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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor eines Fahrzeugs. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, umfassend eine Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor.
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Eine stetig steigende Anzahl von Fahrerassistenzsystemen sowie stetig steigende Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit führen dazu, dass Radarsensoren mittlerweile in vielen Ländern und Regionen zur Serienausstattung von Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, gehören. Radarsensoren dienen dabei der Detektion von Hindernissen und weiteren Verkehrsteilnehmern sowie deren Geschwindigkeit. Die Radarsensoren werden dabei oftmals hinter Design-Elementen bzw. Verkleidungsteilen des Fahrzeugs verbaut, so zum Beispiel hinter dem Kühlergrill, dem Stoßfänger oder dem Markenemblem. Ein wichtiges Ziel dabei ist stets eine Design-Integration der Sensoren, sodass Sensoren nur unmerklich das Fahrzeugdesign beeinflussen. Zudem müssen unterschiedlichste Sicherheitsanforderungen bei Crashtests erfüllt werden.
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Wird beispielsweise der Radarsensor hinter dem Stoßfänger, dem Kühlergrill oder dem Markenemblem des Fahrzeugs verbaut, so ist der Radarsensor typischerweise in einem mehr oder weniger geringfügigen Abstand zu dem entsprechenden Verkleidungsteil angeordnet. Dies dient insbesondere dem Schutz der Radarsensorik bei leichten Erschütterungen, wie beispielsweise einem Parkrempler, aber auch dem Fußgängerschutz. Im Allgemeinen dient das Verkleidungsteil dabei dem Schutz des Radarsensors vor Umwelteinflüssen und bildet somit ein sogenanntes Radom.
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Nachteilig an einem derartigen beabstandeten Verbau des Radarsensors ist dabei das Einkoppeln von Störsignalen. Störsignale können beispielsweise aufgrund von diffusen (Mehrfach)Reflexionen hinter dem Verkleidungsteil, also im Bauraum des Fahrzeugs, entstehen. Zudem können aufgrund einer Mehrwegeausbreitung Geisterziele auftreten.
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Um diesen Problemen zu begegnen, kann beispielsweise ein radarabsorbierendes Material an der Rückseite des Verkleidungsteils außerhalb des Sichtfelds des Radars aufgebracht werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Absorptionsschirm zwischen dem Verkleidungsteil und dem Radarsensor angeordnet werden. Ein derartiger Radar-Absorptionsschirm kann so ein Einkoppeln von Störsignalen verhindern.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 017 669 A1 betrifft eine Anordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verkleidungsteil, insbesondere einem Stoßfänger, und mit einem Radarsensor, welcher dazu ausgebildet ist, zur Detektion von Zielobjekten elektromagnetische Wellen durch das Verkleidungsteil hindurch auszusenden und Strahlungsechos von Zielobjekten zu empfangen, wobei der Radarsensor einen simultanen Erfassungswinkel aufweist, durch welchen ein Sichtfeld des Radarsensors in Azimutrichtung definiert ist, und wobei der Radarsensor in einem Abstand zu einer Rückseite des Verkleidungsteils angeordnet ist, sodass das azimutale Sichtfeld des Radarsensors das Verkleidungsteil in einem Schnittbereich schneidet. Zur Absorption von Störwellen außerhalb des azimutalen Erfassungswinkels ist ein Absorptionsmaterial in Azimutrichtung außerhalb des Schnittbereichs auf die Rückseite des Verkleidungsteils aufgebracht, wobei der Schnittbereich frei vom Absorptionsmaterial ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor eines Fahrzeugs weiter verbessert werden kann, um so die Funktionsverfügbarkeit von radarbasierten Fahrassistenzfunktionen zu steigern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor eines Fahrzeugs sowie durch ein Fahrzeug, welches eine derartige Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor umfasst, mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor eines Fahrzeugs umfasst ein Radom, welches innerhalb eines Sichtfelds des Radarsensors beabstandet zu dem Radarsensor angeordnet ist und für eine elektromagnetische Strahlung des Radarsensors durchlässig ist. Zudem umfasst die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung einen Absorptionsschirm aus einem Radar-Absorptionsmaterial, welcher den Sichtbereich des Radarsensors zwischen dem Radarsensor und dem Radom außenumfänglich umgibt und ein Empfangen von Störsignalen außerhalb des Sichtbereichs verhindert. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung einen durch das Radom, den Absorptionsschirm und den Radarsensor begrenzten Hohlraum. Der Hohlraum ist dabei frei von dem Radar-Absorptionsmaterial. Ferner weist die Abschirmvorrichtung einen Füllschaum auf, welcher zumindest bereichsweise in dem Hohlraum angeordnet ist. Der Füllschaum ist dabei für die elektromagnetische Strahlung des Radarsensors durchlässig und verhindert eine Ablagerung von Niederschlag an einer dem Radarsensor zugewandten Seite des Radoms.
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Die Abschirmvorrichtung für den Radarsensor dient also dazu ein Einkoppeln von Störsignalen zu verhindern und gleichzeitig den Hohlraum zwischen Radarsensor bzw. einem Gehäuse des Radarsensors und dem Radom, welches durch das Verkleidungsteil des Fahrzeugs gebildet sein kann, auszufüllen. Dadurch, dass der Hohlraum der Abschirmvorrichtung zumindest bereichsweise durch den Füllschaum ausgefüllt ist, kann eine Ablagerung von Niederschlag an der dem Radarsensor zugewandten Seite des Radoms, mit anderen Worten also der Rückseite des Radoms, verhindert werden.
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Das Radom, welches durch ein Design-Element und/oder durch ein Verkleidungsteil des Fahrzeugs, wie beispielsweise einen Stoßfänger, einen Bereich des Kühlergrills oder das Markenemblem, gebildet sein kann, ist innerhalb des Sichtfeldes des Radarsensors angeordnet. Das Radom ist für die elektromagnetische Strahlung des Radarsensors durchlässig. So kann der Radarsensor elektromagnetische Strahlung durch das Radom hindurch aussenden und die von einem Objekt in einer Umgebung des Fahrzeugs reflektierte elektromagnetische Strahlung wieder empfangen.
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(Mehrfach)Reflexionen im Bauraum des Fahrzeugs, welche sich aufgrund des sich zu dem Radarsensor beabstandeten Radoms ergeben können, können mittels des Absorptionsschirms reduziert und nahezu vollumfänglich verhindert werden. Zudem kann mittels des Absorptionsschirms ein Eindringen von elektromagnetischer Strahlung, welche beispielsweise aufgrund einer Mehrwegeausbreitung von außerhalb des Sichtbereichs des Radarsensors zurückreflektiert wird, verhindert werden. Ferner kann die Winkelmessgenauigkeit des Radarsensors verbessert werden. Zudem kann eine Wahrscheinlichkeit für eine Detektion von Geisterzielen verringert werden.
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Um das Aussenden der elektromagnetischen Strahlung des Radarsensors durch den Hohlraum hindurch zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Füllschaum eine geringe stoffabhängige bzw. relative Permittivität aufweist. Die stoffabhängige bzw. relative Permittivität des Füllschaums kann beispielsweise kleiner 1,3, kleiner als 1,2, kleiner als 1,1 und in besonders vorteilhafter Ausgestaltung kleiner als 1,05 sein.
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Die stoffabhängige Permittivität beschreibt die Polarisationsfähigkeit eines Materials durch elektrische Felder. Dem Vakuum ist beispielsweise eine Permittivität von 1 zugewiesen. Bei der relativen Permittivität handelt es sich um ein (multiplikatives) Vielfaches der Permittivität des Vakuums. Die stoffabhängige Permittivität kann dabei von der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung abhängen. Die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung ist dabei vorzugsweise für einen Frequenzbereich von 75 bis 81 GHz, insbesondere für 76 GHz, 76,5 GHz und/oder 77 GHz, ausgelegt.
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Bei einer Fahrt unter winterlichen Wetterbedingungen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen und feinem Pulverschnee, kann es vorkommen, dass innerhalb eines nicht mit Füllschaum (zumindest teilweise) gefüllten Hohlraums, welcher außenumfänglich von dem Absorptionsschirm umgeben ist und von dem Radom und dem Radarsensor begrenzt wird, ein Unterdruck entsteht und so Niederschlag aus der Umgebung quasi „angesaugt“ wird. Aufgrund dieses Unterdrucks kann es vorkommen, dass sich der feine Pulverschnee an der dem Radarsensor zugewandten Seite des Radoms, also an der Rückseite des Radoms bzw. an dem Radom innerhalb des Hohlraums ablagert.
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Durch eine derartige Ablagerung kann die Funktionsfähigkeit des Radarsensors nachteilig beeinflusst werden. Dies kann dazu führen, dass eine mit dem Radarsensor verbundene Funktionsverfügbarkeit bei derartigen Wetterbedingungen nicht gewährleistet werden kann. Mittels des Füllschaums kann dieses Problem verhindert werden. Dabei ist auch denkbar, dass es sich nicht nur um feinen Pulverschnee handelt. Im Allgemeinen kann sich jede Form von Niederschlag, also insbesondere auch Nebel, Gischt, Schnee und/oder Graupel, an der Rückseite des Radoms ablagern. Besonders nachteilig kann es dabei sein, wenn der sich ablagernde Niederschlag zusätzlich gefriert und/oder eine stetig wachsende Niederschlagsschicht bildet.
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Weist die Abschirmvorrichtung den Füllschaum, welcher zumindest bereichsweise in dem Hohlraum angeordnet ist, auf, so kann eine unterdruckbedingte Ablagerung von Niederschlag reduziert bzw. verhindert werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der der Füllschaum unmittelbar an der der Radarsensor zugewandten Seite des Radoms anliegt und so im Rahmen der Fertigungstoleranz kein Zwischenraum ausgebildet wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst das Radom eine Heizeinrichtung zum Temperieren des Radoms. Der Füllschaum bildet dabei vorzugsweise eine wärmeisolierende Schicht zwischen dem Radom und dem Radarsensor mit einer Wärmeleitzahl kleiner 0,035 W/(m K) nach DIN 52612 aus. Die Wärmeleitzahl hat die Einheit Watt pro Meter und Kelvin. Die Wärmeleitzahl gibt an, wie gut ein Material Wärme leitet oder wie gut es sich zur Wärmedämmung eignet. Beispielsweise weist Polymethacrylimid-Hartschaumstoff eine noch geringere Wärmeleitzahl auf und eignet sich demnach als Füllschaum im Falle dieser vorteilhaften Ausgestaltungsform.
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Um Ablagerungen von Niederschlag aus der Umgebung des Fahrzeugs an dem Radom zu entfernen, weisen Radome typischerweise eine Heizeinrichtung zum Temperieren des Radoms auf. Wird an die Heizeinrichtung beispielsweise eine elektrische Spannung angelegt oder wird die Heizeinrichtung von einem elektrischen Strom durchflossen, so kann die Heizeinrichtung aktiviert werden. Durch die Aktivierung der Heizeinrichtung kann das Radom temperiert bzw. erwärmt werden. Dadurch kann Niederschlag in Form von Schnee, Schneematsch, Graupel, Gischt, Eis oder dergleichen entfernt und/oder abgetaut werden.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Aktivierung der Heizeinrichtung die Ablagerung von Niederschlag an der dem Radarsensor zugewandten Seite des Radoms begünstigen kann. Insbesondere weicher, pulverförmiger Schnee, welcher sich an einer trockenen und kühlen Oberfläche für gewöhnlich nicht ablagert, kann sich im Falle einer temperierten Oberfläche bevorzugt ablagern. Dadurch kann die Funktionsfähigkeit des Radarsensors nachteilig beeinflusst werden.
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Eine derartige Ablagerung kann durch den Füllschaum verhindert werden. Darüber hinaus kann sich aufgrund der wärmeisolierenden Schicht ein synergetischer Effekt ergeben: Zum einen wird das Ablagern von Niederschlag verhindert und zum anderen kann verhindert werden, dass Wärmestrahlung der Heizeinrichtung zum Radarsensor hin abgeführt wird. Mit anderen Worten kann die durch die Heizeinrichtung eingebrachte Heizleistung zielgerichtet an die dem Radarsensor abgewandten Seite des Radoms, also an die Vorderseite des Radoms, abgeführt werden. Dadurch kann das Radom energieeffizienter und demnach wirtschaftlicher temperiert werden.
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Dabei kann es von Vorteil sein, wenn der Füllschaum aus Polymethacrylimid-Hartschaumstoff und/oder oder Polymethacrylimid-Kunststoff gefertigt ist bzw. umfasst und/oder eine stoffabhängige Permitivität kleiner 1,05 aufweist. Polymethacrylimid - Hartschaumstoff bzw. Polymethacrylimid-Kunststoff weist eine geringe Permittivität auf. Dadurch ist ein derartiger Füllschaum besonders geeignet, um innerhalb des Sichtfeldes des Radarsensors angeordnet zu werden, ohne dabei jedoch die Funktionsfähigkeit des Radarsensors wesentlich zu beeinflussen. Darüber hinaus erlaubt ein Füllschaum aus Polymethacrylimid -Hartschaumstoff eine flexible Formgebung der Abschirmvorrichtung für den Radarsensor. Weiterhin sind die Steifigkeit und die Stärke des Füllschaums aus Polymethacrylimid -Hartschaumstoff besonders dazu geeignet, den Radarsensor vor Krafteinwirkungen zu schützen.
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Eine weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass das Radar-Absorptionsmaterial aus Polypropylen gefertigt ist bzw. umfasst und leitfähige Rußpartikel umfasst. Ein Radar-Absorptionsmaterial aus Polypropylen, welches leitfähige Rußpartikel umfasst, ist besonders dazu geeignet, ein Empfangen von Störsignalen außerhalb des Sichtbereichs zu verhindern. Dadurch kann das Auftreten von Geisterzielen, eine Mehrfachreflexion innerhalb des Bauraums des Fahrzeugs sowie weitere nachteilige Effekte verhindert werden. Das Radar-Absorptionsmaterial, welches leitfähige Rußpartikel umfasst, kann beispielsweise etwa 0,05% bis 0,1% kristallinen Graphit oder Carbonyleisen (bezogen auf das Gewicht) aufweisen.
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Auch ist der Einsatz mehrerer Radar-Absorptionsmaterialien - auch an unterschiedlichen und besonders relevanten Stellen der Abschirmvorrichtung - denkbar. Durch ein derartiges Zweikomponenten-Konzept können Design- und Fertigungsfreiheiten erhalten werden. Beispielsweise kann eine Abschirmvorrichtung oder Teile davon, wie beispielsweise der Absorptionsschirm, mittels 3D-Druck und radarabsorbierenden Filamenten gefertigt werden. Materialverbindungen können über eine Verklebung, eine Vernietung oder dergleichen erfolgen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug umfassend eine erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor des Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet sein.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung für einen Radarsensor.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmvorrichtung 1 für einen Radarsensor 2 eines Fahrzeugs. Die Abschirmvorrichtung 1 umfasst dabei ein Radom 3, welches innerhalb eines Sichtfeldes 4 des Radarsensors 2 in einem Abstand 5 beabstandet zu dem Radarsensor 2 angeordnet ist. Das Radom 3 ist für eine elektromagnetische Strahlung des Radarsensors 2 durchlässig. Das Radom 3 kann durch einen Teil eines Verkleidungsteils 6 des Fahrzeugs gebildet sein. Bei dem Verkleidungsteil 6 kann es sich beispielsweise um einen Teil des Kühlergrills, um einen Stoßfänger und/oder um ein Markenemblem des Fahrzeugs handeln.
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Die Abschirmvorrichtung 1 umfasst zudem einen Absorptionsschirm 7. Der Absorptionsschirm 7 umgibt den Sichtbereich 4 des Radarsensors 2 zwischen dem Radarsensor 2 und dem Radom 3 außenumfänglich. Der Absorptionsschirm 7 kann aus einem Radar-Absorptionsmaterial gefertigt sein und so ein Empfangen von Störsignalen außerhalb des Sichtbereichs 4 des Radarsensors 2 verhindern.
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Durch das Radom 3, den Absorptionsschirm 7 und den Radarsensor 2 wird ein Hohlraum 8 definiert, welcher Teil der Abschirmvorrichtung 1 ist. Der Hohlraum 8 ist dabei frei von Radar-Absorptionsmaterial, aus welchem der Absorptionsschirm 7 gefertigt ist. Die Abschirmvorrichtung 1 weist zudem einen Füllschaum 9 auf. Der Füllschaum 9 ist zumindest bereichsweise in dem Hohlraum 8 angeordnet. In 1 ist der Füllschaum 9 schraffiert dargestellt. Der Füllschaum 9 ist zudem für die elektromagnetische Strahlung des Radarsensors 2 durchlässig und kann eine Ablagerung von Niederschlag an einer dem Radarsensor 2 zugewandten Seite 10 des Radoms 3, also der Rückseite des Radoms 3, verhindern.
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Während eines bestimmungsgemäßen Betriebs des Fahrzeugs, beispielsweise während einer Fahrt auf einer Landstraße bei winterlichen Bedingungen, kann bei einer Abschirmvorrichtung 1 ohne Füllschaum 9 ein Unterdruck innerhalb des Hohlraums entstehen. Weist das Radom 3 eine Heizeinrichtung zum Temperieren des Radoms auf, so kann sich selbst bei trockenen Bedingungen feinster Pulverschnee an der dem Radarsensor 2 zugewandten Seite 10 des Radoms 3 oder anderer Niederschlag aus der Umgebung des Fahrzeugs ablagern. Durch den Füllschaum 9 kann dies verhindert werden. Zudem kann mittels des Füllschaum 9, welcher wärmeisolierend und -reflektierend wirken kann, die Heizeinrichtung des Radoms 3 energieeffizienter und wirtschaftlicher betrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012017669 A1 [0006]
