DE102011115952A1

DE102011115952A1 - Radarvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011115952A1
Application number: DE102011115952A
Authority: DE
Inventors: Joachim Massen; Wilfried Mehr; Ulrich Möller
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung für ein Fahrzeug umfassend wenigstens ein Sendemittel zum Ausstrahlen eines Radarstrahls als Sendesignal und wenigstens ein Empfangsmittel zum Empfangen eines Signals, das von einem Zielobjekt, das sich innerhalb eines Ausstrahlungsbereichs des ausgestrahlten Radarstrahls befindet, reflektiert wird, wobei die Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung des Fahrzeugs angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radarvorrichtung für ein Fahrzeug.
In Fahrzeugen werden in zunehmendem Maße Radarsysteme eingesetzt, beispielsweise zur Erfassung des Verkehrsraums vor dem Fahrzeug und insbesondere zur Detektion von Objekten (Hindernisse, andere Verkehrsteilnehmer, etc.), die sich in der Fahrspur befinden. Die gewonnenen Informationen (z. B. Hindernisinformation, Entfernungsinformation, Position, Relativgeschwindigkeit) werden von den Radarsystemen unterschiedlich verarbeitet bzw. ausgewertet und anschließend beispielsweise an eines oder mehrere Fahrerassistenzsysteme weitergegeben. Bei Assistenzsystemen zur Abstandswarnung wird der Fahrer beispielsweise über potentiell kritische Situationen informiert, bei Systemen zur Abstandsregelung (z. B. ACC, adaptive cruise control) oder zur Kollisionsvermeidung (z. B. Notbremsassistent) wird zusätzlich direkt in die Fahrdynamik eingegriffen.
Aufgebaut sind Radarsysteme in der Regel aus einer Sensoreinheit mit einem Sendemittel bzw. Sendemodul (mit Sendeelement und Sendeelektronikeinheit) zur Aufbereitung des Sendesignals, einem Empfangsmittel bzw. Empfangsmodul (mit Empfangselement und Empfangselektronikeinheit) zur Aufbereitung des Empfangssignals, einer oder mehreren Antennen (Sendeantenne, Empfangsantenne) zur Formung von Sendesignal und Empfangssignal sowie aus einer Steuereinheit zur Weiterverarbeitung und Auswertung des Empfangssignals. Die Sensoreinheit ist häufig an der Fahrzeugvorderseite, beispielsweise in der Fahrzeugmitte, angebracht. Eine oder mehrere vom Sendemodul abgestrahlte Radarkeulen tasten den Verkehrsraum vor dem Fahrzeug mit einer definierten Keulenbreite ab, wobei das Empfangssignal vom Empfangsmodul detektiert und von der Steuereinheit ausgewertet wird.
Die von der Steuereinheit ausgewerteten und verarbeiteten Messdaten können auf vielfältige Weise verwendet werden:

– Erfasste Objekte können dem Fahrer des Fahrzeugs zur Information oder Warnung optisch oder akustisch in einer geeigneten Anzeige mitgeteilt werden.
– Beim Vorhandensein eines Hindernisses unmittelbar vor dem eigenen Fahrzeug und einer entsprechend großen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, kann ein Bremseingriff zur Verhinderung von Unfällen durchgeführt werden.
– Bremse und Gas des Fahrzeugs können so gesteuert werden, dass im Stop-and-Go-Verkehr eine selbsttätige Längsregelung des Fahrzeugs vorgenommen wird.
– Die Information über eine unvermeidbare Kollision kann zur Ansteuerung eines Airbags oder von sonstigen Sicherheitseinrichtungen zum Insassenschutz genutzt werden.
– Die Daten können auf einem Datenrecorder oder einer anderen Datenspeichereinheit, beispielsweise einem Unfalldatenschreiber, aufgezeichnet werden.

Die DE 44 15 059 A1 zeigt beispielsweise allgemein ein System zur Erfassung des Verkehrsraums bzw. zur Erfassung von Objekten oder Hindernissen vor einem Fahrzeug, mit zwei Sensoreinheiten, die jeweils ein Sendemodul und ein Empfangsmodul umfassen. Bei den in einem gewissen Abstand voneinander an der Frontseite des Kraftfahrzeugs angeordneten Sensoreinheiten handelt es sich dabei beispielsweise um Radarsysteme, die im Stoßfänger des Fahrzeugs angeordnet sind.
Nachteilig bei dem in der DE 44 15 059 A1 beschriebenen System ist insbesondere, dass die Radarsysteme entweder sichtbar im Außenbereich des Fahrzeugs angeordnet sein müssen, wodurch das Design und die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs beeinflusst werden, oder aber, dass beispielsweise bei Anordnung der Radarsysteme im Stoßfänger, Verschmutzungen sowie die in modernen Fahrzeugen verwendete Stoßfängerlackierungen die Radarstrahlung übermäßig dämpfen, reflektieren und ablenken können.
Die DE 196 32 252 A1 zeigt daher die Anordnung eines Radarsystems hinter einer ein Scheinwerfergehäuse abdeckenden Lichtscheibe. Durch die vorgeschlagene Anordnung des Radarsystems in dem Scheinwerfergehäuse wird das Verletzungsrisiko für Fußgänger bzw. Radfahrer vermindert. Weiterhin können die bereits bestehenden Reinigungs- bzw. Enteisungseinrichtungen des Scheinwerfers für die Sensoreinrichtung genutzt werden. Eine negative Beeinflussung der aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges ist zudem ausgeschlossen.
Nachteilig bei der in der DE 196 32 252 A1 beschriebenen Lösung ist jedoch, dass die Eigenschaften der Abdeckung bzw. der Lichtscheibe des Scheinwerfers negativ auf die ausgesendeten und empfangenen Radarwellen auswirken, insbesondere in Form von Dämpfung, Reflektion und Ablenkung der Radarstrahlung.
Die DE 102 39 840 A1 versucht diesen Nachteil dadurch zu beheben, indem ebenfalls eine Sensoreinrichtung in einem Scheinwerfergehäuse hinter einer Lichtscheibe angeordnet wird, wobei die Lichtscheibe jedoch eine Aussparung für die Sensoreinrichtung aufweist. Durch die Aussparung der Lichtscheibe kann die Sensoreinrichtung Schallwellen oder elektromagnetische Strahlung direkt emittieren und/oder detektieren. Die Wirksamkeit der Sensoreinrichtung wird durch die Lichtscheibe nicht negativ beeinflusst.
Nachteilig bei der in der DE 102 39 840 A1 beschriebenen Lösung ist jedoch u. a., dass aufgrund der Aussparung wiederum eine gesonderte Abdeckung für die Radarvorrichtung erforderlich ist. Hierdurch wird das Design des Fahrzeugs negativ beeinflusst. Darüber hinaus können sich aufgrund der vorgeschlagenen Aussparung Verschmutzungen im Bereich des Sende- und Empfangsmoduls ablagern sowie in das Scheinwerfergehäuse eindringen.
Generell erweist sich somit der, aus Designgründen angestrebte, unsichtbare Verbau von Radarsensoren hinter Karosserieteilen eines Fahrzeugs als problematisch, da ein solcher Verbau immer zu Lasten der Systemperformance geht. Die Radarstrahlung wird, wie vorangehend beschrieben, beim Durchgang durch die Karosserieteile nicht nur geschwächt, sondern auch abgelenkt. Ein Teil der Strahlung wird dabei auch direkt in den Sensor zurückreflektiert und führt so zu einer Art Blendung. Dies ist für Sensorsysteme, die Ort und Winkel von Objekten auch noch in größeren Entfernungen zum Fahrzeug erfassen sollen, von erheblicher Bedeutung. Speziell bei der Nachbesserung der Karosserieteile in Werkstätten ist es in der Regel nicht mehr möglich, die Transmissionseigenschaften der Karosserieteile für Mikrowellen so einzuhalten, wie im Produktionsprozess vorgegeben.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Radarsystemen, eine Lösung anzugeben, mittels derer eine Radarvorrichtung, möglichst unsichtbar in einem Fahrzeug angeordnet werden kann, wobei das Design des Fahrzeugs und gleichzeitig die Funktionalität bzw. die Leistungsfähigkeit des Radarsystems so wenig wie möglich beeinträchtigt werden. Es ist damit insbesondere die Aufgabe der Erfindung eine Integration einer Radarvorrichtung in einem Fahrzeug auf eine Art und Weise zu ermöglichen, dass Einflüsse auf die Funktion der Radarvorrichtung, d. h. auf die Ausbreitung der Mikrowellen, möglichst gering ausfallen. Reduziert werden sollen insbesondere Verluste durch Absorption, Blendung durch Reflektion und eine Ablenkung von Mikrowellenstrahlung durch Brechung.
Diese Aufgabe wird durch eine Radarvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung eines Fahrzeugs anzuordnen. Erfindungsgemäß kann dabei zumindest eine konstruktive Maßnahme ergriffen werden, um die Wechselwirkung der Reflektorabdeckung mit der von der Radarvorrichtung ausgesendeten und/oder empfangenen elektromagnetischen Strahlung so gering wie möglich zu halten. Besonders vorteilhaft an der Anordnung der Radarvorrichtung hinter der Abdeckung eines Reflektors ist die Tatsache, dass bereits vorhandender Bauraum im Fahrzeug für die Integration von Komponenten der Radarvorrichtung ausgenutzt wird. Reflektoren bzw. deren Abdeckungen sind in der Regel flach ausgestaltet und es steht hinter ihnen ausreichend ungenutzter Bauraum zur Verfügung für die Integration einer Radarvorrichtung bzw. deren Komponenten. Es sind zudem in der Regel keine weiteren konstruktiven Maßnahmen bzw. Veränderungen an der Karosserie des Fahrzeugs notwendig, beispielsweise die Schaffung einer Durchtrittsöffnung für Radarstrahlen. Die Radarvorrichtung kann vielmehr ohne großen Aufwand unsichtbar im Fahrzeug verbaut werden.
Gegenüber anderen Bauelementen, hinter denen Radarvorrichtungen bislang angeordnet werden, wie beispielsweise Stoßfänger oder lackierte Karosseriebestandteile, haben Reflektorabdeckungen zudem den Vorteil, dass diese im Wesentlichen transparent für Millimeter- bzw. Mikrowellenstrahlung sind. Gegenüber einer Anordnung einer Radarvorrichtung in einem Scheinwerfergehäuse hat die vorgeschlagene Lösung insbesondere den Vorteil, dass sich ein Reflektor nicht aufheizt und die Radarvorrichtung dadurch keine großen Temperaturänderungen erfährt.
Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung umfasst wenigstens ein Sendemittel zum Ausstrahlen eines Radarstrahls als Sendesignal und wenigstens ein Empfangsmittel zum Empfangen eines Signals bzw. eines Empfangssignals, das von einem Zielobjekt, welches sich innerhalb eines Ausstrahlungsbereichs des ausgestrahlten Radarstrahls befindet, reflektiert wird. Des Sendemittel und das Empfangsmittel der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung können insbesondere auch mit einer einzigen bzw. mit einer gemeinsamen Antenne, z. B. einer elektrisch umschaltbaren Radarantenne, ausgestaltet sein, die gleichzeitig zum Empfang und zum Aussenden von Radarstrahlung genutzt werden kann. In den folgenden Ausführungen wird, wenn es sich um die von der Radarvorrichtung ausgestrahlte und empfangene elektromagnetische Strahlung handelt, nur noch allgemein von Mikrowellen bzw. von Mikrowellenstrahlung gesprochen. Bevorzugt handelt es sich dabei um elektromagnetische Strahlung im Millimeterwellenbereich, z. B. mit einer Wellenlänge von etwa 3,75 mm, bzw. allgemein um Radarstrahlung.
Bei dem Ausstrahlungsbereich der Radarvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Umgebungsbereich des Fahrzeugs, beispielsweise um den vorausliegenden, den seitlichen oder den rückwärtigen Verkehrsraum des Fahrzeugs. Bei einem Zielobjekt kann es sich um ein innerhalb des Ausstrahlungsbereichs befindliches und mittels der Radarvorrichtung erfasstes Objekt handeln, wie beispielweise andere Verkehrsteilnehmer, Hindernisse, Fahrbahnmarkierungen, Verkehrsschilder, Fahrbahnbegrenzungen, Baustellenbegrenzungen etc. Die erfindungsgemäße Radarvorrichtung kann beispielsweise als Einrichtung zum Erfassen des Verkehrsraums um das Fahrzeug eingesetzt werden, vorzugsweise für eines oder mehrere Fahrerassistenzsysteme, wie beispielswiese Abstandswarner, ACC, Einparkhilfe oder (Not-)Bremsassistent.
Die Radarvorrichtung ist erfindungsgemäß in einem Kraftfahrzeug hinter einer Reflektorabdeckung im Außenbereich des Fahrzeugs angeordnet.
Bei der Reflektorabdeckung kann es sich dabei grundsätzlich um jede Abdeckung im Außenbereich eines Fahrzeugs handeln, die dazu dient, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängen- bzw. Spektralbereich zu reflektieren. Dabei kann es sich auch um reflektierende Kennzeichen, beispielsweise um ein Fahrzeugkennzeichen aus Plastik handeln. Reflektoren werden in Fahrzeugen in der Regel dafür eingesetzt, um sichtbares Licht, insbesondere das Licht von Scheinwerfern anderer Verkehrsteilnehmern, in die Richtung zu reflektieren aus der es kommt. Einige Reflektoren weisen dabei einen Streueffekt auf, wodurch das Licht nicht exakt in dessen Quelle reflektiert wird, sondern in einem gewissen Winkel in Richtung der Quelle zurückgeworfen wird. Ziel ist es dabei, das Licht eines Scheinwerfers eines weiteren Verkehrsteilnehmers durch die Reflektoren des Fahrzeugs so zu reflektieren, dass es in die Augen des weiteren Verkehrsteilnehmers zurückfällt und dieser über die Position des Fahrzeugs informiert wird. Reflektoren werden dabei auch als Rückstrahler oder Katzenaugen bezeichnet und umfassen in der Regel eine retroreflektierende Oberfläche mit einer Anordnung vieler kleiner dreiflächiger Winkelreflektoren bzw. totalreflektierender Prismen. Bei Reflektoren mit Totalreflektion ist keine Verspiegelung der Oberfläche der Reflektorabdeckung erforderlich, was insbesondere vorteilhaft für die Anordnung der Radarvorrichtung hinter einer derartigen Reflektorabdeckung ist.
Reflektoren werden sowohl separat im Front-, Heck- und Seitenbereich eines Fahrzeugs angeordnet als auch in Rücklicht- und/oder Scheinwerferabdeckung integriert. Neben den bereits genannten Vorteilen der Erfindung, ist an der erfindungsgemäßen Anordnung der Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung gemäß der vorangegangenen Beschreibung weiterhin vorteilhaft, dass Reflektoren im Schadensfall meist komplett ausgetauscht werden und die Maßhaltigkeit bzw. die Transmissionseigenschaften betreffend Mikrowellenstrahlung durch eine Reparatur somit in der Regel nicht beeinflusst bzw. verändert werden. Eine Lackschicht, welche Mikrowellen absorbieren könnte, besteht ebenfalls nicht. Bei der Reflektorabdeckung handelt es sich um ein Element, das ohnehin am Fahrzeug angeordnet und leicht austauschbar ist.
Die Reflektorabdeckung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung mittels wenigstens einer konstruktiven Maßnahme zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich angepasst bzw. optimiert.
Dabei kann in vorteilhafter Weise ein Funktionsbereich gleichzeitig optisch und radartechnisch genutzt werden, indem die Reflektorabdeckung gleichzeitig für zwei unterschiedliche Wellenlängenbereiche optimiert bzw. angepasst ist, nämlich vorzugsweise für sichtbares Licht und für Mikrowellenstrahlung. Standardmäßig ausgeführte Reflektorabdeckungen können zudem bereits bei deren Fertigung mit einer solchen Präzision hergestellt werden, die es ermöglicht, die vorgeschlagenen konstruktiven Maßnahmen zur Anpassung der Eigenschaften für Mikrowellenstrahlung ohne besonderen Aufwand umzusetzen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Tatsache, dass die vorgeschlagenen Anpassungen bzw. die konstruktiven Maßnahmen keine oder nur vernachlässigbare Auswirkungen auf das Design und/oder auf mögliche Funktionen der Bauelemente haben.
Erfindungsgemäß können eine oder mehrere verschiedene konstruktive Maßnahmen eingesetzt werden, um die Reflektorabdeckung, zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich anzupassen. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Aufstellung verschiedener konstruktiver Maßnahmen gegeben. Die Aufstellung ist dabei als nicht abschließend zu verstehen.
Anpassung einer Materialdicke der Reflektorabdeckung
Die Reflektorabdeckung, hinter der die Radarvorrichtung erfindungsgemäß angeordnet ist, kann mittels einer Anpassung wenigstens einer Materialdicke bzw. mittels einer Dickenoptimierung zur Maximierung der Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich angepasst sein. Das Ziel der Anpassung der Materialdicke ist es insbesondere, einen möglichst verlustarmen Durchgang der elektromagnetischen Strahlung zu erreichen. Vorzugsweise wird dabei die Dicke der Reflektorabdeckung an der Stelle bzw. in dem Bereich, in dem die elektromagnetische Strahlung durch die Abdeckung hindurch tritt, in einem bestimmten Verhältnis zur Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ausgestaltet. Hierbei sollten die an der Eintrittsfläche und Austrittsfläche der Reflektorabdeckung für die elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich reflektierten Wellenanteile sich in der Phase um ein ungeradzahliges Vielfaches von der halben Wellenlänge unterscheiden, damit sich für sie eine destruktive Interferenz einstellt. In diesem Fall erhält man typischerweise ein Maximum für die Transmission. Berücksichtigt man den Phasensprung der an der Vorderseite reflektierten elektromagnetischen Strahlung, so sollte die Dicke des Materials einem Vielfachen der halben Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung im Material entsprechen. Außerdem ist das Material so dünn wie möglich zu wählen, um Verluste durch Absorption zu vermeiden bzw. zu minimieren.
Beschichtung zumindest einer Oberfläche der Reflektorabdeckung
Die Reflektorabdeckung kann durch wenigstens eine Oberflächenbeschichtung zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich angepasst sein. Hierzu können beispielsweise eine oder mehrere optisch transparente, d. h. für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich durchlässig ausgestaltete, Materialschichten auf einer Eintritts- und/oder Austrittsfläche der Reflektorabdeckung für die elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich aufgebracht sein. Bei dem aufgebrachten Material handelt es sich insbesondere um eine Antireflexbeschichtung für Radarstrahlung bzw. um Materialien, die sich im Brechungsindex für elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich unterscheiden. Die Beschichtung zumindest einer Oberfläche der Reflektorabdeckung kann in vorteilhafter Weise mittels einer aufklebbaren Folie erfolgen. Die Folie kann dabei beispielsweise aus einem Material bestehen, das entsprechend der vorangegangenen Beschreibung, ähnlich zu Antireflexschichten für sichtbare Wellenlängenbereiche, die Reflexionseigenschaften der Reflektorabdeckung für den Mikrowellenbereich reduziert, und dabei vorzugsweise auf die Eigenschaften der Reflektorabdeckung für elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich keine oder nur geringe Auswirkungen hat. Eine solche Antireflexbeschichtung für die Mikrowellen kann typischerweise als „λ/4-Transformator” ausgestaltet sein. Dabei entspricht die Beschichtungsdicke einem Viertel der Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung im Beschichtungsmaterial. Ein Maximum der Transmission erhält man mittels eines Brechungsindex des Beschichtungsmaterials der günstigerweise gemäß der Wurzel aus dem Produkt der Brechungsindizes der umgebenden Schichten gewählt wird. Da in diesem Fall an jeder Oberfläche ein Phasensprung auftritt, erhält man mit dieser Bedingung wieder den Fall destruktiver Interferenz für die reflektierten Wellenanteile.
In einer weiteren Ausgestaltungsform läßt sich zur Einstellung der gewünschten Dielektrizitätszahl als Beschichtungsmaterial auch geschäumtes Material verwenden, bei dem sich die Dielektrizitätszahl durch Einstellung der Materialdichte steuern läßt. Zu beachten ist dabei die typische Porengröße kleiner als die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung zu wählen.
Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsform wenn die Beschichtung auf der reflektierenden Seite der optischen Abdeckung aufgebracht werden soll. Bei dem Beschichtungsmaterial ist darauf zu achten, dass es sich im optischen Brechungsindex weit genug unterscheidet vom Reflektormaterial, um dessen Funktion nicht zu stören. In einer optionalen Ausgestaltungsform könnte ein grobporiger Schaum verwendet werden, dessen Poren so grob sind, dass dazwischen die optische Funktion erhalten bleibt, er aber für die Mikrowellen noch wie ein kontinuierliches Medium wirkt.
Anpassung der Reflektorstrukturen
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung können als konstruktive Maßnahme die Reflektorstrukturen zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich derart angepasst bzw. optimiert sein, dass die Größe der Reflektorstrukturen gemäß den Anforderungen im Mikrowellenbereich dimensioniert wird und eine Anpassung des Brechungsindex der Reflektorabdeckung für Mikrowellenstrahlung erfolgt. Die Reflektoreinheiten werden benutzt, um eine Transformationsschicht für die Mikrowellen aufzubauen, im Idealfall eine λ/4 Transformation. Eine solche Dimensionierung kann darin bestehen, die Größe der Reflektorstrukturen kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Mikrowellenstrahlung zu gestalten.
Ausgestaltung zumindest einer Oberfläche der Reflektorabdeckung mit einer bestimmten Oberflächenstruktur
Eine weitere konstruktive Maßnahme zur Anpassung der Eigenschaften der Reflektorabdeckung für elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich, ist die Ausgestaltung zumindest einer Oberfläche der Reflektorabdeckung mit einer bestimmten Oberflächenstruktur. Darunter fällt insbesondere die Ausgestaltung zumindest einer Oberfläche, z. B. der Eintritts- und/oder Austrittsfläche für die elektromagnetische Strahlung, mit Strukturen wie beispielsweise Stufen und/oder Rillen zur Beeinflussung des Verlaufs der Dielektrizitätszahl. Durch Ausgestaltung zumindest einer Oberfläche mit einer bestimmten Oberflächenstruktur kann insbesondere eine kontinuierliche Erhöhung der Dielektrizitätszahl und damit des Brechungsindex am Materialübergang bewirkt werden. Eine solche Struktur könnte beispielsweise stufenförmig aussehen mit einer Strukturgröße die typischerweise kleiner als die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung sein sollte und gleichzeitig größer als die Reflektoreinheiten um die optische Funktion nicht zu stören. Vorteilhaft wäre ein Übergang der Dielektrizitätszahl der in vielen kleinen Stufen anstatt einer einzigen großen Stufe erfolgt. Die Strukturierung dient im Wesentlichen der Anpassung der Impedanzen zwischen Freiraum und Material. Eine weitere Möglichkeit, insbesondere einen großen Impedanzsprung zu vermeiden, ist beispielsweise die Ausgestaltung der Oberfläche mit inhomogenen Schichten zur kontinuierlichen Anpassung des Brechungsindexes der Reflektorabdeckung bzw. dessen Oberfläche für elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich. Dieser Effekt könnte z. B. durch das Anätzen bzw. Anlösen der Oberfläche erreicht werden, was die Materialdichte an der Oberfläche durch eine statistische Strukturgebung reduziert und so für einen kleineren Sprung und einen kontinuierlicheren Verlauf der Dielektrizitätszahl sorgen kann.
Insbesondere bei einer Ausgestaltung der Innenseite der Reflektorabdeckung mit einer bestimmten Oberflächenstruktur ist es besonders vorteilhaft, dass die Strukturen nicht verschmutzen und somit ihre Wirksamkeit im Dauerbetrieb nicht verlieren können.
Anordnung zumindest eines resonanten Elements auf oder in der Reflektorabdeckung
Eine weitere konstruktive Maßnahme, die erfindungsgemäß zur Anpassung der Reflektorabdeckung eingesetzt werden kann, insbesondere zur Reduzierung der Reflektion elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich, ist die Anordnung wenigstens eines resonanten Elements in oder auf der Reflektorabdeckung. Die Aufbringung wenigstens eines resonanten Elements kann dabei mittels einer aufklebbaren Folie erfolgen.
Anordnung zumindest eines diffraktiven Elements auf oder in der Reflektorabdeckung
Eine weitere konstruktive Maßnahme, die erfindungsgemäß zur Anpassung der Reflektorabdeckung eingesetzt werden kann, insbesondere zur Strahlformung für elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich, ist die Anordnung wenigstens eines diffraktiven Elements in oder auf der Reflektorabdeckung. Wie bereits vorangehend beschrieben, kann die Aufbringung eines oder mehrerer diffraktiver Elemente in vorteilhafter Weise auch mittels einer aufklebbaren Folie erfolgen.
Ausgestaltung der Reflektorabdeckung aus einem bestimmten Material
Eine weitere konstruktive Maßnahme zur erfindungsgemäßen Anpassung der Reflektorabdeckung zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich, ist die Ausgestaltung der Reflektorabdeckung aus einem bestimmten Material. Vorzugsweise wird dabei ein Material verwendet, das nur eine geringe Mikrowellenabsorption aufweist. Es können Glas, sowie diverse transparente Kunststoffe wie PMMA (Plexiglas) verwendet werden. Besser geeignet wären beispielsweise Fotoceram (Glaskeramik für Kochfelder), Polystyrol, Polycarbonat, ASA, LDPE oder HDPE.
Die Reflektorabdeckung kann dabei, insbesondere im Durchgangs- bzw. Durchtrittsbereich für elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich, aus einem quer zur Ausbreitungsrichtung bzw. quer zur Strahlrichtung der Radarstrahlung variierenden Material ausgestaltet sein, wodurch insbesondere die Variation des Brechungsindex und damit die Strahlformungseigenschaften für Mikrowellen angepasst werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung ist die Reflektorabdeckung zumindest in einem Teilbereich als optische Fresnel-Linse ausgestaltet. In diesem Fall können als konstruktive Maßnahme die Fresnel-Strukturen zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich derart angepasst bzw. optimiert sein, dass die Größe der Fresnel-Strukturen gemäß den Anforderungen im Mikrowellenbereich dimensioniert wird und eine Anpassung des Brechungsindex der Reflektorabdeckung für Mikrowellenstrahlung erfolgt. Eine solche Dimensionierung kann darin bestehen, die laterale Größe der Fresnelstrukturen kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Mikrowellenstrahlung zu gestalten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung besteht die Reflektorabdeckung auf der Innenseite aus reflektierenden Würfelecken. Unmittelbar dahinter ist eine „Negativform”, d. h. ein mechanisch passendes Bauteil befestigt, das von den Reflektoreinheiten nur durch einen winzigen Luftspalt getrennt ist. Der Luftspalt dient zur Aufrechterhaltung der Reflektion und muss dazu deutlich größer als die Wellenlänge der optischen Strahlung gewählt werden. Um die Mikrowellen nicht zu dämpfen, muss er aber gleichzeitig deutlich kleiner als die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung sein. Ein Luftspalt von typisch einigen Mikrometern sollte beiden Anforderungen gerecht werden. Das rückseitig befestigte Material kann zwei Funktionen erfüllen. Man kann die Anpassung der Materialdicke realisieren, sofern man beispielsweise dasselbe Material wählt, oder man erzeugt eine Übergangsschicht (λ/4 Transformator) zur Anpassung der Dielektrizitätszahl.
In einer optionalen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung ist die Reflektorabdeckung zumindest teilweise, d. h. beispielsweise in einem Teilbereich, als optisch diffraktives Element zur Lichtformung ausgestaltet, und mittels zumindest einer konstruktiven Maßnahme, insbesondere mittels zumindest einer der vorangehend beschriebenen konstruktiven Maßnahmen, zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich angepasst.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung sind die Reflektorabdeckung bzw. der Reflektor sowie das Sende- und Empfangsmittel der Radarvorrichtung als verbundene Baueinheit ausgestaltet. Insbesondere wenn der Reflektor als ein geschlossenes Gehäuse ausgestaltet ist, können die Radarvorrichtung bzw. einzelne Komponenten der Radarvorrichtung in das Gehäuse integriert sein. Hierdurch kann die Anordnung eines zusätzlichen Deckels bzw. einer zusätzlichen Radarabdeckung (Radar) vermieden werden, der bzw. die von den Mikrowellen passiert werden müsste. Weitergehend können durch eine derartige Ausgestaltung mit einem gemeinsamen und geschlossenen Gehäuse Verschmutzungen der Radarvorrichtung sowie der Innenseite der Reflektorabdeckung vermieden und Reflektionen von Radarstrahlung reduziert werden.
In einer weiteren optionalen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung handelt es sich bei der Reflektorabdeckung um einen Teil einer gemeinsamen optischen Abdeckung des Fahrzeugs, hinter der mehrere Leuchtmittel des Fahrzeugs angeordnet sind, insbesondere um einen Teil einer optischen Abdeckung, die sich über mehrere Leuchtmittel des Fahrzeugs erstreckt.
Weitere Vorteile sowie optionale Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Radarvorrichtung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt
1: eine Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung mit einer Anpassung deren Materialdicke.
2: eine Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung mit, zumindest in einem Teilbereich, eingeprägter Fresnellinse mit einer Anpassung der Oberflächenstrukturen.
3: eine Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung mit Anpassung durch Ausgestaltung der Rückseite aus einem bestimmten Material und mit einer bestimmten Dicke.
4: eine Radarvorrichtung, die mit einer Reflektorabdeckung als gemeinsame bauliche Einheit ausgestaltet ist.
5: eine Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung mit einer Anpassung durch eingebettete bzw. aufgeklebte Strukturen.
In 1 ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Radarvorrichtung dargestellt, umfassend ein Sende-/Empfangsmittel 11 mit Sende-/Empfangsantennen 12. Bei den Sende-/Empfangsantennen 12 kann es sich insbesondere um eine einzige Antenne handeln, die sowohl zum Senden als auch zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung genutzt wird. Die Sende-Empfangsantennen 12 können dabei mit unterschiedlichen Konfigurationen für verschiedene Applikationen ausgestaltet sein und bei Bedarf elektrisch umgeschaltet werden. Die Radarvorrichtung ist erfindungsgemäß hinter einer Reflektorabdeckung 13 im Außenbereich eines Fahrzeugs angeordnet. Die Reflektorabdeckung weist dabei eine Reflektionsebene 18 auf. Erfindungsgemäß ist die Reflektorabdeckung 13 dabei zumindest in dem Bereich, hinter dem die Radarvorrichtung angeordnet ist, durch zumindest eine konstruktive Maßnahme zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich angepasst. In dem Beispiel aus 1 erfolgt die Anpassung der Reflektorabdeckung 13 durch eine Anpassung der Materialdicke 14 im Durchtrittsbereich für die von der Radarvorrichtung ausgesendete und empfangene elektromagnetische Strahlung. Die Anpassung der Materialdicke 14 erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass zwischen den an der Vorderseite reflektierten Millimeterwellen mit Phasensprung 15 und den an der Rückseite reflektierten Wellen ohne Phasensprung 16 eine Phasendifferenz von einem ungeradzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge der von dem Sendemittel 11 abgestrahlten Millimeterwellen 17 existiert, insbesondere um dadurch die Reflektion klein und die Transmission von Millimeterwellen durch die Reflektorabdeckung 13 so groß wie möglich zu halten. Eine solche Dickenanpassung kannte durch das Aufbringen zusätzlichen Materials zumindest im Durchtrittsbereich der Mikrowellenstrahlung vorgenommen werden.
2 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Radarvorrichtung. In diesem Fall ist das Sende-/Empfangsmittel 21 mit Sende-/Empfangsantennen 22 hinter einer Reflektorabdeckung angeordnet, die zumindest in einem Teilbereich als Fresnel-Linse ausgestaltet ist. Als erfindungsgemäße konstruktive Maßnahme sind die Oberflächenstrukturen der optischen Abdeckung 24; 27, gleichzeitig zur Transmission und/oder zur Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung 26 im Mikrowellenbereich angepasst ausgestaltet, vorzugsweise derart, dass dabei die Transmissionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung 25 im sichtbaren Wellenlängenbereich nicht oder nur geringfügig beeinflusst werden. Freiheitsgrade im optischen Design können genutzt werden, um die Strukturgrößen gleichzeitig für die optimale Transmission der Mikrowellenstrahlung anzupassen, wie dies im Abschnitt zur Oberflächenstrukturierung beschrieben wurde. Es können sowohl die Reflektorelemente 27 wie auch die Fresnelelemente 24 angepasst werden.
3 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Radarvorrichtung. In diesem Fall ist die Radarvorrichtung 31 mit den Sende-/Empfangsantennen 32 hinter einer Reflektorabdeckung angeordnet. In diesem Fall ist die Reflektorabdeckung derart zur Transmission bzw. zur Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich angepasst, indem auf der Innenseite zusätzliches Material 34 aufgebracht ist, das vom Basismaterial 33 nur durch einen winzigen Luftspalt 35 getrennt ist. Dieser Luftspalt 35 ist typischerweise einige Mikrometer breit. Das zusätzliche Material 34 kann wahlweise eine von zwei Funktionen übernehmen. Es kann für eine Anpassung der Materialdicke sorgen, oder eine Anpassung der Dielektrizitätszahl bewirken.
4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Radarvorrichtung, wobei die Reflektorabdeckung 43, mit optisch reflektierender Struktur 44, und die Radarvorrichtung, mit Sende-/Empfangsmittel 41 und Sende-/Empfangsantennen 42, als verbundene Baueinheit ausgestaltet sind. Mit der Reflektorabdeckung 43 und dem Gehäuseboden 45 existiert ein geschlossenes Gehäuse für die Radarvorrichtung. Hierdurch ist es nicht erforderlich eine gesonderte Radarabdeckung (z. b. ein Radom) anzuordnen. Darüber hinaus wird eine leichte Austauschbarkeit der Radarvorrichtung erreicht, beispielsweise im Schadensfall. Entscheidend ist, dass die Strukturelemente zwar größer als die optische Wellenlänge aber kleiner als die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung sind.
5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Radarvorrichtung, umfassend ein Sende-/Empfangsmittel 51 sowie Sende-/Empfangsantennen 52, die neben einem Leuchtmittel 53 hinter einer optischen Abdeckung 54 des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Anordnung der Radarvorrichtung aus 5 entspricht dabei in weiten Teilen dem Beispiel aus 2, wobei die optische Abdeckung 54 aus 5 mit eingebetteten bzw. mit aufgeklebten Strukturen 56 als erfindungsgemäße konstruktive Maßnahme zur Strahlformung für elektromagnetische Strahlung 57 im Mikrowellenbereich angepasst ist. Bei den eingebetteten bzw. aufgeklebten Strukturen 56 kann es sich beispielsweise um metallische oder dielektrische Strukturen handeln, die im Bereich von Reflektorstrukturen bzw. im Bereich einer Reflektorabdeckung 58 der optischen Abdeckung 54 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

11: Sende-/Empfangsmittel
12: Sende-/Empfangsantennen
13: Reflektorabdeckung
14: Materialdicke
15: reflektierte Millimeterwellen mit Phasensprung
16: reflektierte Millimeterwellen ohne Phasensprung
17: abgestrahlte Millimeterwellen
18: Reflektionsebene
21: Sende-/Empfangsmittel
22: Sende-/Empfangsantennen
23: Leuchtmittel
24: Teilbereich einer optischen Abdeckung in Form einer Fresnel-Linse eines Scheinwerfers
25: Lichtkegel
26: Radarstrahlung
27: Teilbereich einer optischen Abdeckung in Form eines Reflektors
31: Sende-/Empfangsmittel
32: Sende-/Empfangsantennen
33: Als Reflektor ausgestalteter Zwischenbereich einer optischen Abdeckung
34: formpassendes Ergänzungsmaterial
35: Luftspalt
41: Sende-/Empfangsmittel
42: Sende-/Empfangsantennen
43: Reflektorabdeckung
44: optisch reflektierende Struktur
45: Gehäuseboden
51: Sende-/Empfangsmittel
52: Sende-/Empfangsantennen
53: Leuchtmittel
54: optische Abdeckung
55: Lichtkegel
56: eingebettete oder aufgeklebte Strukturen
57: Radarstrahlung
58: Reflektorabdeckung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4415059 A1 [0005, 0006]
DE 19632252 A1 [0007, 0008]
DE 10239840 A1 [0009, 0010]

Claims

Radarvorrichtung für ein Fahrzeug umfassend wenigstens ein Sendemittel zum Ausstrahlen eines Radarstrahls als Sendesignal und wenigstens ein Empfangsmittel zum Empfangen eines Signals, das von einem Zielobjekt, das sich innerhalb eines Ausstrahlungsbereich des ausgestrahlten Radarstrahls befindet, reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung hinter einer Reflektorabdeckung des Fahrzeugs angeordnet ist.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorabdeckung mittels zumindest einer konstruktiven Maßnahme zur Transmission und/oder Ausrichtung von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich angepasst ist.
Radarvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorabdeckung sowie das Sendemittel und Empfangsmittel der Radarvorrichtung als verbundene Baueinheit mit einem gemeinsamen Gehäuse ausgestaltet sind.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Anpassung einer Materialdicke der Reflektorabdeckung handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Beschichtung zumindest einer Oberfläche der Reflektorabdeckung handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Ausgestaltung zumindest einer Oberfläche der Reflektorabdeckung mit einer bestimmten Oberflächenstruktur handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Aufbringung einer aufklebbaren Folie auf zumindest eine Oberfläche der Reflektorabdeckung handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Anordnung zumindest eines resonanten Elements auf oder in der Reflektorabdeckung handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Anordnung zumindest eines diffraktiven Elements auf oder in der Reflektorabdeckung handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Ausgestaltung der Reflektorabdeckung in zumindest einem Transmissionsbereich aus einem bestimmten Material handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Ausgestaltung der Reflektorabdeckung in zumindest einem Transmissionsbereich aus einem sich quer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung variierenden Material handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Anpassung einer Größe von Reflektorstrukturen der Reflektorabdeckung handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorabdeckung in zumindest einem Bereich als Fresnel-Linse ausgestaltet ist, und dass es sich bei der konstruktiven Maßnahme um eine Anpassung von Fresnel-Strukturen der Fresnel-Linse für die Transmission von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich handelt.
Radarvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Reflektorabdeckung um einen Teil einer gemeinsamen optischen Abdeckung für mehrere Leuchtmittel des Fahrzeugs handelt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Reflektorabdeckung um ein reflektierendes Fahrzeugkennzeichen aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material handelt.