DE4429419A1 - Determining road state by car mounted radar - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Straßenzustandes einer Fahrbahn gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a method for determining the Road condition of a roadway according to the preamble of Claim 1 and an arrangement for performing the Method according to the preamble of patent claim 5.
Allgemein bekannt ist, daß zur Erkennung der Oberflächen beschaffenheit von Straßen, Pisten und Rollfeldern ein Millimeterwellenradar verwendet werden kann. Dabei sind zumindest Aussagen über den Nässegrad sowie die Struktur der Oberfläche möglich. It is generally known that for the detection of surfaces condition of roads, slopes and taxiways Millimeter wave radar can be used. Are there at least statements about the degree of wetness and the structure the surface possible.
Aus G. Käs "Radartechnik", ISBN 3-88508-685-9, Aufl. 1981, Seiten 76 bis 79, ist ein vsb-Radar bekannt, welches an einem Fahrzeug montiert ist und aus einer Antenne sowie einem Dopplerradar, einem Verstärker und einem Filter eines Hochfrequenzumsetzers besteht. Der Hochfrequenzum setzer weist zusätzlich einen Pulsformer und einen Lückenfüller auf. Ferner ist der Hochfrequenzumsetzer mit einer Auswerteeinheit verbunden.From G. Käs "Radartechnik", ISBN 3-88508-685-9, edition 1981, Pages 76 to 79, a vsb radar is known, which on a vehicle is mounted and an antenna as well a Doppler radar, an amplifier and a filter a high frequency converter. The high frequency um Setzer also has a pulse shaper and a gap filler on. The high-frequency converter is also included connected to an evaluation unit.
Mittels dieses vsb-Radars ist der Straßenzustand einer Fahrbahn zwar sehr grob zu erkennen, die Fehlerrate ist jedoch hoch.Using this vsb radar, the road condition is one Although the roadway can be recognized very roughly, the error rate is however high.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein gat tungsgemäßes Verfahren anzugeben, mittels dem der Straßen zustand einer Fahrbahn sehr genau - also mit einer niedri gen Fehlerrate - bestimmt werden kann, so daß Fahrparame ter, insbesondere Geschwindigkeit sowie ein davon abhängi ger möglicher Bremsvorgang, des Fahrzeugs steuer- oder re gelbar werden. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The invention is based on the object, a gat to specify the procedure according to the road condition of a road surface very precisely - i.e. with a low error rate - can be determined so that driving parameters ter, in particular speed and a dependent on it eng possible braking, steering the vehicle or re become gelable. The invention also has the object based on an arrangement for performing the method specify.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich des zu schaffenden Verfahrens wird durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die wei teren Ansprüche 1 bis 4 enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.The achievement of this task with regard to of the procedure to be created is characterized by the reproduced the features of claim 1. The white ter claims 1 to 4 contain advantageous training and Developments of the invention.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der zu schaffenden Anordnung wird durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 5 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche 6 bis 11 enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.The achievement of this task with regard to the arrangement to be created is identified by the reproduced the features of claim 5. The further claims 6 to 11 contain advantageous and developments of the invention.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des zu schaffenden Verfahrens dadurch gelöst, daß die Antenne einen breiten Abstrahlwinkel a besitzt, daß die Haupt richtung der Sende-/Empfangskeule der Antenne auf die Fahrbahn gerichtet wird und in die Vorwärts-Fahrrichtung des Fahrzeugs weist, daß aus von der Fahrbahn reflek tierten Signalanteilen unter Berücksichtigung der Ge schwindigkeit des Fahrzeugs ein von der Dopplerfrequenz abhängiges Leistungsdichtespektrum gebildet wird, daß in dem Leistungsdichtespektrum eine statische Verteilung des Spektralanteile ermittelt wird, daß die Verteilung vergli chen wird mit entsprechenden Verteilungen bekannter Stra ßenzustände, daß bei dem Vergleich der bekannte Straßenzu stand mit der besten Übereinstimmung der Verteilungen er mittelt wird und daß dieser bekannte Straßenzustand als tatsächlicher Straßenzustand festgesetzt wird.According to the invention, the task regarding the creating method solved in that the antenna has a wide beam angle a that the main Direction of the transmitting / receiving lobe of the antenna on the Roadway is directed and in the forward driving direction of the vehicle indicates that from the roadway reflec tated signal components taking into account the Ge speed of the vehicle from the Doppler frequency dependent power density spectrum is formed that in a static distribution of the power density spectrum Spectral components are determined that the distribution compar chen with corresponding distributions of known streets states that in the comparison of the known streets was with the best agreement of the distributions is averaged and that this known road condition as actual road condition is determined.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im Hinblick auf die zu schaffende Anordnung dadurch gelöst, daß die Antenne unter einem Abstrahlwinkel α gegenüber der Lotrechten zur Fahr bahn angeordnet ist und daß die Antenne mit einer steuer baren Auswertelogik über den Hochfrequenzumsetzer verbun den ist.According to the invention the task with regard to creating arrangement solved in that the antenna under a radiation angle α compared to the perpendicular to the driving track is arranged and that the antenna with a tax connectable evaluation logic via the high-frequency converter that is.
Anhand der Zeichnungen wird nachfolgend die Erfindung exemplarisch verdeutlicht, wobei gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren gleiche Bezugselemente bezeichnen.The invention is described below with reference to the drawings exemplified, the same reference numerals in different figures denote the same reference elements.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 die Ausbildung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Perso nenkraftwagen, Fig. 1 of the inventive arrangement nenkraftwagen the formation of a preferred embodiment in a Perso,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1, Fig. 2 is a block diagram of the preferred execution form of the inventive arrangement according to Fig. 1,
Fig. 3 ein Funktionsschaubild von Meßergebnissen, die mit der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1 und 2 erzielt werden. Fig. 3 is a functional diagram of measurement results which are achieved with the arrangement according to the invention according to FIGS. 1 and 2.
Die Grundidee des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Ver fahrens sowie der zugehörigen Anordnung geht von unter schiedlichen spektralen Verteilungsdichten unterschiedli cher Fahrbahnoberflächen über einem Abstrahlwinkel α einer Radarkeule aus.The basic idea of the proposed Ver invention driving and the associated arrangement goes from under different spectral distribution densities differ cher road surface over a beam angle α one Radar club off.
Fig. 1 zeigt nun die Ausbildung einer bevorzugten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Perso nenkraftwagen 1. Fig. 1 shows the formation of a preferred embodiment of the inventive arrangement in a passenger car 1 .
Zu erkennen ist ein Dopplerradarsensor 2, der in einem Fahrzeug 1 eingebaut ist. Der Dopplerradarsensor 2, dessen Funktionsweise anhand der Fig. 2 und 3 noch näher erläu tert wird, ist vorzugsweise als FMCW-Radarsensor ausgebil det, arbeitet im oberen Millimeterwellenlängenbereich, d. h. bei einer Wellenlänge von ungefähr 4 mm, und besitzt eine Reichweite von ungefähr 0,7 m. Die Antenne 21 ist als Sende-/Empfangsantenne mit einem breiten Abstrahlwinkel α, z. B. α ≈ 60°, ausgebildet. Dabei ist die gestrichelt dar gestellte Hauptrichtung der Sende-/Empfangskeule bezüglich der zur Fahrbahn 4 gehörenden Lotrechten 3 geneigt, und zwar mit einem Neigungswinkel β von ungefähr 35°.A Doppler radar sensor 2 , which is installed in a vehicle 1, can be seen. The Doppler radar sensor 2 , the mode of operation of which is explained in more detail with reference to FIGS . 2 and 3, is preferably designed as an FMCW radar sensor, operates in the upper millimeter wavelength range, ie at a wavelength of approximately 4 mm, and has a range of approximately 0. 7 m. The antenna 21 is a transmitting / receiving antenna with a wide radiation angle α, z. B. α ≈ 60 °. The main direction of the transmitting / receiving lobe, shown in dashed lines, is inclined with respect to the perpendicular 3 belonging to the carriageway 4 , namely with an inclination angle β of approximately 35 °.
Dies bedeutet also, daß die Sende-/Empfangskeule des Dopp lerradarsensors 2 mit dem Abstrahlwinkel α schräg gegen die Fahrbahn 4 gerichtet ist und in die Vorwärts-Fahr richtung (Pfeil) des Fahrzeugs 1 weist. Die Dopplerfre quenz ist dabei proportional zum Geschwindigkeitsvektor, den die Straßenoberfläche zum Dopplerradarsensor 2 bildet. Bei steilem Einfall geht die Dopplerverschiebung gegen Null, bei sehr flachem Einfall ergibt sich die höchste Dopplerfrequenz.So this means that the transmission / reception lobe of the double radar sensor 2 with the radiation angle α is directed obliquely against the road 4 and in the forward driving direction (arrow) of the vehicle 1 . The Dopplerfre frequency is proportional to the speed vector that the road surface to the Doppler radar sensor 2 forms. With a steep dip the Doppler shift goes to zero, with a very flat dip the highest Doppler frequency results.
Das Rückstrahlverhalten einer Straßenoberfläche ist dabei von der Radarfrequenz, dem Einfallswinkel, der Struktur und dem Nässezustand abhangig. Bei sehr steilem Einfall wird energiemäßig am meisten zurückreflektiert, insbeson dere bei Nässe. Flach auftreffende Radarwellen greifen an rauher Struktur besser als bei glatt wegspiegelnden Ober flächen.The retroreflective behavior of a road surface is included from the radar frequency, the angle of incidence, the structure and depending on the wet condition. With a very steep dip is most reflected back in terms of energy, especially especially when wet. Radar waves hitting flat attack rough structure better than with smoothly reflecting upper surfaces.
Insgesamt läßt sich das Leistungsdichtespektrum des Dopp lerradarsensors 2 mit breit öffnender Antenne 21 (Fig. 2) als Merkmalsstruktur für den Straßenzustand verwenden. Nässe wird vor allem durch die tiefen Frequenzanteile cha rakterisiert, die Rauhigkeit ist dabei sekundär. Dagegen ist die Struktur besonders in der Amplitude der hohen Fre quenzen sichtbar. Rauhe Oberflächen geben größere Amplitu den als glatte, Auswaschungen und Pflasterbeläge verursa chen Welligkeiten des Dopplerspektrums. Aus dem Hüllkur venverlauf der Dopplerfrequenzen und der Relation der spektralen Anteile können durch Beurteilungsalgorithmen Straßenzustände gefolgert werden.Overall, the power density spectrum of the double radar sensor 2 with wide-opening antenna 21 ( FIG. 2) can be used as a feature structure for the road condition. Wetness is mainly characterized by the low frequency components, the roughness is secondary. In contrast, the structure is particularly visible in the amplitude of the high frequencies. Rough surfaces give greater amplitudes than smooth ones, washouts and paving cause ripples in the Doppler spectrum. Road conditions can be inferred from the envelope curve profile of the Doppler frequencies and the relation of the spectral components using assessment algorithms.
All dies ergibt sich aus Überlegungen und Messungen, die sich unter Verwendung der Anordnung nach Fig. 2 ergeben und in Fig. 3 grafisch dargestellt sind.All of this results from considerations and measurements that result using the arrangement according to FIG. 2 and are shown graphically in FIG. 3.
Fig. 2 zeigt dabei ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1. Zu erkennen ist die Antenne 21. Sie ist über einen Hochfrequenzumsetzer 22 mit einer steuerbaren Auswertelo gik 26 verbunden. FIG. 2 shows a block diagram of the preferred embodiment of the arrangement according to the invention according to FIG. 1. Antenna 21 can be seen . It is connected via a high-frequency converter 22 to a controllable Auswertelo gik 26 .
Die Auswertelogik 26 ist direkt mit einem Spektrengenera tor 25 des Hochfrequenzumsetzers 22 verbunden. Der Spek trengenerator 25 führt beispielsweise eine schnelle Fouriertransformation mittels eines z. B. im Spektrengene rator integrierten Mikroprozessors 251 durch. Vor den Spektrengenerator 25 ist ein Analog-/Digitalwandler 24 vorgeschaltet. Zwischen der Antenne 21 und dem Analog-/ Digitalwandler 24 sind im Dopplerradarsensor 2 ein Radar 20 und ein ihm folgender Verstärker 23 mit integriertem Filter ausgebildet.The evaluation logic 26 is connected directly to a spectral generator 25 of the high-frequency converter 22 . The spec trengenerator 25 performs, for example, a fast Fourier transformation using a z. B. in the spectral generator integrated microprocessor 251 . An analog / digital converter 24 is connected upstream of the spectrum generator 25 . A radar 20 and an amplifier 23 following it with an integrated filter are formed in the Doppler radar sensor 2 between the antenna 21 and the analog / digital converter 24 .
Prinzipiell funktioniert die Anordnung nach Fig. 1 und 2 wie folgt.In principle, the arrangement according to FIGS. 1 and 2 works as follows.
Nach Vorverstärkung und Filterung erfolgt eine Wandlung in Digitalsignale. Ein FFT-Prozessor setzt die Dopplersignale in ein Leistungsdichtespektrum um. In der Auswertelogik 26 werden charakteristische Merkmale gewichtet und mit der Fahrzeug-Eigengeschwindigkeit über einem Steuereingang 27 der Auswertelogik 26 normiert. Zusätzlich kann ein Ver gleich des ermittelten Leistungsdichtespektrums mit be kannten Leistungsdichtespektren in der Auswertelogik 25 durchgeführt werden.After pre-amplification and filtering, it is converted into digital signals. An FFT processor converts the Doppler signals into a power density spectrum. In evaluation logic 26 features are weighted and normalized by the vehicle's own speed via a control input 27 of the evaluation logic 26th In addition, a comparison of the determined power density spectrum with known power density spectra can be carried out in the evaluation logic 25 .
Im Ausgang der Auswertelogik 26 können Straßenzustände als Tabelle, analog oder digital zur weiteren Aufbereitung z. B. für ein Bremssystem ausgegeben werden, welches bei Überschreiten von zulässigen Fahrparametern einen Brems vorgang einleitet.In the output of the evaluation logic 26 , road conditions as a table, analog or digital for further processing, for. B. are issued for a braking system which initiates a braking process when the permissible driving parameters are exceeded.
Alternativ hierzu wird bei Überschreiten der Fahrparameter ein optisches und/oder akustisches Signal im Fahrzeug 1 ausgelöst.Alternatively, if the driving parameters are exceeded, an optical and / or acoustic signal is triggered in vehicle 1 .
Der Dopplerradarsensor 2 arbeitet vorzugsweise im oberen Millimeterwellenbereich. Die Betriebsfrequenz liegt zwi schen in etwa 30 GHz bis 90 GHz, vorzugsweise bei in etwa 35 GHz oder 60 GHz oder 90 GHz.The Doppler radar sensor 2 preferably operates in the upper millimeter wave range. The operating frequency is between approximately 30 GHz to 90 GHz, preferably approximately 35 GHz or 60 GHz or 90 GHz.
Dieser Millimeterwellenbereich ist gewählt, um genügende Auflösung der Straßenfeinstruktur zu erreichen und das Eindringen in die Oberfläche zu verhindern.This millimeter wave range is chosen to be sufficient To achieve resolution of the fine street structure and that To prevent penetration into the surface.
Durch zusätzliche Modulation (z. B. Pulsmodulation oder FM- CW) kann die Reichweite des Radars begrenzt werden, um Meßfehler durch Mehrfachreflexionen bzw. gegenseitige Stö rungen durch andere Geräte zu unterdrücken.Through additional modulation (e.g. pulse modulation or FM CW) the range of the radar can be limited to Measurement errors due to multiple reflections or mutual interference suppression by other devices.
Claims (12)
- - daß die Antenne (21) einen breiten Abstrahlwinkel α be sitzt,
- - daß die Hauptrichtung der Sende-/Empfangskeule der An tenne (21) auf die Fahrbahn (4) gerichtet wird und in die Vorwärts-Fahrrichtung des Fahrzeugs (1) weist,
- - daß aus von der Fahrbahn (4) reflektierten Signalantei len unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (1) ein von der Dopplerfrequenz (fD) abhängi ges Leistungsdichtespektrum gebildet wird,
- - daß in dem Leistungsdichtespektrum eine statische Ver teilung des Spektralanteile ermittelt wird,
- - daß die Verteilung verglichen wird mit entsprechenden Verteilungen bekannter Straßenzustände,
- - daß bei dem Vergleich der bekannte Straßenzustand mit der besten Übereinstimmung der Verteilungen ermittelt wird und
- - daß dieser bekannte Straßenzustand als tatsächlicher Straßenzustand festgesetzt wird.
- - That the antenna ( 21 ) sits a wide beam angle α,
- - That the main direction of the transmitting / receiving lobe of the antenna ( 21 ) on the road ( 4 ) is directed and points in the forward direction of travel of the vehicle ( 1 ),
- - That from the roadway ( 4 ) reflected Signalantei len taking into account the speed of the vehicle ( 1 ) a dependent on the Doppler frequency (f D ) power density spectrum is formed,
- - that a static distribution of the spectral components is determined in the power density spectrum,
- - that the distribution is compared with corresponding distributions of known road conditions,
- - That the known road condition with the best agreement of the distributions is determined in the comparison and
- - That this known road condition is set as the actual road condition.
- - daß die Antenne (21) unter einem Abstrahlwinkel α ge genüber der Lotrechten zur Fahrbahn (4) angeordnet ist,
- - daß die Antenne (21) mit einer steuerbaren Auswertelo gik (26) über den Hochfrequenzumsetzer (22) verbunden ist.
- - That the antenna ( 21 ) is arranged at a radiation angle α ge compared to the perpendicular to the road ( 4 ),
- - That the antenna ( 21 ) with a controllable Auswertelo gik ( 26 ) via the high-frequency converter ( 22 ) is connected.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 8099 |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AG, 85521 OTTOBRUNN, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |