Title:
Verfahren zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mittels eines Radarsensors mit Bestimmung von Abmessungen des Objekts, Radarsensor, Fahrerassistenzsystem sowie Kraftfahrzeug
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts (4) in einem Umgebungsbereich (5) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem mittels eines Radarsensors (3) Radarsignale ausgesendet werden und die von dem Objekt (4) reflektierten Radarsignale empfangen werden, anhand der Radarsignale ein Empfangssignal bestimmt wird, aus dem Empfangssignal ein Leistungsspektrum (7) bestimmt wird, welches eine Intensität (I) des Empfangssignals in Abhängigkeit von einer Entfernung (R) zu dem Objekt (4) und einer Radialgeschwindigkeit (vR) des Objekts (4) beschreibt und anhand des Leistungsspektrums (7) das Objekt (4) erfasst wird, wobei aus dem Leistungsspektrum (7) ein Verlauf (9) der Intensität (I) in Abhängigkeit von der Entfernung (R) bestimmt wird, anhand des Verlaufs (9) ein minimaler Entfernungswert (Rmin) und ein maximaler Entfernungswert (Rmax) bestimmt werden und anhand des minimalen Entfernungswerts (Rmin) und des maximalen Entfernungswerts (Rmax) Abmessungen des Objekts (4) bestimmt werden. embedded image





Inventors:
Malik, Waqas (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Goerner, Stefan (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Sturm, Christian (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Luebbert, Urs, Dr. (74321, Bietigheim-Bissingen, DE)
Application Number:
DE102017101772A
Publication Date:
09/06/2018
Filing Date:
01/30/2017
Assignee:
Valeo Schalter und Sensoren GmbH, 74321 (DE)
International Classes:
G01S7/41; G01S13/42; G01S13/93
Domestic Patent References:
DE102007008944A1N/A
Foreign References:
EP2333578
Other References:
FÖLSTER, F.; ROHLING, H.: Lateral velocity estimation based on automotive radar sensors. In: International Conference on Radar, Shanghai, 2006
HEUEL, S.; ROHLING, H.: Pedestrian Classification in Automotive Radar Systems. In International Radar Symposium IRS 2012, S. 39-44
Claims:
Verfahren zum Erfassen eines Objekts (4) in einem Umgebungsbereich (5) eines Kraftfahrzeugs (1), bei welchem mittels eines Radarsensors (3) Radarsignale ausgesendet werden und die von dem Objekt (4) reflektierten Radarsignale empfangen werden, anhand der Radarsignale ein Empfangssignal bestimmt wird, aus dem Empfangssignal ein Leistungsspektrum (7) bestimmt wird, welches eine Intensität (I) des Empfangssignals in Abhängigkeit von einer Entfernung (R) zu dem Objekt (4) und einer Radialgeschwindigkeit (vR) des Objekts (4) beschreibt und anhand des Leistungsspektrums (7) das Objekt (4) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Leistungsspektrum (7) ein Verlauf (9) der Intensität (I) in Abhängigkeit von der Entfernung (R) bestimmt wird, anhand des Verlaufs (9) ein minimaler Entfernungswert (Rmin) und ein maximaler Entfernungswert (Rmax) bestimmt werden und anhand des minimalen Entfernungswerts (Rmin) und des maximalen Entfernungswerts (Rmax) Abmessungen des Objekts (4) bestimmt werden.

Verfahren nach Anspruch 1dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf (9) der Intensität (I) mit einer Geraden (10) geschnitten wird, welche einen Schwellwert für die Intensität (I) beschreibt, und der minimale Entfernungswert (Rmin) und der maximale Entfernungswert (Rmax) anhand der Schnittpunkte der Geraden (10) mit dem Verlauf (9) bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf (9) der Intensität (I) für eine vorbestimmte Radialgeschwindigkeit (vR) des Objekts (4) bestimmt wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangenen Radarsignale einer Mehrzahl von Azimutwinkeln (Θ1 bis Θ5) zugeordnet werden und für jeden der Azimutwinkel (Θ1 bis Θ5) ein minimaler Entfernungswert (Rmin) und ein maximaler Entfernungswert (Rmax) bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der jeweiligen minimalen Entfernungswerte (Rmin) und maximalen Entfernungswerte (Rmax) und des dazugehörigen Azimutwinkels (Θ1 bis Θ5) Punkte (P, P') in einem kartesischen Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs (1) und/oder des Objekts (4) bestimmt werden und die Abmessungen des Objekts (4) anhand der Punkte (P, P') bestimmt werden.

Verfahren nach Anspruch 5dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungsrichtung des Objekts (4) relativ zu dem Kraftfahrzeug (1) bestimmt wird und die Abmessungen des Objekts (4) zusätzlich anhand der Bewegungsrichtung bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung des Objekts (4) anhand der jeweiligen Radialgeschwindigkeiten (vR1 bis vR5) des Objekts (4) für jeden der Azimutwinkel (Θ1 bis Θ5) bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines maximalen Abstands der Punkte (P, P') in Bewegungsrichtung des Objekts (4) eine Länge (l) des Objekts (4) bestimmt wird und anhand eines maximalen Abstands der Punkte (P, P') senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts (4) eine Breite (w) des Objekts (4) bestimmt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Bewegungsrichtung des Objekts (4) relativ zu dem Kraftfahrzeug (1) die Punkte (P') in dem kartesischen Koordinatensystem des Objekts (4) bestimmt werden.

Radarsensor (3) für ein Kraftfahrzeug (1), welcher zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.

Radarsensor (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor (3) als frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsensor ausgebildet ist.

Fahrerassistenzsystem (2) für ein Kraftfahrzeug (1) mit zumindest einem Radarsensor (3) nach Anspruch 10 oder 11.

Kraftfahrzeug (1) mit einem Fahrerassistenzsystem (2) nach Anspruch 12.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs, bei welchem mittels eines Radarsensors Radarsignale ausgesendet und die von dem Objekt reflektierten Radarsignale empfangen werden. Zudem wird anhand der Radarsignale ein Empfangssignal bestimmt und aus dem Empfangssignal wird ein Leistungsspektrum bestimmt, welches eine Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von einer Entfernung zu dem Objekt und einer Radialgeschwindigkeit des Objekts beschreibt. Des Weiteren wird das Objekt anhand des Leistungsspektrums erfasst. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Radarsensor für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrerassistenzsystem mit einem solchen Radarsensor. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Das Interesse richtet sich vorliegend auf Radarsensoren für Kraftfahrzeuge. Diese Radarsensoren werden beispielsweise bei einer Frequenz von ca. 24 GHz oder ca. 79 GHz betrieben. Die Radarsensoren dienen im Allgemeinen zur Detektion eines Objekts in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Die Radarsensoren können Teil von unterschiedlichen Fahrerassistenzsystemen sein, die den Fahrer beim Führen des Kraftfahrzeugs unterstützen. Radarsensoren messen einerseits den Abstand zwischen dem Objekt und dem Kraftfahrzeug. Andererseits messen die Radarsensoren auch die Relativgeschwindigkeit zu dem Objekt beziehungsweise die Radialgeschwindigkeit des Objekts. Ferner messen die Radarsensoren auch einen sogenannten Zielwinkel, also einen Winkel zwischen einer gedachten Verbindungslinie zu dem Objekt und einer Referenzlinie, etwa der Fahrzeuglängsachse.

Radarsensoren werden üblicherweise hinter dem Stoßfänger platziert, beispielsweise in den jeweiligen Eckbereichen des Stoßfängers. Zur Detektion des Objekts sendet der Radarsensor ein Radarsignal in Form einer elektromagnetischen Welle aus. Dieses Radarsignal wird dann an dem zu detektierenden Objekt reflektiert und wird wieder von dem Radarsensor als Echo empfangen. Vorliegend gilt das Interesse insbesondere den sogenannten Frequenzmodulations-Dauerstrich-Radarsensoren, die auch als Frequency Modulated Continuous Wave Radar oder als FMCW-Radar bezeichnet werden. Dabei umfasst das Radarsignal üblicherweise eine Sequenz von frequenzmodulierten Chirpsignalen, welche der Reihe nach ausgesendet werden. Zum Erhalten eines Empfangssignals wird das reflektierte Radarsignal dabei zunächst in das Basisband herabgemischt und anschließend mittels eines Analog-Digital-Wandlers abgetastet. Somit kann eine Reihe von Abtastwerten bereitgestellt werden. Diese Abtastwerte des Empfangssignals werden dann mittels einer elektronischen Recheneinrichtung verarbeitet. Diese Recheneinrichtung, die beispielsweise einen digitalen Signalprozessor umfasst, ist insbesondere in den Radarsensor integriert.

Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass anhand des Empfangssignals ein Leistungsspektrum bestimmt wird, welches die Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Entfernung zu dem Objekt und/oder der Radialgeschwindigkeit des Objekts schreibt. Auf Grundlage des Leistungsspektrums beziehungsweise der Intensität des Empfangssignals kann dann das Objekt in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erkannt werden.

In diesem Zusammenhang beschreibt die EP 2 333 578 B1 ein Verfahren zur Bestimmung einer Bewegungsrichtung eines sich auf ein Fahrzeug zu bewegenden Objekts. Hierbei werden ein erstes und ein zweites Sensorsignal mit einem Radarsensor empfangen, wobei die Sensorsignale die Geschwindigkeit des Objekts beschreiben. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass das erste Sensorsignal mit dem zweiten Sensorsignal verknüpft wird. Dabei werden die Abstände zwischen den Sensoren, mit denen die Sensorsignale empfangen werden, berücksichtigt. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass eine Ausdehnung des Objekts unter Verwendung der Information über die Intensität und der Geschwindigkeit aus dem ersten Sensorsignal und/oder dem zweiten Sensorsignal erfolgt.

Wenn die Abmessungen des Objekts auf Grundlage der Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit beziehungsweise der Radialgeschwindigkeit erfolgt, können beispielsweise Probleme auftreten, wenn als Objekt ein sich bewegender Fußgänger erfasst wird. Der Grund hierfür ist, dass die unterschiedlichen Körperteile des Fußgängers bei dessen Bewegung unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen. Zudem kann mit einem derartigen Verfahren nur eine grundsätzliche Aussage getroffen werden, ob es sich um ein kleines oder großes Objekt handelt. Genauere Angaben bezüglich der Länge und/oder der Breite des Objekts sind nicht in ausreichendem Umfang möglich.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie Objekte in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs mithilfe eines Radarsensors präziser erfasst werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch einen Radarsensor, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs werden bevorzugt mittels eines Radarsensors Radarsignale ausgesendet und die von dem Objekt reflektierten Radarsignale empfangen. Des Weiteren wird bevorzugt anhand der Radarsignale ein Empfangssignal bestimmt. Aus dem Empfangssignal wird insbesondere ein Leistungsspektrum bestimmt, welches insbesondere eine Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von einer Entfernung zu dem Objekt und einer Radialgeschwindigkeit des Objekts beschreibt. Ferner wird anhand des Leistungsspektrums bevorzugt das Objekt erfasst. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass aus dem Leistungsspektrum insbesondere ein Verlauf der Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung bestimmt wird. Des Weiteren werden bevorzugt anhand des Verlaufs ein minimaler Entfernungswert und ein maximaler Entfernungswert bestimmt. Anhand des minimalen Entfernungswerts und des maximalen Entfernungswerts werden dann bevorzugt Abmessungen des Objekts bestimmt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erfassen eines Objekts in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs. Hierbei werden mit einem Radarsensor Radarsignale ausgesendet und die von dem Objekt reflektierten Radarsignale empfangen. Anhand der Radarsignale wird dann ein im Empfangssignal bestimmt. Des Weiteren wird aus dem Empfangssignal ein Leistungsspektrum bestimmt, welches eine Intensität des Sensorsignals in Abhängigkeit von einer Entfernung zu dem Objekt und einer Radialgeschwindigkeit des Objekts beschreibt. Anhand des Leistungsspektrums wird dann das Objekt erfasst. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass aus dem Leistungsspektrum ein Verlauf der Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung bestimmt wird. Darüber hinaus werden anhand des Verlaufs ein minimaler Entfernungswert und ein maximaler Entfernungswert bestimmt wird. Schließlich werden anhand des minimalen Entfernungswerts und des maximalen Entfernungswerts Abmessungen des Objekts bestimmt.

Mithilfe eines Radarsensors soll ein Objekt in der Umgebung beziehungsweise einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Bei dem Objekt kann es sich insbesondere um ein bewegtes Objekt handelt. Das Objekt kann ein weiterer Verkehrsteilnehmer, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, ein Nutzfahrzeug, ein Kraftrad, ein Fahrradfahrer oder ein Fußgänger sein. Zum Erfassen des Objekts wird mit dem Radarsensor das Radarsignal in Form einer elektromagnetischen Welle ausgesendet. Zu diesem Zweck weist der Radarsensor zumindest eine Sendeantenne auf. Ferner wird das von dem Objekt reflektierte Radarsignal wieder als Echo empfangen. Hierzu weist der Radarsensor zumindest eine Empfangsantenne auf. Der Radarsensor kann als sogenannter Frequenzmodulations-Dauerstrich-Radarsensoren ausgebildet sein, die auch als Frequency Modulated Continuous Wave Radar oder als FMCW-Radar bezeichnet werden. Insbesondere ist der Radarsensor als ein LFMCW-Radar (Linear Frequency Modulation Continuous Wave-Radar) ausgelegt. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Radarsignal eine Sequenz von frequenzmodulierten Chirpsignalen aufweist. Zum Erhalten eines Empfangssignals wird das reflektierte Radarsignal insbesondere in das Basisband herabgemischt und anschließend mittels eines Analog-Digital-Wandlers abgetastet. Zu diesem Zweck kann der Radarsensor entsprechende Recheneinrichtung aufweisen.

Aus dem Empfangssignal wird ein Leistungsspektrum bestimmt, welches die Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Entfernung zu dem Objekt und der Radialgeschwindigkeit des Objekts beschreibt. Das Leistungsspektrum kann mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) anhand von mehreren Chirps erstellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Eingangssignal in mehrere Zeitbereiche eingeteilt wird und für jeden Zeitbereich ein Leistungsspektrum bestimmt wird. Das Leistungsspektrum visualisiert die Intensität beziehungsweise die Stärke des von dem Objekt reflektierten Radarsignals in Abhängigkeit von einem Entfernungswert beziehungsweise einem Range-Wert und einem Geschwindigkeitswert beziehungsweise einem Dopplerwert. Das Leistungsspektrum kann in mehrere diskrete Bereiche unterteilt werden, welche auch als Bins bezeichnet werden. Einen Bin ist also ein diskreter Intensitätswert mit einem Entfernungswert und einem Geschwindigkeitswert zugeordnet.

Gemäß einem wirklichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es nun vorgesehen, dass ein Verlauf bestimmt wird, welcher die Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Entfernung beschreibt. Dabei ist es üblicherweise der Fall, dass die Entfernungswerte, die anhand des Empfangssignals bestimmt werden, eine bestimmte Streuung aufweisen. Insbesondere bei Objekten, welche einen hohen Reflexionsgrad aufweisen kann dem Objekt in dem Leistungsspektrum nicht ein einziger Bin zugeordnet werden. Beispiele für solche Objekte beziehungsweise für Verkehrsteilnehmer, welche einen hohen Reflexionsgrad aufweisen sind Kraftfahrzeuge, Krafträder oder Lastkraftwagen. Diese Objekte weisen üblicherweise eine Mehrzahl von Reflexionspunkten auf, an welchem das ausgesendete Radarsignal reflektiert wird. Der Verlauf der Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung, welcher aus dem Leistungsspektrum bestimmt wird, beschreibt die Streuung der Entfernungswerte. Auf Grundlage dieses Verlaufs beziehungsweise der Streuung der Entfernungswerte werden nun zumindest ein minimaler Entfernungswert und zumindest ein maximaler Entfernungswert bestimmt. Dabei beschreibt der minimale Entfernungswert das Minimum der Streuung der Entfernungswerte. In gleicher Weise beschreibt der maximale Entfernungswert das Maximum der Streuung der Entfernungswerte. Auf Grundlage des minimalen Entfernungswerts und des maximalen Entfernungswerts können dann die räumlichen Abmessungen des Objekts abgeschätzt werden.

Bevorzugt wird der Verlauf der Intensität mit einer Geraden geschnitten, welche einen Schwellwert für die Intensität beschreibt, und der minimale Entfernungswert und der maximale Entfernungswert werden anhand der Schnittpunkte der Geraden mit dem Verlauf bestimmt. Der Verlauf der Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung, der aus dem Leistungsspektrum bestimmt wurde, kann einen Signalanteil aufweisen, der sich deutlich vom Rauschen abhebt. Es wird nun ein Schwellwert beziehungsweise eine Schwellwertkurve vorbestimmt, durch welchen beziehungsweise durch welche erreicht werden soll, dass das eigentliche Signal von dem Rauschen getrennt wird. Im einfachsten Fall bedeutet dies, dass der Verlauf beziehungsweise die Kurve, welche die Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Entfernung beziehungsweise dem Range-Wert beschreibt, mit der Geraden geschnitten wird. Die beiden Schnittpunkte zwischen dem Verlauf und der Geraden werden dann dem minimalen Entfernungswert und dem maximalen Entfernungswert zugeordnet. Diese ermöglicht eine einfache und zuverlässige Bestimmung der minimalen und maximalen Entfernungswerte.

In einer Ausführungsform wird der Verlauf der Intensität für eine vorbestimmte Radialgeschwindigkeit des Objekts bestimmt. Wie bereits erläutert, wird der Verlauf, welcher die Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung beschreibt, aus dem zweidimensionalen Leistungsspektrum bestimmt. In diesem zweidimensionalen Leistungsspektrum, welches auch als R-V-Diagramm bezeichnet wird, können nun Bereiche beziehungsweise Bins erkannt werden, welche dem Objekt zuzuordnen sind. Dabei wird ein vorbestimmter Wert für die Radialgeschwindigkeit ausgewählt, welcher dem Objekt zugeordnet ist. Hieraus wird dann der Verlauf der Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung bestimmt. Somit kann sichergestellt werden, dass der Verlauf das Objekt beziehungsweise die von dem Objekt reflektierten Radarsignale beschreiben.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die empfangenen Radarsignale einer Mehrzahl von Azimutwinkeln zugeordnet werden und für jeden der Azimutwinkel ein minimaler Entfernungswert und ein maximaler Entfernungswert bestimmt werden. Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, dass der Radarsensor eine Mehrzahl von Empfangsantennen aufweist, welche jeweils die reflektierten Radarsignale empfangen können. Anhand der Phasendifferenzen der Radarsignale, die mit den jeweiligen Empfangsantennen empfangen werden, kann dann für vorbestimmte Azimutwinkel jeweils ein Anteil der reflektierten Radarsignale bestimmt werden. Die Azimutwinkel können insbesondere in einem Bereich bestimmt werden, welcher dem Objekt zugeordnet ist. Für jeden Anteil der reflektierten Radarsignale, die einem Azimutwinkeln zugeordnet sind, wird dann die Intensität in Abhängigkeit von der Entfernung bestimmt. Zudem werden für jeden Anteil der Radarsignale der minimale Entfernungswert und der maximale Entfernungswert bestimmt. Somit kann für jeden Azimutwinkel anhand des minimalen Entfernungswerts und des maximalen Entfernungswerts die Abmessungen des Objekts abgeschätzt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden anhand der jeweiligen minimalen Entfernungswerte und maximalen Entfernungswerte und des dazugehörigen Azimutwinkels Punkte in einem kartesischen Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs und/oder des Objekts bestimmt und die Abmessungen des Objekts werden anhand der Punkte bestimmt. Die jeweiligen minimalen maximalen Entfernungswerte beschreiben den Abstand zwischen dem Radarsensor und dem Objekt in Polarkoordinaten. Um nun die Abmessungen des Objekts präzise abschätzen zu können, ist es vorgesehen, dass auf Grundlage der minimalen und maximalen Entfernungswerte Punkte in einem kartesischen Koordinatensystem bestimmt werden. Dabei wird für jeden minimalen Entfernungswert und für jeden maximalen Entfernungswert ein Punkt in dem kartesischen Koordinatensystem bestimmt. Hierbei kann das kartesische Koordinatensystem bezüglich des Kraftfahrzeugs oder bezüglich des Objekts definiert werden. In dem kartesischen Koordinatensystem ergibt sich dann eine Punktewolke, welche die räumlichen Abmessungen des Objekts beschreibt. Dies ermöglicht eine zuverlässige Abschätzung der räumlichen Abmessung des Objekts.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Bewegungsrichtung des Objekts relativ zu dem Kraftfahrzeug bestimmt und die Abmessungen des Objekts zusätzlich anhand der Bewegungsrichtung bestimmt werden. Zum Bestimmen der Bewegungsrichtung des Objekts relativ zu dem Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Objekts und der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Wenn die Bewegungsrichtung des Objekts relativ zu dem Kraftfahrzeug bekannt ist, kann auch ermittelt werden, welcher Teil beziehungsweise welche Seite des Objekts mittels des Radarsensors erfasst wird. Insbesondere kann bestimmt werden, von welchem Bereich des Objekts die Radarsignale reflektiert werden. Wenn bekannt ist, wie sich das Objekt relativ zu dem Kraftfahrzeug bewegt, können auch die Abmessungen des Objekts bestimmt werden. Beispielsweise wird es somit ermöglicht, dass die Länge und die Breite des Objekts abgeschätzt werden.

Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Bewegungsrichtung des Objekts anhand der jeweiligen Radialgeschwindigkeiten des Objekts für jeden der Azimutwinkel bestimmt wird. Den jeweiligen Anteilen der Radarsignale, die von den unterschiedlichen Reflexionspunkten des Objekts für die jeweiligen Azimutwinkel erfasst werden, kann eine Radialgeschwindigkeit zugeordnet werden. Somit sind für jeden Reflexionspunkt des Objekts eine Radialgeschwindigkeit sowie der dazugehörige Azimutwinkel bekannt. Auf Grundlage eines überbestimmten Gleichungssystems können dann die Geschwindigkeit des Objekts entlang der Fahrzeuglängsrichtung und die Geschwindigkeit des Objekts in Fahrzeugquerrichtung bestimmt werden. Hieraus kann dann der Winkel zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt bestimmt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird anhand eines maximalen Abstands der Punkte in Bewegungsrichtung des Objekts eine Länge des Objekts bestimmt und anhand eines maximalen Abstands der Punkte senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts wird die Breite des Objekts bestimmt. Wenn für jeden der Azimutwinkel der minimale und der maximale Entfernungswert bestimmt werden und diese in das kartesische Koordinatensystem überführt werden, ergibt sich eine Punktewolke, welche das Objekt beschreibt. Anhand der räumlichen Erstreckung der Punktewolke in dem kartesischen Koordinatensystem können dann die Abmessungen des Objekts abgeschätzt werden. Dabei können einerseits die Punkte, die in Bewegungsrichtung des Objekts den größten Abstand zueinander aufweisen, herangezogen werden. Anhand dieser Punkte kann dann die Länge des Objekts abgeschätzt werden. Dabei beschreibt die Länge die räumliche Abmessung des Objekts in der Bewegungsrichtung des Objekts. Des Weiteren können die Punkte, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts die größten Abstandswerte aufweisen, herangezogen werden. Auf Grundlage dieser Punkte kann dann die Breite beziehungsweise die räumliche Erstreckung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Objekts bestimmt werden. Somit können die räumlichen Abmessungen des Objekts zuverlässig abgeschätzt werden.

Zudem ist es vorteilhaft, wenn anhand der Bewegungsrichtung des Objekts relativ zu dem Kraftfahrzeug die Punkte in dem kartesischen Koordinatensystem des Objekts bestimmt werden. Beispielsweise können die Punkte zunächst in dem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Im Anschluss daran kann eine entsprechende Rotationsmatrix verwendet werden, um die Punkte aus dem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs in das Koordinatensystem des Objekts abzubilden. Somit können die Länge und die Breite des Objekts auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden.

Ein erfindungsgemäßer Radarsensor für ein Kraftfahrzeug ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorteilhaften Ausgestaltungen davon ausgelegt. Der Radarsensor kann als frequenzmodulierten Dauerstrich-Radarsensor beziehungsweise als Frequenzmodulations-Dauerstrich-Radarsensoren ausgebildet sein. Insbesondere ist der Radarsensor als ein LFMCW-Radar (Linear Frequency Modulation Continuous Wave-Radar) ausgebildet. Der Radarsensor kann zumindest eine Sendeantenne zum Aussenden der Radarsignale und zumindest eine Empfangsantenne zum Empfangen der von dem Objekt reflektierten Radarsignale aufweisen. Darüber hinaus kann der Radarsensor eine entsprechende Recheneinrichtung zum Bestimmen des Empfangssignals aufweisen.

Ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen erfindungsgemäßen Radarsensor. Das Fahrerassistenzsystem kann beispielsweise Notbremsassistent, Abstandsregeltempomat, Spurwechselassistent oder Spurhalteassistent ausgebildet sein. Grundsätzlich kann mit dem Fahrerassistenzsystem eine Warnung ausgegeben werden, falls eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt droht.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Radarsensor, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.

Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

  • 1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, welches ein Fahrerassistenzsystem mit einem Radarsensor aufweist, sowie ein Objekt Form eines Kraftfahrzeugs, welches sich in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs befindet;
  • 2 ein Leistungsspektrum eines Empfangssignals des Radarsensors, welches eine Intensität des Empfangssignals in Abhängigkeit von der Entfernung zu dem Objekt und einer Radialgeschwindigkeit des Objekts beschreibt;
  • 3 ein Verlauf der Intensität des Empfangssignals Abhängigkeit von der Entfernung;
  • 4 Punkte, welche die Abmessungen des Objekts beschreiben, in einem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs; und
  • 5 die Punkte gemäß 4, welche in Abhängigkeit von einer Bewegungsrichtung gedreht sind.

In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ein Fahrerassistenzsystem 2 welches dazu dient, einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 beim Führen des Kraftfahrzeugs 1 zu unterstützen. Insbesondere dem das Fahrerassistenzsystem 2 dazu, eine Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und einem Objekt 4 in einem Umgebungsbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 zu vermeiden. Als Objekt 4 befindet sich vorliegend ein weiterer Personenkraftwagen in dem Umgebungsbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1, welcher sich relativ zu dem Kraftfahrzeug 1 bewegt.

Das Fahrerassistenzsystem 2 umfasst einen Radarsensor 3, welcher schematisch dargestellt ist. Der Radarsensor 3 kann beispielsweise hinter einem Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein. Vorliegend ist der Radarsensor 3 beispielhaft in einem Frontbereich 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Radarsensor 3 in einem Heckbereich angeordnet ist. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass das Fahrerassistenzsystem 2 mehrere Radarsensoren 3 aufweist. Der Radarsensor 3 ist dazu ausgelegt, Radarsignale in den Umgebungsbereich 4 auszusenden und die an einem Objekt 4 reflektierten Radarsignale zu empfangen. Der Radarsensor 3 ist vorzugsweise als ein LFMCW-Radar (Linear Frequency Modulation Continuous Wave-Radar) ausgelegt. Hierbei wird ein Chirp in Form einer Rampe auf das Trägersignal aufmoduliert. Vorzugsweise arbeitet das LFMCW-Radar mit einer Trägerfrequenz von 24 GHz und einer Bandbreite von 200 MHz.

Vorliegend werden die ausgesendeten Radarsignale an mehreren Reflexionspunkten R1, R2, R3, R3', R4 und R5 des Objekts 4 reflektiert. Die Reflexionspunkte R1, R2, R3, R3', R4 und R5 können beispielsweise an der Außenseite des Objekts 4 liegen. Dabei ist den jeweiligen Radarsignalen beziehungsweise die Anteile der Radarsignale, die von den Reflexionspunkten R1, R2, R3, R3', R4 und R5 reflektiert werden, ein jeweiliger Azimutwinkel Θ1, Θ2, Θ3, Θ4, Θ5 sowie eine jeweilige Radialgeschwindigkeit vR1, vR2, vR3, vR4, vR5 zugeordnet. Dabei weisen die jeweiligen Radarsignale für die Azimutwinkel Θ1, Θ2, Θ3, Θ4, Θ5 entsprechende Streuungen auf. Dies wird vorliegend beispielhaft an den Radarsignalen, die unter dem Azimutwinkel Θ3 reflektiert werden, erläutert. Bei diesem Azimutwinkel Θ3 werden die Radarsignale einerseits an dem Reflexionspunkt R3 und andererseits an dem Reflexionspunkt R3' reflektiert. Der Reflexionspunkt R3' ergibt sich vorliegend dadurch, dass das Radarsignal durch die Scheiben des Objekts 4 beziehungsweise des Personenkraftwagens hindurch gelangt und an der dem Kraftfahrzeug 1 abgewandten Seite reflektiert wird. Es können sich üblicherweise auch für die anderen Azimutwinkel Θ1, Θ2, Θ4 und Θ5 weitere, hier nicht dargestellte Reflexionspunkte ergeben.

Dem Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend ein kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen x und y zugeordnet. Dabei entspricht die Achsen x der Fahrzeuglängsachse und die Achse y entspricht der Fahrzeugquerachse. Das Objekt 4 weist eine Länge I sowie eine Breite w auf. Dem Objekt 4 ist ein kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen x' und y' zugeordnet. Vorliegend bewegt sich das Objekt 4 schräg zu dem Kraftfahrzeug 1. Zwischen einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 und der Bewegungsrichtung des Objekts 4 ergibt sich ein Winkel α.

2 zeigt ein Leistungsspektrum 7, welches eine Intensität I eines Empfangssignals beschreibt, welches mit dem Radarsensor 3 bereitgestellt wird. Dabei beschreibt das Leistungsspektrum 7 die Intensität I des Empfangssignals in Abhängigkeit von einer Entfernung R beziehungsweise dem Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug 1 und dem Objekt 4 und einer Radialgeschwindigkeit vR beziehungsweise einem Dopplerwert. Das Leistungsspektrum 7 ist in einzelne Bins 8a, 8b beziehungsweise Bereiche eingeteilt.

Hierbei beschreiben die Bins 8a den Anteil des Leistungsspektrums 7 mit der höchsten Intensität I. Diese Bins 8a stammen von den Reflexionspunkten R1, R2, R3, R3', R4 und R5. Ferner sind Bins 8b gezeigt, welche im Vergleich zu den Bins 8a eine geringere Intensität I aufweisen. Diese Bins 8b stammen von der Streuung der Entfernungswerte und der Geschwindigkeitswerte. Wenn nur die Bins 8a berücksichtigt werden, würde sich ein Objekt ergeben, welches geringere räumliche Abmessungen aufweist als das tatsächliche Objekt 4.

3 zeigt einen Verlauf 9 des Empfangssignals, welches die Intensität I in Abhängigkeit von der Entfernung R beschreibt. Dabei zeigte der Verlauf 9 vorliegend das Empfangssignal für den Azimutwinkel Θ3. Der Verlauf 9 wurde aus dem Leistungsspektrum 7 für eine vorbestimmte Radialgeschwindigkeit vR bestimmt. Hierbei ist zu erkennen, dass der Verlauf 9 eine Streuung bezüglich der Entfernung R aufweist. Darüber hinaus ist in 3 eine Gerade 10 gezeigt, welche einen Schwellwert definiert. Die Schnittpunkte der Geraden 10 mit dem Verlauf 9 ergeben einen minimalen Entfernungswert Rmin und einen maximale Entfernungswert Rmax.

Dabei ist es vorgesehen, dass für jeden Azimutwinkel Θ1 bis Θ5 der minimale Entfernungswert Rmin und der maximaler Entfernungswert Rmax bestimmt werden. Dabei ist es vorgesehen, dass die jeweiligen Entfernungswerte Rmin und Rmax, welche in Polarkoordinaten vorliegen, in ein kartesisches Koordinatensystem übertragen werden. Dies wird für die jeweiligen Entfernungswerte Rmin und Rmax für jeden Azimutwinkel Θi durchgeführt: Pi(min x)=Pi(min)cos(θ1),embedded imagePi(min y)=Pi(min)sin(θ1),embedded imagePi(max x)=Pi(max)cos(θi),embedded imagePi(max y)=Pi(max)sin(θ1).embedded image

Hierbei beschreibt Pi(min) die jeweiligen minimalen Entfernungswerte Rmin in Polarkoordinaten. Pi(max) beschreibt die jeweiligen maximalen Entfernungswerte Rmax in Polarkoordinaten. Hieraus ergeben sich die Punkte P, welche in dem kartesischen Koordinatensystem dargestellt werden können. Dabei beschreiben Pi(min x) und Pi(min y) die Komponenten der Punkte P im kartesischen Koordinatensystem, welche aus den minimalen Entfernungswerten Rmin bestimmt wurden. Pi(max x) und Pi(max y) beschreiben die Komponenten der Punkte P im kartesischen Koordinatensystem, welche aus den maximalen Entfernungswerten Rmax bestimmt wurden.

Hierzu zeigt 4 die Punkte P in dem kartesischen Koordinatensystem, welches dem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs 1 mit den Achsen x und y entspricht. Hier lässt sich die Verteilung der Punkte P erkennen, welche die räumlichen Abmessungen des Objekts 4 beschreiben. Die Punkte P korrespondieren aber nicht mit der Länge I und der Breite w des Objekts 4.

Um die Länge I und die Breite w des Objekts 4 zu bestimmen, wird die Bewegungsrichtung des Objekts 4 relativ zu dem Kraftfahrzeug 1 bestimmt. Wie bereits erläutert, ergibt sich zwischen der Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 und der Bewegungsrichtung des Objekts 4 der Winkel α. Dieser Winkel α kann auch als Orientierungswinkel bezeichnet werden. Sobald erkannt wurde, dass die empfangenen Radarsignale von einem einzigen Objekt 4 stammen, kann auf Grundlage der Radialgeschwindigkeiten vR1 bis vR5 sowie der Azimutwinkel Θ1 bis Θ5 die Geschwindigkeit vx des Objekts 4 in x-Richtung und die Geschwindigkeit vy des Objekts 4 in y-Richtung bestimmt werden: [vR1vR2..vRN]=[cos(θ1)sin(θ1)cos(θ1)sin(θ2)....cos(θN)sin(θN)][vxvy].embedded image

Anhand der Komponenten der Geschwindigkeit vx und vy des Objekts 4 kann dann der Winkel α bestimmt werden: α=tan1(vyvx).embedded image

Nachdem der Winkel α bekannt ist, können die Punkte P aus dem Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs 1 in das Koordinatensystem des Objekts 4 transformiert werden. Hierzu kann eine Rotationsmatrix verwendet werden: [Pi(minx')Pi(miny')]=[cos(α)sin(α)sin(α)cos(α)][Pi(minx)Pi(miny)].embedded image

Damit ergeben sich die P' in dem Koordinatensystem des Objekts 4, welche die Komponenten Pi(min x') und Pi(min y') aufweisen. Diese Punkte P' sind in 5 dargestellt. Anhand der Punkte P', welche in Längsrichtung x' am weitesten voneinander entfernt sind, kann die Länge I des Objekts 4 bestimmt werden. Zudem kann anhand der Punkte P', welche in Querrichtung y' am weitesten voneinander entfernt sind, kann die Breite w des Objekts 4 bestimmt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 2333578 B1 [0005]