KR20240025542A - 자동차용 레이더 시스템 - Google Patents

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KR20240025542A
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아르민 힘멜슈토쓰
다니엘 쉰들러
유어겐 하쉬
토마스 빈처
마틴 핑크
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 자동차 내의 다양한 지점들에 장착하기 위한 분리된 장착 캐리어(12)들 상에 배열되어, 동기화 네트워크(26)를 통해 서로 연결되고, 복수의 채널들 상에서 수신된 레이더 신호들을 시간 신호의 형태로 스캐닝하기 위한 스캐닝 모듈(30)을 각각 포함하는 복수의 송수신 유닛(10)들을 구비한 자동차용 레이더 시스템에 관한 것이며, 이러한 자동차용 레이더 시스템은, 각각의 장착 캐리어(12)가 중앙 평가 인스턴스(36)로의 송수신 유닛의 시간 신호의 전송을 위한 미가공 데이터 인터페이스(32)를 포함하고, 중앙 평가 인스턴스는 복수의 송수신 유닛들의 시간 신호들을 함께 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 레이더 시스템
본 발명은, 자동차 내의 다양한 지점들에 장착하기 위한 분리된 장착 캐리어들 상에 배열되어, 동기화 네트워크를 통해 서로 연결되고, 복수의 채널들 상에서 수신된 레이더 신호들을 시간 신호의 형태로 스캐닝하기 위한 스캐닝 모듈을 각각 포함하는 복수의 송수신 유닛들을 구비한 자동차용 레이더 시스템에 관한 것이다.
예를 들어 간격 제어를 위한 그리고/또는 충돌 경고나 충돌 회피를 위한 운전자 보조 시스템들에서 그리고 자율 주행을 위한 시스템들에서는 교통 환경을 감지하기 위한 레이더 시스템들이 사용된다. 특히 레이더 센서들의 각도 분해능과 관련한 성능 요건들이 지속적으로 높아지는 과정에서, 큰 안테나 개구면을 갖는 레이더 센서들이 점점 더 많이 사용되고 있다.
WO 2018/137809A1호에는, 서로 동기화된 복수의 송수신 유닛들을 포함함으로써, 전체적으로 많은 수의 수신 채널들이 제공되고, 서로 오프셋된 복수의 안테나들로부터 수신되는 레이더 에코들의 진폭들 및 위상들의 비교를 통해 고분해능 각도 측정이 구현되도록 하는 자동차용 레이더 시스템이 기술된다. 이 경우, 자동차 내의 서로 비교적 멀리 떨어진 위치들에 복수의 송수신 유닛들이 장착되는 것도 배제되지 않는다.
송수신 유닛들은 일반적으로 FMCW 원리(Frequency Modulated Continuous Wave)에 따라 작동한다. 송신되는 레이더 신호들의 주파수는 램프형으로 변조된다. 각각의 측정 주기 이내에 주파수 램프들의 시퀀스가 송신된다. 각각의 수신 채널에서 수신되는 레이더 에코들은 수신 시점에 송신되는 신호의 일부와 혼합되므로, 더 낮은 주파수를 갖는 비트 신호가 얻어진다. 신호 전파 시간들의 간격 종속성 및 도플러 효과로 인하여, 비트 주파수는 객체 간격 뿐만 아니라 객체의 상대 속도에도 종속된다. 간격 종속적 성분들과 속도 종속적 성분들이 서로 분리될 수 있도록 하는 다양한 방법들이 공지되어 있다. 일반적으로는 이를 위해, 측정 주기에 걸쳐 기록된 시간 신호는 1차원- 또는 다차원 푸리에 변환을 통해 주파수 스펙트럼으로 변환되고, 이러한 주파수 스펙트럼에서는 각각의 위치 확인된 객체가 특정 주파수에서의 피크를 통해 나타난다.
본 발명의 과제는, 향상된 성능을 갖춘 비용 효율적인 레이더 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 과제는 본 발명에 따라, 각각의 장착 캐리어가 중앙 평가 인스턴스로의 송수신 유닛의 시간 신호의 결정을 위한 미가공 데이터 인터페이스를 포함하고, 중앙 평가 인스턴스는 복수의 송수신 유닛들의 시간 신호들을 함께 평가하도록 구성됨으로써 해결된다.
장착 캐리어들은, 자동차 내의 서로 비교적 멀리 떨어져 있는 위치들이지만 서로 고정된 공간 관계를 갖는 위치들에 장착될 수 있으므로, 복수의 송수신 유닛들의 안테나들은 전체적으로 매우 큰 개구면을 형성한다. 그러나, 개별 장착 캐리어들은 완전한 레이더 센서를 포함하지 않고, 단지 아날로그 작동식 송수신 유닛과, 디지털 시간 신호의 생성을 위한 스캐닝 모듈만을 포함한다. 이때, 신호들의 추가적인 디지털 평가는, 미가공 데이터 인터페이스들을 거쳐 모든 송수신 유닛들의 시간 신호들(미가공 데이터들)을 얻고, 이러한 미가공 데이터들을 공동으로 평가하는 중앙 평가 인스턴스 내에서 실행된다.
레이더 센서들의 기능들을 미가공 데이터의 제공을 위한 분산형 송수신 유닛들 및 추가 평가를 위한 중앙 평가 인스턴스로 분할하는 것은, 필요한 구성 요소들의 합리적인 생산과, 매우 많은 수의 수신 채널들로부터의 신호들의 효율적인 실시간 평가를 가능하게 한다. 특히, 중앙 평가 인스턴스 내에서의 모든 디지털 평가 기능들의 집중을 통해서는, 짧은 신호 경로들과, 그에 따라 짧은 신호 전파 시간들 및 상응하게 높은 클록 속도들이 가능해진다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구범위들에 제시된다.
중앙 평가 인스턴스는 장착 캐리어들 중 하나의 장착 캐리어 상에서 구현될 수 있지만, 장착 캐리어들로부터 분리된 제어 장치 내에서도 구현될 수 있다.
한편으로, 동기화 네트워크는, 시스템의 모든 안테나들로부터 송신된 신호들 사이의 공지된 위상 관계들을 기반으로 평가가 실행될 수 있도록, 다양한 송수신 유닛들로부터 송신된 고주파 신호들의 동기화를 위해 사용된다. 한편으로, 이는, 모든 송수신 유닛들에 대한 송신 신호가 중앙 지점에서 생성되고, 공지된 신호 전파 시간들에 의해 모든 송수신 유닛들로 전송됨으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 송신 신호의 생성은, 평가 인스턴스도 포함하는 제어 장치 내에서 실행될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 동기화 네트워크는, 송수신 유닛들 중 하나의 송수신 유닛이 마스터로서, 즉 송신 신호가 생성되는 노드로서 기능하는 반면, 다른 송수신 유닛들은 마스터로부터의 송신 신호를 수신하는 슬레이브들인 마스터/슬레이브 아키텍처를 포함할 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 송신 신호는 국부적으로 각각의 송수신 유닛 내에서 생성 및 변조된다. 이러한 경우, 동기화 네트워크는, 모든 국부 발진기들이 동기화되도록 하는, 마스터 또는 중앙 제어 장치 내에서 생성되는 기준 신호만 제공한다.
하기에는, 실시예들이 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 자동차 내의 레이더 시스템을 도시한 블록 회로도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 레이더 시스템들을 도시한 블록 회로도들이다.
도 1에는 자동차의 레이더 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 레이더 시스템은, 서로 분리된 상태로 각각 고유의 장착 캐리어(12) 상에서 자동차 내에 장착되는 2개의 송수신 유닛(10)들을 포함하고, 본 도면에서는 이러한 자동차 중에서 전방 범퍼(14)만이 점선으로 표시되어 있다. 예를 들어, 송수신 유닛(10)들은 자신들의 레이더 로브들이 전방을 향해 배향되고, 적어도 일정 간격에서부터 서로 중첩되도록 좌측 차량 측면 및 우측 차량 측면에서 차량의 전방 부분 내에 장착된다.
장착 캐리어(12)들은 폐쇄형 하우징들로서 형성되고, 이러한 하우징들은 각각 전방 측면에서 레이더 빔에 대해 투과성을 갖는 레이돔(16)을 통해 종결된다. 각각의 하우징(12)은, 송수신 유닛의 전자 구성 요소들이 배열되는 회로 기판(18)을 포함한다. 사실상, 송수신 유닛(10)의 전체 기능은 단 하나의 반도체 모듈(20), 예를 들어 MMIC(Monolithic Microwave Intergrate Circuit) 또는 SoC(System on Chip)에서 구현되는 것이나 마찬가지다. 각각의 송수신 유닛의 안테나 어레이(22)는 도면에 상징적으로만 도시되어 있고, 차량의 횡방향으로 서로 오프셋되어 배열되는 통합형 송수신 유닛들이나, 분리형 송신 안테나들 및 수신 안테나들을 포함하므로, 방위각에서의 각도 분해능이 달성된다. 실제로, 이러한 안테나 어레이(22)들은 회로 기판(18) 상의 평면 안테나들일 수 있거나, 하우징(12) 내의 반도체 모듈(20) 위에 배열된 도파관 안테나들일 수도 있다.
회로 기판(18) 상의 도체 트랙들을 통해 각각의 반도체 모듈(20)이 인터페이스 유닛(24)과 연결되고, 이러한 인터페이스 유닛은 동기화 네트워크(26)를 거쳐, 차량 내의 다른 지점에 장착된 중앙 제어 장치(28)와 통신한다.
예를 들어, 본 도면에 도시된 레이더 시스템은 FMCW 원리에 따라 작동한다고 가정할 수 있다. 각각의 송수신 유닛의 송신 안테나들은 램프형으로 주파수 변조된 레이더 신호들의 시퀀스를 각각의 측정 주기로 송신한다. 위치 확인되는 객체들에서 반사된 신호들은 수신 안테나들에 의해 수신되고, 수신 시점에 송신되는 신호의 일부와 혼합되므로, 각각의 안테나 요소에 대해 저주파 비트 신호가 얻어지고, 이러한 저주파 비트 신호의 주파수 및 위상은 위치 확인되는 객체들에 대한 간격- 및 상대 속도 정보를 얻는다. 이러한 비트 신호들은 별도의 수신 채널 내에서 각각의 수신 안테나에 대해 평가된다. 스캐닝 모듈(30)에 의해, 비트 신호들의 복잡한 진폭들은 측정 주기의 기간에 걸쳐 빠른 클록 펄스로서 스캐닝되고 디지털화된다.
그러나, 종래의 레이더 시스템들에서와는 달리, 이와 같이 획득된 시간 신호는 현장에서 추가로 평가되지 않고, 인터페이스 유닛(24)의 미가공 데이터 인터페이스(32)를 거쳐 그리고 디지털 데이터 라인(34)을 거쳐, 2개의 송수신 유닛(10)들의 시간 신호들이 고속 프로세서(36) 내에서 공동으로 평가되는 제어 장치(28)로 전송된다. 따라서, 프로세서(36)는 전체 시스템에 대한 중앙 평가 인스턴스를 나타낸다. 평가의 진행 중에, 각각의 수신 채널 내의 시간 신호는 고속 푸리에 변환을 통해 스펙트럼으로 변환되고, 이러한 스펙트럼 내에서는 위치 확인된 각각의 객체가 특정 주파수에서의 피크로서 표시된다. 다양한 주파수 램프들에서 얻어진 데이터들을 비교함으로써, 공지된 방식으로 간격 정보가 상대 속도 정보로부터 분리되므로, 위치 확인된 각각의 객체의 간격 및 상대 속도가 결정될 수 있다. 또한, 다양한 수신 채널들에서 수신되는 신호들의 진폭들과 위상들을 비교함으로써, 위치 확인된 각각의 객체의 방위각이 결정된다. 위치 확인된 객체들에 대한 이와 같이 얻어진 정보는 차량 인터페이스(38), 예를 들어 고속 이더넷 인터페이스 또는 CAN 버스를 거쳐 차량 내 여타 전자 구성 요소들에, 예를 들어 운전자 보조 시스템에 출력된다.
이러한 실시예에서, 제어 장치(28)는 전압 제어 발진기(40)(VCO)를 더 포함하고, 이러한 전압 제어 발진기는 2개의 송수신 유닛(10)들에 대한 주파수 변조된 송신 신호를 생성하고, 동기화 네트워크의 고주파 라인(42)들을 거쳐 인터페이스 유닛(24)들로 출력한다. 램프형 주파수 변조는, 제어 장치(28) 내의 기준 발진기(46)에 의해 생성되는 클록 신호에 기초한 위상 고정 루프(44)에 의해 실행된다. 기준 발진기(46)의 클록 신호는 동기화 유닛(48)의 작동 방식도 제어하고, 이러한 동기화 유닛은 2개의 송수신 유닛(10)들의 작동 방식의 조정을 위한 동기화- 및 클록 신호들을 생성하여, 동기화 네트워크(26)의 라인(50)들을 거쳐 인터페이스 유닛(24)들로 출력한다.
2개의 인터페이스 유닛(24)들의 구조는 단지 명확성을 이유로 도면에 거울 대칭으로 도시되어 있다. 그러나 실제로는 전체 송수신 유닛들이 구조상 동일할 수 있으므로, 합리적인 생산이 가능해진다.
2개의 송수신 유닛(10)들로부터 송신되는 레이더 신호들이 동기화되므로, 프로세서(36) 내에서는, 송수신 유닛들 중 하나의 송수신 유닛으로부터 송신되고 다른 송수신 유닛에 의해 수신된 신호들도 평가될 수 있다. 이때, 2개의 안테나 어레이(22)들은 장착 캐리어(12)들 사이의 큰 간격으로 인하여, 매우 큰 개구면을 갖는 전체 어레이를 형성하고, 이러한 전체 어레이는 고분해능 각도 측정을 가능하게 한다.
고주파 라인(42)들의 길이는, 송신 신호들이 동위상으로 인터페이스 유닛(24)들에 도달하도록 형성될 수 있다. 대안적으로, 이러한 신호들 사이의 공지된 고정 위상차가 허용될 수 있으며, 이후 프로세서(36) 내에서의 평가 시에 고려될 수 있다.
여기에 도시된 간단한 예시에서 레이더 시스템은 단지 2개의 송수신 유닛(10)들만 갖는다. 그러나 실제로 송수신 유닛들의 수는 상당히 더 많을 수 있다. 이때, 데이터 라인(34)들은 제어 장치(28)로부터 개별 송수신 유닛(10)들로 별 형상으로 연장될 수 있다. 그러나 대안적으로, 송수신 유닛들을 서로 직렬로 연결하고, 제어 장치(28)와 연결하는 것도 가능하다. 이는 고주파 라인(42)들 및 동기화 네트워크의 라인(50)들에도 상응하게 적용된다.
도 2는 변형 실시예로서, 고주파 신호의 생성과 관련하여 마스터/슬레이브 아키텍처를 갖는 2개의 송수신 유닛(10a, 10b)들을 갖는 레이더 시스템을 도시한다. 송수신 유닛(10a)은 마스터로서 구성되고, 전체 송수신 유닛들을 위한 고주파 신호를 공급하는 국부 발진기(40a)를 갖는다. 제2 송수신 유닛(10b)은, 또는 복수의 노드들을 갖는 네트워크의 경우 다른 모든 송수신 유닛들은, 고주파 라인(42)들을 거쳐 마스터로부터 송신 신호를 얻는 슬레이브들이다.
도 3은 고주파 신호의 생성 및 변조가 국부적으로 각각의 송수신 유닛(10c) 내에서 발생되는 추가의 일 실시예를 도시한다. 이를 위해, 각각의 송수신 유닛은 국부 발진기(40c) 및 기준 발진기(46c)를 포함한다. 동기화는, 동기화 네트워크(26)를 거쳐 전송되는 시간 기준에 의해 실행된다.
도 1을 참조하여 여기에 설명된 레이더 시스템의 모든 다른 특징들은 의미에 맞게 도 2 및 도 3에 따른 실시예들에서도 구현될 수 있다.

Claims (5)

  1. 자동차 내의 다양한 지점들에 장착하기 위한 분리된 장착 캐리어(12)들 상에 배열되어, 동기화 네트워크(26)를 통해 서로 연결되고, 복수의 채널들 상에서 수신된 레이더 신호들을 시간 신호의 형태로 스캐닝하기 위한 스캐닝 모듈(30)을 각각 포함하는 복수의 송수신 유닛(10; 10a; 10b; 10c)들을 구비한 자동차용 레이더 시스템에 있어서,
    각각의 장착 캐리어(12)가 중앙 평가 인스턴스(36)로의 송수신 유닛의 시간 신호의 전송을 위한 미가공 데이터 인터페이스(32)를 포함하고, 중앙 평가 인스턴스는 복수의 송수신 유닛들의 시간 신호들을 함께 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 자동차용 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 중앙 평가 인스턴스(36)는, 장착 캐리어(12)들로부터 분리되어 형성되는 제어 장치(28) 내의 프로세서인, 자동차용 레이더 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중앙 평가 인스턴스(36)의 위치에 배열되는, 모든 송수신 유닛(10)들에 대한 송신 신호의 생성을 위한 발진기(40)를 갖는, 자동차용 레이더 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 장착 캐리어(12)들 중 하나의 장착 캐리어 상에 배열되는, 모든 송수신 유닛(10a, 10b)들에 대한 송신 신호의 생성을 위한 발진기(40a)를 갖는, 자동차용 레이더 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 송수신 유닛(10c)들은 송신 신호의 생성을 위한 국부 발진기(40c)를 각각 포함하고, 국부 발진기(40c)들은 동기화 네트워크(26)를 거쳐 서로 동기화되는, 자동차용 레이더 시스템.
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