WO2019145066A1

WO2019145066A1 - Verfahren zum betreiben eines radarsensorsystems in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2019145066A1
Application number: PCT/EP2018/082300
Authority: WO
Inventors: Marcel Mayer; Michael Schoor
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-08-01
Also published as: DE102018201302A1; KR20200109379A; JP2021512301A; US20210080536A1; CN111656211A; US11747465B2; EP3746805A1; JP6970308B2

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Radarsensorsystems mit mehreren unabhängig voneinander arbeitenden Radarsensoren (12, 14) in einem Kraftfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (12, 14) hinsichtlich ihrer Sendezeiten und Sendefrequenzen so miteinander synchronisiert werden, dass zu keinem Zeitpunkt zwei Radarsignale, deren Frequenzabstand kleiner als ein bestimmter Mindestfrequenzabstand ist, gleichzeitig gesendet werden.

Description

Beschreibung

%J

Titel

Verfahren zum Betreiben eines Radarsensorsvstems in einem Kraftfahrzeug0

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsensorsystems mit mehreren unabhängig voneinander arbeitenden Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug.

Mit zunehmendem Funktionsumfang von Fahrerassistenzsystemen für Kraft- fahrzeuge und mit fortschreitender Annäherung an das Ziel eines vollständig0 autonomen Fahrens wird in Kraftfahrzeugen eine zunehmende Zahl von Radar- sensoren verbaut, die innerhalb desselben Fahrzeugs unabhängig voneinander eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben erfüllen wie beispielsweise Messung des Abstands zum vorausfahrenden Fahrzeug, Erfassung von Fußgängern am Fahrbahnrand, Tote-Winkel-Überwachung, Überwachung des Rückraums des5 Fahrzeugs, Einparkhilfen und dergleichen. Mit zunehmender Zahl der Radarsig- nalquellen steigt auch die Wahrscheinlichkeit von störenden Interferenzen zwi- schen Radarsignalen, die von verschiedenen Radarsensoren gesendet werden.

Offenbarung der Erfindung

0 Aufgabe der Erfindung ist es, die Wahrscheinlichkeit solcher störender Interfe- renzen zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Radarsensoren hinsichtlich ihrer Sendezeiten und Sendefrequenzen so miteinander synchroni- siert werden, dass zu keinem Zeitpunkt zwei Radarsignale, deren Frequenzab- stand kleiner als ein bestimmter Mindestfrequenzabstand ist, gleichzeitig gesen- det werden.

Der Mindestfrequenzabstand wird so gewählt, dass zumindest die Radarsig- nale, die von verschiedenen Radarsensoren desselben Fahrzeugs gesendet werden, nicht zu störenden Interferenzen führen, d.h., dass die durch Überlage- rung solcher Signale entstehenden Schwebungen eine Frequenz haben, die au- ßerhalb des bei der Signalauswertung in den einzelnen Radarsensoren in Be- tracht gezogenen Frequenzbereiches liegen. Da Überlagerungen der Radarsig- nale auch durch Reflexionen und Mehrfachreflexionen an Objekten in der Um- gebung des Fahrzeugs verursacht werden können, ist es zweckmäßig, auch Radarsensoren, deren Sende- und Empfangsbereiche einander eigentlich nicht überlappen, in dieser Weise miteinander zu synchronisieren.

Grundsätzlich ist es bereits bekannt, mehrere Radarsensoren in einem Fahr- zeug miteinander zu synchronisieren (z.B. DE 101 24 909 A1 ). Eine solche Synchronisation ist immer dann erforderlich, wenn die Radarsensoren miteinan- der kooperieren, beispielsweise durch Auswertung von Kreuzechos, also von Radarsignalen, die von einem Sensor gesendet und von einem anderen Sensor empfangen werden. Die Besonderheit der Erfindung besteht demgegenüber da- rin, dass Radarsensoren miteinander synchronisiert werden, die völlig unabhän- gig voneinander arbeiten. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange- geben.

Üblicherweise wird in jedem einzelnen Radarsensor die lokale Zeit und Fre- quenz von einem Quarzoszillator abgeleitet. Aus Kostengründen werden jedoch Quarzoszillatoren eingesetzt, deren Frequenzgenauigkeit begrenzt ist und bei spielsweise in der Größenordnung von einigen MFIz liegt, was für eine zuverläs- sige Interferenzvermeidung nicht ausreicht. In einer vorteilhaften Ausführungs- form wird deshalb den Radarsensoren des Systems ein gemeinsames Taktsig- nal zur Verfügung gestellt, mit dem sich alle Radarsensoren synchronisieren. Auf diese Weise lässt sich eine genaue und auch über längere Zeiträume stabile Synchronisation erreichen, ohne dass teurere Oszillatoren mit hoher Frequenzgenauigkeit eingesetzt werden müssen.

In der Regel ist im Kraftfahrzeug ein Bussystem vorhanden, beispielsweise CAN, Flexray oder Ethernet, über das die Radarsensoren mit anderen elektroni- schen Komponenten im Fahrzeug kommunizieren, beispielsweise mit einem Rechner eines Fahrerassistenzsystems, Raddrehzahlgebern und dergleichen.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform wird dieses Bussystem zur Bereitstel- lung des gemeinsamen Taktsignals für die Radarsensoren genutzt, so dass bei der Installation keine zusätzlichen Leitungen verlegt zu werden brauchen. Das zur Synchronisation dienende Taktsignal kann dabei durch einen speziellen Taktgeber als eine Art Zeitstempel in den Bus eingespeist werden. In einer an- deren Ausführungsform kann jedoch auch der ohnehin auf dem Bus stattfin- dende Datenverkehr, der stets mit einer definierten Datenrate erfolgt, für eine Rekonstruktion eines gemeinsamen Taktsignals in den einzelnen Radarsenso- ren genutzt werden. Eine solche Taktsignalrekonstruktion (clock recovery) ist beispielsweise bei Ethernet-Clients ohnehin vorgesehen und kann somit in den Radarsensoren für eine Frequenzsynchronisation genutzt werden, beispiels weise mit Hilfe eines Frequenzzählers in einem Mikrocontroller oder derglei- chen. Die Synchronisation der Radarsensoren kann in gewissen Zeitabständen wie- derholt werden, damit die Synchronisation nicht durch Alterungseffekte oder Temperatureffekte in den lokalen Oszillatoren der Radarsensoren verfälscht wird.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläu- tert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Skizze eines Radarsystems mit mehreren Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug;

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild zweier Radarsensoren, die über ei- nen Bus miteinander synchronisiert werden;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm von Taktsignalen zur Synchronisation der Ra- darsensoren; und

Fig. 4 unterschiedliche Frequenzmodulationsmuster der von zwei Ra- darsensoren gesendeten Radarsignale. ln Fig. 1 ist schematisch und im Grundriss ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, in dem insgesamt fünf unabhängig voneinander arbeitende Radarsensoren 12, 14 ver- baut sind. Der Radarsensor 12 ist mittig in der vorderen Stoßstange des Fahr- ί_"*

\J

zeugs angeordnet und dient zur Messung der Abstände und Relativgeschwin- digkeiten vorausfahrender Fahrzeuge. Die vier Radarsensoren 14 sind in den vier Ecken des Fahrzeugs angeordnet und dienen beispielsweise zur Erfassung von Fußgängern neben der eigenen Fahrspur, zur Erfassung von überholenden Fahrzeugen auf den Nebenspuren und dergleichen. Die Radarsensoren arbei- ten in dem Sinne unabhängig voneinander, dass jeder Radarsensor Messdaten über die von ihm georteten Objekte liefert, ohne dazu irgendwelche Informatio- nen von einem der anderen Radarsensoren zu benötigen.

Das Fahrzeug weist ein Bussystem 16, beispielsweise ein CAN-Bussystem auf, über das verschiedene sensorische und aktorische Komponenten und elektroni- sche Steuerungsinstanzen des Fahrzeugs miteinander kommunizieren. Auch die Radarsensoren 12, 14 sind an das Bussystem angeschlossen und kommu- nizieren über dieses Bussystem unter anderem mit einem Fahrerassistenzsys- tem, in dem die Ortungsdaten weiter ausgewertet werden.

In dem hier gezeigten Beispiel dient das Bussystem 16 auch dazu, den Radar- sensoren 12, 14 ein gemeinsames Taktsignal zur Verfügung zu stellen, das es gestattet, die Radarsensoren 12, 14 präzise miteinander zu synchronisieren.

In Fig. 2 sind schematisch zwei der Radarsensoren 14 dargestellt, die über das Bussystem 16 ein gemeinsames Taktsignal T erhalten. Das Taktsignal T kann in einer kontinuierlichen oder intermittierenden Folge von Rechteckimpulsen mit einer festen Taktfrequenz bestehen, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Jeder Radar- sensor weist einen lokalen Basisoszillator 18 auf, der ein lokales Taktsignal L1 bzw. L2 erzeugt, das die lokale Zeit in dem betreffenden Radarsensor bestimmt und auch als Referenz für die Frequenz eines von einem lokalen Sendeoszilla- tor 20 erzeugten Radarsignals dient. Im gezeigten Beispiel hat jeder Radar- sensor nur einen einzigen Sendeoszillator 20, doch können wahlweise auch mehrere Sendeoszillatoren in demselben Radarsensor vorhanden sein. Die Frequenz des gemeinsamen Taktsignals T wird durch einen Frequenzver- gleicher 22 mit dem lokalen Taktsignal L1 bzw. L2 verglichen. Im Fall einer Fre- quenzabweichung meldet der Frequenzvergleicher 22 ein Abweichungssignal D an einen Controller 24, der den Sendeoszillator 20 ansteuert und die Frequenz- modulation des Radarsignals bestimmt, das dann über eine Antenne 26 abge- strahlt wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird durch die Frequenzvergleicher 22 jedes zu syn- chronisierenden Radarsensors eine bestimmte Anzahl von Impulsen des Takt- signals T gezählt. Die Zählung erstreckt sich jeweils über ein Zeitintervall 28, dessen Dauer durch die Anzahl der gezählten Impulse und durch die Frequenz des Taktsignals T bestimmt ist. In dem hier gezeigten vereinfachten Beispiel werden lediglich sechszehn Impulse des Taktsignals T gezählt. In der Praxis ist die Anzahl der gezählten Impulse jedoch deutlich größer und liegt beispiels- weise in der Größenordnung von einer Million.

Innerhalb des gleichen Zeitintervalls 28 werden jeweils auch die Impulse des lo- kalen Taktsignals L1 bzw. L2 gezählt. Im gezeigten Beispiel hat das lokale Takt- Signal L1 die gleiche Frequenz wie das gemeinsame Taktsignal T, d.h., in dem Zeitintervall 28 werden auch sechszehn Impulse des Taktsignals L1 gezählt.

Der Basisoszillator, der das Taktsignal L2 erzeugt, hat dagegen eine etwas klei- nere Frequenz, so dass hier in dem Zeitintervall 28 nur fünfzehn Impulse ge- zählt werden. Anhand der Differenz zwischen der Soll-Anzahl der Impulse (sechzehn in diesem Beispiel) und der tatsächlich gezählten Anzahl (fünfzehn in diesem Beispiel) lässt sich die Frequenzabweichung des betreffenden Basisos- zillators ermitteln, die dann als Abweichungssignal D an den Controller 24 ge- meldet wird. Selbstverständlich ist es nicht zwingend, dass die Basisoszillatoren 22 die glei- che Frequenz haben wie das Taktsignal T. Es genügt, dass zwischen diesen Taktsignalen ein bestimmtes Soll-Verhältnis besteht. Wenn, wie hier bei dem lokalen Taktsignal L2, eine Frequenzabweichung fest- gestellt wird, so kann der Controller 24 anhand des Abweichungssignals D die lokale Zeit in dem betreffenden Radarsensor korrigieren. Ebenso lässt sich an- hand des Abweichungssignals D die vom Sendeoszillator 20 erzeugte Frequenz auf die Frequenz des Taktsignals T eichen.

Wenn auf diese Weise die lokalen Zeiten und die Sendefrequenzen in allen Ra- darsensoren mit dem Taktsignal T synchronisiert werden, so erreicht man auch eine Synchronisation der lokalen Zeiten und Frequenzen der Radarsensoren untereinander, ohne dass dazu der Absolutwert der Frequenz des gemeinsa- men Taktsignals T genau bekannt sein muss. Das Taktsignal T kann deshalb aus irgendeinem beliebigen Signal hergeleitet werden, das auf dem Bussystem 16 verfügbar ist und eine hinreichend stabile Frequenz hat.

In Fig. 4 sind als vereinfachte Beispiele zwei verschiedene Frequenzmodulati- onsmuster M1 und M2 (Frequenz f als Funktion der Zeit t) gezeigt, bei denen es sich beispielsweise um die Sendefrequenzen der Sendeoszillatoren 20 der bei den in Fig. 2 gezeigten Radarsensoren handeln kann. Als Beispiel ist hier ange- nommen, dass das Frequenzmodulationsmuster M1 aus intermittierend gesen- deten Folgen von steigenden Frequenzrampen besteht, während das Fre- quenzmodulationsmuster M2 in einer abwechselnden Folge von steigenden und fallenden Rampen besteht. Aufgrund der Synchronisation über das gemein- same Taktsignal T können die Frequenzen in den beiden Modulationsmustern so abgeglichen werden, dass zu jedem Zeitpunkt das Verhältnis und damit auch der Frequenzabstand der Sendefrequenzen genau bekannt ist, unabhängig von etwaigen Frequenzabweichungen zwischen den lokalen Taktsignalen L1 und L2. Da auch die lokalen Zeiten in den Radarsensoren miteinander synchroni- siert sind, lassen sich die Modulationsmuster in diesem Beispiel auch so mitei- nander synchronisieren, dass die Frequenzminima von M2 jeweils in den Pau- sen zwischen den einzelnen Bursts des Modulationsmusters M1 liegen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Dadurch lässt sich mit hoher Präzision sicherstellen, dass der Frequenzabstand zwischen den von den beiden Radarsensoren gesendeten Signalen zu keinem Zeitpunkt kleiner ist als ein gewisser Mindestfrequenzab- stand f_min. Durch geeignete Wahl dieses Mindestfrequenzabstands f_min, un- ter Berücksichtigung der Empfangsbandbreite der Sensoren, lässt sich dann si- cherstellen, dass die mit den Radarsensoren 12, 14 des in Fig. 1 gezeigten Systems erhaltenen Messdaten nicht durch störende Interferenzen verfälscht werden, wenn aus irgendeinem Grund in irgendeinem dieser Radarsensoren Signale empfangen werden, die aus einer Überlagerung von zweien oder meh- reren der von den Radarsensoren 12, 14 gesendeten Signale bestehen.

Claims

. g . Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Radarsensorsystems mit mehreren un- abhängig voneinander arbeitenden Radarsensoren (12, 14) in einem Kraftfahr- zeug (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Radarsensoren (12, 14) hinsicht lich ihrer Sendezeiten und Sendefrequenzen (f) so miteinander synchronisiert werden, dass zu keinem Zeitpunkt zwei Radarsignale, deren Frequenzabstand kleiner als ein bestimmter Mindestfrequenzabstand (f_min) ist, gleichzeitig ge- sendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem den Radarsensoren (12, 14) ein ge- meinsames Taktsignal (T) zur Verfügung gestellt wird, anhand dessen die Ra- darsensoren miteinander synchronisiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein im Kraftfahrzeug (10) vorhande- nes Bussystem (16) dazu benutzt wird, den Radarsensoren (12, 14) das ge- meinsame Taktsignal (T) zur Verfügung zu stellen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das gemeinsame Taktsignal (T) in jedem Radarsensor (12, 14) anhand des auf dem Bussystem (16) stattfinden- den Datenverkehrs konstruiert wird.

5. Radarsensorsystem mit mehreren unabhängig voneinander arbeitenden Radarsensoren (12, 14) in einem Kraftfahrzeug (10), dadurch gekennzeichnet, dass das System für die Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.

6. Radarsystem nach Anspruch 5, bei dem jeder Radarsensor (12, 14) min- destens einen Sendeoszillator (20) zum Erzeugen eines zu sendenden Radar- signals, einem Controller (24), der den Sendeoszillator ansteuert, und einen lo- kalen Basisoszillator (18) zur Bereitstellung einer lokalen Zeit und einer Fre- quenzreferenz für den betreffenden Radarsensor aufweist, wobei jeder Radar- sensor außerdem einen Frequenzvergleicher aufweist, der ein von dem lokalen Basisoszillator (18) erzeugtes lokales Taktsignal (L1 , L2) mit dem gemeinsa- men Taktsignal (T) vergleicht und im Fall einer Frequenzabweichung ein Abwei- chungssignal (D) an den Controller (24) meldet.