DE10316313A1 - Automatic distance control system - Google Patents
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Abstract
Für die Längsführung von Kraftfahrzeugen sind eine Reihe unterschiedlicher Systeme bekannt, die durch automatische Brems- und Beschleunigungseingriffe den Fahrer entlasten bzw. die Verkehrssicherheit erhöhen. Elementarstes Beispiel ist der Tempomat, der eine vom Fahrer gewählte Geschwindigkeit konstant einhält. Bei höherer Verkehrsdichte bleibt allerdings weiterhin der Eingriff des Fahrers nötig, um auf langsamer vorausfahrende oder ihre Spur wechselnde Fahrzeuge zu reagieren. Eine Weiterentwicklung sind "intelligenter Tempomat", "Abstandsregeltempomat", ICC ("intelligent cruise control"), ACC ("adaptive cruise control") oder AICC ("autonomous intelligent cruise control"). Als Sensorprinzip kommt im Wesentlichen Infrarot-Laser oder Millimeterwellen-Radar zum Einsatz, welches den Bereich vor dem Fahrzeug in einem Entfernungsbereich bis zu 100...150 m erfasst, um dort befindliche Objekte zu detektieren und deren Abstand, Geschwindigkeit und Winkelablage in Bezug auf das eigene Fahrzeug zu bestimmen. Es wird eine automatische Abstandsregelung, welche ohne hohen technischen Aufwand mit kostengünstigen Systemkomponenten zu realisieren ist, vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird durch einen am Kraftfahrzeug befindlichen Sender ein elektromagnetisches Signal ausgesendet und dieses Signal nach einer Reflexion durch einen Sensor am Kraftfahrzeug wieder empfangen. Auf Grundlage der Auswertung des Sensorsignals wird sodann der Folgeabstand des Kraftfahrzeugs zu einem diesem ...For the longitudinal guidance of motor vehicles, a number of different systems are known which relieve the driver by automatic braking and acceleration interventions or increase traffic safety. The most elementary example is the cruise control, which keeps a driver-selected speed constant. At higher traffic density, however, the intervention of the driver remains necessary in order to react to slower vehicles driving ahead or changing their lane. Further developments include "intelligent cruise control", "cruise control", ICC ("intelligent cruise control"), ACC ("adaptive cruise control") or AICC ("autonomous intelligent cruise control"). The sensor principle is essentially infrared laser or millimeter-wave radar is used, which detects the area in front of the vehicle in a distance range up to 100 ... 150 m to detect there objects located and their distance, speed and angular deviation with respect to to determine your own vehicle. It is an automatic distance control, which can be realized without high technical complexity with low-cost system components proposed. In the method, an electromagnetic signal is emitted by a transmitter located on the motor vehicle and receive this signal after reflection by a sensor on the motor vehicle again. On the basis of the evaluation of the sensor signal, the following distance of the motor vehicle is then converted into a ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Abstandsregelung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 12.The The invention relates to a method and a device for automatic Distance control according to the preamble of claims 1 and 12th
Für die Längsführung von Kraftfahrzeugen sind eine Reihe unterschiedlicher Systeme bekannt, die durch automatische Brems- und Beschleunigungseingriffe den Fahrer entlasten bzw. die Verkehrssicherheit erhöhen. Elementarstes Beispiel ist der Tempomat, der eine vom Fahrer gewählte Geschwindigkeit konstant einhält. Bei höherer Verkehrsdichte bleibt allerdings weiterhin der Eingriff des Fahrers nötig, um auf langsamer vorausfahrende oder ihre Spur wechselnde Fahrzeuge zu reagieren.For the longitudinal guidance of Motor vehicles are known a number of different systems that by automatic braking and acceleration interventions the driver relieve or increase traffic safety. Elementary example is the cruise control, which maintains a driver-selected speed comply. At higher Traffic density, however, remains the driver's intervention necessary, slower vehicles ahead or changing their lane to react.
Eine Weiterentwicklung, welche in der Literatur zahlreich beschrieben ist, ergänzt den klassischen Tempomaten durch einen Sensor zur Erfassung voraus befindlicher Fahrzeuge, um die eigene Geschwindigkeit entsprechend anpassen zu können. Bezeichnungen hierfür sind "intelligenter Tempomat", "Abstandsregeltempomat", ICC ("intelligent cruise control"), ACC ("adaptive cruise control") oder AICC ("autonomous intelligent cruise control"). Als Sensorprinzip kommt im wesentlichen Infrarot-Laser oder Millimeterwellen-Radar zum Einsatz, welches den Bereich vor dem Fahrzeug in einem Entfernungsbereich bis zu etwa 150 m erfasst, um dort befindliche Objekte zu detektieren und deren Abstand, Geschwindigkeit und Winkel ablage in Bezug auf das eigene Fahrzeug zu bestimmen. Geeignete Auswerteverfahren müssen nun die Relevanz der detektierten Objekte bezüglich der eigenen Fahrspur bewerten. Hierfür wird üblicherweise auch noch der Lenkwinkel des Fahrzeuges herangezogen.A Further development, which has been described numerous in the literature is, added the classic cruise control by a sensor for detection ahead vehicles at their own speed to be able to adapt. designations therefor are "smarter Cruise control "," cruise cruise control "," intelligent cruise control "," ACC "(adaptive cruise control) or AICC (" autonomous intelligent cruise control "). The sensor principle is essentially infrared laser or millimeter-wave radar used to the area in front of the vehicle in a distance range detected up to about 150 m to detect there objects located and their distance, speed and angle with respect to to determine your own vehicle. Suitable evaluation methods must now the relevance of the detected objects with regard to their own lane rate. Therefor becomes common also the steering angle of the vehicle used.
Der Betrieb eines Abstandsregeltempomaten wird durch zwei Modi beschrieben:
- 1. Freie Fahrt mit eingestellter Geschwindigkeit, wobei der Frontbereich permanent überwacht wird, um vorausfahrende Fahrzeuge zu identifizieren;
- 2. Geregelte Folgefahrt hinter einem aufgefassten langsameren Fahrzeug, wobei der Abstand im Sinne eines Sicherheitsabstandes anzupassen ist.
- 1. Free travel at set speed, with the front area permanently monitored to identify vehicles in front;
- 2. Regulated follow-up drive behind a slower vehicle understood, wherein the distance in the sense of a safety distance is to be adjusted.
Modus 1 stellt wesentlich höhere Anforderungen an den Sensor als Modus 2 hinsichtlich Empfindlichkeit, räumlichem Auflösungsvermögen und Messgenauigkeit, da wegen der hohen möglichen Differenzgeschwindigkeiten bereits im Abstand von etwa 100 m eine zuverlässige Spurzuordnung erfolgen muss. Typische Messgenauigkeiten der eingesetzten Sensoren sind: 0,5 m in Entfernung und 0,3°m im Azimutwinkel; Empfindlichkeit: 1 qm Rückstreuquerschnitt in 150 m Entfernung.mode 1 represents much higher Sensor requirements as Mode 2 in terms of sensitivity, spatial Resolving power and measuring accuracy, because of the high possible differential speeds Already at a distance of about 100 m, a reliable track assignment done got to. Typical measuring accuracies of the sensors used are: 0.5 m at a distance and 0.3 ° m in azimuth angle; Sensitivity: 1 sqm backscatter cross section in 150 m Distance.
Am Beispiel eines Radarsensors lassen sich die geforderten Messgenauigkeiten nur durch physikalisches Auflösungsvermögen erzielen. Für den Azimutwinkel bedeutet dies das Vorhandensein mehrerer scharf gebündelter Antennenrichtungen. Auflösung in Entfernung setzt spektrale Bandbreite in Pulssignalen oder Frequenzmodulation voraus. Neben dem technisch hohen Aufwand und der damit verbundenen Kosten resultiert auch eine beträchtliche Baugröße für den Sensor.At the Example of a radar sensor can be the required measurement accuracy achieve only by physical resolution. For the Azimuth angle, this means the presence of several sharply focused Antenna directions. resolution in distance sets spectral bandwidth in pulse signals or frequency modulation ahead. In addition to the high technical effort and the associated Cost also results in a considerable Size for the sensor.
Ein
entsprechendes Millimeterwellen-Radarsystem ist aus dem Patent
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu finden, welche es erlaubt, eine automatische Abstandsregelung ohne hohen technischen Aufwand mit kostengünstigen Systemkomponenten zu realisieren.The The object of the invention is a method and an implementation of this Method to find suitable device, which allows an automatic Distance control without high technical complexity with cost-effective To realize system components.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.The The object is achieved by a method and a device having the features of the claims 1 and 12 solved. Advantageous embodiments and modifications of the invention are achieved by the dependent claims described.
Bei dem Verfahren zur automatischen Abstandsregelung für ein Kraftfahrzeug wird durch einen am Kraftfahrzeug befindlichen Sender ein elektromagnetisches Signal ausgesendet und dieses Signal nach einer Reflektion durch einen Sensor am Kraftfahrzeug wieder empfangen. Auf Grundlage der Auswertung des Sensorsignals wird sodann der Folgeabstand des Kraftfahrzeugs zu einem diesem vorausfahrenden Fahrzeug auf einen bestimmten Sollabstand geregelt. In besonders erfinderischer Weise wird hierbei der Regelvorgang durch eine gezielte Aktivierung der Abstandsregelung initiiert und dieser zum Zeitpunkt der gezielten Aktivierung bestehende Folgeabstand zumindest anfänglich als Sollabstand herangezogen. Dadurch, dass bei Aktivierung der Abstandsregelung der einzuregelnde Sollabstand bereits vorherrscht, kann in besonders gewinnbringender Weise auf eine aufwendige und meist kostenträchtige Bestimmung eines Absolutabstandes des Kraftfahrzeugs zu dem diesem vorausfahrenden Fahrzeug verzichtet werden. Vorteilhaft muss vom Zeitpunkt der Aktivierung der Abstandsregelung nur die Veränderung des Abstandes zu dem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen werden, welche sodann der Abstandsregelung als Regelgröße dient. In vielen Situationen im Straßenverkehr, beispielsweise Stau, zähfließender Verkehr oder Innenstadtverkehr, befindet sich ein Kraftfahrzeug bereits zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Fahrzeugführer die automatische Abstandsregelung aktiviert, in dem gewünschten Sollabstand zu dem ihm vorausfahrenden Fahrzeug. In diesem Fall ist eine Messung des Absolutabstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug unnötig. Es wird also im Rahmen der erfinderischen Abstandsregelung auf die im Stand der Technik übliche eigenständige Erfassung von neu im Sichtbereich erscheinenden Fahrzeugen verzichtet. Statt dessen aktiviert der Fahrzeugführer, in dem Fall, dass sich das Kraftfahrzeug in einem gewünschten Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug befindet, selbst die automatische Abstandsregelung, um diesen Abstand als Sollabstand vorzugeben. die Funktion des erfinderischen Systems kann somit als eine Art „elektronische Koppelstange" zur Realisierung automatisierter Kolonnenfahrten bezeichnet werden.In the method for automatic distance control for a motor vehicle, an electromagnetic signal is emitted by a transmitter located on the motor vehicle and this signal is received again after reflection by a sensor on the motor vehicle. On the basis of the evaluation of the sensor signal, the following distance of the motor vehicle to a preceding vehicle is then adjusted to a specific one Set distance controlled. In a particularly inventive manner, the control process is initiated by a targeted activation of the distance control and this at the time of the targeted activation existing sequence distance at least initially used as a target distance. Characterized in that when activating the distance control of einzuregelnde target distance already prevails, can be dispensed in a particularly profitable manner to a complex and usually costly determination of an absolute distance of the motor vehicle to the vehicle driving this ahead. Advantageously, only the change of the distance to the vehicle in front must be measured from the time the activation of the distance control, which then serves the distance control as a controlled variable. In many situations in traffic, such as congestion, slow-moving traffic or inner-city traffic, a motor vehicle is already at the time when the driver activates the automatic distance control, in the desired desired distance to the preceding vehicle. In this case, measurement of the absolute distance to the preceding vehicle is unnecessary. It is therefore omitted in the inventive distance control on the usual in the art autonomous detection of newly appearing in the field of vision vehicles. Instead, in the event that the motor vehicle is at a desired distance from a preceding vehicle, the vehicle driver himself activates the automatic distance control to specify this distance as the desired distance. the function of the inventive system can thus be referred to as a kind of "electronic coupling rod" for the realization of automated column rides.
In besonders vorteilhafter Weise schafft die Erfindung ein automatisches Abstandsregelsystem, welches zur Folgeführung eines Kraftfahrzeuges einzig mit der Vermessung und Beobachtung des Relativabstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auskommt. Hierzu wird vorzugsweise wird das ausgesandte elektromagnetische Signal als im wesentlichen kontinuierliches Signal ausgebildet. So wird es auf einfache Weise möglich, die Auswertung des Sensorsignals nach dem Dopplersensor-/Dopplerradar-Prinzip durchzuführen, wobei die Phasenvariation beziehungsweise der Frequenzversatz zwischen dem Sendesignal und dem reflektieren Sendesignal (Empfangssignal) als Maß für die Änderung des Relativabstandes zwischen dem Kraftfahrzeug und dem diesem vorausfahrenden Fahrzeug ausgewertet wird. Bei einer solchen Messung, bei welcher die zeitliche Änderung des Abstandes (ΔR/Δt) – also lediglich eine Relativgeschwindigkeit – gemessen wird, wird auch als Range Rating bezeichnet. Dieses erfinderische signifikante Vereinfachung der aus dem Stand der Technik bekannten automobilen Abstandsregelsysteme ermöglicht eine dramatische Vereinfachung der notwendigen Sensorik, was sich insbesondere positiv in Bezug auf die Komplexität des Systemaufbaus, die Baugröße und die Gestehungskosten auswirkt.In Particularly advantageously, the invention provides an automatic Distance control system, which is to follow a motor vehicle solely with the measurement and observation of the relative distance to a preceding vehicle gets along. This is preferably done the emitted electromagnetic signal is considered to be substantially formed continuous signal. This is how it is done in a simple way possible, the evaluation of the sensor signal according to the Doppler sensor / Doppler radar principle perform, wherein the phase variation or the frequency offset between the Transmission signal and the reflected transmission signal (received signal) as Measure of the change the relative distance between the motor vehicle and the preceding this Vehicle is evaluated. In such a measurement in which the temporal change of the distance (ΔR / Δt) - so only a relative speed - measured is also called Range Rating. This innovative significant simplification of those known in the art Automated distance control systems allow a dramatic simplification the necessary sensors, which is particularly positive in terms on the complexity the system structure, the size and the Production costs.
Selbstverständlich kann es sich bei dem im wesentlichen kontinuierlichen Signal auch um eine auf ein anderes Signal aufmodulierte Modulationsschwingung handeln.Of course you can it is also the case of the substantially continuous signal a modulation oscillation modulated onto another signal act.
Insbesondere um eine Fehlfunktion des Systems zu vermeiden, ist das automatische Abstandsregelsystem so ausgestaltet, dass der Regelvorgang nur dann aktiviert werden kann, wenn die Intensität des von dem Sensor empfangenen reflektierten Signals einen bestimmten Signalpegel überschreitet. Auf diese Weise wird vermieden, dass durch die Aktivierung bei zu schwachem Sensorsignal, beispielsweise auf Grund ungünstiger Reflektionsgeometrien des vorausfahrenden Fahrzeugs oder schlechter Ausbreitungsbedingungen für das Sendesignal (Nebel oder Regen), der Regelvorgang frühzeitig abgebrochen wird, weil durch den Sensor kein reflektiertes Signal mehr detektiert werden kann. Diese Funktionalität dient somit auch der Komfortsteigerung und somit der Akzeptanz des Systems durch den Fahrzeugführer.In particular to avoid a malfunction of the system is automatic Distance control system designed so that the control process only then can be activated when the intensity of the received from the sensor reflected signal exceeds a certain signal level. On this way it is avoided by activating too weak Sensor signal, for example, due to unfavorable reflection geometries of the preceding vehicle or poor propagation conditions for the Transmission signal (fog or rain), the control process early is aborted, because by the sensor no reflected signal more can be detected. This functionality thus also serves to increase comfort and thus the acceptance of the system by the driver.
Da wie vorab beschrieben die erfolgreiche Aktivierung des Systems von bestimmten Parametern, wie der Intensitätsstärke des vom Sensor empfangenen Signals abhängig sein kann, sollte vornehmlich das Abstandsregelsystem so ausgestaltet werden, dass dem Führer des Kraftfahrzeuges angezeigt wird, wenn seine Abstandsregelung aktiviert ist.There as described above, the successful activation of the system of certain parameters, such as the intensity intensity of the received from the sensor Signal dependent especially if the distance control system was to be designed that the leader of the motor vehicle is displayed when its distance control is activated.
Es sind unterschiedliche Bedingungen denkbar, unter welchen der automatische Abstandsregelvorgang abgebrochen wird. So sollte vorteilhafterweise der Regelvorgang dann abgebrochen werden, wenn das vom Sensor registrierte reflektierte Signal in seiner Intensität unter eine bestimmte Schwelle abfällt. Diese Situation könnte beispielsweise dann eintreten, wenn das vorausfahrende Fahrzeug die Fahrspur wechselt. Auch ist es vorteilhaft, wenn die automatische Regelung die Kontrolle des Kraftfahrzeugs dann wieder komplett an den Fahrzeugführer übergibt, wenn der Sollabstand nicht mehr automatisch ausgeregelt werden kann ( zu hohe Beschleunigung oder Verzögerung). Um Fehlfunktionen der automatischen Abstandsregelung zu vermeiden, sollte der Regelvorgang vorzugsweise auch dann abgebrochen werden, wenn die ermittelte Frequenzverschiebung im Signalverlauf zwischen ausgesandten und reflektiertem Signal nicht stetig ist. Eine solche Unstetigkeit könnte beispielsweise durch das Einscheren eines anderen Fahrzeuges in den Bereich zwischen dem Kraftfahrzeug und dem ursprünglich verfolgten Fahrzeug der Fall sein. Da im Rahmen des erfinderischen Verfahrens keine absoluten Abstände vermessen werden, kann in Bezug auf dieses neu eingescherte Fahrzeug nicht automatisch der Sollabstand eingeregelt werden.Different conditions are conceivable under which the automatic distance control process is aborted. Thus, advantageously, the control process should be stopped when the reflected signal registered by the sensor drops in intensity below a certain threshold. This situation could occur, for example, when the preceding vehicle changes lane. It is also advantageous if the automatic control then hands over control of the motor vehicle completely to the vehicle driver when the setpoint distance can no longer be corrected automatically (too high acceleration or deceleration). In order to avoid malfunctions of the automatic distance control, the control process should preferably be stopped even if the determined frequency shift in the waveform between emitted and reflected signal is not continuous. Such a discontinuity could be the case, for example, by the collapse of another vehicle in the area between the motor vehicle and the vehicle originally pursued. As part of the he In the case of the inventive method, no absolute distances can be measured, the set distance can not be automatically adjusted with respect to this newly retracted vehicle.
Es ist auch denkbar, dass der Regelvorgang zur automatischen Abstandsregelung dann abgebrochen wird, sobald der Fahrer des Fahrzeuges die Bremse oder das Fahrpedal betätigt. Solche Eingriffe in den Fahrbetrieb können als Zeichen gewertet werden, dass die automatische Abstandsregelung in der vorherrschenden Verkehrssituation nicht mehr den Sicherheitsempfinden des Fahrzeugführers gerecht wird, so dass sie besser abgebrochen werden sollte.It is also conceivable that the control process for automatic distance control is then canceled as soon as the driver of the vehicle the brake or the accelerator pedal is pressed. Such interventions in the driving operation can be regarded as signs, that the automatic distance control in the prevailing traffic situation no longer meets the driver's sense of security, so it should be better stopped.
Auf jeden Fall sollte aber der Fahrzeugführer, insbesondere auf akustische oder optische Weise, über den Abbruch der automatischen Abstandsregelung informiert werden, so dass er wieder rechtzeitig die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen kann.On In any case, the driver should, especially on acoustic or optical way, about be notified of the termination of the automatic distance control, so that he can regain control of the vehicle in good time can.
Da der im Straßenverkehr von vorausfahrenden Fahrzeugen einzuhaltende Sicherheitsabstand auch stark von der aktuell gefahrenen Absolutgeschwindigkeit der Fahrzeuge abhängt, sollte der automatischen Abstandsregelung vorzugsweise auch Informationen über die Absolutgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zugeführt werden. Hierdurch wird es möglich, in Abhängigkeit der Veränderung der Absolutgeschwindigkeit den Sollabstand zu verändern, wobei mit zunehmender Absolutgeschwindigkeit der Sollabstand vergrößert wird.There the in traffic safety distance to be maintained by vehicles in front, too strongly on the currently driven absolute speed of the vehicles depends should preferably also provide information about the automatic distance control Absolute speed of the motor vehicle are supplied. This will it is possible dependent on the change the absolute velocity to change the nominal distance, where is increased with increasing absolute speed of the desired distance.
Aus Sicherheitsüberlegungen kann das Abstandsregelsystem gewinnbringend so ausgestaltet werden, dass der Regelvorgang zumindest zeitweise dann unterbrochen wird, wenn das vorausfahrende Fahrzeug eine vorbestimmbare Geschwindigkeit überschreitet. Die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs kann in Kenntnis der Eigengeschwindigkeit und der Verfolgung der Änderungen der Relativgeschwindigkeiten zum vorausfahrenden Fahrzeug geschätzt werden. Unterschreitet das vorausfahrende Fahrzeug wieder die vorbestimmbare Geschwindigkeit, ist es denkbar, dass das automatische Abstandsregelsystem den dann vorherrschenden Abstand zu diesem Fahrzeug als neuen Sollabstand und selbsttätig wieder die Abstandsregelung aufnimmt. Der Sollabstand hat sich dann gegenüber dem vorher durch den Fahrer eingestellten Sollabstand vergrößert, der Fahrer wird jedoch nicht genötigt, in den Regelvorgang einzugreifen.Out security considerations the distance control system can profitably be designed that the control process is interrupted at least temporarily, when the preceding vehicle exceeds a predeterminable speed. The speed of the preceding vehicle may be known the own speed and the tracking of the changes of the relative speeds be estimated to the preceding vehicle. falls below the preceding vehicle again the predeterminable speed, It is conceivable that the automatic distance control system then the prevailing distance to this vehicle as a new nominal distance and automatically again takes the distance control. The nominal distance has then compared to the previously set by the driver set distance increases Driver is not coerced into to interfere with the control process.
Zur Eingabe der vorbestimmbaren Geschwindigkeit kann gewinnbringend ein bereits im Fahrzeug vorhandener Tempomat oder Geschwindigkeitsbegrenzer (Speed-Limit-Assistant) verwendet werden. Hierbei ist es denkbar, zum Zeitpunkt der Aktivierung des automatischen Abstandregelsystems die mittels Tempomat oder Geschwindigkeitsbegrenzer zuletzt gewählte Geschwindigkeit als vorbestimmte Höchstgeschwindigkeit bei der Abstandsregelung heranzuziehen. Ohnehin sollte in gewinnbringender Weise das Bedienelement zur Aktivierung des erfinderischen Abstandsregelsystems in die Bedieneinheit eines im Kraftfahrzeug befindlichen Tempomaten integriert werden.to Entering the predeterminable speed can be profitable a cruise control or speed limiter already in the vehicle (Speed Limit Assistant) can be used. It is conceivable at the time of activation of the automatic distance control system the by means of cruise control or speed limiter last selected speed as a predetermined maximum speed in the distance control. Anyway should be in profitable Way the control element for activation of the inventive pitch control system in the control unit of a cruise control located in the motor vehicle to get integrated.
Zum Verständnis der Erfindung soll nachfolgend anhand einer Implementierung des Abstandsregelsystems auf Basis eines Millimeterwellen-Radars ein vorteilhafter Systemaufbau im Detail erläutert werden.To the understanding The invention will be described below with reference to an implementation of Distance control system based on a millimeter-wave radar advantageous system structure will be explained in detail.
Bei der Verwendung eines Millimeterwellen-Radarsensors kann davon ausgegangen werden, dass die Antenne nur eine einzelne Raumrichtung mit geringerer Bündelung erfassen muss und damit eine kleine Apertur aufweisen kann. Zur Geschwindigkeitsmessung genügt die Doppleranalyse eines unmodulierten Dauerstrichsignals (,contiuous wave', CW), welches zur Rauschredu zierung und Erhöhung der Störfestigkeit sehr schmalbandig gefiltert werden kann. Eine mögliche, vorteilhafte Realisierung eines solchen CW-Dopplerradars ist mit sehr geringem Schaltungsaufwand möglich. Die Figur zeigt eine entsprechende Schaltung eines derartigen Radar-Frontends nach dem Homodyn-Prinzip, die mit einer einzelnen Antenne und sogar ohne Zirkulator oder Duplexer auskommt. Das Empfangssignal weist In-Phase und Quadratur-Komponenten I und Q auf, um in der Doppleranalyse die erforderliche Vorzeichenauswertung zu ermöglichen. Mit den Abgleichelementen r wird Betrag und Phase des eingekoppelten Oszillatorsignals eingestellt, um die für die Abmischung nötige 90°-Phasenverschiebung zu erhalten.at The use of a millimeter-wave radar sensor can be assumed be that the antenna only a single spatial direction with lesser bundling must capture and thus have a small aperture. to Speed measurement is sufficient the Doppler analysis of an unmodulated continuous wave signal (, contiuous wave ', CW), which for noise reduction and increase in the immunity can be filtered very narrowband. A possible, advantageous realization Such a CW Doppler radar is very simple in terms of circuitry possible. The figure shows a corresponding circuit of such a radar frontend according to the homodyne principle, those with a single antenna and even without a circulator or duplexer gets along. The received signal has in-phase and quadrature components I and Q on to the required sign evaluation in the Doppler analysis to enable. With the adjustment elements r is the amount and phase of the coupled Oscillator signal adjusted to the necessary for the mixing 90 ° phase shift to obtain.
Die Doppleranalyse selbst kann durch numerische Fourier-Transformation (FFT) der I/Q-Signale erfolgen, wodurch sich ein Empfindlichkeitsgewinn entsprechend der FFT-Blocklänge ergibt, oder durch einen Nulldurchgangszähler, wobei hierbei die Phasenlage von I und Q die Zählrichtung vorgibt.The Doppler analysis itself can be performed by numerical Fourier transformation (FFT) the I / Q signals occur, resulting in a gain in sensitivity accordingly the FFT block length results, or by a zero crossing counter, in which case the phase position from I and Q the counting direction pretends.
In besonders vorteilhafter Weise wird das Millimeterwellen-Radar dabei so ausgelegt, dass es in dem für automobile Anwendungen freigegebenen Frequenzbereich 76...77 GHz betrieben wird. Gewinnbringend wir eine Dopplerfrequenzanalyse auf Basis einer 128-Punkte FFT durchgeführt. Die Bestimmung des globalen Maximums im Betrags-Spektrum der FFT liefert sodann die relative Geschwindigkeit des vor dem Kraftfahrzeug vorausfahrenden Fahrzeugs. Bei einer das Abtasttheorem nach Nyquist einhaltenden vorteilhaften Abtastrate für die I/Q-Werte des Empfangssignals von 10 kHz kann die Relativgeschwindigkeit im Bereich von 0,08m/s aufgelöst werden; dies mit einem Eindeutigkeitsbereich von +/- 10 m/s. Diese Rahmenwerte sind für eine Nutzung der automatischen Abstandsregelung im Straßenverkehr in Bezug auf die dort auftretenden Relativgeschwindigkeiten und Relativbeschleunigungen besonders vor teilhaft gewählt. Wird von der Ausnahme ausgegangen, dass der dem Kraftfahrzeug vorausfahrende Fahrzeug zugehörige Radar-Rückstreuquerschnitt wenigstens 5 dBsm beträgt und die Antenne des Radarsystems einen Gewinn von 25 dBi aufweist, kann von einer Reichweite und damit Funktionalität des Systems für Entfernungen von bis zu 120 m ausgegangen werden, vorausgesetzt die Gesamt-Systemverluste überschreiten nicht 10dB. Als minimal erforderliches Signal-zu-Rausch-Verhältnis für fehlerfreie Detektion sind dabei 15dB angenommen. Eine Reichweite von 120 m ist für eine Verwendung im Straßenverkehr sicherlich ausreichend und ist somit ein Indiz für Machbarkeit der erfinderischen Vereinfachung der aus dem Stand der Technik bekannten automobilen Abstandsregelsysteme. Die Realisierung der Radarantenne weist in vorteilhafter Weise eine feste Strahlungscharakteristik von etwa 10° in Azimut und 5° in Elevation auf und wird gewinnbringend durch ein Microstrip-Patch-Array realisiert.In a particularly advantageous manner, the millimeter-wave radar is designed so that it is operated in the released for automotive applications frequency range 76 ... 77 GHz. We get a Doppler frequency analysis based on a 128-point FFT. The determination of the global maximum in the magnitude spectrum of the FFT then supplies the relative speed of the vehicle ahead of the motor vehicle. With an advantageous sampling rate for the I / Q values of the received signal of 10 kHz, which satisfies the sampling theorem according to Nyquist, the relative speed can be resolved in the range of 0.08 m / s; this with a uniqueness range of +/- 10 m / s. These frame values are for use of the automatic distance control in the road ßenverkehr particularly with regard to the relative speeds and relative accelerations occurring there before geous selected. Assuming that the radar backscatter cross section associated with the motor vehicle is at least 5 dBsm and the antenna of the radar system has a gain of 25 dBi, it can be assumed that the system has a range and thus functionality for distances of up to 120 m Assuming the total system losses do not exceed 10dB. The minimum required signal-to-noise ratio for error-free detection is assumed to be 15 dB. A range of 120 m is certainly sufficient for use in traffic and is therefore an indication of the feasibility of the inventive simplification of the known from the prior art automotive distance control systems. The realization of the radar antenna advantageously has a fixed radiation characteristic of approximately 10 ° in azimuth and 5 ° in elevation and is realized profitably by a microstrip patch array.
Neben dem Millimeterwellen-Radar eignen sich auch andere Sensorprinzipien zur einfachen Dopplermessung. So ist zwar bei den kurzen Wellenlängen von (IR-) Laser keine direkte Doppleranalyse des reflektierten Lasersignals praktikabel, wohl aber die einer beispielsweise sinusförmigen Amplitudenmodulation.Next The millimeter-wave radar is also suitable for other sensor principles for easy Doppler measurement. So while the short wavelengths of (IR) laser no direct Doppler analysis of the reflected laser signal practical, but the one example, sinusoidal amplitude modulation.
Andererseits ist es sehr wohl auch denkbar, beispielsweise das ausgesandte Licht eines Kraftfahrzeugscheinwerfers (beispielsweise Xenon-Scheinwerfer) mit einer Modulationsschwingung zu modulieren und den Phasenverlauf dieser Modulationsschwingung zu beobachten und auszuwerten.on the other hand It is also conceivable, for example, the emitted light a motor vehicle headlight (eg xenon headlights) to modulate with a modulation oscillation and the phase curve observe and evaluate this modulation oscillation.
Die mit der Doppleranalyse in zyklischen Abständen Δt ermittelte Relativgeschwindigkeit v ist direktes Maß für die Abstandsänderung ΔR/Δt, welche unmittelbar als zu regelnde Grö ße dem Fahrzeuglängsregler zur Verfügung gestellt werden kann, um daraus Steuersignale zur Betätigung von Bremse oder Drosselklappe abzuleiten. Im Fall, dass das vorausfahrende Fahrzeug seine Geschwindigkeit verändert, ist der – wie oben beschrieben – geregelte Abstand im Sinne eines Sicherheitsabstandes anzupassen. Dies ist allerdings nur in Bezug auf den ursprünglich vom Fahrer gewählten Wunschabstand möglich. Die Anpassung erfolgt auf Basis der tatsächlichen Eigengeschwindigkeit, die an anderer Stelle im Fahrzeug verfügbar ist (ABS, ESP, elektronischer Tacho etc.). Unter Zugrundelegen eines Sicherheitsabstandes, der linear von der Geschwindigkeit abhängt ("Halbe-Tacho-Regel"), genügt sogar die vom Dopplersensor direkt gelieferte Information über die relative Geschwindigkeit, da deren gemessene Änderung dann ein Maß für den zu ändernden Abstand ist.The with the Doppler analysis in cyclic intervals .DELTA.t determined relative velocity v is a direct measure of the change in distance ΔR / Δt, which is immediate as the variable to be controlled for the vehicle's governor to disposal can be made to control signals for the operation of Derive brake or throttle. In the case that the preceding one Vehicle changes its speed is the - as above described - regulated distance adapt in the sense of a safety distance. This is, however only in relation to the original chosen by the driver Desired distance possible. The adaptation is based on the actual airspeed, which is available elsewhere in the vehicle (ABS, ESP, electronic Speedometer etc.). Based on a safety margin, the depends linearly on the speed ("half-speed rule"), even that of the Doppler sensor is sufficient directly supplied information about the relative velocity, since their measured change then a measure of the distance to be changed is.
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