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Die Erfindung betrifft eine Radarsensoreinrichtung, aufweisend einen Radarsensor und eine in einem Durchstrahlungsabschnitt durch Radarstrahlung des Radarsensors zu durchstrahlende, wenigstens teilweise aus einem Basismaterial bestehende Abdeckung. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Der Einsatz von Radarsensoren in Kraftfahrzeugen ist inzwischen weitgehend etabliert. Dabei liefern derartige Radarsensoren insbesondere Radardaten, die von einer Vielzahl von Fahrzeugsystemen genutzt werden können. Insbesondere werden Radarsensoren dabei zur Überwachung der Umgebung des Kraftfahrzeugs eingesetzt, um beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer und/oder sonstige Objekte detektieren zu können. Beispielhafte Anwendungen für Radarsensoren umfassen ACC-Systeme, Einparksysteme, Totwinkelüberwachungssysteme, Pre-Crash-Systeme sowie Stop-and-Go-Systeme.
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Für zumindest teilweise auf das Vorfeld und/oder den Rückraum des Kraftfahrzeugs gerichtete Radarsensoren ist es bekannt, diese innerhalb von Stoßfängern des Kraftfahrzeugs verdeckt zu verbauen, nachdem die von den Radarsensoren abgegebene Radarstrahlung eine entsprechende Abdeckung durch einen Anteil des Stoßfängers üblicherweise durchdringen kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Radarsensoren in Gehäusen aufzubauen und an dem Stoßfänger zu befestigen. Jedoch kann auch vorgesehen sein, Radarsensoren innerhalb anderer Kraftfahrzeugbauteile bzw. hinter anderen Abdeckungen anzuordnen, beispielsweise in Türen des Kraftfahrzeugs, in denen radardurchlässige Fenster in einem Karosseriebauteil eingelassen sind.
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Abdeckungen, die von der Radarstrahlung des Radarsensors durchstrahlt werden sollen, bestehen dabei häufig aus Kunststoff, beispielsweise Polypropylen. Dabei hängt es jedoch von der Dicke des Basismaterials der Abdeckung ab, inwieweit die Radarstrahlung das Basismaterial durchquert, bzw. inwieweit eine Dämpfung stattfindet, die die Leistungsfähigkeit des Radarsensors negativ beeinflussen kann.
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Da aufgrund der Optimierung der Bauraumnutzung und der zunehmenden Ausstattung von Kraftfahrzeugen mit Komponenten Fahrzeugkomponenten, deren Teil eine durch Radarstrahlung eines Radarsensors zu durchstrahlende Abdeckung ist, immer robuster gestaltet werden müssen, Steigt die Dicke der zu durchstrahlenden Abdeckung. Dabei sollen, insbesondere im Beispiel von Stoßfängern, diese auch robust gegenüber extremen Temperaturen sein. Beispielsweise sollen im Fall des Stoßfängers höhere Temperaturen nicht zu einer Deformation führen. Auch hier führt eine Erhöhung der Dicke des Basismaterials des Stoßfängers zu einer Erhöhung von dessen Stabilität. Eine Erhöhung der zu durchstrahlenden Dicke einer Abdeckung stellt jedoch ein Problem für verdeckt verbaute Radarsensoren dar, da hiermit eine erhöhte Dämpfung der Radarstrahlung verbunden ist.
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DE 103 51 527 A1 betrifft ein Radom für ein Abstandswarnradar. Dort wird vorgeschlagen, eine als Radom wirkende Abdeckung für ein Abstandswarnradar als zwei Kunststoffteilen zusammenzusetzen, die durch eine Laserschweißnaht verbunden sind. Die Laserschweißnaht ist bevorzugt feuchtigkeitsdicht, um Eindringen von Feuchtigkeit in einen zwischen den Teilen verbleibenden Spalt und somit eine Dämpfung zu vermeiden.
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DE 10 2011 115 952 A1 offenbart eine Radarvorrichtung für ein Fahrzeug, die hinter einer Reflektorabdeckung angeordnet ist. Auf der Innenseite kann auf ein Basismaterial ein zusätzliches Material angebracht werden, das nur durch einen winzigen Luftspalt von dem Basismaterial getrennt ist, um eine Anpassung zur Transmission von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich vorzunehmen. Das zusätzliche Material soll die Materialdicke oder die Dielektrizitätszahl anpassen.
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DE 10 2012 025 275 A1 beschreibt ein Radom für eine Radarvorrichtung, welches in einer Schichtstruktur aufgebaut ist, wobei wenigstens eine Schicht die Radarstrahlung absorbierende, gleichmäßig verteilte Partikel aufweist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Verbesserung der Durchstrahlungseigenschaften bei dickeren Abdeckungen von Radarsensoren anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Radarsensoreinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abdeckung wenigstens in dem Durchstrahlungsabschnitt mehrere, in Durchstrahlungsrichtung aufeinanderfolgende Schichten aus wenigstens einem des wenigstens einen Basismaterials aufweist, die wenigstens teilweise wenigstens einen insbesondere luftgefüllten, eine unterschiedliche dielektrische Suszeptibilität als das benachbarte Basismaterial aufweisenden Zwischenraum bildend voneinander beabstandet sind, wobei die Dicke des Zwischenraums und/oder der Kunststoffschichten wenigstens teilweise so gewählt ist, dass eine konstruktive Überlagerung von reflektierter Radarstrahlung des Radarsensors auftritt, und/oder wenigstens teilweise so gewählt ist, dass eine destruktive Überlagerung von Radarstrahlung des Radarsensors auftritt.
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Dabei handelt es sich bei dem wenigstens einen Basismaterial insbesondere um Kunststoff, während bei einem luftgefüllten Zwischenraum auch von einem Luftspalt zwischen den Schichten gesprochen werden kann. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Dicken der Schichten und/oder der Zwischenräume so zu wählen, dass insbesondere eine zumindest lokale Dämpfung der insbesondere zu dem Radarsensor zurück reflektierten Radarstrahlung auftritt.
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Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, dass durch einen Luftspalt zwischen zwei Schichten gezielt entweder eine konstruktive oder eine destruktive Überlagerung von Radarwellen erzeugt werden kann. Beispielsweise kann an einer dem Zwischenraum zugewandten, als Grenzfläche wirkenden Oberfläche einer ersten Schicht eine erste Reflektion der Radarstrahlung erzeugt werden, an einer folgende zweiten Schicht bzw. deren dem Zwischenraum zugewandten Oberfläche eine phasenverschobene Reflektion der Radarstrahlung. Die beiden reflektierten Strahlen überlagern sich derart, dass entweder eine Verstärkung der reflektierten Radarstrahlung durch konstruktive Überlagerung oder bevorzugt eine Dämpfung der reflektierten Radarstrahlung durch Auslöschung bzw. destruktive Interferenz der jeweiligen Reflektionsanteile auftritt. Je nach dem gewünschten Optimierungsziel können die Dicken der Luftspalte (und ggf. zusätzlich die Gestaltung der Oberflächen) gewählt werden. Bei geschickter Wahl der Überlagerungs- und Reflexionseigenschaften kann eine destruktive Überlagerung von zu dem Radarsensor zurück reflektierter Radarstrahlung bei kaum geänderter Transmission dazu führen, dass auch das Rauschniveau an dem Radarsensor, welches zumindest teilweise durch reflektierte Anteile bestimmt wird, deutlich reduziert werden kann, mithin das Signal-zu-Rauschverhältnis des Radarsensors ansteigt und somit die Qualität der Radardaten, insbesondere die Detektionsfähigkeit bezüglich auch kleinere und/oder schwach reflektierenden Objekte steigt. Es kann also ein bevorzugtes Optimierungsziel sein, möglichst eine Auslöschung in Richtung des Radarsensors zurückreflektierter Radarstrahlung zu erreichen, um „Geistersignale“ oder dergleichen durch die Abdeckung selbst bei der Messung zu vermeiden. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Dicken des wenigstens einen Zwischenraums und/oder der Schichten so gewählt ist, dass eine destruktive Überlagerung (Interferenz) für in Richtung des Radarsensors zurückreflektierte Radarstrahlung auftritt.
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Dabei können die Dicken der Luftspalte und/oder sonstiger das Überlagerungs- und/oder Reflexionsverhalten beeinflussende Faktoren in unterschiedlichen Bereichen der Abdeckung unterschiedlich gestaltet werden. Das bedeutet insbesondere, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mehrschichtstruktur beispielsweise unmittelbar vor dem Radarsensor, insbesondere in dessen gewolltem Abstrahl- und/oder Erfassungsbereich („Radarkeule“) bzw. in einem Anteil desselben anders gestaltet werden kann als in Randbereichen des Abstrahl- und/oder Erfassungsbereichs bzw. benachbart dem Abstrahl- und/oder Erfassungsbereich. Beispielsweise kann innerhalb des Durchstrahlungsabschnitts und/oder diesem benachbart wenigstens ein Dämpfungsbereich in Abstrahlrichtung außerhalb des Abstrahl- und/oder Erfassungsbereichs des Radarsensors vorgesehen werden. Auf diese Weise wird es beispielsweise ermöglicht, eine gewollte niedrige Reflektion in der Hauptstrahlrichtung und eine gewollte höchste Dämpfung im Randbereich des Radarsensors zu erreichen, wobei sich in beiden Fällen bevorzugt die zu dem Radarsensor reflektierten Strahlen destruktiv überlagern. Das bedeutet insbesondere, dass die Dicken und/oder Reflexionseigenschaften der einzelnen Schichten bzw. Grenzflächen in einem Durchlassbereich des Durchstrahlungsabschnitts anders als im Dämpfungsbereich gestaltet werden können.
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Dabei kann die Wahl der Dicken des Zwischenraums und/oder der Kunststoffschichten (sowie gegebenenfalls von Reflektionseigenschaften an den Grenzflächen) bevorzugt auf eine bestimmte Nutzfrequenz bzw. Nutzfrequenzbereich bezogen sein. So kann vorgesehen sein, dass die Dicke des Zwischenraums und/oder der Kunststoffschichten bei destruktiver Überlagerung auf die destruktive Überlagerung zu dem Radarsensor rückreflektierter Radarstrahlung bei einer Nutzfrequenz des Radarsensors bezogen gewählt ist. Auf diese Weise werden also ungewollte, störend wirkende Reflektionen der Nutzfrequenz vermieden.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass, insbesondere bei luftgefüllten Zwischenräumen, die Gesamtdicke der Schichten des Basismaterials im Durchstrahlungsabschnitt wenigstens teilweise, insbesondere in einem Transmissionsbereich, geringer als die Dicke des Basismaterials in einem außerhalb des Durchstrahlungsabschnitts liegenden, keine Schichtstruktur bezüglich des Basismaterials aufweisenden Außenbereich ist. Dabei ist die Schichtstruktur bevorzugt so ausgestaltet, dass durch diese lokal bereits eine zusätzliche mechanische Stabilität bzw. Stabilität gegen Verformung gegeben ist, mithin die zu diesen Zwecken erhöhte Dicke der Abdeckung letztlich durch insgesamt dünnere Schichten, zumindest lokal im Durchstrahlungsbereich, ersetzt werden kann. Das bedeutet, die zu durchstrahlende Länge des Basismaterials, insbesondere des Kunststoffs, ist reduziert, so dass auch die Dämpfung durch das Basismaterial reduziert ist.
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Wie bereits erwähnt, kann es zweckmäßig sein, die Reflektivität, insbesondere an Grenzflächen, zusätzlich zu modifizieren, um, insbesondere auf unterschiedliche Bereiche des Durchstrahlungsabschnitts und/oder der Abdeckung bezogen, Anteile transmittierter und reflektierter Strahlung möglichst zweckmäßig anzupassen, insbesondere im Hinblick auf eine möglichst weitgehende destruktive Interferenz zum Radarsensor zurückreflektierter Radarstrahlung. Dabei existieren mehrere Ansatzpunkte.
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So kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung zunächst vorgesehen sein, dass die Wahl des Dielektrizitätsunterschieds an wenigstens einer dem wenigstens einen Zwischenraum zugewandten, als Grenzfläche wirkenden Oberfläche einer der Schichten zur Einstellung einer gewünschten Reflektivität getroffen ist. Insbesondere kann also die relative Dielektrizitätskonstante/Permittivität (εr) des Schichtmaterials und/oder eines in dem Zwischenraum enthaltenen Materials zur Herstellung eines gewünschten Unterschiedes der Dielektrizitätskonstanten gewählt werden, nachdem dieser die Reflektivität mitbestimmt.
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In einem anderen, erfindungsgemäß bevorzugten Ansatz kann vorgesehen sein, dass, insbesondere bei einem luftgefüllten Zwischenraum (Luftspalt) wenigstens eine dem wenigstens einen Zwischenraum zugewandte Oberfläche einer der Schichten des Basismaterials mit einer deren Reflektivität beeinflussenden, insbesondere periodischen Metallstruktur überzogen ist. Das bedeutet, die Dämpfung und Transmission der Radarstrahlung kann auch mittels metallischer, insbesondere periodischer Strukturen an den Oberflächen der Schichten, insbesondere Kunststofflagen, beeinflusst werden. Beispielsweise kann in einem Dämpfungsbereich, in dem insbesondere sowohl die Transmission als auch die Rückreflektion zu dem Radarsensor minimiert werden soll, vorgesehen sein, dass an einer Grenzfläche, mithin einem Zwischenraum zugewandten Oberfläche einer Schicht, die zunächst von der Radarstrahlung reflektiert wird, eine periodische Metallstruktur vorgesehen werden, die dafür sorgt, dass an der Grenzfläche etwa die Hälfte der Radarstrahlung reflektiert wird. An der gegenüberliegenden Oberfläche des Zwischenraums kann eine andere periodische Metallstruktur vorgesehen werden, die zur vollständigen Reflektion führt. Nachdem nun zumindest die Dicke des Zwischenraums so gewählt ist, dass für rückreflektierte Radarstrahlung eine destruktive Interferenz auftritt, sind sowohl die Anteile an Radarstrahlung, die im Dämpfungsbereich die Abdeckung durchqueren, als auch die rückreflektierten Anteile der Radarstrahlung minimiert.
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Dabei ist es in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft, wenn die bestrombare Metallstruktur einen Teil einer Heizeinrichtung zum Abtauen der Abdeckung bildet. Das bedeutet, die Metallstrukturen in dem Mehrschichtsystem können auch als Heizungselemente eingesetzt werden. Derartige Heizeinrichtungen wurden bereits vorgeschlagen, um beispielsweise Ablagerungen von Wasser, insbesondere aber von Eis und/oder Schnee, an der Abdeckung im Durchstrahlungsabschnitt zu reduzieren bzw. zu beseitigen, nachdem diese stark dämpfend und somit die Leistungsfähigkeit des Radarsensors beeinflussend wirken. Mithin kann eine Doppelnutzung von Metallstrukturen zum einen zur Beeinflussung der Reflektivität, zum anderen als Heizelement vorteilhaft vorgesehen sein.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass der Radarsensor an der Abdeckung und/oder einer die Abdeckung umfassenden Fahrzeugkomponente, insbesondere einen Stoßfänger, montiert ist. Beispielsweise wurden bereits Konstruktionen vorgeschlagen, in denen der Stoßfänger ein inneres Profilteil/Stoßfängerteil, an dem der Radarsensor befestigt werden kann, aufweist, während die Abdeckung durch ein äußeres Stoßfängerteil, das aufgesetzt wird, gebildet wird.
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Neben der Radarsensoreinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens eine Radarsensoreinrichtung der erfindungsgemäßen Art. Sämtliche Ausführungen bezüglich der Radarsensoreinrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung,
- 2 eine Schichtstruktur in einem Dämpfungsbereich mit einer einlaufenden Welle,
- 3 die Schichtstruktur der 2 mit reflektierten Wellen, und
- 4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Radarsensoreinrichtung 1. Diese weist einen Radarsensor 2 auf, der beispielsweise kleinbauend in Halbleitertechnologie, insbesondere CMOS-Technologie, realisiert sein kann. Der Radarsensor 2 wird innerhalb des Kraftfahrzeugs verdeckt hinter einer Abdeckung 3 verbaut, bei der es sich beispielsweise um ein Stoßfängerteil 4 handeln kann. Der Radarsensor 2 weist einen grundsätzlichen Abstrahlbereich 5 auf, der einen Durchstrahlungsabschnitt 6 der Abdeckung 3 definiert, welcher von der Radarstrahlung des Radarsensors 2 durchstrahlt wird. Ersichtlich ist die Struktur des ansonsten aus einem Basismaterial 7 der Dicke 8 bestehenden Stoßfängerteils 4 im Durchstrahlungsbereich 6 derart angepasst, dass die Abdeckung dort aus mehreren Schichten 9 des Basismaterials 7 besteht, die durch vorliegend luftgefüllte Zwischenräume 10, mithin Luftspalte, getrennt sind. Die Gesamtdicke der Schichten 9 ist dabei kleiner als die Dicke 8 gewählt.
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Die Dicken der Schichten 9 sowie der Zwischenräume 10 sind ferner in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass zu dem Radarsensor 2 rückreflektierte Radarstrahlung verschiedener Grenzflächen, mithin insbesondere verschiedener Oberflächen der Schichten 9, sich destruktiv überlagert, so dass mithin die messbare rückreflektierte Radarstrahlung deutlich reduziert und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert ist. Dabei sind die Reflektivitätseigenschaften in unterschiedlichen Bereichen des Durchstrahlungsabschnitts 6 unterschiedlich gewählt, nachdem beispielsweise eine hohe Transmission hauptsächlich in einem Hauptabstrahlbereich 11 (Transmissionsbereich) gewünscht ist, während eine hohe Dämpfung in Dämpfungsbereichen 12 erfolgen soll. Mithin sind die Reflexionseigenschaften der Grenzflächen im Hauptabstrahlbereich 11 so gewählt, dass eine möglichst geringe Reflektion auftritt, während in den Dämpfungsbereichen 12 mehr Reflektion an den Grenzflächen gegeben ist. Zu dieser Modifikation der Reflexionseigenschaften tragen beispielsweise zumindest teilweise in den Bereichen 11, 12 periodische metallische Strukturen 13 bei, die auf den Zwischenräumen 10 zugewandte Oberflächen der Schichten 9 aufgebracht sind. Diese metallischen Strukturen 13 modifizieren nicht nur die Reflexionseigenschaften, sondern sind auch als Heizelemente durch eine angedeutete Heizeinrichtung 14 ansteuerbar, mithin bestrombar.
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2 und 3 zeigen in Form einer konkreten Ausgestaltung, wie eine besonders vorteilhafte Umsetzung in einem Dämpfungsbereich 12, hier im Beispiel zweier Schichten 9, gestaltet werden kann. 2 zeigt dabei eine einlaufende Radarwelle 15, wie durch den Pfeil 16 gekennzeichnet. Die Radarwelle 15 trifft auf die mit einer ersten, periodischen Metallstruktur 13a versehene Oberfläche 17 der ersten Schicht 9, wobei die Metallstruktur 13a so gewählt ist, dass die Oberfläche 17 als Teilreflektor, beispielsweise für die Hälfte der Radarstrahlung, wirkt. Der durchgehende Anteil der Radarwelle 15 trifft auf die Oberfläche 18 der zweiten Schicht 9, die derart mit einer Metallstruktur 13b versehen ist, dass sie als Vollreflektor wirkt. Die Dicke 19 des Zwischenraums 10 zwischen den Schichten 9 ist nun so gewählt, dass, wie in 3 gezeigt, für die zum Radarsensor 2 rücklaufenden, reflektierten Anteile 20, 21, vgl. auch Pfeil 22, destruktive Überlagerung auftritt, mithin bei der Ausgestaltung gemäß 2 und 3 eine äußerst starke Dämpfung im Hinblick auf nach außen abgegebene Radarstrahlung gemeinsam mit einer äußerst geringen Reflexion zurück zum Radarsensor 2 gegeben ist.
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Eine ähnliche destruktive Interferenz kann selbstverständlich auch im Transmissionsbereich/Hauptstrahlenbereich 11 für die geringen reflektierten Anteile realisiert werden, so dass insgesamt weniger reflektierte, störende Radarstrahlung den Radarsensor 2 erreicht, jedoch die Transmission im Hauptabstrahlbereich 11 weiter äußerst hoch ist.
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4 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 23, welches einen vorderen Stoßfänger 24 und einen hinteren Stoßfänger 25 aufweist. In beiden Stoßfängern ist eine erfindungsgemäße Radarsensoreinrichtung 1a, 1b realisiert, wobei der Radarsensor 2 jeweils an einem inneren Stoßfängerteil befestigt ist und ein äußeres Stoßfängerteil 27 als die Abdeckung 3 wirkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10351527 A1 [0006]
- DE 102011115952 A1 [0007]
- DE 102012025275 A1 [0008]
