DE102007027975A1 - Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Michael Klar
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, insbesondere Radarsensorvorrichtung (12a) für ein Kraftfahrzeug, in deren Strahlengang (24) wenigstens ein Antennenerreger (26) und wenigstens eine Linse (28) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlengang (24) zwischen dem wenigstens einen Antennenerreger (26) und der wenigstens einen Linse (28) wenigstens eine Blende (30a) mit einer veränderbaren azimutalen Öffnungsbreite (b<SUB>1</SUB>, b<SUB>2</SUB>) zur Realisierung eines variablen azimutalen Erfassungsbereichs der Radarsensorvorrichtung (12a) angeordnet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, insbesondere Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Derartige Sensorvorrichtungen werden beispielsweise als Abstandssensoren in Geschwindigkeitsregelsystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt, mit welchen die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf eine von dem Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit geregelt werden kann. Mit Hilfe der Abstandssensoren, beispielsweise Radarsensoren, Lidarsensoren oder dergleichen, kann der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen werden. Die Geschwindigkeitsregelung wird dann derart modifiziert, dass ein vorgegebener, vorzugsweise geschwindigkeitsabhängiger Abstand zu dem als Zielobjekt ausgewählten vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten wird. Solche Systeme werden auch als adaptive Geschwindigkeitsregelvorrichtungen/-systeme bzw. ACC (Adaptive Cruise Control)-Systeme bezeichnet. In der Publikation der Robert Bosch GmbH "Adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ACC, Gelbe Reihe, Ausgabe 2002, Technische Unterrichtung" sind derartige adaptive Geschwindigkeitsregelvorrichtungen beschrieben. Dort ist ebenfalls eine gattungsgemäße Sensorvorrichtung angegeben.
  • Heutzutage basieren Sensoriken für derartige Systeme häufig auf dem Radarprinzip. Typische Vertreter von Radarsensoren arbeiten im Bereich von 77 GHz oder auch im Bereich von 24 GHz. Die aktuellen Systeme arbeiten mit relativ starren Systemeigenschaften. So lässt sich beispielsweise während des Betriebs eines solchen Radargeräts keine Veränderung der Antennencharakteristik vornehmen. Auch andere Parameter sind fest, so dass beispielsweise keine Anpassung der Leistungsmerkmale im Autobahn-, Landstraßen- bzw. Stadtbetrieb vorge nommen werden kann. Des weiteren zeigen Radargeräte für adaptive Geschwindigkeitsregelsysteme typischerweise eine relativ schmal im Azimut fokussierte Richtwirkung. Derartige LRR (long range radar)-Sensoren sind dafür gebaut, bei einem eher schmalen Winkelsichtbereich bzw. Erfassungsbereich von < +/–10° Fahrzeuge und andere Objekte im Sichtfeld bei Reichweiten bis zu 200 m oder mehr zu erfassen und zu vermessen. Für adaptive Geschwindigkeitsregelsysteme und entsprechende PSS (predictive safety systems)-Funktionen reichen derartige azimutale Winkelsichtbereiche jedoch oft nicht aus.
  • Aus der DE 10 2004 044 067 A1 ist es bekannt, bei einer Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug die Antennencharakteristik einer Monopulsantenne zum gerichteten Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale mit Hilfe einer Elektronikeinrichtung zum Ansteuern der Monopulsantenne und zum Auswerten von Empfangssignalen der Monopulsantenne adaptiv zu gestalten. Die Monopulsantenne kann dazu von der Elektronikeinrichtung mittels DBF (digital beam forming) ansteuerbar sein.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung, insbesondere Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, in deren Strahlengang wenigstens ein Antennenerreger und wenigstens eine Linse angeordnet sind, wobei in dem Strahlengang zwischen dem wenigstens einen Antennenerreger und der wenigstens einen Linse wenigstens eine Blende mit einer veränderbaren azimutalen Öffnungsbreite zur Realisierung eines variablen azimutalen Erfassungsbereichs der Sensorvorrichtung angeordnet ist, hat den Vorteil, dass durch die Sensorvorrichtung unterschiedliche azimutale Winkelsichtbereiche, insbesondere auch ein schmaler weitschauender Erfassungsbereich (long range radar – LRR) und ein näherer weitwinkligerer Erfassungsbereich (mid range radar – MRR) abgedeckt werden können. In vorteilhafter Weise ist durch Einfügen der wenigstens einen Blende zwischen dem Antennenerreger bzw. dem Erreger und der Linse bzw. der Radarlinse bzw. dem strahlbündelnden Element, welche mechanisch oder elektrisch in ihrer horizontalen bzw. azimutalen Öffnungsbreite verändert werden kann, eine Umschaltung des Sichtbereichs möglich. Somit lassen sich auch breitere horizontale Öffnungswinkel im Nahbereich mit der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung erfassen. Mit dieser Einstellmöglichkeit kann sehr elegant, einfach und kostengünstig auf unterschiedliche Anforderungen an den Öffnungswinkel der Sensorvorrichtung reagiert werden. Dabei ist anzumerken, dass aufgrund der Strahlbündelungseigenschaften der Linse eine große Öffnungsbreite der Blende zu einem schmaleren Sichtfeld und eine geringe Öffnungsbreite zu einem breiteren Sichtfeld der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung führt. Des weiteren ist es denkbar, die Messauflösung der Sensorvorrichtung durch Berücksichtigung unterschiedlicher Antennencharakteristika bei mehreren Messungen mit unterschiedlichen Blendenöffnungsbreiten zu erhöhen.
  • Für die Blende in der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kommen mehrere Ausführungsformen eventuell auch kombiniert in Betracht.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Blende mehrere in den Strahlengang einklappbare Abdeckelemente aufweist, welche insbesondere eine Jalousie bilden.
  • Durch diese Maßnahmen wird eine mechanisch einfache und als Jalousie mit hoher Geschwindigkeit schaltbare Blende geschaffen.
  • Des weiteren kann die wenigstens eine Blende ein oder mehrere Abdeckelemente aufweisen, welche in der Art eines Rollladens in den Strahlengang einschiebbar sind.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die wenigstens eine Blende Polarisationsgitterelemente mit einer vorgegebenen Polarisationsrichtung in dem Strahlengang aufweist, wobei der Antennenerreger zur Realisierung einer veränderbaren azimutalen Öffnungsbreite eine entsprechend polarisierte Strahlung abgibt, welche die Polarisationsgitterelemente passiert oder durch diese gehemmt wird. Sonach kann die Blendenwirkung in einfacher Weise durch Polarisation erreicht werden. Beispielsweise können im Strahlengang Polarisationsgitter mit einer Polarisation von unter +45° vorgesehen sein. Sendet der Antennenerreger nun ebenfalls +45° polarisierte Strahlung aus, so ergibt sich durch das Passieren der Strahlung ein entsprechend schmaleres Sichtfeld der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, da eine Bündelung des Radarstrahls durch die Linse unterstützt wird. Sendet der Antennenerreger jedoch –45° polarisierte Strahlung, so wird diese entsprechend durch die Polarisationsgitterelemente gehemmt und kann die Linse nicht erreichen. Dadurch ergibt sich aufgrund der strahlbündelnden Eigenschaften der Linse ein wesentlich aufgeweiteter Strahl und somit ein breiterer azimutaler Erfassungsbereich der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung.
  • Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Blende Dämpfungselemente aufweist, welche aus einem Material mit einer insbesondere mittels eines elektrischen oder magnetischen Felds steuerbaren Strahlungsdurchlässigkeit gebildet sind.
  • Vorteilhaft ist außerdem, wenn die wenigstens eine Linse mit der wenigstens einen Blende versehen ist. Die Blende kann dazu auf der Linse angeordnet sein. Beispielsweise können die Dämpfungselemente oder die Polarisationsgitterelemente entsprechend auf der Linse aufgebracht sein.
  • Anspruch 7 betrifft eine adaptive Geschwindigkeitsregelvorrichtung für Kraftfahrzeuge. Ein Kraftfahrzeug ist in Anspruch 8 angegeben.
  • Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung prinzipmäßig beschrieben.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines ACC-Systems bzw. einer adaptiven Geschwindigkeitsregelvorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;
  • 2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in einer ersten Ausführungsform mit einklappbaren Abdeckelementen;
  • 3 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform mit einklappbaren Abdeckelementen, welche eine Jalousie bilden;
  • 4 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in einer dritten Ausführungsform mit mehreren Abdeckelementen, welche in der Art eines Rollladens in den Strahlengang einschiebbar sind;
  • 5 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer vierten Ausführungsform mit einer Blende, welche Polarisationsgitterelemente aufweist;
  • 6 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in einer fünften Ausführungsform mit einer Blende, welche Dämpfungselemente aufweist;
  • 7 ein Antennendiagramm einer Sensorvorrichtung ohne Blende;
  • 8 ein Antennendiagramm der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer Blende, welche eine Öffnungsbreite von 30 mm aufweist; und
  • 9 ein Antennendiagramm der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einer Blende, welche eine Öffnungsbreite von 10 mm aufweist.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Ein in 1 stark vereinfacht dargestelltes Kraftfahrzeug 10 mit einem ACC-System bzw. einer adaptiven Geschwindigkeitsregelvorrichtung 11 weist als Abstandssensor eine an der Frontpartie des Kraftfahrzeugs 10 angebrachte erfindungsgemäße Sensorvorrichtung bzw. Radarsensorvorrichtung 12 auf, in deren Gehäuse auch eine ACC-Steuereinheit 14 untergebracht ist. Die ACC-Steuereinheit 14 ist über einen Datenbus 16 (CAN, MOST oder dergleichen) mit einer elektronischen Antriebs-Steuereinheit 18, einer Bremssystem-Steuereinheit 20 sowie mit einer HMI-Steuereinheit 22 einer Mensch/Maschine-Schnittstelle verbunden. Die Radarsensorvorrichtung 12 misst mit Hilfe eines Radarstrahls die Abstände, Relativgeschwindigkeiten und Azimutwinkel von vor dem Fahrzeug befindlichen Objekten, die Radar wellen reflektieren. Die in regelmäßigen Zeitabständen, z. B. alle 10 ms empfangenen Rohdaten werden in der ACC-Steuereinheit 14 ausgewertet, um einzelne Objekte zu identifizieren und zu verfolgen und um insbesondere ein unmittelbar auf der eigenen Fahrspur vorausfahrendes Fahrzeug zu erkennen und als Zielobjekt auszuwählen. Durch Befehle an die Antriebs-Steuereinheit 18 und die Bremssystem-Steuereinheit 20 regelt die ACC-Steuereinheit 14 als Einrichtung zur Bestimmung des Beschleunigungs- und Verzögerungsbedarfs die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10. Wenn kein vorausfahrendes Fahrzeug geortet wird, regelt die ACC-Steuereinheit 14 die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 auf eine vom Fahrer gewählte Wunschgeschwindigkeit. Ist dagegen ein vorausfahrendes Fahrzeug, dessen Geschwindigkeit kleiner ist als die des eigenen Fahrzeugs, als Zielobjekt erfasst worden, so wird die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 so geregelt, dass ein angemessener Abstand zu dem vorausfahrenden Fahrzeug eingehalten wird.
  • In den 1 bis 6 sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Selbstverständlich können die Ausführungsformen der Blende 30a bis 30e auch in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
  • In 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung 12a für das Kraftfahrzeug 10 dargestellt, in deren Strahlengang 24, welcher in den 2 bis 6 als Hauptstrahl der Radarwellen bzw. als optische Achse angedeutet ist, zwischen einem Antennenerreger 26 und einem als Linse 28 ausgebildeten Strahlformungselement eine Blende 30a mit einer veränderbaren azimutalen Öffnungsbreite b1, b2 zur Realisierung eines variablen azimutalen Erfassungsbereichs der Radarsensorvorrichtung 12a angeordnet ist. Somit lassen sich unterschiedliche azimutale Winkelsichtbereiche, insbesondere ein schmaler, weitschauender Erfassungsbereich und ein näherer weitwinkliger Erfassungsbereich mit nur einer Radarsensorvorrichtung 12a abdecken. Die Blende 30a weist in den Strahlengang 24 einklappbare Abdeckelemente 32a auf. Die Abdeckelemente 32a ergeben im in den Strahlengang 24 eingeklappten Zustand (mit durchgezogener Linie dargestellt) eine azimutale Öffnungsbreite b1, welche aufgrund der strahlbündelnden Eigenschaften der Linse 28 einen breiten azimutalen Erfassungsbereich der Radarsensorvorrichtung 12a ergibt. Wohingegen die Abdeckelemente 32a in aus dem Strahlengang 24 herausgeklapptem Zustand (gestrichelt angedeutet) eine wesentlich größere azimutale Öffnungsbreite b2 ergeben, wodurch sich ein schmaleres Sichtfeld der Radarsensorvorrichtung 12a ergibt.
  • In 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung 12b dargestellt, bei welcher die Abdeckelemente 32b einer Blende 30b eine Jalousie bilden. Die Abdeckelemente 32b sind im in den Strahlengang 24 eingeklappten Zustand wenigstens annähernd senkrecht zur Hauptstrahlrichtung bzw. zur optischen Achse angeordnet und bewirken eine azimutale Öffnungsbreite b1 der Blende 30b. In ausgeklapptem Zustand der Abdeckelemente 32b (gestrichelt angedeutet) sind die Abdeckelemente 32b im Wesentlichen parallel zur Hauptstrahlrichtung angeordnet und es ergibt sich eine azimutale Öffnungsbreite b2.
  • In 4 ist eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung 12c dargestellt. Eine Blende 30c weist dabei zwei Abdeckelemente 32c auf, welche in der Art eines Rollladens in den Strahlengang 24 einschiebbar sind. Im in den Strahlengang 24 eingeschobenen Zustand ergibt sich eine azimutale Öffnungsbreite b1, während sich im ausgeschobenen Zustand der Abdeckelemente 32c eine azimutale Öffnungsbreite b2 ergibt. Die azimutalen Öffnungsbreiten b1, b2 sind in den 2 bis 6 nur exemplarisch dargestellt. Andere Öffnungsbreiten sind ebenfalls denkbar.
  • In 5 ist eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung 12d dargestellt, bei welcher in dem Strahlengang 24 eine Blende 30d angeordnet ist. Die Blende 30d ist vorzugsweise auf der Linse 28 angeordnet und weist Polarisationsgitterelemente 32d mit einer vorgegebenen Polarisationsrichtung von unter +45° auf. Der Antennenerreger 26 gibt zur Realisierung einer veränderbaren azimutalen Öffnungsbreite b1, b2 eine entsprechend polarisierte Strahlung ab, welche die Polarisationsgitterelemente 32d passiert (Öffnungsbreite b2, wobei der Antennenerreger 26 +45° polarisiert ist) oder durch diese gehemmt wird (Öffnungsbreite b1, wobei der Antennenerreger 26 –45° polarisiert ist). Dadurch ergeben sich ebenfalls unterschiedliche Erfassungsbereiche für die Radarsensorvorrichtung 12d aufgrund der unterschiedlichen Öffnungsbreiten b1, b2.
  • In 6 ist eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung 12e dargestellt, wobei eine Blende 30e Dämpfungselemente 32e aufweist, welche aus einem Material mit einer mittels eines elektrischen oder magnetischen Felds steuerbaren Strahlungsdurchlässigkeit gebildet sind. Die Dämpfungselemente 32e dampfen die durch den Antennen erreger 26 erzeugte Radarstrahlung entsprechend um eine Öffnungsbreite b1 der Blende 30e zu erhalten bzw. können durchlässig geschaltet werden, um eine Öffnungsbreite b2 zu erhalten und damit den entsprechenden Erfassungsbereich für die Radarsensorvorrichtung 12e zu bewirken. Die Dämpfungselemente 32e können, wie in 6 dargestellt, analog zu den Polarisationsgitterelementen 32d aus 5 auf der Linse 28 angeordnet sein. Selbstverständlich sind hier auch andere Lösungen denkbar.
  • In den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 bis 6 sind die Formen der Blenden 30a bis 30e an die Form der Linse 28 angepasst.
  • In den 7, 8 und 9 sind Antennendiagramme bzw. Azimutwinkeldiagramme von Horizontalschnitten von vier Radarstrahlen Beam 1 bis Beam 4 dargestellt, welche den Erfassungsbereich einer Radarsensorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtungen 12, 12a bis 12e als Folge der wirksamen azimutalen Öffnungsbreite der Blenden 30a bis 30e darstellen.
  • Dabei ist horizontal der Azimutwinkel und vertikal der Pegel in Dezibel aufgetragen.
  • In 7 ist der Erfassungsbereich einer Radarsensorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ohne Blende dargestellt.
  • 8 zeigt im Unterschied dazu den Erfassungsbereich einer erfindungsgemäßen Radarsensorvorrichtung 12, 12a bis 12e bei einer Öffnungsbreite der Blende 30a bis 30e von 30 mm.
  • 9 zeigt analog einen Erfassungsbereich bei einer Öffnungsbreite der Blende 30a bis 30e von 10 mm.
  • Die unterschiedlichen Radarstrahlen Beam 1 bis Beam 4 zeigen unterschiedliche Empfangs feldstärken/-leistungen bei unterschiedlichen Azimutwinkeln. Dadurch ist es denkbar, die Messauflösung der Radarsensorvorrichtungen 12, 12a bis 12e durch Berücksichtigung von unterschiedlichen Antennencharakteristiken bei mehreren Messungen (bei beispielsweise zehn Messungen pro Sekunde) zu erhöhen, indem zwischen den Messungen auf unterschiedliche Öffnungsbreiten b1, b2 der Blenden 30a bis 30e umgeschaltet wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004044067 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Robert Bosch GmbH "Adaptive Fahrgeschwindigkeitsregelung ACC, Gelbe Reihe, Ausgabe 2002, Technische Unterrichtung" [0002]

Claims (8)

  1. Sensorvorrichtung (12, 12a–12c), insbesondere Radarsensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug (10), in deren Strahlengang (24) wenigstens ein Antennenerreger (26) und wenigstens eine Linse (28) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlengang (24) zwischen dem wenigstens einen Antennenerreger (26) und der wenigstens einen Linse (28) wenigstens eine Blende (30a–30e) mit einer veränderbaren azimutalen Öffnungsbreite (b1, b2) zur Realisierung eines variablen azimutalen Erfassungsbereichs der Sensorvorrichtung (12, 12a–12e) angeordnet ist.
  2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Blende (30a, 30b) mehrere in den Strahlengang (24) einklappbare Abdeckelemente (32a, 32b) aufweist, welche insbesondere eine Jalousie bilden.
  3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Blende (30c) ein oder mehrere Abdeckelemente (32c) aufweist, welche in der Art eines Rollladens in den Strahlengang (24) einschiebbar sind.
  4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Blende (30d) Polarisationsgitterelemente (32d) mit einer vorgegebenen Polarisationsrichtung in dem Strahlengang (24) aufweist, wobei der Antennenerreger (26) zur Realisierung einer veränderbaren azimutalen Öffnungsbreite (b1, b2) eine entsprechend polarisierte Strahlung abgibt, welche die Polarisationsgitterelemente (32d) passiert oder durch diese gehemmt wird.
  5. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Blende (30e) Dämpfungselemente (32e) aufweist, welche aus einem Material mit einer insbesondere mittels eines elektrischen oder magnetischen Felds steuerbaren Strahlungsdurchlässigkeit gebildet sind.
  6. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Linse (28) mit der wenigstens einen Blende (30d, 30e) versehen ist.
  7. Adaptive Geschwindigkeitsregelvorrichtung (11) für Kraftfahrzeuge (10) mit wenigstens einer Sensorvorrichtung (12, 12a–12e) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Kraftfahrzeug (10) mit wenigstens einer Sensorvorrichtung (12, 12a–12e) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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