WO2004089678A1 - System zur automatischen abstandsregelung - Google Patents

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WO2004089678A1
WO2004089678A1 PCT/EP2004/003444 EP2004003444W WO2004089678A1 WO 2004089678 A1 WO2004089678 A1 WO 2004089678A1 EP 2004003444 W EP2004003444 W EP 2004003444W WO 2004089678 A1 WO2004089678 A1 WO 2004089678A1
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vehicle
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PCT/EP2004/003444
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Robert Schneider
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Daimlerchrysler Ag
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    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9325—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles for inter-vehicle distance regulation, e.g. navigating in platoons

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for automatic distance control according to the preamble of claims 1 and 12.
  • a number of different systems are known for the longitudinal guidance of motor vehicles, which relieve the driver or increase traffic safety through automatic braking and acceleration interventions.
  • the most elementary example is cruise control, which constantly maintains a speed selected by the driver. With a higher traffic density, however, the driver's intervention is still necessary in order to react to vehicles driving ahead more slowly or changing lanes.
  • a cruise control The operation of a cruise control is described by two modes: 1. Free travel at set speed, with the front area being constantly monitored to identify vehicles in front;
  • Mode 1 places significantly higher demands on the sensor than Mode 2 in terms of sensitivity, spatial resolution and measurement accuracy, because due to the high possible differential speeds, a reliable track assignment must be made at a distance of approximately 100 m.
  • Typical measuring accuracies of the sensors used are: 0.5 m in
  • Sensitivity 1 qm backscatter cross section at 150 m distance.
  • the required measuring accuracy can only be achieved through physical resolution. For the azimuth angle, this means the presence of several sharply focused antenna directions. Distance resolution requires spectral bandwidth in pulse signals or frequency modulation. In addition to the high technical effort and the associated costs, the sensor is also of considerable size.
  • a corresponding millimeter wave radar system is known from the patent US 5 680 137 AI.
  • This is an automotive radar system for distance control, which can be operated both in the long range and in the close range.
  • the radar system In the far range, the radar system is operated as an FM-CW radar in order to estimate the distance to another vehicle driving in front of the motor vehicle by means of a transit time analysis. While the vehicle is approaching the vehicle in front, the current absolute distance is continuously estimated using the FM-CW radar method.
  • the radar system switches to a phase difference mode and, based on the last measured absolute distance, considers the relative changes in distance. This continues until it is sensible to switch back to the actually desired FM-CW radar method.
  • the object of the invention is to find a method and a device which is suitable for carrying out this method and which permits an automatic distance control to be implemented with inexpensive system components without high technical outlay.
  • an electromagnetic signal is emitted by a transmitter located on the motor vehicle and this signal is received again after being reflected by a sensor on the motor vehicle.
  • the following distance of the motor vehicle is then based on the evaluation of the sensor signal a vehicle in front of this regulated to a certain target distance.
  • the control process is initiated by a targeted activation of the distance control and this subsequent distance existing at the time of the targeted activation is used at least initially as the desired distance. Because the target distance to be regulated already prevails when the distance control is activated, it is possible in a particularly profitable way to dispense with a complex and usually costly determination of an absolute distance between the motor vehicle and the vehicle driving in front of it.
  • the distance control From the time the distance control is activated, it is advantageous to measure only the change in the distance to the vehicle in front, which then serves as a controlled variable for the distance control.
  • a motor vehicle In many situations in road traffic, for example traffic jam, slow-moving traffic or inner city traffic, a motor vehicle is already at the desired target distance from the vehicle in front of it at the time when the driver activates the automatic distance control. In this case, measuring the absolute distance to the vehicle in front is unnecessary. It is therefore dispensed with in the context of the inventive distance control on the independent detection of vehicles appearing in the field of vision, which is customary in the prior art. Instead, in the event that the motor vehicle is at a desired distance from a vehicle in front, the driver himself activates the automatic distance control in order to specify this distance as the desired distance.
  • the function of the inventive system can thus be described as a kind of “electronic Coupling rod "to realize automated column journeys.
  • the invention creates an automatic distance control system which is used for follow-up guidance of a motor vehicle can only measure and observe the relative distance to a vehicle in front.
  • the emitted electromagnetic signal is preferably designed as an essentially continuous signal. It is thus possible in a simple manner to carry out the evaluation of the sensor signal according to the Doppler sensor / Doppler radar principle, the phase variation or the frequency offset between the transmitted signal and the reflected transmitted signal (received signal) as a measure of the change in the relative distance between the motor vehicle and the this preceding vehicle is evaluated.
  • Such a measurement in which the temporal change in the distance ( ⁇ R / ⁇ t) - that is to say only a relative speed - is measured, is also referred to as a range rating.
  • This inventive significant simplification of the automotive distance control systems known from the prior art enables the necessary sensor technology to be dramatically simplified, which has a particularly positive effect with regard to the complexity of the system structure, the size and the production costs.
  • the essentially continuous signal can also be a modulation vibration modulated onto another signal.
  • the automatic distance control system is designed so that the control process can only be activated when the intensity of the reflected signal received by the sensor exceeds a certain signal level.
  • This functionality also serves to increase comfort and thus the acceptance of the system by the driver.
  • the distance control system should primarily be designed in such a way that the driver of the motor vehicle is informed when his distance control is activated.
  • the control process should advantageously be terminated when the intensity of the reflected signal registered by the sensor falls below a certain threshold. This situation could occur, for example, when the vehicle in front changes lane. It is also advantageous if the automatic control system then transfers control of the motor vehicle completely back to the vehicle driver when the setpoint distance can no longer be regulated automatically (excessive acceleration or deceleration).
  • the control process should preferably also be aborted if the frequency shift determined in the signal curve between the emitted and the reflected signal is not continuous. Such discontinuity could be the case, for example, when another vehicle is reeved into the area between the motor vehicle and the originally tracked vehicle. Since no absolute distances are measured as part of the inventive method, the target distance cannot be automatically set in relation to this newly re-engaged vehicle.
  • the driver of the vehicle should be informed, particularly in an acoustic or visual way, about the termination of the automatic distance control so that he can take control of the vehicle again in good time.
  • the distance control system can be designed so that the control process is at least temporarily interrupted when the vehicle in front exceeds a predeterminable speed.
  • the speed of the vehicle in front can be knowledge of its own speed and tracking changes in relative speeds to the vehicle in front are estimated. If the vehicle in front falls below the predeterminable speed again, it is conceivable that the automatic distance control system then takes up the then prevailing distance to this vehicle as a new target distance and automatically again the distance control. The target distance has then increased compared to the target distance previously set by the driver, but the driver is not forced to intervene in the control process.
  • a profitable cruise control or speed limiter can be used to enter the predeterminable speed. It is conceivable to use the last speed selected by means of cruise control or a speed limiter as the predetermined maximum speed for the distance control at the time the automatic distance control system is activated. In any case, the control element for activating the inventive should be profitable
  • Distance control system can be integrated into the control unit of a cruise control located in the motor vehicle.
  • the Doppler analysis of an unmodulated continuous wave signal (, contiuous wave ⁇ , CW) is sufficient, which is used to reduce noise. decoration and increase in immunity to interference can be filtered very narrowband.
  • a possible, advantageous implementation of such a CW Doppler radar is possible with very little circuitry.
  • the figure shows a corresponding circuit of such a radar front end based on the homodyne principle, which manages with a single antenna and even without a circulator or duplexer.
  • the received signal has in-phase and quadrature components I and Q in order to enable the required sign evaluation in the Doppler analysis.
  • the amount and phase of the coupled-in oscillator signal are adjusted with the adjustment elements r in order to obtain the 90 ° phase shift necessary for the mixing.
  • the Doppler analysis itself can be carried out by numerical Fourier transformation (FFT) of the I / Q signals, which results in a gain in sensitivity corresponding to the FFT block length, or by a zero crossing counter, the phase position of I and Q specifying the counting direction.
  • FFT numerical Fourier transformation
  • the millimeter-wave radar is designed such that it is operated in the frequency range 76 ... 77 GHz approved for automotive applications.
  • a Doppler frequency analysis based on a 128-point FFT is profitable.
  • the determination of the global maximum in the magnitude spectrum of the FFT then provides the relative speed of the vehicle in front of the motor vehicle.
  • the relative speed can be resolved in the range of 0.08 m / s; this with a uniqueness range of +/- 10 m / s.
  • These framework values are particularly suitable for using the automatic distance control in road traffic with regard to the relative speeds and relative accelerations that occur there. ⁇
  • the radar backscatter cross section belonging to the vehicle driving in front of the motor vehicle is at least 5 dBsm and the antenna of the radar system has a gain of 25 dBi
  • the range and thus functionality of the system can be assumed for distances of up to 120 m , provided the total system losses do not exceed lOdB.
  • the minimum signal-to-noise ratio required for error-free detection is 15 dB.
  • a range of 120 m is certainly sufficient for use in road traffic and is therefore an indication of the feasibility of the inventive simplification of the automotive distance control systems known from the prior art.
  • the realization of the radar antenna advantageously has a fixed radiation characteristic of approximately 10 ° in azimuth and 5 ° in levitation and is realized profitably by a microstrip patch array.
  • the relative speed v determined with the Doppler analysis at cyclic intervals ⁇ t is a direct measure of the change in distance ⁇ i? / ⁇ t, which is directly It can be made available to the vehicle's longitudinal controller in order to derive control signals for actuating the brake or throttle valve.
  • the distance regulated - as described above - must be adjusted in terms of a safety distance. However, this is only possible in relation to the distance originally selected by the driver. The adjustment is based on the actual airspeed, which is available elsewhere in the vehicle (ABS, ESP, electronic speedometer, etc.).
  • a safety distance that is linearly dependent on the speed (“half-tachometer rule"), even the information about the relative speed supplied directly by the Doppler sensor is sufficient, since its measured change is then a measure of the distance to be changed.

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Abstract

Es wird eine automatische Abstandsregelung vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird durch einen am Kraftfahrzeug befindlichen Sender ein elektromagnetisches Signal ausgesendet und dieses Signal nach einer Reflektion durch einen Sensor am Kraftfahrzeug wieder empfangen. Auf Grundlage der Auswertung des Sensorsignals wird sodann der Folgeabstand des Kraftfahrzeugs zu einem diesem vorausfahrenden Fahrzeug auf einen konstanten Sollabstand geregelt. In besonders erfinderischer Weise wird hierbei der Regelvorgang durch eine gezielte Aktivierung der Abstandsregelung initiiert und dieser zum Zeitpunkt der gezielten Aktivierung bestehende Folgeabstand zumindest anfänglich als Sollabstand herangezogen. Dadurch, dass bei Aktivierung der Abstandsregelung der einzuregelnde Sollabstand bereits vorherrscht, kann Bestimmung eines Absolutabstandes des Kraftfahrzeugs zu dem diesem vorausfahrenden Fahrzeug verzichtet werden. Vorteilhaft muss vom Zeitpunkt der Aktivierung der Abstandsregelung an nur die Veränderung des Abstandes zu dem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen werden, welche sodann als Regelgrösse für die Abstandsregelung herangezogen wird.

Description

System zur automatischen Abstandsregelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Abstandsregelung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 12.
Für die Längsführung von Kraftfahrzeugen sind eine Reihe unterschiedlicher Systeme bekannt, die durch automatische Brems- und Beschleunigungseingriffe den Fahrer entlasten bzw. die Verkehrssicherheit erhöhen. Elementarstes Beispiel ist der Tempomat, der eine vom Fahrer gewählte Geschwindigkeit konstant einhält . Bei höherer Verkehrsdichte bleibt allerdings weiterhin der Eingriff des Fahrers nötig, um auf lang- samer vorausfahrende oder ihre Spur wechselnde Fahrzeuge zu reagieren.
Eine Weiterentwicklung, welche in der Literatur zahlreich beschrieben ist, ergänzt den klassischen Tempomaten durch einen Sensor zur Erfassung voraus befindlicher Fahrzeuge, um die eigene Geschwindigkeit entsprechend anpassen zu können. Bezeichnungen hierfür sind "intelligenter Tempomat", "Abstandsregeltempomat " , ICC ("intelligent cruise control"), ACC ("adaptive cruise control") oder AICC ("autonomous intelli- gent cruise control") . Als Sensorprinzip kommt im wesentlichen Infrarot-Laser oder Millimeterwellen-Radar zum Einsatz, welches den Bereich vor dem Fahrzeug in einem Entfernungsbereich bis zu etwa 150 m erfasst, um dort befindliche Objekte zu detektieren und deren Abstand, Geschwindigkeit und Winkel- abläge in Bezug auf das eigene Fahrzeug zu bestimmen. Geeignete Auswerteverfahren müssen nun die Relevanz der detektier- ten Objekte bezüglich der eigenen Fahrspur bewerten. Hierfür wird üblicherweise auch noch der Lenkwinkel des Fahrzeuges herangezogen.
Der Betrieb eines Abstandsregeltempomaten wird durch zwei Modi beschrieben: 1. Freie Fahrt mit eingestellter Geschwindigkeit, wobei der Frontbereich permanent überwacht wird, um vorausfahrende Fahrzeuge zu identifizieren;
2. Geregelte Folgefahrt hinter einem aufgefassten langsameren Fahrzeug, wobei der Abstand im Sinne eines Sicherheitsabstandes anzupassen ist. Modus 1 stellt wesentlich höhere Anforderungen an den Sensor als Modus 2 hinsichtlich Empfindlichkeit, räumlichem Auflösungsvermögen und Messgenauigkeit, da wegen der hohen möglichen Differenzgeschwindigkeiten bereits im Abstand von etwa 100 m eine zuverlässige Spurzuordnung erfolgen muss . Typische Messgenauigkeiten der eingesetzten Sensoren sind: 0,5 m in
Entfernung und 0,3°m im Azimutwinkel; Empfindlichkeit: 1 qm Rückstreuquerschnitt in 150 m Entfernung.
Am Beispiel eines Radarsensors lassen sich die geforderten Messgenauigkeiten nur durch physikalisches Auflösungsvermögen erzielen. Für den Azimutwinkel bedeutet dies das Vorhandensein mehrerer scharf gebündelter Antennenrichtungen. Auflösung in Entfernung setzt spektrale Bandbreite in Pulssignalen oder Frequenzmodulation voraus. Neben dem technisch hohen Aufwand und der damit verbundenen Kosten resultiert auch eine beträchtliche Baugröße für den Sensor.
Ein entsprechendes Millimeterwellen-Radarsystem ist aus dem Patent US 5 680 137 AI bekannt. Hierbei handelt es sich um ein automobiles Radarsystem zur Abstandsregelung, welches sowohl im Fernbereich als auch im Nahbereich betrieben werden kann. Im Fernbereich wird das Radarsystem als FM-CW-Radar betrieben, um mittels einer Laufzeitanalyse die Entfernung zu einem vor dem Kraftfahrzeug fahrenden anderen Fahrzeug zu schätzen. Während sich das eigene Kraftfahrzeug dem vorausfahrenden Fahrzeug nähert, wird kontinuierlich mittels FM-CW- Radarverfahren die aktuelle Absolutentfernung geschätzt. Für den Fall, dass der Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug jedoch zu gering wird, als dass noch sinnvoll eine Entfernungsmessung durchgeführt werden kann, wechselt das Radarsystem in einen Phasen-Differenz-Modus und betrachtet, ausgehend von dem zuletzt gemessenen Absolutabstand, die relative Entfernungsänderungen. Dies solange bis wieder sinnvoll auf das eigentlich gewünschte FM-CW-Radarverfahren umgeschaltet werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu fin- den, welche es erlaubt, eine automatische Abstandsregelung ohne hohen technischen Aufwand mit kostengünstigen Systemkomponenten zu realisieren.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Bei dem Verfahren zur automatischen Abstandsregelung für ein Kraftfahrzeug wird durch einen am Kraftfahrzeug befindlichen Sender ein elektromagnetisches Signal ausgesendet und dieses Signal nach einer Reflektion durch einen Sensor am Kraftfahrzeug wieder empfangen. Auf Grundlage der Auswertung des Sensorsignals wird sodann der Folgeabstand des Kraftfahrzeugs zu einem diesem vorausfahrenden Fahrzeug auf einen bestimmten Sollabstand geregelt. In besonders erfinderischer Weise wird hierbei der Regelvorgang durch eine gezielte Aktivierung der Abstandsregelung initiiert und dieser zum Zeitpunkt der ge- zielten Aktivierung bestehende Folgeabstand zumindest anfänglich als Sollabstand herangezogen. Dadurch, dass bei Aktivierung der Abstandsregelung der einzuregelnde Sollabstand bereits vorherrscht, kann in besonders gewinnbringender Weise auf eine aufwendige und meist kostenträchtige Bestimmung ei- nes Absolutabstandes des Kraftfahrzeugs zu dem diesem vorausfahrenden Fahrzeug verzichtet werden. Vorteilhaft muss vom Zeitpunkt der Aktivierung der Abstandsregelung nur die Veränderung des Abstandes zu dem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen werden, welche sodann der Abstandsregelung als Regelgröße dient. In vielen Situationen im Straßenverkehr, beispielsweise Stau, zähfließender Verkehr oder Innenstadtverkehr, befindet sich ein Kraftfahrzeug bereits zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Fahrzeugführer die automatische Abstandsregelung aktiviert, in dem gewünschten Sollabstand zu dem ihm vorausfah- renden Fahrzeug. In diesem Fall ist eine Messung des Absolut- abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug unnötig. Es wird also im Rahmen der erfinderischen Abstandsregelung auf die im Stand der Technik übliche eigenständige Erfassung von neu im Sichtbereich erscheinenden Fahrzeugen verzichtet. Statt des- sen aktiviert der Fahrzeugführer, in dem Fall, dass sich das Kraftfahrzeug in einem gewünschten Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug befindet, selbst die automatische Abstandsregelung, um diesen Abstand als Sollabstand vorzugeben, die Funktion des erfinderischen Systems kann somit als eine Art „elektronische Koppelstange" zur Realisierung automatisierter Kolonnenfahrten bezeichnet werden.
In besonders vorteilhafter Weise schafft die Erfindung ein automatisches Abstandsregelsystem, welches zur Folgeführung eines Kraftfahrzeuges einzig mit der Vermessung und Beobachtung des Relativabstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auskommt. Hierzu wird vorzugsweise wird das ausgesandte elektromagnetische Signal als im wesentlichen kontinuierliches Signal ausgebildet. So wird es auf einfache Weise möglich, die Auswertung des Sensorsignals nach dem Dopplersensor-/ Dopplerradar-Prinzip durchzuführen, wobei die Phasenvariation beziehungsweise der Frequenzversatz zwischen dem Sendesignal und dem reflektieren Sendesignal (Empfangssignal) als Maß für die Änderung des Relativabstandes zwischen dem Kraftfahrzeug und dem diesem vorausfahrenden Fahrzeug ausgewertet wird. Bei einer solchen Messung, bei welcher die zeitliche Änderung des Abstandes (ΔR/Δt) - also lediglich eine Relativgeschwindigkeit - gemessen wird, wird auch als Range Rating bezeichnet. Dieses erfinderische signifikante Vereinfachung der aus dem Stand der Technik bekannten automobilen Abstandsregelsysteme ermöglicht eine dramatische Vereinfachung der notwendigen Sensorik, was sich insbesondere positiv in Bezug auf die Komplexität des Systemaufbaus, die Baugröße und die Gestehungs- kosten auswirkt.
Selbstverständlich kann es sich bei dem im wesentlichen kontinuierlichen Signal auch um eine auf ein anderes Signal aufmodulierte Modulationsschwingung handeln.
Insbesondere um eine Fehlfunktion des Systems zu vermeiden, ist das automatische Abstandsregelsystem so ausgestaltet, dass der Regelvorgang nur dann aktiviert werden kann, wenn die Intensität des von dem Sensor empfangenen reflektierten Signals einen bestimmten Signalpegel überschreitet. Auf diese
Weise wird vermieden, dass durch die Aktivierung bei zu schwachem Sensorsignal, beispielsweise auf Grund ungünstiger Reflektionsgeometrien des vorausfahrenden Fahrzeugs oder schlechter Ausbreitungsbedingungen für das Sendesignal (Nebel oder Regen) , der Regelvorgang frühzeitig abgebrochen wird, weil durch den Sensor kein reflektiertes Signal mehr detek- tiert werden kann. Diese Funktionalität dient somit auch der Komfortsteigerung und somit der Akzeptanz des Systems durch den Fahrzeugführer.
Da wie vorab beschrieben die erfolgreiche Aktivierung des Systems von bestimmten Parametern, wie der Intensitätsstärke des vom Sensor empfangenen Signals abhängig sein kann, sollte vornehmlich das Abstandsregelsystem so ausgestaltet werden, dass dem Führer des Kraftfahrzeuges angezeigt wird, wenn seine Abstandsregelung aktiviert ist.
Es sind unterschiedliche Bedingungen denkbar, unter welchen der automatische Abstandsregelvorgang abgebrochen wird. So sollte vorteilhafterweise der Regelvorgang dann abgebrochen werden, wenn das vom Sensor registrierte reflektierte Signal in seiner Intensität unter eine bestimmte Schwelle abfällt. Diese Situation könnte beispielsweise dann eintreten, wenn das vorausfahrende Fahrzeug die Fahrspur wechselt. Auch ist es vorteilhaft, wenn die automatische Regelung die Kontrolle des Kraftfahrzeugs dann wieder komplett an den Fahrzeugführer übergibt, wenn der Sollabstand nicht mehr automatisch ausgeregelt werden kann ( zu hohe Beschleunigung oder Verzöge- rung) . Um Fehlfunktionen der automatischen Abstandsregelung zu vermeiden, sollte der Regelvorgang vorzugsweise auch dann abgebrochen werden, wenn die ermittelte Frequenzverschiebung im Signalverlauf zwischen ausgesandten und reflektiertem Signal nicht stetig ist. Eine solche Unstetigkeit könnte bei- spielsweise durch das Einscheren eines anderen Fahrzeuges in den Bereich zwischen dem Kraftfahrzeug und dem ursprünglich verfolgten Fahrzeug der Fall sein. Da im Rahmen des erfinderischen Verfahrens keine absoluten Abstände vermessen werden, kann in Bezug auf dieses neu eingescherte Fahrzeug nicht automatisch der Sollabstand eingeregelt werden.
Es ist auch denkbar, dass der Regelvorgang zur automatischen Abstandsregelung dann abgebrochen wird, sobald der Fahrer des Fahrzeuges die Bremse oder das Fahrpedal betätigt. Solche Eingriffe in den Fahrbetrieb können als Zeichen gewertet werden, dass die automatische Abstandsregelung in der vorherrschenden Verkehrssituation nicht mehr den Sicherheitsempfin- den des Fahrzeugführers gerecht wird, so dass sie besser abgebrochen werden sollte.
Auf jeden Fall sollte aber der Fahrzeugführer, insbesondere auf akustische oder optische Weise, über den Abbruch der au- tomatischen Abstandsregelung informiert werden, so dass er wieder rechtzeitig die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen kann.
Da der im Straßenverkehr von vorausfahrenden Fahrzeugen ein- zuhaltende Sicherheitsabstand auch stark von der aktuell gefahrenen Absolutgeschwindigkeit der Fahrzeuge abhängt, sollte der automatischen Abstandsregelung vorzugsweise auch Informationen über die Absolutgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zugeführt werden. Hierdurch wird es möglich, in Abhängigkeit der Veränderung der Absolutgeschwindigkeit den Sollabstand zu verändern, wobei mit zunehmender Absolutgeschwindigkeit der Sollabstand vergrößert wird.
Aus Sicherheitsüberlegungen kann das Abstandsregelsystem ge- winnbringend so ausgestaltet werden, dass der Regelvorgang zumindest zeitweise dann unterbrochen wird, wenn das vorausfahrende Fahrzeug eine vorbestimmbare Geschwindigkeit überschreitet. Die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs kann in Kenntnis der Eigengeschwindigkeit und der Verfolgung der Änderungen der Relativgeschwindigkeiten zum vorausfahrenden Fahrzeug geschätzt werden. Unterschreitet das vorausfahrende Fahrzeug wieder die vorbestimmbare Geschwindigkeit, ist es denkbar, dass das automatische Abstandsregelsystem den dann vorherrschenden Abstand zu diesem Fahrzeug als neuen Sollabstand und selbsttätig wieder die Abstandsregelung aufnimmt. Der Sollabstand hat sich dann gegenüber dem vorher durch den Fahrer eingestellten Sollabstand vergrößert, der Fahrer wird jedoch nicht genötigt, in den Regelvorgang ein- zugreifen.
Zur Eingabe der vorbestimmbaren Geschwindigkeit kann gewinnbringend ein bereits im Fahrzeug vorhandener Tempomat oder Geschwindigkeitsbegrenzer (Speed-Limit-Assistant) verwendet werden. Hierbei ist es denkbar, zum Zeitpunkt der Aktivierung des automatischen AbstandregelSystems die mittels Tempomat oder Geschwindigkeitsbegrenzer zuletzt gewählte Geschwindigkeit als vorbestimmte Höchstgeschwindigkeit bei der Abstandsregelung heranzuziehen. Ohnehin sollte in gewinnbringender Weise das Bedienelement zur Aktivierung des erfinderischen
Abstandsregelsystems in die Bedieneinheit eines im Kraftfahrzeug befindlichen Tempomaten integriert werden.
Zum Verständnis der Erfindung soll nachfolgend anhand einer Implementierung des Abstandsregelsystems auf Basis eines Millimeterwellen-Radars ein vorteilhafter Systemaufbau im Detail erläutert werden.
Bei der Verwendung eines Millimeterwellen-Radarsensors kann davon ausgegangen werden, dass die Antenne nur eine einzelne
Raumrichtung mit geringerer Bündelung erfassen muss und damit eine kleine Apertur aufweisen kann. Zur Geschwindigkeitsmessung genügt die Doppleranalyse eines unmodulierten Dauerstrichsignals (,contiuous waveλ, CW) , welches zur Rauschredu- zierung und Erhöhung der Störfestigkeit sehr schmalbandig ge- • filtert werden kann. Eine mögliche, vorteilhafte Realisierung eines solchen CW-Dopplerradars ist mit sehr geringem Schaltungsaufwand möglich. Die Figur zeigt eine entsprechende Schaltung eines derartigen Radar-Frontends nach dem Homodyn- Prinzip, die mit einer einzelnen Antenne und sogar ohne Zir- kulator oder Duplexer auskommt . Das Empfangssignal weist InPhase und Quadratur-Komponenten I und Q auf, um in der Doppleranalyse die erforderliche Vorzeichenauswertung zu ermögli- chen. Mit den Abgleichelementen r wird Betrag und Phase des eingekoppelten Oszillatorsignals eingestellt, um die für die Abmischung nötige 90° -Phasenverschiebung zu erhalten.
Die Doppleranalyse selbst kann durch numerische Fourier- Transformation (FFT) der I/Q-Signale erfolgen, wodurch sich ein Empfindlichkeitsgewinn entsprechend der FFT-Blocklänge ergibt, oder durch einen Nulldurchgangszähler, wobei hierbei die Phasenlage von I und Q die Zählrichtung vorgibt .
In besonders vorteilhafter Weise wird das Millimeterwellen- Radar dabei so ausgelegt, dass es in dem für automobile Anwendungen freigegebenen Frequenzbereich 76...77 GHz betrieben wird. Gewinnbringend wir eine Dopplerfrequenzanalyse auf Basis einer 128-Punkte FFT durchgeführt. Die Bestimmung des globalen Maximums im Betrags-Spektrum der FFT liefert sodann die relative Geschwindigkeit des vor dem Kraftfahrzeug vorausfahrenden Fahrzeugs. Bei einer das Abtasttheorem nach Ny- quist einhaltenden vorteilhaften Abtastrate für die I/Q-Werte des Empfangssignals von 10 kHz kann die Relativgeschwindig- keit im Bereich von 0,08m/s aufgelöst werden; dies mit einem Eindeutigkeitsbereich von +/- 10 m/s. Diese Rahmenwerte sind für eine Nutzung der automatischen Abstandsregelung im Straßenverkehr in Bezug auf die dort auftretenden Relativgeschwindigkeiten und Relativbeschleunigungen besonders vor- ιυ
teilhaft gewählt. Wird von der Ausnahme ausgegangen, dass der dem Kraftfahrzeug vorausfahrende Fahrzeug zugehörige Radar- Rückstreuquerschnitt wenigstens 5 dBsm beträgt und die Antenne des Radarsystems einen Gewinn von 25 dBi aufweist, kann von einer Reichweite und damit Funktionalität des Systems für Entfernungen von bis zu 120 m ausgegangen werden, vorausgesetzt die Gesamt-Systemverluste überschreiten nicht lOdB. Als minimal erforderliches Signal-zu-Rausch-Verhältnis für fehlerfreie Detektion sind dabei 15 dB angenommen. Eine Reich- weite von 120 m ist für eine Verwendung im Straßenverkehr sicherlich ausreichend und ist somit ein Indiz für Machbarkeit der erfinderischen Vereinfachung der aus dem Stand der Technik bekannten automobilen AbstandsregelSysteme . Die Realisierung der Radarantenne weist in vorteilhafter Weise eine feste Strahlungscharakteristik von etwa 10° in Azimut und 5° in E- levation auf und wird gewinnbringend durch ein Microstrip- Patch-Array realisiert.
Neben dem Millimeterwellen-Radar eignen sich auch andere Sen- sorprinzipien zur einfachen Dopplermessung. So ist zwar bei den kurzen Wellenlängen von (IR-) Laser keine direkte Doppleranalyse des reflektierten Lasersignals praktikabel, wohl aber die einer beispielsweise sinusförmigen Amplitudenmodulation.
Andererseits ist es sehr wohl auch denkbar, beispielsweise das ausgesandte Licht eines Kraftfahrzeugscheinwerfers (beispielsweise Xenon-Scheinwerfer) mit einer Modulationsschwingung zu modulieren und den Phasenverlauf dieser Modulations- Schwingung zu beobachten und auszuwerten.
Die mit der Doppleranalyse in zyklischen Abständen Δt ermittelte Relativgeschwindigkeit v ist direktes Maß für die Abstandsänderung Δi?/Δt, welche unmittelbar als zu regelnde Grö- ße dem Fahrzeuglängsregler zur Verfügung gestellt werden kann, um daraus Steuersignale zur Betätigung von Bremse oder Drosselklappe abzuleiten. Im Fall, dass das vorausfahrende Fahrzeug seine Geschwindigkeit verändert, ist der - wie oben beschrieben - geregelte Abstand im Sinne eines Sicherheitsabstandes anzupassen. Dies ist allerdings nur in Bezug auf den ursprünglich vom Fahrer gewählten Wunschabstand möglich. Die Anpassung erfolgt auf Basis der tatsächlichen Eigengeschwindigkeit, die an anderer Stelle im Fahrzeug verfügbar ist (ABS, ESP, elektronischer Tacho etc.). Unter Zugrundelegen eines Sicherheitsabstandes, der linear von der Geschwindigkeit abhängt ("Halbe-Tacho-Regel"), genügt sogar die vom Dopplersensor direkt gelieferte Information über die relative Geschwindigkeit, da deren gemessene Änderung dann ein Maß für den zu ändernden Abstand ist .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatischen Abstandsregelung für ein Kraftfahrzeug, bei welchem durch einen am Kraftfahrzeug befindlichen Sender ein elektromagnetisches Signal ausgesendet wird und dieses Signal nach einer Reflektion durch einen Sensor am Kraftfahrzeug empfangen wird, wobei auf Grundlage der Auswertung des Sensorsignals der Folgeabstand des Kraftfahrzeugs zu einem diesem vorausfahrenden Fahrzeug auf einen Sollabstand geregelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Regelvorgang durch eine gezielte Aktivierung der Abstandsregelung initiiert wird, und dass der zum Zeitpunkt der gezielten Aktivierung bestehende Folgeabstand zumindest anfänglich als Sollabstand dient .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das ausgesandte elektromagnetische Signal ein im wesentlichen kontinuierliches Signal ist, und dass die Auswertung des Sensorsignals nach dem Doppler- sensor-/Dopplerradar-Prinzip erfolgt , wobei die Phasenvariation beziehungsweise der Frequenzversatz zwischen dem Sendesignal und dem reflektieren Sendesignal (Empfangssignal) als Maß für die Abstandsänderung ausgewertet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Regelvorgang nur dann aktiviert werden kann, wenn die Intensität des von dem Sensor empfangenen reflektierten Signals einen bestimmten Signalpegel überschreitet .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Führer des Kraftfahrzeuges angezeigt wird, wenn seine Abstandsregelung aktiviert ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Regelung Information über die Absolutgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zugeführt wird, und dass in Abhängigkeit der Veränderung der Absolutgeschwindigkeit der Sollabstand geändert wird, wobei mit zunehmender Absolutgeschwindigkeit der Sollabstand vergrößert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Regelvorgang zumindest zeitweise dann unterbrochen wird, wenn das vorausfahrende Fahrzeug eine vorbestimmbare Geschwindigkeit überschreitet .
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die vor- bestimmbare Geschwindigkeit durch den Fahrer des Kraftfahrzeuges durch einen Tempomaten oder Geschwindigkeitsbegrenzer vorgebbar ist .
8. Verfahren nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für den Fall, dass der Regelvorgang zur automatischen Abstandsregelung unterbrochen wird, die Geschwindigkeit über die allgemein übliche Tempomatfunktion geregelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Regelvorgang zur automatischen Abstandsregelung abgebrochen wird, sobald der Fahrer des Fahrzeuges die Bremse oder das Fahrpedal betätigt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Regelvorgang zur automatischen Abstandsregelung ab- gebrochen wird, wenn das vom Sensor registrierte reflektierte Signal in seiner Intensität unter eine bestimmte Schwelle abfällt, die typischerweise niedriger gewählt ist als die Schwelle als die Schwelle aus Anspruch 3 oder der Sollabstand nicht automatisch ausgeregelt werden kann oder die ermittelte Frequenzverschiebung im Signalverlauf zwischen ausgesandten und reflektiertem Signal nicht stetig ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Fahrer, insbesondere auf akustische oder optische Weise, über den Abbruch des Regelvorgangs zur automatischen Abstandsregelung informiert wird.
12. Vorrichtung zum Betrieb des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus einem Sender zur Aussendung elektromagnetischer Wellen und einem Sensor zum Empfang dieser Wellen nach einer Reflektion, insbesondere an einem dem Kraftfahrzeug vorausfahrenden Fahrzeug, sowie bestehend aus einer Signalverarbeitungseinheit, zur Auswertung des Sensorsignals, auf Grundlage derer der Folgeabstand des Kraftfahrzeugs zu einem diesem vorausfahrenden Fahrzeug auf einen konstanten Sollabstand regelt wird, - d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kombination aus Sender und Sensor sowie die zugeordnete Signalverarbeitungseinheit so ausgestaltet sind, dass ausschließlich die Phasenvariation beziehungsweise der Frequenzversatz zwischen einem kontinuierlichen Sende- und einem von einem vorausfahrenden Fahrzeug reflektierten Empfangssignal als Maß für die Abstandsänderung ausgewertet werden kann.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sender so ausgestaltet ist, dass das von ihm abgestrahlte Signal unter einem relativ breiten Öffnungswinkel abgestrahlt wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es sich bei dem Sender um einen Mikro- oder Millimeterwellen-Sender handelt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es sich bei dem Sender um einen infrarotes oder sichtbares Licht aussenden Strahler handelt .
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