Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Abstandsregelung nach dem Oberbegriff der Pa- tentansprüche 1 und 12.

Für die Längsführung von Kraftfahrzeugen sind eine Reihe un- terschiedlicher Systeme bekannt, die durch automatische Brems-und Beschleunigungseingriffe den Fahrer entlasten bzw. die Verkehrssicherheit erhöhen. Elementarstes Beispiel ist der Tempomat, der eine vom Fahrer gewählte Geschwindigkeit konstant einhält. Bei höherer Verkehrsdichte bleibt aller- dings weiterhin der Eingriff des Fahrers nötig, um auf lang- samer vorausfahrende oder ihre Spur wechselnde Fahrzeuge zu reagieren.

Eine Weiterentwicklung, welche in der Literatur zahlreich be- schrieben ist, ergänzt den klassischen Tempomaten durch einen Sensor zur Erfassung voraus befindlicher Fahrzeuge, um die eigene Geschwindigkeit entsprechend anpassen zu können. Be- <BR> <BR> zeichnungen hierfür sind"intelligenter Tempomat", "Abstands- regeltempomat", ICC ("intelligent cruise control"), ACC ("adaptive cruise control") oder AICC ("autonomous intelli- gent cruise control"). Als Sensorprinzip kommt im wesentli- chen Infrarot-Laser oder Millimeterwellen-Radar zum Einsatz, welches den Bereich vor dem Fahrzeug in einem Entfernungsbe- reich bis zu etwa 150 m erfasst, um dort befindliche Objekte zu detektieren und deren Abstand, Geschwindigkeit und Winkel-

ablage in Bezug auf das eigene Fahrzeug zu bestimmen. Geeig- nete Auswerteverfahren müssen nun die Relevanz der detektier- ten Objekte bezüglich der eigenen Fahrspur bewerten. Hierfür wird üblicherweise auch noch der Lenkwinkel des Fahrzeuges herangezogen.

Der Betrieb eines Abstandsregeltempomaten wird durch zwei Mo- di beschrieben : 1. Freie Fahrt mit eingestellter Geschwindigkeit, wobei der Frontbereich permanent überwacht wird, um vorausfahrende Fahrzeuge zu identifizieren ; 2. Geregelte Folgefahrt hinter einem aufgefassten langsameren Fahrzeug, wobei der Abstand im Sinne eines Sicherheitsabstan- des anzupassen ist.

Modus 1 stellt wesentlich höhere Anforderungen an den Sensor als Modus 2 hinsichtlich Empfindlichkeit, räumlichem Auflö- sungsvermögen und Messgenauigkeit, da wegen der hohen mögli- chen Differenzgeschwindigkeiten bereits im Abstand von etwa 100 m eine zuverlässige Spurzuordnung erfolgen muss. Typische Messgenauigkeiten der eingesetzten Sensoren sind : 0,5 m in Entfernung und 0, 3°m im Azimutwinkel ; Empfindlichkeit : 1 qm Rückstreuquerschnitt in 150 m Entfernung.

Am Beispiel eines Radarsensors lassen sich die geforderten Messgenauigkeiten nur durch physikalisches Auflösungsvermögen erzielen. Für den Azimutwinkel bedeutet dies das Vorhanden- sein mehrerer scharf gebündelter Antennenrichtungen. Auflö- sung in Entfernung setzt spektrale Bandbreite in Pulssignalen oder Frequenzmodulation voraus. Neben dem technisch hohen Aufwand und der damit verbundenen Kosten resultiert auch eine beträchtliche Baugröße für den Sensor.

Ein entsprechendes Millimeterwellen-Radarsystem ist aus dem Patent US 5 680 137 AI bekannt. Hierbei handelt es sich um

ein automobiles Radarsystem zur Abstandsregelung, welches so- wohl im Fernbereich als auch im Nahbereich betrieben werden kann. Im Fernbereich wird das Radarsystem als FM-CW-Radar be- trieben, um mittels einer Laufzeitanalyse die Entfernung zu einem vor dem Kraftfahrzeug fahrenden anderen Fahrzeug zu schätzen. Während sich das eigene Kraftfahrzeug dem voraus- fahrenden Fahrzeug nähert, wird kontinuierlich mittels FM-CW- Radarverfahren die aktuelle Absolutentfernung geschätzt. Für den Fall, dass der Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug jedoch zu gering wird, als dass noch sinnvoll eine Entfer- nungsmessung durchgeführt werden kann, wechselt das Radarsys- tem in einen Phasen-Differenz-Modus und betrachtet, ausgehend von dem zuletzt gemessenen Absolutabstand, die relative Ent- fernungsänderungen. Dies solange bis wieder sinnvoll auf das eigentlich gewünschte FM-CW-Radarverfahren umgeschaltet wer- den kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu fin- den, welche es erlaubt, eine automatische Abstandsregelung ohne hohen technischen Aufwand mit kostengünstigen Systemkom-. ponenten zu realisieren.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteil- hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wer- den durch die Unteransprüche beschrieben.

Bei dem Verfahren zur automatischen Abstandsregelung für ein Kraftfahrzeug wird durch einen am Kraftfahrzeug befindlichen Sender ein elektromagnetisches Signal ausgesendet und dieses Signal nach einer Reflektion durch einen Sensor am Kraftfahr- zeug wieder empfangen. Auf Grundlage der Auswertung des Sen- sorsignals wird sodann der Folgeabstand des Kraftfahrzeugs zu

einem diesem vorausfahrenden Fahrzeug auf einen bestimmten Sollabstand geregelt. In besonders erfinderischer Weise wird hierbei der Regelvorgang durch eine gezielte Aktivierung der Abstandsregelung initiiert und dieser zum Zeitpunkt der ge- zielten Aktivierung bestehende Folgeabstand zumindest anfäng- lich als Sollabstand herangezogen. Dadurch, dass bei Aktivie- rung der Abstandsregelung der einzuregelnde Sollabstand be- reits vorherrscht, kann in besonders gewinnbringender Weise auf eine aufwendige und meist kostenträchtige Bestimmung ei- nes Absolutabstandes des Kraftfahrzeugs zu dem diesem voraus- fahrenden Fahrzeug verzichtet werden. Vorteilhaft muss vom Zeitpunkt der Aktivierung der Abstandsregelung nur die Verän- derung des Abstandes zu dem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen werden, welche sodann der Abstandsregelung als Regelgröße dient. In vielen Situationen im Straßenverkehr, beispielswei- se Stau, zähfließender Verkehr oder Innenstadtverkehr, befin- det sich ein Kraftfahrzeug bereits zu dem Zeitpunkt, zu wel- chem der Fahrzeugführer die automatische Abstandsregelung ak- tiviert, in dem gewünschten Sollabstand zu dem ihm vorausfah- renden Fahrzeug. In diesem Fall ist eine Messung des Absolut- abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug unnötig. Es wird also im Rahmen der erfinderischen Abstandsregelung auf die im Stand der Technik übliche eigenständige Erfassung von neu im Sichtbereich erscheinenden Fahrzeugen verzichtet. Statt des- sen aktiviert der Fahrzeugführer, in dem Fall, dass sich das Kraftfahrzeug in einem gewünschten Abstand zu einem voraus- fahrenden Fahrzeug befindet, selbst die automatische Ab- standsregelung, um diesen Abstand als Sollabstand vorzugeben. die Funktion des erfinderischen Systems kann somit als eine Art elektronische Koppelstange"zur Realisierung automati- sierter Kolonnenfahrten bezeichnet werden.

In besonders vorteilhafter Weise schafft die Erfindung ein automatisches Abstandsregelsystem, welches zur Folgeführung

eines Kraftfahrzeuges einzig mit der Vermessung und Beobach- tung des Relativabstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug auskommt. Hierzu wird vorzugsweise wird das ausgesandte elek- tromagnetische Signal als im wesentlichen kontinuierliches Signal ausgebildet. So wird es auf einfache Weise möglich, die Auswertung des Sensorsignals nach dem Dopplersensor-/ Dopplerradar-Prinzip durchzuführen, wobei die Phasenvariation beziehungsweise der Frequenzversatz zwischen dem Sendesignal und dem reflektieren Sendesignal (Empfangssignal) als Maß für die Änderung des Relativabstandes zwischen dem Kraftfahrzeug und dem diesem vorausfahrenden Fahrzeug ausgewertet wird. Bei einer solchen Messung, bei welcher die zeitliche Änderung des Abstandes (AR/At)-also lediglich eine Relativgeschwindig- keit-gemessen wird, wird auch als Range Rating bezeichnet.

Dieses erfinderische signifikante Vereinfachung der aus dem Stand der Technik bekannten automobilen Abstandsregelsysteme ermöglicht eine dramatische Vereinfachung der notwendigen Sensorik, was sich insbesondere positiv in Bezug auf die Kom- plexität des Systemaufbaus, die Baugröße und die Gestehungs- kosten auswirkt.

Selbstverständlich kann es sich bei dem im wesentlichen kon- tinuierlichen Signal auch um eine auf ein anderes Signal auf- modulierte Modulationsschwingung handeln.

Insbesondere um eine Fehlfunktion des Systems zu vermeiden, ist das automatische Abstandsregelsystem so ausgestaltet, dass der Regelvorgang nur dann aktiviert werden kann, wenn die Intensität des von dem Sensor empfangenen reflektierten Signals einen bestimmten Signalpegel überschreitet. Auf diese Weise wird vermieden, dass durch die Aktivierung bei zu schwachem Sensorsignal, beispielsweise auf Grund ungünstiger Reflektionsgeometrien des vorausfahrenden Fahrzeugs oder schlechter Ausbreitungsbedingungen für das Sendesignal (Nebel

oder Regen), der Regelvorgang frühzeitig abgebrochen wird, weil durch den Sensor kein reflektiertes Signal mehr detek- tiert werden kann. Diese Funktionalität dient somit auch der Komfortsteigerung und somit der Akzeptanz des Systems durch den Fahrzeugführer.

Da wie vorab beschrieben die erfolgreiche Aktivierung des Systems von bestimmten Parametern, wie der Intensitätsstärke des vom Sensor empfangenen Signals abhängig sein kann, sollte vornehmlich das Abstandsregelsystem so ausgestaltet werden, dass dem Führer des Kraftfahrzeuges angezeigt wird, wenn sei- ne Abstandsregelung aktiviert ist.

Es sind unterschiedliche Bedingungen denkbar, unter welchen der automatische Abstandsregelvorgang abgebrochen wird. So sollte vorteilhafterweise der Regelvorgang dann abgebrochen werden, wenn das vom Sensor registrierte reflektierte Signal in seiner Intensität unter eine bestimmte Schwelle abfällt.

Diese Situation könnte beispielsweise dann eintreten, wenn das vorausfahrende Fahrzeug die Fahrspur wechselt. Auch ist es vorteilhaft, wenn die automatische Regelung die Kontrolle des Kraftfahrzeugs dann wieder komplett an den Fahrzeugführer übergibt, wenn der Sollabstand nicht mehr automatisch ausge- regelt werden kann (zu hohe Beschleunigung oder Verzöge- rung). Um Fehlfunktionen der automatischen Abstandsregelung zu vermeiden, sollte der Regelvorgang vorzugsweise auch dann abgebrochen werden, wenn die ermittelte Frequenzverschiebung im Signalverlauf zwischen ausgesandten und reflektiertem Sig- nal nicht stetig ist. Eine solche Unstetigkeit könnte bei- spielsweise durch das Einscheren eines anderen Fahrzeuges in den Bereich zwischen dem Kraftfahrzeug und dem ursprünglich verfolgten Fahrzeug der Fall sein. Da im Rahmen des erfinde- rischen Verfahrens keine absoluten Abstände vermessen werden,

kann in Bezug auf dieses neu eingescherte Fahrzeug nicht au- tomatisch der Sollabstand eingeregelt werden.

Es ist auch denkbar, dass der Regelvorgang zur automatischen Abstandsregelung dann abgebrochen wird, sobald der Fahrer des Fahrzeuges die Bremse oder das Fahrpedal betätigt. Solche Eingriffe in den Fahrbetrieb können als Zeichen gewertet wer- den, dass die automatische Abstandsregelung in der vorherr- schenden Verkehrssituation nicht mehr den Sicherheitsempfin- den des Fahrzeugführers gerecht wird, so dass sie besser ab- gebrochen werden sollte.

Auf jeden Fall sollte aber der Fahrzeugführer, insbesondere auf akustische oder optische Weise, über den Abbruch der au- tomatischen Abstandsregelung informiert werden, so dass er wieder rechtzeitig die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen kann.

Da der im Straßenverkehr von vorausfahrenden Fahrzeugen ein- zuhaltende Sicherheitsabstand auch stark von der aktuell ge- fahrenen Absolutgeschwindigkeit der Fahrzeuge abhängt, sollte der automatischen Abstandsregelung vorzugsweise auch Informa- tionen über die Absolutgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu- geführt werden. Hierdurch wird es möglich, in Abhängigkeit der Veränderung der Absolutgeschwindigkeit den Sollabstand zu verändern, wobei mit zunehmender Absolutgeschwindigkeit der Sollabstand vergrößert wird.

Aus Sicherheitsüberlegungen kann das Abstandsregelsystem ge- winnbringend so ausgestaltet werden, dass der Regelvorgang zumindest zeitweise dann unterbrochen wird, wenn das voraus- fahrende Fahrzeug eine vorbestimmbare Geschwindigkeit über- schreitet. Die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs kann in Kenntnis der Eigengeschwindigkeit und der Verfolgung

der Änderungen der Relativgeschwindigkeiten zum vorausfahren- den Fahrzeug geschätzt werden. Unterschreitet das vorausfah- rende Fahrzeug wieder die vorbestimmbare Geschwindigkeit, ist es denkbar, dass das automatische Abstandsregelsystem den dann vorherrschenden Abstand zu diesem Fahrzeug als neuen Sollabstand und selbsttätig wieder die Abstandsregelung auf- nimmt. Der Sollabstand hat sich dann gegenüber dem vorher durch den Fahrer eingestellten Sollabstand vergrößert, der Fahrer wird jedoch nicht genötigt, in den Regelvorgang ein- zugreifen.

Zur Eingabe der vorbestimmbaren Geschwindigkeit kann gewinn- bringend ein bereits im Fahrzeug vorhandener Tempomat oder Geschwindigkeitsbegrenzer (Speed-Limit-Assistant) verwendet werden. Hierbei ist es denkbar, zum Zeitpunkt der Aktivierung des automatischen Abstandregelsystems die mittels Tempomat oder Geschwindigkeitsbegrenzer zuletzt gewählte Geschwindig- keit als vorbestimmte Höchstgeschwindigkeit bei der Abstands- regelung heranzuziehen. Ohnehin sollte in gewinnbringender Weise das Bedienelement zur Aktivierung des erfinderischen Abstandsregelsystems in die Bedieneinheit eines im Kraftfahr- zeug befindlichen Tempomaten integriert werden.

Zum Verständnis der Erfindung soll nachfolgend anhand einer Implementierung des Abstandsregelsystems auf Basis eines Mil- limeterwellen-Radars ein vorteilhafter Systemaufbau im Detail erläutert werden.

Bei der Verwendung eines Millimeterwellen-Radarsensors kann davon ausgegangen werden, dass die Antenne nur eine einzelne Raumrichtung mit geringerer Bündelung erfassen muss und damit eine kleine Apertur aufweisen kann. Zur Geschwindigkeitsmes- sung genügt die Doppleranalyse eines unmodulierten Dauer- strichsignals (, contiuous wave, CW), welches zur Rauschredu-

zierung und Erhöhung der Störfestigkeit sehr schmalbandig ge- . filtert werden kann. Eine mögliche, vorteilhafte Realisierung eines solchen CW-Dopplerradars ist mit sehr geringem Schal- tungsaufwand möglich. Die Figur zeigt eine entsprechende Schaltung eines derartigen Radar-Frontends nach dem Homodyn- Prinzip, die mit einer einzelnen Antenne und sogar ohne Zir- kulator oder Duplexer auskommt. Das Empfangssignal weist In- Phase und Quadratur-Komponenten I und Q auf, um in der Dopp- leranalyse die erforderliche Vorzeichenauswertung zu ermögli- chen. Mit den Abgleichelementen r wird Betrag und Phase des eingekoppelten Oszillatorsignals eingestellt, um die für die Abmischung nötige 90°-Phasenverschiebung zu erhalten.

Die Doppleranalyse selbst kann durch numerische Fourier- Transformation (FFT) der I/Q-Signale erfolgen, wodurch sich ein Empfindlichkeitsgewinn entsprechend der FFT-Blocklänge ergibt, oder durch einen Nulldurchgangszähler, wobei hierbei die Phasenlage von I und Q die Zählrichtung vorgibt.

In besonders vorteilhafter Weise wird das Millimeterwellen- Radar dabei so ausgelegt, dass es in dem für automobile An- wendungen freigegebenen Frequenzbereich 76... 77 GHz betrieben wird. Gewinnbringend wir eine Dopplerfrequenzanalyse auf Ba- sis einer 128-Punkte FFT durchgeführt. Die Bestimmung des globalen Maximums im Betrags-Spektrum der FFT liefert sodann die relative Geschwindigkeit des vor dem Kraftfahrzeug vo- rausfahrenden Fahrzeugs. Bei einer das Abtasttheorem nach Ny- quist einhaltenden vorteilhaften Abtastrate für die I/Q-Werte des Empfangssignals von 10 kHz kann die Relativgeschwindig- keit im Bereich von 0,08m/s aufgelöst werden ; dies mit einem Eindeutigkeitsbereich von +/-10 m/s. Diese Rahmenwerte sind für eine Nutzung der automatischen Abstandsregelung im Stra- ßenverkehr in Bezug auf die dort auftretenden Relativge- schwindigkeiten und Relativbeschleunigungen besonders vor-

teilhaft gewählt. Wird von der Ausnahme ausgegangen, dass der dem Kraftfahrzeug vorausfahrende Fahrzeug zugehörige Radar- Rückstreuquerschnitt wenigstens 5 dBsm beträgt und die Anten- ne des Radarsystems einen Gewinn von 25 dBi aufweist, kann von einer Reichweite und damit Funktionalität des Systems für Entfernungen von bis zu 120 m ausgegangen werden, vorausge- setzt die Gesamt-Systemverluste überschreiten nicht 10dB. Als minimal erforderliches Signal-zu-Rausch-Verhältnis für feh- lerfreie Detektion sind dabei 15 dB angenommen. Eine Reich- weite von 120 m ist für eine Verwendung im Straßenverkehr si- cherlich ausreichend und ist somit ein Indiz für Machbarkeit der erfinderischen Vereinfachung der aus dem Stand der Tech- nik bekannten automobilen Abstandsregelsysteme. Die Realisie- rung der Radarantenne weist in vorteilhafter Weise eine feste Strahlungscharakteristik von etwa 10° in Azimut und 5° in E- levation auf und wird gewinnbringend durch ein Microstrip- Patch-Array realisiert.

Neben dem Millimeterwellen-Radar eignen sich auch andere Sen- sorprinzipien zur einfachen Dopplermessung. So ist zwar bei den kurzen Wellenlängen von (IR-) Laser keine direkte Dopp- leranalyse des reflektierten Lasersignals praktikabel, wohl aber die einer beispielsweise sinusförmigen Amplitudenmodula- tion.

Andererseits ist es sehr wohl auch denkbar, beispielsweise das ausgesandte Licht eines Kraftfahrzeugscheinwerfers (bei- spielsweise Xenon-Scheinwerfer) mit einer Modulationsschwin- gung zu modulieren und den Phasenverlauf dieser Modulations- schwingung zu beobachten und auszuwerten.

Die mit der Doppleranalyse in zyklischen Abständen At ermit- telte Relativgeschwindigkeit v ist direktes Maß für die Ab- standsänderung AR/At, welche unmittelbar als zu regelnde Grö-

ße dem Fahrzeuglängsregler zur Verfügung gestellt werden kann, um daraus Steuersignale zur Betätigung von Bremse oder Drosselklappe abzuleiten. Im Fall, dass das vorausfahrende Fahrzeug seine Geschwindigkeit verändert, ist der-wie oben beschrieben-geregelte Abstand im Sinne eines Sicherheits- abstandes anzupassen. Dies ist allerdings nur in Bezug auf den ursprünglich vom Fahrer gewählten Wunschabstand möglich.

Die Anpassung erfolgt auf Basis der tatsächlichen Eigenge- schwindigkeit, die an anderer Stelle im Fahrzeug verfügbar ist (ABS, ESP, elektronischer Tacho etc. ). Unter Zugrundele- gen eines Sicherheitsabstandes, der linear von der Geschwin- digkeit abhängt ("Halbe-Tacho-Regel"), genügt sogar die vom Dopplersensor direkt gelieferte Information über die relative Geschwindigkeit, da deren gemessene Änderung dann ein Maß für den zu ändernden Abstand ist.