DE102004019651A1

DE102004019651A1 - Blindspot-Sensorsystem

Info

Publication number: DE102004019651A1
Application number: DE102004019651A
Authority: DE
Inventors: Martin Brandt; Matthias Töns
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-17
Also published as: MXPA06012152A; WO2005103757A1; US7504986B2; JP2007533991A; US20070179712A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Blindspot-Sensorsystem zur Detektion und/oder Klassifikation von Objekten in einem definierten Überwachungsbereich eines Kraftfahrzeugs mittels Radar-Technik, umfassend wenigstens ein erstes Mittel zum Aussenden eines ersten Radarstrahls sowie ein zweites Mittel zum Aussenden eines zweiten Radarstrahls. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist der radiale Sichtbereich des ersten Radarstrahls (Strahl I) gegen die Fahrtrichtung (v¶x¶) des Kraftfahrzeugs derart geneigt und der radiale Sichtbereich des zweiten Radarstrahls (Strahl II) im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung (v¶x¶) derart orientiert, dass die Sichtbereiche der Radarsteheln (I und II) sich wenigstens teilweise überlappen und zusammen im Wesentlichen die Abmaße des Überwachungsbereiches abdecken; wobei zumindest der erste Radarstrahl (Strahl I) sowohl im CW- als auch im FMCW-Modulationsmodus betreibbar ist. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem Assistenzsystem, beispielsweise zum Spurwechsel, moderner Kraftfahrzeuge jedweder Art.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Blindspot-Sensorsystem zur Detektion und/oder Klassifikation von Objekten in einem definierten Überwachungsbereich eines Kraftfahrzeuges mittels Radar-Technik, umfassend wenigstens ein erstes Mittel zum Aussenden eines ersten Radarstrahles sowie ein zweites Mittel zum Aussenden eines zweiten Radarstrahles.

Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen sog. Blindspot-Überwachungssysteme vorzusehen, welche den Fahrer von der Anwesenheit von Objekten im Bereich des sog. "Toten-Winkels" der Außenspiegel informieren. Moderne Systeme sollen dabei zwischen für die Funktion relevante Objekte (fahrende Fahrzeuge, LKW, Motorräder, usw.) und nicht relevante Objekte (Infrastruktur wie Verkehrszeichen, Ampeln, etc., Leitplanken, parkende Fahrzeuge, usw.) unterscheiden können. Diesbezügliche Anforderungen bestehen also in der Detektion, Positionierung und Klassifikation von Objekten des Straßenverkehrs in Bezug auf einen definierten Überwachungsbereich, der typischerweise den an die Außenspiegel eines Fahrzeug angrenzenden Bereich umfasst und den seitlichen Fahrzeugbereich einschließt. Falls sich ein relevantes Objekt innerhalb des Überwachungsbereiches befindet, wird der Fahrer gewarnt.

Im Stand der Technik sind verschiedenste Lösungsansätze für das Problem bekannt. Die einfachste technische Lösung besteht in der Verwendung von gekrümmten Außenspiegeln, die den durch den Spiegel nicht abgedeckten Bereich minimieren. Diese Lösung ist jedoch beispielsweise in den USA verboten, außerdem führt die Krümmung des Spiegels zu Verzerrungen, so dass eine Abschätzung der Objektentfernung durch den Fahrer aufgrund des Spiegelbildes erschwert wird.

Ein weiterer Lösungsansatz besteht darin, die relevanten Objekte mittels Sensoren zu detektieren und basierend auf der verarbeiteten Sensorinformation die Fahrer zu informieren.

Die dazu eingesetzten Sensoren unterscheiden sich in den physikalischen Detektionsprinzipien sowie ihren gemessenen Objekteigenschaften. Bekannt sind hierbei Lösungen basierend auf Infrarot-Laserdioden, Kamera basierende Lösung mit entsprechender Bildverarbeitung oder aber Radar basierende Systeme.

Die unterschiedlichen Sensoren haben dabei verschiedene, für die Applikation relevante Vor- und Nachteile, die bei einer Blindspot-Systemauslegung berücksichtigt werden müssen. Bei der Auswahl der Sensoren sind deshalb Randbedingungen wie Systemintegration, Systemüberwachungsbereich, Preis, Performance, usw. zu berücksichtigen.

Verkehrsteilnehmer, die aktiv am Straßenverkehr teilnehmen (fahrende PKW' s, LKW' s, etc.) sind für ein Blindspot-System als relevant zu klassifizieren. Statische Objekte und Objekte, die nicht aktiv am Straßenverkehr teilnehmen (Straßenrandbebauung, parkende Fahrzeuge, etc.) sind dagegen vom Blindspot-System als nicht relevant zu betrachten. Befindet sich ein relevantes Objekt innerhalb des überwachungsbereiches, sollte ein Blindspot-System dies signalisieren. Handelt es sich hingegen um ein nicht relevantes Objekt, sollte keine Systemreaktion erfolgen.

Der Überwachungsbereich, in dem die Objekte erkannt werden sollen, ist typischerweise durch eine Zone beginnend hinter den Außenspiegel eines Fahrzeuges definiert (vgl. erhellt hinterlegten Bereich in 1). Diese Zone überstreicht die angrenzende Fahrspur und reicht bis zu einer maximalen Entfernung hinter das mit einem Blindspot-System ausgerüsteten Fahrzeug zurück.

Insbesondere deckt der Überwachungsbereich den "Toten-Winkel" (blind spot) der Außenspiegel des Fahrzeugs ab. In der Regel ist es zweckdienlich, beide Fahrzeugseiten, also rechten und linken Außenspiegel, mit einem solchen Blindspot-System auszustatten, da besagte Probleme sowohl bei einem Spurwechsel auf die linke Fahrspur wie auch auf die rechte Fahrspur auftreten können.

Die Klassifikation eines detektierten Objektes in relevant beziehungsweise nicht relevant kann unter anderem bevorzugt vom Bewegungszustand des Objektes relativ zum Fahrzeug abhängig sein.

Bewegt sich ein mit einem Blindspot-System ausgerüsteten Fahrzeug (in 2 und den übrigen Figuren als "host car" bezeichnet) in einem Koordinatensystem entlang der x - Achse mit positiver Geschwindigkeit, so sind im Sinne der Systemfunktion Objekte – wie beispielhaft in 3 aufgeführt – als relevant beziehungsweise nicht relevant zu klassifizieren, wobei die dort genannten Geschwindigkeiten v₀ und v₁ jeweils Applikationsgrößen sind.

Die Systemfunktionalität einer "Blind-Spot - Überwachung" – Applikation besteht also darin, den Fahrer eines Kraftfahrzeuges vor der Existenz eines relevanten Objektes, welches sich auf einer benachbarten Spur in dem vom Fahrer schlecht einsehbaren Bereich seitlich hinter und neben dem eigenen Fahrzeug, also innerhalb des weiter oben definierten Überwachungsbereiches, befindet, zu warnen. Die Intention der Systemfunktion ist somit die Assistenz des Fahrers, insbesondere während eines Spurwechselvorgangs.

Nachfolgend werden typische Anwendungsfälle eines "Blind-Spot - Überwachung" Systems beschrieben sowie die jeweils gewünschte Systemreaktion veranschaulicht.

Im ersten Fall (siehe 4) befindet sich das mit einem Blindspot-System ausgestattete Fahrzeug (jeweils dunkel dargestellt) auf einer mehrspurigen Fahrbahn und wird von einem Fahrzeug (jeweils hell dargestellt) auf der linken Spur überholt.

Die 4.1. bis 4.6. geben die zeitliche Abfolge des Szenarios an, wobei die aktiviert bzw. deaktiviert dargestellten "Warnlampen" oberhalb der einzelnen Figuren eine bevorzugt gewünschte Systemreaktion wiedergeben.

"Aktiviert" (vgl. 4.2. bis. 4.5.) bedeutet hierbei, dass sich ein relevantes Objekt innerhalb des Überwachungsbereiches befindet und erkannt wurde – der Fahrer wird gewarnt. "Deaktiviert" (vgl. 4.1. und 4.6.) bedeutet, dass sich kein relevantes Objekt im Überwachungsbereich befindet – es erfolgt keinerlei Warnung.

In dem in 4 gezeigten Szenario betritt das nachzuweisende Objekt den Überwachungsbereich in Fahrtrichtung von hinten, verweilt eine gewisse Zeit im Bereich und verlässt ihn anschließend in Fahrtrichtung nach vorne. Dabei können rela tiv hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen den Objekten in dieser Konfiguration auftreten, falls sich das überholende Fahrzeug mit hoher Differenzgeschwindigkeit nähert. In einem solchen Fall ist jedoch der Systemnutzen fraglich, da die Zeitspanne, in der eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird eine minimale Zeit (etwa 1s) nicht unterschreiten sollte, um dem Fahrer Möglichkeit zu geben zu reagieren. Objekte, die den Überwachungsbereich von hinten betreten, können somit eine geringe Systemreaktionszeit bewirken.

5 zeigt einen weiteren Anwendungsfall, nämlich den Überholvorgang auf der rechten Spur. Das mit einem Blindspot-System ausgerüstete Fahrzeug (in den 5.1. bis 5.6. jeweils dunkel dargestellt) fährt auf der rechten Seite an einem relevanten Objekt (beispielsweise einem fahrenden Fahrzeug – jeweils hell dargestellt) vorbei, das sich auf der linken Nachbarspur befindet.

Das relevante Objekt betritt den Überwachungsbereich in diesem Fall in Fahrtrichtung von vorne. Eine Warnung ist in einem solchen Szenario nur dann sinnvoll, wenn sich das überholte Fahrzeug eine gewisse Mindestzeit im Überwachungsbereich aufhält.

Ein weiteres Szenario, in dem eine Blind-Spot - Funktionalität wünschenswert ist, ist der Fall, in dem sich ein relevantes Objekt seitlich des Überwachungsbereiches annähert (vgl. 6).

In diesem Fall des sog. Einschervorgangs sind die auftretenden Relativgeschwindigkeiten weitaus geringer als zuvor in den zu 5 und 6 beschriebenen Fällen. Daraus folgt, dass Objekte, die den Überwachungsbereich von der Seite be treten, eine tolerierbare längere Systemreaktionszeit erlauben.

Bei der Auflistung der typischen Anwendungsfälle eines Blindspot-Systems sollten nicht nur Szenarien in Betracht gezogen werden, die eine positive Systemreaktion erfordern, sondern auch solche, die keinerlei Systemsreaktion auslösen sollten.

Die nachfolgenden Szenarien stellen typische Fälle dar, die sehr häufig auftreten und keine Warnung eines Bindspot-Systems auslösen sollten:
In dem in 7 dargestellten Szenario wird ein mit einem Blindspot-System ausgerüstetes Fahrzeug ("host car") von einem Objekt auf der übernächsten Spur überholt. Da sich zu keiner Zeit ein relevantes Objekt im Überwachungsbereich befindet, sollte bei horizontalen Positionsbestimmungen zum Überwachungsbereich ein Blindspot-System keinerlei Warnimpuls abgeben.

Ein weiteres häufig auftretendes Szenario ist die Annäherung eines relevanten Objektes auf der eigenen Fahrspur (vgl. 8).

In diesem Fall sollte ein Blindspot-Überwachungssystem ebenfalls keine Warnung ausgeben, da sich wiederum kein relevantes Objekt im Überwachungsbereich befindet.

Ein weiteres Szenario, dass häufig auftreten kann, ist der Fall, in dem ein nicht relevantes Objekt in den Überwachungsbereich des "Blindspot-Detection" Systems eintritt.

9 stellt die Annäherung an eine Fahrbahn- bzw. Straßenbegrenzung, also an ein statisches Objekt wie das einer Leitplanke oder einer Wand, dar. Hier sollte ein Blindspot-System in der Lage sein, die Straßenbegrenzung zu detektieren und als nicht relevant einzustufen, also eine Objektklassifizierung durchzuführen. Eine Warnung soll in einem solchen Szenario wiederum nicht erzeug werden.

Ausgehend von wünschenswerten Systemreaktionen sowie den beschriebenen typischen Anwendungsfällen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Blindspot-Sensorsystem bereitzustellen, welches die eingangs genannten Anforderungen erfüllt. Insbesondere soll das Blindspot-Sensorsystem:

– eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit für die zu detektierenden Objekte aufweisen;
– eine Bestimmung der relativen Objektgeschwindigkeit erlauben;
– eine Bestimmung von Objektposition relativ zum Überwachungsbereich gestatten, also ob ein Objekt innerhalb oder außerhalb des Bereiches liegt, wobei nicht notwendigerweise ein Objekt innerhalb des Bereiches genau zu positionieren ist; und/oder
– eine Klassifikation der detektierten Objekte in relevant und nicht relevant durchführen.

Darüber hinaus kann optional eine Klassifikation der Fahrumgebung des Fahrzeugs für die Systemfunktion zweckdienlich sein.

Des weiteren ist die erforderliche Performance derart auszulegen, dass Fehlalarm- und Falschalarmraten sich in einem tolerierbarem Bereich halten.

Schließlich soll das Blindspot-Sensorsystem für das Automotive Umfeld geeignet sein;, d.h. die üblichen Anforderungen hinsichtlich Robustheit, Infrastruktur, Umweltbedingungen, Größe, Integrierbarkeit, usw. erfüllen.

Diese Aufgabe wird durch ein Blindspot-Sensorsystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung baut auf gattungsgemäßen Blindspot-Sensorsystemen zur Detektion und/oder Klassifikation von Objekten in einem definierten Überwachungsbereich eines Kraftfahrzeuges, umfassend wenigstens ein erstes Mittel zum Aussenden eines ersten Radarstrahles sowie ein zweites Mittel zum Aussenden eines zweiten Radarstrahles, dadurch auf, dass der radiale Sichtbereich des ersten Radarstrahls (Strahl I) gegen die Fahrtrichtung (v_x) des Kraftfahrzeugs derart geneigt und der radiale Sichtbereich des zweiten Radarstrahls (Strahl II) im wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung (v_x) derart orientiert ist, dass die Sichtbereiche der Radarstrahlen (I und II) sich wenigstens teilweise überlappen und zusammen im Wesentlichen die Abmaße des Überwachungsbereiches abdecken; wobei zumindest der erste Radarstrahl (Strahl I) sowohl im CW- als auch im FMCW- Modulationsmodus betreibbar ist.

Die Realisierung eines Blindspot-Sensorssystems mit wenigstens zweier, teils speziell betriebener, Radarsensoren weist nachstehend genannte besonders relevante Vorteile auf:

– eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit für die nachzuweisenden Objekte (LKW' s, PKW' s, Leitplanken, etc.), welche eine hinreichende Struktur aufweisen und zumindest größtenteils aus Metall bestehen;
– eine Unempfindlichkeit gegenüber teils extreme Umweltbedingungen wie wechselnde Lichtverhältnisse, Temperaturschwankungen von –40°C bis +85°C und mehr, Regen, Schnee, etc.;
– eine präzise Bestimmung von radialer Geschwindigkeit und Entfernung der nachgewiesenen Objekte;
– die Möglichkeit der Objektklassifizierung durch typische struktur- und materialabhängige Komponenten in den Radarsignalen; und/oder
– die Möglichkeit einer Mustererkennung durch typische struktur- und materialabhängige Komponenten im Radarspektrum.

Da Radarsensoren zudem unsichtbar hinter für Radarstrahlen "transparente" Materialien wie Kunststoffe etc. verbaut werden können, zudem eine bewährte Robustheit und Infrastruktur aufweisen, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere als Applikation in modernen Kraftfahrzeugen.

Gemäß einer ersten einfachen Ausgestaltung wechseln CW- und FMCW- Modulationsmodus sich sequentiell ab.

Zur Steigerung von Nachweiswahrscheinlichkeit und präziseren Bestimmung der Objektgeschwindigkeit ist vorgesehen, dass mehrere FMCW- Modulationsmodi sich mit wenigstens einem CW-Modulationsmodus abwechseln, insbesondere fünf FMCW- zu einem CW- Modi.

Zur Vermeidung von Messungenauigkeiten, insbesondere im CW-Modi, wird vorgeschlagen, dass mehreren FMCW- Modulationsmodi wenigstens zwei CW- Modulationsmodi folgen, vorzugsweise fünf FMCW- zu zwei CW- Modi.

In einer einfachen Ausführung der Erfindung sind die Mittel zum Aussenden von erstem und zweitem Radarstrahl durch einen 2-Strahl-Sensor realisiert. Dem Vorteil raumnaher Kommunikation steht der Nachteil verhältnismäßig großer Bauräume gegenüber.

Da je nach Fahrzeugtyp kleindimensionierte Bauteile zunehmend entscheidungserheblich sind wird vorgeschlagen, die Mittel zum Aussenden von erstem und zweitem Radarstrahl durch je einen 1-Strahl-Sensor zu realisieren. Derartige Separierungen erlaubt zudem vorteilhaft neuartige Sensoranordnungen.

Während 2-Strahl-Sensoren beispielsweise im Außenspiegel, im Kotflügel oder in der hinteren Stoßstange verbaut werden müssen, lassen sich 1-Strahl-Sensoren beliebig kombinieren. Erfindungsgemäß bevorzugt ist beispielsweise der 1-Strahl-Sensor für den ersten Radarstrahl (Strahl I) im Außenspiegel, im Kotflügel, im vorderen Radkasten, in der B-Säule oder im Türschweller und der 1-Strahl-Sensor für den zweiten Radarstrahl (Strahl II) in der hinteren Stoßstange verbaut.

Zweckmäßigerweise weist der erste Radarstrahl (Strahl I) eine Breite von 30° bis 50°, insbesondere von 40° und einen Tilt zur Längsachse des Kraftfahrzeuges von 2° bis 13°, insbesondere von 5° oder 10° und der zweite Radarstrahl (Strahl II) eine Breite von 70° bis 140°, insbesondere von 80° oder 130° und einen Tilt zur Längsachse des Kraftfahrzeuges von 2° bis 53°, insbesondere von 5°, 20° oder 50°, auf.

Wie nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen sowie anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere zur Detektion und/oder Klassifikation von Objekten in einem definierten Überwachungsbereich eines Kraftfahrzeuges.

Es zeigen schematisch:
1 den typischen Überwachungsbereich eines "Blindspot-Überwachungssystems;
2 die Definition eines mit einem Blindspot-System ausgerüsteten Fahrzeugs im Koordinatensystems;
3 Beispiele für relevante und nicht relevante Objekte;
4 einen Überholvorgang auf der linken benachbarten Fahrspur;
5 einen Überholvorgang auf der rechten Fahrspur;
6 einen Einschervorgang;
7 einen Überholvorgang auf der übernächsten rechten Fahrspur;
8 die Annäherung eines relevanten Objektes auf der eigenen Fahrspur;
9 die Annäherung des "host car" an eine Fahrbahnbegrenzung;
10 die beispielhafte Anordnung zweier teilweise überlappender Sichtbereiche des/der Radar Sensoren eines "Blind-Spot - Überwachung" Systems nach der Erfindung;
11 zwei Einbausituationen des Blindspot-Sensorsystems hinter der Fahrzeugstoßstange für die linke Fahrzeugseite;
12 weitere (alternative) Anordnungen der Sensoren für die Blindspot-Überwachung Applikation;
13 weitere Einzelheiten und Spezifikationen der in den 12.1 bis 12.6 dargestellten einzelnen Anordnungen;
14 die schematische Darstellung eines ersten typischen Autobahn - Szenarios;
15 die zum in 14 dargestellten Szenario korrespondierenden FMCW - Peaks im Strahl II;
16 eine Objekterkennung und Positionierung bei Annäherung von hinten;
17 die zum in 14 dargestellten Szenario korrespondierenden FMCW - Peaks im Strahl I;
18 die mögliche Abfolge der CW und FMCW - Frequenzmodulation während der Messzyklen des Sensors;
19 die zeitliche (sequentielle) Abfolge der FMCW und CW - Peaks im Strahlbereich I;
20 die zeitliche Abfolge der FMCW und CW - Peaks im Strahlbereich II;
21 die erkannte Objektgeschwindigkeit und Objektentfernung in den Strahlen I + II während des Autobahnszenarios nach 14;
22 die schematische Darstellung eines zweiten Autobahn - Szenarios;
23 die zum in 22 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale bei der Annäherung an eine Leitplanke und der Annäherung an einen LKW;
24 die schematische Darstellung eines dritten Autobahn - Szenarios;
25 die zum in 24 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale bei der Vorbeifahrt an einer Leitplanke und der Parallelfahrt mit einem PKW;
26 die Klassifizierung von Objekten, die von vorne in den Überwachungsbereich eintreten;
27 die schematische Darstellung eines vierten Autobahn - Szenarios;
28 die zum in 27 dargestellten komplexen Szenario korrespondierenden Radarsignale mit LKW, PKW und Leitplanke;
29 die schematische Darstellung eines fünften Autobahn - Szenarios;
30 die zum in 29 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale bei Annäherung an eine Leitplanke;
31 die Einzel FMCW Spektren des Sichtbereichs im Strahl II im Leitplankenszenario nach 29;
32 die Einzel FMCW Spektren des Sichtbereichs im Strahl I im Leitplankenszenario nach 29;
33 die schematische Darstellung eines sechsten Autobahn - Szenarios;
34 die zum in 33 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale bei einem Übergang von Leitplanke zu Betonwand;
35 die Einzel FMCW Spektren des Sichtbereichs im Strahl II im Leitplanken-Betonmauerszenario nach 33;
36 die Einzel FMCW Spektren des Sichtbereichs im Strahl I im Leitplanken-Betonmauerszenario nach 33;
37 die in Anlehnung zum in 14 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale, bei dem das Fahrzeug von zwei Pkw auf der Nachbarspur überholt wird; und
38 die in Anlehnung zum in 14 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale, bei dem das Fahrzeug von einem Lkw mit Anhänger auf der Nachbarspur überholt wird.
Ebenso wie bei den eingangs beschriebenen Figuren sind in der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gleiche oder vergleichbare Komponenten gleich dargestellt.
10 zeigt eine beispielhafte Anordnung der beiden Radar - Strahlbereiche. Strahl I deckt einen Sektor von ca. 40° in der horizontalen Ebene der benachbarten Fahrbahn ab. Er ist gegenüber der Längsrichtung des Fahrzeug ca. 10° verkippt. Strahl II besitzt einen Sektor von ca. 130° und ist senkrecht zur Längsrichtung des Fahrzeugs orientiert. Der abzudeckende Überwachungsbereich, in dem die Objekte nachgewiesen und klassifiziert werden sollen, ist erhellt gezeichnet.
Die hier ausgewählten Strahlbreiten und Strahlorientierungen sind auf den gewünschten Überwachungsbereich (erhellt hinter legt) ausgelegt. Ein anderweitig definierter Überwachungsbereich würde eine Anpassung von Strahlbreite und Strahlorientierung erfordern. Die prinzipielle Auslegung und Konfiguration der beiden Strahlbereiche wäre jedoch gleich. Sie ist notwendig um die weiter unten beschriebenen Strategien/Lösungen der Teilanforderungen für die Signalauswertung anwenden zu können.
Das vorgeschlagene Sensorsystem beruht auf der bevorzugten Verwendung von 24 GHz, ggf. auch 77 GHz, Radarsensoren. Radarstrahlung mit einer entsprechenden Wellenlänge von einigen Millimetern hat die vorteilhafte Eigenschaft, durch eine Vielzahl von Kunststoffmaterialien ohne merkenswerte Beeinflussung hindurchtreten zu können. Da die Mehrzahl der KFZ - Stoßfänger derzeit aus Kunststoff gefertigt sind, bietet dies die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Blindspot-Sensorsystem hinter dem hinteren Stoßfänger zu verbauen. Es ist somit unsichtbar und vor äußeren Einwirkungen wie etwa Steinschlag geschützt. Dies ist zugleich ein nicht unerheblicher Vorteil in der Systemintegration gegenüber anderen Sensorkonzepten wie etwa Video, Infrarot, Laser.
Das geforderte Gesichtsfeld der Radarstrahlen erlaubt sowohl einen zweistrahligen Sensor als auch zwei einstrahlige Sensoren zu verwenden. Die erst Variante hat den klaren Vorteil, dass nur ein Gehäuse mit entsprechender Infrastruktur benötigt wird. Jedoch setzt das geforderte Gesichtsfeld dann enge Grenzen an den Einbauort des Sensors.
Werden zwei einstrahlige Sensoren verwendet, so benötigt man zusätzlich eine hinreichend leistungsfähige Schnittstelle zwischen den beiden Sensoren. Dafür ist man bei der Verwendung von zwei Sensoren sehr flexibel bei den möglichen Ein bauorten der einzelnen Sensoren, da die einstrahligen Sensoren deutlich kleiner (etwa halb so groß) sind als ein zweistrahligen Sensor.
In 11 sind typische Einbausituationen für die vorgeschlagene Sensorkonfiguration dargestellt. Diese Sensorkonfiguration ist primär aus zweierlei Überlegungen ausgewählt worden. Einerseits soll das System z.B. in einen PKW integrierbar sein. Bei der Verwendung von 24 GHz Radarsensoren begrenzt die benötigte Antennenfläche die Abmessungen des Sensors. Etwa für einen in 11.1 gezeigten zweistrahligen Sensor mit den in 10 gezeigtem Gesichtsfeld beträgt die benötigte Antennenfläche etwa 150 × 60 mm. Aufgrund der geforderten Ausrichtung des Sensors und seiner Größe findet man in einem konventionellen PKW nur bedingt geeignete Einbauorte.
Denkt man an zwei Einzelsensoren (siehe 11.2) für die Realisierung des Überwachungsbereiches, so vereinfacht dies vorteilhaft die Integration der Sensoren in das Fahrzeug dahingehend, dass die Einzelsensoren entsprechend kleiner dimensionierbar sind, auch wenn nun eine hinreichend schnelle Kommunikation zwischen den beiden Einzelsensoren benötigt wird.
Alternativ zu der in 11 vorgestellten Anordnung ist es möglich, alternative Strahlkonfigurationen mit entsprechenden Einbauorten am Fahrzeug bei gegebenem Überwachungsbereich anzuwenden.
12 zeigt für einen gegebenen Überwachungsbereich (hell hinterlegt) mögliche Strahlanordnungen für ein Blindspot- Sensorsystem. 12.1 zeigt die aus dem Stand der Technik bekannte klassische Anordnung mit nur einem Radar-Strahl.
12.2. bis 12.6 zeigen Strahlanordnungen nach der Erfindung, bei welchen die nachfolgend beschriebenen Signalverarbeitungsstrategien angewendet werden können, wobei weitere Einzelheiten und Spezifikationen der in den 12.1 bis 12.6 dargestellten einzelnen Anordnungen in 13 niedergelegt sind.
Nachfolgend werden Nachweis-, Klassifikations- und Mustererkennungsstrategien, die bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Blindspot-Sensorsystem alternativ oder kumulativ Anwendung finden können, im Detail beschrieben sowie ihre Anwendung anhand einer jeweils zugrundeliegenden Teilanforderung diskutiert.
Teilanforderung A - Separation von Objekt und Umgebung/Objektpositionierung. Die Objekterkennung und Klassifikation soll vorzugsweise mit Hilfe eines zweistrahligen Radarsensors erfolgen. Der Sensor besitzt innerhalb der zwei Strahlkeulen keinerlei Winkelauflösung, sie messen ausschließlich radiale Entfernungen und Geschwindigkeiten im Sichtbereich der Radarkeulen. Dennoch sollen die Objekte in Bezug auf einen vorgegebenen Überwachungsbereich positioniert werden. Im typischen Anwendungsfall stellt die Separation der relevanten Objekte von der Umgebung eine weitere Anforderung, da im typischen Anwendungsfall eine ausgeprägte Mehrzielumgebung vorherrscht (z.B. Fahrzeug neben Leitplanke):
Das erfindungsgemäße Blindspot-System führt die Objektpositionierung und die Objekterkennung durch eine gezielte Anord nung und Auslegung der beiden Sichtbereiche des/der Sensoren durch.
Um den gesamten Überwachungsbereich abdecken zu können, wird ein Sensor mit einem sehr ausgedehnten horizontalen Gesichtsfeld benötigt. Dieses wird in der vorgestellten Konfiguration durch den Strahl II des Sensors realisiert, der einen Öffnungswinkel von ca. 130° in der horizontalen Ebene aufweist (siehe 10). Das Blindspot-Sensorsystem ist insbesondere für den Einsatz auf mehrspurigen, zumeist baulich begrenzten, Fahrbahnen (z.B. Autobahn mit Leitplankenbegrenzung) konzipiert.
Dieses Umfeld stellt für einen Sensor, der ausschließlich senkrecht zu Bewegungsrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet ist (Strahl II), eine ausgeprägte Mehrzielumgebung da. Da insbesondere jeder metallische Gegenstand zu einem Nachweis führt, ist eine rechtzeitige Erkennung und Klassifizierung von Objekten in einer solchen Mehrzielumgebung sehr schwierig.
Zur Verdeutlichung soll ein typisches Autobahnszenario diskutiert werden. Das mit dem Blindspot-Sensorsystem ausgerüstete Fahrzeug (host car) fährt auf der rechten Spur einer zweispurigen Autobahn, deren zweite Spur durch eine Leitplanke begrenzt ist. Das Fahrzeug wird sukzessive von fünf Fahrzeugen überholt. 14 zeigt eine schematische Darstellung des Szenarios.
15 zeigt die zum in 14 dargestellten Szenario korrespondierenden FMCW - Peaks im Strahl II, d.h. dargestellt sind die detektierten Frequenzmaxima (Peaks) im FMCW - Radarspektrum des Strahls II, wobei Peaks, die den überholenden Fahrzeugen zuzuordnen sind, mit Fzg gekennzeichnet sind, so dass die restlichen Peaks der Leitplanke zuzuordnen sind.
Wie dem FMCW - Radarprinzip eigen, ist die einzelne Frequenzposition hierbei proportional zur radialen Objektentfernung und Geschwindigkeit des jeweiligen Reflexpunktes am Objekt.
Aufgrund des großen Öffnungswinkels im Strahl II (±65°), fallen sowohl die Leitplankenbegrenzung sowie deren Metallpfosten als auch die überholenden Fahrzeuge in den Überwachungsbereich des Sensors.
Da der Sensor ausschließlich radiale Größen misst und sich im Überwachungsbereich sehr viele Ziele mit vergleichbarer Entfernung und Relativgeschwindigkeit befinden, ist eine Separation der relevanten (Fahrzeuge) von den nicht relevanten Objekten (wie Leitplankenpfosten) mit Hilfe des Strahles II erst dann sicher möglich, wenn in dem vorliegenden Szenario der radiale Abstand der relevanten Objekte deutlich kleiner ist, als der kleinste radiale Abstand der nicht relevanten Objekte.
Dies ist für eine zuverlässige und rechtzeitige Erkennung und Klassifikation der Objekte nicht ausreichend!
Um dennoch eine rechtzeitige Objekterkennung und Klassifikation durchführen zu können, wird – wie bereits erwähnt – eine Anordnung vorgeschlagen, die aus zwei teilweise überlappenden Sensor Überwachungsbereichen besteht.
Die Strategie besteht darin, die an die benachbarte Fahrspur angrenzende Leitplanke durch gezielte Auswahl des Sichtberei ches von Strahl I sowie seiner Orientierung in Bezug auf das Fahrzeug auszublenden.
Der Nachweisbereich von Strahl I ist so gewählt, dass er vornehmlich die angrenzende Fahrspur überwacht und somit nicht durch die Leitplanke oder ähnliche nicht relevante Objekte beeinflusst wird.
Objekte, die mit einer definierten radialen Entfernung im Strahl I detektiert werden, befinden sich auf der angrenzenden Fahrspur und sind als mögliche relevante Objekte zu klassifizieren. In 16 sind die geometrischen Verhältnisse schematisch verdeutlicht.
Die angegebenen Radien r_max und r_min sind dabei von der Wahl der Strahlbreite und der Orientierung des Strahls I abhängig. Der Sektor zwischen r_max und r_min stellt hierbei ein Bereich dar, in dem die Ziele zu erkennen sind und ihre Signale in den Radarspektren verfolgt werden.
Die Entscheidung, ob sich das Objekt auf der benachbarten oder übernächsten Spur befindet wird dann getroffen, wenn die Objektspur den radialen Abstand r_min unterschreitet. Danach erfolgt die Positionierung aufgrund der radialen Positionsbestimmung in Strahl II.
Aus der Geometrie der Strahlkeulen von Strahl I und II wird deutlich, dass es beider Strahlen bedarf, um ein Objekt in Bezug auf den Überwachungsbereich positionieren zu können. Aufgrund der Bereichsüberlappung werden Objekte aus Strahl I im Strahlbereich II weiterverfolgt, bis sie den Überwachungsbereich verlassen.
Das beschriebene System führt eine Objektfrüherkennung mit Hilfe des Strahles I durch. Dies ist sinnvoll, da Objekte mit hoher Relativgeschwindigkeit sich bei der beschriebenen Anwendung dem System von hinten, also aus der Blickrichtung von Strahl I nähern. Gerade in dieser Richtung muss das System in der Lage sein, Objekte mit einer hohen Relativgeschwindigkeit sicher zu erkennen.
In 17 sind die detektierten Frequenzmaxima für das diskutierte Autobahnszenario im Strahl I dargestellt. Es wird deutlich, dass durch die Auswahl von Strahlorientierung und Strahlform die relevanten von den nicht relevanten Objekten deutlich getrennt worden sind.
Im Strahl I sind in dem vorliegenden Szenario fast ausschließlich die relevanten Objekte zu erkennen (z.B. Fahrzeuge, die auf der benachbarten Spur vorbeifahren). Aufgrund der Strahlorientierung werden diese Objekte jedoch nur bis zu einem minimalen radialen Abstand gesehen. Dieser minimale Abstand reicht nicht aus, um ausschließlich mit Hilfe von Strahl I Aussagen über die Objektposition relativ zum Überwachungsbereich machen zu können.
Strahl I dient demzufolge dazu, Objekte, die sich von hinten auf der benachbarten Spur nähern frühzeitig zu erkennen. Da sich die Strahlbereiche überlappen, werden Objekte, die sich auf der benachbarten Spur von hinten nähern, in beiden Strahlbereichen nachgewiesen.
Teilanforderung B - Zuverlässige Erkennung von Objekten mit hoher Differenzgeschwindigkeit. Wie bereits beschrieben muss das System in der Lage sein, Objekte, die sich dem ausgerüsteten Fahrzeug ("host car")von hinten mit relativ hoher Dif ferenzgeschwindigkeit nähren (etwa > 40 Km/h), sicher zu erkennen:
Der eingesetzte Radarsensor zumindest für Strahl I bietet die Möglichkeit der Modulationsumschaltung, d.h. er kann sowohl im CW als auch im FMCW - Modulationsmode betrieben werden. Beide Modulationsarten haben spezifische Vorteile und ergänzen sich in dem Vermögen, Objekte zu erkennen, zu separieren sowie ihren radiale Position und Geschwindigkeit zu bestimmen.
Im CW - Mode ist der Sensor in der Lage, ausschließlich die Geschwindigkeit von Objekten im Überwachungsbereich des Sensors zu vermessen. Der Sensor misst also lediglich das Vorhandensein von Objekten sowie deren Relativgeschwindigkeit. Eine Objekttrennung kann nur aufgrund unterschiedlicher Geschwindigkeit erfolgen.
Der Geschwindigkeitsmessbereich wird hierbei auf den für die Anwendung sinnvollen Bereich eingeschränkt (etwa 0...30 m/s). Der räumliche Überwachungsbereich ist im CW - Mode einerseits durch den Öffnungswinkel der Antenne sowie der Empfindlichkeit des Sensors bestimmt (im Vergleich zum FMCW - Mode gibt es keinen festen maximalen radialen Nachweisbereich!).
Insbesondere ist der radiale Sichtbereich für relevante Objekte (PKW, LKW, ...) größer als der maximale Sichtbereich, in dem eine radiale Positionsbestimmung durchgeführt werden kann.
Der FMCW - Mode hat den Vorteil, dass sowohl radiale Objektentfernungen als auch radiale Relativgeschwindigkeiten von Objekten im Überwachungsbereich gleichzeitig bestimmt werden können.
Der radiale Überwachungsbereich ist hierbei jedoch durch die Objektgeschwindigkeit und dem radialen Abstand begrenzt. Etwa für Objekte mit Relativgeschwindigkeit v_relativ = 0 beträgt die maximale Entfernung r_max (abhängig von der Sensorauslegung). Für ein Objekt mit der Relativgeschwindigkeit v = v₀ hingegen nur (r_max – k·v₀) (k>0), ist also entsprechend kleiner.
Zudem besitzt die FMCW - Signalauswertung den Nachteil von Mehrdeutigkeiten in einer Mehrziel - Umgebung. Befinden sich mehr als ein Objekt im Überwachungsbereich des Sensors, so kann in einem einzelnen FMCW - Messzyklus nicht eindeutig die radialen Entfernungen und Geschwindigkeiten der Objekte bestimmt werden. Dies hat zur Folge, das es zu Fehlinterpretationen der FMCW - Daten kommen kann und virtuelle Objekte (Geisterziele) gebildete werden.
Der FMCW - Mode bietet grundsätzlich die Möglichkeit, Objekte nach Entfernung und Geschwindigkeit zu trennen.
Der sequentielle Betrieb des CW und FMCW Radar - Modulationsverfahren ermöglicht es, die Vorteile beider Verfahren zu kombinieren und Synergieeffekte auszunutzen.
Die hohe Sensitivität des CW - Mode erlaubt es, die Geschwindigkeit von Objekten (insbesondere von Objekten mit hoher Relativgeschwindigkeit) zu einem sehr frühen Zeitpunkt zu bestimmen. Somit erfolgt eine Objektfrüherkennung und die Signalverarbeitung des FMCW - Mode kann gezielt auf die Präsenz von Objekten mit der detektierten Objektgeschwindigkeit im CW - Mode sensibilisiert werden.
Hierdurch kann die Position und Geschwindigkeit von Objekten zu einem sehr frühen Zeitpunkt sicher bestimmt werden und Mehrdeutigkeiten in der FMCW - Signalverarbeitung vermieden werden.
18 zeigt die mögliche Abfolge der CW und FMCW - Frequenzmodulation während der Messzyklen des Sensors.
Zur Verdeutlichung soll an dieser Stelle erneut das oben beschriebene Autobahnszenario diskutiert werden (siehe 14). 19 und 20 zeigen die gemessenen FMCW- und CW - Frequenzmaxima während des Szenarios als Funktion der Zeit.
Die Frequenzmaxima im CW - Mode repräsentieren die radiale Relativgeschwindigkeit der Objekte in den jeweiligen Strahlbereichen. In beiden 19 und 20 ist deutlich zu erkennen, dass Objektgeschwindigkeit im CW - Mode zeitlich vor der Detektion der Objekte im FMCW - Mode stattfindet.
Somit kann in der FMCW - Signalauswertung gezielt nach Objekten mit der CW - Geschwindigkeit gesucht werden. Hierdurch wird die radiale Entfernung dieser Objekte zu einem Zeitpunkt bestimmt, an dem es in einer alleinigen FMCW - Datenauswertung nicht sicher möglich wäre.
In 21 ist das Ergebnis der CW und FMCW - Datenanalyse während des diskutierten Autobahnszenarios als Funktion der Zeit dargestellt. In den beiden Diagrammen sind dabei sowohl die ermittelte Objektgeschwindigkeit aufgrund der CW - Daten als auch die Geschwindigkeit basierend auf den FMCW - Daten gezeigt.
Beide Verfahren ergänzen sich in ihrem Vermögen, Objekte zu detektieren und zu klassifizieren. Aufgrund des Messprinzips ist der CW - Mode nicht in der Lage, Objekte zu erkennen, die keine Relativgeschwindigkeit zum Sensor besitzen.
Ein typisches Objekt, das für eine Blind-Spot - Anwendung von Bedeutung ist, stellt die Fahrbahnbegrenzung (Leitplanke) dar. In dem diskutierten Szenario bewegt sich das Fahrzeug parallel zu dieser Fahrbahnbegrenzung. Demzufolge ist sie im CW - Mode im Strahl I nicht zu sehen.
Währenddessen wird die Leitplanke als statisches Objekt im FMCW - Mode erkannt und kann für eine Blind-Spot - Anwendung verwendet werden.
Teilanforderung C - Objekt und Fahrsituationsklassifikation in relevante und nicht relevante Objekte. Neben der Erkennung und Positionierung der Objekte relativ zum Überwachungsbereich muss das System in der Lage sein, Objekte zu klassifizieren. Wie in 3 beispielhaft gezeigt, kann die Relevanz eines Objektes unter anderem durch die Relativgeschwindigkeit bestimmt sein:
Da das vorgeschlagene Sensorsystem in der Lage ist, die Geschwindigkeit von Fahrzeugen zu bestimmen, die sich entgegen der Fahrtrichtung, also von hinten dem System nähren, ist eine Klassifikation der Objekte in diesen Fällen relativ einfach.
Demgegenüber deutlich komplizierter ist der Sachverhalt, wenn sich ein Objekt dem Überwachungsbereich von vorne oder der Seite nähert. In diesem Fall ist die direkte Vermessung der Relativgeschwindigkeit problematisch bzw. nicht ohne ein Mo dell der Fahrumgebung oder weitere Mittel, beispielsweise eines nach vorne gerichteten dritten Radarstrahls, möglich.
Da die Absolutbewegung des mit dem System ausgerüsteten Fahrzeugs nicht bekannt ist, kann aus den gemessenen Objektabständen und Relativgeschwindigkeiten nicht ohne weiteres auf den Bewegungszustandes des Objektes allein geschlossen werden.
Zur Veranschaulichung der Problematik ist in 22 ein zweites typisches Autobahnszenario dargestellt, in der das mit dem System ausgerüstete Fahrzeug sich zunächst einer Leitplanke und anschließend einem LKW nähert. 23 zeigt die zum in 22 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale bei der Annäherung an eine Leitplanke und der Annäherung an einen LKW. Das obere Diagramm zeigt die FMCW - Peakpositionen und Intensität des Strahl I als Funktion der Zeit; das untere die entsprechenden Informationen für den Strahl II.
Ebenfalls zur Veranschaulichung der Problematik ist in 24 ein drittes typisches Autobahnszenario dargestellt, in der das mit dem System ausgerüstete Fahrzeug zunächst an einer Leitplanke vorbeifährt und anschließend mit einem PKW parallel fährt. 25 zeigt die zum in 24 dargestellten Szenario korrespondierenden Radarsignale bei der Vorbeifahrt an der Leitplanke und Parallelfahrt mit dem PKW. Das obere Diagramm zeigt wiederum die FMCW - Peakpositionen und Intensität des Strahl I als Funktion der Zeit; das untere die entsprechenden Informationen für den Strahl II.
Leitplanke und PKW bzw. LKW treten in den 22 und 23 bzw. 24 und 25 dargestellten Szenarien in den vorderen Über wachungsbereich ein. Da jeweils beide Objekte sich dem Überwachungsbereich von vorne nähern, kann keine Objekterkennung bzw. Geschwindigkeitsbestimmung im Strahlbereich I erfolgen.
Das System muss dennoch zwischen den beiden Objekten Leitplanke (nicht relevantes Objekt) und LKW (relevantes Objekt) entscheiden können.
Dazu werden erfindungsgemäß bevorzugt folgende Strategien implementiert. Falls es sich bei dem im Strahl II detektierten Objekt um ein statisches Objekt handelt, so wird dieses Objekt nach einer Zeit t_min im Strahl I zu detektieren sein. Diese Zeitspanne ist definiert durch die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs und den lateralen Abstand der beiden Strahlkeulen. Wie in 26 veranschaulicht gilt somit folgender Zusammenhang:
Wird demzufolge ein Objekt im Strahl II erkannt, ohne dass dieses Objekt bereits durch den Strahlbereich I gelaufen ist, so wird, nachdem das Fahrzeug die Strecke dx_{Strahl I Strahl II} durchlaufen hat, nach Objekten in vordefiniertem radialen Abstand in Strahl I gesucht. Wird ein solches Objekt, das zudem positive Relativgeschwindigkeit besitzt, nachgewiesen, so kann darauf geschlossen werden, dass es sich um ein statisches Objekt handelt und somit als nicht relevant zu klassifizieren ist.
Wird hingegen kein Objekt detektiert, so kann davon ausgegangen werden, dass sich das Objekt parallel zum ausgerüsteten Fahrzeug mitbewegt und somit, falls es sich im Überwachungsbereich befindet, als relevant zu klassifizieren ist.
In 23 und 25 sind die aufgezeichneten FMCW - Spektren als Funktion der Zeit für die in 22 und 24 beschriebenen Szenarien dargestellt.
Teilanforderung D - Mustererkennung im Radarspektrum. Um zusätzliche Informationen über die detektierten Objekte zu erhalten, wird eine Mustererkennung in den detektierten FMCW - Spektren der beiden Radarkeulen durchgeführt:
Dabei wird nach bestimmten Charakteristika der häufig auftretenden Objekte im FMCW Spektrum gesucht, so dass beispielsweise durch Vergleich mit in einem Speicher hinterlegten typischen Referenzmustern zuverlässige Zusatzinformationen über die detektierten Objekte gewonnen werden können.
Insbesondere werden die Informationen der beiden Sensor - Sichtbereiche (Strahl I ; Strahl II) fusioniert, um die Robustheit der Klassifizierung zu erhöhen, bzw. eine Unterscheidung verschiedener Klassen zu ermöglichen.
Zur Veranschaulichung der Vorgehensweise soll nachfolgend anhand verschiedener Beispiele diskutiert werden:
27 zeigt ein viertes Autobahnszenario. In diesem Szenario wird das Fahrzeug ("host car")zunächst von einem LKW auf der linken nächsten Spur überholt. Anschließend fährt ein PKW auf der übernächsten Spur an dem Fahrzeug vorbei. Zuletzt fährt das Fahrzeug entlang einer im Überwachungsbereich beginnenden Leitplanke entlang.
In 28 sind die aufgezeichneten FMCW - Spektren als Funktion der Zeit für das in 27 beschriebene Szenario dargestellt.
Bei der Klassifikation wird in den FMCW Spektren nach für das zu klassifizierende Objekt typischen Merkmalen gesucht. Folgende Merkmale werden bei der Auswertung der FMCW Spektren berücksichtigt und am Beispiel einer Leitplankenerkennung (vgl. 29 bis 32) illustriert:
Intensitätsverteilung des FMCW Signals – bei dem in 29 dargestellten Szenario bewegt sich das Fahrzeug ("host car") im Wesentlichen parallel zur Leitplanke und nähert sich dieser als Funktion der Zeit an. Eine Leitplanke besteht zumeist aus einer horizontalen Metallstruktur, die mittels regelmäßig angeordneten Metallpfosten getragen wird. Im FMCW Spektrum im Strahl II zeichnet sich das durch einen Hauptreflex (größte Intensität im Spektrum) aus (vgl. 31), der den minimalen Abstand zur Leitplanke repräsentiert und einer Vielzahl regelmäßig (konstanter Abstand der Pfosten) angeordneter Reflexe aufgrund der Leitplankenpfosten. Im Strahl I hingegen ist aufgrund der geometrischen Verhältnisse nur eine Reihe von regelmäßig angeordneten Reflexen aufgrund der Leitplankenpfosten erkennbar (siehe 32 – wobei Amplitude sowie Frequenz jeweils in "willkürlichen Einheiten" [w.E.] aufgetragen sind). Mit Hilfe des minimalen Abstandes zur Leitplanke, der aufgrund der Informationen im Strahl II bestimmt werden kann und der Eigengeschwindigkeit, lässt sich die Position der Reflexpunkte im Strahl I vorherbestimmen. Kombiniert man die Informationen aus Strahl I und II so lässt sich vorteilhaft eine verlässliche Aussage über das Vorhandensein und die Position einer Leitplanke im Überwachungsbereich erzielen.
Zeitliche Variation des Signals – die Leitplanke ist aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften (regelmäßige Anordnung von Metallteilen, hohe Symmetrie) ein sehr "stabiles" Ziel für das Radar, entsprechend ist die zeitliche Variation der Signale gering im Vergleich zu anderen Objekten (etwa Fußgänger).
Zeitliche Variation der Struktur – aufgrund der Eigengeschwindigkeit und der geometrischen Verhältnisse ist die zeitliche Entwicklung der Reflexpunkte der Leitplankenpfosten vorherbestimmt. Der Hauptreflexpunkt der Leitplanke bleibt bei Parallelfahrt entsprechend dem Abstand zur Leitplanke ortsfest mit Relativgeschwindigkeit 0 m/s. Die Struktur ist aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Leitplanke für eine entsprechend lange Zeit sichtbar.
Räumliche Variation der Struktur – ist bestimmt durch die geometrischen Verhältnisse und bei der Leitplanke eher gering.
Strukturunterschied innerhalb der beiden unterschiedlichen FMCW Messungen [(Frequenzrampe mit positiver Steigung (untere Kurve im 31) Frequenzrampe mit negativer Steigung (obere Kurve in 31)] unter Berücksichtigung der Eigengeschwindigkeit und Bewegungsrichtung – charakteristisch für eine Leitplanke ist z.B. die Übereinstimmung der beiden FMCW Messungen für den Hauptreflex sowie der geschwindigkeitsabhängigen Verschiebung der Reflexpunkte die den Leitplankenpfosten zugeordnet werden können.
Strukturbreite (Zusammenfassung mehrerer Intensitätsmaxima zu einer Struktur, die einem Objekt zugeordnet werden kann) – wie bereits geschildert ist die Leitplanke durch eine Vielzahl von charakteristischen Reflexpunkten im Spektrum charak terisiert. Diese Reflexpunkte können allesamt dem Ziel Leitplanke zugeordnet werden.
Intensitätsverteilung innerhalb einer Struktur als Funktion der Frequenz – charakteristisch für die Leitplanke ist das Intensitätsmaxima im Hauptreflex sowie Reflexe geringerer Intensität im Anschluss an den Hauptreflex.
Vergleich der Strukturen in den beiden Strahlregionen – direkter Zusammenhang zwischen der Position der Leitplanken Reflexpunkte im Strahlbereich I und II aufgrund von geometrischen Überlegungen.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Merkmale der Objektklassifikation dabei entweder aus der Übertragung der physikalischen/geometrischen Objekteigenschaften auf seine FMCW radarspezifische Auswirkung abgeleitet, oder durch Referenzdaten auf Basis von typischen Messungen der jeweiligen Objektklassen generiert werden.
33 zeigt ein sechstes typisches Autobahnszenario, bei dem sich das Fahrzeug ("host car") zunächst parallel zu einer Leitplanke und anschließend parallel zu einer Betonwand bewegt. Der Unterschied ist deutlich in den FMCW Spektren der beiden Strahlbereiche zu erkennen (vgl. 34). Bewegt sich das Fahrzeug entlang einer Betonmauer, so fehlen die Reflexe aufgrund der Leitplankenpfosten. Der Hauptreflex ist dagegen in beiden Fällen vorhanden.
Dieser Unterschied wird besonders deutlich, wenn die FMCW Spektren eines einzelnen Messzyklus der beiden Sichtbereiche betrachtet und diese mit dem Leitplankenszenario verglichen werden (siehe 35 und 36).
Abschließend sind, in Anlehnung zu dem in 14 dargestellten Szenario, in den 37 und 38 jeweils zwei Überholszenarien dargestellt, in denen das mit dem Blindspot-Sensorsystem ausgerüstete Fahrzeug ("host car") von zwei PKW's (37) bzw. einem LKW mit Anhänger (38) überholt wird.
Deutlich erkennbar ist, wie sich ein PKW und ein LKW hinreichend in ihrer jeweiligen Abmessung unterscheiden. Dies wird ebenfalls in den aufgezeichneten FMCW Signalen deutlich. Die FKCW Struktur eines LKW ist deutlich ausgedehnter und strukturierter im Vergleich zum PKW.
Die Breite der Struktur sowie ihre Intensitätsverteilung sind charakteristisch für die jeweilige Objektklasse LKW bzw. PKW und werden bei der Klassifizierung herangezogen.
Die vorliegende Erfindung hat sich insbesondere als Applikation eines Blindspot-Sensorsystems basierend auf Radarsensoren (etwa 24 GHz oder 77GHz) geeignet zum Aussenden wenigstens eines ersten und eines zweiten Radarstrahls mit folgenden Eigenschaften bewährt:

– Zwei Radarstrahlen mit zwei teilweise überlappenden Sichtbereichen (Strahl I/Strahl II);
– Sichtbereich I ist gegen die Fahrtrichtung geneigt und überwacht die angrenzende Fahrspur;
– Sichtbereich II ist im Wesentlichen senkrecht zur Fahrrichtung orientiert und deckt mit einem weiten Sektorbereich den Überwachungsbereich des Systems ab;
– die Sichtbereiche besitzen einen Überlappungsbereich und sind gegeneinander verkippt;
– Umschaltbares Radar Modulationsprinzip des/der Sensoren) vornehmlich im Strahlbereich I (FMCW und CW) (mindestens jedoch FMCW, um radiale Entfernung und Geschwindigkeit bestimmen zu können);
– Bi-Statische Auslegung des/der Radarsensoren;
– Radiale Sichtbereiche des/der Sensoren deckt zusammen mindestens die Ausmaße des Überwachungsbereiches ab. Ein größerer Sichtbereich des/der Sensors, insb. im Strahlbereich I, ist sinnvoll, um Objekte früh erkennen und verfolgen zu können;
– Radiale Auflösung typisch d_r < 0.5m;
– Radiale Geschwindigkeitsauflösung typisch d_v < 2m/s; sowie
– Messzykluszeit für (FMCW und CW) typisch d_t < 30 ms.

Die vorliegende Erfindung eignet sich damit insbesondere für den Einsatz in einem Assistenzsystem, beispielsweise zum Spurwechsel, moderner Kraftfahrzeuge jedweder Art.

Claims

Blindspot-Sensorsystem zur Detektion und/oder Klassifikation von Objekten in einem definierten Überwachungsbereich eines Kraftfahrzeuges, umfassend wenigstens ein erstes Mittel zum Aussenden eines ersten Radarstrahles sowie ein zweites Mittel zum Aussenden eines zweiten Radarstrahles, wobei – der radiale Sichtbereich des ersten Radarstrahls (Strahl I) gegen die Fahrtrichtung (v_x) des Kraftfahrzeugs derart geneigt und der radiale Sichtbereich des zweiten Radarstrahls (Strahl II) im wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung (v_x) derart orientiert ist, dass die Sichtbereiche der Radarstrahlen (I und II) sich wenigstens teilweise überlappen und zusammen im Wesentlichen die Abmaße des Überwachungsbereiches abdecken; und wobei – zumindest der erste Radarstrahl (Strahl I) sowohl im CW- als auch im FMCW- Modulationsmodus betreibbar ist.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass CW- und FMCW- Modulationsmodus sich sequentiell abwechseln.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere FMCW- Modulationsmodi sich mit wenigstens einem CW- Modulationsmodus abwechseln, insbesondere fünf FMCW- zu einem CW- Modi.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren FMCW- Modulationsmodi wenigstens zwei CW- Modulationsmodi folgen, insbesondere fünf FMCW- zu zwei CW- Modi.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aussenden von erstem und zweitem Radarstrahl durch einen 2-Strahl-Sensor realisiert sind.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Aussenden von erstem und zweitem Radarstrahl durch je einen 1-Strahl-Sensor realisiert sind.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Strahl-Sensor (en) im Außenspiegel, im Kotflügel oder in der hinteren Stoßstange verbaut sind.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl-Sensor für den ersten Radarstrahl (Strahl I) im Außenspiegel, im Kotflügel, im vorderen Radkasten, in der B-Säule oder im Türschweller und der Strahl-Sensor für den zweiten Radarstrahl (Strahl II) in der hinteren Stoßstange verbaut sind.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radarstrahl (Strahl I) eine Breite von 30° bis 50°, insbesondere von 40° und einen Tilt zur Längsachse des Kraftfahrzeuges von 2° bis 13°, insbesondere von 5° oder 10°, aufweist.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Radarstrahl (Strahl II) eine Breite von 70° bis 140°, insbesondere von 80° oder 130° und einen Tilt zur Längsachse des Kraftfahrzeuges von 2° bis 53°, insbesondere von 5°, 20° oder 50°, aufweist.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Objektfrüherkennung vornehmlich mit Hilfe des ersten Radarstrahls (Strahl I) erfolgt.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Radarstrahl (Strahl I) einen definiert einstellbaren maximalen (r_max) und einem definiert einstellbaren minimalen (r_min) Radius aufweist, welcher einen Nachweisbereich darstellt.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachweisbereich des ersten Radarstrahls (Strahl I) so gewählt ist, dass er vornehmlich die angrenzende Fahrspur überwacht.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidung, ob sich ein Objekt auf der benachbarten oder übernächsten Spur befindet, dann getroffen wird, wenn die Objektspur den radialen Abstand r_min unterschreitet.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Objekte, die mit einer definierten radialen Entfernung im ersten Radarstrahl (Strahl I) detektiert werden, definitionsgemäß sich auf der angrenzenden Fahrspur befinden.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass definitionsgemäß sich auf der angrenzenden Fahrspur befindende Objekte im Strahlbereich II weiterverfolgt werden, bis die den Überwachungsbereich verlassen.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung eines Objekts in Bezug auf den Überwachungsbereich vornehmlich mit Hilfe des zweiten Radarstrahls (Strahl II), insbesondere aufgrund der radialen Positionsbestimmung in Strahl II, erfolgt.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassifizierung eines Objekts in relevant und nicht relevant durch eine Bestimmung der Relativgeschwindigkeit des Objekts erfolgt, wobei gilt
mit dx_{Strahl
I Strahl II} = lateralen Abstand der beiden Strahlkeulen; und v_eigen = Eigengeschwindigkeit des Fahrzeug/Objekts.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mustererkennung vorgesehen ist.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale der Objektklassifikation entweder aus der Übertragung der physikalischen/geometrischen Objekteigenschaften auf seine FMCW radarspe zifische Auswirkung abgeleitet und/oder durch Referenzdaten auf Basis von typischen Messungen der jeweiligen Objektklassen generiert werden.
Blindspot-Sensorsystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Merkmale bei der Auswertung der FMCW Spektren berücksichtigt werden: – die Intensitätsverteilung des FMCW Signals; – die zeitliche Variation des Signals; – die zeitliche Variation der Struktur; – die räumliche Variation der Struktur; – der Strukturunterschied innerhalb der beiden unterschiedlichen FMCW-Messungen unter Berücksichtigung der Eigengeschwindigkeit und Bewegungsrichtung; – der Strukturbereite; – der Strukturbereite; – der Intensitätsverteilung innerhalb einer Struktur als Funktion der Frequenz; und/oder – der Vergleich der Strukturen in den beiden Strahlregionen.
Blindspot-Sensorsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass typische Charakteristika von im FMCW Spektrum gefundener Objekte mit in einem Speicher hinterlegten Referenzmustern vergleichen werden.