Radar

Radarmodul – klassische Sensorik

Der Begriff RADAR steht für „Radio Detection and Ranging“.

Es handelt sich hier um ein aktives System, das Mikrowellen im GHz – Bereich aussendet und empfängt. Diese Technologie ermöglicht es, mittels elektromagnetischer Wellen, berührungslos, ein oder mehrere Objekte zu erkennen und zu lokalisieren.

Dabei sendet die Radarantenne Signale in Form von Radarwellen aus. Diese Wellen sind vom Menschen nicht wahrnehmbar und breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Wenn nun eine dieser Wellen auf ein Objekt trifft, wird das Signal verändert und reflektiert – das kann man sich wie ein Echo vorstellen. Eine Antenne im Sensor empfängt das reflektierte Signal und erhält dadurch Informationen über das Objekt. Über die Laufzeit des Signals kann z. B. der Abstand des Objektes zum Fahrzeug ermittelt werden. Als zweiter Schritt wird nun eine Information an die Fahrzeugelektronik ausgegeben, um eine Reaktion, wie z.B, „Geschwindigkeit vermindern“ auszulösen.

Ein großer Vorteil dieser Technologie ist, dass sie gegenüber Dunkelheit, Feuchtigkeit, Schmutz und Temperatur wenig empfindlich ist. Es gibt aber auch Nachteile. Dazu gehören sogenannte Radar-zu-Radar-Interferenzen. Dabei handelt es sich um die gegenseitige Beeinflussung unterschiedlicher Radar Sensoren, die alle auf dem gleichen zugewiesenen Frequenzband arbeiten. Wenn sich bei den Sensoren das Sichtfeld überschneidet, dann entstehen diese Interferenzen bzw. Störungen. Es wird aber bereits an verschiedenen Ansätzen gearbeitet um dieses Problem zu bereinigen.

Radarsensoren – Unterschiede und Einsatzgebiete

Generell unterscheidet man im Fahrzeug zwischen drei unterschiedlichen Radar-Bereichen:

• LRR Long Range Radar > 160 m
• MRR Mid Range Radar max. 160 m
• SRR Short Range Radar max. 50 m

Die Sensoren verwenden Frequenzbereiche von 24, 77 und 79 GHz.

Front View (24 / 77 GHz)

An der Vorderseite des Fahrzeuges sind Sensoren für den LRR und SRR / MRR Bereich verbaut. Diese werden als Fahrassistenzsysteme, wie ein zweites Augenpaar, zur Unterstützung des Fahrers eingesetzt. Zyklisch werden Daten über den vorausfahrenden Verkehr erfasst.

Distanz und Geschwindigkeit sind hier die Hauptkriterien, die es zu messen gilt. Dadurch kann das Assistenzsystem im Fahrzeug den Mindestabstand zum Vordermann selbständig einhalten und bei Bedarf, zur Unfallprävention, eine Notbremsung einleiten.

Rear View (24 / 77 GHz)

An der Rückseite überwachen Sensoren den Bereich hinter dem Fahrzeug. Da der Fahrer meist auf den vorderen Bereich konzentriert ist und nur durch kurze Blicke in den Rückspiegel, die Situation hinten erfassen kann, unterstützen hier Radarsensoren sehr effektiv. Im Falle eines Überholmanövers, oder eines Spurwechsels, kann über ein optisches oder akustisches Signal eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden, wenn sich von hinten ein anderes Fahrzeug schnell nähert. Die „Tot-Winkel Warnung“ fällt hier ebenso darunter.

Surround View – 360° (77 / 79 GHz)

Eine Kombination aus den verschiedenen Radarsensoren, die rund um das Auto verbaut werden, ermöglichen einen 360° Rundumblick. Das ist sowohl im Nahbereich möglich, um unübersichtliche Situationen für den Fahrer besser erkennbar zu machen, als auch in mittleren, bis langen Distanzen für autonomes Fahren.

Eine Kombination aus 8 Radarsystemen ermöglicht einen zuverlässigen Rundumblick.

Radarsensoren – 1D bis 4D

1D – Radar (CW)

CW – Continous Wave Verfahren

Bei dieser Messmethode wird der Radar-Strahl kontinuierlich, zeitgleich gesendet und empfangen. Dadurch können nur Objekte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit getrennt werden. Objekte mit gleicher Geschwindigkeit werden nicht unterschieden. Eine Lokalisierung ist nicht möglich.

2D – Radar (FSK)

FSK – Frequency Shift Key

Hier wird sprunghaft zwischen zwei Frequenzen hin und her gewechselt. Das ist eine Sonderform des FMCW Verfahrens (siehe 3D und 4D Radar). Dadurch können nun Objekte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und Entfernung getrennt werden. Objekte mit gleicher Geschwindigkeit und Entfernung werden nicht unterschieden. Eine Lokalisierung auf einer 1-dimensionalen Ebene ist möglich.

3D – Radar (FMCW-MIMO)

FMCW-MIMO – Frequency Modulated Continous Wave–Multiple Input Multiple Output

Bei diesem Verfahren wird die Frequenz zeitlich abhängig moduliert und mit mehreren Sende- und Empfangsantennen übertragen. Jedes gesendete Signal kann von einer beliebigen Antenne empfangen werden. Die spezielle Anordnung mehrerer Antenennen sorgt für das räumliche Auflösungsvermögen und vermindert die Störanfälligkeit. Jetzt können Objekte mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, Entfernung und verschiedenen Winkeln getrennt werden. Objekte mit gleicher Geschwindigkeit, Entfernung und gleichem Winkel werden auch unterschieden. Eine Lokalisierung auf einer 2-dimensionalen Ebene ist möglich.

4D – Radar (FMCW-MIMO)

Zusätzliche Antennen in der Elevation ermöglichen es Objekte auch in der Höhe zu trennen. Somit können Objekte im 3-dimensionalen Raum lokalisiert werden.

Radar – Messbare Informationen und Auswertung

Folgende Informationen lassen sich mittels Radar-Sensorik erfassen und auswerten:

• Geschwindigkeit von Objekten
• Entfernung von Objekten
• Bewegungsrichtung
• Winkel

Mit intelligenten Algorithmen ist es möglich, sogenannte Bewegungshistorien zu erstellen. Man kann auch Objekte klassifizieren, d. h. man unterscheidet z. B. Personen von Fahrzeugen.

All diese Informationen sind wichtige Bausteine für Fahrassistenzsysteme und bilden wie Kamera-, GPS- und LiDAR-Systeme, eine der vier tragenden Säulen für das autonome Fahren (AD).

Radar – Einsatzgebiete

Radar hat in vielen Bereichen des Fahrzeugs Einzug gehalten. In allen Fällen geht es aber darum das gesteckte Ziel „null Unfälle“ zu erreichen.

Hier ein paar Beispiele:

ACC: Adaptive Cruise Control	Tempomat mit Abstandshaltefunktion
AEB: Automatic Emergency Braking	Notbrems Assistent
FCW: Forward Collision Warning	Unfall Warnung vorne
CTA: Cross Traffic Alert	Querverkehr Warnung
ALC: Adaptive Light Control	adaptive Beleuchtung (Kurvenlicht, aut. Auf- und Abblenden, …)
VEA: Vehicle – Exit Assist	Warnt beim Verlassen des Fahrzeuges vor nahenden Autos
BSD: Blind – Spot Detection	Tot Winkel Assistent
LCA: Lane – Change Assist at the rear	Spurwechsel Assistent hinten
RCTA: Rear Cross Traffic Alert	Querverkehr Warnung hinten
AVP: Automated Valet Parking	Einpark Assistent