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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Radarsensoreinrichtung.
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Stand der Technik
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Radarsysteme bzw. Radarsensoreinrichtung für Fahrerassistenzsysteme werden seit langem in Fahrzeugen verbaut. Mit Hilfe der Radarsensoreinrichtung können Abstand, Geschwindigkeit und Winkel zu Objekten innerhalb des Sichtfelds bzw. Radarsichtfeldes detektiert werden. Die heutzutage verwendeten Radarsensoreinrichtungen besitzen überwiegend eine planare Apertur, d.h. die Antennenelemente befinden sich in einer Ebene. Meistens sind die Antennenelemente in Form von Patch-Antennenelemente realisiert.
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6 zeigt eine Radarsensoreinrichtung gemäß des Stands der Technik. Die Radarsensoreinrichtung in dem Kraftfahrzeug 40' bzw. Pick-Up weist ein Sichtfeld 30' auf, das aufgrund ungünstiger Umstände ein Objekt 50' in Form eines Pollers unmittelbar vor dem Kraftfahrzeug 40' nicht erfasst.
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Die Auslegung der planaren Antennen ist üblicherweise derart, dass die Hauptstrahlrichtung in 0° Elevation, d.h. entlang der Horizontalen, ist und im Vertikalen eine schmale Keule besitzt. Dies ermöglicht eine hohe Reichweite. Nachteilig ist dabei, dass unter ungünstigen Umständen Objekte, die sich in der Nähe des Bodens in unmittelbarer Nähe zum Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug 40' befinden außerhalb des Sichtfeldes der Radarsensoreinrichtung befinden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine Radarsensoreinrichtung aufzuzeigen, bei dem Objekte, die sich in der Nähe des Bodens in unmittelbarer Nähe zum Kraftfahrzeug befinden, sicher erkannt werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Radarsensoreinrichtung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Auto, vorgeschlagen, wobei die Radarsensoreinrichtung eine Vielzahl von Antennenelementen umfasst, die zumindest teilweise in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente zumindest teilweise in unterschiedlichen Abständen zu einer senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Ebene angeordnet sind.
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Vorteilhaft hieran ist, dass üblicherweise technisch einfach Objekte, die sich in der Nähe des Bodens in unmittelbarer Nähe zum Kraftfahrzeug befinden und/oder eine geringe Höhe aufweisen, sicher erkannt werden können. Vorteilhaft ist auch, dass die Radarsensoreinrichtung in der Regel einen größeren Sichtbereich aufweist, ohne dass zusätzliche Sende- oder Empfangskanäle und/oder zusätzliche Antennenelemente notwendig sind. Der vergrößerte Sichtbereich in Elevation, d.h. in der Höhe, hat im Allgemeinen keinen signifikanten Einfluss auf das azimutale Sichtfeld und keinen Einfluss auf die Winkelschätzung im Azimut, wenn die unterschiedlichen Abstände der Antennenelemente zu einer Ebene nur in der Elevationsebene, d.h. entlang der Höhe, bestehen. Darüber hinaus weist die Radarsensoreinrichtung in der Regel im Wesentlichen keine „blind spots“ auf.
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Die Höhe kann insbesondere senkrecht zur Oberfläche, auf dem sich das Kraftfahrzeug bewegt, verlaufen. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug sein, das halbautonom oder vollautonom sich fortbewegt bzw. fährt. Das Kraftfahrzeug kann ein PKW, LKW, SUV, Bus, Motorrad, Motorroller, Boot oder ähnliches sein.
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Die Ebene kann insbesondere senkrecht zur Oberfläche der Straße bzw. des Bodens bzw. der Ebene verlaufen, auf der sich das Kraftfahrzeug fortbewegt, verlaufen.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Antennenelemente zumindest teilweise derart in unterschiedlichen Abständen zu der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Ebene angeordnet, dass die Antennenelemente zumindest teilweise entlang eines Bogens angeordnet sind. Vorteilhaft hieran ist, dass die Radarsensoreinrichtung dadurch in Elevation bzw. in der Höhe über einen großen Bereich den Winkel der Objekte zuverlässig bestimmen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Antennenelemente zumindest teilweise im gleichen Abstand zu der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Ebene entlang einer Geraden angeordnet, wobei die entlang der Geraden angeordneten Antennenelemente sich oberhalb der Antennenelemente befinden, die nicht entlang der Geraden angeordnet sind. Dadurch, dass die Antennenelemente nur teilweise nicht auf bzw. entlang der Geraden (z.B. einem Bogen) und teilweise entlang einer Geraden, wird das Sichtfeld bzw. der Sichtbereich der Radarsensoreinrichtung im Allgemeinen in nur eine Richtung, nämlich in Richtung der Fahroberfläche bzw. des Bodens vergrößert, während das Sichtfeld in die andere Richtung nach oben bzw. zum Himmel nicht vergrößert wird, wo eine Sichtfeldvergrößerung im Regelfall keine zusätzlichen Informationen liefert. Hierdurch wird die zur Verfügung stehende Energie der Radarsensoreinrichtung besonders gut auf Bereiche gerichtet, in denen sich Objekte aufhalten können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Mehrheit, insbesondere mindestens 75%, der Antennenelemente der Radarsensoreinrichtung im gleichen Abstand zu der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Ebene entlang der Geraden angeordnet. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Radarsensoreinrichtung üblicherweise technisch besonders einfach ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Antennenelementen mindestens acht, insbesondere mindestens zehn, Antennenelemente. Ein Vorteil hiervon ist, dass der Strahl der Radarsensoreinrichtung besonders gut fokussiert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Unterschied der Antennenelemente im Abstand zu der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Ebene maximal so groß wie das 0,3-Fache der Wellenlänge der Sendesignale der Radarsensoreinrichtung. Vorteilhaft hieran ist, dass die Radarsensoreinrichtung üblicherweise besonders kompakt ausgebildet sein kann. Folglich kann die Radarsensoreinrichtung in der Regel besonders wenig Volumen einnehmen.
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Gemäß einer Ausführungsform sind alle Antennenelemente der Radarsensoreinrichtung entlang des Bogens angeordnet. Ein Vorteil hiervon ist, dass die Radarsensoreinrichtung im Allgemeinen technisch besonders einfach ausgebildet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Bogen einen Radius auf, der dem 10-fachen der Wellenlänge der Sendesignale der Radarsensoreinrichtung entspricht. Hierdurch können die Objekte in der Regel technisch besonders zuverlässig erkannt werden. Zudem ergibt sich im Allgemeinen eine besonders gute Winkelauflösung über den gesamten Sichtbereich.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Antennenelemente derart in dem Fahrzeug angeordnet, dass ein Winkelbereich bis zu ca. -40°, insbesondere ein Winkelbereich bis zu ca. -30°, relativ zur Horizontalen durch die mittlere Höhe der Radarsensoreinrichtung abgedeckt ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass üblicherweise auch Objekte mit einer sehr geringen Höhe, die sich nahe der Vorderseite des Kraftfahrzeugs befinden, von der Radarsensoreinrichtung erfasst werden. Insbesondere weisen Objekte, die schräg unterhalb bzw. vor der Front des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, einen negativen Winkel zur Horizontalen durch die mittlere Höhe der Radarsensoreinrichtung auf.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die Antennenelemente derart in dem Kraftfahrzeug angeordnet, dass der Höhenunterschied zwischen dem obersten Antennenelement und dem untersten Antennenelement maximal dem ca. 10-fachen, insbesondere maximal dem ca. 6-fachen, der Wellenlänge der Sendesignale der Radarsensoreinrichtung entspricht. Vorteilhaft hieran ist, dass die Radarsensoreinrichtung in Höhenrichtung im Allgemeinen besonders kompakt ausgebildet ist, so dass sie nur ein geringes Volumen einnimmt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale der Radarsensoreinrichtung in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung;
- 2 zeigt einen Teil der Radarsensoreinrichtung aus 1;
- 3 zeigt die Anordnung der Antennenelemente in der Radarsensoreinrichtung aus 1 bzw. 2;
- 4 zeigt eine Anordnung der Antennenelemente in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung;
- 5 zeigt ein Diagramm einer Richtcharakteristik der Radarsensoreinrichtung aus 2 und einer Radarsensoreinrichtung gemäß des Stands der Technik; und
- 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Radarsensoreinrichtung gemäß des Stands der Technik.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 40 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung 10. 2 zeigt einen Teil der Radarsensoreinrichtung 10 aus 1. 3 zeigt die Anordnung der Antennenelemente 20-29 in der Radarsensoreinrichtung 10 aus 1 bzw. 2.
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Die Radarsensoreinrichtung 10 weist eine Vielzahl von Antennenelementen 20-29 auf. Die Antennenelemente 20-29 können auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein. Beispielsweise umfassen die Antennenelemente 20-29 jeweils ein Patch-Antennenelement. Ein Patch-Antennenelement kann beispielsweise jeweils eine geätzte Struktur aus Metall zum Senden und Empfangen von Radarsignalen auf einer Leiterplatte umfassen.
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In 1, 3 und 4 verläuft die z-Achse entlang bzw. parallel zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 und somit parallel zur Oberfläche der Straße bzw. des Untergrunds. Die x-Achse, die senkrecht auf der z-Achse steht, verläuft in Höhenrichtung, d.h. senkrecht zur Oberfläche der Straße bzw. des Untergrunds, auf dem das Kraftfahrzeug 40 steht oder sich bewegt.
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Die Werte auf der x-Achse sind in 3 und in 4 als Vielfache der Wellenlänge der Sendesignale der Radarsensoreinrichtung angegeben.
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Die Radarsensoreinrichtung 10 ist in dem Kraftfahrzeug 40 angeordnet bzw. darin verbaut. Beispielsweis in der Frontpartie des Kraftfahrzeugs 40. Die Radarsensoreinrichtung 10 ist derart angeordnet, dass die Antennenelemente 20-29 in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind.
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Die Antennenelemente 20-29 können in Höhenrichtung, d.h. entlang der x-Achse, äquidistant zueinander angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass die Antennenelemente 20-29 oder ein Teil der Antennenelemente 20-29 zueinander unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen.
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Die Radarsensoreinrichtung weist eine sogenannte konforme Antennenapertur auf, d.h. nicht alle Antennenelemente 20-29 sind entlang einer Geraden angeordnet. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass nicht alle Antennenelemente 20-29 der Radarsensoreinrichtung 10 den gleichen Abstand zu einer Ebene haben, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verläuft. Diese Ebene verläuft senkrecht zur Oberfläche der Straße bzw. des Bodens. Dies bedeutet, dass diese Ebene in 1 von oben nach unten und senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Diese Ebene verläuft in 3 bzw. 4 horizontal.
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Ein Teil der Antennenelemente 20-29 ist entlang eines Bogens angeordnet. Dies ist 3 besonders gut zu erkennen. Die Anordnung auf einem Bogen bedeutet insbesondere, dass die Antennenelemente 20-29 mit ansteigender Höhe des jeweiligen Antennenelements 20-29 (d.h. von links nach rechts in 3) zunächst immer weiter vorne im Kraftfahrzeug 40 (größerer bzw. höherer Wert auf der z-Achse) angeordnet sind und ab dem 6. Antennenelement 24 von links in 3 wieder weiter hinten im Kraftfahrzeug 40 (niedrigerer bzw. kleinerer Wert auf der z-Achse) angeordnet sind. Die Antennenelemente 20-29 können entlang einer Ebene, die durch den 0-Wert auf der x-Achse in 3 verläuft, symmetrisch angeordnet sein.
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Der Radius des Bogens kann z.B. das 10-fache der Wellenlänge (λ) der Sendesignale der Radarsensoreinrichtung 10 betragen. Andere Werte sind vorstellbar.
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Durch die bogenförmige Anordnung in Elevationsrichtung bzw. Höhenrichtung, die in 3 gezeigt ist, wird das Sichtfeld 30 der Radarsensoreinrichtung 10 nach oben (weg von der Oberfläche des Untergrunds) und nach unten (zu der Oberfläche des Untergrunds hin) erweitert. Somit wird der Winkelbereich, der von der Radarsensoreinrichtung 10 abgedeckt wird, auf Werte bis ca. -40° relativ zu einer Horizontalen erweitert. Hierdurch werden Objekte 50, die sich sehr nahe vor dem Fahrzeug befinden und/oder eine geringe Höhe aufweisen, z.B. ca. 1 m oder ca. 50 cm, sicher erkannt. So wird z.B. in 1 das Objekt 50 in Form eines Pollers von der erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung erkannt bzw. detektiert, obwohl sich das Objekt 50 sehr nahe an dem Kraftfahrzeug, z.B. weniger als 1 m oder weniger als 50 cm, befindet und eine geringe Höhe aufweist.
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Insbesondere können mittels der Radarsensoreinrichtung 10 auch Objekte 50 erfasst bzw. detektiert werden, die unter Umständen durch den Fahrer aufgrund des hohen Frontbereichs des Kraftfahrzeugs 40, z.B. bei einem Pick-Up wie er in 1 gezeigt ist oder einem SUV oder einem LKW, optisch nicht wahrgenommen werden können.
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Die mittlere Höhe der Radarsensoreinrichtung 10 verläuft horizontal durch die Mitte der 2.
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5 zeigt ein Diagramm einer Richtcharakteristik der Radarsensoreinrichtung 10 aus 2 und einer Radarsensoreinrichtung 10 gemäß des Stands der Technik. Gestrichelt ist die Richtcharakteristik für die Radarsensoreinrichtung 10 gemäß des Stands der Technik in 5 gezeigt, während die Richtcharakteristik für die erfindungsgemäße Radarsensoreinrichtung 10 mit durchgezogener Linie in 5 dargestellt ist.
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Wie in 5 zu sehen, gibt es im Gegensatz zu der Radarsensoreinrichtung 10 gemäß des Stands der Technik bei der erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung 10 im Wesentlichen keine Winkelbereiche innerhalb des Sichtfelds 30, in denen vorhandene Objekte 50 nicht von der Radarsensoreinrichtung 10 detektiert werden können. Es gibt somit im Wesentlichen keine sogenannten „blind spots“.
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Die Radarsensoreinrichtung 10 weist somit in Elevation bzw. in der Höhe ein breites Sichtfeld 30 und in Azimut bzw. in der Breite ein schmales Sichtfeld 30 sowie gleichzeitig eine relativ große Reichweite auf. Der Azimut verläuft senkrecht zur Zeichenebene der 1.
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Der vergrößerte Sichtbereich in Elevation hat keinen Einfluss auf das azimutale Sichtfeld 30 und keinen Einfluss auf die Winkelschätzung im Azimut, da die Krümmung der Anordnung der Antennenelemente 20-29 nur in der Elevationsebene besteht.
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Die Radarsensoreinrichtung 10 kann neben den in 2 gezeigten Antennenelementen 20-29 weitere Elemente zum Erzeugen der Sendesignale und zum Verarbeiten der Empfangssignale aufweisen. Auch kann die Radarsensoreinrichtung 10 eine Analyseeinheit zum Analysieren der empfangenen Signale bzw. Daten aufweisen.
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Die in 3 weiter rechts zu sehenden Antennenelemente 20-29 sind jeweils oberhalb der weiter links in 3 zu sehenden Antennenelemente 20-29 angeordnet.
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Der Bogen verläuft in einer Ebene, die senkrecht zur Fahrbahn bzw. Straße und parallel zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verläuft.
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4 zeigt eine Anordnung der Antennenelemente 20-29 in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung 10. Bei dieser Ausführungsform ist ein Teil, der nämliche der obere Teil, der Antennenelemente 20-29 auf einer Geraden angeordnet. Der andere Teil der Antennenelemente 20-29, nämlich der untere Teil, ist auf einem Bogen angeordnet, der entsprechend passend an die Gerade anschließt, so dass der Bogen in die Gerade ohne Knick oder ähnliches übergeht.
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Die zwei linken Antennenelemente 20-29 sind auf einem Bogen angeordnet. Die übrigen acht Antennenelemente 20-29 der Radarsensoreinrichtung 10 weisen jeweils den gleichen Abstand zu einer Ebene auf, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verläuft.
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Vorstellbar ist auch, dass die Antennenelemente 20-29 abschnittsweise planar bzw. auf einer Geraden angeordnet sind. Dies bedeutet, dass mehrere Antennenelemente 20-29 den gleichen ersten Abstand zu der Ebene, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verläuft, aufweisen und mehrere Antennenelemente 20-29 den gleichen zweiten Abstand zu der Ebene, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verläuft, aufweisen, wobei der erste Abstand sich von dem zweiten Abstand unterscheidet. Weitere Antennenelemente 20-29 können in einem dritten Abstand zu der Ebene, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verläuft, angeordnet sein, wobei der dritte Abstand sich von dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand oder nur von dem ersten Abstand oder nur von dem zweiten Abstand unterscheidet.
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Die Radarsensoreinrichtung 10 kann in Vorwärtsbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet sein, wie dies in 1 gezeigt ist. Vorstellbar ist auch, dass alternativ oder zusätzlich eine Radarsensoreinrichtung 10 in Rückwärtsbewegungsrichtung, d.h. auf der Rückseite des Kraftfahrzeugs 40, angeordnet ist.
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Der Unterschied im Abstand zu der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verlaufenden Ebene kann beispielsweise maximal so groß wie das 0,3-Fache der Wellenlänge der Sendesignale der Radarsensoreinrichtung 10 sein. Bei einer üblichen Wellenlänge der Sendesignale ist somit der maximale Unterschied der Antennenelemente 20-29 zu der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verlaufenden Ebene im Bereich von ca. 1 mm bis ca. 2 mm, beispielsweise ca. 1,5 mm.
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Die Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs 40 verläuft in 1 nach von links nach rechts oder von rechts nach links.
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Hiermit wird auch explizit ein Kraftfahrzeug 40 mit einer hier beschriebenen Radarsensoreinrichtung 10 offenbart.
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Mittels der Radarsensoreinrichtung 10 werden Radarsignale ausgesandt und Reflexionen von Objekten 50 in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 40 empfangen. Aus den empfangenen Reflexionen der Radarsignale an den Objekten 50 können die Geschwindigkeit, die Position und/oder der Winkel des Objekts 50 bzw. der Objekte 50 relativ zu dem Kraftfahrzeug 40, genauer gesagt relativ zu der Radarsensoreinrichtung, bestimmt werden.
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Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
