DE19600059C2 - Verfahren zur Signalverarbeitung bei einer Kraftfahrzeug-Radaranordnung und Radaranordnung hierfür - Google Patents

Verfahren zur Signalverarbeitung bei einer Kraftfahrzeug-Radaranordnung und Radaranordnung hierfür

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalverarbeitung bei einer Kraftfahrzeug- Radaranordnung sowie eine Radaranordnung hierfür.
Radaranordnungen in Kraftfahrzeugen sind an sich seit langem bekannt. Bei den bekannten Radaranordnungen werden die Echosignale insbesondere zur Ermittlung des Abstandes und der Geschwindigkeit zu einem in Fahrtrichtung befindlichen Objekt, z. B. einem vorausfahrenden Fahrzeug oder einem Hindernis herangezogen. Andere Kfz-Radaranordnungen sind mit Beobachtungsrichtung schräg oder quer zur Fahrtrichtung für die Ermittlung des Fahrbahnrands eingesetzt.
Weiterhin ist aus der US-Patentschrift 4,053,026 eine Radaranordnung in Kraftfahrzeugen bekannt, bei der der Einfluß von Echosignalen, die durch Mehrfach-Reflexion an der Fahrbahnoberfläche entstehen, bei der Signalauswertung als Störung eingestuft und gezielt unterdrückt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Signalverarbeitungsverfahren für eine Kfz-Radaranordnung anzugeben, welches erweiterte Verkehrsinformationen lie­ fert, sowie eine Radaranordnung hierfür.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren im Patentanspruch 1 und für eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens im Patentanspruch 10 angegeben. Die Un­ teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft zur voraus­ schauenden Überwachung des Verkehrsflusses (Abstände zwi­ schen vorausfahrenden Fahrzeugen, Veränderungen durch Bremsen oder Beschleunigen, Geschwindigkeiten) sowie zur Klassifikation vorausfahrender Fahrzeuge, des Straßenran­ des und von Hindernissen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschau­ licht. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Situation mit mehreren Fahrzeugen
Fig. 2 ein mittels der Erfindung gewinnbares Bild einer Verkehrssituation
Fig. 3 ein Bild zu einer anderen Verkehrssituation
Bei der in Fig. 1 skizzierten Situation sei angenommen, daß Kraftfahrzeuge K0, K1, K2 beabstandet hintereinander fahren. K1 sei mit einer Radaranordnung R ausgestattet, deren Überwachungsbereich in Fahrtrichtung liegt und in der Horizontalen (Azimut) einen Raumwinkel WA von beispielsweise 30 Grad abdecke. Für die vertikale Er­ streckung des Überwachungsbereichs ist gemäß der Erfindung wesentlich, daß Sende-Empfangsrichtungen auch in ausrei­ chendem Maße in Richtung der Straße zeigen. Mehrere bidi­ rektionale Signalwege sind in der Abbildung als Strahlli­ nien A, B, C, D, E eingezeichnet.
Der Signalweg A repräsentiert den für ein Abstandswarnra­ dar wesentlichen und typischen Verlauf. Die aus diesem Si­ gnalweg resultierenden Echosignale zeigen eine Laufzeit entsprechend einem Zielabstand lA des Fahrzeugs K1 von der Radaranordnung R. Der Signallaufweg ist gleich 21A.
Für die Signalwege nach den in Richtung zur Fahrbahn F ge­ richteten Strahlengängen B, C, D und E sei ohne Beschrän­ kung der Allgemeinheit im wesentlichen spiegelnde Umlen­ kung an einer ebenen Fahrbahn F angenommen.
Der Strahl B trifft nicht mehr das Heck des Ko unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeugs K1 sondern trifft auf die Fahr­ bahn und wird so durch Spiegelung nach oben gerichtet un­ ter dem Fahrzeug K1 durchgeleitet und trifft im Abstand lB von der Radaranordnung auf den Unterboden des Fahrzeugs K2. Dort reflektierte Echosignale können auf demselben Weg B in entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung zur Radaran­ ordnung R zurückgelangen. In analoger Weise gelangen Si­ gnale auf dem Weg C zum Heck von K2 und zurück.
Die Signale auf den Pfaden D und E werden bereits am Un­ terboden des Fahrzeugs K1 teilweise reflektiert.
Wegen der flachen Einfallswinkel können die Signallauflän­ gen auf den umgelenkten Signalwegen B, C, D, E mit ver­ nachlässigbarem Fehler den horizontalen Entfernungen nach der Abstandsskala l gleichgesetzt werden. In der Radaran­ ordnung werden somit gemäß der Erfindung zeitlich nach den Signalen von Weg A, welche die geringste Laufzeit entspre­ chend einen Zielabstand lA aufweisen, Echosignale mit größerer Laufzeit empfangen und ausgewertet. Dabei zeigt sich von Signalweg A über E und D einschließlich Zwischen­ werten eine im wesentlichen kontinuierlich zunehmende Zielentfernung bis (lA + D1), solange eine Reflexion aus Unterboden von k1 erfolgt. Der nur knapp unter K1 durch­ führende Signalweg C zeigt demgegenüber dann einen deutli­ chen Sprung in der Laufzeit auf und leitet wiederum einen Abschnitt mit im wesentlichen kontinuierlich zunehmender Zielentfernung, solange eine Reflexion an K2 stattfindet, ein. Neben den mit durchgezogenen Linien eingezeichneten Signalwegen sind auch Signalwege mit Mehrfachumlenkung von Bedeutung. Dies ist angedeutet für einen Signalweg von der Radaranordnung R auf dem Weg D zur Fahrbahn und zum Unter­ boden vom Fahrzeug K1. Dort wird ein Teil der Leistung zur Radaranordnung zurückreflektiert, ein anderer Teil der Leistung aber auf dem Signalweg D' wieder zur Fahrbahn F und dort zum Fahrzeug K2 umgelenkt. Der Signalweg D + D' liefert somit einen Echosignalbeitrag von K2. Andere Mehr­ fachumlenkungen sind möglich. Aufgrund des flachen Winkels zwischen Ausbreitungsweg und Fahrbahn ist der Signalweg im einzelnen für die Auswertung von untergeordneter Bedeu­ tung.
Die Fig. 2 zeigt für die Situation nach Fig. 1 eine Dar­ stellung der Zielmeldungen in einer radartypischen Azimut- Entfernungsdarstellung, wobei eine azimutale Win­ kelauflösung von beispielsweise ≦1 Grad je Winkelsegment dw und eine Entfernungsauflösung von dl ≦ 1m angenommen ist. Die Auflösung in Elevation ist von geringerer Bedeu­ tung für die Funktion der Erfindung und kann gegebenen­ falls verringert werden (beispielsweise 3°). Eine eleva­ tionale Winkelauflösung kann vorgesehen sein, ist aber für die grundlegende Funktion der Erfindung nicht zwingend er­ forderlich.
Die Zielmeldungen bilden Flächen FK1, FK2, die im Umriß im wesentlichen mit den Unterbodenflächen der vorausfahrenden Fahrzeuge K1 und K2 und in der Lage mit deren Abstand von der Radaranordnung R übereinstimmen.
Die Auswertung der Echosignale nach der Erfindung ermög­ licht somit eine Bestimmung der Parameter dieser Flächen, insbesondere der Fahrzeuglänge und/oder den gegenseitigen Abstand vorausfahrender Fahrzeuge aus den Lücken aufeinan­ derfolgender Flächen. Dies wiederum ermöglicht beispiels­ weise die Unterscheidung, ob Signale mit längerer Laufzeit von einem Fahrzeug oder einem anderen Objekt stammen. Aus den Flächenparametern kann eine Zielklassifikation nach Fahrzeugtypen vorgenommen werden, insbesondere eine Unter­ scheidung nach Motorrad, Personen-Kfz und Lastkraftwagen verschiedener Größe und/oder nach Fahrzeugen mit und ohne Anhänger. Die Auswertung kann sich allein auf die Fahr­ zeuglänge stützen oder eine flächige Auswertung nach Art einer Bildanalyse einschließen. Aus der Veränderung von Abständen zwischen vorausfahrenden Fahrzeugen kann eine Aussage über Brems- oder Beschleunigungssituationen abge­ leitet werden. Mittels einer Doppler-Auswertung der Echo­ signale können zusätzlich Geschwindigkeiten vorausfahren­ der Fahrzeuge bestimmt werden. Aus der Doppleranalyse kön­ nen außerdem Informationen über die Zusammengehörigkeit von Objektreflexionen abgeleitet werden.
Fig. 3 zeigt eine Azimuth-Entfernungs-Darstellung mit Zielflächen FL, FLA für eine Situation mit einem voraus­ fahrenden Lastwagen mit Anhänger.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für den sogenann­ ten Konvoi-Leitverkehr. Günstig ist auch die Möglichkeit, aus dem gegenseitigen Abstand vorausfahrender Fahrzeuge und evtl. dessen zeitlicher Veränderung Folgerungen für das eigene Fahrverhalten, insbesondere unter Sicherheitsgesichtspunkten, abzuleiten.
Eine Winkelauflösung der Radaranordnung in vertikaler Richtung ist möglich, für die Auswertung wie vorstehend geschildert aber nicht zwingend nötig. Eine zusätzliche Erkennung der Signalumlenkung an der Fahrbahn durch verti­ kale Winkeldiskriminierung kann die Unterscheidung von di­ rekt beobachteten Zielen und durch Fahrbahnspiegelung be­ obachteten Zielen unterstützen.
Geeignete Radaranordnungen für Einsatz bei der Erfindung sind an sich bekannt. Insbesondere sind auch gängige Ab­ standswarnradaranordnungen mit geringem Änderungsaufwand umrüstbar. Die Radaranordnung ist vorzugsweise als Pulsra­ daranordnung oder als FMCW-Radaranordnung insbesondere mit der Fähigkeit zur Dopplerverarbeitung von Echosignalen ausgeführt. Wesentlich bei der Radaranordnung gegenüber bekannten Anordnungen ist, daß die Empfangseinrichtungen der Radaranordnung nicht nur das Echosignal mit der kürze­ sten Echolaufzeit, sondern auch danach eintreffende Echo­ signale aufnehmen und auswerten, und daß die Antennenan­ ordnung einen zur Fahrbahn gerichteten Siganlausbreitungs­ weg mit einschließt. Der zur Fahrbahn gerichtete Signalweg soll insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0-10 Grad von der Horizontalen aus liegen. Der Gesamte eleva­ tional überwachte Raumwinkelbereich erstreckt sich vor­ teilhafterweise von z. B. +10 Grad, bezogen auf die Hori­ zontale. Die Entfernungsauflösung ist vorzugsweise <1m. Die Montagehöhe der Radaranordnung R über der Fahrbahn F ist vorteilhafterweise <1m. Die Auswertung ist mit Mit­ teln der digitalen Signalverarbeitung dem Fachmann auf der Grundlage der vorstehend gegebenen Ausführungen mög­ lich, insbesondere unter Einsatz programmierbarer Pro­ zessoren mit Peripheriebausteinen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Signalverarbeitung bei einer Kraftfahrzeug-Ra­ daranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß Echosignale ausgewertet werden, welche einem Signalweg mit Umlenkung an der Fahrbahnober­ fläche zwischen Radaranordnung und reflektierendem Ziel entspre­ chen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signalabstrahlung und/oder Signalempfang selektiv in bzw. aus Richtung zur Fahrbahn vorgenommen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß innerhalb eines Raumwinkelbereichs, der eine Richtung zur Fahrbahn umfaßt, auch Echosignale mit längerer Laufzeit als das Echosignal mit der kürzesten Laufzeit ausgewertet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Echosignale einer Klassifikation mit wenigstens einer Fahrzeugklasse unterzogen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Echosignale einem Bildanalysever­ fahren unterzogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fahrzeuglänge und/oder die Fahrzeugfläche als ein Klassifikationsmerkmal ausgewertet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtung der Fahrzeuge auf der Fahrbahn erfaßt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen in Beobachtungs­ richtung befindlichen Fahrzeugen und/oder deren Geschwin­ digkeiten ermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beobachtungsbereich für die Aus­ wertung der Echosignale aus Signalwegen mit Umlenkung an der Fahrbahnoberfläche auf einen azimutalen und/oder ele­ vationalen Ausschnittwinkel in Fahrtrichtung reduziert wird.
10. Radaranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Empfangseinrich­ tungen der Radaranordnung auch nach dem Echosignal mit der kürzesten Laufzeit eintreffende Echosignale aufnehmen und auswerten.
11. Radaranordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Ausführung als Pulsradar oder FMCW-Radar, insbesondere mit Dopplerverarbeitungseinrichtungen.
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