CN104155634B - 用于求取和补偿车辆的雷达传感器的失准角的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实现一种用于求取和补偿车辆(1)的雷达传感器(2)的失准角(20)的方法，所述方法具有以下步骤：生成(S01)第一数据，所述第一数据包含关于所述雷达传感器(2)的所测量的相对于所述车辆(1)的当前运动的定向的信息；生成(S02)第二数据，所述第二数据包含关于在所述车辆(1)上定义的参考轴线(32，34，35)的相对于所述车辆(1)的当前运动的所测量的定向的信息；通过比较所生成的第一数据与所生成的第二数据求取(S03)失准角(20)；通过调节所述雷达传感器(2)的天线特性来补偿(S04)所求取的失准角(20)，其中，根据所求取的失准角(20)改变所述天线特性的主瓣的发射方向(45)。

Description

用于求取和补偿车辆的雷达传感器的失准角的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于求取和补偿车辆的雷达传感器的失准角的方法和设备。
背景技术
驾驶员辅助***是机动车中的用于在确定的驾驶情形中支持驾驶员的电子附加装置。在此，通常安全方面很重要，但是提高驾驶舒适性和改善驾驶经济也很重要。驾驶员辅助***半自主地或者自主地干预车辆的驱动装置、控制装置(例如油门、制动器)或者发信号装置，或者在危急的情形不久前或者期间通过适合的人机接口警告驾驶员。
例如防抱死***(ABS)、电子稳定程序(ESP)、自动紧急制动(ANB)等等属于已知的驾驶员辅助***。许多驾驶员辅助***使用雷达传感器用于周围环境监视和距离测量。在此，这种雷达传感器的定向和校准担当特殊的意义。在标准如ISO 26262中例如规定了，在哪个时间间隔中应该确保雷达传感器的功能能力。
因为雷达传感器通常安装在车辆的保险杠中或者后面，所以通过外部的影响如泊车碰撞(Parkrempler)、石击、雪负载等等可能使雷达传感器失准，而车辆驾驶员没有立刻识别这点。由于这种传感器的高的作用距离在由雷达传感器生成的信息中已经可注意到几乎不可察觉的以微小的失准角的失准。
在US 7 813 851 B2中描述了一种失准求取方法，借助该失准求取方法测量沿着方向轴线的加速度，所述方向轴线具有相对于向前定向的传感器布置的测量轴线固定的定向。将所测量的加速度与预先确定的极限值进行比较。在超过极限值时，可以停用雷达传感器。在重新的校准之后、例如在车间中的校准之后，才能够再次使用雷达传感器。出于舒适性原因，这是不利的。
发明内容
本发明实现根据本发明的用于求取和补偿车辆的雷达传感器的失准角的方法以及根据本发明的相应的设备。
在此，根据本发明的方法设置以下步骤：生成第一数据，所述第一数据包含关于雷达传感器的相对于车辆的当前运动的所测量的定向的信息；生成第二数据，所述第二数据包含关于在车辆上定义的参考轴线的相对于车辆的当前运动的所测量的定向的信息；通过比较所生成的第一数据与所生成的第二数据来求取失准角；通过调节雷达传感器的天线特性来补偿所求取的失准角，其中，根据所求取的失准角改变天线特性的主瓣的发射方向。
此外，根据本发明设有一种用于求取和补偿车辆的雷达传感器的失准角的设备，所述设备具有天线并且具有测量装置，所述天线具有可调节的天线特性，所述测量装置构造用于生成第一数据和第二数据，所述第一数据包含关于雷达传感器的相对于车辆的当前运动的定向的信息，所述第二数据生成包含在车辆上定义的参考轴线的相对于车辆的当前运动的定向的信息。所述设备具有计算装置，所述计算装置构造用于通过比较所生成的第一数据与所生成的第二数据来求取失准角。此外，所述设备具有控制装置，所述控制装置构造用于通过调节雷达传感器的天线特性来补偿所求取的失准角，其中，所述控制装置根据所求取的失准角来控制天线特性的主瓣的发射方向的变化。
发明优点
本发明所基于的构思在于，提供一种用于求取和补偿车辆的雷达传感器的失准角的方法，借助所述方法在车辆的运行期间能够实现雷达传感器的校准的检查和补偿。因此，能够以小的和/或至少有规律的距离实施校准的检查。
此外，本发明提供无需去车间就已经在车辆的行驶运行中补偿失准角的可能性，这对于车辆驾驶员和/或车辆持有人而言表示舒适性益处。根据一个优选的扩展方案，第一数据包含关于沿着雷达传感器的主瓣的发射方向的加速度的信息。雷达传感器的主瓣是空间角，在所述空间角中在发射雷达射束时辐射发射功率的大部分。此外，第一数据包含关于有关雷达传感器的沿着不同于发射方向的第二方向的加速度的信息。根据一个优选的扩展方案，第二数据能够包含关于至少沿着所定义的参考轴线的加速度的信息。在许多车辆中，已经安装了加速度传感器作为其他驾驶辅助***的组成部分，从而对此几乎不需要附加的部件。
根据另一个优选的扩展方案，所述参考轴线中的至少两个是彼此线性独立的，并且优选彼此垂直。根据另一个优选的扩展方案，第一数据包含关于有关雷达传感器的两个线性独立的方向的信息，所述两个线性独立的方向优选彼此垂直。分别彼此线性独立的方向对的使用能够实现任意的加速度的具有相同小的测量不准确性的测量。
根据另一个优选的扩展方案，为了求取失准角，计算沿着雷达传感器的主瓣的发射方向的加速度和沿着第一参考轴线的加速度之间的差。有利地，第一参考轴线相应于雷达传感器的主瓣的发射方向的期望方向，以便能够特别简单地求取失准角。
根据另一个优选的扩展方案，为了求取失准角，计算有关雷达传感器的沿着不同于发射方向的第二方向的加速度和沿着不同于第一参考轴线的第二参考轴线的加速度之间的差。失准角可以分别正比于所计算的差。在这种情况下，能够通过预先确定的比例系数实现失准角的求取，从而在计算或者求取过程中不增大相对的测量不准确性。
根据另一个优选的扩展方案，沿着车辆纵轴线定义第一参考轴线。也可以沿着车辆的车辆横轴线定义第二参考轴线。在许多车辆中，包含关于车辆的纵轴线和横轴线的信息的传感器已经作为驾驶辅助***的组成部分存在，从而对于根据本发明的方法仅仅需要很少的附加的元件。
根据另一个优选的扩展方案，借助围绕所求取的失准角的电子的射束摆动调节天线特性的主瓣的发射方向。天线特性的借助射束摆动的调节是特别快速并且简单的，并且能够在运行期间在行驶的车辆上实现。替代地，能够使雷达传感器的具有天线的部分机械摆动。
根据另一个优选的扩展方案，将所求取的失准角与预先确定的极限值进行比较。当超过预给定的极限值时触发紧急动作。因此能够确保，在可能发生具有非预期地大的失准角的失准，所述失准角例如在行驶运行期间不能被补偿时能够最优地作出反应。根据另一个优选的扩展方案，所触发的紧急动作包括视觉的、听觉的和/或触觉的警告信号的发送。例如能够通知车辆驾驶员和/或车辆持有人，他应该寻求车间来消除失准。紧急动作也可以包括雷达传感器的停用。警告信号能够提示雷达传感器的停用，以便通知车辆驾驶员，由雷达传感器提供的功能暂时不可用。
根据另一个优选的扩展方案，所述方法具有以下步骤：在借助所调节的天线特性工作的雷达传感器的彼此间隔开的单个天线上接收雷达信号；使所接收的雷达信号的相位以以下相移偏移：所述相移分别取决于所求取的失准角和单个天线的布置，在所述单个天线上分别接收雷达信号；基于经移相的雷达信号生成位置数据，所述位置数据包含关于位于车辆周围对象的位置的信息。借助所述方法能够进一步改善由雷达传感器提供的位置数据的精确度。
根据一个优选的扩展方案，天线可以构造为相控阵列天线。这种天线很适于电子的射束摆动并且适于所接收的雷达信号的与方向相关的处理。
根据另一个优选的扩展方案，车辆构造为具有电子稳定程序的机动车，所述电子稳定程序的加速度传感器构造用于测量所述机动车沿着参考轴线的加速度以生成第二数据。
只要是有意义的，能够任意地互相组合以上的构型和扩展方案。本发明的其他可能的构型、扩展方案和实现也包括本发明的在前面或者下面关于实施例所描述的特征的没有明确提到的的组合。在此特别地，本领域技术人员也将单个方面作为改善和补充添加到本发明的相应基本形式。
附图说明
以下根据附图的示意图中说明的实施例进一步阐述本发明。附图示出：
图1：用于阐述根据本发明的第一实施方式的方法的流程图；
图2：用于阐述根据本发明的第一实施方式的方法的车辆的示意性俯视图；
图3：用于阐述根据本发明的第二实施方式的方法的流程图；
图4：用于阐述根据本发明的第三实施方式的方法的流程图；
图5：用于阐述根据本发明的第三实施方式的方法的框图；
图6：用于阐述根据本发明的第四实施方式的方法的流程图。
在所有示图中，只要没有另外说明，相同的或者功能相同的元件和设备设有相同的参考标记。尽管方法步骤设有具有数字的参考标记，但是没有由此规定顺序，尤其也能够同时进行多个方法步骤。附图中的方法步骤的图形表示仅仅用于说明，而且不应规定方法步骤的时间上的或者因果的相关性。
具体实施方式
图1示出用于阐述根据本发明的第一实施方式的方法的流程图。在此，参考图2的参考标记。
在第一步骤S01中生成第一数据，所述第一数据包含关于雷达传感器2的相对于车辆1的当前运动的所测量的定向的信息。在期望状态中，雷达传感器2的天线特性的主瓣的发射方向45关于其水平定向位于与车辆1的车辆纵轴线35相同的方向上。换言之，在期望状态中，发射方向45的水平分量恰恰位于车辆1的径直行驶的行驶方向上。在实际状态中，发射方向45可能偏离车辆纵轴线35。通过失准角20描述期望状态和实际状态之间的差别。在简单的情况——借助该情况描述根据第一实施方式的方法——下，失准是纯水平的，也就是说发射方向45仅仅在水平上与车辆纵轴线35的平行线倾斜失准角20。但是，在纯垂直的失准或者水平和垂直组合的失准的情况下同样也能够好地实施本方法。在此，发射方向45的垂直分量的期望状态可以是零，也就是说发射方向45能够平行于水平的行车道，但是在期望状态中垂直分量也能够假设正的斜率值或者负的斜率值，也就是说，斜向上或者斜向下地定向。
根据第一实施方式的方法，由加速度测量装置4生成第一数据，所述加速度测量装置是雷达传感器2的组成部分。加速度测量装置4测量雷达传感器2在发射方向45的方向上的、以及在垂直于所述发射方向的第二方向42的方向上的当前加速度。在为了描述第一实施方式所选择的情况下，第二方向42位于与发射方向45和车辆纵轴线35相同的水平面中。因此，在期望状态中，通过第二方向的直线平行于车辆1的车辆横轴线32、34。所测量的加速度由车辆1的当前运动引起。
在第二步骤S02中生成第二数据，所述第二数据包含关于在车辆1上定义的参考轴线32、34、35的相对于车辆1的当前运动的所测量的定向的信息。根据第一实施方式的方法，车辆1具有加速度传感器8，所述加速度传感器与车辆1固定地连接并且参考车辆1定向。加速度传感器8如此构造和设置，使得其测量沿着车辆纵轴线35以及沿着车辆横轴线34的加速度。加速度测量装置4也能够如此构造，使得其也测量沿着第三方向48的加速度，所述第三方向不仅垂直于发射方向45而且垂直于第二方向42。
加速度传感器8也能够如此构造，使得其也测量沿着第三车辆轴线38的加速度，所述第三车辆轴线不仅垂直于车辆纵轴线35而且垂直于车辆横轴线34。
在方法步骤S03中，通过借助计算装置12比较所生成的第一数据与所生成的第二数据来求取失准角20。根据第一实施方式的方法，由加速度传感器8在车辆纵轴线35的方向上所测量的加速度aref,hor减去由加速度测量装置4在发射方向45上所测量的加速度asens,hor。在最简单的情况下，根据加速度测量装置4与加速度传感器8的相对位置，失准角20基本上可以正比于差ajust,hor＝asens,hor-aref,hor。
如果如上面所描述的那样，测量沿着第三方向48和沿着第三车辆轴线38的加速度，也能够计算差ajust,vert＝asens,vert-aref,vert。在此，asens,vert是由加速度测量装置4在第三方向上测量的加速度，而aref,vert是由加速度传感器8在第三车辆轴线的方向上测量的加速度。根据加速度测量装置4和加速度传感器8的相对位置，失准角也可以正比于差ajust,vert。
在雷达传感器2相对于加速度传感器8的任意布置中，能够基于几何位置关系实现失准角20的求取S03。可以根据在工厂中或者在车辆车间中的定向求取雷达传感器2和加速度传感器8之间的相对位置并且对于正常的行驶运行存储所述相对位置，但是，也能够在行驶运行中实现相对位置的测量并且将结果用于失准角20的求取S03。
在方法步骤S04中，通过借助控制装置10调节雷达传感器2的天线特性来补偿所求取的失准角20。换言之，建立相应于期望状态的状态。为了调节S04天线特性，根据所求取的失准角20改变天线特性的主瓣。
根据第一实施方式，雷达传感器2具有包括多个单个天线的相控阵列天线3。借助电子的射束摆动实现天线特性的改变。因此，有针对性地如此改变天线特性，使得其相对于所述车辆相应于经定向的情况下(即在失准角为零度时)的辐射。因此，能够重建所期望的检测域，该检测域通常相对于车辆的在径直行驶时的行驶方向对称地设置。如果雷达传感器例如在水平上向右失准一度，则能够通过改变天线分配(Belegung)来确保，使总的天线特性向左摆动一度。
图2示出用于阐述根据本发明的第一实施方式的方法的车辆的示意性俯视图。
在此，车辆1具有雷达传感器2，所述雷达传感器具有天线3和加速度测量装置4。在图中分开示出天线3和加速度测量装置4，但是有利地，它们相互非常靠近。例如加速度测量装置4能够直接集成在天线3的生成高频的半导体本体中或者所述半导体本体的壳体中。发射方向45、第二方向42和第三方向48基本相交于一点，沿着所述第二方向能够测量加速度，沿着所述第三方向能够测量加速度。
此外，车辆1具有加速度传感器8，所述加速度传感器能够测量沿着车辆纵轴线35、车辆横轴线34和/或沿着第三车辆轴线38的加速度。加速度传感器8可以构造为紧凑的单元，但也可以构造为各个加速度传感器单元的网络。例如加速度传感器单元也能够测量沿着车辆横轴线32的加速度。为清楚起见，以与雷达传感器2的相对大的距离画了加速度传感器8。但是，所述两个传感器2、8也能够非常近地放置，这可以使计算更加精确。仅仅应该确保，加速度传感器8和雷达传感器2之间的位置关系是已知的和/或能够被测量，并且能够使加速度传感器8不受与雷达传感器2相同的外部影响而失准。
失准角20由发射方向45和车辆纵轴线35包围。在图2中树木5代表对象，车辆1相对于所述对象的间距和定向是令车辆驾驶员感兴趣的。
图3示出用于阐述根据本发明的第二实施方式的方法的流程图。
根据第二实施方式的方法基本相应于根据第一实施方式的方法。
根据第二实施方式的方法，在失准角20的求取S03之后，在方法步骤S10中将所求取的失准角20与预先确定的极限值进行比较。如果所求取的失准角20超过极限值，则在方法步骤S20中触发紧急动作。
紧急动作可以包括视觉的、听觉的和/或触觉的警告信号和/或雷达传感器2的停用。
图4示出用于阐述根据本发明的第三实施方式的方法的流程图。
根据第三实施方式的方法具有与根据第一实施方式的方法相同的步骤。此外，在方法步骤S05中，在以所调节的天线特性工作的雷达传感器2的彼此间隔开的单个天线上接收雷达信号。所述单个天线可以是相控阵列天线3的一部分。所述雷达信号可以由借助所调节的天线特性工作的相控阵列天线3发射。
在单个天线上接收具有以下振幅和相位的信号：所述振幅和相位也取决于相应的单个天线的布置和所求取的失准角20。在方法步骤S06中，通过电子的方式和/或计算的方式使所接收的雷达信号的相位以以下相移来偏移：所述相移取决于所求取的失准角20并且由已经接收确定的雷达信号的相应的单个天线的布置计算所述相移。也能够改变所接收的雷达信号的振幅。在方法步骤07中生成位置数据，所述位置数据包含关于位于车辆1周围的对象5的位置的信息。生成位置数据所需的计算基于经移相的雷达信号。
图5示出用于阐述根据本发明的第三实施方式的方法的框图。
根据图5向控制装置10和计算装置12提供第一数据D1和第二数据D2。控制装置10和计算装置12能够集成在算术逻辑单元(英语“arithmetic logic unit”，ALU)或者中央处理器(CPU)11中。控制装置10控制和/或调整振幅调制器52和/或移相器54，其调制提供给天线3和/或天线3中的单个天线的信号50。所述方法适于分配给单个天线的任意数量的信道以及适于任意的数量和突出形式的放大元件和/或移相元件52、54。
图6示出用于阐述根据本发明的第四实施方式的方法的流程图。
根据第四实施方式，在方法步骤S00中在工厂或者车间中实施雷达传感器2的装配和/或校准。在行驶运行中持续地实施方法步骤S01、S02和S03。在方法步骤S09中检查，是否存在与期望位置的偏差。如果所求取的一个失准角20或者所求取的多个失准角20中的一个不位于围绕零度的一个公差内，则存在所述偏差。如果没有确定出所述偏差，则借助方法步骤S01、S02和S03继续正常的行驶运行。如果求取出与期望位置的偏差，则在方法步骤S10中将所求取的失准角20与预先确定的极限值进行比较。在方法步骤S11(所述步骤是方法步骤S10的一部分)中确定，所求取的失准角20是否超过预先确定的极限值。如果是这种情况，则触发紧急动作S20。根据第四实施方式，在触发S20紧急动作之后设置驶向车间，在那里进行雷达传感器2的重新的装配和/或校准S00。
如果所求取的失准角20不超过预先确定的极限值，也就是说，所求取的失准角20大于零度，但是小于预先确定的极限值，则实施由以上的描述已知的方法步骤S04和S05。然后，可以借助持续实施的步骤S01、S02和S03继续正常的行驶运行。
虽然先前已根据优选的实施例描述了本发明，但本发明不限于此，而可以通过多种方式方法来修改。尤其能够以多种多样的方式改变或者修改本发明，而不偏离本发明的核心。
例如为了生成第一和第二数据可以使用大量的传感器，例如微型化的或者非微型化的惯性传感器和/或位置传感器，其能够集成在微机电的***(MEMS)中。现代的驾驶动态性***提供大量的传感器，所述传感器可供车辆的总线***使用。位于车辆中的ESP可以具有能够生成第二数据的参考传感器，从而对于根据本发明的方法不需要附加的外部的辅助装置。

Claims (14)

1.一种用于求取和补偿车辆的雷达传感器(2)的失准角(20)的方法，所述方法具有以下步骤：
生成第一数据(S01)，所述第一数据包含关于所述雷达传感器(2)的相对于所述车辆的当前运动的所测量的定向的信息；
生成第二数据(S02)，所述第二数据包含关于在所述车辆上定义的参考轴线的相对于所述车辆的当前运动的所测量的定向的信息；
通过比较所生成的第一数据与所生成的第二数据求取失准角(20)(S03)；
通过调节所述雷达传感器(2)的天线特性来补偿所求取的失准角(20)(S04)，其中，根据所求取的失准角(20)改变所述天线特性的主瓣的发射方向(45)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一数据包含关于沿着所述雷达传感器(2)的主瓣的发射方向(45)的加速度的信息和有关所述雷达传感器(2)的沿着不同于所述发射方向(45)的第二方向(42)的加速度的信息；和/或，其中，所述第二数据包含关于至少沿着所定义的参考轴线的加速度的信息。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述参考轴线中的至少两个是彼此线性独立的，和/或，其中，所述第一数据包含关于有关所述雷达传感器(2)的两个彼此线性独立的方向(42，45)的信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，为了求取所述失准角(20)(S03)，计算沿着所述雷达传感器(2)的主瓣的发射方向(45)的加速度和沿着第一参考轴线的加速度之间的差，其中，计算有关所述雷达传感器(2)的沿着不同于所述发射方向(45)的第二方向的加速度和沿着不同于所述第一参考轴线的第二参考轴线的加速度之间的差，其中，如此求取所述失准角(20)(S03)，使得所述失准角分别正比于所计算的差。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，沿着所述车辆的车辆纵轴线定义第一参考轴线和/或沿着所述车辆的车辆横轴线定义第二参考轴线。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助围绕所求取的失准角(20)的电子的射束摆动调节所述天线特性的主瓣的发射方向(45)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所求取的失准角(20)与预先确定的极限值进行比较(S10)，其中，在超过所述预先确定的极限值时触发紧急动作(S20)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所触发(S20)的紧急动作包括警告信号的发送和/或所述雷达传感器(2)的停用。
9.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法具有以下步骤：
在借助所调节的天线特性工作的雷达传感器(2)的彼此间隔开的单个天线上接收雷达信号(S05)；
使所接收的雷达信号的相位以以下相移偏移(S06)：所述相移分别取决于所求取的失准角(20)并且取决于所述单个天线的布置，在所述单个天线上接收雷达信号；
基于经移相的雷达信号生成位置数据(S07)，所述位置数据包含关于位于所述车辆周围的对象(5)的位置的信息。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，所述参考轴线中的至少两个是彼此彼此垂直的。
11.根据权利要求3所述的方法，其中，所述两个彼此线性独立的方向彼此垂直。
12.一种用于求取和补偿车辆的雷达传感器(2)的失准角(20)、用于实施根据权利要求1至11中任一项所述的方法的设备，所述设备具有：
天线(3)，所述天线具有可调节的天线特性；
测量装置(4)，所述测量装置如此构造：
生成第一数据(S01)，所述第一数据包含关于所述雷达传感器(2)的相对于所述车辆的当前运动的定向的信息，
生成第二数据(S02)，所述第二数据包含关于在所述车辆上定义的参考轴线的相对于所述车辆的当前运动的定向的信息；
计算装置(12)，所述计算装置构造用于通过比较所生成的第一数据与所生成的第二数据来求取失准角(20)(S03)；
控制装置(10)，所述控制装置构造用于通过调节所述雷达传感器(2)的天线特性来补偿所求取的失准角(20)(S04)，其中，所述控制装置根据所求取的失准角(20)来控制所述天线特性的主瓣的发射方向(45)的改变。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述天线(3)构造为相控阵列天线。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的设备，其中，所述车辆构造为具有ESP的机动车，所述ESP的加速度传感器(8)构造用于测量所述机动车沿着所述参考轴线的加速度以生成所述第二数据(S02)。
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