DE2938764A1

DE2938764A1 - Montageaufbau und schlitzstrahlersystem fuer radargeraete zum erfassen der geschwindigkeit von damit ausgeruesteten kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE2938764A1
Application number: DE19792938764
Authority: DE
Inventors: Akira Endo; Yukitsugu Hirota; Katsuhiro Kimura; Hiroshi Morozumi; Kenji Sekine
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-09-26
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1980-04-10
Also published as: GB2034147A; FR2437325A1; US4346774A; FR2437325B1; GB2034147B

Description

-δ-

1. HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

2. NISSAN MOTOR CO., LTD., Yokohama, Japan

Montageaufbau und Schlitzstrahiersystem für Radargeräte zum Erfassen der Geschwindigkeit von damit ausgerüsteten

Kraftfahrzeugen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Montageaufbau für Doppler-Radargeräte zu deren Anbringung an Fahrzeugen wie beispielsweise Automobilen und die Struktur solcher Doppler-Radargeräte, und sie betrifft insbesondere einen Montageaufbau für ein Doppler-Radargerät, das für einen Einsatz als Geschwindigkeitssensor für ein Kraftfahrzeug unter dessen Fahrgestell angebracht wird, wo die Möglichkeit einer Berührung mit der Fahrbahnoberfläche besteht, sowie eine Radarantenne für ein im Mikrowellenbereich arbeitendes Doppler-Radargerät, die für einen Einsatz in Verbindung mit einem solchen Doppler-Radargerät zur Geschwindigkeitserfassung bestimmt ist.

Die bisher bekannten, nach dem Doppler-Radar-Prinzip arbeitenden Geschwindigkeitssensoren für Steuersysteme für Kraftfahrzeuge wie beispielsweise für ein elektronisches

030015/0821

Rutschüberwachungssystem (ESC) sind an der Stoßstange oder unter dem Fahrgestell des betreffenden Kraftfahrzeugs angeordnet, wie dies In Flg. 1 gezeigt 1st. Dabei 1st speziell eine Antenne 1 für ein Doppler-Radargerät 2 am Fahrgestell 3 des betreffenden Fahrzeugs angebracht. Von dieser Antenne 1 wird elektromagnetische Strahlung über eine Antennenöffnung 1a unter einem Winkel «0 in bezug auf eine Fahrbahnoberfläche 4 abgestrahlt. Ein Beispiel für eine solche Einrichtung ist in der japanischen Offenlegungsschrift 1 3752/78 vom 12.5.1978 beschrieben. Ein erster Nachteil dieses Aufbaues liegt darin, daß bei einer etwaigen Berührung des Fahrgestells 3 des Kraftfahrzeugs mit der Fahrbahnoberfläche 4 auf einer unebenen Straße das Radargerät 2 oder seine Antenne 1 Schaden nehmen können. Außerdem erweisen sich Steine und Schmutz, die im Fahrbetrieb auf die Unterseite des Kraftfahrzeugs auftreffen, als von ungünstigem Einfluß auch auf den Betrieb des Radargeräts und seiner Antenne 1. Ferner werden bei Anbringung des Doppler-Radargeräts 2 an der Stoßstange des Kraftfahrzeugs die elektromagnetischen Wellen von der Antenne 1 unmittelbar in die freie Atmosphäre abgestrahlt, so daß es zu Interferenzen mit der Strahlung anderer Radargeräte und zu entsprechenden Störungen kommen kann. Um die Gefahr von Schäden an der Antenne 1 durch einen Fahrbahnkontakt des Fahrgestells 3 zu verringern, ist bereits eine abgewandelte Konstruktion in Vorschlag gebracht worden, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist. Bei dieser Konstruktion ist zwar die Gesarathöhe des Radargeräts 2 mit seiner Antenne 1 vermindert, in dem diese Antenne 1 im Winkel angeordnet ist, es besteht aber immer noch eine erhebliche

030015/0821

Gefahr, daß das Radargerät 2 selbst mit der Fahrbahnoberfläche 4 in Berührung kommt und dabei Schäden erleidet. Außerdem besteht bei einer Anordnung des Radargeräts 2 in der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Weise unterhalb des Fahrgestells 3 immer und selbst dann die Möglichkeit, daß ein Teil der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen in unerwünschter Weise durch den Zwischenraum zwischen dem Fahrgestell 3 und der Fahrbahnoberfläche 4 in die Umgebung abgestrahlt wird, wenn der Abstrahlungswinkel für die Aussendung der elektromagnetischen Wellen über die unterhalb des Fahrgestells 3 befindliche Antennen-Öffnung 1a gegenüber der Fahrbahnoberfläche 4 in unten in Verbindung mit der Darstellung in Fig. 8 noch näher erläuterter Weise so gewählt ist, daß sich ein optimaler Doppler-Effekt ergibt. Die Strahlungskomponenten außerhalb des von dem Fahrzeug überdeckten Raumes kommen mit der Strahlung der Doppler-Radargeräte von anderen Kraftfahrzeugen zur Interferenz. Wie die vorstehenden Überlegungen zeigen, führt die Montage des Doppler-Radargeräts 2 seitlich oder unterhalb des Fahrgestells 3 eines Kraftfahrzeugs ohne besondere Gegenmaßnahmen zu schwerwiegenden Nachteilen, indem zum einen die Umgebung mit in unkontrollierter Weise abgestrahlten Radarwellen erfüllt wird und zum anderen Interferenzen mit elektromagnetischen Wellen anderer Herkunft entstehen.

Im allgemeinen wird bei Doppler-Radargeräten an Kraftfahrzeugen eine Parabolantenne oder ein Hornstrahler verwendet. Speziell für Radargeräte zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit werden üblicherweise deshalb Hornstrahler verwendet, weil Parabolantennen In ihrer Konstruktion kompliziert sind und eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit verlangen, durch die sich hohe Herstellungskosten ergeben, die sich für viele praktische Anwendungsfälle ungeeignet machen.

030015/0821

Ein Hornstrahler zeigt nun üblicherweise einen Aufbau, wie er in Fig.1 für die Antenne 1 gezeigt ist. Wenn eine solche Antenne 1 am Gehäuse eines Doppler-Radargeräts angebracht ist, das seinerseits zusammen mit dem Sende/Empfangs-Abschnitt in der in Fig. 1 oder 2 gezeigten Weise unterhalb des Fahrgestells 3 eines Kraftfahrzeugs befestigt ist, so ragt die Antenne 1 stets über das Gehäuse des Radargeräts 2 hinaus und kommt der Fahrbahnoberfläche nahe, woraus sich eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine Berührung zwischen der Antenne 1 und der Fahrbahnoberfläche 4 und damit eine Beschädigung der Antenne 1 ergibt. Desweiteren muß bei einem Doppler-Radargerät 2 für die Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit die abgestrahlte elektromagnetische Welle über die Antennenöffnung 1a unter einem Winkel oC auf die Fahrbahnoberfläche 4 gerichtet werden, woraus die Notwendigkeit folgt, die Antenne 1 am Gehäuse des Radargeräts 2 unter einem Winkel anzuordnen, wodurch sich der Aufbau des Gerätegehäuses kompliziert.

Ein ESC-Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge unter Verwendung eines solchen Doppler-Radargeräts als Geschwindigkeitssensor ist im einzelnen in einem von der Anmelderin im Dezember 1977 herausgegebenen Prospekt beschrieben, und es bildet auch den Gegenstand einer Veröffentlichung von Kohsaku Baba et al. mit dem Titel "Doppler Radar Speed Sensor for Anti-skid Control System" in SAE/IEEE CONVERGENCE 78.

Die Technik der Abbremsung von Fahrzeugen unter Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit mit Hilfe von Doppler-Radargeräten ist weiter in den japanischen Auslegeschriften 38395/78 vom 14.10.1978, 22232/78 von 17.7.1978 und 22233/78 vom 7.7.1978 behandelt.

030015/0821

Das Mikrowellensignal des Radargeräts kann durch ungünstige Umgebungseinflüsse wie beispielsweise Regenwetter absorbiert und gedämpft werden, so daß eine normale Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit unmöglich wird. Ein unter solchen erschwerten Bedingungen brauchbarer und fehlerfreier Signalprozessor für die Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit 1st In der japanischen Offenlegungsschrift 50-6992 vom 24.1.1975 beschrieben.

Ziel der vorliegenden Erfindung 1st die Schaffung eines Montageaufbaus für ein Doppler-Radargerät zur Geschwindigkeitserfassung, der sich durch eine hohe Festigkeit gegen Umgebungseinflüsse auszeichnet und Interferenzen für die elektromagnetische Strahlung ausschließt, und weiter soll mit der Erfindung eine Antennenstruktur geschaffen werden, die es ermöglicht, die Größe eines auf der Unterseite des Fahrgestells eines Kraftfahrzeugs montierten Doppier-Radargeräts für die Geschwindigkeitserfassung zu vermindern.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus den Unteransprüchen ergeben.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung der Anmelderin, daß das von den Fahrzeugrädern umschlossene Rechteck auf der Unterseite des Fahrgestells einen Ort bildet, wo die Wahrscheinlichkeit für ein Festsetzen von Schnee oder Schmutz relativ gering ist; dabei hat sich experimentell weiter bestätigen lassen, daß ein in einer Ausnehmung im Fahrgestell

030015/0821

untergebrachtes Doppler-Radargerät dort vor Beschädigungen sicher ist und daß diese Art der Unterbringung ein Mittel bietet, die oben angesprochenen Schwierigkeiten mit ungünstigen Umgebungseinflüssen zu überwinden.

In diesem Sinne gibt die Erfindung einen Geschwindigkeitssensor auf der Grundlage des Doppler-Radar-Prinzips mit einem Antennenabschnitt und einem Sensorabschnitt an, der auf der Unterseite des Fahrgestells eines Kraftfahrzeugs montiert ist. In einem Teil der Unterseite des Fahrgestells ist dazu innerhalb eines von den Fahrzeugrädern umgebenen Rechtecks eine Ausnehmung für die Unterbringung des Doppler-Radargeräts zur Geschwindigkeitserfassung vorgesehen, und das Doppler-Radargerät ist in vollem Umfange innerhalb dieser Ausnehmung untergebracht. Dieser Aufbau vermeidet eine Beschädigung des Geschwindigkeitssensors durch ungünstige Umgebungseinflüsse und eine Störung von außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Einrichtungen durch einen unerwünschten Austritt von Radarstrahlung. Zur Verkleinerung seiner Außenabmessungen ist der Geschwindigkeitssensor bevorzugt mit einem Metallgehäuse versehen, in das eine Schlitzstrahlerantenne integriert ist. Die Strahlerschlitze dieser Antenne sind in einer Seite des Metallgehäuses ausgebildet, so daß dieses Metallgehäuse einen Teil des Schlitzstrahlersystems bildet.

Bei Verwendung einer Mikrowellenantenne in Form eines Hornstrahlers, bei dem die Abstrahlungsrichtung für die elektromagnetischen Wellen mit der Axialrichtung der Antenne zusammenfällt, bildet die Montageebene für die Antenne einen Winkel mit der Fahrbahnoberfläche. Dies führt nicht

030015/0821

nur zu Komplikationen beim Gehäuseaufbau, sondern vergrößert gleichzeitig die Abmessungen des gesamten Radargeräts. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist nach einem Teilaspekt der vorliegenden Erfindung am Boden des Metallgehäuses des Geräts eine Schlitzstrahlerantenne vorgesehen, bei der sich die Abstrahlungsrichtung für die elektromagnetischen Wellen einstellen läßt, wobei die einzelnen Antennenschlitze parallel zur Ebene des Fahrgestells des Kraftfahrzeugs verlaufen, so daß sich ein einfacher und in seinen Abmessungen kleiner Gehäuseaufbau ergibt, der elektromagnetische Wellen unter einem Winkel gegen die Fahrbahnoberfläche abstrahlen kann.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr wiederum auf die Zeichnung bezug genommen; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der bisher üblichen Montageweise für Doppler-Radargeräte zur Geschwindigkeitserfassung von Kraftfahrzeugen;

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung für eine zur Verminderung der Gesamtbauhöhe abgewandelte Ausführungs form;

Fig. 3 eine vergleichbare Darstellung für ein im Sinne der Erfindung in einer unterseitigen Ausnehmung im Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs untergebrachtes Doppler-Radargerät , zur Erfassung der Geschwindigkeit dieses Kraftfahrzeugs;

Fig.4 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit Anordnung des Doppler-Radargeräte auf der Unterseite des Fahrzeugfahrgestells;

030015/0821

Fig. 5 eine Darstellung des Montageaufbaus für die Anordnung . des Doppler-Radargeräts in einer vorhandenen Ausnehmung am Kraftfahrzeug;

Fig. 6 eine Ausführungsform mit Anordnung des Doppler-Radargeräts in einer diesem ausschließlich vorbehaltenen Ausnehmung im Fahrgestell . des Fahrzeugs;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Verlaufs der

von dem in der Ausnehmung angeordneten Doppler-Radargeräts abgestrahlten Radarwellen;

Fig. 8 demjentsprechenden Strahlungsverlauf bei Anordnung des Doppler-Radargeräts unterhalb des Fahrgestells des Kraftfahrzeugs entsprechend der bisher üblichen Technik;

Fig. 9 ein Blockschaltbild für ein elektronisches Rutschüberwachungssystem (ESC) mit einem erfindungsgemäB ausgebildeten Radargeschwindigkeitssensor auf der Grundlage des Doppler-Radar-Prinzips;

Fig. 10 ein Blockschaltbild für einen Modul der überwachungsschaltung und des Doppler-Radargeräts bei dem System von Fig. 9;

Fig. 11 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische

Darstellung eines Schlitzstrahlerantennensystems gemäß der Erfindung;

Fig. 12 das Schlitzstrahlerantennensystem von Fig. 11 in einer Unteransicht;

Fig. 13 einen Teilschnitt durch ein Aueführungsbeispiel

für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Schlitzstrahlerantennensystem;

030015/0821

Flg. 14 einen Schnitt zur Veranschaulichung einer modifizierten Ausführungsform eines solchen Systems;

Fig. 15 einen weiteren Schnitt zur Veranschaulichung noch einer anderen Modifikation dieses Systems;

Fig. 16 eine perspektivische Darstellung für die Ausführungsform von Fig. 15;

Fig. 17 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Arbeitsprinzips für das Schlitzstrahlerantennensystem;

Fig. 18 eine Darstellung der Einbaubedingungen für das Schlitzstrahlerantennensystem gemäß der Erfindung und

Fig. 19 ein Beispiel für die Kennlinien des Schlitzstrahlerantennensystems gemäß der Erfindung.

Die nachstehende Beschreibung bezieht sich in erster Linie auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele für die vorliegende Erfindung.

Bei den Ausführungsbeispielen von Fig.3 bis 7 ist ein Doppler-Radargerät als Geschwindigkeitssensor in Modulausführung verwendet, wie es in der oben erwähnten Veröffentlichung der Anmelderin beschrieben ist. Dieses Doppler-Radargerät 2 enthält einen Dop^.er-Radarsender von hoher Empfindlichkeit mit 5 mW-Abstrahlungsleistung bei 24 Ghz, der eine Gunn-Diode als Mikrowellengenerator aufweist. Die entsprechende Antenne 1 ist ein Hornstrahler aus Polytetrafluoräthylen mit wasserdicht ausgeführter öffnung

030015/0821

und einer Antennenverstärkung von 18 dB. Stattdessen kann als Antenne 1 aber auch eine unten noch näher beschriebene Schlitzstrahlerantenne Verwendung finden. Das Radargerät 2 und die Antenne 1 sind in einem wasserdicht ausgeführten Gehäuse aus Aluminiumguß untergebracht und bilden einen Geschwindigkeitssensor nach dem Doppler-Radar-Prlnzip. Die öffnung 1a der Antenne 1 ist so gestaltet, daß sich nach dem Einbau in das Kraftfahrzeug auf der der Fahrbahnoberfläche gegenüberstehenden Gehäuseseite ein Abstrahlungswinkel von 45 ergibt. Die Gehäuseabmessungen unter Einschluß der Antenne 1 betragen 140 mm in der Länge, 94 mm in der Breite und 70 mm in der Höhe.

Eine Einbaulage für das Doppler-Radargerät 2 in ein Kraftfahrzeug ist in Fig. 3 zur Erläuterung des Grundkonzepts der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Wie die Darstellung in Fig. 3 zeigt, ist der Geschwindigkeitssensor mit dem Doppler-Radargerät 2 und der Antenne 1 so in einer Ausnehmung 5 untergebracht, die an einer gewünschten Stelle innerhalb eines von den Fahrzeugrädern umgebenen Rechtecks in das Fahrgestell von dessen Unterseite her eingearbeitet ist, daß sich der Geschwindigkeitssensor in seiner Gesamtheit oberhalb einer mit der Unterseite des Fahrgestells 3 zusammenfallenden Ebene 3a befindet und die Antennenöffnung 1a üblicherweise in die der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs entgegengesetzte Richtung weist. Bei

zusätzlicher Verwendung noch einer weiteren Radareinrichtung kann die Antennenöffnung 1a auch nach einer anderen

030015/0821

Richtung zeigen. Der Geschwindigkeitssensor als Ganzes und insbesondere auch der Scheitel der Antennenöffnung 1a liegen auf einem höheren Pegel als die Ebene 3a. Als Alternative zu der in das Fahrgestell 3 eigens eingearbeiteten Ausnehmung 5 für die Unterbringung des Geschwindigkeitssensors in seiner Gesamtheit kann für dessen Unterbringung mit gleichem Effekt auch eine im Fahrgestell 3 beispielsweise unterhalb der Rücksitzbank eines Personenkraftwagens ohnehin vorhandene vorgeformte Ausnehmung verwendet werden.

Ein spezielles Beispiel für einen Einsatz dieser Ausführungsform bei einem Kraftfahrzeug ist in Fig .4 und 5 für den Fall eines Fahrzeugs mit vier Rädern und Hinterradantrieb dargestellt. Bei einem solchen Kraftfahrzeug ist im allgemeinen eine Ausnehmung 5 für die Unterbringung des Differentials 7 an der Hinterachse vorgesehen, die im allgemeinen 8 cm mal 10 cm in der Tiefe mißt.Diese Ausnehmung 5 ist der Einwirkung von Schnee oder Spritzwasser verhältnismäßig wenig ausgesetzt und bildet daher die beste Stelle für die Unterbringung des Radargeräts 2 im Fahrgestell 3 des Fahrzeugs. Da außerdem die Quelle für die Radarstrahlung und insbesondere die Antennenöffnung 1a sich in einer gegenüber der im allgemeinen ebenen Unterseite des Fahrgestells 3, also der Ebene 3a zurückgezogenen Stellung befindet, vermindert sich auch die Gefahr von Störungen und Interferenzen mit äußeren Bauteilen wie beispielsweise dem Ausdruck Topf 6. Ferner ist es weniger wahrscheinlich, daß die abgestrahlten Mikrowellen zu Sekundärstrahlung infolge von Reflexionen an den Fahrzeugrädern führen. Zu befriedigenden Ergebnissen führt eine Konstruktion eines Geschwindigkeitssensor s nach dem Doppler-Radar-Prinzip mit etwa 7 cm Dicke, 14 cm Breite und 10 cm Länge in der Weise, daß die Antennen-

030015/0821

Öffnung 1a in der Ausnehmung 5 in die der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengesetzte Richtung weist, wobei der Abstand zwischen der Antennenöffnung 1a und der ihr gegenüberstehenden Innenseite der Ausnehmung 5 entsprechend bemessen ist. Bei manchen Kraftfahrzeugen mit Vorderradantrieb gibt es keine Ausnehmung für die Unterbringung des Differentials an der Hinterachse, so daß in diesem Falle eine gesonderte Ausnehmung 5 in die Unterseite des Fahrgestells 3 dieser Fahrzeuge eingearbeitet werden muß. Ein entsprechendes Beispiel ist in Fig.6 dargestellt, wo die Ausnehmung 5 mit 8 cm Tiefe, 15 cm Breite und 10 cm Länge für die Unterbringung des Doppler-Radargeräts 2 in das Fahrgestell 3 des Fahrzeugs an einer Stelle direkt unter der Rücksitzbank 8 oder den Vordersitzen eingearbeitet ist, wo weder sonstige Funktionen noch der Sitzkomfort für das Fahrzeug beeinträchtigt werden.

Ein Beispiel für den Montageaufbau für das Doppier-Radargerät 2 ist in Fig.5 gezeigt. Dort ist das Radargerät mit Hilfe von Schrauben 10 an Muttern 19 befestigt, die ihrerseits zuvor an das Fahrgestell 3 in der Ausnehmung 5 angeschweißt worden sind. Alternativ zu dieser Anordnung kann das Radargerät 2 auch von der Innenseite des Fahrgestells her mit Schrauben festgehalten werden, die durch in dem Fahrgestell 3 vorgesehene Löcher hindurchgeführt sind.

Nunmehr soll die Arbeitsweise des Radargeräts bei den oben geschilderten AuefUhrungsformen näher erläutert werden.

Durch die Unterbringung des Geschwindigkeitssensors in der geschilderten Heise wird dieser gans offensichtlich vor

030015/0821

Beschädigungen durch einen Kontaktjmit der Fahrbahnoberfläche 4 selbst dann geschützt, wenn die Unterseite des Fahrgestells 3 des Kraftfahrzeugs aus irgendeinem Grunde auf die Fahrbahnoberfläche 4 auftreffen sollte. Die gewählte Konfiguration, bei derfdle Antennenöffnung 1a in die der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengesetzte Richtung weist, vermindert weiter die Möglichkeit, daß Steine oder Schmutz unmittelbar auf den Geschwindigkeitssensor auftreffen und insbesondere in die Antennenöffnung 1a eindringen können. Außerdem werden, da der Geschwindigkeitssensor in der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise vollständig innerhalb der Ausnehmung 5 im Fahrgestell 3 des Fahrzeugs untergebracht ist, überflüssige Radarwellen, die andernfalls in einer Richtung 11a abgestrahlt werden könnten, durch die Wände der Ausnehmung 5 gestreut oder gedämpft, wie dies in Fig. 7 durch eine gestrichelte Linie 11b angedeutet ist, im Ergebnis tritt keinerlei Mikrowellenstrahlung direkt aus dem Gebiet unterhalb des Fahrgestells 3 nach außen, was die Möglichkeit zu elektromagnetischen Interferenzen mit dem Außenraum vermindert. Gewünschtenfalls kann an der der Antennenöffnung 1a gegenüberliegenden Stelle der Wandung der Ausnehmung 5 auch ein spezieller Mikrowellenabsorber angebracht werden.

Die vorstehenden Erläuterungen zeigen, daß die Erfindung sowohl eine Interferenz mit äußeren Einrichtungen als auch die Gefahr einer Beschädigung durch Berührung mit der Fahrbahnoberfläche sowie die Einwirkung von Steinschlag oder Schmutz in weitem Umfange auf einfache Weise vermeidet.

In Fig. 9 ist ein ESC-System mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Geschwindigkeitssensor nach dem Doppler-Radar-Prinzip in schematischer Weise in Form eines Blockschaltbildes

030015/0821

veranschaulicht. Das dargestellte ESC-System enthält in der Hauptsache einen Geschwindigkeitssensor 12 auf der Basis des Doppler-Radar-Prinzips gemäß der vorliegenden Erfindung, einen Raddrehzahlfühler 13, eine Steuerschaltung 14 und einen durch Vakuum betätigten Modulator für die Regelung des hydraulischen Druckes für die Fahrzeugbremse. Die Steuerschaltung 14 enthält einen Schlupfdetektor und einen Solenoidantrieb. Der Schlupfdetektor ist eine einfache Logikschaltung mit einem Zähler. Dieser Schlupfdetektor erfaßt einen etwaigen Radschlupf ausgehend von dem Verhältnis zwischen der Raddrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit und erzeugt ein Steuersignal, das über ein Modulatorsolenoid 15* (Fig. 1O) den Bremsendruck vermindert.

Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild für einen elektronischen ESC-Modul, wie er in dem Gehäuse für das erfindungsgemäß ausgebildete Doppler-Radar-System untergebracht ist. In einem Gehäuse 2' für diesen Modul ist ein in integrierter Schaltungstechnik ausgeführter Mikrowellengenerator 12, ein Hornstrahler 16, eine Aufbereitungsschaltung 17 für das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, eine Aufbereitungsschaltung 18 für das Raddrehzahlsignal, die Steuerschaltung 14, eine Fehlerprüfschaltung 19 und ein Spannungsregler 20 untergebracht, der mit einer äußeren Batterie 21, beispielsweise der Fahrzeugbatterie, verbunden ist. Der Hornstrahler 16 sendet im Betrieb einen vertikal polarisierten Radarstrahl unter einem Winkel von 45 gegen die Fahrbahnoberfläche 4 aus.

In Fig.11 bis 19 sind Beispiele für einen Aufbau einer Doppler-Radar-Antenne dargestellt, durch den sich die Dicke,

030015/0821

das heißt die Höhe des Doppler-Radar-Moduls bzw. des Geschwindigkeitssensors für seine Montage am Fahrgestell des Fahrzeugs vermindern und damit eine leichter montierbare Doppler-Radar-Antenne schaffen läßt. Grundsätzlich zeichnet sich die dargestellte Struktur durch eine Kombination aus einer Schlitzstrahlerantenne und einem Doppler-Radar-Modul anstelle eines Hornstrahlers aus, wobei der vorteilhafte Umstand ausgenutzt wird, daß eine Schlitzstrahlerantenne im allgemeinen von flacher Bauform ist und sich die Abstrahlungsrichtung für den Mikrowellenstrahl ohne vorspringende oder schräge Lage der Antennenöffnung gegenüber der Gehäuseoberfläche einstellen läßt.

Wie die Darstellungen in Fig. 11 und 12 zeigen, weist die Schlitzstrahlerantenne ein Metallgehäuse 22 und einen damit integrierten Wellenleiter 26 auf, wobei das Metallgehäuse 22 eine Anordnung von Schlitzen 29 enthält. Ein derartiges Gebildd-wird auch als geschlitzte Wellenleiterantenne bezeichnet. Nach außen sind die Schlitze 29 mit einer wasserdichten Abdeckplatte 27 aus einem dielektrischen Material wie Polytetrafluoräthylen abgedeckt, die durch eine Festhalteplatte 28 festgehalten wird. Das Gehäuse 22 von Fig. 11 und 12 entspricht im übrigen dem Gehäuse 2' von Fig. 10, und es enthält eine Sende/Empfangs-Einheit 23 für Mikrowellen und weitere Signalverarbeitungsschaltungen.

Ein Schnitt durch ein spezielles Ausführungsbeiepiel für einen solchen Aufbau ist in FIg .13 dargestellt. Dort ist der Wellenleiter 26 so angeordnet,daß er an einer Seite

030015/0821

durch die die Schlitze 29 enthaltene Wand des Metallgehäuses begrenzt wird. An seinem einen Ende enthält der Wellenleiter 26 außerdem einen Winkelreflektor 31, und die Sende/Empfangs-Einheit 23 ist oberhalb dieses Reflektors im Anschluß an ein Fenster in Form'einer öffnung 26b im Wellenleiter 26 angeordnet, während das andere Ende 26a des Wellenleiters 26 einen Kurzschlußbelag oder einen Widerstandsabschluß aufweist. Die Schlitze 29 sind wieder durch die wasserdichte Abdeckplatte 27 abgedeckt, und weiter enthält das Gehäuse 22 eine Leiterplatte 30 mit einer gedruckten Schaltung, die als Träger für die Signalaufbereitungsschaltungen dient, wie sie in Fig.10 gezeigt sind.

Ein weiteres 'Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in Fig.14 dargestellt. Dort ist eine flache Antennenplatte 33, die mit einer Anordnung von Schlitzen 29 versehen ist und einen Teil des Wellenleiters 26 bildet, über die wasserdichte Abdeckplatte 27 im Metallgehäuse 22 befestigt. Weiter weist das Metallgehäuse 22 bei diesem Beispiel ein Fenster, nämlich eine Antennenöffnung 32 auf, über das die Schlitze 29 mit dem Außenraum in Verbindung stehen.

Noch ein anderes Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in Fig.15 veranschaulicht, wo die in Fig.14 gezeigte Antennenöffnung 32 in dem Metallgehäuse 22 auf dem Grunde einer Hornstrahlerförmig ausgebildeten Ausnehmung 34 im Metallgehäuse 22 ausgebildet ist. Fig. 16 veranschaulicht das AusfUhrungsbeispiel von Fig.15 in einer perspektifischen Darstellung.

Nunmehr soll die Arbeitsweise einer Schlitzstrahlerantenne gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen näher erläutert werden.

030015/0821

Zunächst soll die Schlitzstrahlerantenne unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig. 17 erklärt werden. Eine elektromagnetische Welle, beispielsweise eine Mikrowelle, die sich entlang der Achse des Wellenleiters 26 von der
Sende/Empfangs-Einheit 23 her ausbreitet, wird nacheinander durch die Schlitze 29 im Wellenleiter 26 abgestrahlt. Durch Wahl des Abstandes oder Intervalls S zwischen den Schlitzen in bezug auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Mikrowelle entlang des Wellenleiters 26 läßt sich die Richtung des
abgestrahlten Mikrowellenstrahls in gewünschter Weise einstellen. Desweiteren läßt sich durch Vergrößerung der
Anzahl der Schlitze 29 der Strahl verschärfen, d. h. der
Antennengewinn verbessern. Für die folgende Betrachtung
seien die Intervalle zwischen den Schlitzen 29 mit
S, die Wellenlänge im Wellenleiter 26 mit A , der Umlenkwinkel für den Strahl mit θ und die Wellenlänge im freien Raum mit A. bezeichnet. Zur Erzielung des Umlenkwinkels θ für den Strahl genügt es, den Winkel θ zwischen der
Phasenebene und dem Wellenleiter 26 herzustellen. Bei
Wiedergabe dieser Beziehung in Form einer Gleichung wird die Phase der elektromagnetischen Welle, die durch die
Schlitzintervalle S und dem räumlichen Abstand d hindurchgegangen ist, gleich der der elektromagnetischen Welle
am Schlitz 29a. Damit erhält man die Beziehung:

2 TT S//L_g + 2 Τ d/Λ-ο - 2ir (1)

Da außerdem gilt d = S χ sine, läßt sich die Gleichung (1) auch schreiben:

1/A,_g + sin Θ/Λ_ο = 1/S (2)

Im Ergebnis erhält man nachstehende Beziehung:

θ = sin~\yL_o(1/S - IAt)J (3)

030015/0821

Aus der Gleichung (3) ist ersichtlich, daß sich die Strahlrichtung durch Veränderung des Abstandes S zwischen den Schlitzen 29 in gewünschter Weise verändern läßt. Eine weitere Rechnung zeigt, daß die Halbwertsbreite φ für den Strahl sich ergibt zu etwa:

φ = 1O1.8°/N (4)

wobei N die Anzahl der Schlitze 29 bezeichnet. Auch die Antennenverstärkung läßt sich also durch eine entsprechende Wahl der Zahl N der Schlitze 29 einstellen. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Mikrowellenfrequenz etwa 24 GHz, die Anzahl N der Schlitze 29 ist 7, und das Intervall S zwischen den Schlitzen liegt bei etwa 1 cm. Der AbstrahlungswinkeleG beträgt dann etwa 60°, und der Spreizungswinkel für die abgestrahlten Wellen liegt bei + 7°. Ein Muster für den relativen Gewinn einer Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 19 veranschaulicht. Weiter läßt sich durch Veränderung der Längsrichtung der Schlitze 29 in bezug auf die Achse des Wellenleiters 26 wahlweise die E-Ebene oder die Η-Ebene als Polarisationsebene für die abgestrahlten Radarmikrowellen verwenden. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine Sendeantenne, aber es läßt sich anhand der Antennentheorie zeigen, daß auch eine Empfangsantenne eine ähnliche Charakteristik zeigt. Die Ausführungsformen nach Fig. 13 und 14 enthalten Gruppen von Schlitzen 29, die in der einen Seite des Metallgehäuses 22 ausgebildet sind und zeigen eine ähnliche Charakteristik. In Fig. 15 stellt die Schlitzstrahlerantenne

030015/0821

eine von einem Hornstrahler umgebene Strahlungsquelle dar, wobei sich die Verstärkung der Schlitzantenne mit der des Hornstrahlers addiert, so daß sich insgesamt eine höhere Antennenverstärkung ergibt. Darüber hinaus sind die Oberflächen der Antenne, da die Schlitzstrahlerantenne ganz in der Ausnehmung liegt, gegen Verschmutzung oder sonstige Beeinträchtigung geschützt.

Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, wird die Schlitzstrahlerantenne unmittelbar auf dem Metallgehäuse des Doppler-Radargeräts gemäß der Erfindung ausgebildet. Daher läßt sich die für die Anbringung des Doppler-Radargeräts am Fahrgestell eines Fahrzeugs erforderliche Bauhöhe vermindern, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Antenne der Fahrbahnoberfläche 4 zu nahe kommt, wodurch sich die Montierbarkeit der Antenne am Fahrzeug verbessert. Desweiteren ist die erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen mit einem an einem Doppler-Radargerät angeordneten Hornstrahler erheblich kompakter. Ferner läßt sich dank der integrierten Ausbildung der einzelnen Bauteile des Wellenleiters bei ihrer Herstellung von der Spritzgußtechnik oder ähnlichen Techniken Gebrauch machen, überdies können die Antennenkenngrößen allein anhand der Ainzahl der Schlitze und der Intervalle dazwischen verändert werden. Dies erleichtert die Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugmodelle, wodurch sich erhebliche Kostenvorteile ergeben.

034015/0821

Claims

Ansprüche

1/ Montageaufbau für die Montage eines Doppler-Radargeräts für die Erfassung der Geschwindigkeit von Kraftfahrzeugen, das auf der Unterseite des Fahrgestells eines Kraftfahrzeugs, dessen Geschwindigkeit erfaßt werden soll, angeordnet ist und einen Antennenabschnitt und einen Sensorabschnitt aufweist, gekennzeichnet durch eine in das im wesentlichen ebene Fahrgestell (3) des Kraftfahrzeugs innerhalb eines von den Fahrzeugrädern umgebenen Rechtecks eingelassene und nach unten offene Kammer (5), die sich von der Unterseite (3a) des Fahrgestells nach oben erstreckt und das Radargerät (1, 2) in seiner Gesamtheit aufnimmt, und durch Montageelemente (9, 10) für eine Montage des Radargeräts in der Kammer im Fahrgestell in der Weise, daß das offene und der Fahrbahnoberfläche (4) gegenüberstehende Ende (1a) des Antennenabschnitts (1) höher liegt als die Unterseite des ebenen Fahrgestells des Kraftfahrzeugs .
2. Montageaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (5) bei einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb in einer Ausnehmung für die Aufnahme des Differentials(7) vorgesehen und die öffnung (1a) des Antennenabschnitts (1) auf der Vorderradseite dieser Ausnehmung und gegenüber dem Auspuff topf (6) des Fahrzeugs in solcher Weise angeordnet ist, daß die Radarwelle unter einem Winkel in bezug auf die Fahrzeuglängsachse abgestrahlt wird.

81-^12 6-03-DfF

030015/0821

ORIGINAL INSPECTED

2938784
3. Montageaufbau nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (5) in einer unmittelbar unter einem Sitz (8) des Fahrzeugs ausgebildeten Ausnehmung vorgesehen und die öffnung (1a) der Antenne (1) innerhalb dieser Ausnehmung so angeordnet ist, daß die Radarwellen unter einem Winkel gegen die Längsachse des Fahrzeugs abgestrahlt werden.
4. Montageaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppler-Radargerät als Geschwindigkeitssensor ein Gehäuse (2') aufweist, das wenigstens einen Mikrowellenerzeuger (12), eine Sende/Empfangs-Einheit (23) für Mikrowellen und eine Mikrowellenantenne (1) aufweist, wobei die Montageelemente (9, 10) mit dem Gehäuse gekoppelt sind.
5. Montageaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenabschnitt (1) in Form eines Hornstrahlers (16) ausgebildet und integral mit einem Gehäuse (2¹) vereinigt ist, wobei der Hornstrahler so in bezug auf das Gehäuse angeordnet ist, daß seine öffnungsebene unter einem Winkel von 45° gegen die Fahrzeuglängsachse verläuft.
6. Montageaufbau nach einem der Ansprüche i£>is 3, dadurch gekennzeichnet,daß der Sensorabschnitt (2) wenigstens einen Mikrowellengenerator (12) und eine Sende/Empfangs-Einheit (23) für Mikrowellen aufweist, das in einem Metallgehäuse (22) angeordnet ist, daß der Antennenabschnitt (1) mit der Sende/Empfangs-Einheit gekoppelt und in Form einer Schlitzstrahlerantenne ausgebildet ist, die eine Anordnung von

030015/0821

Schlitzen aufweist, die in einer Seite eines Hellenleiters (26) entlang dessen Achse ausgebildet ist, die im wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsachse verläuft.
7. Montageaufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (22) einen Teil des Hellenleiters (26) bildet und eine damit integrierte Seitenwand aufweist, in der die Schlitze (29) ausgebildet sind.
8. Montageaufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (22) eine öffnung (32) für die Freigabe der Schlitzstrahlerantenne (29) enthält und diese Antenne trägt.
9. Montageaufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse (22) an seiner einen Seite eine hornstrahlerförmige Ausnehmung (34) aufweist und die Strahlerschlitze (29) am Grunde dieser Ausnehmung angeordnet sind.
10. Montageaufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Hellenleiter (26) zur Abdeckung der Strahlerschlitze (29) ein wasserdichtes Bauelement (27) aus einem dielektrischen Material angeordnet ist.
11. Schlitzstrahlersystem für Radarstrahlung im Mikrowellenbereich mit einem Schlitzstrahlerglied und einem damit integrierten Hellenleiter für die Ausbreitung von Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzstrahlerglied (29)

030015/0821

auf einer Seite eines das Radargerät (2) aufnehmenden Metallgehäuses(22) angeordnet ist, das einen Teil einer Schlitzstrahlerantenne bildet.
12. Schlitzstrahlersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Seite des Metallgehäuses (22) eine hornstrahlerförmige Ausnehmung (34) ausgebildet und auf dem Grunde dieser Ausnehmung das Schlitzstrahlerglied (29) angeordnet ist.

030015/0821