CN108603927A - 用于机动车中的驾驶员辅助***的雷达传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车中的驾驶员辅助***的雷达传感器，所述雷达传感器具有：发送与接收装置(10)、电子分析处理装置(12)、电子控制装置(14)以及自监测装置(22，24，26)，所述发送与接收装置用于发送和接收雷达信号，所述电子分析处理装置用于分析处理所接收的信号，所述电子控制装置用于控制所述雷达传感器的运行功能，所述自监测装置用于探测所述雷达传感器的运行参数并且用于将所探测的参数与相应的期望值进行比较，其特征在于调整装置(28)和调节回路，所述调整装置用于改变所述运行参数中的至少一个，所述调节回路用于将所述参数调节到其期望值上。

Description

用于机动车中的驾驶员辅助***的雷达传感器
技术领域
本发明涉及一种用于机动车中的驾驶员辅助***的雷达传感器，该雷达传感器具有：用于发送和接收雷达信号的发送与接收装置、用于分析处理所接收的信号的电子分析处理装置、用于控制该雷达传感器的运行功能的电子控制装置以及用于探测雷达传感器的运行参数并且用于将所探测的参数与相应的期望值进行比较的自监测装置。
背景技术
在用于机动车的驾驶员辅助***中，例如在距离调节***或碰撞警报***中，雷达传感器用于检测交通周围环境、尤其用于定位其他交通参与者。出于安全性原因，应该在这种雷达传感器中持续检查：该传感器是否确实是正常工作的，并且相应地，由该雷达传感器支持的辅助功能是否实际上可供使用并且可靠地工作。该目的由自监测装置来完成，借助该自监测装置监测雷达传感器的不同重要运行参数。
由DE 199 45 250A1已知这种类型的雷达传感器：在该雷达传感器中，自监测装置用于识别该雷达传感器的失明(Erblindung)。
还已知的是，应监测其他运行参数、例如所发送的雷达信号的幅度或功率水平、不同发送与接收信道中的信号之间的幅度差和相位差等。如果对于这些参数中的一个而言期望值与实际值之间的所探测的偏差处于允许的公差范围之外，则这会导致雷达传感器自动关断，并且在仪表盘上向机动车的驾驶员显示如下警报提示：相关辅助功能不可用。
因为用于机动车的驾驶员辅助***通常涉及对于安全性重要的***，所以为了在任何情况下都确保雷达传感器的良好运行，对于雷达传感器的重要运行参数仅能允许窄的公差极限。公差极限越窄，则向驾驶员显示错误信号的情况越频繁。由此，可能会限制驾驶员辅助***的可接受性。
发明内容
本发明的任务是提供一种雷达传感器，该雷达传感器在不限制功能安全性的情况下具有更高的可用性。
根据本发明，该任务通过调整装置和调节回路(Regelkreis)来解决，该调整装置用于改变所述运行参数中的至少一个，该调节回路用于将该参数调节到其期望值上。
如果所监测的运行参数中的一个例如由于温度影响、老化效应、构件缺陷等而具有漂移并且越来越远离其期望值，则调节回路和所配属的调整装置能够在该参数离开允许的公差范围之前将该参数调节回到其期望值上。由此，雷达传感器的功能至少一直保留，直到调整装置的调节范围耗尽以这种方式，可以显著提高雷达传感器的可用性，而不会由于参数的期望/实际偏差而增加功能故障的风险。
本发明的有利构型和扩展方案在从属权利要求中说明。
在一种实施方式中，所监测的运行参数中的一个是所发送的雷达信号的幅度或功率。在这种情况下，调整装置是可调放大器，借助该可调放大器将幅度或功率调节到期望值上。
通常，用于机动车的雷达传感器具有多个发送信道，通过这些发送信道馈给多个发送天线。由此可以实现一定的波束成形(Strahlformung)。在进行角度分辨的雷达传感器情况下，存在多个接收天线并且相应地存在多个接收信道，从而通过比较在不同信道中接收的信号的幅度和/或相位能够实现所定位的对象的角度估算。在这种情况下，所监测的运行参数也可以包括不同发送信道之间的幅度关系和/或相位关系。同样，可以将具有固定的幅度关系和/或相位关系的测试信号馈送到接收信道中。所监测的运行参数还可以包括在不同接收信道中针对测试信号测量的幅度关系和/或相位关系。在这种情况下，作为针对幅度关系的调整装置可以设置可调放大器，并且作为针对相位关系的调整装置可以设置可调移相器。
因为发送与接收装置的运行不可避免地引起一定的损耗功率，该损耗功率导致雷达传感器发热，所以雷达传感器的温度也是应该监测的重要运行参数。防止雷达传感器过热的调整装置可以由控制装置中的如下模块构成：该模块修改彼此相继的测量循环的重复频率，使得在各个测量循环之间产生或大或小的停顿，在这些停顿中，雷达传感器可以进行冷却。虽然由于测量循环频率的减小导致雷达定位的时间分辨率受到限制，但是从安全性角度来看，这比雷达传感器由于过热而完全失效的危害要小。
附图说明
以下根据附图进一步阐述所述实施例。附图示出：
图1：根据本发明的雷达传感器的方框图；
图2：用于说明雷达传感器的自监测功能和修正功能的时间图；
图3：雷达传感器的一个发送信道的图示，该发送信道具有用于调节信号幅度的调节回路；
图4：两个发送信道的图示，这两个发送信道具有用于调节所述两个信道之间的幅度关系的调节回路；
图5：两个发送信道的图示，这两个发送信道具有用于调节所述两个信道之间的相位关系的调节回路；
图6：雷达传感器的两个接收信道的图示，这两个接收信道具有用于调节所述两个接收信道之间的幅度关系的调节回路；
图7：两个接收信道的图示，这两个接收信道具有用于调节所述两个信道之间的相位关系的调节回路；
图8：用于说明雷达传感器的不同测量循环的时序的时间图。
具体实施方式
图1中示出的雷达传感器具有发送与接收装置10、分析处理装置12和控制装置14，该控制装置控制发送与接收装置10中的以及分析处理装置12中的不同工作流程。
发送与接收装置10用于在四个并行的发送与接收信道16a至16d上发送和接收雷达信号。每个信道配属有一个天线18，该天线既用于发送雷达信号也用于接收雷达回波。
作为示例，作出如下假设：在此描述的雷达传感器涉及所谓的FMCW(FrequencyModulated Continuous Wave：调频连续波)雷达。发送与接收装置10向发送与接收信道16a至16d中的每个中馈入一个雷达信号，该雷达信号的频率被斜坡形调制，使得该信号由一系列彼此相继的线性频率斜坡构成。随后，在每个信道中，将所接收的雷达回波与所配属的发送信号的一部分混合。作为混合产物获得基带信号，该基带信号的频率相应于所发送的信号与所接收的信号之间的频率差。该频率差一方面取决于斜坡斜率以及从雷达传感器至对象并返回雷达传感器的信号传播时间，并且因此包含关于所定位对象的距离的信息。然而另一方面，由于多普勒效应，频率差还取决于对象的相对速度。
在四个信道中获得的基带信号被数字化并且在数字分析处理装置12中被进一步分析处理。具体而言，每个信道中的信号在频率斜坡的持续时间上被记录并且通过快速傅里叶变换(FFT)被转换成频谱。所定位的对象在该频谱中表现为如下频率处的峰：该频率由对象的距离和相对速度确定。通过分析处理具有不同斜率的至少两个频率斜坡，可以由在两个斜坡上获得的峰的频率位置唯一明确地确定对象的距离和相对速度。
此外，通过比较在四个不同信道中获得的信号的幅度和相位可以获得关于对象的方位角的信息、即关于如下方向的信息：从该方向接收到在对象处反射的雷达辐射。
因此，在输出端20处，分析处理装置12可以向连接在后面的驾驶员辅助***提供关于所定位的对象的定位数据的信息(距离、相对速度和方位角)。
为了使雷达传感器正常工作，需要的是：在各个信道中发送的雷达信号的幅度偏离预给定的期望值不多。与此等效的是，要求雷达信号的(与幅度平方成正比的)功率在确定的公差极限内相应于预给定的期望功率。
此外，在不同信道中发送的信号之间必须存在已知的幅度关系和相位关系。在最简单的情况下，所有信号具有相同的幅度和相同的相位。尤其在确定方位角时，四个信道中的两个之间或更多个之间的明显幅度差和/或相位差会导致测量结果失真。
因此，所发送的信号的绝对幅度以及信道与信道之间的幅度差和相位差是雷达传感器的重要运行参数，这些运行参数应被保持在一定的公差极限内。为了监测所述运行参数以及其他运行参数，雷达传感器具有自监测装置，该自监测装置由不同的探测***22、24以及实现在控制装置14中的自监测模块26构成。在示出的示例中，四个发送与接收信道16a-16d中的每个具有一个自己的探测***22。探测***24用于测量雷达传感器的温度、尤其发送与接收装置10的温度，在该发送与接收装置运行时产生损耗热量。自监测模块26记录探测***22、24的测量信号，将这些测量信号与相应的期望值以及所配属的公差极限进行比较，如果运行参数处于公差范围之外，则如本身已知的那样发起输出警报信号。然而对于在此示出的雷达传感器，自监测模块26还设置用于将调整指令输出到不同的调整装置28上，借助这些调整装置可以改变重要的运行参数。因此，探测***22、24、自监测模块26和调整装置28构成调节回路，借助该调节回路可以将重要的运行参数调节到其相应的期望值上。
图2中示出基本原理。在那里，曲线30作为时间t的函数说明针对单个运行参数P获得的测量值。点划线标记针对参数P应遵守的期望值“soll”，细虚线标记具有下限“min”和上限“max”的公差范围。在雷达传感器正常工作的情况下，通过曲线30说明的测量值以小波动幅度(Schwankungsbreite)围绕期望值波动。然而在示出的示例中，在时刻t0发生故障，该故障在没有应对措施的情况下会导致：如图2中通过虚线32说明的那样，该参数远离期望值并且在时刻t1离开公差范围。然而一旦针对参数P的测量值已经以一个确定的量值远离期望值，则如通过曲线30说明的那样，自监测装置26激活所配属的调整装置28，该调整装置实现该参数被重新调节回到期望值上。
图3示出单个发送信道，即发送与接收信道16a-16d中的一个的发送路径。振荡器34产生频率调制的发送信号，该发送信号通过放大器36和功率测量电路38被传递到天线18上。放大器36是图1中示出的调整装置28的一部分。功率测量电路38是探测装置22的一部分并且测量功率、因此隐含地测量发送信号的幅度A，并且将测量结果(通过自监测模块26)反馈给放大器36。如果发送信号的幅度低于期望值，则在放大器36中增大增益，如果幅度增大到高于期望值，则减小增益。以这种方式，发送信号的幅度A在连续运行时被持续调节到期望值上。
图4中示意性地示出两个发送信道，这两个发送信道例如可以涉及发送与接收信道16a和16b的发送路径。这两个发送路径都由振荡器34馈给。然而在另一实施方式中，也可以给每个发送信道设置单独的振荡器。
功率测量电路40连接在所配属的天线18之间并且隐含地测量两个发送信号之间的信号差的幅度ΔA。将测量结果反馈给这两个发送信道中的至少一个的放大器36。随后，如此调节该放大器，使得信号差的幅度ΔA被调节到期望值零上。
图4中示出类型的电路也可以设置用于四个发送与接收信道16a-16d中的其他配对，使得可以将所有四个发送信号的幅度彼此比较并且调节到同一期望值上。这例如可以通过如下方式实现：发送与接收信道16a用作主机(Master)，在该主机中，幅度被调节到期望值上，而其余三个发送与接收信道作为从机(Slave)工作，这些从机的幅度与主机的幅度进行比较。替代地也能够实现，测量并且调节发送与接收信道配对16a与16b、16b与16c以及16c与16d之间的信号差的幅度ΔA。
图5示出用于发送与接收信道16a和16b的探测装置22以及调整装置28的另一部分。在电路的该部分中，借助连接在天线18之间的相位测量电路42测量发送信号之间的相位差测量结果被反馈给这些信道中的至少一个中的移相器44，使得闭合调节回路中的相位差被调节到期望值上、例如被调节到期望值零上。对于设置用于根据图5的电路的信道配对以及对于主机/从机关系来说，针对图4所述的内容同样适用。
在发送与接收信道的接收路径中测量所接收的信号的幅度和相位。所配属的测量电路(该测量电路可以部分地在发送与接收装置10中实现，但是也可以部分地在分析处理装置12中实现)应该如此校准，使得在提供相同信号的情况下，该测量电路在所有信道中也测量到相同的幅度和相同的相位。图6示出用于发送与接收信道的一个配对(例如16a、16b)的电路，借助该电路可以在连续运行时检查幅度测量的校准，并且在必要时修正该幅度测量。为此，由自监测模块26将测试信号T施加到两个天线18的输出端上。幅度测量电路46在每个信道中测量接收幅度，并且减法器48将幅度差反馈给所述信道中的至少一个中的接收放大器50。以这种方式，针对测试信号T测量的幅度差被调节到期望值零上。
图7示出用于检查和修正相位校准的相应电路。替代图6中的幅度测量电路46，在此设置相位测量电路52，并且替代接收放大器50，设置移相器54。
借助图6和图7中示出类型的电路可以持续校准所有信道中的接收幅度和接收相位。
在示出的示例中，向所有接收信道分别提供相同的测试信号T。然而也能够实现，向这些接收信道提供不同的测试信号、例如模拟天线18的接收信号的信号，所述信号在雷达传感器投入运行之前已经在具有实际对象的测试装置中获得。
雷达传感器的另一重要运行参数是发送与接收装置10的温度，该温度借助探测装置24测量。然而，在此一个特殊之处在于，这不涉及遵守确定的期望温度，而仅涉及防止雷达传感器的过热、即防止超过确定的最大温度。这例如可以借助调整装置来实现，该调整装置如此程度地减少发送与接收装置10中的热量产生使得通过常见散热器耗散的热量超过新产生的热量。
图8示出发送信号的频率图，该发送信号在发送与接收信道中的一个中或在所有四个信道中发送。在此，锯齿形的曲线56作为时间t的函数说明发送信号的频率f。在示出的示例中，如此调制频率f，使得形成具有相同斜率的彼此相继的频率斜坡58。实际上，通常形成具有不同斜率的频率斜坡，这些频率按照确定的模式彼此交替。然而，这对于在此描述的发明不是重要的。
在一种传统FMCW雷达的情况下，频率斜坡58构成无间隙序列，也就是说，发送信号被连续发送。然而在在此描述的雷达传感器的情况下，发送信号被划分成分别由多个频率斜坡构成的各个脉冲串(Burst)60，并且这些脉冲串60由停顿62中断，在所述停顿中不进行信号发送并且相应地也不产生损耗热量。用于限制温度的调整装置通过如下方式构造：自监测模块26的一个功能根据所测量的温度来改变各个脉冲串60之间的停顿62的长度。

Claims (8)

1.一种用于机动车中的驾驶员辅助***的雷达传感器，所述雷达传感器具有：发送与接收装置(10)、电子分析处理装置(12)、电子控制装置(14)以及自监测装置(22，24，26)，所述发送与接收装置用于发送和接收雷达信号，所述电子分析处理装置用于分析处理所接收的信号，所述电子控制装置用于控制所述雷达传感器的运行功能，所述自监测装置用于探测所述雷达传感器的运行参数并且用于将所探测的参数与相应的期望值进行比较，其特征在于调整装置(28)和调节回路，所述调整装置用于改变所述运行参数中的至少一个，所述调节回路用于将所述参数调节到其期望值上。
2.根据权利要求1所述的雷达传感器，在所述雷达传感器中，所调节的运行参数中的一个是所发送的信号的幅度(A)。
3.根据权利要求1或2所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有至少两个发送信道(16a，16b)，在所述雷达传感器中，所调节的运行参数中的一个是在所述两个信道上发送的信号的幅度差(ΔA)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有至少两个发送信道(16a，16b)，在所述雷达传感器中，所调节的运行参数中的一个是在所述两个信道上发送的信号的相位差
5.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有多个接收信道(16a，16b)，在所述雷达传感器中，所述自监测装置(22，24，26)构造用于向所述接收信道提供测试信号(T)，在所述雷达传感器中，所监测的运行参数中的一个是所述接收信道的幅度校准。
6.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有多个接收信道(16a，16b)，在所述雷达传感器中，所述自监测装置(22，24，26)构造用于向所述接收信道提供测试信号(T)，在所述雷达传感器中，所调节的运行参数中的一个是所述接收信道的相位校准。
7.根据以上权利要求中任一项所述的雷达传感器，所述雷达传感器具有用于测量所述雷达传感器的温度的探测装置(24)，在所述雷达传感器中，所调节的运行参数中的一个是所述雷达传感器的温度。
8.根据权利要求7所述的雷达传感器，在所述雷达传感器中，所述自监测装置(22，24，26)构造用于如此操控所述发送与接收装置(10)，使得发送雷达信号的时间段(60)由不发送雷达信号的停顿(62)所中断，其中，所述停顿(62)的长度取决于所测量的温度。
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