JP2007514171A - レーダセンサ及びこのレーダセンサの動作のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は自動車のためのレーダセンサに関し、このレーダセンサは送信装置及び受信装置を有する。本発明によれば、センサ特性は、自動車の走行動作中に送信パラメータ及び受信装置の受信パラメータが可変的であることにおいて適合される。

Description

従来技術
本発明は請求項１の上位概念記載の構成を有するレーダセンサに関する。

レーダによってオブジェクトを検出するための現代の遠方領域レーダセンサは、１５０メートルまでの距離のターゲットを識別するように設計されている。このために、強く集束するアンテナを使用しなければならず、このアンテナは例えば集束レンズを用いる光学系の法則に従って高周波エネルギを狭い空間領域に送出し、オブジェクトにおける反射によってこの領域だけから再び受信する。現代のレーダセンサの方位検出フィールドはほぼプラス／マイナス４度〜プラス／マイナス８度までである。さらに、方位角に関するアンテナ特性がアンテナ自体の旋回によって拡大されるレーダセンサもある。アンテナが送受信できる方位角領域の外側では、ターゲットは検出されない。送信電力、検出フィールド、信号発生、変調及び情報評価は固定的にセンサ及び評価ユニットにインプリメントされており、変更可能ではない。これの欠点は、とりわけ車両の走行動作中のセンサ特性の適応が実施できないことである。

従って、本発明の課題は、上記欠点を回避するレーダセンサ及びこのレーダセンサの動作のための方法を提供することである。

本発明の利点
上記課題は、請求項１記載のレーダセンサならびに請求項４記載のレーダセンサの送信及び受信パラメータの制御のための方法によって解決される。送信装置及び受信装置を有する自動車のための本発明のレーダセンサでは、送信装置の送信パラメータ及び受信装置の受信パラメータは可変的である。この変更又は適応ともいえるものは、所定の事象、状況によって又は運転者によって選択される機能に依存して制御される。選択される機能は例えば駐車支援、発進支援などのような運転者支援機能である。これによってレーダセンサの検出フィールド及び検出すべきターゲットのその都度の横方向位置、つまり間隔及び角度位置におけるこれらの検出すべきターゲットに関するならびに相対速度に関するこのレーダセンサの分解能のアダプティブな適合が可能となる。この場合、分解能とは個々のターゲットの間の分離可能性であると理解されたい。

本発明のレーダセンサの実施形態においては、送信パラメータは送信周波数及び／又は送信電力及び／又は変調変位（Modulationshub）及び／又は放射フィールドの方位幅である。実施形態においてはさらに、受信パラメータは受信周波数及び／又は受信感度及び／又は受信フィールドの方位幅である。この適応乃至はコンフィギュレーションによって、このようなセンサを、非常に全般的に、例えばプラス／マイナス５０度の非常に幅広い方位検出における０〜１４メートルまでの範囲の近接領域センサ機能の任務にも、４０メートルまでの中くらいの探知距離及びプラス／マイナス２０度の方位検出を有する任務にもならびにプラス／マイナス８度の方位検出における４０メートルの探知距離を上回る遠方領域検出にも使用することが可能となる。センサの適応は、検出フィールドの方位幅の変化によっても、その都度要求される距離分解能及び速度分解能に関しても行われる。距離分解能では、センサまでのターゲットの間隔が減少するにつれて原理的にはますます精度の高い分解能が生じることが保証される。車両の近接領域ではセンチメートル領域の距離分解能が要求され、遠方領域ではほぼ１メートルの分解能しか要求されない。

レーダセンサの送信及び受信パラメータの制御のための本発明の方法では、送信パラメータ及び／又は受信パラメータは車両の走行状態に依存して変化される。この場合、送信及び受信パラメータの変更はアンテナ自体又はアナログ又はデジタルベースでの送信信号の発生乃至は受信信号の処理に関する。走行状態とは、速度、方向、位置ならびに例えば発進支援などのような可能な特殊機能の実行であると理解されたい。この場合、走行状態には、有利には少なくとも速度及び／又は運転者により選択された支援機能及び／又は車両の位置及び／又は車両におけるレーダセンサの取り付け箇所が含まれる。本発明の方法の実施形態では、レーダセンサの速度分解能が変化される。これは、例えばＦＭＣＷ方法での周波数ランプのアダプティブな延長の形式における観察時間の増大によって又はパルスレーダでのサンプリングレートの増大によって行われる。

本発明の方法の実施形態では、レーダセンサの距離分解能が変化される。これは、例えば近接領域における分解能向上がＦＭＣＷレーダでは周波数変位（Frequenzhub）の増大によって又はパルスレーダではパルス長の変化によって行われる。

本発明の方法の実施形態では、アンテナ特性の幅及び形状（Ausformung）が変化される。これは、高周波レベルにおけるエレメントのスイッチングによって又はベースバンドにおけるデジタル処理によって、例えば個々のアンテナ列のベースバンド信号の複素重み付け（komplexwertige Gewichtung）によるデジタルビームフォーミングの形式において行われる。

全般的に使用可能な本発明によるアダプティブに作動するレーダセンサは、近接領域から遠方領域までも車両周囲のセンシングを、すなわち１５０メートルまでの車両検出を可能にする。これによって、レーダ全周視界の課題を満たすために統一的なテクノロジーのセンサアーキテクチャだけを必要とし、この結果、全周視界センサシステムの経済性が最大化される。本発明の利点は、センサのコンフィギュレーション乃至は適応が所定の車両状況乃至は運転者により選択された機能に依存して行われうることにある。フロントエンドの実現は有利には７７ＧＨｚテクノロジー又はさらに高い周波数において行われる。

本発明の実施例を次の記述において詳しく説明する。

車両周囲のセンシングは原理的には車両がどんな状況にあるかに依存する。この場合、自車速度、位置、走行方向、車両の周囲を解釈する仕方又は例えば運転者がちょうど選択したのはどんな運転者支援機能かが車両の走行状態に含まれる。例えば、自車速度が僅少で例えば５０ｋｍ／ｈより小さい場合には、センサは１５０メートル内のターゲットを検出する必要はない。なぜなら、これらのターゲットは速度制御のために重要ではないからである。その代わり、この走行状況では近接及び中くらいの領域を有利には検出することがより有意義である。なぜなら、この領域における事象は直接的に制御特性に影響を与えるからである。例えば、都市領域の３車線道路において中くらいの間隔（例えば３０メートル）で２両の車両が２つの外側車線におり、他方で自車がいる真ん中の車線が空いている。この場合、例えば自車の車線へこれらの車両のうちの一方が車線変更してくる場合に前後方向間隔調整の最適制御を保証するためにこれら２両の前方を走る車両を優先的に観察するべきである。従って、これら２つのターゲットは「とりわけ重要」と評価され、例えばアンテナ特性がこれらのターゲットに合わせてより頻繁に変更されることによって、検出確率はこれらのターゲットへのセンサ特性の適応によって最大化される。この点で、これら２つのターゲットに割り当てるべきパラメータ、すなわち間隔、相対速度、横方向位置が相応の適応をしない場合よりも高い検出確率で検出されるように変調方法が適応される。

運転者による車両の所定の機能の選択により直接的に要求されるセンサの任務が推定され、センサ特性の相応の適応がひきおこされ、例えば支援機能「駐車支援」を選択するとセンサが完全に近接領域に適応される。

他方で車両がちょうどクリティカルな状況にある場合には、センサの適応によってクリティカルと評価される空間領域／空間セルにおける、従って方向及び／又は距離における感度が増大され、この結果、重要なターゲットの検出品質が上昇する。

例えばナビゲーションシステムを介して確認できる車両の位置はセンサ特性の適応のために使用される。このために、デジタル地図上の情報は既に例えば都市周辺、幹線道路、高速道路のようなカテゴリに分割され、これによってセンサの相応のコンフィギュレーションが可能となる。車両がちょうど存在する場所の周辺のこれらのカテゴリに関する情報は、有利には調整すべきセンサ特性のダイレクトな推論を可能にする。例えば、幹線道路での走行では１００メートルより小さい探知距離で十分であり、市街地走行では約５０メートルの探知距離で十分である。車両の固有運動に関する情報はこの場合センサの必要な検出フィールドを適応させるために使用される。

車両におけるセンサの取り付け箇所は相応のコンフィギュレーションを可能にする更なるパラメータである。車両側面への取り付けは、例えば近接領域センサ機能の任務だけが実行されるという推論を可能にする。

個々のセンサの適応によって中央評価ユニットにおける情報処理が簡素化又はサポートされる。なぜなら、この中央評価ユニットはごく僅かな数のターゲットを追跡しさえすればよいからである。例えば都市周辺での低速による走行の際にはターゲットを大きな距離で追跡することを放棄する。こうして、評価ユニットの過負荷が回避される。その代わり、周囲の重要なオブジェクトへの適応によって消費コストの最小化が得られる。

近接領域において例えば距離分解能をセンチメートル領域にまで向上させるためには、アダプティブレーダセンサにおいて送信される高周波信号自体の変調もアダプティブに形成される。ＦＭＣＷ原理により作動するセンサでは、例えば変調変位（Modulationshub）自体がもはや固定的にセットされるのではなく、ダイナミックに制御される乃至は適応され、例えば距離分解能を向上させるために増大される。相対速度分解能の適応のためには、所定の周波数ランプの長さが可変的に形成される。さらに、周波数ランプの形は所定の要求される特性に依存して可変的に乃至はアダプティブに形成され、例えばリニアに又は非リニアにステップ化される。リソース周波数及び時間、そして更新レートはこうして最適かつ機能適合されて利用される。さらに、フーリエ変換の必要な長さは例えば２６５、５１２、１０２４又は２０４８"bins"によってその都度の要求に適合される。

センサの適応プロセスの調整量又は入力量に対するパラメータ乃至は情報源としては以下のような量が利用される：
・車両の自車速度；
・検出された目標シナリオ；
例えば２両の車両が並んで前方にいる；
真ん中の車線は空である；
・瞬時に運転者により選択される乃至は車両により自動的に活性化される例えば駐車支援又は発進支援のような運転者支援機能；
・クリティカルな状況乃至はクリティカルな空間領域；
車両ナビゲーションシステムを介して提供される車両の絶対位置；
・比較的近い未来に予期される周囲、例えば十字路、出口など、これは同様に車両ナビゲーションシステム又はビデオセンサ機能を介して提供される；
・車両におけるセンサの取り付け箇所。

・センサにおける適応の実施のために、つまりセンサの様々なパラメータの調整の根本的な実現のために、以下の可能性が個別に又は組み合わせて利用される：
・例えばＦＭＣＷ方法では周波数ランプのアダプティブな延長による分解能向上による速度分解能の適応、これにより観察時間が増大し、又は、パルスレーダではサンプリングレートの増大による分解能向上による速度分解能の適応。

例えばＦＭＣＷレーダでは周波数変位の増大による近接領域における分解能向上による距離分解能の適応、又は、パルスレーダではパルス長の変化による近接領域における分解能向上による距離分解能の適応。

・レーダセンサ内部のアナログ／デジタル変換部又は他の評価ユニットにおけるサンプリングレートの適応。

・高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の長さの適応、例えば１メートルより小さい近接領域における改善された検出のためのＦＭＣＷレーダにおける増大。

・その都度要求される更新レートに依存するパルスレーダにおける積分時間の適応。

・高周波レベルでのエレメントのスイッチングによる又はベースバンドにおけるデジタル処理による、例えば個々のアンテナ列のベースバンド信号の複素重み付けによるデジタルビームフォーミングによるアンテナ特性の幅又は形状の適応。

Claims (10)

1. 送信装置及び受信装置を有する自動車のためのレーダセンサにおいて、
   送信装置の送信パラメータ及び受信装置の受信パラメータは可変的であることを特徴とする、送信装置及び受信装置を有する自動車のためのレーダセンサ。
2. 送信パラメータは送信周波数及び／又は送信電力及び／又は変調変位（Modulationshub）及び／又は放射フィールドの方位幅であることを特徴とする、請求項１記載のレーダセンサ。
3. 受信パラメータは受信周波数及び／又は受信感度及び／又は受信フィールドの方位幅であることを特徴とする、請求項１又は２記載のレーダセンサ。
4. 送信パラメータ及び／又は受信パラメータは車両の走行状態に依存して変化される、請求項１〜３のうちの１項記載のレーダセンサの送信及び受信パラメータの制御のための方法。
5. 速度及び／又は運転者により選択された支援機能及び／又は車両の位置及び／又はレーダセンサの取り付け箇所が走行状態に含まれることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. レーダセンサの速度分解能は変化されることを特徴とする、請求項４又は５記載の方法。
7. レーダセンサの距離分解能は変化されることを特徴とする、請求項４〜６のうちの１項記載の方法。
8. アンテナ特性の幅及び形状（Ausformung）は変化されることを特徴とする、請求項４〜７のうちの１項記載の方法。
9. アンテナ特性はスイッチするエレメントによって高周波レベルにおいて変化されることを特徴とする、請求項４〜８のうちの１項記載の方法。
10. アンテナ特性はベースバンドにおけるデジタル処理によって変化されることを特徴とする、請求項８記載の方法。