DE102020113188B3

DE102020113188B3 - Motor vehicle with a vehicle roof

Info

Publication number: DE102020113188B3
Application number: DE102020113188.7A
Authority: DE
Inventors: Rachid Khlifi
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2040-05-16

Abstract

Kraftfahrzeug (1), aufweisend ein Fahrzeugdach (2) und wenigstens einen Radarsensor (3) mit einer Antennenanordnung (7), die wenigstens ein zum Empfangen von Radarsignalen genutztes Empfangs-Antennenelement (6b) aufweist, und einer mit der Antennenanordnung (7) verbundenen Steuereinrichtung (9), wobei sich die von einem Trägerelement (5) getragene Antennenanordnung (7) des wenigstens einen Radarsensors (3) zumindest im Wesentlichen entlang der gesamten Länge wenigstens einer Seitenkante (4), diese wenigstens durch Empfangs-Antennenelemente (6b) abdeckend, des Fahrzeugdachs (2) erstreckt.Motor vehicle (1), having a vehicle roof (2) and at least one radar sensor (3) with an antenna arrangement (7) which has at least one receiving antenna element (6b) used for receiving radar signals, and one connected to the antenna arrangement (7) Control device (9), the antenna arrangement (7) of the at least one radar sensor (3) carried by a carrier element (5) at least substantially along the entire length of at least one side edge (4), covering this at least by receiving antenna elements (6b) , the vehicle roof (2) extends.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Fahrzeugdach und wenigstens einen Radarsensor mit einer Antennenanordnung, die wenigstens ein zum Empfangen von Radarsignalen genutztes Empfangs-Antennenelement aufweist, und einer mit der Antennenanordnung verbundenen Steuereinrichtung.The invention relates to a motor vehicle having a vehicle roof and at least one radar sensor with an antenna arrangement which has at least one receiving antenna element used to receive radar signals, and a control device connected to the antenna arrangement.

Radarsensoren werden in modernen Kraftfahrzeugen häufig eingesetzt. Insbesondere dienen sie zur Überwachung der Umgebung des Kraftfahrzeugs, um Radardaten für verschiedene Funktionen, beispielsweise Einparkhilfen, Totwinkelüberwachungen, Pre-Crash-Sensing und Stop-and-Go, bereitzustellen. Ein üblicher Radarsensor weist neben der zum Senden und zum Empfangen der Radarsignale genutzten Antennenanordnung üblicherweise auch eine Steuereinrichtung auf, die ein Hochfrequenz- und ein Niederfrequenzteil umfassen kann. Das Hochfrequenzteil generiert hochfrequente Radarsignale, beispielsweise im Bereich von 10 bis 80 GHz. Die Radarsignale werden über Sende-Antennenelemente der Antennenanordnung versandt und über Empfangs-Antennenelemente der Antennenanordnung empfangen, wobei auch Ausgestaltungen denkbar sind, in denen Antennenelemente sowohl als Sende-Antennenelemente als auch als Empfangs-Antennenelemente verwendet werden. Die hochfrequenten, empfangenen Radarsignale werden umgesetzt und auf eine Niederfrequenz heruntergemischt. Die Verarbeitung der niederfrequenten Radarsignale erfolgt im Niederfrequenzteil.Radar sensors are often used in modern motor vehicles. In particular, they are used to monitor the surroundings of the motor vehicle in order to provide radar data for various functions, for example parking aids, blind spot monitoring, pre-crash sensing and stop-and-go. In addition to the antenna arrangement used for transmitting and receiving the radar signals, a conventional radar sensor usually also has a control device which can include a high-frequency and a low-frequency part. The high-frequency part generates high-frequency radar signals, for example in the range from 10 to 80 GHz. The radar signals are sent via transmitting antenna elements of the antenna arrangement and received via receiving antenna elements of the antenna arrangement, configurations are also conceivable in which antenna elements are used both as transmitting antenna elements and as receiving antenna elements. The high-frequency, received radar signals are converted and mixed down to a low frequency. The processing of the low-frequency radar signals takes place in the low-frequency section.

Moderne Radarsensoren werden hauptsächlich für assistierte Fahrfunktionen eingesetzt. Dabei existiert die Forderung, dass die Radarsensoren baulich klein sein müssen, mithin ein kleines Bauteil darstellen sollen, damit eine unauffällige Integration in das Kraftfahrzeug möglich ist und die nur in geringem Maße verfügbaren Bauräume berücksichtigt werden. Eine Limitierung der Größe des Radarsensors, um die Integration im Kraftfahrzeug zu ermöglichen, limitiert damit aber auch die Leistungsfähigkeit des Radarsensors, die mit der Größe des Radarsensors, insbesondere der Antennengröße, skaliert. So kann bei monostatischen Radarsystemen eine Steigerung der Winkelauflösung eines Radarsensors nur durch Vergrößerung der Antennenfläche realisiert werden. Auf der anderen Seite setzen zukünftige Kraftfahrzeugtechnologien immer häufiger auf wenigstens teilweise automatisierte Fahrfunktionen, insbesondere eine vollständig automatische Führung des Kraftfahrzeugs (pilotiertes Fahren). Das vollständig automatische Betreiben von Kraftfahrzeugen ist ein wesentlicher Bestandteil einer zukünftigen intelligenten und nachhaltigen Mobilität.Modern radar sensors are mainly used for assisted driving functions. There is the requirement that the radar sensors must be structurally small, and therefore represent a small component, so that an inconspicuous integration into the motor vehicle is possible and the installation spaces that are only available to a small extent are taken into account. Limiting the size of the radar sensor in order to enable integration in the motor vehicle therefore also limits the performance of the radar sensor, which scales with the size of the radar sensor, in particular the antenna size. In monostatic radar systems, for example, the angular resolution of a radar sensor can only be increased by increasing the antenna area. On the other hand, future motor vehicle technologies are increasingly relying on at least partially automated driving functions, in particular fully automatic guidance of the motor vehicle (piloted driving). The fully automatic operation of motor vehicles is an essential part of future intelligent and sustainable mobility.

Die Umsetzung vollautomatisierter Fahrfunktionen hängt dabei insbesondere auch von technologischen Fortschritten bei Elektronik und Sensorik ab, wobei eine Voraussetzung für eine vollständig automatische Führung des Kraftfahrzeugs die permanente und zuverlässige Überwachung des kompletten Fahrzeugumfelds in Echtzeit ist. Entsprechend steigen auch die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Radarsensoren. Da allerdings in heutigen Anwendungsfällen die Größe des Radarsensors beschränkt ist, ist auch die Leistungsfähigkeit entsprechend limitiert.The implementation of fully automated driving functions depends, in particular, on technological advances in electronics and sensors, whereby a prerequisite for fully automatic guidance of the motor vehicle is the permanent and reliable monitoring of the entire vehicle environment in real time. The demands on the performance of radar sensors are increasing accordingly. However, since the size of the radar sensor is limited in today's applications, the performance is also limited accordingly.

Insbesondere ist es fraglich, ob die Leistungsfähigkeit heutiger Radarsensoren für geplante zukünftige, hochautomatisierte Fahr- und Parkfunktionen ausreichend ist, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, in komplexeren Verkehrssituationen und/oder bei einer Abwendung des Fahrers vom Fahrgeschehen. Eine Weiterentwicklung klassischer, aktuell eingesetzter Radarkonzepte zur Erfüllung der zukünftigen Anforderungen würde zu Sensorgrößen führen, die eine Integration in das Kraftfahrzeug nicht länger erlauben.In particular, it is questionable whether the performance of today's radar sensors is sufficient for planned future, highly automated driving and parking functions, especially at higher speeds, in more complex traffic situations and / or when the driver turns away from the driving situation. A further development of classic, currently used radar concepts to meet future requirements would lead to sensor sizes that no longer allow integration into the motor vehicle.

Eine andere Problematik heutiger Radartechnologien ist, dass durch die Positionierung mehrerer Radarsensoren im Kraftfahrzeug, beispielsweise im Stoßfänger und/oder im Schweller, bei der Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs Blindbereiche in den Zwischenräumen zwischen den Radarsensoren entstehen. Eine durchgehende 360°-Umfelderfassung ist mithin mit verteilten, einzelnen Radarsensoren im unteren Höhenbereich des Kraftfahrzeugs nicht zu realisieren. Die tiefe Positionierung der Radarsensoren in modernen Kraftfahrzeugen schränkt auch die Qualität und Verlässlichkeit der Radardaten ein, da Effekte wie Bodenclutter, Verschmutzung, Gischt durch die Reifen, Einschränkung der Sicht und Einschränkung der Reichweite einer vollständigen Ausnutzung der Leistungsfähigkeit entgegenstehen. Schließlich ist eine hohe Winkelauflösung durch den kohärenten Betrieb mehrerer einzelner Radarsensoren technisch nur äußerst kompliziert umzusetzen, da die Synchronisation im Bereich von etwa 12 Pikosekunden über Kupferkabel nicht umsetzbar ist.Another problem with today's radar technologies is that the positioning of several radar sensors in the motor vehicle, for example in the bumper and / or in the sill, creates blind areas in the spaces between the radar sensors when detecting the surroundings of the motor vehicle. A continuous 360 ° environment detection cannot therefore be implemented with distributed, individual radar sensors in the lower height range of the motor vehicle. The deep positioning of the radar sensors in modern motor vehicles also limits the quality and reliability of the radar data, since effects such as floor clutter, pollution, spray from the tires, restriction of visibility and restriction of the range prevent full utilization of performance. Ultimately, a high angular resolution is technically extremely complicated to implement through the coherent operation of several individual radar sensors, since synchronization in the range of around 12 picoseconds cannot be implemented using copper cables.

DE 10 2016 008 064 A1 betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugdach, wobei in das Fahrzeugdach ein Sensormodul für die Umgebungsüberwachung integriert ist, wobei das Sensormodul mittels einer Aktorik zwischen einer in das Fahrzeugdach versenkten Ruheposition und einer ausgefahrenen Betriebsposition bewegt werden kann. Das Sensormodul für die Umgebungsüberwachung kann eine Radareinheit mit einem 360°-Sichtbereich aufweisen, die mittels mehrerer Radarsender/-empfänger-Paare, mithin mehrerer einzelner Radarsensoren, eine möglichst weitgehende Umfeldabdeckung herstellen soll. DE 10 2016 008 064 A1 relates to a motor vehicle with a vehicle roof, a sensor module for environmental monitoring being integrated into the vehicle roof, wherein the sensor module can be moved between a rest position sunk into the vehicle roof and an extended operating position by means of actuators. The sensor module for monitoring the surroundings can have a radar unit with a 360 ° field of vision, which by means of several pairs of radar transmitters / receivers, i.e. several individual radar sensors, should provide the greatest possible coverage of the surrounding area.

DE 10 2016 123 752 A1 betrifft eine Fahrzeugdachbefestigung mit mindestens einem Bezugsmerkmal. Das Bezugsmerkmal wird gemäß mindestens einem Bezugselement bereitgestellt, wobei das mindestens eine Bezugselement gemäß einer spezifischen Ausrichtung eines in einem Sensorrahmen enthaltenen Sensors bestimmt wird. Der Sensorrahmen ist mit der Dachbefestigung zusammenfügbar. Der Sensorrahmen wiederum umfasst mindestens einen Sensor, wobei die Sensoren Radarsensoren umfassen können. Die einzelnen Sensoren werden entsprechend an dem Sensorrahmen befestigt. DE 10 2016 123 752 A1 relates to a vehicle roof fastening with at least one reference feature. The reference feature is provided according to at least one reference element, wherein the at least one reference element is determined according to a specific orientation of a sensor contained in a sensor frame. The sensor frame can be assembled with the roof mounting. The sensor frame in turn comprises at least one sensor, it being possible for the sensors to comprise radar sensors. The individual sensors are attached to the sensor frame accordingly.

DE 10 2018 106 008 A1 offenbart eine Baugruppe mit einem Sensormodul, das eine Außenfläche aufweist, die ausgelegt ist, eine Dichtung aufzunehmen und einen Umfang zu definieren. Die Baugruppe beinhaltet eine Vielzahl von Sensoren, die vom Sensormodul getragen werden. Bei einem Fahrzeug mit einem Dach kann dieses ein Schnittstellenmodul aufweisen, das das Sensormodul tragen kann. Eine Vielzahl von Sensoren, die auch Radarsensoren umfassen können, wird von dem Sensormodul getragen. DE 10 2018 106 008 A1 discloses an assembly with a sensor module having an outer surface configured to receive a seal and define a perimeter. The assembly contains a large number of sensors that are carried by the sensor module. In the case of a vehicle with a roof, this can have an interface module that can carry the sensor module. A large number of sensors, which can also include radar sensors, are carried by the sensor module.

Mithin weisen auch diese im Stand der Technik bekannten Ansätze den Nachteil auf, dass herkömmliche Radarsensoren verwendet werden, die den konfliktierenden Anforderungen an Baugröße und Leistungsfähigkeit ausgesetzt sind. Ferner ist eine vollständige 360°-Überwachung weiterhin aufgrund von Abständen zwischen einzelnen Radarsensoren nicht möglich.These approaches known in the prior art therefore also have the disadvantage that conventional radar sensors are used which are exposed to the conflicting requirements in terms of structural size and performance. Furthermore, a complete 360 ° monitoring is still not possible due to the distances between individual radar sensors.

DE 10 2016 210 769 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Erfassungseinrichtung zur winkelaufgelösten Erfassung eines Kraftfahrzeugumfeldes durch ein Radarverfahren, wobei eine flächig an einer Komponente des Kraftfahrzeugs angeordnete Folienantenne mit mehreren Sendeantennen und/oder Empfangsantennen verwendet wird. Die Folienantenne kann an einem Scheibenrahmen eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. DE 10 2016 210 769 A1 discloses a motor vehicle with a detection device for angularly resolved detection of a motor vehicle environment by a radar method, a film antenna arranged flat on a component of the motor vehicle with a plurality of transmitting antennas and / or receiving antennas being used. The film antenna can be arranged on a window frame of a motor vehicle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ausgestaltung einer Radarsensorik für ein Kraftfahrzeug anzugeben, die eine vollständige 360°-Überwachung bei hoher Winkelauflösung und optimaler Bauraumausnutzung erlaubt.The invention is therefore based on the object of specifying an embodiment of a radar sensor system for a motor vehicle which allows complete 360 ° monitoring with high angular resolution and optimal use of installation space.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die von einem Trägerelement getragene Antennenanordnung des wenigstens einen Radarsensors entlang der gesamten Länge wenigstens einer Seitenkante, diese wenigstens durch Empfangs-Antennenelemente abdeckend, des Fahrzeugdachs erstreckt, wobei das Trägerelement in eine Konstruktionsstruktur des Fahrzeugdaches integriert ist.To achieve this object, the invention provides for a motor vehicle of the type mentioned at the outset that the antenna arrangement of the at least one radar sensor, carried by a carrier element, extends along the entire length of at least one side edge of the vehicle roof, covering this at least by receiving antenna elements, the carrier element is integrated into a construction structure of the vehicle roof.

Die Antennenanordnung mit dem Trägerelement bildet also die Radarantenne, die von der einen bzw. zentralen Steuereinrichtung insgesamt betrieben wird, um einen Radarsensor zu schaffen, so dass die Steuereinrichtung mithin auch als die Antennenanordnung nutzendes Radarsystem verstanden werden kann. Es wird mithin ein Dachantennenkonzept vorgeschlagen, welches eine extrem erhöhte Winkelauflösung, mehr Reichweite, mehr Robustheit und mehr Leistungsfähigkeit der Radarsensorik erlaubt. Konkret wird die gesamte Breite bzw. Länge der Fahrzeugdachkontur für die Antennenanordnung genutzt, was Antennenbreiten in der Größenordnung von 2 Metern erlaubt. Dies hätte eine Winkelauflösung von 0,1° zur Folge, was eine deutliche Verbesserung gegenüber heutigen Radartechnologien darstellt, die lediglich eine Winkelauflösung von etwa 4° bieten. Zudem können Zielobjekte häufig besser aus höheren Betrachtungswinkeln (Aspektwinkeln) erfasst werden, so dass umfassendere Informationen als durch die bisherigen Einzelsensorlösungen erhalten werden. Die Steigerung der räumlichen Auflösung und die Erhöhung der Informationsqualität erlaubt ferner eine bessere Klassifikation des Umfeldes bzw. der erfassten Objekte im Umfeld.The antenna arrangement with the carrier element thus forms the radar antenna, which is operated overall by the one or central control device in order to create a radar sensor, so that the control device can therefore also be understood as a radar system using the antenna arrangement. A roof antenna concept is therefore proposed which allows an extremely increased angular resolution, more range, more robustness and more efficiency of the radar sensor system. Specifically, the entire width or length of the vehicle roof contour is used for the antenna arrangement, which allows antenna widths in the order of 2 meters. This would result in an angular resolution of 0.1 °, which is a significant improvement over today's radar technologies, which only offer an angular resolution of around 4 °. In addition, target objects can often be captured better from higher viewing angles (aspect angles), so that more comprehensive information can be obtained than with previous individual sensor solutions. The increase in the spatial resolution and the increase in the information quality also allow a better classification of the environment or the detected objects in the environment.

Nachdem die Antennenanordnung auch am Fahrzeugdach weit entfernt von üblichen Crash-Zonen angeordnet ist, ist die Verfügbarkeit des Radarsensors deutlich erhöht. Insbesondere werden in diesem Zusammenhang auch gesetzliche Vorgaben erfüllt, die die weitere Funktionsfähigkeit von Radarsensoren bei kleineren Aufprallen sicherstellen sollen.Since the antenna arrangement is also arranged on the vehicle roof far away from the usual crash zones, the availability of the radar sensor is significantly increased. In particular, legal requirements are also met in this context that are intended to ensure the continued functionality of radar sensors in the event of minor impacts.

Die höhere Anordnung entfernt den Radarsensor, insbesondere die Antennenanordnung, auch von der starker Verschmutzung ausgesetzten Zone, so dass Effekte durch Gischt, Schmutz und dergleichen deutlich reduziert werden können. Mithin ist eine höhere Verfügbarkeit und Robustheit des Radarsensors gegeben. Ferner ist auch keine komplexe kohärente Synchronisation über Kabel, wie beim Verbau im unteren Bereich des Kraftfahrzeugs, notwendig.The higher arrangement removes the radar sensor, in particular the antenna arrangement, also from the zone exposed to severe pollution, so that effects from spray, dirt and the like can be significantly reduced. This means that the radar sensor is more available and more robust. Furthermore, there is no need for complex, coherent synchronization via cables, as is the case with installation in the lower area of the motor vehicle.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass sich die Antennenanordnung über zumindest im Wesentlichen die gesamte Länge aller vier Seitenkanten des Fahrzeugdachs erstreckt. In dieser Ausgestaltung wird also die gesamte Kontur des Fahrzeugdachs zur Realisierung einer ausgedehnten Radarantennenanordnung genutzt, so dass eine lückenlose 360°-Umfelderfassung ohne Blindbereiche zwischen einzelnen Radarsensoren realisiert ist. Mithin erlaubt die vorliegende Erfindung die Realisierung einer ausgedehnten Radarantenne in einer designverträglichen Dachkonstruktion, um eine hochperformante, komplette lückenlose 360°-Umfelderfassung zu realisieren.In a particularly advantageous embodiment of the present invention, it can also be provided that the antenna arrangement extends over at least substantially the entire length of all four side edges of the vehicle roof. In this refinement, the entire contour of the vehicle roof is used to implement an extensive radar antenna arrangement, so that a seamless 360 ° environment detection without blind areas between individual radar sensors is implemented. Thus, the present invention allows an extended radar antenna to be implemented in one design-compatible roof construction in order to realize a high-performance, complete 360 ° surrounding area.

Dabei steht die Antennenanordnung zudem ständig zur Verfügung, ohne dass ein Ausfahren oder dergleichen notwendig ist. In diesem Zusammenhang sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass die Antennenanordnung hinter einer Teil der äußeren Oberfläche, insbesondere der Karosserie, des Kraftfahrzeugs bildenden, radardurchlässigen Abdeckung, insbesondere einem radardurchlässigen Fenster in der Karosserie, angeordnet ist. Das Trägerelement mit der Antennenanordnung ist in eine Konstruktionsstruktur des Fahrzeugdaches integriert. Das bedeutet, die Antennenanordnung mit ihrem Trägerelement kann beim Design der Struktur des Fahrzeugdaches von vorneherein berücksichtigt werden, um eine möglichst ideale Unterbringung zu erlauben, die die Antennenanordnung benachbart einer Teil der äußeren Oberfläche des Kraftfahrzeugs bildenden Abdeckung anordnet, wobei in diesem Zusammenhang auch radardurchlässige Fenster in einem Karosserieabschnitt des Daches vorgesehen werden können. Somit ist die Radarantenne grundsätzlich immer einsatzbereit.In addition, the antenna arrangement is always available without the need for an extension or the like. In this context, an expedient development of the present invention provides that the antenna arrangement is arranged behind a radar-permeable cover forming part of the outer surface, in particular the body, of the motor vehicle, in particular a radar-permeable window in the body. The carrier element with the antenna arrangement is integrated into a construction structure of the vehicle roof. This means that the antenna arrangement with its carrier element can be taken into account from the outset in the design of the structure of the vehicle roof in order to allow the most ideal accommodation possible, which arranges the antenna arrangement adjacent to a cover forming part of the outer surface of the motor vehicle, with radar-permeable windows in this context can be provided in a body section of the roof. This means that the radar antenna is always ready for use.

Das Trägerelement kann alle Seitenkanten des Fahrzeugdaches rahmenartig umlaufen. Dies ermöglicht es insbesondere auch, das Trägerelement bei einer Integration in eine Konstruktionsstruktur des Fahrzeugdaches als ein stabilisierendes und/oder tragendes Gesamtelement zu integrieren. Dabei besteht das Trägerelement bevorzugt aus einem formstabilen, insbesondere harten Werkstoff, beispielsweise Kunststoff oder dergleichen, wobei, worauf im Folgenden noch genauer eingegangen werden wird, das Trägerelement insbesondere, auch unabhängig von dieser Ausgestaltung, als eine Leiterplatte, insbesondere eine dreidimensional ausgedehnte Leiterplatte, vorgesehen sein kann. In einer alternativen, weniger bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass eine das Trägerelement mit der Antennenanordnung sowie vorzugsweise ein Gehäuse enthaltene Aufsatzstruktur auf das Fahrzeugdach des Kraftfahrzeugs aufgesetzt wird. Das Gehäuse einer derartigen Aufsatzstruktur kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. Dies ermöglicht insbesondere auch eine Nachrüstung von bestehenden Kraftfahrzeugen mit dem erfindungsgemäßen Radarsensor.The carrier element can encircle all side edges of the vehicle roof like a frame. This also makes it possible, in particular, to integrate the carrier element as a stabilizing and / or load-bearing overall element when it is integrated into a construction structure of the vehicle roof. The carrier element is preferably made of a dimensionally stable, in particular hard material, for example plastic or the like, whereby, as will be discussed in more detail below, the carrier element is provided in particular, regardless of this configuration, as a circuit board, in particular a three-dimensionally extended circuit board can be. In an alternative, less preferred embodiment of the present invention, it can also be provided that an attachment structure containing the carrier element with the antenna arrangement and preferably a housing is placed on the vehicle roof of the motor vehicle. The housing of such an attachment structure can consist of plastic, for example. In particular, this also enables existing motor vehicles to be retrofitted with the radar sensor according to the invention.

Dabei ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausreichend, für jede Seite des Kraftfahrzeugs ein einziges Sende-Antennenelement vorzusehen. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass für jede mit der Antennenanordnung versehene Seitenkante die Antennenanordnung wenigstens ein, insbesondere genau ein, zum Senden von Radarsignalen genutztes Sende-Antennenelement aufweist. Auf diese Weise wird die Ansteuerung einer Vielzahl von Sende-Antennenelementen, wie dies bei verschiedenen Radarsensoren mit einzelnen Antennenelementen der Fall wäre, vermieden.It is sufficient within the scope of the present invention to provide a single transmitting antenna element for each side of the motor vehicle. In other words, it can be provided that for each side edge provided with the antenna arrangement, the antenna arrangement has at least one, in particular precisely one, transmitting antenna element used for transmitting radar signals. In this way, the control of a large number of transmitting antenna elements, as would be the case with different radar sensors with individual antenna elements, is avoided.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement eine durchgängige Leiterplatte ist oder umfasst. Dann kann eine zweckmäßige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorsehen, dass wenigstens ein Teil der Elektronikkomponenten der Steuereinrichtung auf der Leiterplatte angeordnet sind. Im Fall der Verwendung einer Leiterplatte kann das Trägerelement auch als Trägerplatine bezeichnet werden. In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zumindest die Elektronikkomponenten, die die Anregung der Antennenelemente generieren, auf der Leiterplatte vorgesehen sind. Insbesondere ist es denkbar, das gesamte Hochfrequenzteil, insbesondere umfassend die Transceiver und/oder weitere Hochfrequenz-Komponente, mithin insbesondere das gesamte Radar-Frontend, auf der Leiterplatte vorzusehen, die auch die Antennenanordnung trägt. Möglich ist es ferner, auch das Niederfrequenzteil und/oder weitere digitale Komponenten, die die Signalverarbeitungskette abbilden, beispielsweise ADCs, DSPs, Microcontroller, Power Management-Komponenten und eine Fahrzeugschnittstelle, auf der Leiterplatte vorzusehen, so dass mithin die Leiterplatte insbesondere nicht nur die Antennenanordnung trägt, sondern auch die gesamte Steuereinrichtung. In a particularly advantageous embodiment of the present invention, it can be provided that the carrier element is or comprises a continuous printed circuit board. An expedient embodiment of the present invention can then provide that at least some of the electronic components of the control device are arranged on the circuit board. If a printed circuit board is used, the carrier element can also be referred to as a carrier board. In a specific embodiment of the invention it can be provided, for example, that at least the electronic components that generate the excitation of the antenna elements are provided on the circuit board. In particular, it is conceivable to provide the entire high-frequency part, in particular including the transceivers and / or further high-frequency components, thus in particular the entire radar front end, on the circuit board which also carries the antenna arrangement. It is also possible to provide the low-frequency part and / or other digital components that map the signal processing chain, for example ADCs, DSPs, microcontrollers, power management components and a vehicle interface, on the circuit board, so that the circuit board, in particular, not only the antenna arrangement carries, but also the entire control device.

Dabei ist es jedoch nicht zwangsläufig notwendig, einen Teil oder alle Anteile der Steuereinrichtung auf der Leiterplatte, allgemein dem Trägerelement, anzuordnen. So kann eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung auch vorsehen, dass die entfernt von dem Trägerelement angeordnete Steuereinrichtung analog mit der Antennenanordnung kommuniziert, insbesondere mit dieser lediglich die (Hochfrequenz-)Radarsignale austauscht. Das bedeutet, Sende- und Empfangseinheiten der Steuereinrichtung müssen nicht nahe an der Antennenanordnung bzw. deren Antennenelementen in dem Fahrzeugdach platziert werden, sondern können auch entfernt, beispielsweise im Inneren des Kraftfahrzeugs als zentrales Steuergerät, angeordnet werden. In jedem Fall beinhaltet die zentrale Steuereinrichtung sowohl das Niederfrequenzteil wie auch dasHochfrequenzteil, insbesondere die einzelnen Transceiver (Radarfrontend ohne Antenne), jeweils umfassend eine Sende- und Empfangseinheit. Die Steuereinrichtung schickt die entsprechenden Anregungen zu den Sende-Antennenelementen an den Seitenkanten des Fahrzeugdachs und erhält empfangene, reflektierte Radarsignale von den Empfangs-Antennenelementen.In this case, however, it is not absolutely necessary to arrange part or all of the parts of the control device on the circuit board, generally the carrier element. Thus, a preferred embodiment of the present invention can also provide that the control device arranged remotely from the carrier element communicates analogously with the antenna arrangement, in particular exchanging only the (high-frequency) radar signals with it. This means that transmitting and receiving units of the control device do not have to be placed close to the antenna arrangement or its antenna elements in the vehicle roof, but can also be arranged remotely, for example in the interior of the motor vehicle as a central control device. In any case, the central control device contains both the low-frequency part and the high-frequency part, in particular the individual transceivers (radar front end without antenna), each comprising a transmitting and receiving unit. The control device sends the corresponding stimuli to the transmitting antenna elements on the side edges of the vehicle roof and receives received, reflected radar signals from the receiving antenna elements.

Insgesamt, also unabhängig von der Anordnung einzelner Elektronikkomponenten der Steuereinrichtung am Trägerelement bzw. entfernt davon, ist festzuhalten, dass in dieser Ausgestaltung die Schnittstelle zwischen der Antennenanordnung und der Steuereinrichtung die analogen Hochfrequenz-Radarsignale für die und von der Antennenanordnung sind.Overall, regardless of the arrangement of individual electronic components of the control device on the carrier element or away from it, it should be noted that in this embodiment the interface between the antenna arrangement and the control device are the analog high-frequency radar signals for and from the antenna arrangement.

In konkreter Ausbildung der vorliegenden Erfindung kann, insbesondere bei entfernt von dem Trägerelement angeordneter Steuereinrichtung, vorgesehen sein, dass Signalleitungen zum Transport von Radarsignalen zwischen der Antennenanordnung und der Steuereinrichtung als Glasfaserleitungen und/oder als Wellenleiter ausgebildet sind. Dabei werden insbesondere 3D-Wellenleiter (3D-Waveguides) verwendet.In a specific embodiment of the present invention, especially when the control device is arranged remotely from the carrier element, it can be provided that signal lines for transporting radar signals between the antenna arrangement and the control device are designed as glass fiber lines and / or as waveguides. In particular, 3D waveguides are used here.

In einer speziellen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die Antennenanordnung in mehrere gleiche Antenneneinheiten aufgeteilt ist, denen insbesondere jeweils eine eigene Transceiver-Einrichtung der Steuereinrichtung zugeordnet ist, wobei die Antenneneinheiten in einem festen Abstand entlang der Länge der Seitenkante aufeinanderfolgen, insbesondere in einem Abstand der halben Wellenlänge der Radarsignale. Während die Antennenanordnung an sich bereits eine Reihe vollständig kohärenter Antennenelemente bereitstellt, ist eine Ansteuerung über mehrere unterschiedliche Transceiver grundsätzlich denkbar. So können beispielsweise für Antenneneinheiten, die vier Empfangselemente (und gegebenenfalls wenigstens ein Sende-Antennenelement) enthalten, jeweils Transceiver eingesetzt werden, wobei Antenneneinheiten zweckmäßigerweise immer um λ/2, also die halbe Wellenlänge, beabstandet platziert werden können.In a special embodiment, it can also be provided that the antenna arrangement is divided into several identical antenna units, each of which is assigned its own transceiver device of the control device, the antenna units following one another at a fixed distance along the length of the side edge, in particular at a distance half the wavelength of the radar signals. While the antenna arrangement itself already provides a number of completely coherent antenna elements, control via several different transceivers is fundamentally conceivable. For example, transceivers can be used for antenna units that contain four receiving elements (and possibly at least one transmitting antenna element), with antenna units always being expediently placed at a distance of λ / 2, i.e. half the wavelength.

Die Antennenelemente selbst können, insbesondere auf einem als Leiterplatte ausgebildeten Trägerelement, als Patchantennen ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Antennenelemente als dreidimensionale Antennenstrukturen, insbesondere umfassend einen dreidimensionalen, wenigstens teilweise metallisierten Trägerkörper, insbesondere aus Plastik, ausgebildet sind. Bei einer Ausbildung der Signalleitungen als 3D-Waveguides, mithin als Wellenleiter, können die Signalleitungen vorteilhafter Weise unmittelbar in bzw. auf den Trägerkörper übergehen. Das bedeutet, die Signalleitungen, die aus einer 3D-Wellenleiterstruktur bestehen, können unmittelbar in eine metallisierte 3D-Plastikstruktur übergehen, die beispielsweise auf dem Trägerelement, insbesondere der Leiterplatte, montiert ist. Auf diese Weise kann eine entlang der gesamten Fahrzeugdachkontur verteilte Antennenanordnung mit einer hochentwickelten, auf neuartigen Konzepten basierenden Signalverarbeitungs- und Antennentechnologie kombiniert werden.The antenna elements themselves can be embodied as patch antennas, in particular on a carrier element embodied as a printed circuit board. In a preferred embodiment of the present invention, however, it is provided that the antenna elements are designed as three-dimensional antenna structures, in particular comprising a three-dimensional, at least partially metallized carrier body, in particular made of plastic. When the signal lines are designed as 3D waveguides, that is to say as waveguides, the signal lines can advantageously merge directly into or onto the carrier body. This means that the signal lines, which consist of a 3D waveguide structure, can merge directly into a metallized 3D plastic structure that is mounted, for example, on the carrier element, in particular the printed circuit board. In this way, an antenna arrangement distributed along the entire vehicle roof contour can be combined with a highly developed signal processing and antenna technology based on novel concepts.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht,
2 eine Aufsicht auf ein Trägerelement,
3 eine schematische Seitenansicht des im Fahrzeugdach verbauten Trägerelements,
4 eine schematische Querschnittsansicht im Bereich einer Seitenkante, und
5 eine schematische Prinzipskizze einer alternativen Ausgestaltung des Radarsensors.

Further advantages and details of the present invention emerge from the exemplary embodiments described below and on the basis of the drawings. Show:

1 a schematic diagram of a motor vehicle according to the invention in a side view,
2 a plan view of a carrier element,
3 a schematic side view of the carrier element installed in the vehicle roof,
4th a schematic cross-sectional view in the area of a side edge, and
5 a schematic sketch of an alternative embodiment of the radar sensor.

1 zeigt eine prinzipielle Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Dieses umfasst ein Fahrzeugdach 2, in dessen Konstruktionsstruktur vorliegend ein nur schematisch gezeigter Radarsensor 3 integriert ist, welcher eine 360°-Umfelderfassung ermöglicht, indem sich seine Antennenanordnung entlang sämtlicher Seitenkanten des Fahrzeugdaches 2 erstreckt. 1 shows a basic side view of a motor vehicle according to the invention 1 . This includes a vehicle roof 2 , in the design structure of which a radar sensor is only shown schematically 3 is integrated, which enables a 360 ° surrounding area by its antenna arrangement along all side edges of the vehicle roof 2 extends.

Diesbezüglich zeigt 2 eine schematische Aufsicht, in der die Seitenkanten 4, die Kontur des Fahrzeugdaches 2 bildend, gestrichelt angedeutet sind. Der Radarsensor 3 umfasst demnach ein rahmenartig ausgebildetes Trägerelement 5, welches die Antennenelemente 6a, 6b einer Antennenanordnung 7 des Radarsensors 3 trägt. Dabei ist das Trägerelement 5 vorliegend als eine Leiterplatte 8 ausgebildet, wobei die Antennenelemente 6a, 6b beispielsweise Patch-Antennen bilden können, jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar sind, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Jeweils wenigstens ein, insbesondere genau ein, mittleres Antennenelement 6a wird für jede der Seitenkanten 4 als Sende-Antennenelement 6a verwendet. Entsprechend sind die übrigen Antennenelemente Empfangs-Antennenelemente 6b, wobei auch eine Ausgestaltung denkbar ist, in der die Antennenelemente 6a sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet werden.In this regard shows 2 a schematic plan view showing the side edges 4th , the contour of the vehicle roof 2 forming, are indicated by dashed lines. The radar sensor 3 accordingly comprises a frame-like support element 5 , which is the antenna elements 6a , 6b an antenna array 7th of the radar sensor 3 wearing. Here is the carrier element 5 present as a circuit board 8th formed, the antenna elements 6a , 6b for example, can form patch antennas, but other configurations are also conceivable, which will be discussed in more detail below. In each case at least one, in particular exactly one, middle antenna element 6a will for each of the side edges 4th as a transmitting antenna element 6a used. The remaining antenna elements are correspondingly receiving antenna elements 6b , wherein an embodiment is also conceivable in which the antenna elements 6a can be used for both sending and receiving.

Der Radarsensor 3 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 9, deren Elektronikkomponenten 10 in diesem ersten Ausführungsbeispiel ebenso vollständig auf der das Trägerelement 5 bildenden Leiterplatte 8 angeordnet sind.The radar sensor 3 further comprises a control device 9 , their electronic components 10 in this first embodiment also completely on the carrier element 5 forming circuit board 8th are arranged.

3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Trägerelements 5 mit den die Antennenanordnung 7 bildenden Antennenelementen 6a, 6b. Ersichtlich folgen auch in vertikaler Richtung zwei Reihen von Antennenelementen 6a, 6b aufeinander, so dass auch eine gewisse Winkelauflösung in der Elevation gegeben ist. In jedem Fall folgen in der Horizontalen eine Vielzahl von Empfangs-Antennenelementen 6b aufeinander, so dass dort eine hervorragende Winkelauflösung, beispielsweise von 0,1 °, aufgrund der großen tatsächlichen Apertur gegeben ist. 3 shows a schematic side view of the carrier element 5 with the the antenna arrangement 7th forming antenna elements 6a , 6b . It can be seen that two rows of antenna elements also follow in the vertical direction 6a , 6b on top of each other, so that there is also a certain angular resolution in the elevation. In any case, a large number of receiving antenna elements follow horizontally 6b one on top of the other, so that there is an excellent angular resolution, for example of 0.1 °, due to the large actual aperture.

Die Antennenelemente 6a, 6b können in Antenneneinheiten aufgeteilt werden, welchen jeweils eigene Transceiver als Elektronikkomponenten 10 zugeordnet werden können, um den Empfang und das Senden von Radarsignalen entsprechend umzusetzen. Derartige Antenneneinheiten können beispielsweise um die Hälfte der Wellenlänge der verwendeten Radarfrequenz versetzt werden.The antenna elements 6a , 6b can be divided into antenna units, each with its own transceiver as electronic components 10 can be assigned to implement the reception and transmission of radar signals accordingly. Such antenna units can be offset, for example, by half the wavelength of the radar frequency used.

4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht im Bereich einer Seitenkante 4 des Fahrzeugdaches 2. Ersichtlich ist im Erfassungsbereich der Empfangs-Antennenelemente 6b (und an anderer Stelle auch der Sende-Antennenelemente 6a) eine radardurchlässige Abdeckung 11 vorgesehen, beispielsweise ein in ein metallisches, die äußere Oberfläche des Fahrzeugdaches 2 bildendes Karosserieteil 12 eingesetztes radardurchlässiges Fenster. Die Abdeckung 11 bildet ebenso einen Teil der äußeren Oberfläche des Kraftfahrzeugs 1, so dass eine verdeckte Anordnung des Radarsensors 3 gegeben ist. Wie 4 ebenso angedeutet zeigt, ist das Trägerelement 5 vorliegend integraler Teil einer Konstruktionsstruktur 13 des Fahrzeugdaches 2. 4th shows a schematic cross-sectional view in the area of a side edge 4th of the vehicle roof 2 . The receiving antenna elements can be seen in the detection area 6b (and elsewhere also the transmitting antenna elements 6a) a radar-permeable cover 11 provided, for example in a metallic, the outer surface of the vehicle roof 2 forming body part 12th inserted radar-permeable window. The cover 11 also forms part of the exterior surface of the motor vehicle 1 so that a concealed arrangement of the radar sensor 3 given is. How 4th also indicated is the carrier element 5 in the present case, an integral part of a construction structure 13th of the vehicle roof 2 .

5 zeigt eine alternative Ausführung des Radarsensors 3. In diesem Fall wird wiederum eine Leiterplatte 8 als rahmenartiges Trägerelement 5 verwendet, allerdings sind die Antennenelemente 6a, 6b der Antennenanordnung 7, die sich wiederum entlang aller Seitenkanten 4 des Fahrzeugdaches 2 erstreckt, als teilweise mit einer Metallisierung 14 versehene, auf die Leiterplatte 8 aufgebrachte Antennenkörper 15 realisiert, die unmittelbar an 3D-Wellenleiter 16 zu der in diesem Fall entfernt vom Trägerelement 5 angeordneten Steuereinrichtung 9 angeschlossen sind. Die Wellenleiter 16 bilden also die Signalleitungen 17 bzw. die Schnittstelle zur Steuereinrichtung 9, wobei über sie die analogen Radarsignale, wie sie gesendet werden sollen bzw. empfangen wurden, übermittelt werden. Das bedeutet, sowohl der Niederfrequenzteil 18 als auch der Hochfrequenzteil 19 sind zentral in der entfernt zum Trägerelement 5 angeordneten Steuereinrichtung 9 vorgesehen, welche die Radarsignale der gesamten Antennenanordnung 7 verarbeiten kann und zusammengefasste 360°-Radardaten über eine Systemschnittstelle an weitere Fahrzeugsysteme des Kraftfahrzeugs ausgeben kann. Über die 3D-Wellenleiter, die unmittelbar an die Antennenelemente 6a, 6b angekoppelt sind, ist ein kohärenter Betrieb möglich. 5 shows an alternative embodiment of the radar sensor 3 . In this case it is again a printed circuit board 8th as a frame-like support element 5 used, but the antenna elements are 6a , 6b the antenna arrangement 7th which in turn run along all the side edges 4th of the vehicle roof 2 extends than partially with a metallization 14th provided on the circuit board 8th applied antenna body 15th realized directly on 3D waveguide 16 to which in this case is removed from the carrier element 5 arranged control device 9 are connected. The waveguide 16 thus form the signal lines 17th or the interface to the control device 9 , whereby the analog radar signals, as they are to be sent or received, are transmitted via them. That means both the low frequency part 18th as well as the high frequency part 19th are centrally located in the distance to the carrier element 5 arranged control device 9 provided, which the radar signals of the entire antenna arrangement 7th can process and output summarized 360 ° radar data via a system interface to other vehicle systems of the motor vehicle. Via the 3D waveguide, which is directly connected to the antenna elements 6a , 6b are coupled, a coherent operation is possible.

Die übrigen Ausgestaltungen können wie bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschreiben umgesetzt sein.The other configurations can be implemented as described with regard to the first exemplary embodiment.

Insbesondere sei angemerkt, dass selbstverständlich auch im ersten Ausführungsbeispiel eine zentrale Ausgestaltung der Steuereinrichtung 9 gegeben sein kann, die entsprechend synchrones Senden und Empfangen ermöglicht. Ferner können insgesamt in anderen Ausführungsbeispielen auch Glasfaserkabel als Signalleitungen 17 verwendet werden.In particular, it should be noted that, of course, a central configuration of the control device also in the first exemplary embodiment 9 can be given, which enables synchronous sending and receiving accordingly. Furthermore, in other exemplary embodiments, fiber optic cables can also be used as signal lines 17th be used.

Claims

Motor vehicle (1), having a vehicle roof (2) and at least one radar sensor (3) with an antenna arrangement (7) which has at least one receiving antenna element (6b) used for receiving radar signals, and one connected to the antenna arrangement (7) Control device (9), characterized in that the antenna arrangement (7) carried by a carrier element (5) of the at least one radar sensor (3) along the entire length of at least one side edge (4), covering this at least by receiving antenna elements (6b) , of the vehicle roof (2), the carrier element (5) being integrated into a construction structure (13) of the vehicle roof (2).

Motor vehicle (1) according to Claim 1 , characterized in that the antenna arrangement (7) extends over the entire length of all four side edges (4) of the vehicle roof (2).

Motor vehicle (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the antenna arrangement (7) is arranged behind a radar-permeable cover (11) forming part of the outer surface, in particular the body, of the motor vehicle (1), in particular a radar-permeable window in the body.

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that for each side edge (4) provided with the antenna arrangement (7) the antenna arrangement (7) has at least one, in particular precisely one, transmitting antenna element (6a) used for transmitting radar signals having.

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier element (5) runs around all side edges (4) of the vehicle roof (2) like a frame.

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the The carrier element (5) is or comprises a continuous printed circuit board (8).

Motor vehicle (1) according to Claim 6 , characterized in that at least some of the electronic components (10) of the control device (9) are arranged on the circuit board (8).

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (9) arranged remotely from the carrier element (5) communicates analogously with the antenna arrangement (7).

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that signal lines (17) for transporting radar signals between the antenna arrangement (7) and the control device (9) are designed as glass fiber lines and / or as waveguides (16).

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the antenna arrangement (7) is divided into several identical antenna units, each of which is assigned in particular its own transceiver device of the control device (9), the antenna units at a fixed distance along the length the side edge (4) follow one another, in particular at a distance of half the wavelength of the radar signals.

Motor vehicle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the antenna elements (6a, 6b) as patch antennas, in particular on the circuit board (8), and / or as three-dimensional antenna structures, in particular comprising a three-dimensional, at least partially metallized carrier body (15 ), in particular made of plastic.