JP6963115B2 - レーダセンサシステムおよびレーダセンサシステムを動作させる方法 - Google Patents

Description

本発明はレーダセンサシステムに関する。さらに本発明はレーダセンサシステムを動作させる方法に関する。さらに本発明はコンピュータプログラム製品に関する。

運転者支援システムの市場は、現在、大きい変革期にある。近年は主に安価なセンサに焦点が当てられてきたが、現在では、センサへの要求が極めて高い高度な自律運転に向かう傾向がみられる。高度な運転者支援機能または自動運転機能を有する車両では、その機能を制御および規制するためにますます多くのセンサが搭載されている。車両に組み込まれるセンサは、例えば、レーダセンサまたはＬＩＤＡＲセンサであってもよく、できるだけ高い精度を有している必要がある。精密なセンサを使用することによって、自律的または半自律的な運転機能の機能的安全性および信頼性を保証することができる。

自律走行機能または自動運転支援機能を有する車両では、エラー、特にＩＳＯ２６２６２によるＥ／Ｅエラーは、それぞれのレーダセンサもしくはバス通信の遮断につながる。多数のアンテナ、ＨＦ（高周波）チャネルおよびメモリを有する高性能レーダセンサの場合には故障の確率は著しく高まる。ＩＳＯ２６２６２によれば、この確率は、ＦＩＴ（いわゆる「時間当たりの故障率（Ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ｔｉｍｅ）」、１０^−９／ｈ）で決定される。ＡＳＩＬ−ＢもしくはＡＳＩＬ−Ｃによれば、構成要素は、その動作が停止される前に最大で１００ＦＩＴを有することもある。この場合、それぞれの構成要素の安全状態は考慮されない。例えば、水晶発振器が３０ＦＩＴ（ＳＮ２９５００−４）を有している場合、この水晶発振器は単独でレーダセンサの利用可能なＦＩＴ率の３０％を占めることとなる。

本発明の課題は、改善された動作特性を有するレーダセンサシステムを提供することである。

第１の態様によれば、この課題は、下記からなるレーダセンサシステムにより解決される。
・所定数のＨＦ素子、
・ＨＦ素子の各々は、レーダ波を送信および／または受信するための少なくとも１つのアンテナと、少なくとも１つのアンテナを動作させるための少なくとも１つのアンテナ制御器とを有すること、
・全てのＨＦ素子に接続されて全てのＨＦ素子の動作周波数を同期させ得る同期ネットワークが備わること、および、
・全てのＨＦ素子により少なくとも１つの所定基準にしたがって同期マスタが提供され得ること。

このようにして、動作周波数のための同期マスタの機能は、全てのＨＦ素子に引き受けられるので、レーダセンサシステムの改善された動作特性がサポートされる。これにより、例えば、レーダセンサシステムの緊急時運転機能および／または複数のＨＦ素子間の熱ドリフトを有利に低減することが可能となる。

第２の態様によれば、この課題は、以下のステップからなる、レーダセンサシステムを動作させる方法により解決される。
・所定数のＨＦ素子により各々少なくとも１つのアンテナを用いてレーダ波を送受信するステップ、および
・所定数のＨＦ素子に接続された同期ネットワークによりＨＦ素子の動作周波数を同期させるステップ。
・ここで、全てのＨＦ素子により、少なくとも１つの所定基準にしたがって同期マスタの機能が引き受けられる。

レーダセンサシステムの有利な構成が従属請求項の主題である。

レーダセンサシステムの有利な構成は、同期マスタがＨＦ素子からランダムに選択可能であることを特徴とする。

レーダセンサシステムの別の有利な構成では、同期マスタが温度基準にしたがってＨＦ素子から選択可能である。これにより、同期マスタが増大した電力を消費して熱エネルギーを生成するという事実に基づき、レーダセンサシステムの熱負荷を有利により均一化することが可能となる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、同期マスタが、ＨＦ素子間の温度差が所定の範囲で一定に保たれるように選択可能であることを特徴とする。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、最も低温のＨＦ素子をそれぞれ同期マスタとして選択できるように同期マスタが選択可能であることを特徴とする。上述の手段により温度の影響が有利に低減され、これにより、例えば、レーダセンサシステムの角度推定特性を改善することが可能となる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、同期マスタと同期スレーブとの間に所定の位相差を設けることができるように、同期マスタが選択可能であることを特徴とする。これにより、レーダセンサシステムの均一なセンシング特性が有利にサポートされる。

レーダセンサシステムの別の有利な構成は、所定の動作パターンにしたがってＨＦ素子から同期マスタを提供可能であることを特徴とする。例えば、同期マスタは、ＨＦ素子の幾何学的配置に対して時計回りまたは反時計回りに動作させることができ、これにより、ＨＦ素子の均一な負荷が有利にサポートされる。

以下に、著しく簡略化した概略図に基づいて本発明の好ましい例示的な実施形態を詳細に説明する。

提案されたレーダセンサシステムを示す概略図である。 提案されたレーダセンサシステムを若干より詳細に示す概略図である。 レーダセンサシステムを動作させるための提案された方法の基本的なフローチャートである。

図面において、同じ構成要素は同じ参照符号を有する。

現在のレーダセンサは、通常、レーダ波を生成および受信するための多数のＨＦ（高周波）チャネルを有する。この場合、通常モードでは、全てのＨＦモジュールを同時に動作させることができる。このようなレーダセンサは、対称的な構成で複数の部分センサに分割することができる。このように、部分センサは、それぞれ、対応する割合でレーダセンサのＨＦモジュールもしくはＨＦチャネルを有することができる。したがって、例えば、レーダセンサの部分センサは、起こりうる緊急モードにおいて、制限された速度での車両の自律走行を可能にすることができる。これは、他の部分センサの構成要素がもはや機能しない場合にも実現することができる。

レーダセンサシステムの構造は、例えば、既知の安価な基本構成要素で構成されればよい。同じ種類のいくつかの構成要素を並列化することによって、レーダセンサシステムの性能および精度の改善を実現することが可能である。さらに、同様の複数の構成要素を使用することによって、装置の確実な機能を提供するための冗長性をもたせることが可能になる。これにより、レーダセンサシステムの緊急モードを技術的に簡単に実現することができる。しかしながら、そのためには、ＨＦ構成要素およびマイクロコントローラに加えて、クロック生成にも冗長性をもたせる必要がある。ＨＦ構成要素は、例えば、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）の形態で構築されたアンテナ制御器または増幅器であってもよい。

全てのＨＦ構成要素が共通のクロック発生器から有用な周波数もしくは基本周波数の供給を受けることによって、レーダセンサシステムは高いコヒーレンスを有する。特に、異なるＨＦ素子を同一の動作周波数で動作させることができ、これにより、複数のＨＦ素子の冗長でコヒーレントなクロック供給が可能となる。

好ましくは、レーダセンサシステムで使用されるＨＦ素子の少なくとも一部にクロックもしくは有用な周波数を供給することができる。通常モードでは、全てのＨＦ素子もしくはレーダセンサシステムのアンテナ制御器は、少なくとも１つのクロック発生器から同じクロックの供給を受け、これにより、全てのデータは互いにオフセットされ得る。

レーダセンサシステムの通常モードでは、少なくとも１つのクロック発生器によって全てのアンテナ制御器もしくはＨＦ構成要素に同時にクロックが供給される。１つの発生源からクロックが供給されることにより、高いコヒーレンスを実現することができる。或いはまたは追加で、クロック供給は、並列に動作する複数のクロック発生器で構成することもできる。例えば、クロック発生器に欠陥がある場合、周波数を発生するために、少なくとも１つのさらなるクロック発生器を制御ユニットを介して起動もしくは接続することができる。

図１は、提案されるレーダセンサシステム１００の概略図である。レーダセンサシステム１００は、ＭＭＩＣとして構成された４つのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄを有する。この場合、４という数は単なる例であり、提案されるレーダセンサシステム１００は、４つよりも少数の、または多数のＨＦ素子を有することもできる。さらに、全てのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄが同期ネットワーク２０に接続されていることも示されており、同期ネットワーク２０は、全てのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄの動作周波数を同期させるために使用され、このとき、同期プロセスにおいて１つのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄは同期マスタ素子として機能し、他のＨＦ素子はスレーブＨＦ素子として機能する。同期ネットワーク２０のラインの幾何学的な長さは、レーダセンサシステム１００のレーダ分解能と比較して有利に短く、同期ネットワーク２０内の信号の伝搬時間はレーダ分解能に適合する。

さらにレーダセンサシステム１００は、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄ用のアンテナ制御器を有する。簡易化のために、アンテナ、増幅器、発振器などの、レーダ波の送受信に必要とされる、ＨＦ素子１０ａ〜１０ｄのさらなる構成要素は図示されていない。

同期マスタ素子は、レーダセンサシステム１００の動作時間中に常に同じものであるとは限らず、全てのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄに対する少なくとも１つの所定基準にしたがって、レーダセンサシステム１００の動作時間にわたる同期マスタ素子の機能が提案される。

通常、レーダセンサシステムでは、高周波発生を引き受けるマスタの役割を１つのコンポーネントに割り当て、他のＨＦ素子にはこのコンポーネントからＨＦ同期信号が供給される。ＨＦ同期信号は、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄ間の高いコヒーレンスを提供し、レーダセンサシステム１００の高い角度分解能を可能にするために必要とされる。このために、従来技術では、高周波を生成し、さらなる信号処理を行うために、特殊なモジュールが使用されている。

しかしながら、ＨＦ素子を開発するためのコストがますます高くなる場合、例えば、ノードサイズが小さくなるにつれてマスクのコストが高くなる場合、実際のシリコン面積が大きくなっても、同じタイプの複数の構成要素を使用することによってコスト上の利点がもたらされることが明らかである。このように、本発明により、費用対効果が高く冗長性のあるレーダセンサシステムを実現する有利な可能性が生じる。

本発明によれば、マスタの役割を１つのＨＦ素子から他の全てのＨＦ素子へ移すことが提案される。このことは、例えば熱管理の分野において、レーダセンサシステム１００の好ましい動作特性を有利にもたらす。

図２は、図１のレーダセンサシステム１００の配置をより詳細に示しており、ここで、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄが互いに対して所定の角度で配置されており、このようにすれば同期ネットワーク２０の電気路の長さを短くすることが可能となり、これによりレーダセンサシステム１００の検出精度を最適化することができることが明らかである。

マスタモジュールは、レーダセンサシステム１００の通常モード時に、以下に挙げるタスクのうちいくつかのタスクを引き受ける。
・ＰＬＬによる周波数生成（例えば、７７ＧＨｚ）および必要に応じてクロック生成（例えば、５０ＭＨｚ）、
・ＨＦ同期信号の出力および増幅、
・送信信号の一部の供給、
・ベースバンドへの混合、
・必要に応じてＡＤ変換およびデジタル信号の出力。

最初に挙げた２つのタスクは、一般に、マスタＨＦ素子によってのみ引き受けられ、最後の３つのタスクは、レーダセンサシステム１００の全ての関与するＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄによって引き受けられる。

マスタ素子の電力損失が増加した場合、上限温度（高温ＨＴ）の範囲内でマスタ素子１０ａ，…，１０ｄをスレーブ素子１０ａ，…，１０ｄよりも早くスイッチオフする必要があり（または性能を低下させる必要がある）、これにより利用度が低下する。

さらにこの構成要素は、ＨＴの限界温度付近でより長期に動作するので、耐用年数にわたってより強く劣化する。したがって、本発明では、個々のＨＦ素子の温度を（例えば、温度センサによって）決定し、最も低い温度を有するＨＦ構成要素１０ａ，…，１０ｄに同期マスタの役割を割り当てることが提案される。

すなわち、ＨＦ素子１０ａ…１０ｄの同一素子が常にマスタの役割を果たし、このためスレーブ素子よりも高温となった場合、スレーブ素子と比較して高い温度がベースバンドの位相にずれをもたらすおそれがある。例えば、ベースバンドにおけるマスタ素子は、スレーブ素子に対して３０°だけずれた位相を有し、このようなずれは角度推定の誤差につながるので、できるだけ生じないことが望ましい。レーダセンサシステム１００の動作時にマスタ素子１０ａ，…，１０ｄの役割を移すことによって、これは有利にサポートされる。

位相に加えて、振幅も温度に対してドリフトを示すので、ＨＦ素子１０ａ…１０ｄ間の温度差を回避することが望ましい。

移すマスタ機能を機能させるためには、下記のいくつかの定義された選択基準を使用することができる。
・確率論的にランダムな原理にしたがってマスタ機能を交代すること、
・例えば、５０ＭＨｚのクロックがマスタＨＦ素子によっても生成され、緊急時運転機能が提供された場合には、レーダセンサシステム１００の「好ましい側」からマスタ機能の引き受けること、および、
・ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄの幾何学的配置において、所定のパターンにしたがって、例えば時計回りまたは反時計回りでマスタ機能を交代すること。

レーダセンサシステム１００のマスタＨＦ素子としてＨＦ素子１０ａ…１０ｄの役割を移して動作させるためのさらに他の基準（上記に詳述していない）を設けることも可能である。

提案された方法は、レーダセンサシステムだけでなく、複数のＨＦ素子を有するどの製品にも有利に使用することができる。提案されたレーダセンサシステムは、好ましくは自動車分野で使用される。

図３は、レーダセンサシステムを動作させる方法の基本的なフローチャートである。

ステップ２００では、各々少なくとも１つのアンテナを用いて所定数のＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄによってレーダ波が送受信される。

ステップ２１０において、ＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄの動作周波数が、所定数のＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄに接続された同期ネットワーク２０によって同期され、このとき、同期マスタの機能は、全てのＨＦ素子１０ａ，…，１０ｄにより少なくとも１つの所定基準にしたがって引き受けられる。

提案された方法は、レーダセンサシステム１００の制御装置（図示しない）内で動作するソフトウェアとして有利に実現することができる。このように、当該方法の容易な変更の可能性が有利にサポートされる。

したがって、当業者は、本発明の本質から逸脱することなしに、上記で説明されていないか、または部分的にのみ説明されている実施形態を実現することもできる。

Claims (8)

1. 所定数のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）を備えたレーダセンサシステム（１００）であって、
   前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）の各々は、レーダ波を送信および／または受信するための少なくとも１つのアンテナと、前記少なくとも１つのアンテナを動作させるための少なくとも１つのアンテナ制御器とを有し、
   前記レーダセンサシステム（１００）は、全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）に接続されて全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）の動作周波数を同期させ得る同期ネットワーク（２０）を備え、
   全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）により少なくとも１つの所定基準にしたがって同期マスタが提供され得る、レーダセンサシステム（１００）。
2. 請求項１に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期マスタは、前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）からランダムに選択可能である、レーダセンサシステム（１００）。
3. 請求項１に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期マスタは、温度基準にしたがって前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）から選択可能である、レーダセンサシステム（１００）。
4. 請求項３に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期マスタは、前記ＨＦ素子（１０ａ〜１０ｄ）間の温度差が、所定の範囲内で一定に保持されるように選択可能である、レーダセンサシステム（１００）。
5. 請求項３に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期マスタは、最も低温のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）が前記同期マスタとして選択されるように選択可能である、レーダセンサシステム（１００）。
6. 請求項３から５までのいずれか１項に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期マスタは、前記同期マスタと同期スレーブとの間に所定の位相差が付与されるように選択可能である、レーダセンサシステム（１００）。
7. 請求項１に記載のレーダセンサシステム（１００）であって、前記同期マスタは、所定の動作パターンにしたがって前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）から提供可能である、レーダセンサシステム（１００）。
8. レーダセンサシステム（１００）を動作させる方法であって、
   所定数のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）により各々少なくとも１つのアンテナを用いてレーダ波を送受信するステップと、
   前記所定数のＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）に接続された同期ネットワーク（２０）により前記ＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）の動作周波数を同期させるステップとを備え、
   全てのＨＦ素子（１０ａ，…，１０ｄ）により、少なくとも１つの所定基準にしたがって同期マスタの機能が引き受けられる、方法。

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