DE10347976A1 - Messgerät und Messverfahren für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Ralph Dr. Mende
Marc Behrens
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und ein Messverfahren, insbesondere Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und Messverfahren für ein Kraftfahrzeug (1), zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und einem Objekt (20) und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz (v) zwischen dem Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und dem Objekt (20), wobei das Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) einen Signalgenerator (31, 81) zur Erzeugung eines Sendesignals (s(t), sl(t)) mit einer zeitvarianten Frequenz und einen Phasenschieber (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) zum Verzögern des Sendesignals (s(t), sl(t)) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung (phi¶RX¶(t), phi¶TX¶(t)) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Messgerät und Messverfahren, insbesondere ein Messgerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Messgerät und dem Objekt, wobei das Messgerät einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Radargerät für ein Kraftfahrzeug zum Messen eines Abstandes zwischen dem Radargerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Radargerät und dem Objekt, wobei das Radargerät einen Oszillator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz aufweist.
  • Ein derartiges Radargerät ist aus der Dissertation „Radarsysteme zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 sowie aus der DE 100 50 278 A1 bekannt. So offenbart die DE 100 50 278 A1 die Bestimmung eines Abstandes und einer Relativgeschwindigkeit wenigstens eines entfernten Objekts von einem Beobachtungspunkt mit Hilfe von vom Beobachtungspunkt ausgesandten elektromagnetischen Signalen in Form von abwechselnd ausgesandten Signalabschnitten einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz, die nach einer Reflexion an dem Objekt empfangen und ausgewertet werden, wobei die Signalabschnitte der beiden Frequenzen während eines Messintervalls um jeweils einen Frequenzschritt verschoben ausgesandt werden.
  • Der Einsatz eines Radargerätes im Automobilbereich ist zudem auch aus der DE 199 22 411 A1 , der DE 42 44 608 C2 und der DE 100 25 844 A1 bekannt. Die DE 199 22 411 A1 offenbart ein CW-Radarverfahren zur Messung von Abständen und Relativgeschwindigkeiten zwischen einem Fahrzeug und einem oder mehreren Hindernissen, bei denen ein Sendesignal aus mindestens vier aufeinander folgenden Blöcken mit jeweils unterschiedlichen Steigungen besteht. In einem Entfernungs-Relativgeschwindigkeits-Diagramm werden zunächst die Schnittpunkte aller Geraden aus zwei Blöcken von allen gefundenen Frequenzpositionen berechnet. Zur Validierung dieser Schnittpunkte werden diese dahingehend überprüft, ob im Fourierspektrum eines dritten Blocks ein Peak an einer Frequenzposition existiert, deren zugeordnete Gerade im Entternungs-Relativgeschwindigkeits-Diagramm einen Umgebungsbereich des Schnittpunktes schneidet. Die derart validierten Schnittpunkte werden einer zweiten Bedingung unterworfen, ob im Fourierspektrum eines vierten Blocks ein Peak an einer Frequenzposition existiert, deren zugeordnete Gerade im Entfernungs-Relativgeschwindigkeits-Diagramm einen Umgebungsbereich des Schnittpunktes schneidet. Die Schnittpunkte werden dann als gültig betrachtet, wenn sie beide Bedingungen erfüllen.
  • Die DE 42 44 608 C2 offenbart ein Radarverfahren zur Messung von Abständen und Relativgeschwindigkeiten zwischen einem Fahrzeug und vor diesem befindlichen Hindernissen, mit Aussendung kontinuierlicher Sendesignale, während des Aussendens der kontinuierlichen Sendesignale gleichzeitiges Empfangen an den Hindernissen reflektierter Signale, Mischen der reflektierten Signale mit den kontinuierlichen Sendesignalen zur Gewinnung von Inphase- und Quadratur-Signalen und Verarbeitung dieser Signale zu Ausgangssignalen für die Abstände und Relativgeschwindigkeiten der Hindernisse, wobei die kontinuierlichen Sendesignale in frequenzkonstante Stufen zeitlich konstanter Länge ohne zeitlichen Abstand zueinander zerlegt sind und während jeder frequenzkonstanten Stufe des reflektierten empfangenen Signals ein komplexer Abtastwert erfasst und mit dem Sendesignal der gleichen frequenzkonstanten Stufe gemischt wird.
  • Die DE 100 25 844 A1 offenbart eine zur Emission eines pulsförmigen Sendesignals dienende Sendeeinheit, die mit einem ersten Ansteuersignal getaktet angesteuert wird, und eine zur Detektion des hieraus resultierenden Reflexionssignals dienende Empfangseinheit, die mit einem zweiten Ansteuersignal getaktet angesteuert wird, um das Reflexionssignal zu bestimmten Abtastzeitpunkten abzutasten. Das zweite Ansteuersignal wird gegenüber dem ersten Ansteuersignal derart phasenverschoben, dass die Entfernungsabweichung zwischen der aufgrund der Laufzeitmessung bestimmten Entfernung zum Zielobjekt und der tatsächlichen Entfernung zum Zielobjekt minimal wird.
  • Zudem ist aus der DE 43 31 440 A1 bekannt, für Radargeräte I/Q-Signalpaare für die Signalauswertung zu bilden, wobei zwischen einer Radarantenne und einem Radarfrontend ein Phasenschieber geschaltet ist, wobei eine Auswerteschaltung eingangsseitig zwei Signalkanäle aufweist, wobei das Radarfrontend über einen Kanalumschalter mit jeweils einem der beiden Signalkanäle verbindbar ist, wobei der Phasenschieber und der Kanalumschalter synchron getaktet sind, und wobei der Phasenschieber mit jedem Takt die Phase zwischen 0° und 45° umschaltet.
  • Aus der DE 689 13 423 T2 ist ein Doppler-Radargerät für ein Fahrzeug zum Anzeigen eines Abstands zwischen dem Fahrzeug und einem Hindernis bekannt.
  • Bei den aus der Dissertation „Radarsysteme zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 sowie aus der DE 100 50 278 A1 bekannten Radargeräten kommt es bei bestimmten Kombinationen von Abständen zwischen dem Radargerät und einem Objekt mit bestimmten Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen dem Radargerät und dem Objekt zu Messungenauigkeiten.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die Messung eines Abstands zwischen einem Radargerät und einem Objekt und/oder einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Radargerät und dem Objekt zu verbessern.
  • Vorgenannte Aufgabe wird durch ein Messgerät, insbesondere Messgerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Messgerät und dem Objekt gelöst, wobei das Messgerät einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz und einen Phasenschieber zum Verzögern des Sendesignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung, aufweist.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Messgerät eine Abstrahlvorrichtung zur Abstrahlung des Sendesignals auf. Dabei ist der Phasenschieber in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung derart zwischen der Abstrahlvorrichtung und dem Signalgenerator angeordnet, dass das Sendesignal mittels des Phasenschiebers vor Abstrahlung mittels der Abstrahlvorrichtung verzögerbar ist.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Messgerät eine Empfangseinrichtung zum Empfang eines von dem Objekt reflektierten Reflexionssignals des abgestrahlten Sendesignals und insbesondere einen Mischer zum Mischen des Reflexionssignals und des Sendesignals auf, wobei der Phasenschieber in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Signalgenerator und dem Mischer angeordnet ist.
  • Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch ein Messgerät, insbesondere Messgerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Messgerät und dem Objekt gelöst, wobei das Messgerät einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz, eine Abstrahlvorrichtung zur Abstrahlung des Sendesignals, eine Empfangseinrichtung zum Empfang eines von dem Objekt reflektierten Reflexionssignals des abgestrahlten Sendesignals und einen Phasenschieber zum Verzögern des Reflexionssignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung, aufweist.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Messgerät einen Mischer zum Mischen des Reflexionssignals und des Sendesignals auf, wobei der Phasenschieber derart zwischen der Empfangseinrichtung und dem Mischer angeordnet ist, dass das Reflexionssignal mittels des Phasenschiebers vor Eingang in den Mischer verzögerbar ist.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Phasenverschiebung mit der Zeit linear ansteigend oder abfallend.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Sendesignal ein mit einem Zusatzsignal mit einer zeitvarianten, insbesondere mit einer linear mit der Zeit ansteigenden oder abfallenden, Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz auf. Einzelheiten eines derartigen Sendesignal, z.B. für ein FMCW-Radar, können der der Dissertation „Radarsysteme zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 entnommen werden.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Phasenverschiebung in gleichem Maße mit der Zeit linear ansteigend oder abfallend wie die Frequenz des Zusatzsignals.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Phasenverschiebung periodisch ansteigend und abfallend. So kann die Phasenverschiebung z.B. abwechselnd 0 und das 0,5-fache der Periode der Trägerfrequenz betragen. Eine besonders kostengünstige Implementierung eines Phasenschiebers mit einer derartigen Phasenverschiebung ist ein Phasenschieber, der einen elektrischen Verlängerungsleiter und einen Schalter zum wahlweisen Leiten eines durch den Phasenschieber laufenden Signals durch den elektrischen Verlängerungsleiter aufweist. Ein derartiger elektrischer Verlängerungsleiter kann z.B. eine Länge aufweisen, welche der Hälfte der betrachteten Wellenlänge entspricht, also beispielsweise bei 77 GHz gleich 3,9 mm/2.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstrahlvorrichtung und die Empfangseinrichtung je eine Antenne. Die Abstrahlvorrichtung und die Empfangseinrichtung können jedoch auch mittels einer gemeinsamen Antenne implementiert werden.
  • In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Abstrahlvorrichtung ein optisches Element, insbesondere ein Laser. Die Empfangseinrichtung ist dabei in weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein lichtempfindliches Element, insbesondere eine Photodiode.
  • Vorgenannte Aufgabe wird zudem – insbesondere in Verbindung mit vorgenannten vorteilhaften Ausgestaltungen – durch ein Radargerät, insbesondere Radargerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Radargerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Radargerät und dem Objekt gelöst, wobei das Radargerät einen Oszillator bzw. einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz und einen Phasenschieber zum Verzögern des Sendesignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung, aufweist. Ein Beispiel für ein stufenweises lineares Verändern einer Frequenz ist in der DE 42 44 608 C2 offenbart.
  • Vorgenannte Aufgabe wird zudem – insbesondere in Verbindung mit vorgenannten vorteilhaften Ausgestaltungen – durch ein Radargerät, insbesondere Radargerät für ein Kraftfahrzeug, zum Messen eines Abstandes zwischen dem Radargerät und einem Objekt und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Radargerät und dem Objekt gelöst, wobei das Radargerät einen Oszillator bzw. einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer zeitvarianten Frequenz, eine Sendeantenne zur Abstrahlung des Sendesignals, eine Empfangsantenne zum Empfang eines von dem Objekt reflektierten Reflexionssignals des abgestrahlten Sendesignals und einen Phasenschieber zum Verzögern des Reflexionssignals, insbesondere mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung, aufweist.
  • Ein lineares Verändern einer Frequenz oder einer Phase Sinne der Erfindung umfasst auch ein stufenweises Verändern der Frequenz oder der Phase in im wesentlichen äquidistanten Stufen, wobei die Stufen insbesondere so gewählt sind, dass bei einer Abtastung eines Signals mit der sich verändernden Frequenz oder Phase bei jeder Abtastung eine neue Stufe erreicht ist. Nach der Abtastung ist in diesem Fall kein oder kaum ein Unterschied zwischen einem linearen Verändern der Frequenz oder der Phase im strengen Sinne und dem stufenweisen Verändern der Frequenz oder der Phase feststellbar.
  • Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein individuell im Straßenverkehr benutzbares Landfahrzeug. Kraftfahrzeuge im Sinne der Erfindung sind insbesondere nicht auf Landfahrzeuge mit Verbrennungsmotor beschränkt.
    •
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
  • 1 eine Vorderansicht eines Kraftfahrzeugs,
  • 2 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs,
  • 3 ein FMCW-Radargerät,
  • 4 ein Geschwindigkeits-Abstands-Diagramm,
  • 5 ein Ausführungsbeispiel für ein Radargerät,
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Radargerät,
  • 7 ein Ausführungsbeispiel für einen Phasenschieber,
  • 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Radargerät,
  • 9 ein Ausführungsbeispiel für ein optisches Messgerät,
  • 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optisches Messgerät und
  • 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein optisches Messgerät.
  • 1 und 2 zeigen ein Kraftfahrzeug 1 in beispielhafter Ausgestaltung. 1 zeigt dabei eine Vorderansicht des Kraftfahrzeugs 1, und 2 zeigt eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen vorderen Stoßfänger 2 und einen hinteren Stoßfänger 3 auf. Der vordere Stoßfänger 2 weist in beispielhafter Ausgestaltung Abstandssensoren- und/oder Geschwindigkeitssensoren 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 zum Messen eines Abstandes R zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und einem Objekt bzw. Hindernis 20, wie etwa einem anderen Kraftfahrzeug, und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz v zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt bzw. Hindernis 20 auf, wobei die Geschwindigkeitsdifferenz v die Differenz der Geschwindigkeit vH des Hindernisses 20 und der Geschwindigkeit vF des Kraftfahrzeugs 1 ist.
  • Es können je nach Anwendung der Abstandssensoren- und/oder Geschwindigkeitssensoren 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 mehr oder weniger Abstandssensoren am Stoßfänger 2 angeordnet sein. Es können alternativ oder zusätzlich auch Abstandssensoren an dem hinteren Stoßfänger 3, an Seitenspiegeln 4, 5, an Seitentüren 6, 7 und/oder an einer Heckklappe 8 angeordnet sein. Die Abstandssensoren können in verschiedene Richtungen und/oder in verschiedene Höhen ausgerichtet sein. Anwendungsbeispiele derartiger Abstandssensoren können der Dissertation „Radarsysteme zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 entnommen werden.
  • 3 zeigt ein FMCW-Radargerät 30, das z.B. als Abstandssensor- und/oder Geschwindigkeitssensor 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 verwendbar ist. Das FMCW-Radargerät 30 weist einen Oszillator bzw. einen Signalgenerator 31 zur Erzeugung eines Sendesignals s(t) mit einer zeitvarianten Frequenz, eine Sendeantenne 35 zur Abstrahlung des Sendesignals s(t) und eine Empfangsantenne 36 zum Empfang eines von einem Objekt wie dem Hindernis 20 reflektierten Reflexionssignals r(t) des abgestrahlten Sendesignals des s(t) auf. t bezeichnet dabei die Zeit.
  • Das mittels des Signalgenerators 31 erzeugte Sendesignal s(t) weist ein mit einem Zusatzsignal mit einer linear mit der Zeit ansteigenden oder abfallenden Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz auf. Einzelheiten eines derartigen Sendesignals, z.B. für ein FMCW-Radar, können der der Dissertation „Radarsysteme zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 sowie der DE 100 50 278 A1 entnommen werden.
  • Das Sendesignal s(t) wird mittels eines Kopplers 32 einem Mischer 38 zum Mischen des Sendesignals s(t) und des Reflexionssignals r(t) zugeleitet. Der Mischer 38 gibt ein Inphase-Signal I(t) aus.
  • Das Sendesignal s(t) wird zudem mittels eines weiteren Kopplers 33 einem Phasenschieber 37 zugeleitet, mittels dessen die Phase des Sendesignals s(t) bezogen auf die Trägerfrequenz um 90° also π/2 verschoben wird. Das phasenverschobene Sendesignal wird einem Mischer 39 zum Mischen des phasenverschobenen Sendesignals und des Reflexionssignals r(t) zugeleitet, das dem Mischer 39 mittels eines Kopplers 34 zugeleitet wird. Der Mischer 39 gibt ein Quadratur-Signal Q(t) aus. Einzelheiten verschiedener Radargeräte sowie Einzelheiten bezüglich FMCW-Radargeräten können der der Dissertation „Radarsysteme zur automatischen Abstandsregelung in Automobilen" von R. Mende, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1999 entnommen werden.
  • 4 zeigt ein Geschwindigkeits-Abstands-Diagramm mit einer Kurve 40, bei der die (dominierende) Frequenz f der Summe I(t) + jQ(t) konstant ist. Die Kurve 40 gilt für einen so genannten Upchirp, bei dem das Sendesignal s(t) ein mit einem Zusatzsignal mit einer linear mit der Zeit ansteigenden Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz ist. Dabei gilt für die Kurve 40
    Figure 00080001
    wobei Δv die Auslösung der Messung der Geschwindigkeitsdifferenz v, ΔR die Auslösung der Messung des Abstandes R und y die Steigung der Frequenz des Zusatzsignals ist.
  • Die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R erfolgt durch Messen der (dominierenden) Frequenz des Inphase-Signals I(t) bzw. des Quadratur-Signals Q(t) bzw. der Summe I(t) + jQ(t) für mehrere Steigungen y1, y2, ... yM und Lösen eines sich daraus ergebenden Gleichungssystems:
    Figure 00080002
  • In einem Bereich in dem f sehr klein bzw. nahe Null ist, sind die Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. der Abstand R aufgrund von Unzulänglichkeiten der Hochfrequenzbauteile (z. B. aufgrund von Phasenrauschen und Gleichanteilen) nur sehr ungenau messbar. Ausführungsbeispiele von Lösungen dieses Problems sind im folgenden beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleichartige Einrichtungen bzw. Elemente bezeichnen.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Radargerät 50 zur verbesserten Messung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R. Das Radargerät 50 weist wie das FMCW-Radargerät 30 einen Oszillator bzw. einen Signalgenerator 31 zur Erzeugung eines Sendesignals s(t), eine Sendeantenne 35 zur Abstrahlung des Sendesignals s(t) und eine Empfangsantenne 36 zum Empfang eines von einem Objekt wie dem Hindernis 20 reflektierten Reflexionssignals r(t) des abgestrahlten Sendesignals s(t) auf. Das mittels des Signalgenerators 31 erzeugte Sendesignal s(t) weist ein mit einem Zusatzsignal mit einer linear in äquidistanten Stufen mit der Zeit ansteigenden Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz auf. Das Sendesignal s(t) wird mittels eines Kopplers 32 einem Mischer 38 zum Mischen des Sendesignals s(t) und des Reflexionssignals r(t) zugeleitet. Der Mischer 38 gibt ein Inphase-Signal I(t) aus.
  • Das Sendesignal s(t) wird zudem mittels eines weiteren Kopplers 33 einem Phasenschieber 37 zugeleitet, mittels dessen die Phase des Sendesignals s(t) bezogen auf die Trägerfrequenz um 90° also π/2 verschoben wird. Das phasenverschobene Sendesignal wird einem Mischer 39 zum Mischen des phasenverschobenen Sendesignals und des Reflexionssignals r(t) zugeleitet, das dem Mischer 39 mittels eines Kopplers 34 zugeleitet wird. Der Mischer 39 gibt ein Quadratur-Signal Q(t) aus.
  • Alternativ zu der Anordnung in 5 zeigt 6 den zusätzlichen Phasenschieber im Zweig des Pumpsignals. Zwischen dem Signalgenerator 31 und der Sendeantenne 35 ist ein Phasenschieber 53 zum Verzögern des Sendesignals s(t) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung φTX(t) angeordnet. In dieser Anordnung gelten die folgenden Formeln analog.
  • Das abgestrahlte Sendesignal s'(t) in 5 lässt sich somit angeben mit
    Figure 00090001

    wobei n einen Laufindex vorgenannter äquidistanter Stufen, N die Anzahl vorgenannter äquidistanter Stufen, fT die Trägerfrequenz, fHub die Differenz der Frequenz des Zusatzsignals bei n = N und der Frequenz des Zusatzsignal bei n = 1, TBurst die Dauer einer n-ten Stufe und rect eine Rechteckfunktion bezeichnet.
  • Damit ergibt sich ein Signal m(t) = I(t) + jQ(t) zu
    Figure 00100001
    wobei fD die Dopplerfrequenz und τ 2R/c ist, und wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.
  • Abgetastet mit einer Abtastfrequenz fa mit
    Figure 00100002
    ergibt sich
    Figure 00100003
    wobei φTX(n) linear mit n steigend gemäß φTX(n) = n·δφTX eingestellt wird.
  • Damit ergibt sich eine Frequenzverschiebung δf mit
    Figure 00100004
  • Die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R erfolgt durch Messen der (dominierenden) Frequenz des Inphase-Signals I(t) bzw. des Quadratur-Signals Q(t) bzw. der Summe I(t) + jQ(t) für mehrere Steigungen y1, y2, ... yM und Lösen eines sich daraus ergebenden folgenden Gleichungssystems
    Figure 00100005
  • Figure 00110001
  • 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Radargerät 52 zur verbesserten Messung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R. Das Radargerät 52 weist einen zwischen dem Signalgenerator 31 und den Mischern 38 und 39 angeordneten Phasenschieber 53 zum Verzögern des Sendesignals s(t) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung φRX(t) auf.
  • Der Term φRX(t) bzw. φRX(n) wird entsprechend φTX(t) bzw. φTX(n) gebildet und hat für das resultierende Mischerausgangssignal I(t) bzw. Q(t) eine vergleichbare Auswirkung wie φTX(t) bzw. φTX(n) im Ausführungsbeispiel gemäß 5.
  • Anstelle eines linearen Anstiegs der Phasenverschiebung φTX(t) bzw. φTX(n) oder φRX(t) bzw. φRX(n) kann diese periodisch ansteigend und abfallend sein. So kann die Phasenverschiebung z.B. abwechselnd 0 und das 0,5-fache einer Trägerperiode (=1/Trägerfrequenz) betragen:
    Figure 00110002
  • Die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R erfolgt wiederum durch Messen der (dominierenden) Frequenz des Inphase-Signals I(t) bzw. des Quadratur-Signals Q(t) bzw. der Summe I(t) + jQ(t) für mehrere Steigungen y1, y2, ..., yM und Lösen eines sich daraus ergebenden folgenden Gleichungssystems:
    Figure 00110003
    Figure 00120001
  • Eine besonders kostengünstige Implementierung eines Phasenschiebers 60 mit einer derartigen Phasenverschiebung ist in 7 gezeigt. Der Phasenschieber 60 weist eine elektrische Verzögerungsleitung λ/2 62 und einen Schalter 61 zum wahlweisen Leiten eines durch den Phasenschieber 60 laufenden Signals durch die elektrische Verzögerungsleitung 62 auf. Eine derartige elektrische Verzögerungsleitung 62 kann z.B. eine Länge von Wellenlänge/2 aufweisen (also bei 77 GHz z. B.
    Figure 00120002
    )
  • 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Radargerät 70 zur verbesserten Messung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R. Das Radargerät 70 weist einen zwischen der Empfangsantenne 36 und den Mischern 38 und 39 angeordneten Phasenschieber 71 zum Verzögern des Reflexionssignals r(t) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung auf. Die Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R erfolgt dabei in analoger Weise wie die mit Bezugnahme auf 5 und 6 beschriebene Bestimmung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R.
  • 9, 10 und 11 zeigen Ausführungsbeispiele für optische Messgeräte 90, 100 und 110 zur verbesserten Messung der Geschwindigkeitsdifferenz v bzw. des Abstandes R. Die optischen Messgeräte 90, 100 und 110 weisen je einen Oszillator bzw. einen Signalgenerator 81 zur Erzeugung eines Sendesignals sI(t), einen Laser 85 zur Abstrahlung von Licht mit der Frequenz des Sendesignals sI(t) und eine Photodiode 86 zum Empfang eines von einem Objekt wie dem Hindernis 20 reflektierten Lichts und zur Erzeugung eines Reflexionssignals rI(t) mit Frequenz, die der Frequenz des reflektierten Lichts entspricht. Das mittels des Signalgenerators 81 erzeugte Sendesignal sI(t) weist ein mit einem Zusatzsignal mit einer linear in äquidistanten Stufen mit der Zeit t ansteigenden Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz auf. Das Sendesignal sI(t) wird mittels eines Kopplers 82 einem Mischer 88 zum Mischen des Sendesignals sI(t) und des Reflexionssignals rI(t) zugeleitet. Der Mischer 88 gibt ein Inphase-Signal I(t) aus.
  • Das Sendesignal sI(t) wird zudem mittels eines weiteren Kopplers 83 einem Phasenschieber 87 zugeleitet, mittels dessen die Phase des Sendesignals sI(t) bezogen auf die Trägerfrequenz um 90° also π/2 verschoben wird. Das phasenverschobene Sendesignal wird einem Mischer 89 zum Mischen des phasenverschobenen Sendesignals und des Reflexionssignals rI(t) zugeleitet, das dem Mischer 89 mittels eines Kopplers 84 zugeleitet wird. Der Mischer 89 gibt ein Quadratur-Signal Q(t) aus.
  • Das optische Messgerät 90 gemäß 9 weist einen zwischen dem Signalgenerator 81 und dem Laser 85 angeordneten Phasenschieber 91 zum Verzögern des Sendesignals sI(t) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung φTX(t) auf. Das optische Messgerät 100 gemäß 10 weist einen zwischen dem Signalgenerator 81 und den Mischern 88 und 89 angeordneten Phasenschieber 101 zum Verzögern des Sendesignals sI(t) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung φRX(t) auf. Es ist auch möglich, den Phasenschieber 101 nach dem Mischer 88 anzuordnen. Das optische Messgerät 110 gemäß 11 weist einen zwischen der Photodiode 86 und den Mischern 88 und 89 angeordneten Phasenschieber 111 zum Verzögern des Sendesignals sI(t) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung auf.
  • Die Phasenverschiebung bezüglich Phasenschieber 60 kann auch in Bezug auf verschiedene Messungen variiert werden. So kann die Phasenverschiebung für eine oder mehrere Messungen zu Null gesetzt werden oder mit einer anderen Steigung steigen oder einer anderen Frequenz alternieren. Die Phasenverschiebung bezüglich Phasenschieber 60 kann ebenfalls in Bezug auf verschiedene Messungen durch Verwendung unterschiedlicher elektrischer Verzögerungsleitung variiert werden. Zudem können Messungen vorgesehen sein, bei denen das Signal nicht durch den elektrischen Verzögerungsleitung 62 geleitet wird.
  • Die Elemente und Leiter in den Figuren sind unter Berücksichtigung von Einfachheit und Klarheit und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. So sind z.B. die Größenordnungen einiger Elemente bzw. Leiter deutlich übertrieben gegenüber anderen Elementen bzw. Leitern dargestellt, um das Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2, 3
    Stoßfänger
    4, 5
    Seitenspiegel
    6, 7
    Seitentür
    8
    Heckklappe
    10, 11, 12, 13,
    14, 15, 16
    Abstandssensor- und/oder Geschwindigkeitssensor
    20
    Objekt bzw. Hindernis
    30
    FMCW-Radargerät
    31, 81
    Signalgenerator
    32, 33, 34, 82,
    83, 84
    Koppler
    35
    Sendeantenne
    36
    Empfangsantenne
    37, 87
    Phasenschieber
    38, 39, 88, 89
    Mischer
    40
    Kurve
    50, 52, 70
    Radargerät
    51, 53, 60, 71,
    91, 101, 111
    Phasenschieber
    61
    Schalter
    62
    Verzögerungsleitung
    85
    Laser
    86
    Photodiode
    90, 100, 110
    optisches Messgerät
    I(t)
    Inphase-Signal
    Q(t)
    Quadratur-Signal
    R
    Abstand
    r(t), rI(t)
    Reflexionssignal
    s(t), sI(t)
    Sendesignal
    v
    Geschwindigkeitsdifferenz
    vF
    Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
    vH
    Geschwindigkeit des Hindernisses
    φRX(t), φTX(t)
    zeitvariante Phasenverschiebung

Claims (25)

  1. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110), insbesondere Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) für ein Kraftfahrzeug (1), zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und einem Objekt (20) und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz (v) zwischen dem Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und dem Objekt (20), wobei das Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) einen Signalgenerator (31, 81) zur Erzeugung eines Sendesignals (s(t), sI(t)) mit einer zeitvarianten Frequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) einen Phasenschieber (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) zum Verzögern des Sendesignals (s(t), sI(t)) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung (φRX(t), φTX(t)) aufweist.
  2. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Abstrahlvorrichtung (35, 85) zur Abstrahlung des Sendesignals (s(t), sI(t)) aufweist.
  3. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) derart zwischen der Abstrahlvorrichtung (35, 85) und dem Signalgenerator (31, 81) angeordnet ist, dass das Sendesignal (s(t), sI(t)) mittels des Phasenschiebers (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) vor Abstrahlung mittels der Abstrahlvorrichtung (35, 85) verzögerbar ist.
  4. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Empfangseinrichtung (36, 86) zum Empfang eines von dem Objekt (20) reflektierten Reflexionssignals (r(t), rI(t)) des abgestrahlten Sendesignals (s(t), sI(t)) aufweist.
  5. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Mischer (38, 39, 88, 89) zum Mischen des Reflexionssignals (r(t), rI(t)) und des Sendesignals (s(t), sI(t)) aufweist.
  6. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) zwischen dem Signalgenerator (31, 81) und dem Mischer (38, 39, 88, 89) angeordnet ist.
  7. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110), insbesondere Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) für ein Kraftfahrzeug (1), zum Messen eines Abstandes zwischen dem Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und einem Objekt (20) und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz (v) zwischen dem Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und dem Objekt (20), wobei das Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) einen Signalgenerator (31, 81) zur Erzeugung eines Sendesignals (s(t), sI(t)) mit einer zeitvarianten Frequenz, eine Abstrahlvorrichtung (35, 85) zur Abstrahlung des Sendesignals (s(t), sI(t)) und eine Empfangseinrichtung (36, 86) zum Empfang eines von dem Objekt (20) reflektierten Reflexionssignals (r(t), rI(t)) des abgestrahlten Sendesignals (s(t), sI(t)) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) einen Phasenschieber (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) zum Verzögern des Reflexionssignals (r(t), rI(t)) mit einer bestimmten Phasenverschiebung (φRX(t), φTX(t)) aufweist.
  8. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Mischer (38, 39, 88, 89) zum Mischen des Reflexionssignals (r(t), rI(t)) und des Sendesignals (s(t), sI(t)) aufweist, wobei der Phasenschieber (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) derart zwischen der Empfangseinrichtung (36, 86) und dem Mischer (38, 39, 88, 89) angeordnet ist, dass das Reflexionssignal (r(t), rI(t)) mittels des Phasenschiebers (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) vor Eingang in den Mischer (38, 39, 88, 89) verzögerbar ist.
  9. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Phasenverschiebung (φRX(t), φTX(t)) linear ansteigend ist.
  10. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (φRX(t), φTX(t)) mit der Zeit linear abfallend ist.
  11. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal (s(t), sI(t)) ein mit einem Zusatzsignal mit einer zeitvarianten Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz aufweist.
  12. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal (s(t), sI(t)) ein mit einem Zusatzsignal mit einer linear mit der Zeit ansteigenden oder abfallenden Frequenz moduliertes Trägersignal mit einer Trägerfrequenz aufweist.
  13. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das die Phasenverschiebung (φR X(t), φTX(t)) in gleichem Maße mit der Zeit linear ansteigend oder abfallend ist wie die Frequenz des Zusatzsignals.
  14. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (φRX(t), φTX(t)) periodisch ansteigend und abfallend ist.
  15. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung (φRX(t), φTX(t)) abwechselnd 0 und das n-fache einer Abtastfrequenz ist.
  16. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber (60) einen elektrischen Verlängerungsleiter (62) und einen Schalter (61) zum wahlweisen Leiten eines durch den Phasenschieber (60) laufenden Signals (r(t), rI(t), (s(t), sI(t)) durch den elektrischen Verlängerungsleiter (62) aufweist.
  17. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des elektrischen Verlängerungsleiters (62) zwischen 2mm und 10mm beträgt.
  18. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlvorrichtung eine Antenne (35) ist.
  19. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung eine Antenne (36) ist.
  20. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlvorrichtung ein optisches Element (85) ist.
  21. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlvorrichtung ein Laser (85) ist.
  22. Messgerät (10; 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung ein lichtempfindliches Element (86) ist.
  23. Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung eine Photodiode (86) ist.
  24. Messverfahren, insbesondere für ein Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, für ein Kraftfahrzeug (1) zum Messen eines Abstands zwischen dem Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und einem Objekt (20) und/oder zum Messen einer Geschwindigkeitsdifferenz (v) zwischen dem Messgerät ((10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) und dem Objekt (20), wobei mit einem Signalgenerator (31, 81) ein Sendesignal (s(t), sI(t)) mit einem Phasenschieber (51, 53, 60, 71, 91, 101, 111) mit einer zeitvarianten Phasenverschiebung (φRX(t), φTX(t)) verzögert wird.
  25. Kraftfahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass es ein Messgerät (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 50, 52, 70, 90, 100, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist oder ein Messverfahren nach Anspruch 24 ausführbar ist.
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