DE202022104920U1

DE202022104920U1 - Radar device

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Publication number: DE202022104920U1
Application number: DE202022104920.3U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2023-12-01
Anticipated expiration: 2032-09-01

Abstract

Radarvorrichtung (10) zur Erfassung eines Objekts (20) in einem ersten Überwachungsbereich (18), die einen Radarsender (12) zum Aussenden eines Radarsignals in den ersten Überwachungsbereich (18), einen Radarempfänger (22) zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem Radarsignal sowie eine Steuer- und Auswertungseinheit (24) zur Erfassung einer Objekteigenschaft des Objekts (20) aus dem Empfangssignal aufweist, insbesondere der Bestimmung eines Abstands des Objekts (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung (10) einen zusätzlichen Nahbereichssensor (30) mit einem zweiten Überwachungsbereich (28) zur Erkennung von Objekten (26) unmittelbar vor der Radarvorrichtung (10) aufweist.Radar device (10) for detecting an object (20) in a first monitoring area (18), which has a radar transmitter (12) for sending a radar signal into the first monitoring area (18), a radar receiver (22) for generating a received signal from the radar signal and a control and evaluation unit (24) for detecting an object property of the object (20) from the received signal, in particular the determination of a distance of the object (20), characterized in that the radar device (10) has an additional short-range sensor (30) with a second monitoring area (28) for detecting objects (26) immediately in front of the radar device (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung zur Erfassung eines Objekts in einem ersten Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a radar device for detecting an object in a first monitoring area according to the preamble of claim 1.

Die Überwachung mit Radar ist seit langem bekannt und wird in vielen Anwendungsfeldern genutzt. Dabei sind verschiedene Prinzipien bekannt, um den Abstand zu einem erfassten Objekt zu messen, beispielsweise Impulsradar, Dauerstrichradar oder FMCW-Radar (Frequency-Modulated Continuous Wave). Auch die direkte Messung einer Geschwindigkeit unter Ausnutzung des Dopplereffekts ist eine typische Radaranwendung.Radar monitoring has been known for a long time and is used in many fields of application. Various principles are known for measuring the distance to a detected object, for example pulse radar, continuous wave radar or FMCW radar (Frequency-Modulated Continuous Wave). The direct measurement of a speed using the Doppler effect is also a typical radar application.

Radar durchdringt viele Materialien und ist daher relativ robust. Das trifft auch für Witterungseinflüsse im Außenbereich zu. Wird aber die Radarvorrichtung mit einem für die Wellenlängen des Radars undurchlässigen Material verdeckt, so können keine Ziele mehr erkannt werden. Das ist insofern problematisch, als ein Ziel im Nahbereich gerade mit einem FMCW-Radarsensor prinzipbedingt nicht oder nur schlecht erkennbar ist. Die Radarvorrichtung erkennt deshalb eine Verdeckung im Nahbereich nicht selbstständig und ist dadurch ausfallgefährdet und manipulierbar.Radar penetrates many materials and is therefore relatively robust. This also applies to outdoor weather influences. However, if the radar device is covered with a material that is opaque to the wavelengths of the radar, targets can no longer be detected. This is problematic because a target at close range is inherently impossible or difficult to detect, especially with an FMCW radar sensor. The radar device therefore does not independently detect occlusion in the close range and is therefore at risk of failure and manipulation.

Die DE 197 49 397 A1 offenbart ein Verfahren zur Fahrzeugsteuerung, bei dem mit einem Radarabstandssensor ein Abstand zu einem Gegenstand vor dem Fahrzeug gemessen und mit einer Laservorrichtung die Sichtweite beurteilt wird. In einer Ausführungsform kann ein Ausfall des Radarabstandssensors dadurch festgestellt werden, dass die Laservorrichtung einen Gegenstand erkennt, der plötzlich vor dem Fahrzeug auftaucht, ohne dass der Radarabstandssensor dies gemeldet hat.The DE 197 49 397 A1 discloses a method for vehicle control in which a distance to an object in front of the vehicle is measured using a radar distance sensor and the visibility is assessed using a laser device. In one embodiment, a failure of the radar distance sensor can be determined by the laser device detecting an object that suddenly appears in front of the vehicle without the radar distance sensor having reported this.

Aus der DE 10 2016 115 073 A1 ist ein Fahrerassistenzsystem mit einem optischen Entfernungsmesssystem und einem Radar-Entfernungsmesssystem bekannt. Die jeweiligen Messwerte werden fusioniert, um die Vorteile der jeweiligen Messtechniken zu kombinieren. Das optische Entfernungsmesssystem ist ferner in der Lage, Verschmutzungen im Bereich von Eintritts- und/oder Austrittsfenstern zu erkennen, für die das Radar-Entfernungsmesssystem unempfindlicher ist.From the DE 10 2016 115 073 A1 a driver assistance system with an optical distance measuring system and a radar distance measuring system is known. The respective measured values are merged to combine the advantages of the respective measurement techniques. The optical distance measuring system is also able to detect contamination in the area of entry and/or exit windows, to which the radar distance measuring system is less sensitive.

In diesen Ansätzen des Standes der Technik findet zwar eine gegenseitige Ergänzung von Radar und optischer Erfassung statt. Das bezieht sich aber auf eine Kombinationsmessung über den gesamten Überwachungsbereich. Auf Manipulationen im Nahbereich wird dabei nicht eingegangen, und bereits die Schwäche des Radars in Bezug auf sehr nahe Ziele wird gar nicht erst diskutiert.In these prior art approaches, radar and optical detection complement each other. However, this refers to a combination measurement over the entire monitoring area. Close-range manipulations are not discussed, and the weakness of the radar in relation to very close targets is not even discussed.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verlässlichere Radarvorrichtung anzugeben.It is therefore the object of the invention to provide a more reliable radar device.

Diese Aufgabe wird durch eine Radarvorrichtung zur Erfassung eines Objekts in einem ersten Überwachungsbereich nach Anspruch 1 gelöst. Die Radarvorrichtung weist einen Radarsender und einen Radarempfänger auf, um ein Radarsignal in den Überwachungsbereich auszusenden und von dort wieder zu empfangen. Radarsender und Radarempfänger sind vorzugsweise gemeinsam als Transceiver ausgebildet. Eine Steuer- und Auswertungseinheit wertet das Empfangssignal des Radarempfängers aus, um Objekteigenschaften zu bestimmen. Bevorzugt wird dabei ein Abstand aus der Signallaufzeit des Radarsignals mit einem der einleitend genannten Prinzipien gemessen. Andere beispielhafte Objekteigenschaften sind die Geschwindigkeit oder die bloße Feststellung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Objekten im ersten Überwachungsbereich.This object is achieved by a radar device for detecting an object in a first monitoring area according to claim 1. The radar device has a radar transmitter and a radar receiver in order to send out a radar signal into the monitoring area and receive it again from there. Radar transmitters and radar receivers are preferably designed together as transceivers. A control and evaluation unit evaluates the received signal from the radar receiver to determine object properties. Preferably, a distance from the signal transit time of the radar signal is measured using one of the principles mentioned in the introduction. Other exemplary object characteristics include speed or the mere detection of the presence or absence of objects in the first surveillance area.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine Verdeckung der Radarvorrichtung und insbesondere ihres Radoms mit einem zusätzlichen Nahbereichssensor zu erkennen (blockage detection). Der Nahbereichssensor weist einen zweiten Überwachungsbereich unmittelbar vor der Radarvorrichtung auf. Der zweite Überwachungsbereich wird von den Radarsignalen auf dem Weg in den ersten Überwachungsbereich ebenfalls durchsetzt, aber in dieser Nähe kann ein Objekt per Radar noch nicht erfasst werden. Das führt dazu, dass die Radarvorrichtung ohne die zusätzliche Information des zusätzlichen Nahbereichssensors nicht bemerken würde, wenn ein Verdeckungsobjekt in dem zweiten Überwachungsbereich das Radarsignal absorbiert oder direkt zurückwirft. Die Radarvorrichtung würde dann fälschlich von einem freien ersten Überwachungsbereich ausgehen, obwohl sie tatsächlich blind oder jedenfalls deutlich beeinträchtigt in ihrer Funktion ist, Objekte in dem ersten Überwachungsbereich zu bemerken.The invention is based on the basic idea of detecting blockage of the radar device and in particular its radome with an additional short-range sensor (blockage detection). The short-range sensor has a second monitoring area directly in front of the radar device. The second monitoring area is also penetrated by the radar signals on the way to the first monitoring area, but an object cannot yet be detected by radar in this vicinity. This means that without the additional information from the additional short-range sensor, the radar device would not notice if an obscuring object in the second monitoring area absorbs the radar signal or reflects it directly back. The radar device would then incorrectly assume that there is a free first monitoring area, although it is actually blind or at least clearly impaired in its function of noticing objects in the first monitoring area.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass dank des zusätzlichen Nahbereichssensors erkannt wird, wenn die Radarvorrichtung beziehungsweise deren Radom verdeckt ist. Der Nahbereichssensor ist aufgrund seines von Radar verschiedenen Sensorprinzips in der Lage, den Nahbereich beziehungsweise zweiten Überwachungsbereich zu überwachen, der mittels Radar aufgrund der Funktionsweise nicht ausgewertet werden könnte. Der Nahbereichssensor unterstützt die Radarerfassung und erkennt damit Messausfälle oder Manipulationen.The invention has the advantage that, thanks to the additional short-range sensor, it is detected when the radar device or its radome is obscured. Due to its sensor principle, which is different from radar, the short-range sensor is able to monitor the short-range or second monitoring area, which could not be evaluated using radar due to the way it works. The short-range sensor supports radar detection and thus detects measurement failures or manipulations.

Der zweite Überwachungsbereich ist bevorzugt ein Nahbereich von Berührung der Radarvorrichtung bis höchstens 5 cm, höchstens 10 cm, höchstens 20 cm oder höchstens 50 cm, und der erste Überwachungsbereich schließt sich an den Nahbereich an. Der zusätzliche Nahbereichssensor ist somit für Objekte zuständig, die die Radarvorrichtung oder deren Radom berühren oder zumindest äußerst nahe kommen. Der erste Überwachungsbereich, der mittels Radar überwacht wird, umfasst hingegen fernere Abstände jenseits des Nahbereichs. Die beiden Überwachungsbereiche ergänzen einander, der Nahbereichssensor misst dort, wo das Radar es nicht kann. Es geht erfindungsgemäß anders als im einleitend genannten Stand der Technik nicht darum, einen großen und möglichst vollständigen Überlappungsbereich zu schaffen, in dem diversitär mit Radar und einem weiteren Sensorprinzip gemessen wird.The second monitoring area is preferably a close range from contact with the radar device up to a maximum of 5 cm, a maximum of 10 cm, a maximum of 20 cm or a maximum of 50 cm, and the The first surveillance area follows the close area. The additional short-range sensor is therefore responsible for objects that touch the radar device or its radome or at least come extremely close. The first surveillance area, which is monitored using radar, however, includes distant distances beyond the close range. The two monitoring areas complement each other; the short-range sensor measures where the radar cannot. According to the invention, unlike the prior art mentioned in the introduction, the aim is not to create a large and as complete as possible overlapping area in which diverse measurements are made using radar and another sensor principle.

Der Nahbereichssensor ist bevorzugt ein optischer Sensor, insbesondere ein Lichtlaufzeitsensor. Typische Verdeckungs- und Manipulationsobjekte sind optisch undurchsichtig und werden daher mit dem optischen Sensor erkannt. Es wird ein entsprechender Austrittsbereich beziehungsweise Eintrittsbereich geschaffen, der optisch transparent ist, insbesondere in dem Radom. Ein Lichtlaufzeitsensor (TOF, Time of Flight) kann zugleich noch den Abstand zu einem Objekt im Nahbereich messen. Es sind sehr kompakte TOF-Chips erhältlich, die als optischer Sensor eingesetzt werden können.The short-range sensor is preferably an optical sensor, in particular a time-of-flight sensor. Typical obscuration and manipulation objects are optically opaque and are therefore detected with the optical sensor. A corresponding exit area or entry area is created that is optically transparent, especially in the radome. A time of flight sensor (TOF) can also measure the distance to an object at close range. Very compact TOF chips are available that can be used as an optical sensor.

Der Nahbereichssensor ist vorzugsweise ein induktiver Sensor oder ein kapazitiver Sensor. Mit einem kapazitiven Messprinzip werden gerade jene metallischen oder feuchten Objekte erfasst, mit denen die Eigenschaften des Radars unbemerkt verändert werden könnten. Induktiv werden zumindest metallische Objekte ebenfalls erfasst. Andere Materialien wie Staub oder Kunststoffe mit geringer Permittivität, die optisch intransparent sind und von einem optischen Sensor daher noch erfasst würden, sind für das Radar transparent und daher gar nicht relevant.The short-range sensor is preferably an inductive sensor or a capacitive sensor. A capacitive measuring principle is used to detect precisely those metallic or moist objects that could change the properties of the radar unnoticed. At least metallic objects are also detected inductively. Other materials such as dust or plastics with low permittivity, which are optically non-transparent and would therefore still be detected by an optical sensor, are transparent to the radar and therefore not relevant at all.

Radarsender und Radarempfänger sind bevorzugt mit einem Sensorelement des Nahbereichssensors auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Das ergibt einen besonders kompakten Aufbau. Ein optischer Sensorchip, insbesondere TOF-Chip, mindestens eine Spule eines induktiven Sensors und mindestens eine Elektrode eines kapazitiven Sensors können ohne Weiteres neben einem Radar-Transceiver auf einer Leiterplatte Platz finden.Radar transmitters and radar receivers are preferably arranged with a sensor element of the short-range sensor on a common circuit board. This results in a particularly compact structure. An optical sensor chip, in particular a TOF chip, at least one coil of an inductive sensor and at least one electrode of a capacitive sensor can easily fit on a circuit board next to a radar transceiver.

Der Nahbereichssensor ist bevorzugt für eine Abstandsbestimmung in dem zweiten Überwachungsbereich ausgebildet. Damit wird die Radarmessung für die kurzen Abstände des Nahbereichs ergänzt, Objekte können dort zusätzlich lokalisiert werden. Der Nahbereichssensor kann einen größeren lateralen Messbereich aufweisen, beispielsweise durch leicht im Winkel gegeneinander versetzte TOF-Messstrahlen.The short-range sensor is preferably designed for determining the distance in the second monitoring area. This supplements the radar measurement for short distances in the close range and objects can also be localized there. The close-range sensor can have a larger lateral measuring range, for example through TOF measuring beams that are slightly offset from one another at an angle.

Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, aus dem Empfangssignal zu erkennen, ob sich die Radarvorrichtung in einem Innenbereich oder einem Außenbereich befindet, und ein entsprechendes Signal auszugeben, um eine zulässige Höchstgeschwindigkeit eines mit der Radarvorrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs anzupassen. Im Innenbereich würden sehr häufig Objekte in nicht allzu großem Abstand gemessen, beispielsweise Innenwände, Regale oder sonstige Objekte. Im Außenbereich herrscht wesentlich häufiger freie Sicht. Das schlägt sich auswertbar in dem Empfangssignal nieder. Eine weitere beispielhafte Möglichkeit der Unterscheidung zwischen Betrieb im Innenbereich und Außenbereich ist die Erkennung einer Raum- oder Hallendecke beziehungsweise des freien Himmels. Dazu kann die Radarvorrichtung derart ausgerichtet sein, dass sie nach oben hin misst und dafür beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs montiert werden. Die Radarvorrichtung kann, wenn sie auf die beschriebene oder eine andere Weise erkannt hat, ob sie sich im Innenbereich oder Außenbereich befindet, unterschiedliche Höchstgeschwindigkeiten für den Betrieb eines überwachten Fahrzeugs innen und außen freigegeben.The control and evaluation unit is preferably designed to detect from the received signal whether the radar device is located indoors or outdoors and to output a corresponding signal in order to adjust a maximum permissible speed of a vehicle equipped with the radar device. Indoors, objects are often measured that are not too far away, such as interior walls, shelves or other objects. Outdoors there is a clear view much more often. This is reflected in the received signal in an evaluable manner. Another exemplary way of distinguishing between indoor and outdoor operation is the detection of a room or hall ceiling or the open sky. For this purpose, the radar device can be aligned in such a way that it measures upwards and, for example, can be mounted on the roof of the vehicle. Once the radar device has recognized whether it is indoors or outdoors in the manner described or in another way, it can release different maximum speeds for the operation of a monitored vehicle inside and outside.

Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, bei einem in dem zweiten Überwachungsbereich erfassten Objekt ein Manipulationssignal auszugeben. The control and evaluation unit is preferably designed to output a manipulation signal for an object detected in the second monitoring area.

Ein im Nahbereich erkanntes Objekt ist häufig auf eine bewusste Manipulation zurückzuführen. Im Endeffekt ist egal, ob sich das Objekt doch nur zufällig und nicht absichtlich im Nahbereich befindet, weil die Auswirkungen die gleichen sind. Das Radar arbeitet in diesem Falle nicht zuverlässig, und deshalb wird das Manipulationssignal ausgegeben. In der Beispielanwendung des Vorabsatzes, in der erkannt wird, ob die Radarvorrichtung sich im Innenbereich oder Außenbereich befindet, könnte bei Vorliegen des Manipulationssignals vorsichtshalber vom Innenbereich und dessen niedrigerer Höchstgeschwindigkeit ausgegangen werden. Denkbar ist auch, das Fahrzeug überhaupt zu stoppen, weil die Radarvorrichtung ihre Funktionen wegen der Manipulation nicht verlässlich erfüllt.An object detected at close range is often the result of deliberate manipulation. In the end, it doesn't matter whether the object is in the close range by chance and not intentionally, because the effects are the same. In this case, the radar does not work reliably and therefore the manipulation signal is issued. In the example application of the previous paragraph, in which it is recognized whether the radar device is located indoors or outdoors, if the manipulation signal is present, the indoor area and its lower maximum speed could be assumed as a precaution. It is also conceivable to stop the vehicle altogether because the radar device does not reliably fulfill its functions due to the manipulation.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:

1 eine schematische Darstellung einer Radarvorrichtung mit zusätzlichem Nahbereichssensor; und
2 eine beispielhafte Anwendung der Radarvorrichtung an einem Gabelstapler.

The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages using exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawing. The illustrations in the drawing show:

1 a schematic representation of a radar device with an additional short-range sensor; and
2 an exemplary application of the radar device on a forklift.

1 zeigt eine schematische Blockdarstellung einer Radarvorrichtung 10. Ein Sender 12 erzeugt mit Hilfe einer Antenne 14 ein Radarsignal, welches durch ein Radom 16 in einen ersten Überwachungsbereich 18 oder Fernbereich ausgesandt wird. Befindet sich dort ein Objekt 20, so wird ein Teil des Radarsignals zu der Radarvorrichtung 10 reflektiert. Dort wird aus dem Radarsignal über die Antenne 14 und einem Empfänger 22 ein Empfangssignal erzeugt, welches einer Steuer- und Auswertungseinheit 24 zugeführt wird. Die Steuer- und Auswertungseinheit 24 weist einen oder mehrere digitale Rechenbausteine auf, beispielsweise einen Mikroprozessor, ein FPGA oder ein ASIC, und kann zumindest teilweise extern vorgesehen sein. Sender 12 und Empfänger 22 können abweichend jeweils eine eigene Sende- beziehungsweise Empfangsantenne aufweisen. Umgekehrt ist in vielen Ausführungsformen anstelle eines separaten Senders 12 und Empfängers 22 ein Transceiver vorgesehen. 1 shows a schematic block diagram of a radar device 10. A transmitter 12 uses an antenna 14 to generate a radar signal, which is sent through a radome 16 into a first monitoring area 18 or long-distance area. If there is an object 20 there, part of the radar signal is reflected to the radar device 10. There, a received signal is generated from the radar signal via the antenna 14 and a receiver 22, which is fed to a control and evaluation unit 24. The control and evaluation unit 24 has one or more digital computing modules, for example a microprocessor, an FPGA or an ASIC, and can be at least partially provided externally. Transmitter 12 and receiver 22 can each have their own transmitting or receiving antenna. Conversely, in many embodiments, a transceiver is provided instead of a separate transmitter 12 and receiver 22.

Die dargestellte Radarvorrichtung 10 erfasst nur einen bestimmten Winkelausschnitt in einer Richtung. Durch ein nicht gezeigtes optionales Abtastverfahren kann der erste Überwachungsbereich 18 insgesamt vergrößert werden. Dabei wird der jeweilige Abtastwinkel variiert, wobei das wiederum auf verschiedene Weisen möglich ist. Einige Beispiele sind Ausführungsformen der Antenne 14 als rotierende Richtantenne, mehrere abwechselnd angesteuerte, verschieden ausgerichtete Antennen oder eine Antennenanordnung, deren Richtcharakteristik durch Ansteuerung mit verschiedenen Phasen beziehungsweise empfangsseitige Auswertung wechselt (Phased Array). Wird ein Objekt 20 erfasst, so ergibt sich dann aus der Richtung, in die das Radarsignal ausgesandt wird, eine Winkelinformation.The radar device 10 shown only detects a certain angular section in one direction. The first monitoring area 18 can be enlarged overall by an optional scanning method (not shown). The respective scanning angle is varied, which is again possible in different ways. Some examples are embodiments of the antenna 14 as a rotating directional antenna, several alternately controlled, differently aligned antennas or an antenna arrangement whose directional characteristic changes due to control with different phases or evaluation on the receiving side (phased array). If an object 20 is detected, angle information results from the direction in which the radar signal is emitted.

Die Auswertung des Empfangssignals beschränkt sich im einfachsten Fall auf eine binäre Anwesenheitsfeststellung des Objekts 20. Dazu muss lediglich eine signifikante Veränderung des Empfangssignals festgestellt werden, etwa durch eine Amplitudenschwelle. In vielen Ausführungsformen wird zudem der Abstand gemessen. Das basiert in der Regel auf einem Zusammenspiel mit einer geeigneten Modulation des ausgesandten Radarsignals. Einige Beispiele sind ein (Im)pulsverfahren mit Bestimmung der Laufzeit eines Sendepulses, ein Dauerstrich- oder Phasenverfahren mit periodischer Modulation des ausgesandten Radarsignals und Bestimmung der Phasendifferenz zu dem Empfangssignal sowie eine rampenartige Frequenzmodulation mit Auswertung der Frequenz des Empfangssignals (FMCW, Frequency-Modulated Continuous Wave). Radarvorrichtungen sind seit langem in vielfältigen Bauweisen bekannt, so dass der Aufbau und das Messprinzip nur grob beschrieben sind und die Erfindung auch in dieser Hinsicht nicht auf die genannten Varianten beschränkt ist.In the simplest case, the evaluation of the received signal is limited to a binary presence determination of the object 20. All that is required is to detect a significant change in the received signal, for example through an amplitude threshold. In many embodiments, the distance is also measured. This is usually based on an interaction with a suitable modulation of the transmitted radar signal. Some examples are an (im)pulse method with determination of the transit time of a transmission pulse, a continuous wave or phase method with periodic modulation of the emitted radar signal and determination of the phase difference to the received signal, and a ramp-like frequency modulation with evaluation of the frequency of the received signal (FMCW, Frequency-Modulated Continuous waves). Radar devices have been known for a long time in a variety of designs, so that the structure and the measuring principle are only roughly described and the invention is not limited to the variants mentioned in this respect either.

Zusätzlich zu der Radarerfassung ist die Radarvorrichtung 10 für eine Erfassung eines Verdeckungsobjekts 26 in einem zweiten Überwachungsbereich 28 oder Nahbereich ausgebildet und weist dafür einen Nahbereichssensor 30 auf, der nach einem anderen Erfassungsprinzip als Radar arbeitet. Vorzugsweise sind Sender 12 und Empfänger 22 für das Radarsignal und Sensorelement des Nahbereichssensors 30 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 32 untergebracht. Bei dem Sensorelement handelt es sich je nach Messprinzip des Nahbereichssensors um einen Chip für optische Erfassung, mindestens eine Messspule für eine induktive Erfassung, mindestens eine Messelektrode für eine kapazitive Erfassung oder einen Ultraschallsender und -empfänger.In addition to the radar detection, the radar device 10 is designed for detecting an obscuring object 26 in a second monitoring area 28 or close range and for this purpose has a short range sensor 30 which works according to a different detection principle than radar. Preferably, the transmitter 12 and receiver 22 for the radar signal and sensor element of the short-range sensor 30 are housed on a common circuit board 32. Depending on the measuring principle of the short-range sensor, the sensor element is a chip for optical detection, at least one measuring coil for inductive detection, at least one measuring electrode for capacitive detection or an ultrasonic transmitter and receiver.

Die beiden Überwachungsbereiche 18, 28 ergänzen einander, es sind also Nahbereich und Fernbereich als komplementäre Begriffe zu verstehen, wie durch eine gestrichelte Linie 34 dazwischen angedeutet. In absoluten Zahlen umfasst der zweite Überwachungsbereich beispielsweise eine Berührung der Radarvorrichtung 10 beziehungsweise des Radoms 16 bis hin zu solchen nahen Abständen wie höchstens 5 cm, 10 cm, 20 cm oder 50 cm, die mit Radar prinzipbedingt nicht gemessen werden könnten. Ein typisches Beispiel für ein Verdeckungsobjekt 26 ist ein feuchtes Tuch oder ein Blechstück, das auf die Radarvorrichtung 10 gelegt wird, sei es versehentlich oder zur absichtlichen Manipulation und Umgehung von Sicherheitsmaßnahmen. Ein weiteres Beispiel ist eine Schmutzschicht, die sich auf dem Radom 16 abgesetzt hat. Letztlich spielt die Herkunft des Verdeckungsobjekts 26 eine untergeordnete Rolle, es soll jedenfalls im Falle seiner Anwesenheit erkannt werden, um eine verlässliche Radarmessung zu gewährleisten.The two monitoring areas 18, 28 complement each other, so close area and long area are to be understood as complementary terms, as indicated by a dashed line 34 between them. In absolute numbers, the second monitoring area includes, for example, contact with the radar device 10 or the radome 16 up to such close distances as a maximum of 5 cm, 10 cm, 20 cm or 50 cm, which in principle cannot be measured with radar. A typical example of an obscuring object 26 is a damp cloth or piece of sheet metal that is placed on the radar device 10, whether accidentally or to intentionally manipulate and circumvent security measures. Another example is a layer of dirt that has settled on the radome 16. Ultimately, the origin of the obscuring object 26 plays a subordinate role; in any case, it should be recognized in the event of its presence in order to ensure a reliable radar measurement.

Wie schon in der möglichen Natur des Sensorelements angedeutet, kann der Nahbereichssensor ein optischer Sensor, induktiver Sensor, kapazitiver Sensor, Ultraschallsensor oder sonstiger Sensor mit einem von Radar verschiedenen Sensorprinzip sein. Zumindest optisch oder mittels Ultraschall ist weitergehend neben einer reinen Anwesenheitserkennung eine Abstandsmessung möglich, so dass über die Manipulationserkennung hinaus der Messbereich der Radarvorrichtung 10 effektiv in den Nahbereich des zweiten Überwachungsbereichs 28 hinein erweitert werden kann.As already indicated in the possible nature of the sensor element, the short-range sensor can be an optical sensor, inductive sensor, capacitive sensor, ultrasonic sensor or other sensor with a sensor principle different from radar. At least optically or by means of ultrasound, in addition to pure presence detection, a distance measurement is also possible, so that beyond the manipulation detection, the measuring range of the radar device 10 can be effectively extended into the close range of the second monitoring area 28.

Als optischer Sensor kann besonders bevorzugt ein Lichtlaufzeitsensor eingesetzt werden (TOF, Time of Flight, beziehungsweise LIDAR, Light Detection and Ranging). Dabei sind Ausführungsformen als einstrahliges System, als Solid-State-Scanner oder als Laserscanner vorstellbar. Besonders vorteilhaft können mehrere leicht im Winkel versetzte TOF-Chips beziehungsweise flächige TOF-Chips mit größerem lateralem Erfassungsbereich oder einem Scanprinzip verwendet werden, um eine noch wirkungsvollere Unterstützung der Radarvorrichtung 10 im Nahbereich zu erzielen.A time-of-flight sensor can particularly preferably be used as the optical sensor (TOF, Time of Flight, or LIDAR, Light Detec tion and ranging). Embodiments as a single-beam system, as a solid-state scanner or as a laser scanner are conceivable. Particularly advantageously, several slightly angularly offset TOF chips or flat TOF chips with a larger lateral detection range or a scanning principle can be used in order to achieve even more effective support of the radar device 10 in the close range.

Ein optischer Sensor erkennt optisch intransparente Materialien, die häufig auch für Radar intransparent sind. Allerdings gibt es auch nicht wenige Materialien, die optisch als Verdeckungsobjekt 26 erscheinen, für Radar aber transparent sind, beispielsweise Kunststoffe oder Stäube. Problematisch für eine Radarerfassung sind vor allem metallische Materialien oder Wasser, letzteres auch in Form feuchter Gegenstände wie eines nassen Putzlappens oder Holzstücks. Ein induktives und vor allem kapazitives Messprinzip des Nahbereichssensors 30 erkennt problematische Verdeckungsobjekte 26 deshalb oft noch differenzierter. Die Messelektrode eines kapazitiven Sensors reagiert gerade auf besagte metallische Materialien und Wasser. Die Messspule eines induktiven Sensors erfasst nur elektrisch leitfähige Verdeckungsobjekte 26 wie beispielsweise das Auflegen eines Blechs. Das würde aber auch das Radarsignal in besonders kritischer Weise abschirmen. Somit haben die verschiedenen denkbaren Messprinzipien für den Nahbereichssensor 30 ihre Vor- und Nachteile hinsichtlich ihrer Sensitivität und möglicher Fehlalarme. Allen Sensorprinzipien gemein ist, dass die Radarvorrichtung 10 ein Verdeckungsobjekt 26, das vom Radar allein übersehen würde, überhaupt wahrnimmt. Eine gewisse Rate an Fehlalarmen durch Verdeckungsobjekte 26, mit denen die Radarvorrichtung 10 weitgehend unbeeinträchtigt hätte weiterarbeiten können, oder umgekehrt übersehene Verdeckungsobjekte 26 mit nur geringen Auswirkungen auf das Radarsignal sind dann in der Regel hinnehmbar.An optical sensor detects optically opaque materials, which are often also opaque to radar. However, there are also quite a few materials that appear optically as an obscuring object 26 but are transparent to radar, for example plastics or dust. Metallic materials or water are particularly problematic for radar detection, the latter also in the form of moist objects such as a wet cleaning cloth or piece of wood. An inductive and, above all, capacitive measuring principle of the short-range sensor 30 therefore often detects problematic obscuring objects 26 in an even more differentiated manner. The measuring electrode of a capacitive sensor reacts to said metallic materials and water. The measuring coil of an inductive sensor only detects electrically conductive obscuring objects 26, such as the placement of a sheet of metal. But that would also shield the radar signal in a particularly critical way. The various conceivable measuring principles for the short-range sensor 30 therefore have their advantages and disadvantages in terms of their sensitivity and possible false alarms. What all sensor principles have in common is that the radar device 10 actually perceives an obscuring object 26 that would be overlooked by the radar alone. A certain rate of false alarms due to obscuring objects 26, with which the radar device 10 could have continued to work largely unimpaired, or conversely, overlooked obscuring objects 26 with only minor effects on the radar signal are then generally acceptable.

2 zeigt eine beispielhafte Anwendung der Radarvorrichtung 10 in Montage an einem Gabelstapler 36. Eine Aufgabe der Radarvorrichtungen 10 ist die Erkennung, ob der Gabelstapler 36 innerhalb einer Halle oder im Freien bewegt wird, was beispielsweise aus der Art und Häufigkeit von erfassten Objekten oder Hindernissen erschlossen wird. Es kann auch abweichend von der Darstellung die Radarvorrichtung 10 nach oben ausgerichtet werden und messen, ob eine Raum- oder Hallendecke in einem endlichen Abstand oder der freie Himmel erfasst wird. Je nach Einsatzort wird dann in einem Steuergerät des Gabelstaplers 36 eine angepasste Höchstgeschwindigkeit freigegeben. In der Praxis zeigt sich, dass die Limitierung der Höchstgeschwindigkeit durch die Fahrer manipuliert wird, indem die Radarvorrichtung 10 gezielt verdeckt wird. Diese Manipulation kann durch den Nahbereichssensor 30 erkannt werden. Die Radarvorrichtung 10 kann weitere Aufgaben erfüllen, beispielsweise die Erkennung von Personen oder Hindernissen im Fahrweg des Gabelstaplers 36 oder zumindest ein Beitrag zu einer Navigation anhand erkannter Umgebungskonturen. Umgekehrt ist es natürlich nur eine Beispielanwendung, die absichtliche Manipulation oder zufällige Störung der Radarvorrichtung 10 durch ein Verdeckungsobjekt 26 tritt ebenso in vielen anderen Situationen auf. 2 shows an exemplary application of the radar device 10 mounted on a forklift 36. One task of the radar devices 10 is to detect whether the forklift 36 is being moved within a hall or outdoors, which is inferred, for example, from the type and frequency of detected objects or obstacles . Deviating from the illustration, the radar device 10 can also be aligned upwards and measure whether a room or hall ceiling is detected at a finite distance or the open sky. Depending on the location, an adjusted maximum speed is then released in a control unit of the forklift 36. In practice it turns out that the maximum speed limit is manipulated by the drivers by deliberately concealing the radar device 10. This manipulation can be detected by the close-range sensor 30. The radar device 10 can fulfill other tasks, for example the detection of people or obstacles in the path of the forklift 36 or at least a contribution to navigation based on recognized environmental contours. Conversely, it is of course only an example application; the intentional manipulation or accidental interference of the radar device 10 by an obscuring object 26 also occurs in many other situations.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19749397 A1 [0004]
DE 102016115073 A1 [0005]

Claims

Radar device (10) for detecting an object (20) in a first monitoring area (18), which has a radar transmitter (12) for sending a radar signal into the first monitoring area (18), a radar receiver (22) for generating a received signal from the radar signal and a control and evaluation unit (24) for detecting an object property of the object (20) from the received signal, in particular the determination of a distance of the object (20), characterized in that the radar device (10) has an additional short-range sensor (30) with a second monitoring area (28) for detecting objects (26) directly in front of the radar device (10).

Radar device (10). Claim 1 , wherein the second monitoring area (26) is a close range from contact with the radar device (10) up to a maximum of 5 cm, a maximum of 10 cm, a maximum of 20 cm or a maximum of 50 cm and the first monitoring area (18) adjoins the close range.

Radar device (10). Claim 1 or 2 , wherein the short-range sensor (30) is an optical sensor, in particular a time-of-flight sensor.

Radar device (10). Claim 1 or 2 , wherein the short-range sensor (30) is an inductive sensor or a capacitive sensor.

Radar device (10) according to one of the preceding claims, wherein radar transmitter (12) and radar receiver (22) with a sensor element of the short-range sensor (30) are arranged on a common circuit board (32).

Radar device (10) according to one of the preceding claims, wherein the short-range sensor (30) is designed to determine the distance in the second monitoring area (28).

Radar device (10) according to one of the preceding claims, wherein the control and evaluation unit (24) is designed to recognize from the received signal whether the radar device (10) is located in an indoor area or an outdoor area and to output a corresponding signal, in order to adapt a maximum permissible speed of a vehicle (36) equipped with the radar device (10).

Radar device (10) according to one of the preceding claims, wherein the control and evaluation unit (24) is designed to output a manipulation signal for an object (26) detected in the second monitoring area (28).