DE102019115719A1 - Driver assistance system for detecting a state variable of an air using a laser beam and a radar wave - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem (1) für ein Fahrzeug (2) zur Erfassung einer Umgebung (34) des Fahrzeugs (2), das Fahrerassistenzsystem (1) aufweisend einen Oszillator (4), der eine erste Radarwelle (10) erzeugt, einen ersten Laser (5), der einen ersten Laserstrahl (6) erzeugt, einen Konverter (7) und eine Phasenregelschleife (33) mit einer Führungsgröße und einer Phase der ersten Radarwelle (10) als Regelgröße, wobei der Konverter (7) einen ersten Teilstrahl (8) des ersten Laserstrahls (6) in eine zweite Radarwelle (9) umwandelt, eine Phase der zweiten Radarwelle (9) die Führungsgröße ist und das Fahrerassistenzsystem (1) die erste Radarwelle (10) und einen zweiten Teilstrahl (11) des ersten Laserstrahls (6) gleichzeitig aussendet, um zumindest anhand eines Unterschiedes zwischen einer Laufzeit der ersten Radarwelle (10) und einer Laufzeit des zweiten Teilstrahls (11) zumindest einen Wert einer Zustandsgröße einer Luft der Umgebung (34) zu bestimmen.The invention relates to a driver assistance system (1) for a vehicle (2) for detecting an environment (34) of the vehicle (2), the driver assistance system (1) comprising an oscillator (4) which generates a first radar shaft (10), a first Laser (5), which generates a first laser beam (6), a converter (7) and a phase-locked loop (33) with a reference variable and a phase of the first radar wave (10) as a controlled variable, wherein the converter (7) comprises a first partial beam ( 8) of the first laser beam (6) into a second radar wave (9), a phase of the second radar wave (9) is the reference variable and the driver assistance system (1) the first radar wave (10) and a second sub-beam (11) of the first laser beam (6) simultaneously emits to determine at least one value of a state variable of an air of the environment (34), at least based on a difference between a transit time of the first radar wave (10) and a travel time of the second sub-beam (11).
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung einer Umgebung des Fahrzeugs mit einem Laser.The invention relates to a driver assistance system for a vehicle for detecting an environment of the vehicle with a laser.
Ein derartiges Fahrerassistenzsystem ist aus der
Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung einer Umgebung des Fahrzeugs dahingehend zu verbessern, dass eine Zustandsgröße einer Luft eines vor dem Fahrzeug befindlichen Raumes bestimmt werden kann.Based on this, it is the object of the present invention to improve a driver assistance system for a vehicle for detecting an environment of the vehicle such that a state variable of an air of a space located ahead of the vehicle can be determined.
Diese Aufgabe wird mit einem Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrerassistenzsystems und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved with a driver assistance system having the features of
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrerassistenzsystem für ein Fahrzeug zur Erfassung einer Umgebung des Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Fahrerassistenzsystem weist einen Oszillator, der eine erste Radarwelle erzeugt, einen ersten Laser, der einen ersten Laserstrahl erzeugt, einen Konverter und eine Phasenregelschleife auf. Die Phasenregelschleife hat eine Führungsgröße und eine Regelgröße. Die Regelgröße ist eine Phase der ersten Radarwelle. Der Konverter wandelt erfindungsgemäß einen ersten Teilstrahl des ersten Laserstrahls in eine zweite Radarwelle um. Weiterhin ist eine Phase der zweiten Radarwelle die Führungsgröße der Phasenregelschleife. Das Fahrerassistenzsystem sendet die erste Radarwelle und einen zweiten Teilstrahl des ersten Laserstrahls gleichzeitig aus, um zumindest anhand eines Unterschiedes zwischen einer Laufzeit der ersten Radarwelle und einer Laufzeit des zweiten Teilstrahls zumindest einen Wert einer Zustandsgröße einer Luft der Umgebung zu bestimmen.To solve the problem, a driver assistance system for a vehicle for detecting an environment of the vehicle is proposed. The driver assistance system includes an oscillator that generates a first radar wave, a first laser that generates a first laser beam, a converter, and a phase locked loop. The phase-locked loop has a reference variable and a controlled variable. The controlled variable is a phase of the first radar wave. The converter converts according to the invention a first partial beam of the first laser beam into a second radar wave. Furthermore, a phase of the second radar wave is the reference variable of the phase locked loop. The driver assistance system simultaneously transmits the first radar wave and a second sub-beam of the first laser beam in order to determine at least one value of a state variable of an ambient air, at least based on a difference between a transit time of the first radar wave and a travel time of the second sub-beam.
Mit der jeweiligen Phase ist ein aktueller Winkel, gemessen in rad, einer ersten bzw. zweiten Schwingung gemeint, die die erste bzw. die zweite Radarwelle erzeugen. Die Umgebung des Fahrzeugs kann zum einen weitere Fahrzeuge, Luft eines unmittelbar an das Fahrzeug angrenzenden Raumes, der das Fahrzeug berührt, und vor allem Luft eines Raumes, der sich in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindet und das Fahrzeug nicht berührt, im Folgenden als vorderer Raum bezeichnet, umfassen. Die Zustandsgröße der Luft ist vorzugsweise eine mittlere Temperatur der Luft in dem vorderen Raum.By the respective phase is meant a current angle, measured in radians, of a first and second oscillation, respectively, which generate the first and the second radar wave, respectively. The environment of the vehicle may be further vehicles, air of a directly adjacent to the vehicle space that touches the vehicle, and especially air of a room that is in the direction of travel in front of the vehicle and does not touch the vehicle, hereinafter referred to as the front room designated include. The state quantity of the air is preferably an average temperature of the air in the front space.
Der Konverter weist vorzugsweise einen Kristall, insbesondere Indium-Antimonit, und noch bevorzugter Indium-Phosphit-Antimonit, auf. Trifft der erste Teilstrahl auf den Kristall, so wird der Kristall in einen angeregten Zustand überführt. Geht der Kristall von seinem angeregten Zustand wieder in seinen Grundzustand über, gibt der Kristall einen Teil der Energie in Form von Radarstrahlung ab.The converter preferably comprises a crystal, in particular indium antimonite, and more preferably indium phosphite antimonite. If the first partial beam strikes the crystal, the crystal is converted into an excited state. When the crystal returns from its excited state to its ground state, the crystal releases some of the energy in the form of radar radiation.
Die Radarstrahlung umfasst hierbei die zweite Radarwelle, wobei eine Energie des zweiten Teilstrahls, die sich aus dem Produkt der Planck-Kontante h und einer Frequenz des ersten Teilstrahls berechnet, ein ganzzahliges Vielfaches einer Energie der zweiten Radarwelle, die sich aus einem Produkt aus der Planck-Konstante h und einer Frequenz der zweiten Radarwelle berechnet, ist.The radar radiation here comprises the second radar wave, wherein an energy of the second sub-beam, which is calculated from the product of the Planck constant h and a frequency of the first sub-beam, an integer multiple of an energy of the second radar wave, which consists of a product of the Planck Constant h and a frequency of the second radar wave is calculated.
Damit der erste Teilstrahl zum einen zu dem Konverter gelangt und zum anderen auch in Richtung eines Objektes vor dem Fahrzeug ausgesendet werden kann, wird der erste Laserstrahl in zumindest einen ersten Teilstrahl, der zu dem Konverter geleitet wird, und in einen zweiten Teilstrahl, der zu einem Ausgang des Fahrerassistenzsystems geleitet wird, aufgeteilt. Der Konverter umfasst bevorzugt eine Halterung oder ein Gehäuse, welches den Kristall sichert und ausrichtet.In order for the first partial beam to reach the converter on the one hand and for the other to be emitted in the direction of an object in front of the vehicle, the first laser beam is converted into at least a first partial beam, which is conducted to the converter, and into a second partial beam, which an output of the driver assistance system is divided. The converter preferably comprises a holder or housing which secures and aligns the crystal.
Zur Erzeugung der zweiten Radarwelle kann der Konverter eine dotierte Glasfaser, besonders vorteilhaft eine Ytterbium-dotierte Glasfaser, aufweisen. Der Konverter erzeugt aus dem ersten Teilstrahl durch unelastische Streuung, vorzugsweise durch Brillouin-Streuung, die zweite Radarwelle. Zur Erzeugung der zweiten Radarwelle kann neben dem ersten Teilstrahl gemäß einer speziellen Variante ein weiterer Laserstrahl, der phasensynchron zu dem ersten Teilstrahl ist, verwendet werden. Der weitere Laserstrahl kann vorzugsweise in einen ersten Teilstrahl des weiteren Laserstrahls und einen zweiten Teilstrahl des weiteren Laserstrahls aufgeteilt werden. Der zweite Teilstrahl des weiteren Laserstrahls wird bei dieser Variante gleichzeitig mit der ersten Radarwelle und dem zweiten Teilstrahl ausgesandt. In einer weiteren Variante besteht der Konverter aus einer Photodiode, die von dem ersten Teilstrahl und dem weiteren Laserstrahl oder dem ersten Teilstrahl und dem ersten Teilstrahl des weiteren Laserstrahls beleuchtet wird.To generate the second radar wave, the converter may comprise a doped glass fiber, particularly advantageously an ytterbium-doped glass fiber. The converter generates from the first partial beam by inelastic scattering, preferably by Brillouin scattering, the second radar wave. In order to generate the second radar wave, in addition to the first sub-beam according to a special variant, a further laser beam which is in phase synchronization with the first sub-beam can be used. The further laser beam can preferably be divided into a first partial beam of the further laser beam and a second partial beam of the further laser beam. The second partial beam of the further laser beam is emitted in this variant simultaneously with the first radar wave and the second partial beam. In a further variant, the converter consists of a photodiode, which of the first partial beam and the another laser beam or the first partial beam and the first partial beam of the further laser beam is illuminated.
Über eine Streifenleitung kann die zweite Radarwelle zu einem Eingang der Phasenregelschleife geleitet werden. Die Laufzeit der ersten Radarwelle, im Folgenden erste Laufzeit genannt, und die Laufzeit des zweiten Teilstrahls, im Folgenden zweite Laufzeit genannt können wie folgt ermittelt werden. Bevorzugt wird ein erster Zeitpunkt, in dem die erste Radarwelle und der zweite Teilstrahl gleichzeitig in Richtung des Objektes ausgesendet werden erfasst. Im Anschluss daran wird ein zweiter Zeitpunkt, in dem die an dem Objekt reflektierte erste Radarwelle mit einem ersten Detektor empfangen wird, und ein dritter Zeitpunkt, in dem der an dem Objekt reflektierte zweite Teilstrahl mit einem zweiten Detektor empfangen wird, erfasst. Die erste Laufzeit ist der Zeitunterschied zwischen dem zweiten und dem ersten Zeitpunkt und die zweite Laufzeit der Zeitunterschied zwischen dem dritten und dem ersten Zeitpunkt.Via a stripline, the second radar wave can be directed to an input of the phase locked loop. The transit time of the first radar wave, hereinafter referred to as the first transit time, and the transit time of the second sub-beam, referred to below as the second transit time, can be determined as follows. Preferably, a first time in which the first radar wave and the second partial beam are transmitted simultaneously in the direction of the object is detected. Following this, a second point in time at which the first radar wave reflected by the object is received by a first detector and a third point in time at which the second partial beam reflected by the object is received by a second detector are detected. The first runtime is the time difference between the second and the first time and the second runtime is the time difference between the third and the first time.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass die Lichtgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in Luft von einem Wert der Zustandsgröße und Werten von weiteren Zustandsgrößen der Luft und einer Wellenlänge der elektromagnetischen Welle, abhängt. Die Zustandsgröße und die weiteren Zustandsgrößen können beispielsweise eine Temperatur, ein Druck, eine relative Feuchte und ein CO2-Gehalt der Luft sein. Berechnungsvorschriften, die einen Zusammenhang zwischen diesen Zustandsgrößen und der Lichtgeschwindigkeit in Luft beschreiben, sind in der Veröffentlichung
Eine Änderung eines Wertes der Zustandsgröße oder der weiteren Zustandsgrößen haben jeweils einen unterschiedlich starken Einfluss auf eine Änderung der Lichtgeschwindigkeit. Dabei wirken sich eine prozentuale Änderung der Temperatur, des Druckes, der relativen Feuchte und des CO2-Gehaltes jeweils in absteigender Reihenfolge auf eine Änderung der Lichtgeschwindigkeit aus. Hinzu kommt, dass die jeweiligen Werte der Zustandsgröße und der weiteren Zustandsgrößen der Luft in dem vorderen Raum für gewöhnlich unterschiedlich stark entlang einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs schwanken. So ist beispielsweise eine Änderung des Druckes entlang der Fahrtrichtung üblicherweise prozentual geringer als eine Änderung der Temperatur oder der relativen Feuchte entlang der Fahrtrichtung. Werden neben der ersten und der zweiten Laufzeit zusätzlich Werte die weiteren Zustandsgrößen mit Hilfe von Sensoren des Fahrzeugs gemessen, beispielsweise jeweils ein Wert des Drucks, der relativen Feuchte und des CO2-Gehalts, so kann mit Hilfe aller gemessenen Größen die mittlere Temperatur der Luft des vorderen Raumes approximiert werden.A change in a value of the state variable or the further state variables each have a different influence on a change in the speed of light. In this case, a percentage change in the temperature, the pressure, the relative humidity and the CO 2 content each act in descending order on a change in the speed of light. In addition, the respective values of the state quantity and the other state variables of the air in the front space usually vary in different degrees along a traveling direction of the vehicle. For example, a change in pressure along the direction of travel is usually lower in percentage than a change in temperature or relative humidity along the direction of travel. If, in addition to the first and second running times, additional values of the further state variables are measured with the aid of sensors of the vehicle, for example a value of the pressure, the relative humidity and the CO 2 content, the mean temperature of the air can be determined with the aid of all measured variables of the front room are approximated.
Dies ermöglicht es, insbesondere bei kritischen Wetterbedingungen, wie bei Glatteis oder Nebel, die Umgebungsbedingungen der Luft des vorderen Raumes und bevorzugt auch einen Zustand einer Oberfläche einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug sich bewegt, zu approximieren. Beispielsweise kann bei Wetterbedingungen, bei denen eine Bildung von Glatteis sehr wahrscheinlich ist, eine minimale Änderung der relativen Feuchte oder der Temperatur die Glatteisbildung bewirken.This makes it possible to approximate the environmental conditions of the air of the front space, and preferably also a state of a surface of a roadway on which the vehicle is moving, especially in critical weather conditions, such as in black ice or fog. For example, in weather conditions where ice formation is very likely, a minimum change in relative humidity or temperature can cause black ice formation.
Die Zustandsgröße der Luft mit Hilfe des vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystems zu bestimmen, hat nun mehrere Vorteile.Determining the state variable of the air with the aid of the proposed driver assistance system now has several advantages.
Durch eine Erfassung der ersten und zweiten Laufzeit und dadurch, dass eine Wellenlänge der ersten Radarwelle und eine Wellenlänge des zweiten Teilstrahls bekannt sind, können mit Hilfe der Laufzeiten und der Wellenlängen zumindest zwei Werte von Stützstellen von zumindest einer der oben genannten Berechnungsvorschriften für die Berechnung der von der Wellenlänge abhängigen Lichtgeschwindigkeit bestimmt werden. Mit Hilfe der Berechnungsvorschriften kann ein Gleichungssystem zur Bestimmung der mittleren Temperatur der Luft des vorderen Raumes aufgestellt werden, das die erste und die zweite Laufzeit und Werte der weiteren Zustandsgrößen der Luft, wie beispielsweise der relativen Feuchte, des CO2-Gehalts und/oder des Drucks enthält.By detecting the first and second transit times and in that one wavelength of the first radar wave and a wavelength of the second With the aid of the transit times and the wavelengths, at least two values of interpolation points of at least one of the abovementioned calculation rules for the calculation of the wavelength-dependent speed of light can be determined. With the help of the calculation rules, a system of equations for determining the average temperature of the air of the front room can be set up, which records the first and second transit times and values of the further state variables of the air, such as the relative humidity, the CO 2 content and / or the Contains pressure.
Gemäß einer ersten Variante ist es möglich, dass die Werte der weiteren Zustandsgrößen der Luft mithilfe der Sensoren gemessen werden.According to a first variant, it is possible that the values of the further state variables of the air are measured by means of the sensors.
Gemäß einer zweiten Variante kann vorgesehen sein, dass die Werte der weiteren Zustandsgrößen der Luft für die Berechnung des Wertes der Zustandsgröße als konstant angenommen werden. Bei dieser zweiten Variante der Berechnung des Wertes der Zustandsgröße werden vorzugsweise Werte der weiteren Zustandsgrößen verwendet, die die Luft in einer Region, in der sich das Fahrzeug zu einem Zeitpunkt, in dem die Laufzeiten gemessen werden, befindet, im Jahresmittel aufweist. Die zweite Variante stellt zwar eine kostengünstige Methode zur Berechnung des Wertes der Zustandsgröße dar, ist aber gegenüber der ersten Variante ungenauer.According to a second variant, it may be provided that the values of the further state variables of the air are assumed to be constant for the calculation of the value of the state variable. In this second variant of the calculation of the value of the state variable, preferably values of the further state variables are used which have the average annual air in a region in which the vehicle is at a time in which the transit times are measured. Although the second variant represents a cost-effective method for calculating the value of the state variable, it is inaccurate compared to the first variant.
Die Wellenlänge der Radarwelle beträgt etwa 1 mm bis 1 cm, im Folgenden erste Wellenlänge genannt, und die Wellenlänge des zweiten Teilstrahls etwa 1 nm bis 1 µm, im Folgenden zweite Wellenlänge genannt. Dadurch, dass die zweite Wellenlänge um einen Faktor von etwa 1000 kleiner als die erste Wellenlänge ist, liegen die beiden Stützstellen in einem möglichen Raum von möglichen Stützstellen vergleichsweise weit auseinander. Dies kann den Vorteil haben, dass das Gleichungssystem besonders gut konditioniert ist, wobei eine gute Konditionierung bedeutet, dass sich eine Ungenauigkeit einer einzelnen Größe, hier die erste und/oder zweite Wellenlänge, verhältnismäßig wenig auf eine Änderung einer zu errechnenden Größe, hier die mittlere Temperatur, auf Basis des Gleichungssystems auswirkt.The wavelength of the radar wave is about 1 mm to 1 cm, hereinafter referred to as the first wavelength, and the wavelength of the second partial beam about 1 nm to 1 .mu.m, hereinafter referred to as the second wavelength. Due to the fact that the second wavelength is smaller than the first wavelength by a factor of about 1000, the two interpolation points are relatively far apart in a possible space from possible interpolation points. This can have the advantage that the system of equations is particularly well conditioned, with good conditioning meaning that an inaccuracy of a single variable, in this case the first and / or second wavelength, relatively little to a change in a variable to be calculated, here the mean Temperature, based on the system of equations.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die erste Radarwelle durch den mit Hilfe der Phasenregelschleife geregelten Oszillator unter Verwendung der zweiten Radarwelle als Führungsgröße erzeugt wird. Dies bewirkt, dass die erste Radarwelle jeweils eine feste Phasenbeziehung zu dem ersten Laserstrahl, dem ersten und zweiten Teilstrahl hat und eine Frequenzschwankung über ein Zeitintervall der ersten Radarwelle deutlich geringer als bei einer Verwendung eines Schwingquarzes als Taktgeber für den Oszillator ist. Eine feste Phasenbeziehung zwischen einer ersten und einer zweiten Welle meint, dass sich eine Phase der ersten Welle durch ein Produkt mit einer Phase der zweiten Welle als einen ersten Faktor und einer konstanten Zahl als einen zweiten Faktor beschreiben lässt.Another advantage is that the first radar wave is generated by the phase locked loop controlled oscillator using the second radar wave as a reference variable. This causes the first radar wave to each have a fixed phase relationship to the first laser beam, the first and second partial beam and a frequency fluctuation over a time interval of the first radar wave is significantly lower than when using a quartz oscillator as a clock generator for the oscillator. A fixed phase relationship between a first and a second wave means that a phase of the first wave can be described by a product with a phase of the second wave as a first factor and a constant number as a second factor.
Des Weiteren würde bei einer Verwendung von zwei verschiedenen Quarzen eine Ungenauigkeit eines jeweiligen Quarzes bei sich verändernden Umgebungsbedingungen unterschiedlich stark sein, wodurch jeweilige mit Hilfe der Quarze erzeugte Frequenzen unterschiedlich stabil über einen Zeitraum sind und zu hohen Messungenauigkeiten führen könnten.Furthermore, if two different quartzes were used, inaccuracy of a particular quartz would be variable with changing environmental conditions, whereby respective frequencies generated by the quartz would be differentially stable over a period of time and could lead to high inaccuracies in measurement.
Bei dem vorgeschlagenen Fahrerassistenzsystem hingegen funktioniert der erste Laser wie ein Taktgeber für den Oszillator, wodurch eine Ungenauigkeit des Oszillators und damit ein Phasenrauschen der ersten Welle reduziert werden kann. Kann die erste Radarwelle mit der ersten Wellenlänge durch die zweite Radarwelle stabiler, d.h. mit einem geringeren Phasenrauschen, als mit einem Schwingquarz erzeugt werden, so kann der Wert der Zustandsgröße präziser bestimmt werden.On the other hand, in the proposed driver assistance system, the first laser functions as a clock for the oscillator, whereby an inaccuracy of the oscillator and thus a phase noise of the first wave can be reduced. The first radar wave having the first wavelength can be made more stable by the second radar wave, i. With a lower phase noise than is generated with a quartz crystal, the value of the state quantity can be determined more precisely.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Phasenregelschleife zumindest einen ersten Frequenzteiler aufweist, mit dem eine Frequenz der ersten Radarwelle einstellbar ist. Dadurch, dass die Frequenz der ersten Radarwelle einstellbar ist, können weitere Werte von Stützstellen der Berechnungsvorschriften ermittelt werden. Der gleiche Vorteil ergibt sich, wenn der erste Laser als ein abstimmbarer Laser ausgebildet ist, mit dem eine Frequenz des ersten Laserstrahls geändert werden kann. Möglich ist auch, dass der Konverter einstellbar ist und mit dem einstellbaren Konverter eine Frequenz der zweiten Radarwelle veränderbar ist, wodurch sich die Frequenz der ersten Radarwelle aufgrund einer Kopplung über die Phasenregelschleife ergibt.In an advantageous embodiment, it is provided that the phase-locked loop has at least one first frequency divider with which a frequency of the first radar wave can be set. Due to the fact that the frequency of the first radar wave is adjustable, further values of interpolation points of the calculation rules can be determined. The same advantage arises when the first laser is designed as a tunable laser with which a frequency of the first laser beam can be changed. It is also possible that the converter is adjustable and with the adjustable converter, a frequency of the second radar wave is variable, resulting in the frequency of the first radar wave due to a coupling via the phase locked loop.
Eine besonders einfache Möglichkeit die Frequenz der ersten Radarwelle zu ändern wird jedoch durch den ersten Frequenzteiler bereitgestellt. Der erste Frequenzteiler ist vorzugsweise in einem Rückkopplungspfad von einem Ausgang des Oszillators und einem Eingang eines Phasenkomparators der Phasenregelschleife angeordnet. In vorteilhafter Weise weist die Phasenregelschleife einen zweiten Frequenzteiler auf, der sich vor einem ersten Eingang des Phasenkomparators befindet, um eine Frequenz der zweiten Radarwelle zu teilen. Beide Frequenzteiler können eine jeweilige eingangsseitige Frequenz durch eine ganze Zahl teilen und jeweils an ihrem Ausgang eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz, die gleich einem Ergebnis dieser Teilung ist, ausgeben.However, a particularly simple way of changing the frequency of the first radar wave is provided by the first frequency divider. The first frequency divider is preferably arranged in a feedback path from an output of the oscillator and an input of a phase comparator of the phase locked loop. Advantageously, the phase locked loop has a second frequency divider located in front of a first input of the phase comparator to divide a frequency of the second radar wave. Both frequency dividers can divide a respective input-side frequency by an integer and each output at its output an electromagnetic wave having a frequency equal to a result of this division.
Mit Hilfe des ersten und des zweiten Frequenzteilers ist es möglich, die erste Radarwelle mit einer Frequenz zu erzeugen, deren Wert in einem einstellbaren Verhältnis zu einem Wert der Frequenz der zweiten Radarwelle und insbesondere des ersten Laserstrahls steht. Das Verhältnis kann durch einen Quotienten angegeben werden, wobei ein Dividend des Quotienten eine natürliche Zahl n und ein Divisor des Quotienten eine natürliche Zahl m ist. Die natürliche Zahl m gibt das Teilerverhältnis des ersten Frequenzteilers und die natürliche Zahl n ein Teilerverhältnis des zweiten Frequenzteilers an. Die Werte m und n können jeweils variabel, bevorzugt mithilfe einer Steuereinheit, an dem ersten bzw. zweiten Frequenzteiler eingestellt werden. With the aid of the first and the second frequency divider, it is possible to generate the first radar wave with a frequency whose value is in an adjustable ratio to a value of the frequency of the second radar wave and in particular of the first laser beam. The ratio can be given by a quotient, where a dividend of the quotient is a natural number n and a divisor of the quotient is a natural number m. The natural number m indicates the divider ratio of the first frequency divider and the natural number n indicates a divider ratio of the second frequency divider. The values m and n can each be adjusted variably, preferably by means of a control unit, at the first or second frequency divider.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Fahrerassistenzsystem einen zweiten Laser auf, der mit dem ersten Laser derart gekoppelt ist, dass der erste Laser den zweiten Laser mithilfe des ersten Laserstrahls, des ersten oder zweiten Teilstrahls anregen kann. Der zweite Laser erzeugt einen zweiten Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die unterschiedlich zu der zweiten Wellenlänge ist. Der zweite Laserstrahl hat eine feste Phasenbeziehung zu dem ersten Laserstrahl. Dies wird durch die Kopplung der beiden Laser erreicht. Das Fahrerassistenzsystem sendet den zweiten Laserstrahl gleichzeitig mit dem zweiten Teilstrahl aus und berechnet eine dritte Laufzeit des zweiten Laserstrahls analog zu der Laufzeit des zweiten Teilstrahls.In an advantageous embodiment, the driver assistance system has a second laser which is coupled to the first laser such that the first laser can excite the second laser by means of the first laser beam, the first or second partial beam. The second laser generates a second laser beam having a wavelength different from the second wavelength. The second laser beam has a fixed phase relationship with the first laser beam. This is achieved by coupling the two lasers. The driver assistance system transmits the second laser beam simultaneously with the second partial beam and calculates a third transit time of the second laser beam analogously to the transit time of the second partial beam.
Da der zweite Laserstrahl eine zur zweiten Wellenlänge unterschiedliche Wellenlänge hat und daher der zweite Laserstrahl eine zum zweiten Teilstrahl unterschiedliche Lichtgeschwindigkeit in dem vorderen Raum hat, kann mithilfe der dritten Laufzeit eine weitere unabhängige Gleichung des Gleichungssystems zur Bestimmung des Wertes der Zustandsgröße gebildet werden. Dies ermöglicht es, auf zumindest eine Messung eines Wertes einer der weiteren Zustandsgrößen zu verzichten, beispielsweise auf eine Messung des Wertes des Druckes.Since the second laser beam has a wavelength which is different from the second wavelength and therefore the second laser beam has a different speed of light in the front space than the second partial beam, a further independent equation of the system of equations for determining the value of the state variable can be formed with the aid of the third transit time. This makes it possible to dispense with at least one measurement of a value of one of the further state variables, for example, a measurement of the value of the pressure.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Fahrerassistenzsystem einen weiteren Oszillator zum Erzeugen einer dritten Radarwelle und eine weitere Phasenregelschleife aufweist. Die weitere Phasenregelschleife regelt den weiteren Oszillator derart, dass die dritte Radarwelle jeweils eine feste Phasenbeziehung zu der ersten Radarwelle und dem zweiten Teilstrahl hat und eine gegenüber der ersten Radarwelle verschiedene Frequenz hat. Das Fahrerassistenzsystem sendet die dritte Radarwelle, die erste Radarwelle und den zweiten Teilstrahl gleichzeitig aus. Diese Weiterbildung ergibt die gleichen Vorteile wie die oben genannte Ergänzung des Fahrerassistenzsystems durch den zweiten Laser, da die Wellenlänge der dritten Radarwelle gegenüber der ersten Radarwelle verschieden ist. Vorteilhaft kann bei dieser Weiterbildung auf eine Messung der relativen Feuchte verzichtet werden.In a further development, it is provided that the driver assistance system has a further oscillator for generating a third radar wave and a further phase locked loop. The further phase-locked loop controls the further oscillator such that the third radar wave has a fixed phase relationship to the first radar wave and the second sub-beam and has a different frequency than the first radar wave. The driver assistance system transmits the third radar wave, the first radar wave and the second sub-beam simultaneously. This development gives the same advantages as the above-mentioned supplement of the driver assistance system by the second laser, since the wavelength of the third radar wave is different from the first radar wave. Advantageously, in this development, a measurement of the relative humidity can be dispensed with.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiter ein Verfahren zur Erfassung einer Umgebung eines Fahrzeugs mit den folgenden Schritten vorgeschlagen. In einem ersten Schritt wird der erste Laserstrahl mit dem ersten Laser erzeugt. In einem zweiten Schritt wird die zweite Radarwelle mithilfe des Konverters und des ersten Teilstrahls des ersten Laserstrahls erzeugt. In einem dritten Schritt wird die erste Radarwelle mithilfe eines Oszillators erzeugt, wobei der Oszillator mithilfe der Phasenregelschleife geregelt wird und eine Phase der ersten Radarwelle als Regelgröße und eine Phase der zweiten Radarwelle als Führungsgröße verwendet wird. In einem vierten Schritt werden die erste Radarwelle und der zweite Teilstrahls des ersten Laserstrahls gleichzeitig ausgesendet. In einem fünften Schritt wird eine jeweilige Laufzeit der ersten Radarwelle und des zweiten Teilstrahls zwischen dem Fahrerassistenzsystem und einem Objekt, an dem der zweite Teilstrahl und die erste Radarwelle reflektiert werden, gemessen. In einem sechsten Schritt wird ein Wert einer Zustandsgröße der Luft der Umgebung anhand der Laufzeiten ermittelt.To achieve the object, a method for detecting an environment of a vehicle is further proposed with the following steps. In a first step, the first laser beam is generated with the first laser. In a second step, the second radar wave is generated by means of the converter and the first sub-beam of the first laser beam. In a third step, the first radar wave is generated by means of an oscillator, wherein the oscillator is controlled by means of the phase locked loop and a phase of the first radar wave is used as a controlled variable and a phase of the second radar wave as a reference variable. In a fourth step, the first radar wave and the second sub-beam of the first laser beam are emitted simultaneously. In a fifth step, a respective transit time of the first radar wave and of the second sub-beam is measured between the driver assistance system and an object on which the second sub-beam and the first radar wave are reflected. In a sixth step, a value of a state variable of the ambient air is determined based on the transit times.
Der Wert der Zustandsgröße kann, wie oben beschrieben, mit Hilfe des Gleichungssystems und der gemessenen Laufzeit der ersten Radarwelle und der Laufzeit des zweiten Teilstrahls ermittelt werden.The value of the state variable can, as described above, be determined with the aid of the equation system and the measured transit time of the first radar wave and the transit time of the second sub-beam.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Schritte eins bis sechs mehrere Male durchgeführt werden und zumindest anhand der jeweils gemessenen Laufzeiten ein Modell generiert wird. Das Modell berücksichtigt zumindest ein Ausbreitungsverhalten des zweiten Teilstrahls und/oder der ersten Radarwelle in Abhängigkeit der Zustandsgröße berücksichtigt.An advantageous embodiment of the method provides that the steps one to six are performed several times and at least based on the respective measured maturities a model is generated. The model takes into account at least one propagation behavior of the second partial beam and / or the first radar wave as a function of the state variable.
Ein Generieren des Modells meint, dass Funktionen zwischen Eingangswerten des Modells und zumindest einem Ausgangswert des Modells vor dem Generieren des Modells bereits vorhanden sind und während des Generierens Werte von Parametern der Funktionen an Werte von mehreren Datensätzen angepasst werden. Dabei wird ein einzelner Datensatz vorzugsweise dann erzeugt, wenn die Schritte eins bis sechs absolviert wurden. Der einzelne Datensatz weist zumindest die beiden Laufzeiten und den Wert der Zustandsgröße auf. Ein weiterer Datensatz wird vorzugsweise dann generiert, wenn die Schritte eins bis sechs ein weiteres Mal durchgeführt wurden.Generating the model means that functions already exist between input values of the model and at least one output value of the model before generating the model, and during the generation, values of parameters of the functions are adapted to values of several data sets. In this case, a single data record is preferably generated when steps one to six have been completed. The individual data record has at least the two transit times and the value of the state variable. Another record is preferably generated when steps one through six have been performed a second time.
Die Funktionen berücksichtigen ein Ausbreitungsverhalten, insbesondere die Lichtgeschwindigkeit der ersten Radarwelle und die Lichtgeschwindigkeit des zweiten Teilstrahls, und können in einer ersten Variante die oben genannten Berechnungsvorschriften enthalten. Gemäß einer zweiten Variante können die Funktionen auch Funktionen eines neuronalen Netzes sein, welche nach einem Training des neuronalen Netzes das Ausbreitungsverhalten modellieren.The functions take into account a propagation behavior, in particular the speed of light of the first radar wave and the speed of light of the second sub-beam, and can be combined in one first variant contain the above calculation rules. According to a second variant, the functions may also be functions of a neural network which model the propagation behavior after training of the neural network.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung fließt bei einer Generierung des Modells ein gemessener Wert der Zustandsgröße mit ein. Der gemessene Wert wird zu einem Zeitpunkt gemessen, in dem sich das Fahrzeug in einem Luftvolumen befindet, in dem sich zuvor der zweite Teilstrahl und die erste Radarwelle ausgebreitet haben.According to an advantageous development, when the model is generated, a measured value of the state variable is included. The measured value is measured at a time when the vehicle is in an air volume in which previously the second sub-beam and the first radar wave have propagated.
Bei dieser Weiterbildung wird der Wert der Zustandsgröße nach einem Messen der jeweiligen Laufzeiten gemessen. Dadurch, dass sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt der Messung des Wertes der Zustandsgröße in dem genannten Luftvolumen befindet, entspricht der gemessene Wert der Zustandsgröße annähernd einem realen Wert der Zustandsgröße, der zuvor mit Hilfe der gemessenen Laufzeiten und der oben beschriebenen Berechnungsvorschriften ermittelt wurde. Vorzugsweise wird ein Unterschied zwischen dem gemessenen Wert und dem ermittelten Wert der Zustandsgröße erfasst und anhand des Unterschiedes das Modell, insbesondere die Werte der Parameter der Funktionen, angepasst. Diese Weiterbildung ermöglicht somit, das Modell zu korrigieren.In this development, the value of the state variable is measured after measuring the respective transit times. Since the vehicle is in the said air volume at the time of measuring the value of the state variable, the measured value of the state variable corresponds approximately to a real value of the state variable which was previously determined with the aid of the measured transit times and the calculation rules described above. Preferably, a difference between the measured value and the determined value of the state variable is detected, and the model, in particular the values of the parameters of the functions, is adapted on the basis of the difference. This development thus makes it possible to correct the model.
Eine besondere Ausgestaltung sieht vor, dass bei einem Generieren des Modells zumindest eine erste Materialeigenschaft des Objektes bekannt ist und mithilfe des Modells, der gemessen Laufzeiten und zumindest eines gemessenen Wertes der Zustandsgröße die erste oder eine weitere Materialeigenschaft eines zu detektierenden Objektes erkannt wird.A particular embodiment provides that at least one first material property of the object is known when the model is generated, and the first or a further material property of an object to be detected is recognized by means of the model, the measured transit times and at least one measured value of the state variable.
Bei dieser Ausgestaltung hat das Modell vorzugsweise die gemessenen Laufzeiten, den gemessenen Wert der Zustandsgröße und bevorzugt weitere Werte der weiteren Zustandsgrößen der Luft als Eingangswerte und eine zu erkennende Materialeigenschaft des zu detektierenden Objektes als Ausgangswert.In this embodiment, the model preferably has the measured transit times, the measured value of the state variable, and preferably further values of the further state variables of the air as input values and a material property to be detected of the object to be detected as output value.
Bevorzugt wird mithilfe des Modells eine modellierte Intensität eines Empfangssignals des ausgesendeten zweiten Teilstrahls und/oder der ersten Radarwelle bestimmt. Im Anschluss daran wird bevorzugt ein Vergleich der modellierten Intensität mit einer gemessenen Intensität eines Empfangssignals des ausgesendeten zweiten Teilstrahls beziehungsweise der ersten Radarwelle durchgeführt und anhand eines Ergebnisses des Vergleiches und einem gemessenen Wert der Zustandsgröße die erste oder eine weitere Materialeigenschaft eines weiteren Objektes bestimmt.Preferably, a modeled intensity of a received signal of the transmitted second partial beam and / or the first radar wave is determined with the aid of the model. Subsequently, a comparison of the modeled intensity with a measured intensity of a received signal of the emitted second partial beam or of the first radar wave is preferably carried out, and the first or a further material property of a further object is determined on the basis of a result of the comparison and a measured value of the state variable.
Der Vorteil dieser Weiterbildung des Verfahrens ist, dass neben den gemessenen Laufzeiten zusätzlich die gemessenen Intensitäten der beiden Empfangssignale benutzt werden. Weil die Laufzeit unabhängig von den gemessenen Intensitäten der Empfangssignale ist, liegt mit Hilfe der gemessenen Intensitäten der Empfangssignale zumindest eine weitere Information vor, über die die erste oder die weitere Materialeigenschaft erkannt werden kann.The advantage of this further development of the method is that, in addition to the measured transit times, the measured intensities of the two received signals are additionally used. Because the transit time is independent of the measured intensities of the received signals, with the aid of the measured intensities of the received signals there is at least one further piece of information via which the first or the further material property can be detected.
Eine mögliche Anwendung kann beispielsweise vorsehen, dass anhand der gemessenen Intensitäten der beiden Empfangssignale erkannt wird, dass das Objekt eine metallisch bedampfte Oberfläche hat, an der der zweite Teilstrahl sehr gut reflektiert wird, und die Oberfläche auf einem die erste Radarwelle absorbierenden Kunststoff aufgebracht ist. Gemäß einer zweiten möglichen Anwendung kann anhand der gemessenen Intensitäten der beiden Empfangssignale erkannt werden, ob das Objekt eine mattschwarz lackierte Eisenschicht hat, die ein starkes Radarecho generiert, aber große Teile des zweiten Teilstrahls absorbiert. Des Weiteren können die gemessenen Laufzeiten dazu verwendet werden, zu bestimmen, in welcher Entfernung sich ein Material mit der ersten oder der weiteren erkannten Materialeigenschaft in Bezug zu dem Fahrerassistenzsystem befindet.One possible application may provide, for example, that it is detected on the basis of the measured intensities of the two received signals that the object has a metallic vapor-deposited surface on which the second partial beam is reflected very well, and the surface is applied on a plastic absorbing the first radar wave. According to a second possible application, it can be detected on the basis of the measured intensities of the two received signals whether the object has a matt black lacquered iron layer which generates a strong radar echo but absorbs large parts of the second partial beam. Furthermore, the measured transit times may be used to determine at which distance a material with the first or the further recognized material property is related to the driver assistance system.
Eine weitere Variante des Verfahrens kann vorsehen, dass zumindest anhand des Wertes der Zustandsgröße ein erster Zustand einer Fahrbahn, auf dem sich das Fahrzeug befindet, bestimmt wird. Weiterhin kann zumindest mithilfe eines Raddrehzahlsensors eines Rades des Fahrzeugs und einem Reibwertmodell zur Bestimmung eines Reibwertes zwischen dem Rad und der Fahrbahn ein zweiter Zustand der Fahrbahn bestimmt werden. Anschließend kann ein Vergleich zwischen dem ersten Zustand der Fahrbahn und dem zweiten Zustand der Fahrbahn durchgeführt werden und anhand eines Ergebnisses des Vergleiches das Modell korrigiert werden.A further variant of the method may provide that a first state of a roadway on which the vehicle is located is determined at least on the basis of the value of the state variable. Furthermore, at least by means of a wheel speed sensor of a wheel of the vehicle and a friction coefficient model for determining a coefficient of friction between the wheel and the roadway, a second state of the roadway can be determined. Subsequently, a comparison between the first state of the roadway and the second state of the roadway can be carried out and the model can be corrected on the basis of a result of the comparison.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Figuren. Dabei bezeichnet ein mehrfach verwendetes Bezugszeichen dieselbe Komponente. Die Figuren zeigen schematisch in:
-
1 ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem zur Erzeugung eines Laserstrahls und einer Radarwelle, -
2 das Fahrerassistenzsystem aus 1 mit einem Laser, einem Konverter und einer Phasenregelschleife, -
3 ein Verlauf der Radarwelle und ein Verlauf der zum Laserstrahl korrespondierenden elektromagnetischen Welle, -
4 ein weiteres Fahrerassistenzsystem mit zwei Lasern, einem Konverter und einer Phasenregelschleife.
-
1 a vehicle with a driver assistance system for generating a laser beam and a radar wave, -
2 thedriver assistance system 1 with a laser, a converter and a phase locked loop, -
3 a course of the radar wave and a course of the laser beam corresponding to the electromagnetic wave, -
4 Another driver assistance system with two lasers, a converter and a phase locked loop.
Die zweite Radarwelle
Die erste Radarwelle
Das Fahrerassistenzsystem
Die Auswertungs- und Steuereinheit
Des Weiteren bestimmt die Auswertungs- und Steuereinheit
Weiterhin weist die Steuer- und Auswertungseinheit
Ein einzelner Datensatz umfasst dabei vorzugsweise die erste und die zweite Laufzeit oder jeweilige mit den Detektoren
Innerhalb des Modells
Des Weiteren beträgt eine Wellenlänge der ersten Radarwelle
Auch die veränderte erste Radarwelle
Die zweite Phasenregelschleife
Mit Hilfe des zusätzlichen zweiten Laserstrahls
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2014/0104051 A1 [0002]US 2014/0104051 A1 [0002]
- US 7742152 B2 [0002]US 7742152 B2
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „The Refractive Index of Air“, Metrologia 2 (1966), Seiten 71-80, von B. Edlen [1] und in der Veröffentlichung „The Refractivity of Air“, Journal of Research of the National Bureau of Standards, Vol. 86, No. 1, January-February 1981 [0012]"The Refractive Index of Air," Metrologia 2 (1966), pages 71-80, by B. Edlen [1] and in the publication "The Refractivity of Air", Journal of Research of the National Bureau of Standards, Vol. 86 , No. 1, January-February 1981 [0012]
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Date | Code | Title | Description |
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R230 | Request for early publication |