Title:
Kraftfahrzeug-Radareinrichtung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung
Kind Code:
B3


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1), mit
- zumindest einem Radarsensor (2), welcher dazu ausgebildet ist, ein einen Umgebungsbereich (U) charakterisierendes Radarsignal zu erzeugen,
- einer Auswerteeinheit (3) zum Erfassen des Umgebungsbereichs (U) anhand des Radarsignals, und mit
- einem Lichtwellenleiter (4),
- wobei der zumindest eine Radarsensor (2) eine Sendeeinheit (22) zum Übertragen des Radarsignals an eine korrespondierende Empfangseinheit (30) der Auswerteeinheit (3) über den Lichtwellenleiter (4) aufweist.
Um eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung des Umgebungsbereichs (U) zu ermöglichen, ist die Sendeeinheit (22) des zumindest einen Radarsensors (2) ausgebildet, das Radarsignal mittels eines analogen Modulationssignals über den Lichtwellenleiter (4) an die korrespondierende Empfangseinheit (30) der Auswerteeinheit (3) zu übertragen. embedded image




Inventors:
Koch, Niels (85084, Reichertshofen, DE)
Application Number:
DE102017206524A
Publication Date:
07/26/2018
Filing Date:
04/18/2017
Assignee:
AUDI AG, 85057 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102016210771B3N/A2017-10-26
DE102014008670A1N/A2015-02-05
DE10155211A1N/A2003-05-28
DE19639210A1N/A1998-03-26



Foreign References:
200701660532007-07-19
60695812000-05-30
Claims:
Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1), mit
- zumindest einem Radarsensor (2), welcher dazu ausgebildet ist, ein einen Umgebungsbereich (U) charakterisierendes Radarsignal zu erzeugen,
- einer Auswerteeinheit (3) zum Erfassen des Umgebungsbereichs (U) anhand des Radarsignals, und mit
- einem Lichtwellenleiter (4),
- wobei der zumindest eine Radarsensor (2) eine Sendeeinheit (22) zum Übertragen des Radarsignals an eine korrespondierende Empfangseinheit (30) der Auswerteeinheit (3) über den Lichtwellenleiter (4) aufweist, wobei die Sendeeinheit (22) des zumindest einen Radarsensors (2) ausgebildet ist, das Radarsignal mittels eines analogen Modulationssignals über den Lichtwellenleiter (4) an die korrespondierende Empfangseinheit (30) der Auswerteeinheit (3) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Radarsensor (2) mehrere Empfangsantennen (20) aufweist und die Sendeeinheit (22) mehrere Lichtquellen (25) unterschiedlicher Lichtfarbe aufweist, wobei jede der mehreren Lichtquellen (25) ausgebildet ist, ein jeweiliges Empfangssignal aus jeweils genau einer der mehreren Empfangsantennen (20) als Teil des Radarsignals zu übertragen.

Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Radarsignal zumindest teilweise um ein unverarbeitetes Reflexionssignal (12) handelt.

Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeinheit (22) eine Lichtquelle (25) aufweist und die Lichtquelle (25) in einem Sendebetrieb der Sendeinheit (22) durchgehend leuchtet.

Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (22) einen Bragg-Modulator (29) umfasst.

Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Radarsensor (2) und die Auswerteeinheit (3) einen Abstand zueinander von zumindest 50 cm oder von zumindest 100cm aufweisen.

Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) einen Signalgenerator (33) umfasst, der mittels eines Rückkanal-Lichtwellenleiters (5) zum Übertragen eines Wellensignals an den zumindest einen Radarsensor (2) mit dem zumindest einen Radarsensor (2) verbunden ist, wobei der zumindest eine Radarsensor (2) aus dem Wellensignal eine Radarwelle (10) erzeugt.

Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Radareinrichtung (1) neben dem zumindest einen Radarsensor (2) zumindest einen weiteren Radarsensor (52) umfasst, um ein den Umgebungsbereich (U) charakterisierendes weiteres Radarsignal zu erzeugen,
- der zumindest eine weitere Radarsensor (52) und die Auswerteeinheit (3) zur Übertragung des weiteren Radarsignals mittels eines weiteren Lichtwellenleiters (54) verbunden sind, und
- die Auswerteeinheit (3) dazu ausgebildet ist, den Umgebungsbereich (U) anhand des Radarsignals und des weiteren Radarsignals zu erfassen.

Kraftfahrzeug (6) mit einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung (1) mit zumindest einem Radarsensor (2), mit den Schritten:
- Erzeugen eines einen Umgebungsbereich (U) charakterisierenden Radarsignals durch zumindest einen Radarsensor (2),
- Übertragen des Radarsignals von dem zumindest einen Radarsensor (2) zu einer Auswerteeinheit (3) über einen Lichtwellenleiter (4), dadurch gekennzeichnet, dass
- das Radarsignal auf ein Lichtsignal aufmoduliert wird, und
- als Teil eines analogen Modulationssignals über den Lichtwellenleiter (4) an die Auswerteeinheit (3) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Radarsensor (2) mehrere Empfangsantennen (20) aufweist und die Sendeeinheit (22) mehrere Lichtquellen (25) unterschiedlicher Lichtfarbe aufweist, wobei durch jede der mehreren Lichtquellen (25) ein jeweiliges Empfangssignal aus jeweils genau einer der mehreren Empfangsantennen (20) als Teil des Radarsignals übertragen wird.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Radarsignals unverarbeitete Rohdaten aus dem zumindest einen Radarsensor (2) an die Auswerteeinheit (3) übertragen werden.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Radareinrichtung mit zumindest einem Radarsensor, welcher dazu ausgebildet ist, ein einen Umgebungsbereich charakterisierendes Radarsignal zu erzeugen, einer Auswerteeinheit zum Erfassen des Umgebungsbereichs anhand des Radarsignals und mit einen Lichtwellenleiter. Dabei weißt der zumindest eine Radarsensor eine Sendeeinheit zum Übertragen des Radarsignals an eine korrespondierende Empfangseinheit der Auswerteeinheit über den Lichtwellenleiter auf. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Radareinrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Radarsensors.

Die DE 10 2014 008 670 A1 stellt ein Radarkalibrierungssystem für Fahrzeuge bereit, wobei ein Radarsignal durch eine Empfangsantenne empfangen wird, das empfangene Signal durch eine Verzögerungsleitung verzögert und das verzögerte Signal durch eine Sendeantenne ausgesendet wird. Eine Verzögerungsleitungseinheit kann ein Glasfaserkabel beziehungsweise optisches Kabel aufweisen.

Die DE 10 2016 210 771 B 3 betrifft eine Radareinrichtung mit einer Antenneneinrichtung und einer Zentraleinrichtung. Die Antenneneinrichtung und die Zentraleinrichtung sind über einen Lichtleiter zur analogen optischen Signalübertragung verbunden, wobei Steuersignale der Zentraleinrichtung an die Antenneneinrichtung oder Empfangssignale der Antenneneinrichtung übertragbar sind.

Die US 2007 / 0 166 053 A1 offenbart eine Radareinrichtung, bei welcher einerseits ein Wellensignal optisch zu einer Sendeantenne eines Radarsystems übermittelt wird und andererseits ein Wellensignal einer Empfangsantenne des Radarsystems optisch zu einer Auswerteeinheit übermittelt wird.

Radarsensoren, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, weisen gleichzeitig auch immer eine Auswerteeinheit auf. In der Auswerteeinheit wird ein Reflexionssignal, das der Radarsensor empfängt, ausgewertet. Beispielsweise wird anhand des Reflexionssignals ein Objekt erfasst. Erfasste Objekte können in eine Objektliste zusammengefasst werden. Die Objektliste kann dann einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung eines Umgebungsbereichs eines Kraftfahrzeugs durch Radarsensoren zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kraftfahrzeug-Radareinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich ein Nachteil des Standes der Technik daraus ergibt, dass die Radarsignale durch die Auswerteeinheit des Radarsensors bereits im Radarsensor ausgewertet und in ihrem Informationsgehalt reduziert werden. Dort wird nämlich nur ein Teil der in den Reflexionssignalen enthaltenen Informationen durch den Radarsensor nach außen hin bereitgestellt. Insbesondere wenn die Informationen mehrerer Radarsensoren zusammengeführt werden sollen, ist zum Zeitpunkt der Zusammenführung bereits ein großer Anteil der durch jeden einzelnen Radarsensor erfassten Informationen verloren gegangen. Eine gemeinsame Auswertung der Radarsignale ist nach Stand der Technik nicht möglich.

Die Erfindung löst die oben genannte Aufgabe durch analoge Übertragung eines unverarbeiteten Radarsignals über einen Lichtwellenleiter. Lichtwellenleiter sind aus dem Stand der Technik bekannt und ermöglichen beispielsweise eine gegenüber elektromagnetischen Feldern störungsfreie Übertragung von Daten bei hoher Bandbreite. Die Nutzung eines Lichtwellenleiters zur Übertragung von Daten zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen eines Fahrzeugs ist beispielsweise aus der DE 196 39 210 A1 zu entnehmen. Somit ist die Auswertung der Radarsignale in einer gemeinsamen Auswerteeinheit möglich, ohne dass der Informationsgehalt des Radarsignales zuvor reduziert werden muss. Auf diese Weise können Synergien durch mehrere Radarsensoren die höhere Genauigkeit bei der Erfassung des Umgebungsbereichs ermöglichen. Außerdem ist eine gemeinsame Auswerteeinheit in der Produktion günstiger als eine jeweilige Auswerteeinheit für jeden Sensor.

Die Kraftfahrzeug-Radareinrichtung bezeichnet insbesondere eine Radareinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Der Radarsensor kann dazu ausgebildet sein, eine Radarwelle zu emittieren. Die Radarwelle kann von einem Objekt in dem Umgebungsbereich als Reflexionssignal reflektiert werden. Der Radarsensor kann dazu ausgebildet sein, das Reflexionssignal zu erfassen und anhand des Reflexionssignals das Radarsignal zu erzeugen. Vorzugsweise umfasst die Kraftfahrzeug-Radareinrichtung zumindest zwei Radarsensoren. Die Auswerteeinheit kann dazu ausgebildet sein, das Objekt in dem Umgebungsbereich anhand des Radarsignals zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit dazu ausgebildet sein, eine Beschaffenheit im Umgebungsbereich anhand des Radarsignals zu erfassen. Bei dem Umgebungsbereich handelt es sich insbesondere um einen Umgebungsbereich der Radareinrichtung und/oder eines Kraftfahrzeugs.

Es ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit des Radarsensors ausgebildet ist, das Radarsignal mittels eines analogen Modulationssignals über den Lichtwellenleiter an die korrespondierende Empfangseinheit der Auswerteeinheit zu übertragen. Die Sendeeinheit kann dazu ausgebildet sein, dass analoge Modulationssignal zu erzeugen, wobei durch eine Modulation einer physikalischen Größe des Modulationssignals das Radarsignal repräsentiert ist. Beispielsweise umfasst die Sendeeinheit eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser oder eine LED, zum Erzeugen eines Lichtsignals. Beispiele für die physikalische Größe des Lichtsignals sind eine Frequenz (vgl. Lichtfarbe) und/oder eine Amplitude/Intensität. Die Sendeeinheit kann dazu ausgebildet sein, die physikalische Größe, beispielsweise Frequenz oder Amplitude des Lichtsignals, zu modulieren. Hierzu kann die Sendeeinheit eine Modulatoreinheit umfassen. Vorzugsweise ist die Modulatoreinheit zwischen der Lichtquelle und dem Lichtwellenleiter angeordnet. Insbesondere ist die Sendeeinheit dazu ausgebildet, das Radarsignal auf die physikalische Größe aufzumodulieren. Das Radarsignal kann in der physikalischen Größe und/oder in einer zeitlichen Änderung der physikalischen Größe des analogen Modulationssignals enthalten sein.

Um nun die genannte Radareinrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine bessere Genauigkeit bei der Erfassung des Umgebungsbereichs durch den Radarsensor ermöglicht ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zumindest eine Radarsensor mehrere Empfangsantennen aufweist und die Sendeeinheit mehrere Lichtquellen unterschiedlicher Lichtfarbe aufweist, wobei jede der mehreren Lichtquellen ausgebildet ist, ein jeweiliges Empfangssignal aus jeweils genau einer der mehreren Empfangsantennen als Teil des Radarsignals zu übertragen. Mit anderen Worten ist eine getrennte Übertragung der jeweiligen Empfangssignale der mehreren Empfangsantennen durch die mehreren Lichtquellen unterschiedlicher Lichtfarbe ermöglicht. Beispielsweise umfasst die korrespondierende Empfangseinheit der Auswerteeinheit eine Filteranordnung zum Filtern jeweiliger Lichtsignale der mehreren Lichtquellen. Insbesondere ist der Lichtwellenleiter dazu ausgebildet, die jeweiligen Lichtsignale der mehreren Lichtquellen in nur einer Faser oder über mehrere Fasern zu übertragen. Auf diese Weise ist insbesondere die analoge Übertragung der Empfangssignale der mehreren Empfangsantennen über nur einen Lichtwellenleiter ermöglicht.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass es sich bei dem Radarsignal zumindest teilweise um ein, insbesondere digital, unverarbeitetes Reflexionssignal handelt. Alternativ kann durch das Radarsignal ein unverarbeitetes Reflexionssignal repräsentiert sein. Unter unverarbeitet ist insbesondere zu verstehen, dass keine Analog-Digital-Wandlung und/oder keine Auswertung beim Erzeugen oder vor dem Erzeugen des Radarsignals erfolgt. Vorzugsweise ist der Radarsensor dazu ausgebildet, das Reflexionssignal nach dem Erfassen unverändert und/oder unverarbeitet an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Dadurch kann der Radarsensor besonders einfach ausgeführt sein, da die Auswertung des Radarsignals in der Auswerteeinheit erfolgt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Sendeeinheit die Lichtquelle aufweist und die Lichtquelle in einem Sendebetrieb der Sendeeinheit durchgehend leuchtet. Insbesondere befindet sich die Sendeeinheit genau dann in dem Sendebetrieb, wenn diese das Radarsignal an die Auswerteeinheit überträgt. Im Falle einer digitalen Datenübertragung über den Lichtwellenleiter kann die Lichtquelle abwechselnd angeschaltet und ausgeschaltet werden. Nutzdaten bei der digitalen Datenübertragung liegen insbesondere im Schaltzustand der Lichtquelle. Demgegenüber liegen die Nutzdaten, vorliegend das Radarsignal, im Falle der analogen Datenübertragung beispielsweise in der Modulation der physikalischen Größe des Modulationssignals. Im ausgeschalteten Zustand der Lichtquelle der Sendeeinheit können somit keine Daten übertragen werden. Somit kann durch das durchgehende Leuchten der Lichtquelle eine Bandbreite der Datenübertragung im Sendebetrieb erhöht werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Sendeeinheit einen Bragg-Modulator umfasst. Der Bragg-Modulator kann Teil der Modulatoreinheit sein. Der Bragg-Modulator, auch akustooptischer Modulator genannt, kann einen lichtdurchlässigen Kristall umfassen. Der lichtdurchlässige Kristall ist vorzugsweise zumindest für das Lichtsignal der Lichtquelle transparent. Der Kristall kann dazu ausgebildet sein, das Lichtsignal bei dessen Transmission durch den Kristall zu brechen. Der Brechungsindex des Kristalls kann dabei veränderbar sein. Beispielsweise ist der Brechungsindex des Kristalls durch Anlegen einer Spannung an ein am Kristall angeordnetes Piezoelement und/oder durch mechanische Verformung des Kristalls (beispielsweise durch Ultraschall) veränderbar. Durch zeitliches Verändern des Brechungsindex des Kristalls kann die Modulation der physikalischen Größe des Lichtsignals, insbesondere der Frequenz des Lichtsignals, erfolgen.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass der zumindest eine Radarsensor und die Auswerteeinheit einen Abstand zueinander von zumindest 50 cm oder von zumindest 100 cm aufweisen. Ein so großer Abstand ist gemäß Stand der Technik ohne digitale Bearbeitung beziehungsweise Auswertung des Radarsignals nicht möglich. Aufgrund einer geringen Dämpfung des Lichtwellenleiters und der analogen Übertragung des Radarsignals ist vorliegend eine besonders freie Anordnung des Radarsensors und/oder der Auswerteeinheit an dem Kraftfahrzeug möglich.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Auswerteeinheit einen Signalgenerator umfasst, der mittels eines Rückkanal-Lichtwellenleiters zum Übertragen eines Wellensignals an den zumindest einen Radarsensor mit dem zumindest einem Radarsensor verbunden ist, wobei der Radarsensor aus dem Wellensignal die Radarwelle erzeugt. Ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, die Radarwelle, die durch den zumindest einen Radarsensor emittiert wird, vorzugeben. Der zumindest eine Radarsensor kann eine Rückkanal-Empfangseinheit aufweisen und/oder die Auswerteeinheit kann eine Rückkanal-Sendeeinheit aufweisen. Der Lichtwellenleiter und der Rückkanal-Lichtwellenleiter können durch getrennte Lichtwellenleiter oder durch unterschiedliche Fasern eines gemeinsamen Lichtwellenleiters gebildet sein. Durch diese Weiterbildung ist eine besonders vorteilhafte Auswertung des Radarsignals ermöglicht, da die zugrunde liegende Radarwelle durch die Auswerteeinheit vorgegeben ist. Außerdem ist eine besonders einfache Bauart des zumindest einen Radarsensor ermöglicht.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Radareinrichtung neben dem zumindest einen Radarsensor zumindest einen weiteren Radarsensor umfasst, der zumindest eine weitere Radarsensor und die Auswerteeinheit zur Übertragung eines weiteren Radarsignals mittels eines weiteren Lichtwellenleiters verbunden sind, und die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, den Umgebungsbereich anhand des Radarsignals und des weiteren Radarsignals zu erfassen. Mit anderen Worten umfasst die Radareinrichtung mehrere Radarsensoren, welche alle über einen jeweiligen Lichtwellenleiter mit der Auswerteeinheit verbunden sind. Die Auswerteeinheit kann dazu ausgebildet sein, die wesentlichen Auswertungsschritte für die mehreren Radarsensoren gemeinsam durchzuführen. Aufgrund der gemeinsamen Auswerteeinheit für die mehreren Radarsensoren kann sich eine Kostenersparnis ergeben. Außerdem kann eine Erfassungsgenauigkeit der Radareinrichtung verbessert sein, da eine Fusion der Reflexionssignale in einem besonders frühen Verarbeitungsschritt ermöglicht ist. Insbesondere erfolgt die Fusion von Daten der mehreren Radarsensoren bevor die Daten komprimiert oder reduziert werden.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Radareinrichtung der oben genannten Art. Insbesondere ist die Auswerteeinheit an einer beliebigen Stelle des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der zumindest eine Radarsensor, vorzugsweise die mehreren Radarsensoren, können an vorteilhaften Positionen des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer Radareinrichtung mit zumindest einem Radarsensor. In einem ersten Schritt wird ein einen Umgebungsbereich charakterisierendes Radarsignal erfasst. In einem zweiten Schritt wird das Radarsignal von dem zumindest einen Radarsensor über einen Lichtwellenleiter zu einer Auswerteeinheit übertragen. Erfindungsgemäß wird das Radarsignal auf ein Lichtsignal aufmoduliert und als analoges Modulationssignal über den Lichtwellenleiter an die Auswerteeinheit übertragen. Außerdem ist vorgesehen, dass der zumindest eine Radarsensor mehrere Empfangsantennen aufweist und die Sendeeinheit mehrere Lichtquellen unterschiedlicher Lichtfarbe aufweist, wobei durch jede der mehreren Lichtquellen ein jeweiliges Empfangssignal aus jeweils genau einer der mehreren Empfangsantennen als Teil des Radarsignals übertragen wird.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass mittels des Radarsignals unverarbeitete Rohdaten aus dem zumindest einen Radarsensor an die Auswerteeinheit übertragen werden. Die unverarbeiteten Rohdaten umfassen beispielsweise ein Reflexionssignal aus dem Radarsensor. Unverarbeitete Rohdaten zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass keine digitale Umwandlung oder Auswertung an diesen erfolgt ist.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs oder der erfindungsgemäßen Radareinrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug mit einer Radareinrichtung umfassend mehrere Radarsensoren und eine Auswerteeinheit;
  • 2 ein Blockdiagramm der Radareinrichtung; und
  • 3 in einem Graphen einen schematischen Überblick über eine Modulation eines Radarsignals auf ein Lichtsignal.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 6 mit einer Kraftfahrzeug-Radareinrichtung 1. Die Radareinrichtung 1 umfasst vorliegend zwei Radarsensoren 2, 52 und eine Auswerteeinheit 3. Die Auswerteeinheit 3 dazu ausgebildet, einen Umgebungsbereich U des Kraftfahrzeugs 6 anhand jeweiliger Radarsignale aus den Radarsensoren 2 zu erfassen. Die Radarsensoren 2 sind dazu ausgebildet, jeweilige Radarwellen 10 zu emittieren. Die Radarwellen 10 können einem Objekt 11 in dem Umgebungsbereich U reflektiert und als jeweilige Reflexionssignale 12 zu den Radarsensoren 2 zurückgeworfen werden. Die Radarsensoren 2, 52 sind dazu ausgebildet, aus den Reflexionssignalen 12 ein jeweiliges Radarsignal zu erzeugen. Das Radarsignal charakterisiert somit den Umgebungsbereich U. Insbesondere charakterisiert das Radarsignal auch dann den Umgebungsbereich U, wenn in diesem kein Objekt 11 zum Reflektieren der Radarwellen 10 vorhanden ist.

Die Radarsensoren 2 sind über einen jeweiligen Lichtwellenleiter 4, 54 mit der Auswerteeinheit 3 verbunden. Die Funktion von Radarsensor 2 und Auswerteeinheit 3 geht besonders gut aus dem Blockdiagramm aus 2 hervor. Der Radarsensor 2 umfasst eine Empfangsantenne 20, welche insbesondere zum Erfassen des Reflexionssignals 12 ausgebildet ist. Aus dem Reflexionssignal 12 kann die Empfangsantenne 20 das Radarsignal erzeugen. Eine Sendeeinheit 22 ist dazu ausgebildet, das Radarsignal über den Lichtwellenleiter 4 zu der Auswerteeinheit 3 zu übertragen.

Vorliegend moduliert die Sendeeinheit 22 das Radarsignal auf ein Lichtsignal auf, welches durch eine Lichtquelle 25 erzeugt wird. Insbesondere ist die Lichtquelle 25 dazu ausgebildet, monochromatisches Licht, beispielsweise rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 400 nm, als das Lichtsignal zu erzeugen. Die Sendeeinheit 22 umfasst eine Modulatoreinheit 23. Die Modulatoreinheit 23 ist vorliegend dazu ausgebildet, eine physikalische Größe, insbesondere eine Frequenz, des Lichtsignals zu modulieren. Insbesondere ist die Modulatoreinheit 23 dazu ausgebildet, das Radarsignal auf die Frequenz des Lichtsignals aufzumodulieren. Beispielsweise stellt die Frequenz des Lichtsignals, wie es durch die Lichtquelle 25 erzeugt wird, eine Trägerfrequenz für die Modulation dar. Durch das Modulieren des Radarsignals auf die Frequenz des Lichtsignals erzeugt die Sendeeinheit 22 ein analoges Modulationssignal. Das analoge Modulationssignal gelangt über den Lichtwellenleiter 4 zur Auswerteeinheit 3.

Die Empfangsantenne 20 erzeugt das Radarsignal beispielsweise als ein elektrisches Signal. Insbesondere erzeugt die Empfangsantenne 20 das Radarsignal anhand des Reflexionssignals 12. Das Radarsignal kann somit das Reflexionssignal 12 beschreiben. Beispielsweise ist das Radarsignal vorerst durch einen zeitlichen Spannungsverlauf an einem Ausgang der Empfangsantenne 20 gegeben. Somit handelt es sich um ein analoges Signal. Die Sendeeinheit 22 ist dazu ausgebildet, das Radarsignal auf das Lichtsignal zu modulieren, wodurch das analoge Modulationssignal entsteht. Somit wird das Radarsignal durch die Sendeeinheit 22 in ein optisches Signal umgewandelt. Somit liegt das Radarsignal in dem Lichtwellenleiter 4 als optisches Signal als Teil des analogen Modulationssignals vor.

Die Modulatoreinheit 23 ist vorliegend als Bragg-Modulator 29 ausgeführt. Der Bragg-Modulator 29 umfasst einen für das Lichtsignal transparenten Kristall, dessen Brechungsindex veränderbar ist. Insbesondere ist der Brechungsindex abhängig von Dichteschwankungen des Kristalls, beispielsweise hervorgerufen durch Schwingungen oder Ultraschall. Die Modulatoreinheit 23 kann beispielsweise ein Piezoelement oder eine Ultraschallquelle zum Verändern des Brechungsindex des Kristalls umfassen. Somit kann die Sendeeinheit durch geeignetes Ansteuern des Piezoelements oder der Ultraschallquelle das Radarsignal auf das Lichtsignal modulieren.

Die Auswerteeinheit 3 weist eine Empfangseinheit 30 auf, welche dazu ausgebildet ist, das analoge Modulationssignal aus der Sendeeinheit 22 zu empfangen. Insbesondere ist die Empfangseinheit 30 dazu ausgebildet, das Radarsignal aus dem analogen Modulationssignal zu rekonstruieren beziehungsweise zu filtern. Dabei wird beispielsweise die Trägerfrequenz aus dem analogen Modulationssignal herausgefiltert, wodurch nur das Radarsignal übrig bleibt. Die Empfangseinheit 30 kann einen Analog/Digital-Wandler zum Digitalisieren des analogen Modulationssignals aufweisen.

Vorliegend weist die Auswerteeinheit 3 einen digitalen Signalprozessor 31 (DSP) auf. Der digitale Signalprozessor 31 kann dazu ausgebildet sein, das Radarsignal auszuwerten. Insbesondere ist der digitale Signalprozessor 31 dazu ausgebildet, den Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs 6 anhand des Radarsignals zu erfassen. Beispielsweise umfasst der digitale Signalprozessor 31 ein Logikgatter, vorzugsweise ein FPGA, und/oder einen Mikroprozessor zum Durchführen von Berechnungen.

Die Auswerteeinheit 3 umfasst vorliegend einen Mikrocontroller 32, der beispielsweise ausgebildet ist, weiterführende Berechnungen im Anschluss an die Auswertung durch den digitalen Signalprozessor 31 durchzuführen. Vorliegend umfasst der Mikrocontroller 32 einen Signalgenerator 33. Der Signalgenerator 33 ist dazu ausgebildet, ein Wellensignal zu erzeugen, und über eine Rückkanal-Sendeeinheit 34 an den Radarsensor 2 zu übertragen. Dazu sind die Rückkanal-Sendeeinheit 34 und der Radarsensor 2 über einen Rückkanal-Lichtwellenleiter 5 verbunden. Die Rückkanal-Sendeeinheit 34 kann eine Lichtquelle 36 und eine Modulatoreinheit 37 umfassen. Die Rückkanal-Sendeeinheit 34 kann analog zu der Sendeeinheit 22 ausgebildet sein, weshalb die genaue Funktion der Rückkanal-Sendeeinheit 34 an dieser Stelle nicht nochmal erläutert wird.

Eine Rückkanal-Empfangseinheit 24 und eine Sendeantenne 21 des Radarsensors 2 sind dazu ausgebildet, aus dem Wellensignal die Radarwelle 10 zu erzeugen. Beispielsweise ist die Rückkanal-Empfangseinheit 24 dazu ausgebildet, eine elektrische Spannung aus dem Wellensignal zu erzeugen. Die Sendeantenne 21 kann diese elektrische Spannung in die Radarwelle 10 umwandeln. Somit wird durch den Mikrocontroller 32 beziehungsweise den Signalgenerator 33 indirekt die Radarwelle 10 erzeugt.

Die Auswerteeinheit 3 umfasst eine Kommunikationseinheit 35 zur Kommunikation mit weiteren Geräten und/oder Systemen des Kraftfahrzeugs 6. Beispielsweise ist durch die Kommunikationseinheit 35 eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit einem Bussystem des Kraftfahrzeugs 6 und/oder zur Kommunikation mit einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs 6 bereitgestellt. Beispielsweise erfolgt die Kommunikation mittels CAN, CAN-FD oder Flexray bzw. Ethernet.

Radar steht für „Range and Detection of Radio Signals“, zu Deutsch etwa „Entfernung und Richtungsortung mittels elektromagnetischer Wellen“. Das Grundprinzip besteht darin, dass ein elektromagnetisches Signal, beispielsweise die Radarwelle 10, ausgesendet und an dem Objekt 11 reflektiert wird. Das Reflexionssignal 12 wird hinsichtlich Abstand, Richtung und Relativgeschwindigkeit ausgewertet.

Gemäß Stand der Technik besteht ein Radarsensor aus einer Hochfrequenzeinheit, einer digitalen Prozessierungseinheit und einer Vernetzungskommunikation mittels Mikrocontroller in einem gemeinsamen Gehäuse. Als Vernetzungsanschluss an das Fahrzeug wird derzeit CAN, demnächst CAN-FD und Flexray bzw. Ethernet verwendet. Allen gemein ist der Umstand, dass bereits prozessierte verarbeitete und in der Datenmenge massiv reduzierte Daten übertragen werden, aufgrund der Datenrate und der möglichen Buslast der verwendeten Systeme.

Die Verarbeitungskette innerhalb des Radarsensors nach Stand der Technik erfolgt sequentiell und für jeden Radarsensor im Fahrzeug autark und unsynchronisiert. So sendet jeder Radarsensor für sich allein ohne Rücksicht auf die anderen Radarsensoren in seiner Umgebung, weder von anderen Kraftfahrzeugen, noch innerhalb des eigenen Kraftfahrzeugs 6. Fehler durch falsche Signale können auftreten und werden derzeit so akzeptiert. Ein reflektiertes Signal durchläuft im Radarsensor die oben aufgeführten Verarbeitungsblöcke.

In der Hochfrequenzeinheit des Radarsensors nach Stand der Technik wird das Signal von der Antenne empfangen, auf eine tiefer liegende Zwischenfrequenz gemischt und dann digital abgetastet. Mit der Analog-Digitalwandlung wird das Signal in der digitalen Verarbeitungseinheit weiterverarbeitet. Mittels digitalen Signalprozessoren (DSPs) wird das digital abgetastete Signal durch zwei parallele Fast Fourier Transformationen (FFTs) in der Entfernung und in der Geschwindigkeit aufgelöst. Zudem wird die Phasenlage an der Empfangsantenne ausgewertet, so dass eine Richtung aus der das Reflexionssignal 12 empfangen wird, zugeordnet werden kann. Parallel dazu liegen die Empfangspegel des Reflexionssignals 12 vor.

In der Mikroprozessoreinheit des Radarsensors 2 nach Stand der Technik können nun die Informationen aus Abstand, Richtung, Geschwindigkeit und Empfangspegel so zusammengebracht werden, dass einzelne Reflexionssignale 12 aus annähernd gleicher Richtung, annähernd gleicher Entfernung und annähernd gleichen Geschwindigkeiten zu einem gemeinsamen Objekt zusammengefasst werden. Damit reduziert sich der weitere Verarbeitungsaufwand. Reflektionen mit unterschiedlicher Entfernung, Abstand und / oder Geschwindigkeit werden separate Objekte. Die Objekte werden durchnummeriert.

Die nun bereits drastisch reduzierte Anzahl an Reflektionen in Form einer durchnummerierten Objektliste wird sortiert, hinsichtlich Abstand, Geschwindigkeit oder nach interessierenden Informationen. Objekte die außerhalb des interessierenden, aber dennoch erfassten Bereichs liegen, können entfernt, und damit die Datenrate weiter reduziert werden.

Am Ende wird nur noch eine Liste von 8, 16 oder bis zu 64 Objekten über den Fahrzeugbus an das weitere Steuergerät übertragen. Im Falle von einer intelligenten Steuereinheit wie das zentrale Fahrerassistenzsystem zFAS, werden 64 Objekte getrennt nach bewegten (Objekthypothese genannt) und unbewegten Objekten (Fences genannt) zur Weiterverarbeitung in einer Umfelderfassung und Funktionsberechnung übertragen.

Jeder Radarsensor 2 muss nach Stand der Technik alle Verarbeitungseinheiten verbaut haben, da die Datenrate über den derzeitigen Bussystemen unzureichend ist. Bei der hier vorgeschlagenen Radareinrichtung 1 werden nicht alle Funktionsblöcke eines Radarsensors gemäß Stand der Technik in jedem Radarsensor 2 benötigt. Es ist einfacher, billiger und performanter, geeignete Verarbeitungsblöcke zu zentralisieren und nur das Nötigste separat auszuführen. Beispielsweise sind Mehrkernprozessoren ähnlich teuer wie Zweikernchips, aber die Rechenleistung ist um ein Mehrfaches höher als Faktor 2. Zudem kann ein Speicherchip so ausgelegt werden, dass es mehrere Bereiche für diverse Radarsensoren separieren kann. Jeweils einen kleinen Speicherchip pro Sensor ist weitaus teurer als ein großer Speicher zentral für alle Sensoren. Erfolgt die Kommunikation mit dem Fahrzeug zentral von einem Steuergerät aus, wird auch weniger Datenrate benötigt oder umgekehrt ausgedrückt, jedes verbleibende Steuergerät steht mehr Datenrate zur Verfügung. Gemäß Stand der Technik sind viele Elektronikkomponenten in jedem der Radarsensor mehrfach verbaut. Durch die Zentralisierung der Auswerteeinheit bei der Radareinrichtung 1, insbesondere von Recheneinheiten, Speicher und Kommunikationsbausteinen, sind Einsparungen möglich. Außerdem kann durch Skalierungseffekte bei der Auswertung der mehreren Radarsensor und 2 durch die Auswerteeinheit 3 die Leistungsfähigkeit der Radareinrichtung 1 gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.

Durch Schaffung einer neuen Schnittstelle umfassend die Sendeeinheit 22, den Lichtwellenleiter 4 und die Empfangseinheit 30, ist die Radareinrichtung 1 gegenüber dem Stand der Technik massiv vereinfacht. Die Sensordatenfusion, beispielsweise der Reflexionssignale 12, kann auf Rohzielebene stattfinden. Eine Reduktion der Daten ist nicht mehr notwendig. Dazu soll eine RF-over-Fiber Verbindung basierend auf Fiberoptik Anwendung finden.

Der Radarsensor 2 besteht dann aus einer Hochfrequenzeinheit, beispielsweise der Sendeantenne 21 und/oder der Empfangsantenne 20, und einer Hochfrequenz-Licht Wandlung, vorliegend die Rückkanal-Empfangseinheit 24. Die verarbeitenden Module sind in einer zentralen Einheit, vorliegend der Auswerteeinheit 3, zusammengefasst. Heutige Mikroprozessoren und digitalen Signalverarbeitungseinheiten (DSPs), beispielsweise der digitale Signalprozessor 31, können bis zu 32 Sensoren bzw. Kanäle parallel verarbeiten. Durch Mitverwendung von großen Speichereinheiten kann der Bauteilaufwand weiter reduziert werden. Zudem bedarf es nur eine Kommunikationsanbindung an die Fahrzeugarchitektur, beispielsweise über die Kommunikationseinheit 35. Denkt man den Gedanken einer zentralen Fahrerassistenzzentrale konsequent weiter, dann können alle digitalen Bearbeitungsschritte dort erfolgen. Einzig die radarspezifischen Funktionsblöcke, insbesondere die Radarsensoren 2, sind noch separiert.

Während die Radarsensoren 2 platzmäßig und gehäusemäßig klein und einfach sind, können in der Auswerteeinheit 3 durch parallelisierte Verarbeitung eine Vielzahl von Radarsensoren 2 angeschlossen sein. Über die neue Verbindungstechnik mittels Fiberoptik beziehungsweise über den Lichtwellenleiter 4 wird ein sternförmiges Netzwerk aufgebaut, bei dem alle Radarsensoren 2, beispielsweise an der Außenhaut des Fahrzeugs, zu der im Innenraum befindlichen Auswerteeinheit 3 zusammengeführt werden. Durch Verwendung der Fiberoptik sind Kabeldämpfungen und Kabellängen kein Problem. Für den Fahrzeugbau erwartete Längen sind die Verluste nahezu null.

Durch Schaffung der neuen Sensorschnittstelle auf Fiberoptikbasis reduziert sich der Aufwand eines einzelnen Radarsensors 2 auf ein Minimum. Insbesondere umfasst der Radarsensor 2 nur eine Hochfrequenzeinheit und eine Stromversorgung. Der Fertigungsaufwand und die Kosten pro Radarsensor 2 fallen drastisch. In der Auswerteeinheit 3, auch zentrale Verarbeitungseinheit genannt, können durch Mehrkernprozessoren, parallele Verarbeitung und Mitbenutzung von Ressourcen eine Vielzahl an Radarsensoren 2 angeschlossen sein. Im Vergleich zu einer Auswerteeinheit, welche nur die Daten eines Radarsensors 2 auswertet, sind die Kosten nicht signifikant höher. Durch die Skaleneffekte der modernen Prozessoren ist die Mehrfachbenutzung und Parallelisierung sogar günstiger.

Das Radarsignal ist beispielsweise ein einfaches moduliertes Signal, beispielsweise nur ein Puls (ein-aus) im Falle eines Pulsradars. Weiterentwicklungen sind Dauersenderadare (CW), bei der eine analoge Frequenz ohne weiteren Informationsinhalt ausgesendet wird. Hierbei wird dann nur die Dopplerverschiebung ausgewertet, was sich hervorragend für Geschwindigkeitsmessungen eignet. Moderne Automobilradare sind beispielsweise Dauerstrichradarsysteme, auch FMCW-modulierte Radare genannt, bei der die Aussendefrequenz langsam (reines FMCW) oder schnell (Fast-FMCW oder Chirp-Radare) in einem kleinen Frequenzbereich verändert wird. Allen gemein ist der Umstand, dass das Radarsignal ein rein analoges Signal darstellt.

Heutige Radarsensoren mischen ihre Hochfrequenzsignale auf eine tiefer liegende Arbeitsfrequenz, ein sogenanntes Basisband 43, herunter. Beim Mischvorgang wird auch immer ein höherliegendes Signal 44 erzeugt fneu=fsig±fmod. Dieses höhere Signal wird in heutigen Radarsensoren durch Filter eliminiert und nicht benutzt.

Eine beispielhafte Umsetzungsidee zum Modulieren des Radarsignals ist das Mischen des Radarsignals zum höherliegenden Signal 44 anstatt es zu eliminieren. Moduliert man beispielsweise ein Radarsignal von 77 GHz mit beispielsweise rotem Laserlicht (400nm beziehungsweise 750 THz), so kann dieses Signal unmittelbar über den Lichtwellenleiter 4 übertragen werden. 3 zeigt das Spektrum eines heutigen Radarsignals und mittels RF-over-Fiber Verfahren.

Gemäß 3 wird beispielsweise das Radarsignal von 77 GHz, welches ein unteres Mischband 41 und ein oberes Mischband 42 aufweist, auf das Lichtspektrum 45 des roten Laserlichts 40 aufmoduliert. Das rote Laserlicht weist beispielsweise 750 THz als Trägerfrequenz 40 auf. Das untere Mischband 41 und das obere Mischband 42 sind durch das auch modulieren um die Trägerfrequenz 40 des Laserlichts angeordnet. Das Radarsignal ist dann in der Summe aus Trägerfrequenz und Radarsignal enthalten.

Bei einer Signaldämpfung von ca. 0,1 dB/km sind die Verluste für typische Kabellängen im Kraftfahrzeug 6 vernachlässigbar und können als verlustlos betrachtet werden. Ebenso spielen Dispersionseffekte bei Leitungslängen von ca. 15 m keine Rolle. Es können daher günstige Mehrmodenfasern auf Plexiglasbasis oder Polycarbonaten anstatt hochreinen Glas im Monomodebetrieb verwendet werden, was einen weiteren Preisvorteil für die Verbindungstechnik ergibt.

Die neue Verarbeitungskette der Radareinrichtung 1 sieht wie in 2 aus: Im Falle der Reflexion wird das Reflexionssignal 12, auch Empfangssignal genannt, von der Empfangsantenne 20 aufgenommen. Über einen Verstärker (LNA) und Filter zum Bereinigen von spektralen Unreinheiten ist an dem Ausgang der Empfangsantenne 20 die Sendeeinheit 22, welche beispielsweise einen Laserdiodenmischer mit Glasfasereinkopplung umfasst, angeordnet. Der Radarsensor 2 kann zusätzlich eine Spannungsversorgung umfassen. Außerdem umfasst der Radarsensor 2 vorliegend eine Hochfrequenz-Sendeeinheit umfassen die Sendeantenne 21 und die Rückkanal-Empfangseinheit 24 zum Aussenden des Radarsignals. Die Sendeantenne 21 kann identisch zum herkömmlichen Radarsensor heutiger Generationen sein. A/D-Wandler, DSPs, Mikroprozessoren, Speicher und Kommunikationsanbindung sind im Radarsensor 2 nicht nötig.

Der Radarsensor 2 kann ein Empfangsantennenarray aufweisen, welches mehrere Empfangsantennen 20 umfasst. In diesem Fall kann der Radarsensor 2 eine jeweilige Sendeeinheit 22 für jede der Empfangsantennen 20 umfassen. Jede der Sendeeinheiten 22 kann eine jeweilige Lichtquelle 25 aufweisen. Insbesondere weist das Lichtsignal der jeweiligen Lichtquellen 25 ein jeweils anderes Spektrum (Lichtfarbe rot, grün, blau) auf. Die unterschiedlichen Spektren der Lichtquellen können in nur eine Glasfaser des Lichtwellenleiters 4 eingekoppelt werden. Es ergeben sich durch die unterschiedlichen Spektren unterschiedliche Trägerfrequenzen für die Radarsignale aus den mehreren Empfangsantennen 20. Die Empfangseinheit 30 kann dazu ausgebildet sein, die jeweiligen Radarsignale der mehreren Empfangsantennen 20 durch Filtern der jeweiligen Trägerfrequenzen einzeln zu empfangen. Über einen photonischen Multiplexer wird das Gesamtsignal in die Glasfaserleitung eingekoppelt. Der photonische Multiplexer ist aus dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Alternativ ist für jede der mehreren Empfangsantennen 20 eines Radarsensors 2 ein jeweiliger Lichtwellenleiter 4 vorgesehen. Zum derzeitigen Zeitpunkt wird an der Optimierung der Kosten und Gegenüberstellung der beiden Verfahren gearbeitet.

Wird keine analoge Modulation, sondern eine bereits digital abgetastetes Signal nach dem A/D-Wandler im Sensor für die Übertragung zu der Auswerteeinheit 3 verwendet, ist dies für Radarsensoren im Fahrzeug ebenfalls ein neues Verfahren.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine zentrale Erfassung eines Umgebungsbereichs eines Kraftfahrzeugs anhand von Rohdaten aus einem Radarsensor ermöglicht wird.