CN110114689B - 用于机动车的雷达装置和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车(1)的雷达装置(4)，该雷达装置包括至少一个雷达传感器，该雷达传感器包括至少一个天线装置(10)，其中至少两个天线装置(10)在布置方向上以规定的间距(12)布置在机动车(1)的特别是使雷达辐射透射的承载构件(3)上，雷达装置(4)具有控制装置(5)，用于使所述至少两个天线装置(10)共同地发射运行以及接收运行，使得这些天线装置如同一个在布置方向上增大了天线尺寸的、单个的虚拟天线装置(10)起作用。

Description

用于机动车的雷达装置和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的雷达装置。
背景技术
现有技术中已广泛已知雷达传感器在机动车中的应用，例如由DE 10 2014 105271 A1已知了本类型的用于机动车的雷达传感器。雷达传感器如今主要用作中远距离范围的环境传感器，以便可以确定其他交通参与者或较大对象的距离、角度与相对速度。这种雷达数据可以汇总到环境模型中或直接被提供给车辆系统。在已知现有技术中，例如纵向引导系统、如ACC或安全系统都使用雷达数据。还已经提出在机动车的内部空间中使用雷达传感器。
传统构造方式的雷达传感器通常具有较大的尺寸，由于天线以及直接在天线处所需的电子部件、即雷达前端都集成在一个壳体中，因此该雷达传感器相当笨重。电子部件主要构成雷达收发器，该雷达收发器包括频率控制器(通常包括锁相环——PLL)、混频装置、低噪放大器(LNA)等，但是通常还靠近天线实现控制模块和数字的信号处理部件，以便例如可以向连接的总线(如CAN总线)提供已处理的传感器数据(如对象列表)。
长期以来，基于半导体实现雷达部件已经证明是困难的，这是因为需要昂贵的特殊半导体、特别是GaAs。在利用CMOS技术的解决方案公开之前，还提出了小型雷达传感器，其全部的雷达前端都是以SiGe技术在一个单个的芯片上实现的。此类解决方案是CMOS技术扩展到高频应用(通常还被称为RF-CMOS)的结果。此类CMOS雷达芯片实现了非常小的构造，且不使用昂贵的特殊半导体，因此，主要在制造方面比其他半导体技术具有明显优势。在Jri Lee等人的文章，“A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Transceiver in 65-nmCMOS Technology(65nm CMOS技术中完全集成的77GHz FMCW雷达收发器)”，IEEE Journalof Solid State Circuits 45(2010)(固态电路杂志45(2010年))第2746至2755页中给出了77GHz雷达收发器作为CMOS芯片的示例性实现方案。
此外还提出，芯片和天线在一个共同的封装件(Package)中实现，据此实现了成本特别低的小型雷达传感器，其可以显著更好地满足构造空间要求并由于较短的信号路径也具有非常低的信噪比，以及适用于高频和较大的、变化的频带宽度。因此这种小构造的雷达传感器也可以用于例如在30cm至10m的范围内的短距离应用。
还提出，将这种CMOS收发器芯片和/或具有CMOS收发器芯片以及天线的封装件设置在具有数字信号处理器(DSP处理器)的共同的电路板上，或将信号处理器的功能也集成在CMOS收发器芯片中。类似的集成也可以对于控制功能实现。
现在越来越多的机动车雷达传感器、例如用于ACC系统的雷达传感器都可见地安装在机动车。由于设计技术的原因，也试图能够隐藏地安装雷传感器。文献DE 10 2013 223783 A1说明了，使用其上集成了标志或徽标的板或扁平罩壳作为雷达罩是已知的。在此通过使用超声波而实现对雷达罩的清洁。将雷达传感器定位在标志或徽标后方的优点是，雷达传感器也通常布置在机动车的前部的或后部的区域的中央。这种中间位置因为对称性所以特别适合于对雷达传感器定位。
在对交通情况中的不同的对象之间的分辨能力方面，雷达传感器的角度分辨率起重要作用。在此，雷达传感器的角度分辨率主要依赖于天线装置的大小。天线装置的有效长度(也被称为孔径)越大，则在这个方向上的角度分辨率也越高。由于雷达传感器在其尺寸方面受到限制，所以天线装置最大仅能扩大至某一确定面积，例如10cm x 10cm。这种尺寸限制导致了对于能实现的角度分辨率的大小的限制。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于改善机动车中的雷达传感器的角度分辨率的方案。
为了实现上述目的，在开头所述的类型的雷达装置中根据本发明提出，至少两个天线装置以在布置方向上规定的间距布置在机动车的、特别是对于雷达辐射穿透的承载构件上，雷达装置具有控制装置，用于通过协调操控使至少两个天线装置共同地发射运行和接收运行，从而这些天线装置如同一个在布置方向上具有增大的天线尺寸的、单个的虚拟天线装置起作用，其中每个天线装置都配属于一个自身的/独自的雷达传感器，其中，雷达传感器以规定的间距固定在承载构件上，其中天线装置实现为半导体-封装件的一部分，该半导体-封装件除了相应的天线装置外还包括半导体芯片、特别是CMOS芯片，该半导体芯片实现了雷达收发器。
因此根据本发明提出，使用多个、特别是两个天线装置，这些天线装置以恒定的间距布置。为此天线装置以所需的规定间距布置在承载构件上。使用承载构件的优点是，规定了在各个天线装置之间的间距。该间距与角度测量相关。在此特别适宜的是，所述规定的间距是所使用的雷达辐射的波长的整数倍。例如可以规定，如果使用频率为77GHz的雷达辐射(因此波长为3.9mm)，则使用约19.5cm的值作为规定间距。
由于各个天线装置的不同定位和对这两个天线装置的协调控制，可以实现一个天线尺寸增大了的虚拟的天线装置，这又可以导致角度分辨率的提高。换句话说，根据本发明提供了一种控制设备，该控制设备被设计用于将天线装置的天线元件作为虚拟的天线装置的天线元件在发射和/或接收时共同地操控。特别是能够实现天线装置的发射-天线元件的同时的或至少在时间上协调的发射运行；这同样适用于由天线装置的接收-天线元件接收的雷达信号，这些雷达信号为了一起评估而被传输。然后，该至少两个以规定间隔被定位的天线装置基本上相当于一个虚拟天线装置，该虚拟天线装置至少在天线装置彼此排列的方向上具有扩大的、虚拟的孔径。
在下文中通常以两个天线装置为例，从而可以使用立体雷达系统。本发明也可以转用于多于两个天线装置的情况，特别是当承载构件提供的面积可适宜多于两个天线装置使用时。
在这种情况下，也可以特别有利地使用开头所述的在用于雷达传感器的半导体技术方面的新发展，特别是在可小构型地实现的部件以及雷达数据的高质量方面的新发展。因此根据本发明提出，天线装置实现为半导体-封装件的一部分，该半导体-封装件除了相应的天线装置外还包括半导体芯片、特别是CMOS芯片，该半导体芯片实现了雷达收发器。这种封装件也可以被称为“雷达芯片”。通过半导体芯片还可以实现数字信号处理部件(DSP)和/或控制单元。这种封装件可以小构型地以及成本低地实现，其中这种封装件中的每一个也可以作为单独的雷达传感器起作用。这种封装件的由半导体芯片实现的控制单元可以用作控制装置的一部分。
与上述的对半导体技术的使用无关地，但特别有利的是在使用该半导体技术的情况下，根据本发明提出，每个天线装置都配属于一个自身的/独自的雷达传感器，其中，雷达传感器以规定的间距固定在承载构件上。以这种方式可以使用最终制成的、完备的、特别是在半导体技术方面实现的雷达传感器，而无需特殊的、附加的结构。特别是半导体雷达传感器已经具有一定的集成智能，特别是以所述控制单位的形式，从而可以使用集成智能提供控制单元的高级控制部件，以便实现对雷达传感器的间隔开的各个天线装置的共同操控。
在本发明的改进方案中可以提出，天线装置布置在公共的基板上。可以具体地提出，该基板施加在承载构件的一侧上或使用紧固在承载构件的一侧上或内部的电路板作为基板。通过这种共同的基板、特别是共同的电路板，可以特别有利地也实现用于共同地操控天线装置的控制线路。为了具体地实现基板可以提出，承载构件在天线侧利用适合的天线-基板覆层，在基板上面可以定位天线装置。还可以想到，当使用电路板时，可以将该电路板也集成在承载构件中，例如将电路板连同布置在其上的天线装置(优选还有实现了雷达收发器的半导体芯片)灌封等方式。
可由雷达辐射透射的承载构件适宜地可以被设计为用于天线装置的雷达罩。承载构件可以例如由塑料或其他合适的材料制成，该材料至少局部地具有成型部，该成型部可以实现雷达罩。为了实现雷达罩当然也可以提出，为了在内部的、作到雷达罩作用的结构方面提供均匀的表面，使用多种不同的材料制造承载构件，特别是当该承载构件从外部可见时(如在以下还要描述的)。
在本发明的特别适宜的改进方案中提出，承载构件是具有对外可见的观察面的装饰构件，天线装置设置在与观察面相对置的背面上和/或设置在承载构件的内部。特别有利的是，观察面可以示出机动车制造商的徽标和/或标志。这种徽标构件和标志构件通常设置在机动车前部的或后部的中央，因此处于由于其对称性原因而原本就是安装雷达传感器的特别优选部位的位置。在这种情况下被设计用于使雷达辐射透射的承载构件已经在结构方面确保了在天线装置之间的预期的规定的、恒定的间距，并且作为常规的装饰构件还提供了一种优雅美观的方式来隐藏地安装雷达传感器。例如可以在迄今由金属制成的徽标和/或标志的情况下提出，在材料中加工出该徽标和/或标志，特别是以实现3D效果的方式。在可简单预设规定的间距并且合理地、隐藏安装地定位雷达装置的同时，如果设计为装饰构件的承载构件还作为天线装置的雷达罩起作用，则实现了特别高的集成度。
除了雷达装置外，本发明还涉及一种机动车，该机动车具有至少一个根据本发明的雷达装置。所有涉及雷达装置的实施形式也可以类似地转用于根据本发明的机动车，利用根据本发明的机动车也可以获得已经说明的优点。特别有利的是，承载构件被设计为装饰构件，特别是设计为承载标志和/或徽标的装饰构件，并被布置在机动车的前侧的和/或后侧的中央。然后，例如雷达装置可以形成远程雷达的雷达传感器、例如ACC雷达传感器。
在此还要指出，在本发明的范围内可以想到，控制装置的至少一个部件不实现在承载构件上、承载构件中或承载构件处，而是可以在自身的结构单元中、例如壳体中布置得相邻于承载构件和/或以其他方式靠近承载构件。
附图说明
从以下描述的实施例以及根据附图得到本发明的其他优点和细节。在此示出：
图1示出根据本发明的机动车，
图2示出承载构件的第一实施例的正面，
图3示出承载构件的第一实施例的背面，
图4示出承载构件的第二实施例的背面。
具体实施方式
图1示出根据本发明的机动车1的原理图。为了示出机动车1的制造商的标志和/或徽标，机动车1的前侧的以及机动车的后侧的中央具有装饰构件2，该装饰构件在从外部可见的观察面或正面上示出相应的标志和/或徽标，同时相应起到雷达装置4的承载构件3的作用，因此(如在下面还要详细描述的)承载至少两个天线装置，这些天线装置按规定间隔开并可以被仅示意性示出的、可以部分地布置于在承载构件3外部的箱盒中的控制装置5共同操控，从而形成具有增大的虚拟的孔径的虚拟天线装置，因此可以改善角度分辨率。雷达装置4或相应的装饰构件2分别布置在前部的和后部的中央，特别是与机动车1的两侧间距相同，从而对于测量实现了最佳的对称性。
图2示出根据第一实施例的承载构件3的正面或观察面6。可以看到，观察面6包括在此未详细示出的标志7，该标志在此通过观察面6的表面结构实现，以形成3D效果。承载构件3整体上设计为可以对于雷达辐射透射，并且通过使用两种不同的材料、特别是塑料材料而具有内部的成型部，该成型部使得能够将承载构件3用作雷达罩。
图3示出根据第一实施例的承载构件3的背面8。可以看到，该背面8至少部分地利用基板9覆层，在该基板上安装在此的两个天线装置10，以及在此仅示意性示出的、适合用于操控天线装置10的电导线11。控制装置5的部件也可以布置在基板9上。在天线装置10之间的间距12被选择为所使用的雷达辐射的波长的倍数，在此在77GHz的频率下约为19.5cm。
通过借助于控制装置5共同地、协调地操控天线装置10可以显著改善角度分辨率，这是因为得到虚拟扩大的孔径。
图4示出承载构件3的另一实施例的背面8。在此，天线装置10在半导体技术中实现为封装件13的一部分，该封装件还包括半导体芯片14，通过该半导体芯片实现了至少一个雷达收发器，特别是也实现了数字信号处理部件和/或控制单元，该控制单元可以形成控制装置5的一部分。原则上，通过每个封装件都实现了自身的雷达传感器，在此封装件在分开的电路板15上示出、但也能够在一个共同的电路板上实现，其中在根据图3的第一实施例中，雷达传感器由设置在控制装置侧的雷达收发器构成并包括两个天线装置10。
但是还要指出，特别是在布置在共同的电路板上的情况下可能适宜的是，电路板连同安装在其上的封装件13一起集成在承载构件3中，例如通过灌封等方式。

Claims (10)

1.一种用于机动车(1)的雷达装置(4)，其中，至少两个天线装置(10)在布置方向上以规定的间距(12)布置在机动车(1)的承载构件(3)上，雷达装置(4)具有控制装置(5)，用于通过协调操控使所述至少两个天线装置(10)共同地发射运行以及接收运行，使得这些天线装置如同一个在布置方向上具有增大的天线尺寸的、单个的虚拟天线装置(10)起作用，其中每个天线装置(10)都配属于自身的雷达传感器，其中，雷达传感器以规定的间距(12)固定在承载构件(3)上，其中天线装置(10)实现为半导体-封装件(13)的一部分，该半导体-封装件除了相应的天线装置(10)外还包括半导体芯片(14)，该半导体芯片实现了雷达收发器。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，所述规定的间距(12)是所使用的雷达辐射的波长的整数倍。
3.根据前述权利要求中任一项所述的雷达装置，其特征在于，天线装置(10)布置在公共的基板(9)上。
4.根据权利要求3所述的雷达装置，其特征在于，基板(9)施加在承载构件(3)的一侧上，或者基板(9)是紧固在承载构件(3)的一侧(8)上或承载构件(3)的内部的电路板(15)。
5.根据权利要求1或2所述的雷达装置，其特征在于，承载构件(3)被设计为用于天线装置(10)的雷达罩。
6.根据权利要求1或2所述的雷达装置，其特征在于，承载构件(3)是具有对外可见的观察面(6)的装饰构件(2)，天线装置(10)设置在与观察面(6)相对置的背面(8)上和/或设置在承载构件(3)的内部。
7.根据权利要求6所述的雷达装置，其特征在于，观察面(6)示出机动车(1)的制造商的徽标和/或标志(7)。
8.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，承载构件是对于雷达辐射透射的。
9.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，所述半导体芯片是CMOS芯片。
10.一种机动车(1)，具有根据权利要求1至9中任一项所述的至少一个雷达装置(4)。
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