DE19644164C2 - Kraftfahrzeug-Radarsystem - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Radarsystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Solche Kraftfahrzeug- Radarsysteme werden beispielsweise im Rahmen einer automatischen Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugs zur Detektion voraus­ fahrender Fahrzeuge eingesetzt. Zur Fokussierung der verwendeten elektromagnetischen Wellen und mitunter auch zum Schutz des Radar­ systems vor Witterungseinflüssen befindet sich üblicherweise ein linsenförmiger dielektrischer Körper als dielektrische Linse im Strahlengang der elektromagnetischen Wellen. Häufig ist dieser Körper Bestandteil eines Gehäuses, das ein solches Kraftfahrzeug- Radarsystem umgibt. Die Wirkungsweise dielektrischer Linsen auf elektromagnetische Wellen ist allgemein beispielsweise in "Antenna Engineering Handbook" von H. Jasik oder in "Antennas" von J. D. Kraus, beide erschienen im McGraw-Hill-Verlag, beschrieben.

Ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug-Radarsystem ist beispielsweise aus der DE 44 12 770 A1 bekannt. Das Gehäuse des dort beschriebenen Abstandswarnradars ist nach vorne hin offen und dort mit einer dielektrischen Linse witterungsfest abgedeckt. Um einer Verschmut­ zungsgefahr auf der fahrzeugabgewandten Außenseite der Linse zu begegnen, sind gegebenenfalls vorhandene Stufen vorzugsweise auf der Innenseite angebracht. Wenn im Einzelfall Stufen auf der Außenseite angebracht sind, kann mit einem zusätzlichen verlustarmen Radom­ fenster mit glatter Außenfläche ein besserer Schutz gegen Verschmut­ zungen erreicht werden. Bei einem solchen Radarsystem können jedoch Beläge und Verschmutzungen, insbesondere Eis, Schnee oder Schnee­ matsch, die sich bei einem Einsatz des Radarsystems in verschmut­ zungsgefährdeten Bereichen eines Kraftfahrzeugs bilden, weder erkannt noch beseitigt werden. Solche Beläge bewirken jedoch eine unerwünschte Dämpfung der hindurchtretenden elektromagnetischen Wellen, was letztendlich sogar zu Fehlfunktionen und zum Ausfall des Radarsystems führen kann. Dabei besteht dieses Problem natürlich unabhängig davon, ob es sich bei dem verwendeten Radar um ein Mikro­ wellen-Radar, wie in der zitierten Schrift, oder um ein Laser-Radar handelt.

Aus der DE-OS 25 51 366 ist ein Radom für eine Mikrowellenantenne, insbesondere eine Radarantenne bekannt, mit Mitteln zum Heizen des Radoms bei Vereisungsgefahr, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß dicht unter der Radomoberfläche mindestens ein elektrisches Heizele­ ment vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das mindestens eine Heiz­ element im Radom-Material selbst möglichst dicht unter der äußeren Oberfläche eingebettet und schleifen- oder mäanderförmig gewunden. Mit einem solchen Radom kann eine Vereisung des Radarsystems oder eine Ablagerung von Schnee oder Schneematsch verhindert werden. Jedoch bedeutet die Verwendung eines Radoms einen zusätzlichen Kosten- und Montageaufwand bei der Herstellung des Radarsystems. Auch werden die elektromagnetischen Wellen unerwünschterweise durch ein solches Radom zusätzlich gedämpft.

Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug-Radar­ system anzugeben, das ohne eine zusätzliche Schutzvorrichtung besonders gut angepaßt ist an einen Einsatz in den schmutzgefähr­ deten Bereichen eines Kraftfahrzeugs.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen sind mit den Unteransprüchen angegeben.

Eine so dimensionierte, elektrisch leitfähige Anordnung kann nun einzeln oder in Kombination dazu genutzt werden, den dielektrischen Körper zu beheizen, auf ihm abgelagerte Verschmutzungen und Beläge festzustellen und/oder eine Funktionsüberprüfung des Radarsystems durchzuführen.

Je nach gewünschter Anwendung kann oder muß sich diese leitfähige Anordnung auf der Innenseite des dielektrischen Körpers, d. h. der Seite, die den Sende-/Empfangselementen zugewandt ist, der Außenseite oder auch innerhalb des dielektrischen Körpers selbst befinden.

Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist, daß es zunächst­ einmal die gestellte Aufgabe löst, d. h. es gewährleistet eine sichere und zuverlässige Funktion auch unter den rauhen Umweltbedingungen, die sich bei einem Einsatz in oder an einem Kraftfahrzeug ergeben. So kann die elektrisch leitfähige Anordnung von einem Heizstrom durchflossen werden und so den dielektrischen Körper von Belägen wie Eis, Schnee oder Schneematsch befreien. Ebenso kann mit Hilfe eines Heizstroms der dielektrische Körper getrocknet oder trocken gehalten werden.

Unterteilt man die elektrisch leitfähige Anordnung in mindestens zwei voneinander getrennte Anteile, kann der Grad einer Verschmutzung oder eines Belages auf dem dielektrischen Körper bestimmt werden. Dabei muß sich die leitfähige Anordnung natürlich auf der Außenseite des dielektrischen Körpers befinden. Nun wird der elektrische Widerstand und die Kapazität zwischen den beiden getrennten Anteilen der Anordnung gemessen. Beide Größen gehen ein in den sogenannten Verlustwinkel tan δ eines Belagmaterials. Aus diesem läßt sich dann wiederum eine Aussage über die Dämpfungseigenschaften des Belags ableiten.

Besonders vorteilhaft ist eine Kombination dieser beiden genannten Nutzungsmöglichkeiten. So kann zum einen in Abhängigkeit einer festgestellten Verschmutzung bzw. eines festgestellten Belags ein Heizstrom, der die elektrisch leitfähige Anordnung durchfließt, eingeschaltet werden. Andererseits kann durch die Aufteilung in mindestens zwei Bereiche die Heizleistung auf einfache Weise variiert werden, beispielsweise für ein schnelles Freiheizen einer eisbedeckten Linse mit einer hohen Heizleistung und ein anschließendes Freihalten der Linse mit einer reduzierten Heizleistung.

Bildet zumindest ein Teil der elektrisch leitfähigen Anordnung eine Laufzeitleitung, kann auf einfache Weise die Funktion des Radarsystems anhand einer Zielsimulation überprüft werden. Dazu wird ein Radarimpuls bzw. ein Teil eines Radarimpulses in diese Leitung eingespeist. Bei einem bistatischen Radarsystem wird dieser Impuls nach Durchlaufen der Leitung in die Empfangsantenne eingekoppelt. Bei einem monostatischen System wird die Leitung am Ende reflektierend abgeschlossen und der eingespeiste Impuls somit wiederum in Richtung der einen kombinierten Antenne zurückgeworfen. Aufgrund der jeweils bekannten Signallaufzeit der Leitung erhält man ein Kontrollsignal für eine Funktionsüberprüfung des Radarsystems.

Besonders vorteilhaft ist, daß eine erfindungsgemäße Anordnung auf dem dielektrischen Körper sehr einfach und kostengünstig herzustellen ist. So können die Leiterbahnen bei einem Körper aus Keramik in hinreichend bekannter Dickschichttechnologie aufgebracht werden. Bei Körpern aus Kunststoff können die Leiterbahnen mit ebenfalls bekannten Verfahren sehr kostengünstig aufgedruckt werden.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Radarsystem im Querschnitt

Fig. 2 die Ansicht eines Radarsystems mit einer erfindungs­ gemäßen Anordnung zur Beheizung,

Fig. 3a und b Querschnitte erfindungsgemäßer, vorzugsweise linsenförmiger dielektrischer Körper,

Fig. 4a und b die Ansicht eines Radarsystems mit einer erfindungsgemäßen Laufzeitleitung zur Funktionsüberprüfung,

Fig. 5 die Ansicht eines Radarsystems mit einer kombinierten Anordnung zur Beheizung und Funktions­ überprüfung

Fig. 6 die Ansicht eines Radarsystems mit einer erfindungs­ gemäßen Anordnung zur Erkennung von Belägen und

Fig. 7 die Ansicht eines Radarsystems mit einer kombinierten, erfindungsgemäßen Anordnung zur Erkennung von Belägen und zur Beheizung.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Radarsystems in einem Gehäuse 10. In Strahlrichtung 13 der elektromagnetischen Wellen wird das Gehäuse 10 durch einen dielektrischer Körper 11 abgeschlossen. Dieser bildet für elektromagnetische Wellen ein Fenster und schützt so das Radarsystem vor äußeren Witterungseinflüssen. Innerhalb des Gehäuses 10 befinden sich Sende-/Empfangselemente 12 sowie eine Baugruppe 14 mit mehreren, unterschiedlichen Bau­ elementen 15. Der dielektrische Körper 11 ist entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung linsenförmig ausgebildet und dient gleichzeitig zur Fokussierung der elektromagnetischen Wellen. Auf seiner Innenseite, d. h. der Seite, die den Sende-/Empfangselementen 12 zugewandt ist, ist eine Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen 16 aufgebracht.

Fig. 2 zeigt die Ansicht oder Draufsicht des erfindungs­ gemäßen Radarsystems aus Fig. 1 mit dem Gehäuse 10 und dem dielektrischen Körper 11. Auf dem oder wahlweise innerhalb des dielektrischen Körpers 11 befindet sich eine Anordnung 21 aus einer mäanderförmigen, elektrisch leitfähigen Bahn. Die Breite dieser Bahn beträgt dabei maximal λ/10. Der Abstand zweier nebeneinander laufender Bahnen ist mindestens λ/4. Für eine hier beispielhaft angenommene Polarisations­ richtung der elektromagnetischen Welle von 45° rechts geneigt, verlaufen die einzelnen Bahnen überwiegend 45° links geneigt. Überwiegend bedeutet dabei, daß die kurzen Verbindungen zweier parallel laufender Bahnen natürlich von dieser Ausrichtung abweichen. Beginn und Ende der mäander­ förmigen Anordnung 21 sind als Anschlußkontakte 22 ausgeführt. Hier kann ein Strom eingespeist werden, um den dielektrischen Körper 11 auf diese Weise zu beheizen.

Fig. 3a und b zeigen entsprechend der bevorzugten Weiter­ bildung der Erfindung linsenförmige dielektrische Körper im Querschnitt. Fig. 3a zeigt dabei eine plankonvexe Linse 30, auf deren konvexer Oberfläche eine mäanderförmige Anordnung 31 gemäß Fig. 2 aufgebracht ist. Fig. 3b zeigt eine konvexe Linse 32 mit beidseitig gewölbten Oberflächen. Die elektrisch leitfähige Anordnung 33 befindet sich in einer Ebene zwischen den beiden gewölbten Oberflächen. Zur Herstellung kann diese Linse beispielsweise aus zwei einzelnen plankonvexen Linsen zusammengesetzt sein. Dabei können die beiden Hälften M1 und M2 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Darüber hinaus kann eine erfindungs­ gemäße Anordnung natürlich auch auf der Innenseite einer Linse aufgebracht sein. Ein Beispiel dafür ist in der Querschnittsansicht in Fig. 1 gezeigt. Ebenso ist eine Realisierung der Erfindung mit beliebigen anderen Linsenformen denkbar.

Fig. 4a und b zeigen ebenfalls eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Radarsystem mit einem Gehäuse 10 und einem dielektrischen Körper 11. Elektrisch leitfähige Anordnungen 40 und 43 sind als Laufzeitleitung ausgebildet. Sie befinden sich zur Überprüfung des Radarsystems vorzugsweise auf der Außenseite des dielektrischen Körpers 11. In Fig. 4a ist die Laufzeitleitung 40 ringförmig im Randbereich des Strahlengangs der elektromagnetischen Wellen angeordnet. Aus diesem Grund kann hier auf einen Abstand der einzelnen Bahnen zueinander von mindestens λ/4 verzichtet werden. Ebenso kann die jeweilige Polarisationsrichtung in diesem Fall unberücksichtigt bleiben. Mit 41 ist ein als Patch­ element ausgeführter Einspeisepunkt bezeichnet. Mit 42 ist das Ende der Laufzeitleitung bezeichnet, das für das hier beispielhaft betrachtete, monostatische Radarsystem reflektierend abgeschlossen, d. h. entweder leerlaufend oder kurzgeschlossen ist. In Fig. 4b ist eine Laufzeitleitung mäanderförmig außerhalb des Strahlengangs der elektro­ magnetischen Wellen angeordnet. Nur ein Einspeisepunkt 44, der ebenfalls beispielhaft als Patchelement ausgeführt ist, befindet sich innerhalb des Strahlengangs. Bei einem bistatischen Radarsystem könnte das Ende der Leitung 43 ebenfalls als Patchelement ausgeführt sein und so die eingespeiste Leistung zur entsprechenden Empfangsantenne überkoppeln. Für das hier gezeigte monostatische Radarsystem ist das Leitungsende 43 wiederum reflektierend abge­ schlossen. Alternativ kann die Einkopplung eines Radar­ impulses zu Testzwecken auch durch eine galvanische Verbindung der Laufzeitleitung 40, 43 mit einer Sende-/­ Empfangseinrichtung des Radarsystems erfolgen.

Der Rückleiter der Laufzeitleitung 40, 43 ist wahlweise entweder wie bei einer Mikrostreifenleitung als leitende Fläche auf einer Rückseite des dielektrischen Körpers 11 oder als Koplanarleitung realisiert. Ähnlich wie bei Draht­ antennen kann je nach konkreter Realisierung auch ganz auf einen Rückleiter verzichtet werden.

Eine andere Realisierung einer Laufzeitleitung ist in Fig. 5 gezeigt. In diesem Beispiel ist die Laufzeitleitung mit der beheizbaren, mäanderförmigen Anordnung aus Fig. 2 kombiniert. Gleiche Bezeichnungen weisen dementsprechend auf dort beschriebene Bestandteile des Radarsystems hin. Ergänzend sind hier in der Mitte der mäanderförmigen Anordnung ein Einspeisepunkt 51 in Form einer Patchantenne und zwei Entkopplungsnetzwerke 52 am Anfang und am Ende der Anordnung eingebracht. Die Entkopplungsnetzwerke 52 lassen einen Heizstrom in Form von Gleichstrom passieren. Gleich­ zeitig bilden sie jedoch für hochfrequente Mikrowellen­ signale einen Kurzschluß. Dementsprechend werden Mikro­ wellensignale von den Entkopplungsnetzwerken 52 reflektiert.

Realisiert werden die Entkopplungsnetzwerke 52 vorzugsweise durch breitbandige, sogenannte "radial stubs", das sind kreissegmentförmige Leitungsstrukturen entsprechend der Darstellung in Fig. 5. Gemäß einer bevorzugten Weiter­ bildung dieses Ausführungsbeispiels beinhalten die Entkopplungsnetzwerke 52 Pindioden, mit denen ihre Abschluß­ impedanz verändert werden kann. Vorzugsweise sind die Entkopplungsnetzwerke damit ein- und ausschaltbar.

Auch Fig. 6 zeigt die Ansicht oder Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Radarsystem mit einen Gehäuse 10 und einem dielektrischen Körper 11. Überdeckt wird der dielektrische Körper 11 von zwei kammförmigen Anordnungen 61 und 62, die eng ineinander verzahnt sind, sich dabei jedoch nicht berühren. Zur deutlicheren Unterscheidung ist die Anordnung 61 hier mit gestrichelten Linien gezeichnet. Jedoch handelt es sich auch hier um eine elektrisch zusammenhängende Struktur. Zwischen den beiden verzahnten Anordnungen 61 und 62 kann ein Widerstand R und eine Kapazität C gemessen werden. Diese hängen vom Verlustwinkel tan δ des Materials zwischen den beiden Anordnungen und damit auch von dem Verlustwinkel tan δ eines gegebenenfalls vorhandenen Belages ab. Auf diese Weise kann die Signaldämpfung eines Belages und damit der Grad einer Verschmutzung bestimmt werden. Natürlich muß die elektrisch leitfähige Anordnung 61, 62 für diese Anwendung auf der Außenseite des dielektrischen Körpers 11 aufgebracht sein.

Fig. 7 zeigt ein ähnliches Bild wie Fig. 6. Im Gegensatz dazu sind hier die beiden elektrisch leitfähigen Anordnungen 71 und 72 jedoch jeweils als Heizkreise mit Kontakten 73 und 74 ausgebildet. Wiederum kann zur Feststellung einer Verschmutzung ein Widerstand R und eine Kapazität C zwischen den beiden Anordnungen gemessen werden. Zusätzlich kann an den Kontakten 73 und 74 wiederum ein Heizstrom zur Beheizung des Körpers in die Anordnung eingespeist werden.

Abschließend sei gesagt, daß die hier gezeigten Realisie­ rungen von erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Anordnungen als mögliche und bevorzugte Beispiele angesehen werden. Selbstverständlich ist der Erfindungsgedanke jedoch auch mit weiteren, hier nicht gezeigten Anordnungen realisierbar. Ebenso ist der dielektrische Körper, wie in den Figuren gezeigt, bevorzugt als Linse ausgebildet. Es kann sich jedoch ebenso um einen Körper handeln, der aus einem größeren dielektrischen Stück geformt ist und der nur in Teilbereichen linsenförmig ist.

Claims (9)

1. Kraftfahrzeug-Radarsystem mit mindestens einem Sende-/Empfangselement (12) zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, wobei sich zur Fokussierung oder Streuung der elektromagnetischen Wellen ein linsenförmiger dielektrischer Körper (11) im Strahlengang (13) des mindestens einen Sende-/Empfangselements (12) befindet, wobei der linsenförmige dielektrische Körper außerdem geeignet ist, das mindestens eine Sende-/Empfangselement vor Witterungseinflüssen zu schützen, dadurch gekennzeichnet, daß der eine linsenförmige dielektrische Körper (11) eine Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen (16) besitzt, deren Breite maximal λ/10 beträgt und deren Abstände voneinander mindestens λ/4 betragen, wobei λ die Freiraumwellenlänge der elektromagnetischen Wellen bezeichnet, und die überwiegend senkrecht zur Polarisationsrichtung der genannten elektromagnetischen Weilen angeordnet sind.

2. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen auf einer Oberfläche des mindestens einen dielektrischen Körpers aufgebracht ist.

3. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die genannte Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen innerhalb des mindestens einen dielektrischen Körpers befindet.

4. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen zur Betheizung des mindestens einen dielektrischen Körpers dient.

5. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen eine Laufzeitleitung bildet, mit der ein Radarziel simuliert werden kann.

6. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Laufzeitleitung gleichzeitig einen Heizkreis zur Beheizung des dielektrischen Körpers bildet.

7. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Anordnungen aus elektrisch leitfähigen Bahnen vorhanden sind, zwischen denen ein elektrischer Widerstand und eine Kapazität meßbar sind, wobei die gemessenen Werte des Widerstandes und der Kapazität als Indikatoren für den Grad einer Verschmutzung oder eines Belages des dielektrischen Körpers herangezogen werden.

8. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei elektrisch leitfähigen Anordnungen kammförmig ausgebildet sind und dabei so ineinander greifen, daß sie sich nicht berühren.

9. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei elektrisch leitfähigen Anordnungen, zwischen denen ein elektrischer Widerstand und eine Kapazität meßbar sind, gleichzeitig auch zwei getrennt schaltbare Heizkreise bilden.