DE102019211722B3 - Motor vehicle and method for operating radar sensors in a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeug (1), aufweisend mehrere Radarsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) und eine Steuereinrichtung (11), die den Betrieb der Radarsenso-ren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) steuert, wobei die Radarsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) wenigstens teilweise auf unterschiedlichen Höhen an dem Kraftfahrzeug (1) verbaut sind, wobei die Steuereinrichtung (11) zum kohärenten Betrieb wenigstens einer wenigstens zwei der Radarsensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) aufweisenden Sensorgruppe derart ausgebildet ist, dass von einem Radar-sensor (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) der Sensorgruppe ausgesendete und re-flektierte Radarsignale von wenigstens einem anderen Radarsensor (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) der Sensorgruppe für einen multistatischen Betrieb empfangbar und durch die Steuereinrichtung (11) auswertbar sind.Motor vehicle (1), having several radar sensors (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) and a control device (11) that controls the operation of the radar sensors (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) controls, the radar sensors (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) being installed at least partially at different heights on the motor vehicle (1), the control device (11) being used for coherent Operation of at least one sensor group comprising at least two of the radar sensors (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) is designed such that one radar sensor (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 , 9) the sensor group emitted and reflected radar signals from at least one other radar sensor (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) of the sensor group can be received and evaluated by the control device (11) for multistatic operation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere Radarsensoren und eine Steuereinrichtung, die den Betrieb der Radarsensoren steuert, wobei die Radarsensoren wenigstens teilweise auf unterschiedlichen Höhen an dem Kraftfahrzeug verbaut sind. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb von Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a motor vehicle having a plurality of radar sensors and a control device which controls the operation of the radar sensors, the radar sensors being at least partially installed at different heights on the motor vehicle. The invention also relates to a method for operating radar sensors in a motor vehicle.
Die Verwendung von Radarsensoren in Kraftfahrzeugen ist im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Radarsensoren werden heutzutage meist als Umfeldsensoren für einen mittleren und größeren Distanzbereich eingesetzt, um andere Verkehrsteilnehmer oder größere Objekte in Distanz, Winkel und Relativgeschwindigkeit bestimmen zu können. Derartige Radardaten können in Umfeldmodelle eingehen oder auch unmittelbar Fahrzeugsystemen zur Verfügung gestellt werden. Nutzen aus Radardaten ziehen im bekannten Stand der Technik beispielsweise Längsführungssysteme, wie ACC, oder auch Sicherheitssysteme. Auch die Nutzung von Radarsensoren im Innenraum des Kraftfahrzeugs wurde bereits vorgeschlagen.The use of radar sensors in motor vehicles is already largely known in the prior art. Nowadays, radar sensors are mostly used as environment sensors for a medium and larger distance range in order to be able to determine other road users or larger objects in terms of distance, angle and relative speed. Such radar data can be included in environment models or can also be made available directly to vehicle systems. In the known state of the art, for example, longitudinal guidance systems such as ACC or also safety systems make use of radar data. The use of radar sensors in the interior of the motor vehicle has also already been proposed.
Radarsensoren herkömmlicher Bauart weisen meist eine größere Ausdehnung auf und sind eher klobig, nachdem die Antennen sowie die unmittelbar an der Antenne benötigten Elektronikkomponenten, also das Radar-Frontend, in einem Gehäuse integriert sind. Hauptsächlich bilden die Elektronikkomponenten dabei den Radar-Transceiver, der eine Frequenzsteuerung (üblicherweise umfassend eine Phasenregelschleife - PLL), Mischeinrichtungen, einem Low Noise Amplifier (LNA) und dergleichen enthält, oft werden jedoch auch Steuermodule und digitale Signalverarbeitungskomponenten antennennah realisiert, beispielweise um bereits aufbereitete Sensordaten, beispielsweise Objektlisten, auf einen angeschlossenen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus, geben zu können.Radar sensors of conventional design usually have a larger dimension and are rather bulky, since the antennas and the electronic components required directly on the antenna, i.e. the radar front end, are integrated in a housing. The electronic components mainly form the radar transceiver, which contains a frequency control (usually comprising a phase-locked loop - PLL), mixing devices, a low noise amplifier (LNA) and the like, but often control modules and digital signal processing components are also implemented close to the antenna, for example by already processed To be able to give sensor data, for example object lists, to a connected bus, for example a CAN bus.
Die Realisierung von Radarkomponenten auf Halbleiterbasis erwies sich lange Zeit als schwierig, da teure Spezialhalbleiter, insbesondere GaAs, benötigt wurden. Es wurden kleinere Radarsensoren vorgeschlagen, deren gesamtes Radar-Frontend auf einem einzigen Chip in SiGe-Technologie realisiert ist, ehe auch Lösungen in der CMOS-Technologie bekannt wurden. Solche Lösungen sind Ergebnis der Erweiterung der CMOS-Technologie auf Hochfrequenzanwendungen, was oft auch als RF-CMOS bezeichnet wird. Ein solcher CMOS-Radarchip ist äußerst kleinbauend realisiert und nutzt keine teuren Spezialhalbleiter, bietet also vor allem in der Herstellung deutliche Vorteile gegenüber anderen Halbleitertechnologien. Eine beispielhafte Realisierung eines 77 GHz-Radar-Transceivers als ein CMOS-Chip ist in dem Artikel von J
Nachdem zudem vorgeschlagen wurde, den Chip und die Antenne in einem gemeinsamen Package zu realisieren, ist ein äußerst kostengünstiger kleiner Radarsensor möglich, der Bauraumanforderungen deutlich besser erfüllen kann und aufgrund der kurzen Signalwege auch ein sehr niedriges Signal-Zu-Rausch-Verhältnis aufweist sowie für hohe Frequenzen und größere, variable Frequenzbandbreiten geeignet ist. Daher lassen sich derartige, kleinbauende Radarsensoren auch für Kurzreichweiten-Anwendungen, beispielsweise im Bereich von 30 cm bis 10 m, einsetzen.After it was also proposed to implement the chip and the antenna in a common package, an extremely cost-effective small radar sensor is possible, which can meet installation space requirements significantly better and, due to the short signal paths, also has a very low signal-to-noise ratio and for high frequencies and larger, variable frequency bandwidths is suitable. Therefore, such small radar sensors can also be used for short-range applications, for example in the range from 30 cm to 10 m.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, einen solchen CMOS-Transceiver-Chip und/oder ein Package mit CMOS-Transceiver-Chip und Antenne auf einer gemeinsamen Leiterplatte mit einem digitalen Signalverarbeitungsprozessor (DSP-Prozessor) vorzusehen oder die Funktionen des Signalverarbeitungsprozessors ebenso in den CMOS-Transceiver-Chip zu integrieren. Eine ähnliche Integration ist für Steuerungsfunktionen möglich.It has also already been proposed to provide such a CMOS transceiver chip and / or a package with a CMOS transceiver chip and antenna on a common printed circuit board with a digital signal processor (DSP processor) or to integrate the functions of the signal processor into the CMOS Integrate transceiver chip. A similar integration is possible for control functions.
Radarsensoren sollen in modernen Kraftfahrzeugen häufig möglichst unauffällig integriert werden, das bedeutet, ohne das äußere Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs zu beeinträchtigen. Daher werden Radarsensoren meist nicht nur verdeckt verbaut, sondern es resultiert aufgrund des beschränkten Bauraums auch eine Limitierung der Sensorgröße, um die Integration im Kraftfahrzeug zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein besonders kleines Package aus einem Halbleiterchip, insbesondere CMOS-Chip, und der Antennenanordnung des Radarsensors angestrebt werden. Allerdings beschränkt eine Limitierung der Sensorgröße auch die Leistungsfähigkeit des Radarsensors, die mit der Größe des Radarsensors oder der Größe der Antennenanordnung des Radarsensors skaliert. Bei monostatischen Radarsensoren kann eine Steigerung der Winkelauflösung eines Radarsensors nur durch Vergrößerung der Fläche der Antennenanordnung realisiert werden. Dies erschwert oder verhindert sogar die Integration von Radarsensoren in Kraftfahrzeugen. Zudem müssen Radarsensoren immer mehr strenge Leistungsfähigkeits-Anforderungen erfüllen, was mit den limitierten Sensorgrößen ebenso verkompliziert wird.Radar sensors should often be integrated in modern motor vehicles as inconspicuously as possible, that is, without impairing the external appearance of the motor vehicle. Therefore, radar sensors are usually not only installed in a concealed manner, but the limited installation space also results in a limitation of the sensor size in order to enable integration in the motor vehicle. For example, a particularly small package composed of a semiconductor chip, in particular a CMOS chip, and the antenna arrangement of the radar sensor can be sought. However, a limitation of the sensor size also limits the performance of the radar sensor, which scales with the size of the radar sensor or the size of the antenna arrangement of the radar sensor. In the case of monostatic radar sensors, an increase in the angular resolution of a radar sensor can only be achieved by increasing the area of the antenna arrangement. This makes it difficult or even prevents the integration of radar sensors in motor vehicles. In addition, radar sensors have to meet more and more strict performance requirements, which is just as complicated with the limited sensor sizes.
Eine Präsentation von Dan Wang, „Cascaded Radar and Body&Chassis Automotive Applications“, Stand vom 12.9.2018, abrufbar unter https://training.ti.com/sites/default/files/docs/cascaded-radar-andbody chassis-automotive-applications.pdf, beschreibt die Kaskadierung von mehreren Radarchips sowie verschiedene Anwendungen eines bestimmten Radarchips.A presentation by Dan Wang, "Cascaded Radar and Body & Chassis Automotive Applications", as of September 12, 2018, available at https://training.ti.com/sites/default/files/docs/cascaded-radar-andbody chassis-automotive- applications.pdf , describes the cascading of several radar chips as well as different applications of a specific radar chip.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Umfeldwahrnehmung durch Radarsensoren insbesondere bei einer kleinbauenden Realisierung anzugeben.The invention is based on the object of specifying improved perception of the surroundings by means of radar sensors, in particular in the case of a small-scale implementation.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.To achieve this object, the features of claim 1 are provided according to the invention in a motor vehicle of the type mentioned at the beginning.
Ein kohärenter Aufnahmebetrieb mehrerer Radarsensoren ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung also so zu verstehen, dass eine hinreichende zeitige Synchronisation zwischen den Radarsensoren, konkret ihren Radarfrontends/Radartransceivern, vorliegt, sodass ein von einem Radarsensor, genauer dessen Antennenanordnung, ausgesendetes Radarsignal von der Antennenanordnung eines anderen Radarsensors empfangen, als von dem erst genannten Radarsensor ausgesendet identifiziert werden kann und auch bezüglich der Phase bzw. Laufzeit hinreichend genau ausgewertet werden kann. Das bedeutet, die Radarsensoren werden durch die Steuereinrichtung derart angesteuert, dass eine zeitliche Synchronisation, insbesondere bezüglich eines Oszillatorsignals eines lokalen Oszillators, vorliegt, welche einen multistatischen Betrieb mittels der Radarsensoren ermöglicht. Der so gegebene kohärente Betrieb innerhalb einer Sensorgruppe ermöglicht es, die Antennenanordnungen der einzelnen Radarsensoren im multistatischen Betrieb als eine gemeinsame, vergrößerte Radarantenne mit einer deutlich vergrößerten Apertur aufzufassen.In the context of the present invention, a coherent recording mode of several radar sensors is to be understood as meaning that there is sufficient timely synchronization between the radar sensors, specifically their radar front ends / radar transceivers, so that a radar signal emitted by one radar sensor, more precisely its antenna arrangement, is transmitted by the antenna arrangement of another Radar sensor received, can be identified as emitted by the first-mentioned radar sensor and can also be evaluated with sufficient accuracy with regard to the phase or transit time. This means that the radar sensors are activated by the control device in such a way that a time synchronization, in particular with respect to an oscillator signal of a local oscillator, is present, which enables multistatic operation by means of the radar sensors. The resulting coherent operation within a sensor group makes it possible to understand the antenna arrangements of the individual radar sensors in multistatic operation as a common, enlarged radar antenna with a significantly enlarged aperture.
Dies verbessert die Winkelauflösung enorm, da eine Erfassung mit unterschiedlichen Effektwinkeln ermöglicht wird. Auf diese Weise kann eine massive Steigerung der Winkelauflösung erreicht werden, da eine vergrößerte Antennen-Apertur gegeben ist, die mehrere Radarsensor-Antennenanordnungen kohärent aufspannen. Dabei ist bei entlang der Fahrzeuglängsachse oder der Fahrzeugquerachse versetzten Radarsensoren bereits eine hervorragende Verbesserung der Winkelauflösung im Azimut möglich, während aufgrund der teilweise auch höhenversetzten Radarsensoren auch eine Vergrößerung der Apertur in der Elevation möglich ist.This improves the angular resolution enormously, since a detection with different effect angles is made possible. In this way, a massive increase in the angular resolution can be achieved, since there is an enlarged antenna aperture which is coherently spanned by a plurality of radar sensor antenna arrangements. With radar sensors offset along the vehicle's longitudinal axis or the vehicle's transverse axis, this is already an excellent one The angular resolution in azimuth can be improved, while the elevation of the aperture can also be enlarged due to the radar sensors, which are partly offset in height.
Die Sensorgruppen werden dabei so gewählt, dass die Radarsensoren zusammengefasst werden, die auf Grund ihres Erfassungsbereichs sinnvoll Radarsignale der jeweils anderen Radarsensoren der Sensorgruppe empfangen können. Insbesondere ist es, wie noch genauer dargelegt werden wird, zweckmäßig, jeweils eine Sensorgruppe für das Vorfeld, den Rückraum, und die Seitenbereiche festzulegen. Das bedeutet aber auch, dass im Regelfall die wenigstens eine Sensorgruppe nicht alle Radarsensoren des Kraftfahrzeugs umfasst.The sensor groups are selected in such a way that the radar sensors are combined which, due to their detection range, can sensibly receive radar signals from the respective other radar sensors in the sensor group. In particular, as will be explained in more detail, it is expedient to define one sensor group each for the area in front, the rear area, and the side areas. However, this also means that, as a rule, the at least one sensor group does not include all the radar sensors of the motor vehicle.
Die vorliegende Erfindung schlägt mithin vor, Sensorgruppen zu definieren, die als ein multistatisches Radarsystem betrieben werden können, in dem ein Radarsensor sendet und zumindest die anderen Radarsensoren die Reflexionen im Wesentlichen gleichzeitig empfangen. Damit agiert das gesamte multistatische Radarsystem, das durch eine Sensorgruppe gebildet wird, wie ein Gesamtradarsensor mit einer größeren Gesamtantenne. Dies wird durch den phasenkohärenten Betrieb der Radarsensoren erreicht, wobei die Phasensynchronisation insbesondere mit einer Frequenz größer oder gleiche 10 GHz, bevorzugt mit 20 GHz oder 40 GHz, also mit einer Genauigkeit kleiner 0,1 ns, insbesondere kleiner 0,05 ns, durchgeführt wird. Resultat ist eine vergrößerte Antennen-Apertur, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn jede Sensorgruppe auf wenigstens zwei unterschiedlichen Höhen angeordnete Radarsensoren genauso wie in wenigstens einer der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrzeugquerrichtung versetzte Radarsensoren aufweist. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass jede Sensorgruppe einen ersten, insbesondere als Master ausgebildeten, Radarsensor aufweist, der einen Zeitgeber aufweist und mittels wenigstens einer insbesondere optischen Kommunikationsleitung mit den weiteren zweiten, insbesondere als Slave ausgebildeten, Radarsensoren der Sensorgruppe zu Übertragung von zeitlich koordinierenden, die Kohärenz herstellenden Zeitsignalen verbunden ist. Die Kommunikationsleitung kann dabei insbesondere eine Glasfaserleitung sein, um eine möglichst schnelle Signalübertragung zu gewährleisten. Auf diese Weise kann eine hochgenaue Phasenkohärenz zwischen den unterschiedlichen Radarsensoren hergestellt werden. Insbesondere kann der erste Radarsensor, insbesondere also der Master, von einem zentralen Steuergerät der Steuereinrichtung Steuersignale empfangen und basierend auf diesen Steuersignalen einen kohärenten, monostatischen und/oder multistatischen Betrieb der Radarsensoren der Sensorgruppe unter Verwendung der Kommunikationsleitung und des Zeitgebers erzielen. Wie bereits erwähnt, kann die Synchronisierungsfrequenz zur Herstellung der Kohärenz bevorzugt wenigstens 10 GHz betragen. Das Zeitsignal kann unmittelbar ein Oszillatorsignal eines lokalen Oszillators als Zeitgeber des Master-Radarsensors sein, aber auch zusätzlich oder alternativ Triggersignale und/oder allgemeine Synchronisationssignale zur Synchronisierung mehrerer Zeitgeber umfassen.The present invention therefore proposes defining sensor groups which can be operated as a multistatic radar system in which one radar sensor transmits and at least the other radar sensors receive the reflections essentially simultaneously. The entire multistatic radar system, which is formed by a sensor group, acts like an overall radar sensor with a larger overall antenna. This is achieved through the phase-coherent operation of the radar sensors, the phase synchronization being carried out in particular with a frequency greater than or equal to 10 GHz, preferably with 20 GHz or 40 GHz, that is to say with an accuracy of less than 0.1 ns, in particular less than 0.05 ns . The result is an enlarged antenna aperture, it being particularly preferred if each sensor group has radar sensors arranged at at least two different heights as well as radar sensors offset in at least one of the vehicle longitudinal direction and the vehicle transverse direction. In a particularly advantageous development of the present invention, it can be provided that each sensor group has a first radar sensor, in particular designed as a master, which has a timer and, by means of at least one, in particular optical communication line, with the further second radar sensors of the sensor group, in particular designed as a slave is connected to the transmission of time-coordinating, the coherence-producing time signals. The communication line can in particular be a fiber optic line in order to ensure the fastest possible signal transmission. In this way, a highly precise phase coherence can be established between the different radar sensors. In particular, the first radar sensor, in particular the master, can receive control signals from a central control unit of the control device and, based on these control signals, achieve coherent, monostatic and / or multistatic operation of the radar sensors of the sensor group using the communication line and the timer. As already mentioned, the synchronization frequency for establishing the coherence can preferably be at least 10 GHz. The time signal can directly be an oscillator signal of a local oscillator as a timer of the master radar sensor, but it can additionally or alternatively include trigger signals and / or general synchronization signals for synchronizing several timers.
Dabei ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchaus denkbar, dass wenigstens ein zweiter Radarsensor einer Sensorgruppe auch als zweiter Radarsensor einer zweiten Sensorgruppe zugehörig ist. Das bedeutet, jede Sensorgruppe kann beispielsweise genau einen ersten Radarsensor aufweisen, dem bestimmte zweite Radarsensoren zugeordnet sind, mit denen der erste Radarsensor über entsprechende Kommunikationsleitungen verbunden ist. Zweite, insbesondere als Slave ausgebildete Radarsensoren können dabei mehreren ersten Radarsensoren zugeordnet sein, mithin auch mehreren Sensorgruppen. Dies gilt insbesondere für im 45 °-Winkel zur Fahrzeuglängsachse bzw. Fahrzeugquerachse ausgerichtete Radarsensoren, die beispielsweise einem auf das Vorfeld des Kraftfahrzeugs ausgerichteten ersten Radarsensor genauso zugeordnet werden können wie einen auf den Seitenbereich entlang der Fahrzeugquerachse ausgerichteten ersten Radarsensor. Entsprechend führen dann also zwei Kommunikationsleitungen zu dem entsprechenden, zwei Sensorgruppen zugehörigen zweiten Radarsensor.In the context of the present invention, it is entirely conceivable that at least one second radar sensor of a sensor group is also associated with a second sensor group as a second radar sensor. This means that each sensor group can, for example, have precisely one first radar sensor to which certain second radar sensors are assigned, to which the first radar sensor is connected via corresponding communication lines. Second radar sensors, in particular designed as slaves, can be assigned to several first radar sensors, and consequently also to several sensor groups. This applies in particular to radar sensors aligned at a 45 ° angle to the vehicle's longitudinal axis or vehicle transverse axis, which, for example, can be assigned to a first radar sensor oriented towards the area in front of the motor vehicle as well as a first radar sensor oriented towards the side area along the vehicle transverse axis. Accordingly, two communication lines then lead to the corresponding second radar sensor belonging to two sensor groups.
Wie bereits dargelegt wurde, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass Sensorgruppen für das Vorfeld, den Rückraum und die Seitenbereiche des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Insbesondere weist jede dieser Sensorgruppen dann einen ersten Radarsensor auf, dessen Erfassungsbereich gezielt auf das Vorfeld, den Rückraum oder einen der Seitenbereiche des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist, beispielsweise entlang der Fahrzeuglängsachse bzw. Fahrzeugquerachse. Auf diese Weise ist eine verbesserte Erfassung in allen relevanten Richtungen möglich, während zugleich die Kohärenz auf sinnvolle Sensorgruppen eingeschränkt wird, da beispielsweise ein kohärenter Betrieb von Radarsensoren im Frontbereich mit Radarsensoren im Heckbereich wenig sinnvoll erscheint, da die Radarsensoren komplett unterschiedliche Erfassungsbereiche aufweisen.As already explained, an expedient development of the present invention provides that sensor groups are provided for the area in front, the rear area and the side areas of the motor vehicle. In particular, each of these sensor groups then has a first radar sensor, the detection area of which is aimed specifically at the area in front, the rear area or one of the side areas of the motor vehicle, for example along the vehicle longitudinal axis or vehicle transverse axis. In this way, improved detection in all relevant directions is possible, while at the same time the coherence is limited to sensible sensor groups, since, for example, a coherent operation of radar sensors in the front area with radar sensors in the rear area does not make much sense, since the radar sensors have completely different detection areas.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Kraftfahrzeug eine erste Höhengruppe mit auf einer Höhe von 1,1 bis 2 m über dem befahrenen Untergrund, insbesondere der Höhe eines Daches des Kraftfahrzeugs, verbauten Radarsensoren und eine zweite Höhengruppe von mit auf einer Höhe von 0,2 bis 0,5 m über dem befahrenen Untergrund, insbesondere auf der Höhe von Stoßfängern des Kraftfahrzeugs, verbauten Radarsensoren auf. Die vier Radarsensoren der ersten Höhengruppe sind jeweils entlang einer Fahrzeuglängsachse oder eine Fahrzeugquerachse und die vier insbesondere an den Ecken des Kraftfahrzeugs verbauten Radarsensoren der zweiten Höhengruppe sind in einem 45 °-Winkel sowohl zur Fahrzeuglängsachse als auch zur Fahrzeugquerachse ausgerichtet. Auf diese Weise ist es möglich und in einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen, dass für das Vorfeld, den Rückraum und die beiden Seitenbereiche des Kraftfahrzeugs jeweils eine Sensorgruppe mit drei Radarsensoren gebildet ist, nämlich dem zentral angeordneten Radarsensor der Höhengruppe, der zur jeweiligen Seite ausgerichtet ist, und den beiden teilweise zu dieser Seite ausgerichteten Radarsensoren der zweiten Höhengruppe, wobei insbesondere die Radarsensoren der ersten Höhengruppe jeweils den ersten Radarsensor der Sensorgruppe bilden. Auf diese Weise lässt sich auch eine besonders vorteilhafte Steuerarchitektur realisieren, in der beispielsweise ein zentrales Steuergerät der Steuereinrichtung hauptsächlich die vier ersten Radarsensoren der ersten Höhengruppe mit Steuersignalen versorgt. Die bevorzugt als Master ausgebildeten ersten Radarsensoren der jeweiligen Sensorgruppe sorgen dann für eine entsprechende weitere Ansteuerung der zweiten, bevorzugt als Slave ausgebildeten Radarsensoren der Sensorgruppe über die Kommunikationsleitungen. Dabei ist ersichtlich zweckmäßigerweise eine „Mehrfachnutzung“ der Radarsensoren der zweiten Höhengruppe, die diagonal ausgerichtet sind, jeweils für Sensorgruppen denkbar und vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich insbesondere auch eine hervorragende 360 °-Abdeckung des Umfelds des Kraftfahrzeugs erreichen.According to the present invention, the motor vehicle has a first height group with radar sensors installed at a height of 1.1 to 2 m above the ground being traveled on, in particular the height of a roof of the motor vehicle, and a second height group of with at a height of 0.2 to 0.5 m above the ground used, especially at the height of the bumpers of the Motor vehicle, built-in radar sensors. The four radar sensors of the first height group are each aligned along a vehicle longitudinal axis or a vehicle transverse axis and the four radar sensors of the second height group, which are installed in particular at the corners of the motor vehicle, are aligned at a 45 ° angle to both the vehicle longitudinal axis and the vehicle transverse axis. In this way, it is possible and, in an advantageous development of the present invention, also provided that a sensor group with three radar sensors is formed for the area in front, the rear area and the two side areas of the motor vehicle, namely the centrally arranged radar sensor of the height group that is connected to the respective Side is aligned, and the two partially aligned to this side radar sensors of the second height group, in particular the radar sensors of the first height group each form the first radar sensor of the sensor group. In this way, a particularly advantageous control architecture can also be implemented, in which, for example, a central control device of the control device mainly supplies the four first radar sensors of the first height group with control signals. The first radar sensors of the respective sensor group, which are preferably designed as masters, then ensure that the second radar sensors, preferably designed as slaves, of the sensor group are further controlled via the communication lines. It is evident that a “multiple use” of the radar sensors of the second height group, which are aligned diagonally, is conceivable and intended for each sensor group. In this way, in particular, excellent 360 ° coverage of the surroundings of the motor vehicle can also be achieved.
Allgemein ist die Verwendung der erwähnten unterschiedlichen Einbauhöhen, mithin der ersten Höhengruppe und der zweiten Höhengruppe, aus mehreren Gründen vorteilhaft. So können Radarsensoren mit einer höheren Einbauhöhe im Kraftfahrzeug eine höhere Reichweite ermöglichen. Ferner können durch die höhere Einbauhöhe versteckte Hindernisse detektiert werden, die in Bodennähe nicht detektierbar wären. Der Einfluss des sogenannten Boden-Clutter (Rauschen durch Bodenreflektionen) ist bei der ersten Höhengruppe sehr gering, sodass schwach reflektierende Objekte in größeren Entfernungen erkannt werden können. Radarsensoren in einer tieferen Einbauhöhe können zumindest zeitweise den Ultranahbereich überwachen. Zudem können unter anderen Kraftfahrzeugen hindurch bewegte bzw. verdeckte Objekte (statisch oder dynamisch) erfasst werden. Auch ist es dort vereinfacht möglich, beispielsweise die Beinbewegungen von Fußgängern zwischen parkenden Autos zu detektieren und/oder bewegte kleine Tiere, beispielsweise Katzen, zu erfassen. Insbesondere helfen Radarsensoren der zweite Höhengruppe mithin auch bei der Erkennung von Kolonnen oder verdeckten Hindernissen vor einem Vorderfahrzeug, beispielsweise bei Spätausscherern in einem Autobahnszenario. Es sei angemerkt, dass teilverdeckte, sich bewegende Fußgänger auch durch die erste Höhengruppe besser erfasst werden können, was gerade im urbanen Bereich eine wichtige Rolle spielt.In general, the use of the different installation heights mentioned, i.e. the first height group and the second height group, is advantageous for several reasons. For example, radar sensors with a higher installation height in the motor vehicle can enable a greater range. Furthermore, due to the higher installation height, hidden obstacles can be detected that would not be detectable near the ground. The influence of the so-called floor clutter (noise from floor reflections) is very small in the first height group, so that weakly reflecting objects can be recognized at greater distances. Radar sensors at a lower installation height can at least temporarily monitor the ultra-close range. In addition, objects (static or dynamic) that are moving or covered under other motor vehicles can be detected. It is also possible there in a simplified manner, for example, to detect the leg movements of pedestrians between parked cars and / or to detect moving small animals, for example cats. In particular, radar sensors of the second height group therefore also help in the detection of columns or hidden obstacles in front of a vehicle in front, for example in the case of late exits in a motorway scenario. It should be noted that partially covered, moving pedestrians can also be better detected by the first height group, which is particularly important in urban areas.
Wie bereits erwähnt, ist es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders zweckmäßig, wenn die Radarsensoren zur 360 °-Erfassung des Umfelds des Kraftfahrzeugs ausgebildet sind. Um dies, insbesondere mit wenigen Radarsensoren, zu ermöglichen, können die Radarsensoren zweckmäßigerweise als Weitwinkel-Radarsensoren ausgebildet sein Beispielsweise kann der Öffnungswinkel der Radarsensoren im Azimut zwischen 140 ° und 160 ° betragen. Dies ermöglicht zum einen die Verwendung weniger Radarsensoren, beispielsweise wie im oben beschriebenen Beispiel von acht Radarsensoren, zum anderen aber auch die Nutzung von diagonal ausgerichteten Radarsensoren als zweite Radarsensoren für unterschiedlichen Hauptrichtungen zugeordnete Sensorgruppen.As already mentioned, it is also particularly expedient in the context of the present invention if the radar sensors are designed for 360 ° detection of the surroundings of the motor vehicle. In order to enable this, in particular with a few radar sensors, the radar sensors can expediently be designed as wide-angle radar sensors. For example, the opening angle of the radar sensors in azimuth can be between 140 ° and 160 °. This enables, on the one hand, the use of fewer radar sensors, for example eight radar sensors as in the example described above, and, on the other hand, the use of diagonally aligned radar sensors as second radar sensors for sensor groups assigned to different main directions.
Die Steuereinrichtung kann zum monostatischen Betrieb der Radarsensoren und zum multistatischen Betrieb der Radarsensoren innerhalb einer Sensorgruppe ausgebildet sein. In verschiedenen Fällen kann es zweckmäßig sein, auch einen monostatischen Betrieb wenigstenseines der Radarsensoren einer Sensorgruppe vorzusehen. Insbesondere ist es im Rahmen der Erfindung in jedem Fall besonders zweckmäßig, beim multistatischen Betrieb auch mit dem sendenden Radarsensor zu empfangen, das bedeutet, diesen wie im monostatischen Fall üblich weiter zu betreiben und somit den Empfang anderer Radarsensoren der Sensorgruppe (multistatische Messung) zusätzlich zu erhalten. Auf diese Weise entsteht durch die Nutzung von Antennenanordnungen unterschiedliche Radarsensoren, wie dargelegt, praktisch eine durch Zusammenfassung der Antennenanordnungen gebildete Gesamtantenne größerer Apertur, was durch den kohärenten Betrieb ermöglicht wird. Die Steuereinrichtung kann ferner zur gemeinsamen Auswertung von mehreren Radarsensoren einer Sensorgruppe monostatisch und multistatisch empfangenen Radarsignalen ausgebildet sein. Dies entspricht dem Fall, dass mit dem sendenden Radarsensor monostatisch gemessen wird, aber zusätzliche empfangene Radarsignale von Antennenanordnungen anderer Radarsensoren aufgenommen werden, so dass insbesondere eine hervorragende Winkelauflösung bei Gesamtbetrachtung existiert, wobei diese Gesamtbetrachtung wiederum durch die phasenkohärente Ansteuerung erst ermöglicht wird..The control device can be designed for monostatic operation of the radar sensors and for multistatic operation of the radar sensors within a sensor group. In various cases it can be useful to provide monostatic operation of at least one of the radar sensors of a sensor group. In particular, within the scope of the invention, it is particularly expedient in any case to receive with the transmitting radar sensor during multistatic operation, which means that it continues to be operated as usual in the monostatic case and thus the reception of other radar sensors in the sensor group (multistatic measurement) in addition receive. In this way, the use of antenna arrangements of different radar sensors, as explained, practically results in an overall antenna with a larger aperture formed by combining the antenna arrangements, which is made possible by the coherent operation. The control device can also be designed for the joint evaluation of several radar sensors of a sensor group monostatically and multistatically received radar signals. This corresponds to the case that the transmitting radar sensor is used for monostatic measurements, but additional received radar signals are recorded by antenna arrangements of other radar sensors, so that in particular an excellent angular resolution exists when viewed as a whole, whereby this overall view is only made possible by the phase-coherent control.
Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass der auswärtige Betrieb grundsätzlich wenigstens teilweise in den Radarsensoren selbst stattfinden kann, es aber durchaus denkbar ist, beispielsweise im Fall eines als Master ausgebildeten erste Radarsensors, auch empfangene Radarsignale über die insbesondere optischen Kommunikationsleitungen zu dem ersten Radarsensor zu transportieren, mithin dort zusammenzuführen, so dass insgesamt alle Radarsignale der durch Zusammenfassung der Antennenanordnung entstehenden Gesamtantennen zeitsynchron auf Grund des kohärenten Betriebs an einem Ort vorliegen und entweder dort unmittelbar ausgewertet werden können oder aber zur Auswertung an ein zentrales Steuergerät, insbesondere nach einer Digitalisierung, weiter übermittelt werden können.It should be noted at this point that the external operation is basically can take place at least partially in the radar sensors themselves, but it is quite conceivable, for example in the case of a first radar sensor designed as a master, to also transport received radar signals via the especially optical communication lines to the first radar sensor, thus to bring them together there, so that all of the radar signals of the Due to the coherent operation, overall antennas resulting from the combination of the antenna arrangement are available at one location and can either be evaluated there directly or can be transmitted further for evaluation to a central control unit, in particular after digitization.
Die Steuereinrichtung kann ferner zur Ermittlung einer wenigstens 2,5-dimensionalen Umfeldkarte durch Auswertung der Radarsignale von Radarsensoren unterschiedlicher Höhe ausgebildet sein. Dabei sind im Prinzip zwei Ansätze denkbar, nämlich zum einen die Nutzung von Radarsensoren unterschiedlicher Höhe, um eine Erhöhung der Winkelapertur bezüglich der Elevation zu erhalten, zum anderen aber die indirekte Ausnutzung des unterschiedlichen Blickwinkels der auf unterschiedlichen Höhen angeordneten Radarsensoren, indem beispielsweise eine erste Umfeldkarte von Radarsensoren der ersten Höhengruppe und eine zweite Umfeldkarte von Radarsensoren der zweiten Höhengruppe ermittelt wird, die dann zu einer 2,5-dinensionalen Umfeldkarte zusammengeführt werden können. Dabei sei nochmals darauf hingewiesen, dass es durchaus auch denkbar ist, die Radarsensoren einer Sensorgruppe jeweils monostatisch und getrennt zu betreiben, was zum Sammeln entsprechender Daten für einer Einbauhöhe zugeordneten Umfeldkarten zweckmäßig sein kann.The control device can also be designed to determine an at least 2.5-dimensional map of the surroundings by evaluating the radar signals from radar sensors of different heights. In principle, two approaches are conceivable, namely on the one hand the use of radar sensors of different heights to obtain an increase in the angular aperture with respect to the elevation, on the other hand the indirect use of the different viewing angles of the radar sensors arranged at different heights, for example by using a first environment map is determined by radar sensors of the first height group and a second environment map is determined by radar sensors of the second height group, which can then be merged into a 2.5-dimensional environment map. It should be pointed out again that it is also entirely conceivable to operate the radar sensors of a sensor group in a monostatic manner and separately, which can be useful for collecting corresponding data for maps of the surroundings assigned to an installation height.
Mit besonderem Vorteil können die Radarsensoren einen Halbleiterchip, insbesondere CMOS-Chip, aufweisen, der wenigstens den Radartransceiver des Radarsensor realisiert. Besonders zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn durch den Halbleiterchip zusätzlich wenigstens eine digitale Signalverarbeitungskomponente (DSP) des Radarsensors und/oder eine Steuereinheit des Radarsensors realisiert werden und/oder der Halbleiterchip und die Antennenanordnung des Radarsensors als ein Package realisiert sind. Dies ermöglicht äußerst kleinbauende Ausgestaltungen von Halbleiterchips, beispielsweise von weniger als 4 cm, insbesondere weniger als 3 cm, Seitenlänge, welche sich besonders gut eignen, bauraumsparend in ein Kraftfahrzeug integriert zu werden, jedoch nur noch eine kleine Antennenfläche der Antennenanordnung bieten, welche gemäß der vorliegenden Erfindung mit besonderem Vorteil durch den kohärenten Betrieb bestimmter Sensorgruppen zumindest teilweise kompensiert werden kann. Mit anderen Worten erlaubt es die vorliegende Erfindung, im Kraftfahrzeug integrierbare Radarsensoren mit kleinem Gehäuse aufgrund kleinerer Antennenanordnung derart zu platzieren und zu betreiben, dass die einzelnen Radarsensoren klein gehalten werden und dennoch eine massive Steigerung der Detektionsperformance der Radarerfassung im gesamten Umfeld des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Hinblick auf das automatisierte Fahren, erzielt werden kann.The radar sensors can particularly advantageously have a semiconductor chip, in particular a CMOS chip, which implements at least the radar transceiver of the radar sensor. In this context, it is also particularly useful if the semiconductor chip also implements at least one digital signal processing component (DSP) of the radar sensor and / or a control unit of the radar sensor and / or the semiconductor chip and the antenna arrangement of the radar sensor are implemented as a package. This enables extremely small configurations of semiconductor chips, for example of less than 4 cm, in particular less than 3 cm, side length, which are particularly well suited to be integrated into a motor vehicle in a space-saving manner, but only offer a small antenna area of the antenna arrangement, which according to FIG present invention can be at least partially compensated with particular advantage by the coherent operation of certain sensor groups. In other words, the present invention makes it possible to place and operate radar sensors with a small housing that can be integrated in the motor vehicle due to a smaller antenna arrangement in such a way that the individual radar sensors are kept small and yet a massive increase in the detection performance of the radar detection in the entire environment of the motor vehicle, especially in the In terms of automated driving, can be achieved.
Die Steuereinrichtung kann ein zentrales Steuergerät aufweisen, welches mit wenigstens einem Radarsensor, insbesondere dem ersten Radarsensor, jeder Sensorgruppe verbunden ist. Auf diese Weise können, wie bereits angedeutet, Steuersignale an den ersten Radarsensor übermittelt werden, welcher als Master fungieren kann und eine entsprechende Weiterleitung bzw. Umsetzung an die weiteren, zweiten Radarsensoren der Sensorgruppe realisiert, um so insbesondere bei entsprechenden Steuersignalen eine Synchronisierung bzw. den kohärenten Betrieb unter Nutzung der Kommunikationsleitungen herbeizuführen. Grundsätzlich sind selbstverständlich auch andere Steuertopologien denkbar, beispielsweise ein Vorsehen von Kommunikationsleitungen, insbesondere optischen Kommunikationsleitungen, von einem zentralen Steuergerät zu jedem Radarsensor und dort eine zentrale Herstellung der Kohärenz.The control device can have a central control device which is connected to at least one radar sensor, in particular the first radar sensor, of each sensor group. In this way, as already indicated, control signals can be transmitted to the first radar sensor, which can act as a master and implement a corresponding forwarding or conversion to the further, second radar sensors of the sensor group in order to achieve synchronization or the bring about coherent operation using the communication lines. In principle, of course, other control topologies are also conceivable, for example providing communication lines, in particular optical communication lines, from a central control device to each radar sensor, and there central production of the coherence.
Neben dem Kraftfahrzeug betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb von Radarsensoren in einem Kraftfahrzeug der erfindungsgemäßen Art, wobei die Steuereinrichtung wenigstens eine wenigstens zwei der Radarsensoren aufweisende Sensorgruppe gemeinsam, insbesondere kohärent, bezüglich des Aussendens und Empfangs von Radarsignalen betreibt, so dass von einem Radarsensor der Sensorgruppe ausgesendete und reflektierte Radarsignale von wenigstens einem anderen Radarsensor der Sensorgruppe für einen multistatischen Betrieb empfangen und durch die Steuereinrichtung gemeinsam ausgewertet werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, mit welchen mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.In addition to the motor vehicle, the invention also relates to a method for operating radar sensors in a motor vehicle of the type according to the invention, the control device operating at least one sensor group comprising at least two of the radar sensors jointly, in particular coherently, with regard to the transmission and reception of radar signals, so that from a radar sensor The sensor group emitted and reflected radar signals are received by at least one other radar sensor of the sensor group for multistatic operation and jointly evaluated by the control device. All statements relating to the motor vehicle according to the invention can be applied analogously to the method according to the invention, with which the advantages already mentioned can also be obtained.
Insbesondere kann bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass aus der Auswertung der Radarsignale erhaltene Radardaten in einer Funktion zur wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, automatischen Führung des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Nachdem die Erfindung kleinbauende, moderne Sensortechnologie, insbesondere in Form von CMOS-Radarsensoren, erlaubt und dennoch eine Möglichkeit bereitstellt, eine hervorragende Leistungsfähigkeit der Radarsensoren insgesamt zu erzielen, lassen sich die hier beschriebenen Ausgestaltungen besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit automatisierten Fahrfunktionen einsetzen.In particular, with regard to the method according to the invention, it can be provided that radar data obtained from the evaluation of the radar signals are used in a function for at least partially, in particular completely, automatic guidance of the motor vehicle. Since the invention allows small-scale, modern sensor technology, in particular in the form of CMOS radar sensors, and nevertheless provides the possibility of achieving excellent overall performance of the radar sensors, the embodiments described here can be implemented use particularly advantageously in connection with automated driving functions.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorsehen, dass wenigstens ein Teil der Radarsensoren mit unterschiedlicher Polarisation der gesendeten Radarsignale betrieben wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass Radarsensoren der ersten Höhengruppe mit einer vertikalen Polarisation betrieben werden und Radarsensoren der zweiten Höhengruppe mit einer horizontalen Polarisation. Durch derartige Ausgestaltungen kann die radarbasierte Umfelderfassung um Polarimetrie-Ansätze erweitert werden.A further development of the method according to the invention can also provide that at least some of the radar sensors are operated with different polarization of the transmitted radar signals. For example, it can be provided that radar sensors of the first height group are operated with a vertical polarization and radar sensors of the second height group with a horizontal polarization. With such configurations, the radar-based environment detection can be expanded to include polarimetry approaches.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung.Further advantages and details of the present invention emerge from the exemplary embodiments described below and with reference to the drawing.
Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit der Anordnung und Verschaltung der Radarsensoren.The single figure shows a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention with the arrangement and interconnection of the radar sensors.
Die Figur zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs
Ersichtlich sind die Radarsensoren
Die Radarsensoren
Der Betrieb der Radarsensoren
Die Radarsensoren
Diese so beschriebene Architektur dient der kohärenten Aufnahme von Radardaten durch die jeweiligen Sensorgruppen in einem kohärenten, kombiniert monostatischen und multistatischen Betrieb. Zur Herstellung der Kohärenz, konkret zeitlicher Synchronisation bezüglich der gesendeten und empfangenen Radarsignale, können entsprechende koordinierende Zeitsignale über die Kommunikationsleitungen
Beispielsweise ist es so möglich, dass einer der Radarsensoren einer Sensorgruppe, beispielsweise der erste Radarsensor
Die gemeinsame Auswertung der empfangenen Radarsignale zu Radardaten bzw. einer Umfeldkarte findet vorliegend durch die Steuereinrichtung
Insgesamt ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die spezifische Anordnung/Platzierung der Radarsensoren
Es sei jedoch angemerkt, dass trotz der steuerungstechnischen Definition der verschiedenen Sensorgruppen nicht zwangsläufig nur ein kohärenter, multistatischer Betrieb innerhalb der Sensorgruppen stattfinden muss, sondern es durchaus auch denkbar ist, beispielsweise alle Radarsensoren
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