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Mehr Produktivität und Sicherheit

Radarsysteme für Agrar- und Nutzfahrzeuge entwickeln

4. Oktober 2016, 15:15 Uhr | Von Florian Süßmair und Farhan Bin Khalid

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Schneller, robuster als Ultraschall

Gerade im rauen Umfeld von Bau- und landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen spielen Radarsysteme eine wichtige Rolle, da sie sehr robust gegenüber Umwelteinflüssen und im Vergleich zu Ultraschallsensoren zudem schneller sind.

Automobile Radarsysteme lassen sich in Bezug auf die Reichweite und damit auch die Geschwindigkeit der Fahrzeuge wie folgt einteilen: Long-Range-Radar (LRR) für mehr als 150 m Reichweite, Mid-Range-Radar (MRR) für den Bereich von 70 bis 150 m und Short-Range-Radar (SRR) für Anwendungen bis zu 70 m Reichweite. Typische Anwendungen sind Spurhalte- oder Notbremsassistenten sowie automatische Abstandskontrolle (ACC, Adaptive Cruise Control). Aufgrund der geringeren Geschwindigkeiten bei CAV-Anwendungen liegt hier der Fokus auf SRR bzw. 24-GHz-Radarsystemen mit typischen Applikationen wie der Erkennung des Quer- oder rückwärtigen Verkehrs, Objekterkennung mit automatischer Notbremsung oder Toter-Winkel-Überwachung. Auch die Abstandskontrolle für das Platooning, die Terrain-Abbildung oder die Objekterfassung bei Schnee bzw. Nebel sind interessante Radaranwendungen.

Was sind nun die wesentlichen Kriterien für Radarsysteme in CAV-Applikationen? Für eine schnelle Erfassung und anschließende Reaktion ist eine leistungsfähige Front-End-Verarbeitung mittels schneller Fourier-Transformation (FFT) erforderlich. Um die Signalauswertung zu optimieren, ist außerdem ein „Windowing“ vor der FFT-Verarbeitung wünschenswert. Eine solche Fensterfunktion legt fest, mit welcher Gewichtung die bei der Abtastung eines Signals gewonnenen Abtastwerte innerhalb eines Ausschnittes (Fenster) in nachfolgende Berechnungen eingehen. CAV-Radarsysteme sollten zudem möglichst kompakt sein – also ist eine Lösung ideal, die mit möglichst wenig Komponenten und Leiterplattenfläche auskommt. Und natürlich spielt auch das Thema Sicherheit eine wichtige Rolle: Hier muss ein Design gemäß ISO 26262 gewährleistet sein. Falls die Radarabtastung eine automatisierte Aktion zu Folge hat (Notbremsung), dann muss die Zielobjekt-Erkennung mit einer ASIL-fähigen Einheit erfolgen.

Einfacher Einstieg in Radar-Designs

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Infineon hat für moderne, radarbasierte Assistenzsysteme von Nutzfahrzeugen und Baumaschinen ein 24-GHz-Radar-Entwicklungs-Kit (KIT_Aurix_BGT24A_RADAR) entwickelt. Mit dieser Einstiegslösung lassen sich entsprechende Radarsysteme einfach und schnell evaluieren und testen. Das Kit (Bild 2) enthält neben einem 24-GHz-Radarchip (BGT24ATR12) auch den passenden Aurix-Mikrocontroller (TC264DA), der speziell auf Radaranwendungen zugeschnitten ist, inklusive einer entsprechenden Safety-System-Stromversorgung (TLF35584) sowie DC/DC-Regler (TLE8366EV) und einen Low-Noise-Spannungsregler (Low-Drop-out-Regler, LDO, TLS208D). Patch-Antennen (zwei für den Empfang und eine für das Senden) sowie umfangreiche Dokumentation, Quellcode für den Aurix, einschließlich PC- (GUI) und Anwendungs-Software sowie Produktionsunterlagen (Gerber-Dateien, BOM, Schaltpläne) vervollständigen das Kit.

Das Entwicklungs-Kit verfügt über alle erforderlichen Funktionseinheiten für ein komplettes 24-GHz-Radarsystem (Bild 3). Der Radar-Chip ist ein SiGe-MMIC-Transceiver für die HF-Signalerzeugung und den -empfang. Er arbeitet im ISM-Band von 24,00 bis 24,25 GHz und basiert auf einem spannungsgeregelten Oszillator. Der Chip beinhaltet einen schaltbaren Frequenz-Prescaler mit Ausgangsfrequenzen von 1,5 GHz und 23 kHz. Der Haupt-HF-Ausgang liefert eine Signalleistung von 11 dBm (typ.) zur Einspeisung in eine Antenne. Für Monitoring-Aufgaben sind Leistungs- und Temperatursensoren implementiert. Der Chip kann über das SPI-Interface angesteuert werden. Der kompakte Radar-Transceiver ist in einem 32-poligen Plastik-VQFN-Gehäuse lieferbar und gemäß AEC Q100 qualifiziert.