KR20120116921A - 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도의 명확한 결정을 위한 방법, 운전자 보조 시스템, 및 자동차 - Google Patents

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발레오 샬터 운트 센소렌 게엠베아
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Abstract

본 발명은 자동차(1)에서 주파수 변조 연속파 레이더(3,4)에 의해 자동차(1)에 대해 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도의 명확한 결정을 위한 것으로서, 주파수 변조된 신호 펄스(23)의 사전 정의된 시퀀스는 측정 사이클에서 상기 주파수 변조 연속파 레이더(3,4)에 의해 송신되고, 그 시퀀스에 의해 명확성 구역(RUn)은 상기 간격에 대해 결정되며/되거나, 명확성 구역(VUn)은 상기 상대 속도에 대해 결정되는 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도의 명확한 결정을 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역(RUn) 및/또는 상기 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역(VUn)은 적어도 2개의 연속 측정 사이클에 대해 정의되며, 상기 간격 및/또는 상기 상대 속도는 각 경우에 각 측정 사이클에서 상기 간격 및/또는 상기 상대 속도에 대한 적어도 하나의 측정값에 기초하여 결정된다.

Description

객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도의 명확한 결정을 위한 방법, 운전자 보조 시스템, 및 자동차{METHOD FOR UNAMBIGUOUSLY DETERMINING A RANGE AND/OR A RELATIVE SPEED OF AN OBJECT, DRIVER ASSISTANCE DEVICE AND MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차에서 주파수 변조 연속파 레이더(frequency-modulation continuous-wave radar)에 의해 자동차에 대한 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도의 명확한 결정을 위한 방법에 관한 것이다. 주파수 변조 연속파 레이더는 개별 측정 사이클에서 사전 정의된 주파수 변조 신호 펄스(처프(Chirp))의 시퀀스를 송신한다. 이러한 간격의 결정을 위한 명확성 구역(unambiguity area) 및/또는 상대 속도의 결정을 위한 명확성 구역은 주파수 변조된 신호 펄스의 시퀀스에 의해 결정된다. 본 발명은 또한 운전자 보조 장치 및 이와 같은 운전자 보조 장치를 가진 자동차에 관한 것이다.
따라서, 현재 관심은 주파수 변조 연속파 레이더에 관한 것이다. 이것은 이하의 설명에서 FMCW 레이더 또는 간단히 레이더로 지칭된다. 이와 같은 레이더는 다음과 같이 동작한다: 레이더는 측정 사이클에서 송신된 신호로서 사전 정의된 수의 주파수 변조 신호 펄스(또한 용어 "처프(Chirp)"로 지칭됨)를 송신한다. 그 후, 레이더는 객체에 의해 반사된 송신 신호인 수신 신호를 수신한다. 송신 신호는 수신 신호와 비교된다. 레이더의 2개의 주요 측정 변수는 간격 및 상대 속도이다. 간격은 송신 신호의 지연 시간에 의해 결정되고; 상대 속도는 도플러 효과로부터 기인하는 송신 신호의 주파수의 변화에 의해 결정된다.
자동차에서 이와 같은 레이더의 사용은 이미 종래 기술로부터 알려져 있다. 문서 DE 10 2005 048 209 A1은 이와 같은 FMCW 레이더를 가진 자동차를 설명한다. 이 방법은 상대 속도가 아니라 오직 간격만이 자동차 주변 영역의 적어도 하나의 부영역에서 객체에 대해 측정 사이클 내의 사전 정의된 시간 주기로 결정된다는 점에서 구별된다. 각각 약 250μs의 지속 시간을 가진 16 내지 64개의 주파수 변조 신호 펄스의 시퀀스가 한 측정 사이클에서 레이더 로브(lobe) 마다(빔 마다) 레이더에 의해 송신되며; 신호 펄스의 전체 시퀀스에 대한 수신 신호는 밀착하여 평가된다. 이것은 비교적 높은 도플러 주파수 해상도 및 비교적 높은 신호 대 노이즈 비율(SNR)을 허용하면서, 동시에 이용 가능한 측정 시간을 양호하게 이용한다. 송신된 신호의 매개 변수 및 시스템 매개 변수는 양호한 측정 결과가 기존의 구성 요소를 이용해서, 특히 250μs의 개별 신호 펄스의 선택된 지속 시간에 기초해서 그리고 수신된 신호에 대한 아날로그-디지털 변환기의 샘플링 레이트에 기초해서 달성될 수 있도록 선택되었다. 이 경우에, 샘플링 레이트는 1MHz이다.
실제로는, 두 변수, 즉 간격 및 상대 속도의 측정은 제한을 받는다: 측정의 해상도 및 명확성이 제한된다. 원칙적으로, 레이더가 동시에 다수의 타겟을 처리할 수 있다. 레이더의 해상도 능력은 레이더가 그들을 2개의 개별 타겟으로 검출하도록 허용하기 위해서 타겟이 서로 얼마나 멀리 떨어져 있어야 하는지를 나타낸다. 간격 및 속도 해상도는 양자 모두 문서 DE 2005 048 209 A1에 따른 레이더를 이용하여 타겟에 대해 가능하다. 예로서, 1m의 간격 해상도는, 레이더에서 두 타겟까지의 간격이 타겟들이 레이더에 의해 분해될 수 있도록 적어도 하나의 1m 만큼 상이해야 함을 의미한다.
이미 언급된 바와 같이, 간격 측정 및 상대 속도 측정은 불명확할 수 있다. 일반적으로, 이것은 샘플링 효과에서 기인한다. 불명확성 문제는 다음의 예에 의해 예시된다: 예로서, 레이더는 300m의 최대 거리까지 타겟을 검출할 수 있다. 그러나, 간격 명확성(명확성 구역)은 예컨대 100m일 수 있어서, 레이더의 최대 거리보다 상당히 짧다. 이 경우에, 약 10m 간격에 대한 측정값은 타겟이 레이더에서 10m, 110m 또는 210m 떨어진 거리에 있을 수 있음을 의미한다.
송신 신호에 대한 매개 변수뿐만 아니라 시스템 매개 변수의 선택은 간격의 결정을 위한 명확성 구역 및 속도의 결정을 위한 명확성 구역에 영향을 미친다. 상술한 바와 같이, 언급된 매개 변수의 경우에, 간격에 대한 명확성 구역은 100m이고, 속도의 결정을 위한 명확성 구역은 약 80km/h이다. 그러나, 사실상, 레이더는 또한 레이더에서 100m 이상 상당히 떨어져 있는 거리에 있는 타겟을 검출할 수 있다. 실제로, 특히 고속 도로에서, 상대 속도는 -200km/h 및 +200km/h 사이에서 추가로 발생할 수 있다. 그래서, 간격 및 속도 전체에 대한 명확성 구역을 증대시키기 위한 중요한 요구가 존재한다.
간격 결정을 위한 명확성 구역을 증대시키기 위해서는, 원칙적으로 수신기에서 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 레이트를 증가시킬 수 있을 것이다. 그러나, 이러한 해결책은 최적이 아니다. 아날로그-디지털 변환기의 샘플링 레이트를 증가시키는 것은 이러한 구성 요소에 대한 비용을 증가시킨다. 다른 한편, 속도의 결정을 위한 명확성 구역은 개별 주파수 변조 신호 펄스의 지속 시간을 감소시킴으로써 증대될 수 있다. 그러나, 이 경우에, 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 레이트는 이때 간격 해상도를 일정하게 유지하기 위해 상응하게 증가되어야 하며; 게다가. 이에 상응하여 더욱 많은 신호 펄스가 동일한 도플러 주파수 해상도를 위해 송신되어야 한다. 이것은 다시 한번 하드웨어 비용을 증가시키는 문제를 초래한다.
본 발명의 목적은 처음에 언급된 일반적인 타입의 방법의 경우에 간격 결정을 위한 명확성 구역 및/또는 상대 속도의 결정을 위한 명확성 구역이 종래 기술에 비해 전체적으로 향상될 수 있는 방법에 관한 해결책을 나타내기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 특허청구범위 청구항 1에 따른 특징을 가진 방법뿐만 아니라, 청구항 9에 따른 특징을 가진 운전자 보조 장치, 및 청구항 10에 따른 특징을 가진 자동차에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속 청구항 및 상세한 설명의 주제이다.
본 발명에 따른 방법은 자동차에서 FMCW 레이더에 의해 자동차에 대해 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도를 명확하게 결정하기 위해 설계된다. 레이더는 측정 사이클에서 주파수 변조된 신호 펄스(Chirps)의 사전 정의된 시퀀스를 송신한다. 주파수 변조된 신호 펄스의 사전 정의된 시퀀스는 간격에 대한 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 명확성 구역을 미리 정한다. 본 발명에 따르면, 간격에 대한 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 명확성 구역이 서로 다른 적어도 2개의 특히 즉시 연속 측정 사이클이 제공된다. 그 후, 간격 및/또는 상대 속도가 각 경우에 각 측정 사이클로부터 간격 및 상대 속도에 대한 적어도 하나의 측정값에 기초하여 결정된다.
이것은 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역이 적어도 2개의 연속 측정 사이클 동안에 사전 정의된다는 것을 의미한다. 예컨대, 레이더는 제 1 측정 사이클에서 간격에 대한 제 1 명확성 구역 및 상대 속도에 대한 제 1 명확성 구역을 정의하는 주파수 변조된 신호 펄스의 그러한 하나의 시퀀스를 송신할 수 있다. 제 2 측정 사이클에서, 예컨대 레이더는 간격에 대한 제 2 명확성 구역 및 상대 속도에 대한 제 2 명확성 구역을 미리 정하는 주파수 변조된 신호 펄스의 그러한 하나의 시퀀스를 송신할 수 있다. 이것은, 전체적으로, 종래 기술에 비해 간격에 대한 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 명확성 구역을 증대시켜, 간격 및/또는 상대 속도의 명확한 결정을 보장할 수 있다. 따라서, 본 발명은 서로 다른 명확성 구역을 사용한 다수의 측정이 전체 측정의 전체 명확성 구역을 증대시키는데 이용될 수 있다는 지식에 기반하여 구성된다. 그 후, 덜 모호한 측정값은 모호한 측정으로부터 측정값의 비교에 의해 추론될 수 있다.
특히 바람직하게는, 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역 및 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역의 양방이 적어도 2개의 연속 측정 사이클에 대해 사전에 정해진다. 전체적으로, 이것은 종래 기술에 비해 전체 측정의 두 명확성 구역을 증대시켜, 명확한 측정을 보장할 수 있다.
원칙적으로, 레이더의 수신기에서의 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 레이트는 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역을 정의하기 위해 적어도 2개의 서로 다른 측정 사이클 사이에서 변화될 수 있다. 그러나, 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역의 정의는 주파수 변조된 신호 펄스의 각각의 시퀀스에 대해 설정되는 서로 다른 주파수 시프트를 포함하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 이것은 서로 다른 주파수 시프트가 각 경우에 적어도 2개의 측정 사이클에서 신호 펄스의 시퀀스에 대해 사전에 정해진다는 것을 의미한다. 예컨대, 제 1 주파수 시프트는 제 1 측정 사이클에서 주파수 변조된 신호 펄스의 전체 시퀀스에 대해 설정될 수 있고; 다른 제 2 주파수 시프트는 제 2 측정 사이클에서 주파수 변조된 신호 펄스의 전체 시퀀스에 대해 설정될 수 있다. 간격에 대한 명확성 구역은 주파수 시프트를 변화시켜 기술적으로 간단한 방식으로 변화될 수 있다. 또한, 아날로그/디지털 변환기의 샘플링 레이트의 변화와 개별 측정 사이클 사이의 주파수 시프트의 변화를 조합하는 것이 바람직하다.
그래서, 주파수 시프트는 한 측정 사이클에서 다른 측정 사이클로 변경될 수 있다. 본 실시예는, 예컨대, 이와 같은 시나리오에서 구현될 수 있다: 250 MHz의 주파수 시프트는 제 1 측정 사이클에서 24 GHz의 평균 주파수에 이용된다. 257 MHz의 주파수 시프트는 제 2 측정 사이클에서 설정된다. 264 MHz의 주파수 시프트는 제 3 측정 사이클에서 정의된다. 그래서, 주파수 시프트는 약간만 변경될 수 있다. 간격 결정을 위한 명확성 구역은 각 측정 사이클에서 주파수 시프트를 변화시켜, 각 측정을 위해 변화된다. 그러나, 아래에 더 언급되는 바와 같이, 간격 결정은 모호성의 해상도에 관계하지 않지만, 바람직하게는 간격의 각각의 모호성 영역 외부(소위 초과 거리)에 위치되는 타겟을 분류하는 것에만 관계한다.
상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역의 정의는 서로 다른 펄스 반복 주파수가 주파수 변조된 신호 펄스의 각각의 시퀀스에 대해 설정되는 것을 포함할 수 있다. 이것은 서로 다른 펄스 반복 주파수가 각 경우에 적어도 2개의 연속 측정 사이클에 대해 설정될 수 있다는 것을 의미한다. 예컨대, 제 1 펄스 반복 주파수는 제 1 사이클에서 주파수 변조된 신호 펄스의 전체 시퀀스에 대해 정의될 수 있으며; 예로서, 제 2 펄스 반복 주파수는 제 2 측정 사이클에서 주파수 변조된 신호 펄스의 시퀀스에 대해 설정될 수 있다. 예로서, 이것은 펄스 반복 주파수가 측정 사이클 사이에서 변화되어, 사전 정의된 지속 시간의 일시 정지(pause)가 개별 주파수 변조된 신호 펄스 사이에 도입되는 것처럼 나타날 수 있다. 그 후, 이러한 일시 정지는 한 측정 사이클에서 다른 측정 사이클로 변화될 수 있다. 그래서, 상대 속도의 결정을 위한 모호성 영역은 각 측정 동안에 변경된다. 특히, 3개의 서로 다른 지속 시간이 일시 정지에 이용된다. 제 1 측정 사이클에서, 약 144 μs의 개별 신호 펄스 사이의 일시 정지를 위한 지속 시간은 약 256 μs의 개별 신호 펄스의 지속 시간 동안에 설정될 수 있다. 이것은 약 2.5 kHz의 펄스 반복 주파수를 생성시킨다. 약 244 μs의 일시 정지에 대한 지속 시간은 제 2 측정 사이클에서 정의될 수 있다. 그 후, 펄스 반복 주파수는 2 kHz이다. 예로서, 제 3 측정 사이클에서의 일시 정지에 대한 지속 시간은 약 411 μs일 수 있으며; 이 경우에 펄스 반복 주파수는 1.5 kHz이다. 그 후, 상대 속도는 제 3 측정 사이클에서 개별 측정의 비교에 의해 명확하게 결정될 수 있으며, 이것은 상대 속도의 결정을 위한 전체 명확성 구역을 증대시킨다. 그래서, 상대 속도의 결정을 위한 명확성 구역은 펄스 반복 주파수의 변화에 의해 큰 노력 없이 변경될 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 간격 및/또는 속도에 대한 명확성 구역은 적어도 2개의 측정 사이클 동안에 변화된다. 그래서, 이것은 적어도 2개의 측정 사이클 전체에서 간격에 대한 모호한 측정값 및/또는 상대 속도에 대한 모호한 측정값을 생성한다. 그 후, 최종 간격 및/또는 최종 상대 속도는 각 측정 사이클에서 측정값의 함수로 결정될 수 있다. 이러한 결정 프로세스는 다음의 텍스트에서 더욱 상세히 설명된다:
일 실시예에서, 소위 초과 거리 타겟, 즉 모호성 영역 밖에 위치되는 타겟은 간격 결정으로부터 제거된다. 이것은 초과 거리 타겟에 대해서는 간격을 결정할 필요가 없다는 것을 의미한다. 객체가 초과 거리 객체인지 사실상 명확성 구역 내에 위치되는지의 여부는 각 측정 사이클의 측정값을 평가하여 검사될 수 있다. 예로서, 이것은 다음과 같이 행해질 수 있다: 제 1 측정 사이클에서, 레이더는 간격 결정을 위한 제 1의 사전 정의된 명확성 구역으로 주파수 변조된 신호 펄스의 시퀀스를 송신한다. 다음 제 2 측정 사이클에서, 레이더는 간격 결정을 위한 다른 제 2 명확성 구역으로 주파수 변조된 신호 펄스의 다른 시퀀스를 송신한다. 최종적으로, 제 3 측정 사이클에서, 레이더는 결정된 간격에 대한 다른 제 3 명확성 구역으로 주파수 변조된 신호 펄스의 또 다른 시퀀스를 송신한다. 간격과 관련한 다수의 측정값은 각 경우에 각각의 명확성 구역 및 여기에 연결된 모호성 때문에 제 1, 제 2 및 제 3 측정 사이클 동안에 이용할 수 있다. 타겟이 각각의 명확성 구역 내에 위치되면, 모든 측정된 사이클에서의 각각의 제 1 측정값, 즉, 각각의 명확성 구역에 대한 측정값은 서로 일치한다. 이 경우에, 최종 간격은 이때 결정되며, 특히 각각의 명확성 구역에 대한 측정값에 상응한다. 그러나, 이들 측정값이 일치하지 않으면, 이것은 객체가 명확성 구역 밖에 있다는 것을 나타낸다. 이들 객체는 바람직하게는 필터링되어, 운전자에게 표시되지 않는다. 이것은 바람직하게는, 예컨대 자동차에서 100 m 이상 떨어진 간격에 있는 객체를 나타낼 필요가 없기 때문이다. 그래서, 약 100 m의 최대 간격은 원하는 응용에 충분하다. 간격 결정을 위한 모호성을 해결하는 대신에, 그것은 제 1 명확성 구역 밖의 타겟을 억제하기에 충분하다. 이것은 모호성의 해상도로부터 생성된 오류를 방지할 수 있게 한다.
이것은 간격이 바람직하게는 각각의 명확성 구역 내에 있는 각 측정 사이클에서 측정값에 관계되는 사전 정의된 명확성 기준을 충족할 때에만 모호성을 해결하지 않고 결정된다는 것을 의미한다. 특히, 이미 언급된 바와 같이, 이러한 사전 정의된 명확성 기준은 사전 정의된 정밀도로 서로 일치하는 각각의 명확성 구역에서 측정값을 포함할 수 있다. 측정 사이클에서 명확성 구역에서의 이들 측정값이 일치하지 않으면, 간격은 결정되지 않는다.
타겟 간격은 레이더 수신기에서 수신된 신호의 주파수에 비례한다. 그래서, 원칙적으로, 초과 거리는 또한 가파른 플랭크(steep flanks)를 가진 저역 통과 필터에 의해 배제될 수 있다. 이와 같은 필터는 특정 주파수에서 타겟 에코(echoes)를 필터링할 수 있어, 초과 거리를 제거할 수 있다. 이와 같은 필터는 상술한 실시예에 대한 대안으로 또는 추가로 이용될 수 있다.
상대 속도의 결정은 적어도 2개의 측정 사이클 중 제 1 측정 사이클 동안에 결정되는 상대 속도에 대한 적어도 2개의 가능한(모호한) 측정값을 포함하여, 적어도 2개의 가설을 형성할 수 있다. 그 후, 사전 정의된 검출 기준은 상대 속도에 대한 최종 측정값으로 만족되는 측정값을 이용할 수 있다. 예로서, 허용 오차 값 대역은 제 1 측정 사이클에서 모든 가능한 측정값 주위에 정의될 수 있다. 그 후, 사전 정의된 검출 기준은 각각의 허용 오차 값 대역에 들어가는 다른 측정 사이클에서 측정값 중 적어도 사전 정의된 수를 포함할 수 있다. 이것은 레이더에 대한 객체의 상대 속도를 명확하게 결정할 수 있게 하며, 이것은 모호성을 방지한다.
예로서, 본 실시예는 다음과 같이 구현될 수 있다: 레이더는 제 1 측정 사이클에서 상대 속도의 결정을 위한 제 1 명확성 구역으로 주파수 변조된 신호 펄스의 제 1 시퀀스를 송신한다. 원칙적으로, 상대 속도에 대한 단일 측정값은 초기에 제 1 측정 사이클에서 획득되지만; 이러한 측정값은 명확하지 않다. 모호성 때문에, 추가적 가설 및 예상되는 가능한 측정값은 이러한 측정값에서 결정된다. 예로서, 2, 3 이상의 예상되는 측정값이 결정될 수 있다. 허용 오차 값 대역은 예컨대 상대 속도의 해상도의 크기의 순서에 따라 각 경우에 각각의 이들 가능한 측정값의 주위에서 바람직하게는 대칭적으로 정의된다. 추가 측정 사이클에서, 레이더는 특히 제 2 명확성 구역, 예컨대 제 1 측정 사이클에서보다 큰 명확성 구역으로 주파수 변조된 신호 펄스의 추가 시퀀스를 송신한다. 예로서, 상대 속도에 대한 3의 측정값은 이러한 제 2 사이클에서 이용 가능하다. 이제 이들 측정값이 어떤 허용 오차 값 대역에 들어가는지 들어가지 않는지를 판단하기 위해 검사가 수행된다. 제 3 측정 사이클에서, 레이더는 이 경우에 상대 속도에 대한 더욱 큰 제 3 명확성 구역으로 주파수 변조된 신호 펄스의 또 다른 시퀀스를 송신한다. 이것은 다시 한번, 예컨대, 상대 속도에 대한 2, 3 이상의 측정값을 생성하며, 동일한 측정값이 어떤 정의된 허용 오차 값 대역에 들어가는지를 판단하기 위해 검사가 수행된다. 최종적으로, 예컨대, 어떤 허용 오차 값 대역에 적어도 2의 측정값이 있는지의 여부를 판단하기 위해 검사가 수행된다. 있다면, 사전 정의된 검출 기준은 충족되고, 허용 오차 값 대역이 정의된 측정값은 특히 예컨대 추가 처리 단계를 위해 상대 속도에 대한 최종 측정값으로 이용된다.
이것은 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역이 적어도 2개의 연속 측정 사이클 동안에 사전 정의된다는 것을 의미한다. 이것의 목적은 전체 측정의 전체 명확성 구역을 증대시키는 것이다. 간격 및/또는 상대 속도의 결정을 위한 정밀도를 더욱 증대시키기 위해, 특정 조건이 개별 측정 사이클의 명확성 구역에 대해 정의될 수 있다.
예로서, 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역은 이들이 공약수(common divisor)를 갖지 않는다는 것에 기초하여 미리 정해질 수 있다. 더욱이, 상대 속도에 대한 이들 서로 다른 명확성 구역뿐만 아니라, 간격이 상대 속도와 함께 평가될 경우에는 간격에 대한 것들도 바람직하게는 개별의 모호한 측정값의 차이가 상술한 허용 오차 값 대역보다 크도록 정의된다. 다른 한편, 간격에 대한 명확성 구역의 편차는 간격 해상도 저하를 방지하기 위해 과도하지 않아야 한다.
간격에 대한 명확성 구역의 경우에는, 상기 영역이 약 2% 내지 4% 정도 변화되는 것이 유리한 것으로 발견되었다.
본 발명에 따른 운전자 보조 장치는 운전자 보조 장치를 가진 자동차에 대해 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도의 명확한 결정을 위해 설계된다. 운전자 보조 장치는 측정 사이클에서 주파수 변조된 신호 펄스의 사전 정의된 시퀀스를 송신하도록 설계되는 FMCW 레이더를 포함한다. 간격에 대한 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 명확성 구역은 주파수 변조된 신호 펄스의 이러한 시퀀스에 의해 결정된다. 운전자 보조 장치는 수신된 신호의 함수로서 간격 및/또는 상대 속도를 결정하도록 설계되는 신호 처리 장치를 더 포함한다. 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역은 적어도 2개의 연속 측정 사이클 동안에 운전자 보조 장치에 정의될 수 있다. 더욱이, 신호 처리 장치는 각 경우에 각 측정 사이클에서 간격 및/또는 상대 속도에 대한 적어도 하나의 측정값에 기초하여 간격 및/또는 상대 속도를 결정하도록 설계된다.
본 발명에 따른 자동차는 본 발명에 따른 운전자 보조 장치를 포함한다. 자동차는 바람직하게는 승용차이다.
예로서, 운전자 보조 장치는 자동차의 사각 범위(dead-angle range)를 위한 모니터링 시스템, 및/또는 특히 후면으로부터의 충격을 포함하는 사고에 대한 사고 초기 경고 시스템, 및/또는 ACC(Additive Course Control) 시스템일 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 관련하여 설명된 바람직한 실시예 및 그들의 이점은 상응하는 방식으로 본 발명에 따른 운전자 보조 장치 및 본 발명에 따른 자동차에 적용된다.
본 발명의 추가적인 특징은 청구범위, 도면, 및 도면의 설명에서 자명하게 될 것이다. 상기 설명에서 언급된 특징 모든 및 특징 조합뿐만 아니라 도면에 대한 다음의 설명에 언급되는 특징 및 특징 조합 및/또는 도면에만 도시된 것들은 각각 언급된 조합뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 독립적으로 이용될 수 있다.
본 발명은 이제 단일의 바람직한 전형적 실시예를 이용하여 첨부된 도면을 참조해서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 평면도의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 자동차에 이용되는 바와 같은 레이더의 블록도를 도시한다.
도 3은 운전자 보조 장치에 대한 레이더에 의해 송신되는 선형 주파수 변조 신호 펄스의 시간 시퀀스를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이 자동차(1)는 자동차(1)를 제어함에 있어 운전자를 보조하는 운전자 보조 장치(2)를 포함한다. 전형적인 실시예에서, 자동차(1)는 승용차이다. 예로서, 운전자 보조 장치(2)는 사각 범위에 대한 모니터링 시스템, 및/또는 사고 초기 경고 시스템, 및/또는 ACC 시스템일 수 있다. 운전자 보조 장치(2)는 제 1 레이더(3) 및 제 2 레이더(4)를 포함한다. 제 1 레이더(3)는 후면 범퍼의 왼쪽 코너에 배치되며, 제 2 레이더(4)는 동일한 범퍼의 오른쪽 코너에 배치된다. 제 1 및 제 2 레이더(3, 4)는 주파수 변조 연속파(frequency-modualtion frequency continuous-wave, FMCW) 레이더이다.
제 1 및 제 2 레이더(3, 4)는 신호 처리 장치(5)에 결합된다. 예로서, 상기 신호 처리 장치(5)는 제 1 및 제 2 레이더(3, 4)에 의해 공유되는 마이크로 제어기(6), 또는 도면에 도시되지 않은 다른 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 예컨대 자동차(1)에 제공되는 통신 버스를 통해 서로 통신하는 2개의 마이크로 제어기(6) 및/또는 2개의 디지털 신호 프로세서가 제공될 수 있다.
제 1 레이더(3)는 제 1 검출 영역(7)을 갖는다. 검출 영역(7)은 2개의 라인(7a, 7b)에 의해 도 1에서 경계가 정해지는 방위각 범위 α에 의해 수평 방향에서 정의된다. 이에 상응하여, 제 2 레이더(4)는 특히 수평 방향에서 상응하는 방위각 범위 α에 의해 정의되는 검출 영역(8)을 갖는다. 방위각 범위 α는 2개의 라인(8a, 8b)에 의해 경계가 정해진. 방위각 범위 α는 전형적인 실시예에서 약 170°이다. 레이더(3, 4)의 검출 영역(7, 8)은 교차하여, 중복 영역(9)을 형성한다. 중복 영역(9)은 라인(7b, 8b)에 의해 각도가 경계가 정해진다. 전형적인 실시예에서, 중복 영역(9)의 개방 각도(opening angle) β는 약 70°이다.
레이더(3, 4)는 각각의 검출 영역(7, 8)에 객체를 위치시킬 수 있다. 특히, 레이더(3, 4)는 각각의 레이더(3, 4)로부터 객체까지의 간격, 및 또한 자동차(1)에 대한 객체의 상대 속도를 결정할 수 있다.
도 2는 신호 처리 유닛(5)을 포함하는 단일 레이더(3, 4)의 블록도를 도시한다. 레이더(3, 4)는 안테나 어레이 또는 안테나 매트릭스일 수 있으며, 다수의 패치 안테나를 포함할 수 있는 송신 안테나 유닛(13)을 포함한다. 송신 안테나 유닛(13)은 급전(feed) 회로(14)를 통해 급전된다. 송신 안테나 유닛(13)은 송신된 신호 S0를 생성하는 국부 발진기(15)의 도움으로 급전된다. 이러한 송신된 신호 S0는 전형적인 실시예에서 주파수가 톱니 파형 프로파일을 가진 주파수 변조 전자기파이다. 이것은 도 3과 관련하여 아래에 더욱 상세히 설명된다. 그래서, 송신된 신호 S0는 주파수 변조되며, 이의 주파수는 제 1 주파수 값과 제 2 주파수 값 사이에서 주기적으로 변한다. 전형적인 실시예에서 송신된 신호 S0의 중간 주파수는 24GHz이다.
국부 발진기(15)는 신호 처리 유닛(5)에 의해 제어된다. 예로서, 발진기(15)는 신호 처리 유닛(15)에 의해 발진기(15)에 제공되는 DC 전압의 진폭에 의존하는 주파수에서 송신된 신호 S0를 생성하는 전압 제어 발진기이다.
레이더(3, 4)는 수신기(16)를 더 포함한다. 이러한 수신기(16)는 전형적인 실시예에서 다수의 패치 안테나를 포함할 수 있는 수신기 안테나 유닛(17)을 포함한다. 수신 안테나 유닛(17)은 또한 2 차원 안테나 매트릭스(어레이)일 수 있다. 수신 안테나 유닛(17)은 급전 회로(18)에 결합된다. 급전 회로(18)는 수신된 신호인 신호 SE를 생성한다. 수신된 신호 SE는, 저잡음 증폭기(19)의 도움으로 증폭되고, 믹서(20)의 도움으로 다운믹스(down-mix)되며, 저역 통과 필터(21)의 도움으로 저역 통과 필터링되며, 아날로그/디지털 변환기(22)에 의해 아날로그 형식에서 디지털 형식으로 변환된다. 송신된 신호 S0는 수신된 신호 SE를 다운믹스하는데 이용되며; 송신된 신호 S0는 특히 예컨대 방향성 커플러의 도움으로 믹서(20)로 전달된다. 그 후, 수신된 디지털 신호 SE는 신호 처리 장치(5)의 도움으로 처리된다. 예로서, 신호 처리 장치(5)는 객체에 대한 간격뿐만 아니라 상대 속도를 결정하기 위해 신호 SE를 이용한다.
도 2는 레이더(3, 4)의 개략적 예시를 도시한다. 예로서, 레이더(3, 4)는 또한 각각 수신 안테나 유닛(17)을 가진 추가 수신기(16)를 포함할 수 있으며, 레이더(3, 4)는 또한 다수의 송신 안테나 유닛(13)을 포함할 수 있다. 따라서, 레이더(3, 4)는 예로서만 도 2에 도시된다.
레이더(3, 4)의 동작의 방법은 다음과 같은 텍스트에서 더욱 상세히 설명된다:
송신 안테나 유닛(13), 더욱 정확하게는 급전 회로(14)는 검출 영역(7)의 여러 부영역(subarea) A, B, C, D, E, F, G, H를 연속하여 조명하도록 제어될 수 있다. 예로서, 송신 안테나 유닛(13)의 송신 로브는 (위상-배열(phased-array) 원리에 기초하여) 수평 방향으로 전자식으로 조향될 수 있다. 이 경우에, 수신 안테나 유닛(17)은 수평 방향으로 광범위한 수신 특성을 가져서, 전체 검출 영역(7)을 커버할 수 있다. 다른 개선 사항은 대안적으로 또는 부가적으로 광범위한 송신 로브와 함께 좁은 수신각 범위를 제공할 수 있다.
명확성을 위해, 도 1은 제 1 레이더(3)의 검출 영역(7)의 부영역 A 내지 H만을 도시한다. 이 경우에, 레이더(4)의 검출 영역(8)은 이에 상응하여 또한 레이더(4)에 의해 연속적으로 커버되는 다수의 부영역으로 세분화된다. 다음의 설명은 레이더(3)에만 관계하지만, 레이더(4)의 동작 방법은 레이더(3)의 동작 방법에 상응한다.
부영역 A 내지 H은 단일 측정 사이클에서 레이더(3)에 의해 연속적으로 커버된다. 각 경우에, 레이더(3)는 단일 측정 사이클에서 각 부영역 A 내지 H에 대한(다시 말해서 빔마다) 주파수 변조된 신호 펄스(Chirps)의 사전 정의된 시퀀스를 개별적으로 송신한다. 그래서, 각 경우에 레이더(3)는 측정 사이클 및 부영역 A 내지 H마다 주파수 변조된 신호 펄스의 시퀀스를 송신한다. 더 정확히 말하면, 각 경우에 레이더(3)는 16 내지 64 주파수 변조된 신호 펄스의 블록을 송신한다. 선형적으로 주파수 변조된 신호 펄스(23)의 이와 같은 블록 또는 시퀀스는 도 3에 도시된다. 이러한 도면은 시간(t)의 함수로서 주파수(f)의 함수를 도시한다. 신호 펄스(23)의 시퀀스에 대한 매개 변수는 다음과 같다:
- 개별 주파수 변조된 신호 펄스의 지속 시간 TChirp,
- 개별 신호 펄스(23) 사이의 일시 정지의 지속 시간 TPause,
- 블록 내의 신호 펄스의 수 NChirp,
- 주파수 시프트 fHub - 상위 주파수 fE와 하위 주파수 fA의 차,
- 중간-주파수 f0 = 24 GHz.
다음과 같은 매개 변수는 이로부터 유도될 수 있다:
- 펄스 반복 주파수 PRF = 1/(TChirp + TPause) 및
- 전체 블록의 지속 시간 TBlock = NChirp(TChirp + TPause).
주파수 시프트 fHub는 간격의 결정을 위한 해상도를 결정한다. 이에 반해, 전체 블록의 지속 시간 TBlock은 도플러 주파수의 해상도를 결정하여, 상대 속도의 결정의 해상도를 결정한다. 더욱이, 펄스 반복 주파수 PRF는 상대 속도의 결정을 위한 명확성 구역 VEin(소위 도플러 명확성 구역)을 결정한다. 더욱이, 아날로그/디지털 변환기(22)의 샘플링 레이트와 같은 주파수 시프트 fHub는 (간격 명확성 구역에 대한) 간격 결정을 위한 명확성 구역 REin을 결정한다.
간격 측정을 위한 명확성 구역 REin은 다음과 같은 식에 의해 주어진다:
Figure pct00001
여기서, c는 3 x 108 m/s의 광의 속도이며, fA는 아날로그/디지털 변환기(22)의 샘플링 레이트이다.
간격 해상도 ΔR는 다음과 같은 식에 의해 주어진다:
Figure pct00002
명확성 구역 VUn은 다음과 같은 관계식에 의해 주어진다:
Figure pct00003
최종적으로, 속도 해상도 ΔV 는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00004
이 경우의 목적은 최종 상대 속도 및 간격 결정을 위한 전체 명확성 구역을 증대시키는 것이다. 속도의 결정을 위한 명확성 구역 VEin은 펄스 반복 주파수 PRF를 변화시킴으로써 3개의 연속 측정 사이클 사이의 예에서 변경된다. 상대 속도의 결정의 모호성은 -200 km/h에서 200km/h까지의 전체 속도 범위에 대해 해결된다. 간격 결정을 위한 명확성 구역 REin은 또한 3개의 연속 측정 사이클 사이의 전형적인 실시예에서 변경된다. 이것은 하나의 측정 사이클에서 다른 측정 사이클로 주파수 시프트 fHub을 변화시킴으로써 달성된다. 이 경우에, REin 이상의 간격을 가진 타겟은 억제되는 것으로 의도되며, 운전자에게 표시되도록 의도되지 않는다. 다음과 같은 값은 여기서 순전히 예로서 언급된다:
3개의 측정 사이클의 각 제 1 측정 사이클:
Figure pct00005
3개의 측정 사이클의 각 제 2 측정 사이클:
Figure pct00006
3개의 측정 사이클의 각 제 3 측정 사이클:
Figure pct00007
그래서, 3개의 측정 사이클은 각각 간격 결정 및 속도 결정의 양방에 대한 서로 다른 명확성 구역 REin,VEin을 생성한다. 상술한 예에서, 제 1 측정 사이클에 대한 명확성 구역 REin은 약 76.8m이고, 제 2 측정 사이클에 대해서는 약 74.7m이며, 제 3 측정 사이클에 대해서는 약 72.7m이다. 속도의 결정을 위한 명확성 구역 VEin은 제 1 측정 사이클 동안 약 56.25km/h이고, 제 2 측정 사이클 동안은 약 45km/h이며, 제 3 측정 사이클 동안은 약 34km/h이다.
각 측정 사이클 후, 각 경우에 신호 처리 유닛(5)은 각각의 모호성 때문에 간격 및 상대 속도의 양방에 대한 측정값의 수를 결정한다. 최종 간격 및 최종 상대 속도는 다음과 같이 신호 처리 장치(5)에 의해 결정된다:
신호 처리 장치(5)는 제 1 측정 사이클에서 상대 속도에 대해 결정된 각 측정값을 취해, 이들은 최종 속도 값에 대한 가능한 후보(candidates)로 간주하여, 이와 같은 각 측정값에 대한 허용 오차 값 대역을 정의한다. 허용 오차 값 대역의 값은 도플러 주파수의 해상도에 상응한다. 그래서, 각 경우에, 동일한 허용 오차 값 대역은 제 1 측정 사이클에서 상대 속도의 각 측정값 주위에 정의된다. 제 2 측정 사이클에서, 신호 처리 장치(5)는 또한 상대 속도에 대한 모호한 측정값을 결정한다. 그 후, 신호 처리 장치(5)는 새로이 결정되는 측정값이 정의된 허용 오차 값 대역 중 어디에 들어가는지를 검사한다. 신호 처리 장치(5)는 제 3 측정 사이클 및 적절하다면 추가 측정 사이클에서 상응하는 프로세스를 수행한다. 측정값의 사전 정의된 수가, 예컨대, 2개의 측정값이 허용 오차 값 대역 중 하나에 들어가면, 제 1 측정 사이클에서 허용 오차 값 대역과 관련되는 측정값은 상대 속도에 대한 최종 측정값으로 이용된다.
동시에, 제 1 측정 사이클에서, 신호 처리 장치(5)는 간격에 대한 모호한 측정값의 수를 결정한다. 각 경우에, 허용 오차 값 대역은 또한 간격에 대한 측정값 주위에 정의될 수 있다. 그러나, 전형적인 실시예에서, 간격 대해 중요한 고유의 측정값은 제 1 측정 사이클의 명확성 구역에 위치된다는 것이다. 신호 처리 장치(5)는 각각의 명확성 구역에 위치되는 제 2 및 3, 및 적절하다면, 모든 추가 측정 사이클에서의 측정값이 제 1 측정 사이클의 명확성 구역에서의 측정값에 상응하는지를 검사한다. 이 경우에 허용 오차 값 대역은 고정밀 측정으로도 여러 측정 사이클에서의 측정값이 서로 다를 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 제 2 및 3 측정 사이클의 명확성 구역에서의 측정값이 제 1 측정 사이클에서 명확성 구역에서의 측정값 주위에서 허용 오차 값 대역에 들어가면, 객체는 각각의 명확성 구역에 위치된다. 그 후, 객체는 표시되고, 제 1 측정 사이클의 명확성 구역에서의 측정값은 간격에 대한 최종 측정값으로 이용된다. 이에 반해, 모든 측정 사이클의 각각의 명확성 구역에서의 측정값이 일치하지 않으면, 이것은 객체가 명확성 구역 밖에 위치된다는 것을 나타낸다. 이 경우에, 객체는 필터링되며, 간격은 결정되지 않는다. 이들은 소위 초과 거리 객체이다.
따라서, 전체적으로, 자동차(1)에 대해 객체까지의 간격 및 상대 속도의 명확한 결정을 허용하는 방법 및 운전자 보조 장치가 제공된다. 전체적으로, 매우 큰 명확성 구역이 간격 및 상대 속도의 전체 측정을 위해 달성된다. 정확히 말하면, 간격에서의 명확성 구역 및/또는 상대 속도에 대한 명확성 구역이 서로 다른 적어도 2개의 측정 사이클이 제공되며, 이들 명확성 구역은 사전에 결정된다. 그 후, 신호 처리 장치(5)는 각 측정 사이클에서 간격 및/또는 상대 속도에 대한 각각의 측정값에 기초하여 간격 및 상대 속도를 결정한다.

Claims (10)

  1. 자동차(1)에서 주파수 변조 연속파 레이더(3,4)를 이용하여 자동차(1)에 대한 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도를 명확하게 결정하는 방법?상기 주파수 변조 연속파 레이더(3,4)는 주파수 변조된 신호 펄스들(23)의 사전 정의된 시퀀스를 측정 사이클 동안 송신하고, 상기 시퀀스에 의해 명확성 구역(REin)이 상기 간격에 대해 결정되며/되거나 명확성 구역(VEin)이 상기 상대 속도에 대해 결정됨?으로서,
    상기 간격에 대한 서로 다른 명확성 구역들(REin) 및/또는 상기 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역들(VEin)이 적어도 2개의 연속하는 측정 사이클에 대해 정의되는 단계와,
    상기 간격 및/또는 상기 상대 속도가 각각의 경우에 각각의 측정 사이클에서 상기 간격 및/또는 상기 상대 속도에 대한 적어도 하나의 측정값에 기초하여 결정되는 단계를 포함하는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역들(VEin)이 정의되는 단계는, 서로 다른 펄스 반복 주파수(PRF)가 상기 주파수 변조된 신호 펄스들(23)의 각각의 시퀀스에 대해 설정되는 단계를 포함하는
  3. 제2항에 있어서,
    서로 다른 펄스 반복 주파수(PRF)는 상기 신호 펄스들(23) 사이의 일시 정지의 지속 시간(TPause)의 변화에 의해 설정되는
    방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    명확성을 해결하지 않은 경우, 상기 간격은, 상기 각각의 명확성 구역내에 있는 각각의 측정 사이클에서의 측정값과 관련 있는 사전 정의된 명확성 기준이 충족될 때에만 결정되는
    방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사전 정의된 명확성 기준은 사전 정의된 정밀도로 서로 일치하는 상기 각각의 명확성 구역에서의 상기 측정값을 포함하는
    방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상대 속도가 결정되는 단계는, 상기 상대 속도에 대한 적어도 2개의 가능한 측정값이 상기 적어도 2개의 측정 사이클 중 제 1 측정 사이클에 대해 결정되는 단계를 포함하되,
    사전 정의된 검출 기준이 충족되는 측정값은 상기 상대 속도에 대한 최종 측정값으로 이용되는
    방법.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 허용 오차 값 대역은 상기 제 1 측정 사이클에서 모든 가능한 측정값 주위에 정의되며, 상기 사전 정의된 검출 기준은 상기 각각의 허용 오차 값 대역에 속하는 다른 측정 사이클에서 적어도 사전 정의된 수의 측정값을 포함하는
    방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상대 속도에 대한 상기 서로 다른 명확성 구역들은 그들이 공약수를 갖지 않도록 사전 정의되는
    방법.
  9. 자동차(1)에 대한 객체까지의 간격 및/또는 객체의 상대 속도를 명확하게 결정하는 운전자 보조 장치(2)로서,
    측정 사이클 동안 주파수 변조된 신호 펄스들(23)의 사전 정의된 시퀀스를 송신하도록 설계된 주파수 변조 연속파 레이더(3,4)?상기 사전 정의된 시퀀스를 이용하여 명확성 구역들(REin)이 상기 간격에 대해 결정되며/되거나 명확성 구역들(VEin)이 상기 상대 속도에 대해 결정됨?와,
    수신된 신호(SE)의 함수로서 상기 간격 및/또는 상기 상대 속도를 결정하는신호 처리 장치(5)를 포함하되,
    주파수 변조된 신호 펄스들(23)의 각 시퀀스의 서로 다른 주파수 시프트(FHub)를 통한 제거를 위한 서로 다른 명확성 구역들(REin) 및/또는 상대 속도를 고치기 위한 상기 상대 속도에 대한 서로 다른 명확성 구역들(VEin)이 적어도 2개의 연속하는 측정 사이클에 대해 상기 운전자 보조 장치(2) 내에서 정의될 수 있으며, 상기 신호 처리 장치(5)는 각각의 경우에 각각의 측정 사이클에서 상기 간격 및/또는 상기 상대 속도에 대한 적어도 하나의 측정값에 기초하여 상기 간격 및/또는 상기 상대 속도를 결정하도록 설계되는
    운전자 보조 장치.
  10. 제9항에 따른 운전자 보조 장치를 구비한
    자동차(1).
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