DE102011076501A1

DE102011076501A1 - Abdeckung für einen radarsensor

Info

Publication number: DE102011076501A1
Application number: DE102011076501A
Authority: DE
Inventors: Raphael Hellinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: DE102011076501B4

Abstract

Abdeckung (14) für einen Radarsensor (10) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaumkunststoffschicht (20) und einer dünnen, von der dickeren Schaumkunststoffschicht stabilisierten Kunststoff-Außenhaut (22), sowie Radarsensoreinrichtung mit einer solchen Abdeckung (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für einen Radarsensor eines Kraftfahrzeugs sowie eine Radarsensoranordnung mit einem Radarsensor und einer Abdeckung.
STAND DER TECHNIK
Es sind Radarsensoranordnungen für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen vor einer Antenneneinrichtung eine oder mehrere Linsen zur Strahlformung angeordnet sind. Die Form der Linsen ist durch ihre Funktion vorgegeben. Zugleich kann die Linse als Abdeckung des Radarsensors dienen.
Es sind weiter Radarsensoranordnungen bekannt, bei denen eine Abdeckung in Form eines flachen Radoms vorgesehen ist. Die Dicke eines solchen Radoms aus Kunststoff wird beispielsweise gleich einem Vielfachen der halbem Wellenlänge der Radarstrahlung im Material des Radoms gewählt, um die elektromagnetischen Eigenschaften des Radoms für eine vorgegebene Strahlungsrichtung zu optimieren. Die Dicke eines Radoms kann beispielsweise 2 bis 3 mm betragen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei bekannten Abdeckungen für Kraftfahrzeugradarsensoren ist die Form typischerweise durch funktionale Anforderungen vorgegeben, die in den elektromagnetischen Eigenschaften der Kunststoffmaterialien begründet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abdeckung für einen Kraftfahrzeugradarsensor zu schaffen, der eine weitergehende Anpassung der Form der Abdeckung an ein gewünschtes Design ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abdeckung für einen Radarsensor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaumkunststoffschicht und einer dünnen, von der dickeren Schaumkunststoffschicht stabilisierten Kunststoff-Außenhaut.
Die Anforderungen an eine für den Kfz-Einsatz geeignete, robuste Oberfläche einer Abdeckung für einen Radarsensor können durch die dünne, dichte Kunststoff-Außenhaut erfüllt werden, während die Anforderungen an die mechanische Stabilität, Integrität und Festigkeit durch die Stabilisierung der Kunststoff-Außenhaut durch die dickere Schaumkunststoffschicht erfüllt werden können. Zugleich kann durch eine geringe Dicke der Kunststoff-Außenhaut und eine geringe Dichte der Schaumkunststoffschicht der jeweilige Einfluss auf die Strahlformung und Antennenperformance minimiert werden. Dadurch entfallen zudem Einschränkungen für die Formgebung der Abdeckung.
Die Außenhaut kann möglichst dünn gestaltet werden, so dass durch ihre geringe Dicke die Außenhaut einen möglichst geringen Einfluss auf die Strahlformung und Antennenperformance hat. Die Schaumkunststoffschicht kann aufgrund ihrer niedrigen Dichte insbesondere eine Dielektrizitätszahl nahe 1 aufweisen, so dass sie möglichst wenig Einfluss auf die Strahlformung und Antennenperformance hat.
Als (relative) Dielektrizitätszahl oder Dielektrizitätskonstante wird die relative Permittivität ε_r bezeichnet. Diese ist für isotrope Medien eine skalare Größe.
Die Kunststoff-Außenhaut kann eine wesentlich geringere Dicke haben als ein herkömmliches Radom aus Kunststoff. Somit kann die Form der Abdeckung in weiten Grenzen durch das gewünschte Design vorgegeben werden, während durch den Aufbau der Abdeckung eine Strahlbeeinflussung sehr gering gehalten werden kann.
Weiter wird die Aufgabe gelöst durch eine Radarsensoranordnung mit einem Radarsensor, der eine Antenneneinrichtung umfasst, und mit einer vor der Antenneneinrichtung angeordneten Abdeckung, wobei die Abdeckung eine Schaumkunststoffschicht und eine dünne, von der dickeren Schaumkunststoffschicht stabilisierte, vordere Kunststoff-Außenhaut aufweist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schematische Querschnittsansicht eines Radarsensors mit einer Antenneneinrichtung und einer Linse und einer davor angeordneten Abdeckung;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines Radarsensors mit einer Antenneneinrichtung und einem Radom und einer davor angeordneten Abdeckung; und
3 eine schematische Querschnittsansicht eines Radarsensors mit einer vor einer Antenneneinrichtung angeordneten Abdeckung.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Radarsensoranordnung mit einem Radarsensor 10, einer Strahlformungseinrichtung 12 in Form einer Linse und einer vor der Strahlformungseinrichtung 12 angeordneten Abdeckung 14. Der Radarsensor 10 umfasst ein Gehäuse 16 und eine darin angeordnete Antenneneinrichtung 18 und ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Der Radarsensor 10 arbeitet beispielsweise mit Radarstrahlung in einem Frequenzbereich bei 77 GHz. Der Radarsensor 10 kann beispielsweise Teil eines Fahrerassistenzsystems sein. Beispielsweise kann der Radarsensor 10 Teil eines Radarsystems zur Erfassung von sich vor einem Kraftfahrzeug befindenden Objekten sein.
Bei der Linse handelt es sich beispielsweise um eine Zylinderlinse, hinter der mehrere Antennenelemente der Antenneneinrichtung 18 in Längsrichtung angeordnet sein können. Die Linse besteht aus einem dielektrischen Kunststoff und bewirkt eine Strahlformung für die von der Antenneneinrichtung 18 ausgesandte elektromagnetische Strahlung.
Die Abdeckung 14 umfasst einen Verbund aus einer Schaumkunststoffschicht 20 und einer dünnen Kunststoff-Außenhaut 22, welche die Schaumkunststoffschicht 20 an einer Vorderseite und an einem seitlichen Rand umhüllt. Die Kunststoffaußenhaut 22 bildet somit eine Hülle für einen vorderen Abschnitt der Schaumkunststoffschicht 20.
Die Kunststoff-Außenhaut 22 besteht aus einem Kunststoff mit niedrigen dielektrischen Verlusten und hat beispielsweise eine Dielektrizitätszahl ε_r, die kleiner oder gleich 4 ist (ε_r ≤ 4). Beispielsweise liegt die Dielektrizitätszahl ε_r im Bereich zwischen 3 und 4. Bei dem Material der Kunststoff-Außenhaut handelt es sich beispielsweise um Polyetherimid (PEI).
Die Kunststoff-Außenhaut 22 hat zumindest in einem Bereich vor dem Radarsensor 10 eine Dicke d, die kleiner oder gleich 1/4 der Wellenlänge λ_Kunststoff der elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors ist (d ≤ 1/4 λ_Kunststoff). Diese Wellenlänge ist abhängig von dem Material, welches von der Strahlung durchdrungen wird, und die genannte Relation bezieht sich auf die Wellenlänge λ_Kunststoff im Material der Kunststoff-Außenhaut. Diese kann annähernd berechnet werden aus der Wellenlänge im Vakuum λ₀ dividiert durch die Quadratwurzel aus der relativen Permittivität ε_r: λ_Kunststoff = λ₀ε_r ^–1/2.
Die Dicke der Kunststoff-Außenhaut 22 ist somit deutlich kleiner als 1 mm. Vorzugsweise ist sie kleiner oder gleich einem Zehntel der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors in der Kunststoff-Außenhaut: d ≤ 1/10 λ_Kunststoff.
Die Kunststoff-Außenhaut 22 bildet eine geschlossene Schicht vor der Schaumkunststoffschicht 20. Sie wird von der dickeren Schaumkunststoffschicht 20 stabilisiert. Sie ist beispielsweise direkt oder über eine optionale Klebeschicht oder über Klebebereiche mit der Schaumkunststoffschicht 20 verbunden. Beispielsweise wird die Schaumkunststoffschicht 20 an die Außenhaut 22 angeformt.
Die Schaumkunststoffschicht 20 besteht aus einem Schaumkunststoff mit niedrigen dielektrischen Verlusten, insbesondere einem Material, welches nahezu keine dielektrischen Verluste aufweist und dessen Dielektrizitätszahl ε_r bei ungefähr 1 liegt. Die Schaumkunststoffschicht 20 hat beispielsweise eine Dieelektrizitätszahl ε_r, die kleiner oder gleich 1,5 ist, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1,2. Das Material der Schaumkunststoffschicht 20 ist beispielsweise ein geschlossenzelliger, fester Schaumstoff, beispielsweise ein Polymethacrylimid-(PMI)-Schaum. Ein solches Material ist beispielsweise unter der Bezeichnung Rohacell 71 von der Firma Evonik erhältlich.
Durch das verwendete Material der Schaumkunststoffschicht 20 hat diese praktisch keinen Einfluss auf den Strahlengang und damit auf die Antennen-Charakteristik und Antennen-Performance des Radarsensors 10.
Aufgrund der sehr geringen Dicke der Kunststoff-Außenhaut 22 und dem verwendeten Material hat auch die Kunststoff-Außenhaut 22 keinen signifikanten Einfluss auf die Strahlformung. Somit hat die gesamte Abdeckung 14 keinen signifikanten Einfluss auf die Strahlformung.
Eine Strahlformung der von der Radarsensoranordnung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors 10 erfolgt somit im wesentlichen nur durch die Antenneneinrichtung 18 und die hinter der Abdeckung 14 angeordnete Strahlformungseinrichtung 12. Vor der Außenhaut sind somit keine (weiteren) Strahlformungselemente angeordnet, und die Abdeckung selbst bewirkt im wesentlichen keine Strahlformung. Mit anderen Worten sind alle Strahlformungselemente der Radarsensoranordnung hinter der Außenhaut 22 und insbesondere hinter der Abdeckung 14 angeordnet.
Die Abdeckung 14 bildet ein Bauteil zur freiliegenden Anordnung an einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs. Eine geeignete Formgebung wird durch den Aufbau der Abdeckung 14 ermöglicht, da die Abdeckung 14 unabhängig von ihrer genauen Form keinen signifikanten Einfluss auf die Strahlformung hat. Die Strömungseigenschaften und das Abperl- und Ablaufverhalten von Wasser können somit durch eine Anpassung des Designs optimiert werden.
Die Abdeckung 14 hat eine im wesentlichen quaderförmige Außenkontur. Im vorderen Bereich hat die Abdeckung 14 eine planare Oberfläche. Die hintere Seite der Abdeckung 14 ist an die Kontur der Linse 12 angepasst.
Im gezeigten Beispiel sind hinter der Kunststoff-Außenhaut 22 optionale Heizelemente 24 angeordnet. Die Heizelemente 24 können beispielsweise eine Widerstandsheizung bilden, beispielsweise handelt es sich um Metalldrähte. Dadurch kann eine effektive Enteisung bei Schneefall und Regen erreicht werden.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Radarsensoranordnung, wobei in 1 und 2 einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
Die in 2 gezeigte Radarsensoranordnung umfasst einen Radarsensor 10 mit einem planaren Antennensystem ohne eine Linse. Der Radarsensor 10 umfasst eine Antenneneinrichtung 18, bei der es sich beispielsweise um ein Array von Antennenelementen handelt. Vor dem Gehäuse 16 des Radarsensors 10 ist ein flaches Radom aus Kunststoff angeordnet.
Vor dem Radom 26 ist eine Abdeckung 14 angeordnet. Diese ist in ähnlicher Weise wie anhand von 1 beschrieben aufgebaut und umfasst wiederum eine Schaumkunststoffschicht 20 und eine dünnere, von der dickeren Schaumkunststoffschicht 20 stabilisierte Kunststoff-Außenhaut 22.
Das flache Radom 26 wird durch die Schaumkunststoffschicht 20 der Abdeckung 14 zusätzlich verstärkt.
Im Beispiel der 2 ist die Vorderseite der Abdeckung 14 gekrümmt. Ein vorderer Abschnitt der Schaumkunststoffschicht 20 wird an seiner gekrümmten Oberfläche von der Kunststoff-Außenhaut 22 umhüllt. Die hintere Seite der Abdeckung 14 ist an die Kontur des Radoms 26 angepasst.
Im übrigen entspricht der Aufbau der Abdeckung 14 dem in 1 gezeigten Beispiel. Allerdings ist die Abdeckung 14 ohne die optionalen Heizeinrichtungen 24 ausgeführt.
Eine Strahlformung der von der Radarsensoranordnung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors 10 erfolgt im wesentlichen nur durch die Antenneneinrichtung 18. Vor der Außenhaut 22 sind somit keine Strahlformungselemente angeordnet, und die Abdeckung selbst bewirkt im wesentlichen keine Strahlformung.
Mit anderen Worten sind alle Strahlformungselemente der Radarsensoranordnung hinter der Außenhaut 22 und insbesondere hinter der Abdeckung 14 angeordnet.
3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Radarsensoranordnung, die im wesentlichen dem Beispiel der 2 entspricht. Einander entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Die Unterschiede sind im folgenden beschrieben.
So ist die Abdeckung 14 im Beispiel der 3 ohne ein dazwischengeschaltetes Radom 26 und ohne eine dazwischengeschaltete Linsenformungseinrichtung 12 vor dem Radarsensor 10 angeordnet. Die Abdeckung 14 ersetzt somit ein herkömmliches flaches Radom. Die Schaumkunststoffschicht 20 bildet eine Verstärkung der flachen Kunststoff-Außenhaut 22 und stabilisiert diese.
Im Beispiel der 3 ist die Außenkontur der Abdeckung 14 wiederum im wesentlichen quaderförmig gestaltet. Im vorderen Bereich hat die Abdeckung 14 eine planare Oberfläche.
Bei den beschriebenen Beispielen kann der Krümmungsradius der Vorderseite der Abdeckung 14 in weiten Grenzen variiert werden, ohne dass es zu Linseneffekten und damit zu Einflüssen auf die Antennenperformance kommt. Ebenso ist eine planare Vorderseite möglich, entsprechend einem unendlichen Krümmungsradius.
Anstelle unterschiedlicher Kunststoffe für die Schaumkunststoffschicht 20 und die Kunststoff-Außenhaut 22 kann auch das gleiche Kunststoffmaterial für die Außenhaut 22 und, in aufgeschäumter Form, für die Schaumkunststoffschicht 20 verwendet werden.

Claims

Abdeckung (14) für einen Radarsensor (10) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaumkunststoffschicht (20) und einer dünnen, von der dickeren Schaumkunststoffschicht stabilisierten Kunststoff-Außenhaut (22).
Abdeckung nach Anspruch 1, bei der die Kunststoff-Außenhaut (22) die Schaumkunststoffschicht (20) zumindest vorderseitig umhüllt.
Abdeckung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Kunststoff-Außenhaut (22) und die Schaumkunststoffschicht (20) einen Verbund bilden.
Abdeckung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Schaumkunststoffschicht (20) eine Dielektrizitätszahl hat, die kleiner oder gleich 1,5 ist, vorzugsweise kleiner oder gleich 1,2.
Abdeckung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kunststoff-Außenhaut (22) eine Dielektrizitätszahl hat, die kleiner oder gleich 4 ist.
Abdeckung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kunststoff-Außenhaut (22) in einem Bereich zur Anordnung vor dem Radarsensor (10) eine Dicke hat, die kleiner oder gleich 1/4 der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors (10) in der Kunststoff-Außenhaut (22) ist, vorzugweise kleiner oder gleich 1/10 der Wellenlänge in der Kunststoff-Außenhaut (22).
Radarsensoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Radarsensor (10), der eine Antenneneinrichtung (18) umfasst, und mit einer vor der Antenneneinrichtung (18) angeordneten Abdeckung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Radarsensoranordnung nach Anspruch 7, bei der die Abdeckung (14) ein Bauteil zur freiliegenden Anordnung an einer Fahrzeugfront bildet.
Radarsensoranordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Kunststoff-Außenhaut (22) in einem Bereich vor der Antenneneinrichtung (18) eine Dicke hat, die kleiner oder gleich 1/4 der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors (10) in der Kunststoff-Außenhaut (22) ist, vorzugweise kleiner oder gleich 1/10 der Wellenlänge in der Kunststoff-Außenhaut (22).
Radarsensoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Strahlformung der von der Radarsensoranordnung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors (10) im wesentlichen nur durch die Antenneneinrichtung (18) und, optional, durch eine hinter der Abdeckung (14) angeordnete, optionale Strahlformungseinrichtung (12) erfolgt.