DE19935265A1 - System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten - Google Patents

System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten

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Abstract

System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten mittels elektromagnetischer Wellen, mit Mitteln zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen von einem ersten Objekt und mit Mitteln zum Empfangen von reflektierten elektromagnetischen Wellen von wenigstens einem zweiten Objekt, wobei die Frequenz des ausgesendeten Signals derart moduliert wird, daß die Modulationsfrequenz während eines ersten Zeitabschnittes näherungsweise linear von einem ersten auf einen zweiten Modulationsfrequenzwert ansteigt, daß die Modulationsfrequenz während eines zweiten Zeitabschnittes näherungsweise konstant ist, daß die Modulationsfrequenz während eines dritten Zeitabschnittes näherungsweise linear von dem zweiten auf einen dritten Modulationsfrequenzwert abfällt, daß die Modulationsfrequenz während eines vierten Zeitabschnittes näherungsweise konstant ist und daß sich diese Zeitabschnitte mehrfach wiederholen, wobei wenigstens einer der Modulationsfrequenzwerte und/oder die Dauer wenigstens eines Zeitabschnittes veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches System wird beispielsweise im Rahmen einer adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung eingesetzt. Hierbei dient das System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugen. Auf Basis der bestimmten Abstands- und Relativgeschwindigkeitswerte wird von dem System zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung Einfluß auf die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs genommen. Ein gattungsgemäßes System wird auch als Adaptive Cruise Control (ACC) bezeichnet.
Stand der Technik
Die DE 42 42 700 A1 offenbart ein Verfahren zur Messung des Abstands und der Geschwindigkeit von Objekten mit Hilfe elektromagnetischer Wellen. Die Frequenz eines ausgesendeten Signals wird moduliert. Die während eines Anstiegs und eines Abfalls der Frequenz des ausgesendeten Signals empfangenen Signale werden mit dem ausgesendeten Signal gemischt. Die durch die Mischung entstandenen Zwischenfrequenzsignale werden spektral analysiert. Aus der Frequenz von Spektrallinien der Zwischenfrequenzsignale während mindestens eines Anstiegs und mindestens eines Abfalls der Frequenz des ausgesendeten Signals werden der Abstand und die Geschwindigkeit mindestens eines Objekts berechnet.
Aus der DE 195 29 173 C1 ist ein Radargerät mit reduzierter abgestrahlter Leistung bekannt. Die Leistung, die ein Radargerät im Mittel abstrahlt, wird in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, in das das Radargerät eingebaut ist, gesteuert. Dabei wird der Zeitbereich, währenddessen ein Radargerät Radarsignale sendet, proportional zur Geschwindigkeit eingestellt. Der Abstrahlwinkel, unter dem Radarsignale abgestrahlt werden, wird ebenfalls in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit gesteuert. Das Ziel dieses Radargeräts ist die vom Radargerät abgestrahlte Leistung im Mittel zu reduzieren, ohne die Meßempfindlichkeit zu beeinträchtigen. Eine Weiterbildung des Radargeräts beruht darin, die Zeitabstände zwischen den Zeitbereichen in denen Leistung abgestrahlt wird, mit sinkender Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu vergrößern. Es wird weiterhin die Möglichkeit offenbart, unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit, vor allem bei einem stehenden Fahrzeug, keine Radarsignale abzustrahlen, da in diesem Geschwindigkeitsbereich keine Informationen für eine adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung benötigt werden. Es wird weiterhin offenbart, die Strahlenbelastung dadurch weiter zu reduzieren, daß der Winkelbereich, unter dem Radarstrahlen abgestrahlt werden, mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs verkleinert wird. Die DE 195 29 173 C1 beschreibt zudem die Möglichkeit, die Winkelbereiche der Radarstrahlen bezüglich der Fahrtrichtung des Fahrzeugs unsymmetrisch auszurichten. Bei der Veränderung der Zeitbereiche geht die DE 195 29 173 C1 davon aus, daß bei niedrigen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeit < 60 km/h), die überwiegend im Stadtverkehr auftreten, eine geringere Reichweite des Radargerätes ausreicht und keine beliebig großen Relativgeschwindigkeiten zwischen den Fahrzeugen auftreten, so daß die Modulationsrate bei konstantem Modulationshub größer gewählt werden kann als für größere Geschwindigkeiten (Geschwindigkeit < 60 km/h), die vorwiegend auf Autobahnen und Landstraßen gefahren werden. Die Modulationsrate ist definiert als der Quotient aus Modulationshub und Modulationsdauer. Durch die Veränderung der Modulationsdauer wird die maximale Reichweite des Radargeräts für niedrige Geschwindigkeiten auf 70 m festgelegt. Da bei der DE 195 29 173 C1 der Modulationshub konstant bleibt, wird bei einer größeren Modulationsrate der Modulationshub in einer kürzeren Zeit durchlaufen. Daraus folgt, daß bei einer kleineren Reichweite dementsprechend die Modulationsdauer kürzer gewählt wird. Je niedriger die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist, desto kleiner wird die Reichweite des Radargerätes von der Recheneinheit gewählt und um so kürzer wird bei dem festgelegten Modulationshub die Modulationsdauer und um so kürzer wird die Sendezeit für den Sender, um ein Modulationshub zu senden. Die Folge ist, daß auch die Zeit für den Empfang eines Modulationshubes kürzer wird. Damit wird auch die Dauer des Empfangszustandes des Radargeräts mit abnehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner.
Die DE 195 29 180 C1 offenbart eine Schaltungsanordnung mit einem Radargerät zur Ermittlung eines Abstands oder einer Relativgeschwindigkeit. Das Radargerät sendet in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, in das das Radargerät eingebaut ist, kontinuierlich frequenzmodulierte Radarsignale mit unterschiedlich großen Modulationsraten aus. In der DE 195 29 180 C1 ist die Modulationsrate als die Änderung der Frequenz pro Zeiteinheit beschrieben. Eine größere Modulationsrate ergibt bei konstanter maximaler Frequenz eine bessere Entfernungsauflösung, was besonders im niedrigen Geschwindigkeitsbereich von Vorteil ist. Das Ziel der Schaltungsanordnung ist es, diese an verschiedene Geschwindigkeiten des Fahrzeugs anzupassen. Durch die Anpassung der Modulationsrate des Radargeräts an die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird die Reichweite und die Genauigkeit des Radargeräts auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs abgestimmt und somit eine genauere Information über den Abstand und die Relativgeschwindigkeit zur Verfügung gestellt. Entsprechend einer Ausführungsform der DE 195 29 180 C1 verwendet das Radargerät aufeinanderfolgend abwechselnd einen Modulationszyklus mit einer großen Modulationsrate und einen Modulationszyklus mit einer kleinen Modulationsrate. Dadurch steht sowohl ein genauer Abstandswert für den Nahbereich als auch ein genauer Abstandswert für den Fernbereich zur Verfügung. Bei einer Erhöhung der Modulationsrate um den Faktor 2 führt dies bei der Schaltungsanordnung zu einer Halbierung des Bereichs in dem der Abstand zum Objekt bestimmbar ist. Die Auflösung der Entfernung wird dagegen vergrößert. Die Auflösung der Geschwindigkeit bleibt konstant. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Schaltungsanordnung, wird anstelle der Umschaltung zwischen einer kleinen und einer großen Modulationsrate, die Modulationsrate kontinuierlich an die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Weise angepaßt, daß mit abnehmender Geschwindigkeit die Modulationsrate vergrößert wird. Die Modulationsrate wird dabei entsprechend den vorgegebenen Geschwindigkeiten und den entsprechenden Modulationsraten geeignet für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs interpoliert. Die Interpolation wird abhängig von fahrdynamischen Gesichtspunkten zum Beispiel linear oder hyperbolisch durchgeführt. Im Normalfall wird linear interpoliert.
Aufgabe, Vorteile und Lösung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten anzugeben, das möglichst flexibel an verschiedene Fahrsituationen angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten mittels elektromagnetischer Wellen, mit Mitteln zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen von einem ersten Objekt und mit Mitteln zum Empfangen von reflektierten elektromagnetischen Wellen von wenigstens einem zweiten Objekt, wobei die Frequenz des ausgesendeten Signals derart moduliert wird, daß die Modulationsfrequenz während eines ersten Zeitabschnitts näherungsweise linear von einem ersten auf einen zweiten Modulationsfrequenzwert ansteigt, daß die Modulationsfrequenz während eines zweiten Zeitabschnitts näherungsweise konstant ist, daß die Modulationsfrequenz während eines dritten Zeitabschnitts näherungsweise linear von dem zweiten auf einen dritten Modulationsfrequenzwert abfällt, daß die Modulationsfrequenz während eines vierten Zeitabschnitts näherungsweise konstant ist und daß sich diese Zeitabschnitte mehrfach wiederholen, wobei wenigstens einer der Modulationsfrequenzwerte und/oder die Dauer wenigstens eines Zeitabschnittes veränderbar ist. Durch die Veränderung wenigstens einer der Modulationsfrequenzwerte und/oder der Dauer wenigstens eines Zeitabschnittes ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise eine maximal mögliche Flexibilität des Systems.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform, ist es vorteilhaft, wenn die Veränderung wenigstens von dem gemessenen Abstand und/oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt abhängig ist. Durch diese Abhängigkeit werden die bei einem System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten mittels elektromagnetischer Wellen besonders wichtigen Größen Abstand und Relativgeschwindigkeit bei der Veränderung des wenigstens einen Modulationsfrequenzwertes und/oder der Dauer wenigstens eines Zeitabschnittes berücksichtigt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder der Zeitabschnitte linear, logarithmisch oder entsprechend abgespeicherter Wertepaare von dem gemessenen Abstand und/oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit abhängig ist. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß das System derart angepaßt werden kann, daß sich für den Nutzer des Systems eine adaptive Anpassung ergibt, die der Nutzer in gleicher oder ähnlicher Weise gewählt hätte, wenn er die Veränderung manuell vorgenommen hätte.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Modulationsfrequenzwerte und/oder die Dauer der Zeitabschnitte für vorbestimmte Wertebereiche von gemessenem Abstand und/oder gemessener Relativgeschwindigkeit konstant sind und wenn bei Überschreitung der vorbestimmten Wertebereiche eine stufenweise Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder der Dauer der Zeitabschnitte vorgenommen wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Auswahl der entsprechenden Stufen auch manuell vorgenommen werden kann.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Modulationsfrequenzwert beziehungsweise die Differenz zwischen dem zweiten und dritten Modulationsfrequenzwert um so größer gewählt wird, je kleiner der gemessene Abstand ist und umgekehrt. Dies bietet eine optimale Anpassung an die zu erwartenden Randbedingungen beim Einsatz des Systems.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der erste Zeitabschnitt und der dritte Zeitabschnitt um so kleiner gewählt wird, je kleiner der gemessene Abstand und/oder je größer der Betrag der gemessenen Relativgeschwindigkeit ist und umgekehrt.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der erste und der dritte Modulationsfrequenzwert identisch sind und die Modulationsfrequenz einen trapezförmigen Verlauf aufweist. In ebenso vorteilhafter Weise ist es möglich, daß der erste und der dritte Zeitabschnitt und der zweite und der vierte Zeitabschnitt jeweils die gleiche Dauer aufweisen. Vorteilhaft ist es zudem, wenn die Dauer des zweiten und des vierten Zeitabschnitts gegen 0 geht und die Modulationsfrequenz einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist.
In besonders vorteilhafter Weise wird das System in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Hierbei ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn die Veränderung der Frequenzwerte und/oder der Dauer der Zeitabschnitte fahrsituationsabhängig ist. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß die Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder der Dauer der Zeitabschnitte in einer Weise vorgenommen wird, die dem Fahrer des Kraftfahrzeugs das Gefühl eines optimalen Regelverhaltens bieten.
Eine ebenfalls vorteilhafte Variation des Systems ergibt sich, wenn die Modulationsfrequenzwerte oder die Dauer der Zeitabschnitte konstant sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Veränderung der Modulationsfrequenzwerte zur Optimierung der Abstandsmessung und die Veränderung der Zeitabschnitte zur Optimierung der Relativgeschwindigkeitsmessung durchgeführt wird.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems anhand von Figuren erläutert.
Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 beschreiben ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 beschreiben ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems und
Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems.
Die Fig. 1, 2 und 3 beschreiben ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems. Ein solches System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten mittels elektromagnetischer Wellen kann beispielsweise im Rahmen einer automatischen Fahrgeschwindigkeitsregelung (Adaptive Cruise Control, ACC) bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Hierbei werden von dem erfindungsgemäßen System, das vorzugsweise in der Front des Kraftfahrzeugs integriert ist, elektromagnetische Wellen ausgesendet, die von einem Zielobjekt reflektiert werden. Die reflektierten elektromagnetischen Wellen werden von dem erfindungsgemäßen System empfangen und einer weiteren Auswertung unterzogen. Diese Auswertung kann beispielsweise mittels einer Fourieranalyse der empfangenen elektromagnetischen Wellen geschehen. Aufgrund der Analyse ist das System in der Lage beispielsweise den Abstand und die Relativgeschwindigkeit des detektierten Zielobjekts zum eigenen Kraftfahrzeug zu bestimmen.
Fig. 1 zeigt nun, wie die Frequenz des ausgesendeten Signals moduliert wird. Die waagerechte Achse in Fig. 1 ist die Zeitachse, die mit t bezeichnet ist. Die senkrechte Achse in Fig. 1 stellt die Modulationsfrequenz dar, mit der die auszusendenden Signale moduliert werden, und ist mit f gekennzeichnet. Es ist erkennbar, daß die Modulationsfrequenz während eines ersten Zeitabschnitts T1 näherungsweise linear von einem ersten Modulationsfrequenzwert f1 auf einen zweiten Modulationsfrequenzwert f2 ansteigt. Ab diesem Zeitpunkt weist die Modulationsfrequenz während eines zweiten Zeitabschnitts T2 näherungsweise den konstanten Modulationsfrequenzwert f2 auf. Während eines dritten Zeitabschnitts T3 fällt die Modulationsfrequenz näherungsweise linear von dem zweiten Modulationsfrequenzwert f2 auf einen dritten Modulationsfrequenzwert f3 ab. Während eines vierten Zeitabschnitts T4 ist die Modulationsfrequenz näherungsweise konstant auf dem Modulationsfrequenzwert f3. Diese Modulation des ausgesendeten Signals, die während der Zeitabschnitte T1, T2, T3 und T4 beschrieben worden ist, wiederholt sich zyklisch. Im Falle eines idealen Systems, würden sich lineare Modulationsfrequenzanstiege und -abfälle, sowie über der Zeit konstante Modulationsfrequenzwerte ergeben. Da bei einem realen System jedoch von keiner idealen Regelung ausgegangen werden kann, wurde im Rahmen der Beschreibung zu Fig. 1 von näherungsweisen Anstiegen, näherungsweisen Abfällen und näherungsweise konstanten Modulationsfrequenzwerten gesprochen. Dies gilt ebenso für die weiteren Figuren auch dann, wenn im Rahmen der Beschreibung der entsprechenden Figuren nicht explizit auf den Unterschied zwischen einem idealen und realen System hingewiesen wird.
Der in Fig. 1 beschriebene Verlauf einer Modulationsfrequenz kann beispielsweise bei einem FMCW-Radar verwendet werden. Die Erzeugung eines solchen Modulationsfrequenzverlaufs ist nicht Gegenstand dieser Beschreibung. Es ist somit dem Fachmann überlassen, die Erzeugung eines Modulationsfrequenzverlaufs beispielsweise mittels eines Oszillators oder anderer Mittel zu realisieren.
Das Grundprinzip eines FMCW-Radars funktioniert derart, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt eine frequenzmodulierte Welle abgestrahlt wird. Geschieht dies beispielsweise in einer Phase, in der die Modulationsfrequenz in einem ansteigenden Bereich ist, beispielsweise im Bereich T1 in Fig. 1, so hat die Modulationsfrequenz einen höheren Modulationsfrequenzwert erreicht, wenn das von einem möglichen Zielobjekt reflektierte Signal empfangen wird. Wird nun das reflektierte Signal nur dem aktuellen Modulationsfrequenzwert gemischt, einer Signalbearbeitung/Signalfilterung unterzogen und eine Spektralanalyse durchgeführt, so können Abstand und Relativgeschwindigkeit des Zielobjekts zum eigenen Kraftfahrzeug bestimmt werden. Die entsprechende Auswertung der durch die Spektralanalyse erhaltenen Daten ist dem Fachmann bekannt und ist nicht Gegenstand dieser Beschreibung. Im allgemeinen wird der Anstieg der Modulationsfrequenz von einem ersten Modulationsfrequenzwert auf einen zweiten Modulationsfrequenzwert beziehungsweise der Abfall der Modulationsfrequenz von einem zweiten auf einen dritten Modulationsfrequenzwert als Frequenzhub bezeichnet. In Fig. 1 ist somit die Differenz aus f1 und f2 der Frequenzhub fh.
Unter der Annahme, daß die Zeitabschnitte T1, T2, T3 und T4 konstant sind, ist es ersichtlich, daß bei Zielobjekten, die in geringer Reichweite vor dem eigenen Fahrzeug detektiert werden, die Modulationsfrequenz in dem Zeitraum zwischen Aussenden des frequenzmodulierten Signals und Empfang des frequenzmodulierten Signals nur geringfügig ansteigt. Bei Berücksichtigung des Einflusses der zuvor genannten Linearitätsprobleme ist mit einer Ungenauigkeit der Abstandsbestimmung zu rechnen. Abhilfe beziehungsweise eine deutliche Verbesserung schafft hier der im Rahmen der Fig. 2 gezeigte Modulationsfrequenzverlauf. Hierbei steigt die Modulationsfrequenz f während eines ersten Zeitabschnitts T1 von einem Modulationsfrequenzwert f4 auf einen Modulationsfrequenzwert f5 an, bleibt während eines Zeitabschnittes T2 konstant und fällt während eines Zeitabschnittes T3 von der Modulationsfrequenz f5 auf die Modulationsfrequenz f6 ab. Während eines Zeitabschnitts T4 bleibt die Modulationsfrequenz f wiederum konstant auf dem Modulationsfrequenzwert f6. Gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Modulationsfrequenzverlauf weist der Modulationsfrequenzverlauf nach Fig. 2 einen größeren Frequenzhub, also eine größere Differenz des oberen und des unteren Modulationsfrequenzwertes auf. Hiermit ergibt sich insbesondere bei kurzen Zeitabständen zwischen ausgesendetem und empfangenem Signal, also bei Zielobjekten in geringer Entfernung, eine größere Veränderung der Modulationsfrequenz. Mit einer solchen Einstellung des Modulationsfrequenzverlaufs wird eine gegenüber Fig. 1 erhöhte Abstandsauflösung und ein hohes Trennvermögen jedoch keine große Reichweite erreicht. Unter hohem Trennvermögen ist hierbei das differenzierte erkennen zweier Ziele mit einer geringen Abstandsdifferenz zu verstehen. Durch die entsprechende Einstellung des Modulationsfrequenzverlaufes ist ein Trennvermögen erreichbar, das sonst nur durch erheblichen Mehraufwand in der Signalverarbeitung erreichbar wäre. Es werden hierdurch teure Analog-Digital-Wandler mit hohen Wandlungsraten und aufwendigere Fast-Fourier- Transformationen-Bausteine vermieden.
Eine solche Auswahl des in Fig. 2 beschriebenen Modulationsfrequenzverlaufs kann somit beispielsweise bei Folgefahrten im dichten Verkehr angewendet werden. In Situationen, in denen überwiegend eine große Reichweite gefordert wird, wie es beispielsweise bei Annäherung mit großer Relativgeschwindigkeit auf fast leeren Autobahnen der Fall ist, wird ein Modulationsfrequenzverlauf entsprechend Fig. 3 gewählt. Hierbei steigt die Modulationsfrequenz während des ersten Zeitabschnitts T1 von einem Modulationsfrequenzwert f7 auf ein Modulationsfrequenzwert f8, bleibt während des Zeitabschnitts T2 konstant, fällt während des Zeitabschnitts T3 auf den Modulationsfrequenzwert f9 und bleibt während des Zeitabschnitts T4 konstant bei einem Modulationsfrequenzwert f9.
Ein Modulationsfrequenzverlauf entsprechend der Fig. 2 ist bei Annäherung mit großer Relativgeschwindigkeit auf fast leeren Autobahnen deshalb nicht ratsam, da hierzu die Signalbandbreite des Empfängers erhöht werden müßte, da dann für große Abstände hohe Empfangsfrequenzen anfallen. Bei entsprechender Anpassung des Empfängers durch den Fachmann kann diese Beurteilung anders ausfallen.
Entsprechend der Fig. 1, 2 und 3 wird somit verdeutlicht, wie die Veränderung des Frequenzhubes, beziehungsweise der Modulationsfrequenzwerte, wenigstens von dem gemessenen Abstand und/oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem möglichen detektierten Zielobjekt abhängig ist. Auf diese Weise wird in jeder Fahrsituation eine optimale Anpassung des Systems erreicht.
Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 beschreiben eine zweite Möglichkeit, den Freguenzhub zu verändern. Der im Rahmen der Fig. 4 gezeigte Modulationsfrequenzverlauf ist identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten Modulationsfrequenzverlauf. Fig. 4 dient somit in erster Linie zur besseren Übersicht, um die Unterschiede der Modulationsfrequenzverläufe aus Fig. 5 und Fig. 6 im Bezug auf Fig. 4, beziehungsweise Fig. 1 zu zeigen.
Im Gegensatz zu den im Rahmen der Fig. 1 bis 3 gezeigten Modulationsfrequenzverläufen werden im Rahmen der Fig. 5 und 6 nicht die Modulationsfrequenzwerte, sondern die Dauer der Zeitabschnitte variiert. Fig. 5 zeigt einen Modulationsfrequenzverlauf, bei dem während eines Zeitabschnittes T5 die Modulationsfrequenz von einem Modulationsfrequenzwert f1 auf einen Modulationsfrequenzwert f2 ansteigt. Während eines Zeitabschnittes T6 bleibt dieser Modulationsfrequenzwert konstant, fällt während eines Zeitabschnittes T7 auf einen Modulationsfrequenzwert f3, der identisch ist mit dem Modulationsfrequenzwert f1 und bleibt während eines Zeitabschnittes T8 konstant. Wie schon bei den zuvor gezeigten Modulationsfrequenzverläufen, wiederholt sich der Modulationsfrequenzverlauf der Zeitabschnitte T5, T6, T7 und T8 zyklisch. Es ist leicht erkennbar, daß die Zeitabschnitte T5, T6, T7 und T8 gegenüber den korrespondierenden Zeitabschnitten aus Fig. 4 verkürzt worden sind. Durch die Verkürzung der Dauer der Zeitabschnitte T5, T6, T7 und T8 bleibt der Frequenzhub (f2 - f1) beziehungsweise (f2 - f3) unverändert. Die Änderung der Modulationsfrequenz je Zeiteinheit ist jedoch vergrößert worden, womit für die Auswertung ein analoger Effekt wie bei der Erhöhung des Frequenzhubes entsprechend Fig. 2 erreicht wird.
Fig. 6 zeigt den zu Fig. 5 entgegengesetzten Fall, bei dem die Zeitabschnitte T9, T10, T11 und T12 gegenüber den korrespondierenden Zeitabschnitten T1, T2, T3 und T4 aus Fig. 4 vergrößert wurden. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Modulationsfrequenzverlauf sind ebenso wie bei der zuvor gezeigten Fig. 5 die Modulationsfrequenzwerte f1, f2 und f3 gegenüber Fig. 4 unverändert. Durch den in Fig. 6 dargestellten Modulationsfrequenzverlauf wird ein für die Auswertung in gleicher Weise wirkender Effekt erreicht, wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Modulationsfrequenzverlauf.
Es liegt im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems, die Veränderung der Zeitabschnitte mit der Veränderung der Modulationsfrequenzen zu kombinieren und entsprechend den Anforderungen an das System zu gestalten. Insbesondere kann die Veränderung der Modulationsfrequenz für die Optimierung der Abstandsmessung und die Veränderung der Zeitabschnitte zur Optimierung der Relativgeschwindigkeitsmessung verwendet werden. Die Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder der Dauer der Zeitabschnitte kann allgemein in Abhängigkeit vom gemessenen Abstand und/oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit zwischen dem eigenen Kraftfahrzeug und dem detektierten Zielobjekt vorgenommen werden. Die Abhängigkeit, beziehungsweise die Veränderung kann dabei linear, logarithmisch oder entsprechend abgespeicherter Wertepaare von dem gemessenen Abstand und/oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit abhängig sein. Mit entsprechend abgespeicherten Wertepaaren, sind hierbei in einem Speicher innerhalb des Systems abgelegte Kennlinien gemeint, die in besonders spezieller Art und Weise an die Anforderung an das System angepaßt werden können. Es ist weiterhin möglich, daß die Modulationsfrequenzwerte und/oder die Dauer der Zeitabschnitte für vorbestimmte Wertebereiche von gemessenem Abstand und/oder gemessener Relativgeschwindigkeit konstant sind und erst bei Überschreitung der vorbestimmten Wertebereiche eine stufenweise Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder der Dauer der Zeitabschnitte vorgenommen wird. Eine solche Abhängigkeit wird im folgenden im Rahmen der Fig. 7 beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine mögliche Realisierung einer stufenweisen Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder der Dauer der Zeitabschnitte. Auf der waagerechten Achse sind mögliche Abstände a und mögliche Relativgeschwindigkeitswerte. v aufgetragen. Auf der senkrechten Achse sind entsprechend zugehörige Modulationsfrequenzwerte f1 und Zeitabschnitte T1 aufgetragen. Hierbei steht f1 stellvertretend für eine entsprechende Auswahl von Modulationsfrequenzwerten, beispielsweise f1, f2 und f3. Ti steht analog stellvertretend für eine entsprechende Anzahl von Zeitabschnitten, beispielsweise T1, T2, T3 und T4. Die Auswahl der entsprechenden Modulationsfrequenz- und/oder Zeitabschnittswerte kann dabei sowohl von dem gemessenen Abstand und der gemessenen Relativgeschwindigkeit in Kombination abhängen, als auch separat von dem gemessenen Abstand oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit. Ebenso kann in Abhängigkeit von gemessenem Abstand und/oder gemessener Relativgeschwindigkeit nur ein entsprechender Satz von Modulationsfrequenzwerten oder nur ein entsprechender Satz von Zeitabschnittswerten verändert werden. Wird beispielsweise ein Abstandswert a1 oder ein Relativgeschwindigkeitswert v1 überschritten, so wird von der zuvor ausgewählten Grundeinstellung von Modulationsfrequenz und Zeitabschnittswerten (fi, Ti)0 auf eine Auswahl (fi, Ti)1 umgeschaltet. Im weiteren wird bei Erreichen eines gemessenen Abstands a2 beziehungsweise einer gemessenen Relativgeschwindigkeit v2 auf eine weitere Auswahl von Modulationsfrequenz- beziehungsweise Zeitabschnittswerten (fi, Ti)2 umgeschaltet. Dies erfolgt in analoger Weise bei Erreichen eines Abstandswertes a3 und/oder eines Geschwindigkeitswertes v3, wobei in diesem Falle auf die Auswahl (fi, Ti)3 umgeschaltet werden würde. In umgekehrter Richtung, also bei einer Verringerung von gemessenem Abstand oder gemessener Relativgeschwindigkeit, wird entsprechend in einen anderen Wertebereich von Modulationsfrequenzwerten und Zeitabschnitten umgeschaltet. Es ist hierbei dem Fachmann überlassen, die entsprechende Anzahl von Stufen und Dimensionierung vorzunehmen, die für den speziellen Anwendungsfall zweckmäßig sind. Um im Grenzbereich zwischen zwei Wertebereichen von relativer Geschwindigkeit oder Abstand kein Springen zwischen zwei Wertebereichen von Modulationsfrequenzen und/oder Zeitabschnitten zu erhalten, kann in den Übergangsbereichen von gemessenem Abstand und gemessener Relativgeschwindigkeit ein Hysteresebereich vorgesehen werden. Es ist weiterhin möglich, dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges oder allgemein dem Bediener des Systems die Möglichkeit bereitzustellen, zwischen den einzelnen Wertebereichen manuell umzuschalten. Ebenso möglich ist eine Kombination aus automatischem und manuellem Betrieb, bei dem je nach Plausibilität eine der beiden Varianten Vorrang hat.
Im allgemeinen wird der Frequenzhub, also die Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Modulationsfrequenzwert beziehungsweise die Differenz zwischen dem zweiten und dem dritten Modulationsfrequenzwert um so größer gewählt, je kleiner der gemessene Abstand ist und umgekehrt. Analog dazu werden im allgemeinen die Zeitabschnitte dahingehend verändert, daß der erste Zeitabschnitt und der dritte Zeitabschnitt um so kleiner gewählt werden, je kleiner der gemessene Abstand und/oder je größer der Betrag der gemessenen Relativgeschwindigkeit ist und umgekehrt. Hierbei ist es dem Fachmann überlassen, die Veränderung des Modulationsfrequenzhubes und die Veränderung der Zeitabschnitte zu kombinieren. Der maximal mögliche Modulationsgfrequenzhub ist in der Regel durch die Hardware des entsprechenden Systems begrenzt.
In der Regel werden der erste und der dritte Modulationsfrequenzwert sowie der erste und der dritte Zeitabschnitt sowie der zweite und der vierte Zeitabschnitt jeweils identisch gewählt, so daß die Modulationsfrequenz über der Zeit einen trapezförmigen Verlauf aufweist. Im allgemeinen Fall können jedoch die Modulationsfrequenzwerte sowie auch die Dauer der Zeitabschnitte unabhängig voneinander gewählt werden. Es liegt weiterhin im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems, daß die Dauer des zweiten und des vierten Zeitabschnitts gegen 0 geht und die Modulationsfrequenz einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist.
Das bevorzugte Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Systems ist im Rahmen einer adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung (Adaptive Cruise Control) in einem Kraftfahrzeug zu sehen. Es sind im allgemeinen Fall jedoch auch alle möglichen weiteren Einsatzmöglichkeiten für das erfindungsgemäße System gegeben, bei denen es darum geht, den Abstand und die Relativgeschwindigkeit zwischen zwei Objekten mittels elektromagnetischer Wellen zu bestimmen. Die im Rahmen der Ausführungsbeispiele beschriebenen Abhängigkeiten von gemessenem Abstand und gemessener Relativgeschwindigkeit stellen nicht die einzig möglichen Abhängigkeiten dar. Es liegt im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems, daß die Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder die Dauer der Zeitabschnitte zusätzlich oder auch ausschließlich von der jeweiligen Fahrsituation abhängig ist. Dazu wird von dem erfindungsgemäßen System ein fahrsituationsabhängiger Parameter gebildet, von dem wiederum die Veränderung der Modulationsfrequenzwerte und/oder die Dauer der Zeitabschnitte abhängig gemacht werden kann. Es liegt im Rahmen des fachmännischen Handelns, weitere Abhängigkeiten, beispielsweise die Fahrzeugeigengeschwindigkeit, Witterungsbedingungen, weitere fahrdynamische Größen oder Straßenzustandsdaten in das System einzubringen. Ebenso denkbar ist die Abhängigkeit der Modulationsfrequenzwerte und/oder die Dauer der Zeitabschnitte von fahrertypabhängigen Parametern, wie sie beispielsweise in einem adaptiven Steuergerät eines automatischen Getriebes gebildet werden.

Claims (14)

1. System zur Messung des Abstands und der Relativgeschwindigkeit zwischen Objekten mittels elektromagnetischer Wellen, mit Mitteln zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen von einem ersten Objekt und mit Mitteln zum Empfangen von reflektierten elektromagnetischen Wellen von wenigstens einem zweiten Objekt, wobei die Frequenz des ausgesendeten Signals derart moduliert wird,
  • - daß die Modulationsfrequenz während eines ersten Zeitabschnittes (T1) näherungsweise linear von einem ersten (f1) auf einen zweiten Modulationsfrequenzwert (f2) ansteigt,
  • - daß die Modulationsfrequenz während eines zweiten Zeitabschnittes (T2) näherungsweise konstant ist,
  • - daß die Modulationsfrequenz während eines dritten Zeitabschnittes (T3) näherungsweise linear von dem zweiten (f2) auf einen dritten Modulationsfrequenzwert (f3) abfällt,
  • - daß die Modulationsfrequenz während eines vierten Zeitabschnittes (T4) näherungsweise konstant ist
  • - und daß sich diese Zeitabschnitte mehrfach wiederholen,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Modulationsfrequenzwerte (f1, f2, f3) und/oder die Dauer wenigstens eines Zeitabschnittes (T1, T2, T3, T4) veränderbar ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung wenigstens von dem gemessenen Abstand und/oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt abhängig ist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung linear, logarithmisch oder entsprechend abgespeicherter Wertepaare von dem gemessenen Abstand und/oder der gemessenen Relativgeschwindigkeit abhängig ist.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Modulationsfrequenzwerte (f1, f2, f3) und/oder die Dauer der Zeitabschnitte (T1, T2, T3, T4) für vorbestimmte Wertebereiche von gemessenen Abstand und/oder gemessener Relativgeschwindigkeit konstant sind und
  • - daß bei Überschreitung der vorbestimmten Wertebereiche eine stufenweise Veränderung der Modulationsfrequenzwerte (f1, f2, f3) und/oder der Dauer der Zeitabschnitte (T1, T2, T3, T4) vorgenommen wird.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der entsprechenden Stufe manuell vorgenommen werden kann.
6. System nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Modulationsfrequenzwert bzw. die Differenz zwischen dem zweiten und dem dritten Modulationsfrequenzwert um so größer gewählt wird (f4, f5, f6) je kleiner der gemessene Abstand ist und umgekehrt (f7, f8, f9).
7. System nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zeitabschnitt und der dritte Zeitabschnitt um so kleiner gewählt wird (T5, T7) je kleiner der gemessene Abstand und/oder je größer der Betrag der gemessenen Relativgeschwindigkeit ist und umgekehrt (T9, T11).
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (f1, f4, f7) und der dritte Modulationsfrequenzwert (f3, f6, f9) identisch sind und die Modulationsfrequenz einen trapezförmigen Verlauf aufweist.
9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (T1, T5, T9) und der dritte Zeitabschnitt (T3, T7, T11) und der zweite (T2, T6, T10) und der vierte Zeitabschnitt (T4, T8, T12) jeweils die gleiche Dauer haben.
10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des zweiten und des vierten Zeitabschnitts gegen Null geht und die Modulationsfrequenz einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist.
11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung fahrsituationsabhängig und/oder fahrertypabhängig ist.
13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenzwerte (f1, f2, f3) oder die Dauer der Zeitabschnitte (T1, T2, T3, T4) konstant sind.
14. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Modulationsfrequenzwerte (f1, f2, f3) zur Optimierung der Abstandsmessung und die Veränderung der Zeitabschnitte (T1, T2, T3, T4) zur Optimierung der Relativgeschwindigkeitsmessung durchgeführt wird.
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