensorsystems, insbesondere eines Radarsystems, in den jeweiligen Randbereichen des Sichtfelds (FoV, „Field of View“) verschlechtern. Wenn nun mit einem Antennenarray eine Umfelderfassung durchgeführt werden soll und sich jedoch zu detektierende Objekte in den Randbereichen beziehungsweise an den äußeren Seitenbereichen des Sichtfelds des Antennenarrays befinden, somit kann es vorkommen, dass eine ungenaue Erfassung erfolgen kann. Dies kann zu kritischen Situationen führen, insbesondere wenn die Detektionsergebnisse der Umfelderfassung für autonome Fahrsysteme oder sonstige Sicherheitssysteme benötigt werden.
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Das Antennenarray kann mehrere Antennenelemente, wie Sendeelemente und Empfangselemente, aufweisen. Diese können verteilt am Fahrzeug angeordnet sein, sodass jeweils einige dieser Antennenelemente dazu verwendet werden können, um Teilarrays zu bilden. Beispielsweise kann ein Teilarray am Frontbereich, ein weiteres Teilarray an der Beifahrertüre, ein weiteres Teilarray an der Fahrerseite oder ein Teilarray am Heckbereich angeordnet sein. Weitere mögliche Anordnungen der Teilarrays sind ebenso im Außenbereich des Fahrzeuges denkbar.
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Beispielsweise kann je nach Fahrsituation beziehungsweise je nach Gegebenheit der Umgebungsbereich der Umgebung erfasst werden. Hierbei kann es sich bei einem Umgebungsbereich um einen solchen Bereich in der Umgebung handeln, welcher für das Fahrzeug von Relevanz ist. Insbesondere kann der Umgebungsbereich ein solcher Bereich der Umgebung sein, welcher für das Durchführen eines aktuellen und/oder zukünftigen Fahrmanövers des Fahrzeuges von Relevanz ist. Sollte sich das Fahrzeug im Bereich einer Kreuzung sein, so kann der Umgebungsbereich die Kreuzung umfassen.
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Das Antennenarray kann das erste und das zweite Teilarray aufweisen. Weitere Teilarrays sind ebenfalls denkbar.
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Insbesondere kann je nachdem, welcher Umgebungsbereich erfasst werden soll, mehrere Teilarrays des Antennenarrays verwendet werden. Mit dem ersten Teilarray kann der Umgebungsbereich zumindest bereichsweise erfasst werden. Hierzu weist das erste Teilarray ein solches erstes Sichtfeld auf, welches sich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Umgebungsbereichs erstreckt. Somit ist das erste Teilarray in der Lage, eine Erfassung beziehungsweise Zieldetektion in dem Umgebungsbereich durchzuführen. Das zweie Teilarray weist wiederum ein zweites Sichtfeld auf, welches sich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Umgebungsbereichs erstreckt. Somit kann mit Hilfe des ersten und zweiten Teilarrays der Umgebungsbereich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, erfasst beziehungsweise abgedeckt werden. Die beiden Sichtfelder weisen jeweils äußere Randbereiche auf. Hierbei kann nun wiederum das eingangs genannte Problem zum Tragen kommen, da an den Randbereichen die Direktionsgenauigkeit und insbesondere des Auflösungsvermögens beziehungsweise Winkelauflösung ungenau, schlecht oder weniger präzise sein kann. Sollten sich beispielsweise Objekte, wie potentielle Kollisionsobjekte, in den Randbereichen befinden, so kann hier eine im Vergleich zu den anderen Bereichen der Sichtfelder eine schlechtere Erfassung durchgeführt werden. Vor allem kann ein zentraler Bereich des Sichtfelds, welcher von dem Randbereich umschlossen wird, für eine genaue Erfassung verwendet werden. Die beiden Sichtfelder können sich zumindest teilweise beziehungsweise bereichsweise überschneiden beziehungsweise überlappen. Dies kommt daher, da mit den beiden Teilarrays der gleiche Umgebungsbereich erfasst werden soll. Insbesondere können die beiden Sichtfelder nebeneinander anliegend ausgebildet sein. Vor allem können sich die Randbereiche der Sichtfelder, welche zueinander anliegend angeordnet sind zumindest teilweise überlappen beziehungsweise überlagern. Somit ist hier ein Bereich, wie der Überlappungsbereich, vorhanden, welcher von beiden Teilarrays nur ungenügend erfassbar ist. Sollte sich nun innerhalb dieses Überlappungsbereichs ein Objekt, wie ein potentielles Kollisionsobjekt für das Fahrzeug, befinden so kann hier vorkommen, dass eine ungenaue Erfassung dieses Objekts und im schlimmsten Fall gar keine Zieldetektion durchgeführt werden kann.
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Die Überprüfung des Überlappungsbereichs kann dahingehend erfolgen, ob das erste und/oder zweite Teilarray zumindest teilweise das zu delegierende Objekt erfassen kann beziehungsweise erfasst haben.
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Beispielsweise kann vorliegend, dass das erste und/oder das zweite Teilarray zumindest teilweise Abschattungen beziehungsweise Anomalien detektieren beziehungsweise erfassen, welche auf ein potentielles Objekt, wie das zu detektierende Objekt, Rückschluss lassen kann. Somit kann hier systemseitig festgestellt werden, dass der Überlappungsbereich, in welchem nur eine ungenügende Zielerfassung beziehungsweise Objektdetektion möglich ist, für die Umfelderfassung problematisch sein kann. Um diesbezüglich nun Abhilfe zu schaffen, kann das Kombinationsarray bestimmt beziehungsweise generiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt erfolgt auf Basis der beiden Teilarrays eine Neukonfiguration, sodass aus einzelnen Antennenelementen der beiden Teilarrays das Kombinationsarray zusammengesetzt wird. Hierbei wird der Überlappungsbereich und das zu detektierende Objekt berücksichtigt. Mit anderen Worten erfolgt die Bestimmung des Kombinationsarrays derart, dass sich in das zu detektierende Objekt beziehungsweise mehrere zu detektierende Objekte, welche sich in den Randbereichen der Sichtfelder des ersten und zweiten Teilarrays befanden, nun in dem Kombinationssichtfeld des Kombinationsarrays nicht mehr in den Randbereichen, sondern insbesondere in einem zentralen Bereich des Kombinationssichtfelds befindet. Somit können die beiden Sichtfelder der beiden Teilarrays dahingehend verändert werden, dass sich ein verbessertes Kombinationssichtfeld ergibt. Darin kann der Teilbereich des Umgebungsbereichs, welcher durch das erste und zweite Teilarray nur ungenügend erfasst werden konnte nun mit Hilfe des Kombinationsarrays erfasst werden.
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Vor allem kann durch das vorgeschlagene Verfahren eine konsekutive, also eine zeitlich nachfolgende, Verschaltung von Subarrays eines Antennenarrays erfolgen. Somit kann je nachdem, welcher Bereich in der Umgebung des Fahrzeuges erfasst werden soll entsprechende Teilarrays verwendet werden und falls diese nicht ausreichend sind, um eine im Wesentlichen präzise Erfassung durchzuführen können diese einzelnen Teilarrays wiederum zusammengefügt werden, um eine für diese Erfassungssituation passende beziehungsweise verbesserte Erfassung durchführen zu können.
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Ein weiterer Anwendungsfall wäre der, dass die Teilarrays des Antennenarrays im Einzelnen blockierte Sichtbereiche durch Verdeckungen aufweisen können. Dadurch, um hier Abhilfe zu schaffen, können wiederum entsprechende Teilarrays dahingehend kombiniert werden, um ein verbessertes Array zu erhalten, um den jeweils relevanten Umgebungsbereich, insbesondere für die jeweilige Fahrsituation des Fahrzeuges, zu bestimmen.
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Diese vorgeschlagenen Verfahren können miniaturisierte, photonisch kointegrierte Radarchips in einem kohärent verteilten, ausgedünnten Array beziehungsweise Antennenarrays realisiert werden. Dieses Antennenarray kann großflächig im oder am Fahrzeug integriert werden. Des Weiteren kann eine Konversion des optischen Übertragens eines Radarsignals auf einem elektronisch-photonisch kointegrierten Halbleiterschaltkreis in mindestens zwei verschiedenen Frequenzen erfolgen. Dies können die jeweiligen Signale der einzelnen Teilarrays sein.
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Auf Basis der Sichtfelder der Teilarrays und der empfangenen Signale der Teilarrays können einzelne Teilarrays beziehungsweise Subarrays berechnet werden. Hierbei werden insbesondere die Sichtfelder überprüft. Sollten die Randbereiche der Teilarrays einer sicheren Umfelderfassung im Wege stehen, so kann eine Neuauslegung, insbesondere Online neue Auslegung, des relevanten Teilarrays als Teilmenge des Gesamtarrays beziehungsweise des ersten und zweiten Teilarrays, adaptiv je nach Fahrszenario erfolgen.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren kann eine Verfeinerung des Auflösevermögens im relevanten Sichtfeld erfolgen. Vor allem kann die Genauigkeit in der Zieldetektion erhöht werden. Des Weiteren kann eine geringere benötigte Rechenkapazität vorliegen. Ebenso können die CO2-Emissionen verringert werden. Des Weiteren kann durch die ausgedünnte und insbesondere verteilte Anordnung des Antennenarrays elektrische Energie gespart werden, sodass beispielsweise die Reichweite elektrisch betriebenen Fahrzeugen erhöht werden kann. Vor allem ergibt sich durch das vorgeschlagene Verfahren eine Kostenersparnis.
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Aufgrund physikalischer Zusammenhänge ist die Winkelauflösung eines Sensorsystems, insbesondere Radarsystems, durch die Ausdehnung seiner Antennenapertur bestimmt. Unter Antennenapertur ist die Fläche zu verstehen, auf welcher die einzelnen Antennen verteilt angeordnet sind. Aktuelle Sensorsysteme sind meist Module mit einer Größe von rund 10 x 10 cm2, beschränkt durch die Integrierbarkeit in Fahrzeuge. Die Winkelauflösung ist entsprechend auf ca. 2 Grad limitiert. Das Auflösungsvermögen verbessert sich dabei proportional zur Größe der Apertur. Sollen zwei Objekte im Winkel, also in Azimut und Elevation, aufgelöst werden, wird eine in zwei Richtungen ausgedehnte Apertur benötigt. Hier setzt die vorliegende Erfindung vorteilhaft ein und kann hier Abhilfe schaffen.
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Die zweite wichtige Größe in einem Antennenarray ist der Abstand der einzelnen Antennenelemente. Sie bestimmt den messbaren Winkelbereich. Größere Antennenabstände führen zu Mehrdeutigkeiten, wie Nebenpeaks in der Winkelmessung. Radarsysteme im Automobilbereich bedienen sich daher so genannter virtueller Antennenelemente. Ein solches virtuelles Element entsteht aus der Kombination einer Sendeantenne mit einem Empfangskanal und zwar genau auf der Mitte des Verbindungsvektors. Mit n-Sendeantennen und m-Empfangsantennen lässt sich so ein virtuelles Array aus maximal n x m Elementen erzeugen. Dieses Prinzip ist gemeinhin als „Multiple Input Multiple Output (MIMO)“ bekannt. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann der eindeutig messbare Winkelbereich des Antennenarrays vergrößert werden.
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Die einzelnen Antennenelemente des Antennenarrays können in 360 Grad und in 3D entlang der Oberfläche des Fahrzeuges verteilt angeordnet sein. Daraus resultieren viele Kanäle, insbesondere Kommunikationskanäle, welche kohärent zu einer Gesamtpunktwolke verrechnet werden können.
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Durch die Anordnung des Antennenarrays in einer „Sparse-Array-Konfiguration“ kann die notwendige Rechenkapazität erhöht werden. Hierbei kann durch das vorgeschlagene Verfahren wiederum Abhilfe geschaffen werden.
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Insbesondere kann durch das vorgeschlagene Verfahren eine Reduzierung der Datenlast bei großflächig verteilten photonischen Radarsystemen erreicht werden.
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Bei dem Umgebungsbereich der Umgebung des Fahrzeugs handle es sich beispielsweise um einen solchen Bereich in der Umgebung, innerhalb welchem ein Fahrmanöver des Fahrzeuges zumindest teilweise stattfindet beziehungsweise durchgeführt wird.
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Das Sensorsystem des Fahrzeugs kann insbesondere als Umfelderfassungssystem ausgebildet sein. Hierzu kann das Sensorsystem das Antennenarray oder mehrere solcher Antennenarrays aufweisen.
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Die Antennenelemente des Antennenarrays können als Sendeelemente, Empfangselemente oder Sende-Empfangs-Elemente ausgebildet sein.
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Beispielsweise kann systemseitig festgestellt werden, in welcher Richtung oder Raumbereich in Bezug zu einem Fahrzeug ein entsprechender Umgebungsbereich vorhanden ist, welcher für das aktuelle zukünftige Fahrverhalten des Fahrzeuges von Relevanz ist. Hierzu können beispielsweise Fahrzeugdaten, Kartendaten oder Navigationsdaten berücksichtigt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei dem Überprüfen des Überlappungsbereichs zusätzlich überprüft wird, ob das zumindest eine zu detektierende Objekt mit dem ersten Teilarray und/oder mit dem zweiten Teilarray erfassbar ist. Dadurch kann zum einen der Überlappungsbereich dahingehend überprüft werden, ob sich in diesem Überschneidungsbereichs der Sichtfelder der beiden Teilarrays ein zu detektierendes Objekt oder sonstige Objekte, welche eine Gefahr für das Fahrzeug darstellen, befinden. Des Weiteren kann der Überlappungsbereich zusätzlich überprüft werden, ob Objekte innerhalb dieses Überlappungsbereichs auch tatsächlich durch zumindest ein Teilarray erfassbar sind. Sollte in diesem Überlappungsbereich eine Erfassung durch das erste oder zweite Teilarray nicht möglich sein, so kann davon ausgegangen werden, dass sich ein relevantes Objekt, wie das zu detektierende Objekt, in einem solchen Bereich des Umgebungsbereichs befindet, welche durch das erste und zweite Teilarray nicht erfassbar ist. In diesem Fall kann ein weiteres Teilarray herangezogen werden, mit welchem überprüft werden kann, ob mit diesem weiteren Teilarray eine Erfassung des Objekts möglich ist oder nicht. Somit können beliebige Teilarrays beziehungsweise Subarrays des Antennenarrays je nach vorliegender Situation beliebig kombiniert beziehungsweise zusammengefügt werden.
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Bei dem Überprüfen des Überlappungsbereichs, ob sich ein zu detektierendes Objekt darin befindet kann beispielsweise dahingehend erfolgen, dass mit dem ersten Teilarray und/oder zweiten Teilarray ein zumindest teilweise Erfassen des Objekts durchgeführt wird. Somit ist systemseitig bekannt, dass sich in dem Überlappungsbereich ein Objekt befindet jedoch dieses nicht vollständig erfassbar ist. Um dies beheben zu können, kann wiederum das Kombinationsarray gebildet werden.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass erreicht werden kann, dass zu den verschiedensten Situationen, Gegebenheiten und/oder Verkehrssituationen das Antennenarray so geschalten beziehungsweise verschalten werden kann, dass eine wesentlich genaue und insbesondere vollständige Umfelderfassung des jeweils relevanten Umgebungsbereichs durchgeführt werden kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass wenn sich das zumindest eine zu detektierende Objekt innerhalb des Überlappungsbereichs befinden und das zumindest ein zu detektierende Objekt von dem ersten Teilarray und von dem zweiten Teilarray nur teilweise erfasst werden kann, wird das Kombinationsarray bestimmt. Wenn sich in diesem kritischen Bereich betreffend den Überlappungsbereich Kollisionsobjekte, Zielobjekte wie das zu detektierende Objekt befindet und dieses von dem ersten als auch von dem zweiten Teilarray nur unzureichend beziehungsweise teilweise erfasst werden kann, so kann systemseitig festgelegt werden, dass das Kombinationsarray bestimmt werden soll. Somit kann systemseitig festgelegt werden, bei welchen Bedingungen hinsichtlich einer unzureichenden Erfassung auf Basis der Teilarrays und insbesondere der einzelnen Antennenelemente der Teilarrays das Kombinationsarray gebildet wird.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass wenn sich das zumindest eine zu detektierende Objekt innerhalb des Überlappungsbereichs befindet und das zumindest eine zu detektierende Objekt von dem ersten Teilarray und von dem zweiten Teilarray erfasst werden kann, wird das erste Teilarray und das zumindest zweite Teilarray angepasst und/oder wird zumindest ein weiteres Teilarray des Antennenarrays zur Erfassung des Umgebungsbereichs verwendet. Sollte das zu detektierende Objekt oder sonstige Zielobjekte, welche sich in dem Sichtfeld des ersten und/oder zweiten Teilarrays befinden durch das erste und dem zweiten Teilarray erfasst werden können, so kann dies für die Umfelderfassung verwendet werden. In diesem Fall kann optional auf das Bestimmen des Kombinationsarrays verzichtet werden. Zusätzlich oder anstatt können die Teilarrays justiert beziehungsweise angepasst werden, um eine im Wesentlich vollständige Erfassung des zu detektierenden Objekts durchführen zu können.
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Sollte das zu detektierende Objekt von dem ersten und von dem zweiten Teilarray nicht vollständig beziehungsweise nicht ausreichend erfasst werden können und somit diese zwei Teilarrays nur bedingt für die Bildung das Kombinationsarray verwendbar sind, kann ein weiteres, also ein drittes, Teilarray herangezogen werden. Somit ist es ebenfalls denkbar, dass drei Sichtfelder von drei Teilarrays beurteilt werden. Hierbei kann beispielsweise der Überlappungsbereich ein Überlappungsbereich von den Randbereichen der drei Sichtfelder sein. Durch die Verwendung eines weiteren Teilarrays kann die Erfassungswahrscheinlichkeit und insbesondere die Zieldetektion effizienter durchgeführt werden.
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Sollte das zu detektierende beziehungsweise das Zielobjekt von dem ersten als auch von dem zweiten Teilarray nicht erfassbar sein, so kann zunächst eine Justierung beziehungsweise Feinjustierung des ersten und/oder zweiten Teilarrays erfolgen. Hierbei kann die Ansteuerung der einzelnen Antennenelemente der beiden Teilarrays angepasst werden. Ebenso denkbar ist, dass zu dem ersten Teilarray und/oder zu dem zweiten Teilarray weitere Antennenelemente des Antennenarrays hinzugeschalten beziehungsweise hinzugefügt werden, um das Sichtfeld des ersten und/oder zweiten Teilarrays zu erweitern. Dies kann beispielsweise so lange erfolgen, bis das zu detektierende Objekt von dem ersten und/oder dem zweiten Teilarray zumindest teilweise erfassbar ist, sodass anschließend wiederum das Kombinationsarray gebildet werden kann. Neben der Verwendung des weiteren Teilarrays können ebenfalls mehrere solcher weiterer Teilarrays herangezogen beziehungsweise berücksichtigt werden. Somit können beliebige Teilarrays entsprechend berücksichtigt und anschließend zu dem Kombinationsarray kombiniert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass falls sich kein zu detektierendes Objekt in dem Überlappungsbereich befindet, wird der Umgebungsbereich der Umgebung mit dem ersten und/oder zweiten Teilarray erfasst. Dadurch kann vor allem Rechenleistung und Rechenzeit eingespart werden, da das Kombinationsarray nicht fälschlicherweise generiert beziehungsweise bestimmt werden muss. Sollte systemseitig festgestellt werden, dass mit dem ersten und/oder zweiten Teilarray eine ausreichende Erfassung des zu detektierenden Objekts möglich ist, so erfolgt die Erfassung des Umgebungsbereichs mit dem ersten und/oder zweiten Teilarray.
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Unter einer unzureichenden Erfassung kann verstanden werden, dass das Objekt mit einer Wahrscheinlichkeit beziehungsweise Detektionswahrscheinlichkeit kleiner 40%, insbesondere kleiner 30% erfassbar ist. Sollte wiederum mit dem ersten und/oder zweiten Teilarray die Erfassung des Objekts mit einer Erfassungswahrscheinlichkeit größer 50%, insbesondere größer 70 % möglich sein, so kann eine ausreichende Erfassung vorliegen.
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Beispielsweise kann durch sonstige Systeme oder externe Informationsquellen festgestellt werden, dass sich in dem Überlappungsbereich kein Objekt befindet. In anderer Weise kann wiederum durch das erste und zweite Teilarray mit einer Erfassungsgenauigkeit von größeren 90 %, insbesondere größer 95% festgestellt werden, dass sich kein Objekt in dem Überlappungsbereich befindet. Somit kann hier auf die Bildung des Kombinationsarrays verzichtet werden, da eine ausreichende Erfassung durch das erste und/oder zweite Teilarray möglich ist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bei dem Bestimmen des Kombinationsarrays eine Umgebungsinformation betreffend die Umgebung des Fahrzeugs und/oder eine Verkehrssituation in der Umgebung des Fahrzeugs und/oder ein aktuelles und/oder zukünftiges Fahrszenario des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Dadurch kann situationsangepasster das Kombinationsarray bestimmt werden. Neben dem zu detektierenden Objekt und dem Überlappungsbereich hinsichtlich der Sichtfelder der beiden Teilarrays können weitere Informationen berücksichtigt werden, um ein solches Kombinationsarray zu bestimmen, welches für die aktuelle und/oder bevorstehende Situation des Fahrzeugs situationsangepasst ist. Hierzu können durch Fahrzeugsysteme und/oder fahrzeugexternen Informationsquellen entsprechende Informationen hinsichtlich der Umgebung und/oder der Verkehrssituation zur Verfügung gestellt werden. Informationen hinsichtlich des aktuellen und des zukünftigen Fahrszenarios können durch Fahrassistenzsysteme oder Navigationssysteme des Fahrzeuges bereitgestellt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis eines aktuellen und/oder unmittelbar bevorstehendem Fahrmanöver des Fahrzeugs als Umgebungsbereich ein solcher Bereich in der Umgebung des Fahrzeugs festgelegt wird, welcher im Hinblick auf das aktuelle und/oder unmittelbar bevorstehende Fahrmanöver relevant ist. Hier können Informationen des Fahrzeugs und/oder Informationen eines Nutzers des Fahrzeuges, wie zum Beispiel Navigationsinformationen oder Routeninformationen, berücksichtigt werden. Um Rechenleistung reduzieren zu können und das Sensorsystem effizienter zu betreiben, ist es von Vorteil, wenn der Bereich erfasst wird, welcher für das aktuelle und/oder unmittelbar bevorstehende Fahrmanöver des Fahrzeuges von Bedeutung beziehungsweise relevant ist. Anhand des aktuellen beziehungsweise unmittelbar bevorstehenden Fahrmanövers kann systemseitig erkannt werden, welcher Umgebungsbereich der Umgebung oder welche Umgebungsbereiche der Umgebung für fas jeweilige Fahrmanöver relevant ist. Dies hat den weiteren Vorteil, dass dadurch ebenso festgelegt werden kann, welche Teilarrays beziehungsweise Bereiche des Antennenarrays grundsätzlich für die Erfassung des jeweiligen Umgebungsbereichs notwendig sind. Somit kann gezielt die Teilarrays ausgewählt werden, welche auch tatsächlich für die Erfassung des Umgebungsbereichs relevant sind.
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Sollte sich das Fahrzeug auf eine Kreuzung bewegen, so wären die Teilarrays, welche zu der Kreuzung hin gerichtet sind, in dieser Situation von Bedeutung. Die Teilarrays, welche in diesem Beispiel am Heckbereich des Fahrzeuges angeordnet sind, können in dieser Situation vernachlässigt werden. Sollte sich wiederum das Fahrzeug als Fahrmanöver in einer Abbiegesituation befinden, so können wiederum die Teilarrays, welche den Abbiegebereich erfassen können, von Bedeutung sein. In einem anderen Beispiel kann sich das Fahrzeug bei einem Überholmanöver befinden, sodass hier der rückwertige Verkehr und der Bereich vor dem Fahrzeug erfasst werden sollte. Hierbei können wiederum die entsprechenden angeordneten Teilarrays, welche diese Bedingungen erfüllen, angesteuert werden.
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Somit kann je nachdem welches Fahrmanöver des Fahrzeugs aktuell und/oder zukünftig durchführt und/oder abhängig von der jeweiligen Verkehrssituation der relevante Umgebungsbereich festgelegt werden. Dadurch kann ebenso die Bereiche des Antennenarrays festgelegt werden, welche wiederum grundsätzlich in der Lage sind diesen Umgebungsbereich erfassen beziehungsweise sensorisch abdecken zu können.
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Des Weiteren bietet dieses einen Vorteil bei der Anordnung des Antennenarrays in einer dünnbesetzten Anordnung. Da die einzelnen Antennen des Antennenarrays beabstandet zueinander und insbesondere verteilt am Fahrzeug angeordnet sind, können gezielt solche Antennenelemente zu einem Teilarray zusammengefügt werden, welche grundsätzlich in der Lage sind, den gewünschten Umgebungsbereich zu erfassen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass auf Basis des aktuellen und/oder unmittelbar bevorstehenden Fahrmanövers und/oder des Umgebungsbereichs festgelegt wird, welche Teilarrays des Antennenarrays und/oder welche Anzahl an Teilarrays des Antennenarrays zum Erfassen des Umgebungsbereichs verwendet werden. Dadurch kann systemseitig festgelegt beziehungsweise definiert werden, welche Antennenelemente und insbesondere welche Bereiche des Antennenarrays grundsätzlich in der Lage sind, den entsprechenden Umgebungsbereich erfassen zu können. Somit können hier Antennenelemente, insbesondere Teilarrays des Antennenarrays, ausgeschlossen beziehungsweise unberücksichtigt bleiben, welche grundsätzlich nicht in der Lage sind, insbesondere aufgrund ihrer Anordnung am Fahrzeug, den gewünschten Umgebungsbereich zu erfassen. Als Beispiel hierzu könnte sein, dass der Umgebungsbereich links vom Fahrzeug sich erstreckt, sodass in diesem Fall die Antennenelemente, welche sich an der rechten Fahrzeugseite befinden, nicht in der Lage wären, eine entsprechende Erfassung dieses Umgebungsbereichs durchzuführen.
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Insbesondere handelt es sich bei dem Antennenarray um ein flexibel konfigurierbares Array, sodass je nach gewünschtem Anwendungsfall beziehungsweise je nach vorliegender Situation die Teilarrays und/oder das Kombinationsarray beliebig aus verschiedenen Antennenelementen gebildet werden können.
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Insbesondere können solche Teilarrays ausgewählt beziehungsweise festgelegt werden, welche einen Erfassungsbereich aufweisen, welcher zu dem Umgebungsbereich gerichtet ist.
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Des Weiteren kann jedes der Teilarrays eine beliebe Anzahl an Antennenelementen aufweisen. Insbesondere können benachbarte Antennenelemente jeweils zu einem Teilarray zusammengefasst werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mit dem Kombinationsarray der Umgebungsbereich hinsichtlich des zumindest einen zu detektierenden Objekts und/oder hinsichtlich potentieller Kollisionsobjekt erfasst wird. Mit Hilfe des neu gebildeten beziehungsweise situationsabhängig bestimmten Kombinationsarray kann der Umgebungsbereich hinsichtlich Zielobjekte beziehungsweise Kollisionsobjekte erfasst werden.
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Insbesondere ist mit dem Kombinationsarray eine ausreichende Erfassung des Umgebungsbereichs durchführbar.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass weitere Teilarrays des Antennenarrays auf Basis des Kombinationsarrays und des Kombinationssichtfelds angepasst werden, wobei ausgehend von dem Kombinationsarray die weiteren Teilarrays fortlaufend angepasst werden.
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Dadurch können die Informationen hinsichtlich des erzeugten Kombinationsarrays dazu verwendet werden, um darauf basierend weitere Teilarrays des Antennenarrays zu konfigurieren beziehungsweise anzupassen. Das ermittelte vorteilhafte Kombinationssichtfeld kann beispielsweise auf weitere Teilarrays übertragen beziehungsweise angewendet werden. Somit können ausgehend von dem Kombinationsarray als Ausgangspunkt die weiteren Bereiche des Antennenarrays um das Fahrzeug herum angepasst beziehungsweise konfiguriert beziehungsweise adaptiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann das Kombinationsarray, insbesondere das Kombinationssichtfeld, auf die nachfolgenden Teilarrays des Antennenarrays übertragen werden, sodass auf Basis des Kombinationssichtfelds die weiteren Bereiche des Antennenarrays so angepasst werden können, dass auf Basis der Ausgestaltung des Kombinationssichtfelds weitere Bereiche in der Umgebung des Fahrzeuges erfasst werden können. Somit kann beispielsweise durch das einmalige Berechnen beziehungsweise Bestimmen des Kombinationsarrays dies auf die weiteren Bereiche des Antennenarrays übertagen werden, um auf einfachste Art und Weise eine 360 Grad-Umfelderfassung um das Fahrzeug herum durchführen zu können.
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Beispielsweise kann durchgeführte Kombination des ersten und zweiten Teilarrays in analoger Weise auf weitere benachbarte Teilarrays an anderen Bereichen des Fahrzeuges angewendet werden, um auf Basis des einmalig bestimmten Kombinationsarrays eine 360-Grad-Umfelderfassung durchzuführen. Beispielsweise kann hier einmal eine Umfelderfassung durchgeführt werden und anschließend kann je nach Gegebenheit wieder eine erneute Bestimmung der relevanten Teilarrays und des relevanten Umgebungsbereichs durchgeführt werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine Information betreffend den erfassten Umgebungsbereich durch eine Recheneinrichtung des Sensorsystems generiert und zumindest einem Fahrzeugsystem und/oder einem Umfeldmodell bereitgestellt wird. Somit kann der erfasste Umgebungsbereich als Information, insbesondere als Signal, bereitgestellt werden, um dies als Eingangsgrößen für Fahrzeugsysteme, wie Fahrassistenzsysteme und/oder einem Umfeldmodell zur Verfügung zu stellen. Dadurch kann das Fahrzeug sicherer betrieben werden. Insbesondere kann die Information betreffend den Umgebungsbereich vorteilhaft für zumindest teilweise autonome Fahrfunktionen oder vollautonome Fahrfunktionen verwendet werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit zumindest einem Antennenarray und einer elektronischen Auswerteeinheit, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, ein Verfahren nach den vorhergehenden Aspekten oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon auszuführen. Insbesondere kann mit Hilfe des soeben geschilderten Sensorsystems ein Verfahren des eingangs genannten Aspekts ausgeführt beziehungsweise durchgeführt werden.
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Insbesondere können eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung auf einem einzigen Halbleiter-Chip beispielsweise in einen CMOS, SiM-CMOS, Bi-CMOS, Hybrid-Bi-CMOS oder mit Prozessen auf photonisch-elektronisch kointegrierten Chips integriert werden. Somit kann beispielsweise mit Hilfe der Erfindung eine Radarsensorvorrichtung oder das Sensorsystem durch Massenfertigung mittels standardisierter Halbleiter-Prozesse hergestellt werden.
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Insbesondere kann mit Hilfe des Sensorsystems eine Frequenzkonversion eines Terahertz-Trägersignals in dem Gigahertz-Frequenzbereich nach optischer Signalübertragung und umgekehrt Empfang von Gigahertz-Signalen mit Modulation auf Terahertz-Trägersignal durchgeführt werden.
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Insbesondere kann das vorgeschlagene Sensorsystem in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Insbesondere kann das Sensorsystem bei beispielsweise zumindest teilweise autonom betriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Für eine solche automatisierte Fahrt ist eine sichere Umfeldwahrnehmung nötig, welche durch das Sensorsystems erreicht werden kann. Dabei kann das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mittels Sensoren, wie Radar, Lidar und Kamera, erfasst werden. Dies könnten Beispiele für das Einsatzgebiet der Radarsensorvorrichtung sein. Durch das Sensorsystem kann eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung durchgeführt werden, so dass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können.
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Das Sensorsystem kann alternativ zu Lidar angewendet werden, da insbesondere dem Lidar in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zukommt, da dieser Sensortyp präziser in der Umfelderfassung Entfernungen und Winkel messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann.
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Insbesondere kann das Sensorsystem bei beispielsweise zumindest teilweise autonom betriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere jedoch auch bei vollautonom betriebenen Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Um jedoch eine solch automatisierte Fahrt zu ermöglichen, ist eine sichere Umfeldwahrnehmung unabdingbar. Dabei wird das Umfeld beziehungsweise die Umgebung mit Hilfe von Sensoren, wie Radar, Lidar oder Kamera, erfasst. Besonders wichtig ist eine ganzheitliche 360-Grad-dreidimensionale Erfassung der Umgebung, so dass alle statischen und dynamischen Objekte erfasst werden können. Hierzu kann das Sensorsystem verwendet werden. Insbesondere kommt dem Lidar in der redundanten, robusten Umfelderfassung eine tragende Rolle zu, da dieser Sensortyp präziser in der Umfelderfassung Entfernungen messen und auch zur Klassifikation eingesetzt werden kann. Allerdings sind diese Lidarsensoren kostenintensiv und ihrem Aufbau aufwendig. Insbesondere eine 360-Grad-dreidimensionale Umfelderfassung ist problematisch, da entweder viele kleinere Einzelsensoren notwendig sind, um dieses zu gewährleisten, welche in der Regel mit vielen einzelnen Lichtquellen und Detektorelementen arbeiten, oder es werden große Lidarsensoren verbaut. Weiterhin sind Lidarsensoren anfällig gegenüber Wettereinflüssen, wie Regen, Nebel oder direkte Sonneneinstrahlung. Hierzu kann das Sensorsystem Abhilfe schaffen.
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Radarsensoren beziehungsweise Radarsensorvorrichtungen sind ebenfalls im Kraftfahrzeugbau etabliert und liefern bei allen Witterungsbedingungen zuverlässig und ausfallsicher Daten. Selbst schlechte Sichtverhältnisse, wie beispielsweise Regen, Nebel, Schnee, Staub oder Dunkelheit beeinflussen kaum ihre Wahrnehmungszuverlässigkeit. Allerdings ist gemäß dem Stand der Technik das Auflösungsvermögen bisher beschränkt, insbesondere sind im Einsatz befindliche Serienradare lediglich mit einem Auflösungsvermögen im Winkel von etwa 2 Grad ausgebildet. Um die Anforderungen für eine erhöhte Automatisierungsstufe im Kraftfahrzeugbau mit sicheren Fahrfunktionen zu erreichen, ist es vorgesehen, dass die Radarsensorvorrichtung dreidimensionale Bilder mit einer hohen Winkelauflösung im Bereich von 0,1 Grad und darunter mit einer großen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen von ihrer Umgebung liefern. Dies wird mit der konventionellen Radartechnik gemäß dem Stand der Technik nicht erreicht, da das Auflösungsvermögen solcher Systeme zu gering ist. Genau greift das erfindungsgemäße Sensorsystem vorteilhaft ein.
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Das Sensorsystem kann als photonische Radarsensorvorrichtung ausgebildet sein, welche eine Erhöhung des Auflösungsvermögens realisiert, indem elektronische und photonische Komponenten in einem einzigen Halbleiter-Chip kointegriert werden. Die Verfolgung eines FMCW-Signals sowie die gesamte Signalverarbeitung und Signalauswertung werden dabei Zustand die Zentralstation durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul weist einen elektronisch-photonisch kointegrierten Chip, einen sogenannten Epic-Chip, auf. Für den Kointegration wird eine Silizium-Photonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip. Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von Gigahertz-Signalen mittels des optischen Trägersignals im Terahertz-Frequenzbereich. Eine Zentralstation, welche auch als zentralelektronische Recheneinrichtung bezeichnet werden kann, erzeugt eine optische Trägerfrequenz in Terahertz. Auf diese wird das übertragene Signal mit einem Achtel der Radarfrequenz moduliert und die optische Faser an die Antennen-Chips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzvervielfachung statt, so dass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert.
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Eine solche Ausführung ist jedoch sehr aufwendig in der Implementierung von Gigahertz-Elektronik auf Chip-Ebene. Insbesondere die auf dem Chip stattfindende Frequenzvervielfachung nach Detektion durch eine Photodiode ist technisch herausfordernd und stellt eine hohe Herausforderung hinsichtlich der Gigahertz-Signalerzeugung mit hohem Signal-zu-Rauschverhältnis und möglichst geringem Jitter dar. So muss das Gigahertz-Signal in weiteren Schritten aufwendig stabilisiert werden. Darüber hinaus ist Gigahertz-Elektronik kostenintensiv. Weiterhin werden hohe Leistungsanforderungen an den optischen Träger, insbesondere den Laser, gesetzt, da viel optische Leistung benötigt wird, um ein hochpräzises Gigahertz-Signal zu erzeugen, was Ringleitungen mit der einzigen Phase für einen Radar-Array mit vielen verteilten Radars-Halbleiter-Chips schwer realisierbar macht. Insbesondere werden weiterhin zwei photonisch-elektronische Halbleiter-Chips für einen jeweiligen Sende- und Empfangskanal benötigt, was zu weiteren Kostenaufwenden führt. Die soeben genannten Probleme werden durch das erfindungsgemäße Sensorsystem zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gelöst.
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Insbesondere nutzt die Erfindung, dass in einem photonischen Halbleiter mittels einer optischen Schnittstelle die Strahlung der Lasereinrichtung, welche insbesondere auch als CW-Laser ausgebildet sein kann, eingekoppelt wird. Dabei kann es sich hierbei um das optische Übertragungssignal beziehungsweise ein Trägersignal des CW-Lasers handeln.
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Die Erzeugung des FMCW-Signals, sowie die gesamte Signalverarbeitung und -auswertung werden dabei durch eine Zentralstation, beispielsweise die Recheneinrichtung durchgeführt. Jedes Sende- und Empfangsmodul besteht aus einem elektronisch-photonisch kointegrierten Chip (sog. „EPIC-Chip“) für die Kointegration wird eine Siliziumphotonik-Technologie verwendet. Diese ermöglicht die monolithische Integration von photonischen Bauelementen, Hochfrequenzelektronik und Digitalelektronik gemeinsam auf einem Chip („elektronischphotonische Kointegration“). Die technische Innovation eines solchen Systems liegt dabei in der Signalübertragung von GHz-Signalen mittels eines optischen Trägersignals im THz-Frequenzbereich. Eine Zentralstation erzeugt eine optische Trägerfrequenz (THz). Auf diese wird das zu übertragende Signal mit 1/8 der Radarfrequenz moduliert und per optische Faser an die Antennenchips gesendet. Auf diesen findet eine Frequenzverachtfachung statt, so dass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten werden auf der Zentralstation prozessiert.
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Das Prinzip der elektronisch-photonischen Kointegration in einem Chip, mit Silicon-on-Insulator Regionen für die photonischen Komponenten und bulk-Silizium-Regionen für die elektronischen Schaltkreise ist eine weltweit einzigartige Technologie. Insbesondere bei hohen Datenraten kann damit eine hohe Signalqualität mit geringen parasitären Störeinflüssen realisiert werden. Die Anbindung der HF-Schaltkreise für die Radar-Antennen inklusive Frequenzvervielfacher an den optischen Transceiver lässt sich ohne zusätzliches Draht- oder Flipchip-Bonding umsetzen. Zudem können Chips optisch und elektrisch bereits auf Waferebene getestet werden, wodurch ein hoher Yield im weiteren Modulaufbau erreichbar ist. Mit dieser Technologie sind äußerst kompakte Formfaktoren realisierbar und damit verbunden eine hohe Relevanz für die Anwendung optischer Technologien auf Basis der Siliziumphotonik in der Automobilbranche.
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Die Hürde für den produktiven Einsatz optischer Fasern liegt in der fehlenden Skalierbarkeit bislang erhältlicher Technologien. Diese Skalierbarkeit hin zu großen Volumina wird durch die Technologie zur hochintegrierten Fertigung elektronisch photonisch integrierter Schaltkreise ermöglicht. Das Ergebnis ist eine deutliche Kostenreduktion in der Aufbautechnik und eine effizientere Kostenstruktur. Aus der Entwicklung von Datencenterlösungen existieren umfassende Bibliotheken für elektronische und photonische Komponenten zur Datenübertragung bei hohen Bandbreiten auf welche im Vorhaben zurückgegriffen wird.
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In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass das Antennenarray konfigurierbar ist, sodass einzelne Antennenelemente der mehreren Antennenelemente zu verschiedene Teilarrays zusammensetzbar sind. Insbesondere ist das Antennenarray so ausgebildet, dass die einzelnen Antennenelemente des Antennenarrays beliebig zu Teilarrays gruppiert beziehungsweise zusammengefügt werden können. Dadurch ergibt sich ein frei konfigurierbares Antennenarray, sodass zu einer jeweiligen Situation des Fahrzeuges solche Antennenelemente zu einem Teilarray zusammengefasst beziehungsweise zusammengefügt werden können, um die der Situation relevanten Umgebungsbereiche optimal erfassen zu können.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem nach dem vorhergehenden Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung.
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Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug um ein manuell betriebenes Fahrzeug, ein teilweise autonom betriebenes Fahrzeug oder um ein voll autonom betriebenes Fahrzeug handeln. Mit anderen Worten ausgedrückt kann es sich bei dem Fahrzeug um ein hochautomatisiertes Fahrzeug handeln.
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Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug um ein Kraftfahrzeug, wie einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen handeln.
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In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass das Antennenarray mehrere Antennenelemente aufweist, welche am Fahrzeug beabstandet zueinander verteilt angeordnet sind. Somit kann ein möglichst effizientes Erfassen der Umgebung des Fahrzeuges durchgeführt werden. Durch die verteilte Anordnung der einzelnen Antennenelemente am Fahrzeug kann insbesondere eine 360-Grad-Umfelderfassung durchgeführt werden.
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Beispielsweise können die Antennenelemente des Antennenarrays in einer „Sparse Array“-Konfiguration ausgebildet sein. Insbesondere können die Antennenelemente des Antennenarrays in einer dünn besetzten oder schwach besetzten Konfiguration am Fahrzeug angeordnet sein.
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Ausführungsbeispiele einzelner Aspekte der Erfindung sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele anderer Aspekte anzusehen. Insbesondere können die jeweiligen Ausführungsbeispiele einzelner Aspekt als vorteilhafte Ausführungsbeispiele aller anderen Aspekte angesehen werden. Dies gilt in umgekehrter Art und Weise ebenso.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens bzw. der Verfahren sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Sensorsystems und des Fahrzeugs anzusehen. Das Sensorsystem sowie das Fahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sensorsystems und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sensorsystems und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Sensorsystem, welches am Fahrzeug verteilt angeordnete Antennenelemente eines Antennenarrays aufweist;
- 2 eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds des Sensorsystems aus 1;
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung des Radarsystems aus 1;
- 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Abbiege-Fahrmanövers in einer Kreuzungssituation, bei welchem sich Sichtfelder von Teilarrays des Antennenarrays aus 1 bereichsweise überlagern;
- 5 zeigt ausgehend von der 4 ein Kombinationssichtfeld, welches aus Kombination der Sichtfelder aus 4 gebildet wurde, um Objekte in dem Überlappungsbereich der Sichtfelder aus der 4 besser detektieren zu können;
- 6 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm hinsichtlich der Erfassung des Umgebungsbereichs, welcher für ein aktuell durchzuführendes Fahrmanöver des Fahrzeuges von Relevanz ist;
- 7 zeigt ausgehend von der 5, wie das dortige Kombinationsarray vorteilhaft für weitere Arrays des Antennenarrays verwendet werden kann; und
- 8 zeigt eine rotierende weitere Adaption des Kombinationsarrays aus 7 auf weitere Arrays des Antennenarrays.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt verschiedene schematische Ansichten (Vorderansicht, Heckansicht, Seitenansicht) eines Fahrzeugs 1, bei welchem es sich um ein Kraftfahrzeug handeln kann. Das Fahrzeug 1 beinhaltet beispielsweise ein Sensorsystem 2.
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Bei dem Sensorsystem 2 kann es sich beispielsweise um ein Radarsystem oder um ein Umfeldsensorsystem des Fahrzeugs 1 handeln. Hierzu kann das Sensorsystem 2 beispielsweise mit einem oder mehreren Fahrerassistenzsystemen oder anderweitigen Fahrzeugsystemen kommunikativ vernetzt sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensorsystem 2 um einen Radarsensor oder um einen Lidarsensor oder um einen anderweitigen Sensortyp, insbesondere für Fahrzeuge, handeln. Neben dem Einsatz des Sensorsystems 2 in dem Fahrzeug 1 kann dieses ebenfalls in fahrzeugexternen Systemen eingesetzt werden.
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Beispielsweise weist das Sensorsystem 2 zumindest ein Antennenarray 3 oder mehrere Antennenarrays auf. Das Antennenarray 3 kann wiederum aus einer Vielzahl von Antennenelementen 4 ausgebildet sein. Die Antennenelemente 4 können, insbesondere zur 360-Grad-Umfelderfassung, am Fahrzeug 1 beabstandet verteilt zueinander angeordnet sein.
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Die 2 zeigt eine denkbare Ausführungsform des Sensorsystems 2. Das Sensorsystem 2 kann zumindest eine Radarsensorvorrichtung 5 und eine zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 aufweisen. Beispielsweise können die Radarsensorvorrichtung 5 und die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 separate und körperlich getrennte Einheiten sein. Die Radarsensorvorrichtung 5 kann beispielsweise das zumindest eine Antennenarray 3 aufweisen. Anderenfalls kann das Antennenarray 3 als Radarsensorvorrichtung 5 fungieren.
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Bei der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 6 handelt es sich um eine Zentraleinheit handeln. Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 ein elektrisches Steuersignal erzeugen, mit welchem eine Lasereinrichtung 7 angesteuert beziehungsweise gesteuert werden kann. Bei der Lasereinrichtung 7 kann es sich beispielsweise um einen CW-Laser handeln. Mit Hilfe der Lasereinrichtung 7 kann ein optisches Übertragungssignal beziehungsweise ein Trägersignal 8 erzeugt werden. Das optische Übertragungssignal 8 kann insbesondere als optisches Trägersignal im Terahertz-Frequenzbereich bezeichnet werden. Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 kann beispielsweise die optische Trägerfrequenz erzeugen. Auf diese optische Trägerfrequenz wird das zu übertragende Signal mit einem Achtel einer Radarfrequenz moduliert und beispielsweise an die Radarsensorvorrichtung 5 übertragen. Auf diese Weise kann eine Frequenzverachtfachung stattfinden. Wiederum können mit Hilfe der Radarsensorvorrichtung 5 Signale im Gigahertz-Frequenzbereich empfangen werden und an die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 übertragen werden.
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Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 jeweils über zumindest eine Glasfaser 9 mit einem optischen Eingang 10 und einem optischen Ausgang 11 der Radarsensorvorrichtung 5 gekoppelt werden. Somit kann eine bidirektionale Signalübertragung zwischen der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 6 und der Radarsensorvorrichtung 5 erfolgen.
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Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 als elektronische Auswerteeinheit bezeichnet werden.
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Die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 kann des Weiteren eine optische Empfangseinheit 12 aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, ein optisches Ausgangssignal 13, welches mit dem optischen Ausgang 11 der Radarsensorvorrichtung 5 bereitgestellt ist, zu empfangen. Somit kann per optischer Faser oder elektronischer Schnittstelle, wie zum Beispiel Ethernet, die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 mit der Radarsensorvorrichtung 5 gekoppelt werden. Insbesondere können mehrere Radarsensorvorrichtungen oder Antennenarrays mit der zentralen elektronischen Recheneinrichtung 6 gekoppelt werden. Beispielsweise kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 eine Verarbeitungseinheit 14 beziehungsweise eine Recheneinheit aufweisen, mit welcher das empfangene optische Ausgangssignal verarbeitet werden kann. Somit kann eine Signalerfassung und eine anschließende Datenverarbeitung des empfangenen Ausgangssignals 11 durchgeführt werden.
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Insbesondere kann die zentrale elektronische Recheneinrichtung 6 alle notwendigen Steuersignale, Datenverarbeitungssignale, Module und Schnittstellen aufweisen beziehungsweise bereitstellen.
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Beispielsweise kann die Radarsensorvorrichtung 5 neben dem optischen Eingang 10 und dem optischen Ausgang 11, zumindest eine Sendeeinrichtung 15 oder Sendeantenne und zumindest eine Empfangseinrichtung 16 oder Empfangsantenne aufweisen. Somit weist die Radarsensorvorrichtung 5 ein Empfangsmodul und/oder Sendemodul auf. Insbesondere können die Sendeeinrichtung 15 und die Empfangseinrichtung 16 auf ein und demselben Chip integriert sein. Ebenfalls denkbar ist, dass sich diese auf verschiedenen Halbleiter-Chips befinden.
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Mit Hilfe der Sendeeinrichtung 15 kann ein elektrisches Radar-Aussendesignal 17, welches auf dem optischen Übertragungssignal 8 basiert, in eine Umgebung 18 des Fahrzeugs 1 ausgesendet werden. Somit kann in Abhängigkeit von dem optischen Übertragungssignal 8 ein entsprechendes Radarsignal 17 ausgesendet werden. Wenn nun dieses Signal 17 in der Umgebung 18 durch Objekte, wie beispielsweise Verkehrsteilnehmer, Straßen, Bäume oder anderweitige Objekte, reflektiert wird, kann ein zum elektrischen Radar-Aussendesignal 17 korrespondierendes und in der Umgebung 18 reflektiertes elektrisches Empfangssignal 19 empfangen werden.
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Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung 15 für das Aussenden zumindest eine Antenne beziehungsweise eine Antenneneinheit oder mehrere Antennen aufweisen.
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Beispielsweise können das ausgesendete Radar-Aussendesignal 17 bzw. elektrisches Aussendesignal und das empfangene Empfangssignal 19 im Terahertz-Frequenzbereich oder Gigahertz-Frequenzbereich liegen. Somit kann mit Hilfe des Sensorsystems 2 eine Frequenzkonversion eines Terahertz-Trägersignals, insbesondere eines Übertragungssignals 8, in den Gigahertz-Frequenzbereich zum Aussenden durchgeführt werden. In umgekehrter Art und Weise kann das Empfangen von Gigahertz-Signalen mit Modulation auf Terahertz-Trägersignal durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung 15 zumindest einen Gitterkoppler und eine Photodiode für das Aussenden aufweisen. Die Empfangseinrichtung 16 kann beispielsweise für das Empfangen zwei Jitterkopplern eine Photodiode und einen Modulator aufweisen.
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Mit dem Sensorsystem 2 kann mit 1/8 der Radarfrequenz moduliert und per optischer Faser an die Antennenchips bzw. Antennenelementen 4 gesendet werden. Auf diesen findet speziell eine Frequenzverachtfachung statt, so dass die Radarstrahlung von den Antennenchips emittiert werden kann. Die Signaldetektion geschieht optional auf dem umgekehrten Weg. Alle Daten können auf der Zentralstation prozessiert werden.
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Die 3 zeigt eine weiter denkbare Ausführungsform des Sensorsystems 2. Hier weist das Sensorsystem ebenfalls die Recheneinrichtung 6 aufweisen, welche in dieser Ausführungsform eine andere Konfiguration bzw. Ausstattung aufweisen kann.
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Das Sensorsystem 2 weist speziell mehrere Sende-Empfangs-Einheiten, wie beispielsweise die Antennenelemente 4, auf, welche bspw. verteilt am Fahrzeug 1 angeordnet werden können, insbesondere zur Umwelterfassung.
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Die Sende-Empfangs-Einheiten bzw. Antennenelemente 4 sind sowohl für das Senden als auch für das Aussenden bzw. für das Empfangen von Signalen anwendbar. Somit handelt es sich bei den Sende-Empfangs-Einheiten um kombinierte Einheiten, zum Aussenden und zum Empfangen von Signalen.
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Insbesondere kann eine solche Sende-Empfangs-Einheit als Sende- und Empfangsmodul bezeichnet werden. Dieses kann aus einem elektronisch-photonisch-co-integrierten Chip (s.g. „EPIC-chip“) bezeichnet bzw. ausgebildet sein. Die Recheneinrichtung 6, welche als Zentraleinheit bezeichnet werden kann, kann ebenfalls aus einem elektronisch-photonisch-co-integrierten Chip ausgebildet sein. Insbesondere ist die Recheneinrichtung 6 eine körperlich und/oder räumlich getrennte Einheit zu den Sende-Empfangs-Einheiten.
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Beispielsweise kann die Recheneinrichtung 6 eine optische Einheit bzw. die Lasereinrichtung 7 bzw. einen Laser aufweisen. Insbesondere kann die optische Einheit als optische Quelle oder als CW-Laser ausgebildet sein. Mit Hilfe der optischen Einheit kann das optisches Übertragungssignal 8 bzw. ein Trägersignal erzeugt und somit bereitgestellt werden. Das optische Übertragungssignal 8 kann insbesondere als optisches Trägersignal in Terahertz-Frequenzbereich ausgebildet sein. Die Recheneinrichtung 6 kann bspw. die optische Trägerfrequenz erzeugen. Auf diese optische Trägerfrequenz kann das zu übertragene Signal mit einem Achtel einer Radarfrequenz moduliert und bspw. an die Sende-Empfangs-Einheiten übertragen werden. Auf diese Weise kann eine Frequenzvervielfachung stattfinden. Wiederum können mit Hilfe der Sende-Empfangs-Einheiten Signale in Gigahertz-Frequenzbereich empfangen werden.
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Beispielsweise kann die Recheneinrichtung 6 mit einer jeweiligen Sende-Empfangs-Einheit per Glasfaser 9, als einer optischen Übertragungsstrecke, verbunden sein. Über die Glasfaser 9 können Signale, insbesondere optische Signale von der Recheneinrichtung 6 an die einzelnen Sende-Empfangs-Einheiten übertragen werden. Um wiederum empfangene Signale der Sende-Empfangs-Einheiten zur Auswertung bzw. Signalverarbeitung an die Recheneinrichtung 6 wieder zurück senden zu können, kann eine jeweilige Sende-Empfangs-Einheit über einen optischen Rückkanal 20 mit der Recheneinrichtung 6 optisch gekoppelt sein.
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Mit zumindest einer der Sende-Empfangs-Einheit kann das elektrische Aussendesignal 17, insbesondere in die Umgebung 18 ausgesendet werden. Ebenfalls kann wiederum ein zu dem elektrischen Aussendesignal 17 korrespondierenden elektrisches Empfangssignal 19 mit der Sende-Empfangs-Einheit empfangen werden. Beispielsweise kann das Aussendesignal 17 von einem Objekt in der Umgebung 18 des Fahrzeugs 1 reflektiert und somit als elektrisches Empfangssignal 19 empfangen werden. Das Empfangssignal 19, welches bspw. als Radarsignal bezeichnet werden kann, kann zur Auswertung bzw. Signalverarbeitung an die Recheneinrichtung 6 übermittelt bzw. übertragen werden. Hierzu kann mittels der Sende-Empfangs-Einheit das elektrische Empfangssignal in ein optisches Empfangssignal 21 umgewandelt werden. Beispielsweise kann dies über den Rückkanal 9 der Recheneinrichtung 4 übertragen werden. Mittels einer optisch-elektrischen Wandlereinheit 22 bzw. Detektoreinheit der Recheneinrichtung 6 kann das optische Empfangssignal 21 wiederum in ein elektrisches Signal 23 umgewandelt werden. Die Einheit 22 kann bspw. als zur optischen Detektion verwendet werden. Hierzu kann bspw. per Homodyndetektion oder Heterodyndetektion die Umwandlung erfolgen. Des Weiteren kann die Einheit 22 eine Phasenmessung und/oder eine Phasenlängenmessung vornehmen.
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Im Anschluss kann wiederum eine Digitalisierung mittels einer digitalen Schnittstelle 24 erfolgen. Hierbei kann vor allem eine Analog-Digital-Umwandlung erfolgen. Hierzu kann die digitale Schnittstelle 24 einen Analog-Digital-Wandler aufweisen. Im Anschluss kann eine Verarbeitungseinheit 14 angeordnet sein. Mit dieser kann bspw. eine Signalprozessierung, insbesondere bei einem „low-level-signal“ angewendet werden. Beispielsweise kann hierzu eine Fast-Fourier-Transformation („"FFT) verwendet werden. Im Anschluss kann das digitalisierten aufbereiteten elektrische Signal 23 einer CPU 25 der Recheneinrichtung 6 zur Verfügung gestellt werden. Hierbei kann insbesondere eine in dem elektrischen Signal 23 enthaltenen Radarinformation bzw. Umweltinformation ausgewertet bzw. verarbeitet werden. Des Weiteren kann ein elektrischer Rückkanal 26 vorgesehen sein, welche von zumindest einer der Sende-Empfangs-Einheiten eine Rückkopplung zu der Recheneinrichtung 6 und insbesondere zu der digitalen Schnittstelle 24 bereitstellt.
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Um eine möglichst stabile und rauscharme Umwelterfassung bzw. Detektion des Sensorsystems 2 vornehmen zu können, kann das optische Übertragungssignal 8 mittels einer Frequenzsynthese bzw. Gigahertz-Frequenzsynthese angepasst werden. Hierzu kann die Recheneinrichtung 6 eine Syntheseeinheit 27 aufweisen. Hierzu kann das optische Übertragungssignal 8 der Syntheseeinheit 27 zugeführt bzw. übertragen werden. Beispielsweise kann bevor das optische Übertragungssignal 8 der Syntheseeinheit 27 zur Verfügung gestellt wird eine Modulation vorgenommen werden. Hierzu kann bspw. ein Modulator bzw. Modulationseinheit 28 vorgesehen sein. Dieser kann bspw. Als Arbiträrgenerator bzw. Arbiträr-Funktionsgenerator (AWG) ausgebildet sein. Nach der Syntheseeinheit 27 kann bspw. eine optische Kontrolleinheit 29 sowie ein optischer Switch bzw. Verteiler 30 in der Recheneinrichtung 6 vorgesehen sein, um über die Glasfaser 9 entsprechend aufbereitete Signale der Syntheseeinheit 27 den Sende-Empfangs-Einheiten zur Verfügung stellen zu können. Des Weiteren kann eine Kontrolleinheit 31 von der Auswerteeinheit 25 gesteuert werden, um insbesondere die Erzeugung des optischen Übertragungssignals überwachen bzw. kontrollieren zu können. Des Weiteren kann eine Kontrolleinheit bzw. eine Rückführschleife 32 (feedback loop) vorgesehen sein.
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Des Weiteren ist die Recheneinrichtung 6 mittels einer elektrischen Übertragungsstrecke 33 mit den Sende-Empfangs-Einheiten elektrisch verbunden. Über diese elektrische Übertragungsstrecke 33 kann ein elektrisches Steuersignal 34 zum Steuern bzw. zum Ansteuern der Sende-Empfangs-Einheiten bzw. Antennenelemente 4 übertragen werden.
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Insbesondere dient die Recheneinrichtung 6 dazu, um ein optisches Trägersignal, das optische Übertragungssignal 8 zu Erzeugen und dieses in eine Gigahertz-Frequenzsyntheseeinheit, bspw. die Syntheseeinheit 27, einzuspeisen. Das synthetisierte Gigahertzsignal kann im optischen Spektralbereich per Faser, also die Glasfaser 9, an die Sende-Empfangs-Einheiten übertragen werden, sodass bspw. ein 77 Gigahertzsignal von Sende-Empfangs-Einheiten emittiert bzw. ausgesendet werden kann. Die Signaldetektion wiederum kann auf umgekehrten Weg erfolgen. Alle Daten können in der Recheneinrichtung 6 prozessiert bzw. verarbeitet werden.
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Die Ausgestaltungen der Recheneinrichtung 6 in 2 und 3 können beliebig kombiniert werden.
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In der 4 sowie in den nachfolgenden Figuren werden Ausführungsbeispiele hinsichtlich der Erfassung der Umgebung 18 des Fahrzeugs 1 mit dem Sensorsystem 2 erläutert.
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In der 4 ist ein denkbares Szenario beziehungsweise eine denkbare Situation ein Abbiegevorgang des Fahrzeugs 1 an einer Kreuzung beziehungsweise Straßenkreuzung dargestellt. Hierbei bewegt sich das Fahrzeug 1, welches das Sensorsystem zwei aufweist, entlang einer Fahrspur einer Fahrbahn, wobei sich das Fahrzeug 1 auf einer Linksabbiege-Fahrspur befindet. Der hier beispielhafte Abbiegevorgang kann als beispielhaftes Fahrszenario einer Kreuzungssituation kann durch ein Fahrassistenzsystem des Fahrzeug 1 und/oder durch einen Nutzer des Fahrzeugs 1 initiiert werden.
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Hierbei befindet sich ein für diesen Abbiegevorgang relevanter Umgebungsbereich 35 vor dem Fahrzeug 1 im Bereich des potentiell beziehungsweise zukünftig durchzuführenden Linksabbiegevorgangs. Dieser Umgangsbereich 35 ist insbesondere für durchzuführende Fahrmanöver 36, hier der Abbiegevorgang an der Kreuzung von Bedeutung. Hierzu kann zunächst festgestellt beziehungsweise festgelegt werden, insbesondere durch das Sensorsystem 2, welche Bereiche des Antennenarrays 3 zu verwenden beziehungsweise anzusteuern sind, um den Umgebungsbereich 35 erfassen zu können.
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Hierzu werden in dieser Situation ein erstes Teilarray 37 und ein zweites Teilarray 38 verwendet. Das erste Teilarray 37 kann beispielsweise im Frontbereich des Fahrzeuges 1 angeordnet sein. Das zweite Teilarray 38 ist hier beispielsweise im Bereich der Fahrerseite des Fahrzeug 1 angeordnet. Somit sind hier als Teilarray 37, 38 die Teile beziehungsweise Bereiche des Antennenarrays 3 aktiv beziehungsweise in Gebrauch, welche derart angeordnet beziehungsweise ausgerichtet sind, um den Umgebungsbereich 35 zumindest teilweise zu erfassen. Hierbei kann mit dem ersten Teilarray 37 der Umgebungsbereich 35 zumindest teilweise erfasst werden. Hierzu weist das erste Teilarray 37 ein erstes Sichtfeld 39 auf, welches sich zumindest teilweise innerhalb des Umgebungsbereichs 35 erstreckt. Das Sichtfeld 39 kann hier eine dreieckige Form beziehungsweise einen Kegelform aufweisen. Mit dem zweiten Teilarray 38 kann ebenfalls der Umgebungsbereich 35 zumindest teilweise erfasst werden. Hierzu kann das zweite Teilarray 38 ein zweites Sichtfeld 40 aufweisen, welches sich zumindest teilweise innerhalb des Umgebungsbereichs erstreckt. Die beiden Teilarrays 37, 38 sind so ausgewählt, dass sie sich in ihren Sichtfeldern 39, 40 zumindest teilweise überlappen beziehungsweise überschneiden. Somit kann durch diese beiden Teilarrays 37, 38 ein möglichst weiter beziehungsweise großflächiger Bereich erfasst werden.
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Wie in der 4 beispielhaft dargestellt, überlappen sich die beiden Sichtfelder 39, 40 zumindest teilweise. Somit entsteht hier ein Überlappungsbereich 41. Wie bereits eingangs erwähnt, sinkt an den Rändern beziehungsweise an den Randbereichen der Teilarrays 37, 38, insbesondere in deren Sichtfeldern 39, 40, das Auflösungsvermögen. Der Überlappungsbereich 41 ist insbesondere durch die Randbereiche 42, 43 gebildet. Die Randbereiche 42, 43 sind insbesondere solche Bereiche der Sichtfelder 39, 40, welche im Vergleich zu dem Zentrum beziehungsweise der Mitte der Sichtfelder 39, 40 die äußere Kontur beziehungsweise die äußere Umrandung der Sichtfelder 39, 40 bilden. In Fahrtrichtung beziehungsweise Längsrichtung des Fahrzeugs 1 betrachtet befindet sich der Randbereich 42 des Sichtfelds 39 im äußeren linken Bereich des Sichtfelds 39 und der Randbereich 43 des zweiten Sichtfelds 40 befindet sich an dem äußeren rechten Rand des zweiten Sichtfelds 40. Somit überlappen sich beziehungsweise überdecken sich die Randbereiche 42, 43 und bilden den Überlappungsbereich 41. Das Sichtfeld 39 kann wiederum einen weiteren Randbereich 44 aufweisen, welcher im Vergleich zu dem Randbereich 42 gegenüberliegend und insbesondere weiter entfernt zu dem Umgebungsbereich 35 und insbesondere dem Fahrmanöver 36 liegt. Ebenfalls kann wiederum das Sichtfeld 40 zumindest einen weiteren Randbereich 45 aufweisen, welche im Vergleich zu dem Randbereich 43 gegenüberliegen, insbesondere weit entfernt ist.
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Wie in der 4 exemplarisch dargestellt sind hier zwei Teilarrays in Verwendung. Es können jedoch auch mehrere, also mehr wie zwei, Teilarrays entsprechend verwendet werden.
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In diesem Überlappungsbereich 41 können sich zu detektierende Objekte 46 beziehungsweise Zielobjekte beziehungsweise potentielle Kollisionsobjekte befinden. Aufgrund des sinkenden beziehungsweise geringeren Auflösungsvermögen in diesem Überlappungsbereich 46 aufgrund der sich überschneidenden Randbereiche 42, 43 kann eine zuverlässige Erfassung beziehungsweise Detektion dieser Objekte 46 nicht ausreichend genug beziehungsweise nicht genau durchgeführt werden, sodass es hier zu kritischen beziehungsweise gefährlichen Situationen kommen kann, da das Fahrzeug 1 die Objekte 46 nur ungenügend erfassen kann oder im schlimmsten Fall nicht berücksichtigen kann. Um diesbezüglich nun Abhilfe zu schaffen, kann ein Kombinationsarray 47 (vergleiche 5) beziehungsweise ein neu gebildetes Teilarray bestimmt beziehungsweise ermittelt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt werden die beiden Sichtfelder 39, 40 und somit die Teilarrays 37, 38 so miteinander kombiniert beziehungsweise um konfiguriert, sodass eine „verbesserte“ Erfassung des Überlappungsbereichs 46 möglich ist. Mit anderen Worten ausgedrückt werden aus den zwei Teilarrays 37, 38 oder aus mehreren solcher Teilarrays eine kombinierte Einheit, also ein erweitertes Teilarray, gebildet. Hierbei erfolgt die Bildung dieses Kombinationsarrays 47 derart, dass vor allem der Überlappungsbereich 46 so erfasst werden kann, dass die Objekte 46 im Wesentlichen vollständig erfasst beziehungsweise detektiert werden können.
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Mit anderen Worten ausgedrückt erfolgt eine neue Bildung eines Subarrays, also das Kombinationsarray 47, als Teilmenge der Antennenelemente der Teilarrays 37, 38. Somit wird das Kombinationsarray 47 aus solchen Antennenelementen gebildet, welche zumindest teilweise zuvor die beiden Teilarrays 37, 38 gebildet haben. Somit erfolgt eine Fusion beziehungsweise eine Zusammenfügung einzelner Elemente der Teilarrays 37, 38 in der Art und Weise, dass der zuvor kritische Bereich hinsichtlich der sich überlappenden Randbereiche 42, 43 nun hinsichtlich der Objekte 46 erfassbar ist. Wie in der 5 exemplarisch dargestellt, weist nun das Kombinationsarray 47 ein solches Sichtfeld, insbesondere ein Kombinationssichtfeld 48, auf, welches die zuvor nicht eindeutig erfassbaren Objekte 46 nun erfassen kann. Insbesondere ist das Kombinationssichtfeld 48 so ausgebildet, dass sich die Objekte 46 nicht mehr in den Randbereichen sondern im mittleren Bereich beziehungsweise in Zentrumsnähe des Kombinationssichtfelds 48 befinden.
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Insbesondere kann mit Hilfe des Sensorsystems 2 oder mit anderweitigen Informationsquellen festgestellt werden, welche Bereiche in der Umgebung 18 des Fahrzeugs für die aktuelle Situation hinsichtlich des Fahrzeugs 1 kritisch sind. Auf Basis der kritischen Bereiche, wie der Überlappungsbereich 41, kann wiederum eine Neuausrichtung des Antennenarrays 3 dahingehend erfolgen, indem das Kombinationsarray 47 gebildet wird. Mit diesem Kombinationsarray 47 können die Ziele, wie die Objekte 46, detektiert werden. Die entsprechenden Informationen können beispielsweise an ein Umfeldmodell übergeben werden.
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Insbesondere handelt es sich bei einem Sensorsystem 2 um ein kohärentes Sensorsystem, dessen Sichtfeld konsekutiv erweitert werden kann. Hierbei können einzelne Teilarrays kohärent zusammengeschalten werden, um ein entsprechendes Teilarray, wie das Kombinationsarray 47, zu erzeugen.
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In dem Umgebungsbereich 35 können sich neben den Objekten 46 in dem Überlappungsbereich 41 weitere Objekte 55 befinden, welche sich nicht in den Randbereichen der Sichtfelder 39, 40 befinden. Diese Objekte 55 können wiederum mittels des ersten und/oder zweiten Teilarray 37, 38 detektiert werden und an eine entsprechende Auswerteeinheit bereitgestellt werden. Zusätzlich dazu kann wiederum das Kombinationsarray 47 gebildet werden, um die weiteren Objekte 46 detektieren beziehungsweise erfassen zu können.
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In der 6 ist in einem beispielhaften Flussdiagramm mit anderen Worten nochmals die vorliegende Anmeldung erläutert.
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In einem Schritt S1 kann überprüft werden, ob das Antennenarray 3 des Sensorsystems 2 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, um das Fahrzeug 1 herum verteilt angeordnet ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Sensorsystem 2 um ein kohärentes, photonisches Radarsystem handeln. Hierbei können die Sensoren beziehungsweise die Antennenelemente 4 in 3D und 360 Grad um das Fahrzeug 1 herum verteilt angeordnet sein. Somit kann eine Detektion des Umfelds beziehungsweise der Umgebung 18 durch ein photonisches Radar durchgeführt werden.
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In einem optionalen Schritt S2 kann basierend auf das durchzuführende Fahrmanöver 36 die benötigten beziehungsweise hierfür relevanten Teilarrays 37, 38 oder weitere Teilarrays bestimmt werden.
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Beispielsweise kann auf Basis des Fahrmanövers 36, insbesondere eines aktuellen oder eines zukünftigen Fahrmanövers, der zu erfassende Umgebungsbereich 35 festgelegt werden. Des Weiteren kann auf Basis des Fahrmanövers 36 und/oder des Umgebungsbereichs 35 festgelegt werden, welche Teilarrays des Antennenarrays 3 und/oder welche Anzahl an Teilarrays des Antennenarrays 3 für das Erfassen des Umgebungsbereichs 35 notwendig sind. Des Weiteren kann hier festgelegt werden, welche einzelnen Elemente und wie viele einzelne Antennenelemente für die Teilarrays 37, 38 zu verwenden sind.
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In einem optionalen Schritt S3 kann der Umgebungsbereich 35 mit den beiden Teilarrays 37, 38 erfasst werden. Hierbei kann es vor allem vorkommen, dass sich die beiden Sichtfelder 39, 40 in ihren Randbereichen 42, 43 überlagern und in diesem Überlappungsbereich 41 nur ein geringes Auflösevermögen vorhanden ist. Dadurch können Objekte, wie die Objekte 46, die sich darin befinden, weniger genau beziehungsweise zuverlässig detektiert beziehungsweise erfasst werden. Somit kann überprüft werden, ob sich grundsätzlich potentielle Objekte in diesem Überlappungsbereich 41 befinden und ob die potentiellen Objekte 46 durch die Teilarrays 37, 38 zumindest teilweise erfassbar sind.
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Sollten sich keine neuen Objekte in diesem Überlappungsbereich 41 befinden, so kann in einem nachfolgenden optionalen Schritt S4 eine Zieldetektion, eine Umfelderfassung beziehungsweise eine Erfassung des Umgebungsbereichs 35 auf Basis der Teilarrays 37, 38 erfolgen.
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Sollten sich jedoch Objekte, wie potentielle Kollisionsobjekte oder Verkehrsteilnehmer, wie Fußgänger, innerhalb des Überlappungsbereichs 41, welcher schlecht erfassbar ist, befinden, so kann nach dem Schritt S3 mit einem optionalen Schritt S5 fortgefahren werden. Insbesondere kann hier eine Zieldetektion der Objekte 46 beziehungsweise potentielle Objekte in den Sichtfeldern 39, 40, insbesondere hinsichtlich der Teilarrays 37, 38, erfolgen. Vor allem erfolgt hier ein Überprüfen hinsichtlich der potentiellen Kollisionsobjekte.
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In einem optionalen nachfolgenden Schritt S6 kann überprüft werden, ob die Objekte 46 detektiert werden konnten. Sollte festgestellt werden, dass sich die Objekte 46 im Überlappungsbereich 41 befinden aber mit dem ersten Teilarray 37 als auch mit dem zweiten Teilarray 38 keine Erfassung dieser Objekte 46 durchführbar ist, so kann mit einem optionalen Schritt S7 fortgeführt werden.
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Hierbei können in dem Schritt S7 die einzelnen Teilarrays 37, 38, insbesondere in ihrer Anzahl und/oder in der Art ihrer einzelnen Antennenelemente, erweitert werden. Somit kann hier eine Anpassung beziehungsweise eine Adaption der Teilarrays 37, 38 dahingehend erfolgen, dass die jeweiligen Sichtfelder der beiden Teilarrays 37, 38 erweiterbar sind beziehungsweise erweitert werden können. Zusätzlich oder anstatt wäre auch denkbar, dass ein weiteres Teilarray, welches benachbart zu den Teilarrays 37, 38 angeordnet ist, zusätzlich für die Erfassung des Umgebungsbereichs 35 verwendet wird. Hierbei kann nur auf Basis von drei Sichtfeldern hinsichtlich der drei hier beispielhaften Teilarrays eine Überprüfung der möglichen Erfassung und wiederum kann eine entsprechende Überprüfung hinsichtlich der überlagerten Bereiche dieser Sichtfelder durchgeführt werden.
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Sollte nun wiederum im Schritt S6 festgestellt werden, dass mit zumindest einem der Teilarrays 37, 38 zumindest eines dieser Objekte 46 teilweise erfassbar ist beziehungsweise hierzu passende Abschattung beziehungsweise Anomalie erfasst werden kann, so kann in einem optionalen Schritt S8 das Kombinationsarray 47 gebildet beziehungsweise bestimmt werden. Somit kann hier eine Rekonfiguration der Teilarrays des Antennenarrays 3 derart durchgeführt werden, dass eine solche Neubildung eines Arrays gegeben ist, welches im Vergleich zu den Teilarrays 37, 38 ein erweitertes beziehungsweise verbessertes Sichtfeld aufweist, um insbesondere die relevanten Objekte 46 detektieren zu können. Bei der Bestimmung beziehungsweise Erzeugung des Kombinationsarrays können zusätzlich Umgebungsinformationen, Verkehrssituationen und/oder Informationen hinsichtlich des durchzuführenden Fahrmanövers 36 berücksichtigt werden. Somit erfolgt auf Basis der zumindest teilweise überlagerten Sichtfelder 39, 40 eine neue Gruppierung von Antennenelemente der Teilarrays 37, 38 derart, dass das Kombinationssichtfeld 48 des Kombinationsarrays 47 bereitgestellt werden kann, um eine verbesserte Erfassung des Umgebungsbereichs 35 und insbesondere des zuvor schlecht detektierbaren Überlappungsbereichs 41 zu ermöglichen.
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Mit dem Kombinationsarray 47 kann nun wiederum die Zieldetektion beziehungsweise die Erfassung des Umgebungsbereichs 35 durchgeführt werden. Hierzu kann wiederum zum Schritt S4 weitergesprungen werden. Die Informationen hinsichtlich der Zielobjekte und insbesondere Objekte 46 können digitalisiert und als eine elektronische Information, insbesondere mittels eines elektronischen Signals, Fahrzeugsysteme des Fahrzeugs 1 und/oder einem Unfallmodell bereitgestellt werden. Dies kann in einem optionalen Schritt S9 erfolgen. In den nachfolgenden Figuren (7 und 8) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wie anhand des erzeugten Kombinationsarrays 47 eine vollständige Umfelderfassung beziehungsweise 360 Grad-Erfassung um das Fahrzeug 1 herum durchgeführt werden kann. Insbesondere erfolgt dies rechenminimierter und aufwandsminimierter.
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In der 7 ist ausgehend von der 5 nochmals das Kombinationsarray 47 und das Kombinationssichtfeld 48 dargestellt. Diese Zusammenfügung der beiden Teilarrays 37, 38 und insbesondere das Kombinationssichtfeld 48 kann auf weitere Teilarrays 49, 50 angewendet beziehungsweise adaptiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt werden die weiteren Teilarrays 49, 50 auf Basis des Kombinationsarrays 47 ebenfalls kombiniert beziehungsweise zusammengeführt, sodass sukzessiv beziehungsweise fortlaufend alle Teilarrays des Antennenarrays 3 entsprechend zusammen jeweils mit benachbarten Teilarrays zusammengefügt werden kann, um auf einfache Art und Weise, insbesondere rechenminimierter, eine 360 Grad-Erfassung durchführen zu können. Bildlich erläutert kann ausgehend von der Ausrichtung beziehungsweise Position des Kombinationsarrays 47 und insbesondere von dem Kombinationssichtfeld 48 entlang des Fahrzeugs 1, insbesondere entlang des Antennenarrays 3, dieses herumrotiert werden, dass analog zu dem zusammengefügten Kombinationsarray weitere analog zusammengeführt werden, um für die aktuelle Umgebungserfassung dies einfach weiter duplizieren zu können. Dadurch kann die Umfelderfassung einfacher durchgeführt werden. Somit kann mit Hilfe des Kombinationsarrays 47, insbesondere mit dem Kombinationssichtfeld 48, eine rotierende Umfelderfassung durch Online-Anpassung des aktiven Subarrays des Gesamtarrays durchgeführt werden. Somit kann das Umfeld beziehungsweise die Umgebung 18 in scannender Form abgetastet werden.
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In der 8 wird ausgehend von der 7 das Kombinationssichtfeld 48 entsprechend der Rotationsrichtung 53 weitergespiegelt beziehungsweise weitergeführt. Hierbei ist nun ausgehend von der 7 aus den Teilarrays 49, 50 auf Basis des Kombinationsarrays 47 ein weiteres Kombinationsarray 51 gebildet, welches wiederum ein weiteres Kombinationssichtfeld 52 aufweist, welches wiederum auf dem Kombinationssichtfeld 48 basiert. Entsprechend der Rotationsrichtung 53 können wiederum weitere Teilarrays 54 nachfolgend auf Basis des Kombinationsarrays 47 entsprechend adaptiert beziehungsweise angepasst werden, bis entsprechend eine 360-Grad-Umfelderfassung durchgeführt werden konnte.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Sensorsystem
- 3
- Antennenarray
- 4
- Antennenelemente
- 5
- Radarsensorvorrichtung
- 6
- zentrale elektronische Recheneinrichtung
- 7
- Lasereinrichtung
- 8
- optisches Übertragungssignal
- 9
- Glasfaser
- 10
- optischer Eingang
- 11
- optischer Ausgang
- 12
- Empfangseinheit
- 13
- Ausgangssignal
- 14
- Verarbeitungseinheit
- 15
- Sendeeinrichtung
- 16
- Empfangseinrichtung
- 17
- elektrisches Aussendesignal
- 18
- Umgebung
- 19
- elektrisches Empfangssignal
- 20
- Rückkanal
- 21
- optisches Empfangssignal
- 22
- optisch-elektrische Wandlereinheit
- 23
- elektrisches Signal
- 24
- digitale Schnittstelle
- 25
- CPU
- 26
- elektrischer Rückkanal
- 27
- Syntheseeinheit
- 28
- Modulator
- 29
- optische Kontrolleinheit
- 30
- optischer Verteiler
- 31
- Kontrolleinheit
- 32
- eine Rückführschleife
- 33
- elektrische Übertragungsstrecke
- 34
- elektrisches Steuersignal
- 35
- Umgebungsbereich
- 36
- Fahrmanöver
- 37
- erstes Teilarray
- 38
- zweites Teilarray
- 39
- erstes Sichtfeld
- 40
- zweites Sichtfeld
- 41
- Überlappungsbereich
- 42, 44
- Randbereiche des ersten Sichtfelds
- 43, 45
- Randbereiche des zweiten Sichtfelds
- 46
- zu detektierende Objekte im Überlappungsbereich
- 47
- Kombinationsarray
- 48
- Kombinationssichtfeld
- 49, 50
- weitere Teilarrays
- 51
- weiteres Kombinationsarray
- 52
- weiteres Kombinationssichtfeld
- 53
- Rotationsrichtung
- 54
- weitere Teilarrays
- 55
- weitere Zielobjekte
- S1 bis S9
- Schritte