EP1217686A2 - Vorrichtung zur Justage der Hauptstrahlrichtung eines Radarsensors - Google Patents

Vorrichtung zur Justage der Hauptstrahlrichtung eines Radarsensors Download PDF

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EP1217686A2
EP1217686A2 EP01122925A EP01122925A EP1217686A2 EP 1217686 A2 EP1217686 A2 EP 1217686A2 EP 01122925 A EP01122925 A EP 01122925A EP 01122925 A EP01122925 A EP 01122925A EP 1217686 A2 EP1217686 A2 EP 1217686A2
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radar
dielectric
dielectric plate
lens
plate
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Bernhard Lucas
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • a device for adjusting the Main beam direction of a radar sensor.
  • a radar sensor in vehicles, advantageously in the form of a distance sensor for adaptive Speed control, it is necessary after assembly of the radar sensor on the vehicle, the main beam direction of the Align the radar sensor exactly to the vehicle's longitudinal axis.
  • the main beam direction of the sensor By tilting a dielectric plate that is movably attached between the radar source and the radar lens, you can change the main beam direction of the sensor.
  • DE 196 42 810 C1 describes a radar system, in particular a motor vehicle radar system known in which for adjustment the main beam direction, the position of the transmitting / receiving elements of the radar system relative to one focusing means, which preferably as Antenna lens is formed, is changeable.
  • DE 197 39 298 C1 discloses a device for Attachment of a distance sensor, in particular one Distance radars on a motor vehicle, the Distance sensor in a closed housing is housed, the housing being movable on a Holder is attached and wherein the holder is immovable on the Motor vehicle is attachable.
  • the device is thereby characterized in that the housing with at least three L-shaped mutually arranged screws on the holder It can be fastened that the screws are installed the distance sensor can be screwed from the front and that for at least two of the screws one Protection against unscrewing is provided.
  • the object of the present invention is a Describe device with which the main beam direction of a radar sensor can be precisely aligned.
  • the radar base must be installed after the sensor has been installed Vehicle the sensor main beam direction exactly on the Longitudinal vehicle axis are aligned.
  • the adjustment process should be designed so that the alignment can be carried out quickly, easily and permanently. According to the invention, this object is achieved through the features of Main claim solved.
  • a dielectric, in particular plane-parallel, plate between the radar source and positioned the dielectric lens.
  • the senor is simple Way, because there are large tolerance values, which can arise due to the simple manufacture, compensate by means of the device according to the invention to let.
  • the dielectric, in particular plane-parallel, plate is movably mounted and with respect to the optical axis of the dielectric lens is tiltable. This makes directional corrections both in the azimuthal direction as well as in the elevation direction, each based on the optical axis of the dielectric Lens, possible.
  • the location of the dielectric plate by at least one electric drive is adjustable, as this makes an automatic Self-adjustment of the sensor both at standstill and is realizable while driving.
  • the surfaces of the dielectric plate are coated, in particular by the Provide so-called matching grooves on the surfaces or by applying a film of material.
  • This Matching grooves are depressions on the surface of the dielectric body, especially in the form of parallel Grooves, their dimensions and spacing of the radar wavelength are adjusted.
  • a film of material to the surfaces become. It is necessary that the intended Material film in terms of its thickness and its relative Dielectric constant is chosen so that the losses through the total transition from the plate over the material film in the air has minimal losses. Through these measures can the reflections that occur when the electromagnetic wave from the air into the lens and inside further course from the lens into the air, be minimized.
  • the radar source, the dielectric lens and the dielectric plate directly or are indirectly connected to a common housing.
  • the dielectric plate can be positioned relative to the housing, in particular pivotable, is.
  • the radiation source (1) is shown, which consists of at least one antenna element (2).
  • a dielectric lens (7) is also positioned in the main radiation direction of the antenna elements (4).
  • the dielectric lens (7) is positioned in such a way that the optical axis (3) of the dielectric lens (7) coincides approximately with the main emission direction of the radiation source (4), as a rule this is the center beam for symmetrical beams.
  • the distance of the dielectric lens (7) from the radiation source (1) corresponds approximately to the focal length of the lens (7).
  • the lower limit beam (5) and the upper limit beam (6) limit the space that is mainly fulfilled by the radar beam.
  • the plane-parallel, dielectric plate (8) is also fastened between the radiation source (1) and the dielectric lens (7).
  • the center plane (15) of the dielectric, plane-parallel plate (8) is positioned such that it forms a right angle with the optical axis of the dielectric lens (3) or the main beam direction of the radar source (4). This position is also referred to as the neutral position since the radar beam is not influenced in its direction of propagation.
  • the plane-parallel, dielectric plate (8) is movably supported by means of three ball joints (9, 10, 11) which are attached to the plate in a spatially distributed manner. This mounting allows the plate to be tilted in any direction within the mechanical limits.
  • electric drives (12, 13) are attached to two (9, 10) of the three ball joints, which in turn are attached to the housing (14), which enables the plate to move in two dimensions.
  • the third ball joint (11) is connected directly to the housing (14).
  • FIG. 2 shows the same device, also in Side view, with tilted dielectric plate (8).
  • the radiation source (1) can be seen here consists of at least one antenna element (2).
  • the dielectric lens (7) which in a Distance, which is about the focal length of the lens, is fixed.
  • the optical axis (3) of the dielectric lens (7) is again aligned so that it is identical to the The main radiation direction of the radiation source (4).
  • the Central plane (17) of the plane-parallel, dielectric plate (8) is opposite in this case by the angle alpha (18) the center plane of the dielectric plate (15) in neutral Position tilted.
  • dielectric plate (8) are all Rays of the radar beam (4,5,6) in their Beam path influenced.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Justage der Hauptstrahlrichtung eines Radarsensors. Insbesondere beim Einsatz eines Radarsensors in Fahrzeugen, vorteilhafterweise in Form eines Abstandssensors zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung, ist es notwendig, nach der Montage des Radarsensors am Fahrzeug die Hauptstrahlrichtung des Radarsensors exakt auf die Fahrzeuglängsachse auszurichten. Dies geschieht mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, indem eine dielektrische, vorzugsweise planparallele Platte, die zwischen der dielektrischen Linse und der Radarquelle angeordnet ist, positioniert wird. Durch das Positionieren dieser dielektrischen Platte, ist es möglich, die Hauptstrahlrichtung des Sensors so zu justieren, dass diese parallel zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet wird. <IMAGE>

Description

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Justage der Hauptstrahlrichtung eines Radarsensors. Insbesondere beim Einsatz eines Radarsensors in Fahrzeugen, vorteilhafterweise in Form eines Abstandssensors zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung, ist es notwendig, nach der Montage des Radarsensors am Fahrzeug, die Hauptstrahlrichtung des Radarsensors exakt auf die Fahrzeuglängsachse auszurichten. Durch das Verkippen einer dielektrischen Platte, die zwischen Radarquelle und Radarlinse bewegbar angebracht ist, kann man die Hauptstrahlrichtung des Sensors verändern.
Stand der Technik
Aus der DE 196 42 810 C1 ist ein Radarsystem, insbesondere ein Kraftfahrzeugradarsystem bekannt, bei dem zur Justierung der Hauptstrahlrichtung die Position der Sende-/Empfangselemente des Radarsystems relativ zu einem fokussierenden Mittel, welches vorzugsweise als Antennenlinse ausgebildet ist, veränderbar ist.
Die DE 197 39 298 C1 offenbart eine Vorrichtung zur Befestigung eines Entfernungssensors, insbesondere eines Abstandsradars an einem Kraftfahrzeug, wobei der Entfernungssensor in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht ist, wobei das Gehäuse bewegbar an einem Halter befestigt ist und wobei der Halter unbeweglich an dem Kraftfahrzeug befestigbar ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit wenigstens drei L-förmig zueinander angeordneten Schrauben an dem Halter befestigbar ist, dass die Schrauben im eingebauten Zustand des Entfernungssensors von dessen Vorderseite her schraubbar sind und dass für wenigstens zwei der Schrauben eine Ausdrehsicherung vorgesehen ist.
Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu beschreiben, mit der die Hauptstrahlrichtung eines Radarsensors exakt ausgerichtet werden kann. Im Anwendungsfall eines Abstandssensors für Fahrzeuge auf Radarbasis muss nach erfolgter Montage des Sensors am Fahrzeug die Sensorhauptstrahlrichtung exakt auf die Fahrzeuglängsachse ausgerichtet werden. Der Justagevorgang sollte dabei so gestaltet sein, dass die Ausrichtung schnell, einfach und dauerhaft ausgeführt werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
Erfindungsgemäß wird zur Justage eine dielektrische, insbesondere planparallele, Platte zwischen der Radarquelle und der dielektrischen Linse positioniert. Durch Positionieren der Platte, insbesondere durch deren Schwenken, lässt sich die Abstrahlrichtung des Sensors sehr exakt einstellen, wodurch eine einfache und kostengünstige Feinjustage nach erfolgter Montage möglich ist.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass der Sensor auf einfache Weise gefertigt werden kann, da sich große Toleranzwerte, die bedingt durch die einfache Fertigung entstehen können, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kompensieren lassen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die dielektrische, insbesondere planparallele, Platte beweglich gelagert ist und in Bezug auf die optische Achse der dielektrischen Linse verkippbar ist. Hierdurch sind Richtungskorrekturen sowohl in azimutaler Richtung wie auch in Elevationsrichtung, jeweils ausgehend von der optischen Achse der dielektrischen Linse, möglich.
Vorteilhaft ist es außerdem, dass die Lage der dielektrischen Platte durch mindestens einen Elektroantrieb verstellbar ist, da hierdurch eine automatische Selbstjustage des Sensors sowohl im Stillstand wie auch während der Fahrt realisierbar ist.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass die Oberflächen der dielektrischen Platte vergütet sind, insbesondere durch das Vorsehen sogenannter Matching Grooves auf den Oberflächen oder durch das Aufbringen eines Materialfilms. Diese Matching Grooves sind Vertiefungen an der Oberfläche des dielektrischen Körpers, insbesondere in Form paralleler Rillen, deren Abmessungen und Abstände der Radarwellenlänge angepaßt sind. Alternativ zu diesen Matchin Grooves kann auch ein Materialfilm auf den Oberflächen aufgebracht werden. Hierbei ist es notwendig, dass der vorgesehene Materialfilm bezüglich seiner Dicke und seiner relativen Dielektrizitätszahl so gewählt wird, dass die Verluste durch den Gesamtübergang von der Platte über den Materialfilm in die Luft minimale Verluste aufweist. Durch diese Maßnahmen können die Reflexionen, die beim Übergang der elektromagnetischen Welle von der Luft in die Linse und im weiteren Verlauf von der Linse in die Luft entstehen, minimiert werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Radarquelle, die dielektrische Linse und die dielektrische Platte direkt oder indirekt mit einem gemeinsamen Gehäuse verbunden sind.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die dielektrische Platte relativ zum Gehäuse positionierbar, insbesondere schwenkbar, ist.
Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen
Figur 1
eine Seitenansicht der beanspruchten Vorrichtung mit neutraler Stellung der dielektrischen Platte sowie
Figur 2
ebenfalls eine Seitenansicht der beanspruchten Vorrichtung mit gekippter, dielektrischer Platte zur Korrektur der Abstrahlungsrichtung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In Figur 1 ist die Strahlungsquelle (1) dargestellt, die aus mindestens einem Antennenelement (2) besteht. Weiterhin ist in Hauptabstrahlrichtung der Antennenelemente (4) eine dielektrische Linse (7) positioniert. Die dielektrische Linse (7) ist dabei derart positioniert, dass die optische Achse (3) der dielektrischen Linse (7) mit der Hauptabstrahlrichtung der Strahlungsquelle (4), in der Regel ist dies bei symmetrischen Strahlenbündeln der Mittelpunktstrahl, in etwa übereinstimmen. Der Abstand der dielektrischen Linse (7) von der Strahlungsquelle (1) entspricht dabei in etwa der Brennweite der Linse (7). Der untere Grenzstrahl (5) sowie der obere Grenzstrahl (6) begrenzen dabei den Raum, der durch das Radarstrahlenbündel überwiegend erfüllt wird. Zwischen der Strahlungsquelle (1) und der dielektrischen Linse (7) ist des Weiteren die planparallele, dielektrische Platte (8) befestigt. Die Mittelebene (15) der dielektrischen, planparallelen Platte (8) ist dabei so positioniert, dass sie mit der optischen Achse der dielektrischen Linse (3) bzw. der Hauptstrahlrichtung der Radarquelle (4) einen rechten Winkel bildet. Diese Stellung wird auch als neutrale Stellung bezeichnet, da das Radarstrahlenbündel in seiner Ausbreitungsrichtung nicht beinflusst wird. Die planparallele, dielektrische Platte (8) ist mittels drei Kugelgelenken (9,10,11), die räumlich verteilt an der Platte befestigt sind, beweglich gelagert. Durch diese Lagerung kann die Platte in jede Richtung innerhalb der mechanischen Grenzen beliebig verkippt werden.
Weiterhin sind an zwei (9,10) der drei Kugelgelenke Elektroantriebe (12,13) befestigt, die wiederum am Gehäuse (14) angebracht sind, wodurch eine zweidimensionale Bewegung der Platte ermöglicht wird. Das dritte Kugelgelenk (11), ist direkt mit dem Gehäuse (14) verbunden.
Durch das Verstellen der elektrischen Antriebe (12,13) ist es möglich, die planparallele, dielektrische Platte (8) so zu positionieren, dass der Strahlengang des Radarbündels sowohl in Azimutalrichtung wie auch in Elevationsrichtung justiert werden kann. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Elektroantriebe (12,13) entfallen und statt dessen manuelle Justiereinrichtungen, vorzugsweise Justierschrauben, aufweisen, die per Hand zu verstellen sind.
Figur 2 zeigt die gleiche Vorrichtung, ebenfalls in Seitenansicht, mit gekippter, dielektrischer Platte (8). Es ist hier wieder die Strahlungsquelle (1) zu erkennen, die aus mindestens einem Antennenelement (2) besteht. Ebenfalls unverändert ist die dielektrische Linse (7), die in einer Entfernung, die etwa der Brennweite der Linse entspricht, fixiert ist. Die optische Achse (3) der dielektrischen Linse (7) ist wiederum so ausgerichtet, dass sie identisch mit der Hauptstrahlungsrichtung der Strahlungsquelle (4) ist. Die Mittelebene (17) der planparallelen, dielektrischen Platte (8) ist in diesem Fall um den Winkel alpha (18) gegenüber der Mittelebene der dielektrischen Platte (15) in neutraler Stellung verkippt. Durch diese Verkippung der planparallelen, dielektrischen Platte (8) werden sämtliche Strahlen des Radarstrahlbündels (4,5,6) in ihrem Strahlengang beeinflusst. Durch die Brechung der Strahlen (4,5,6) beim Eintritt in die dielektrische Platte sowie deren wiederholte Brechung beim Austritt aus der Platte beschreibt das Radarstrahlenbündel in etwa eine Parallelverschiebung senkrecht zur optischen Achse (3). Durch diese näherungsweise Parallelverschiebung trifft das Radarstrahlbündel (4,5,6) nicht mehr zentrisch auf die dielektrische Linse (7). Da eine plankonvexe Linse bekanntermaßen Strahlen, die am Rande der Linse einfallen, stärker bricht als Strahlen im mittleren Teil der Linse, verändert sich durch die beschriebene Parallelverschiebung des Strahlenbündels der weitere Strahlenverlauf. So wird das aus der dielektrischen Linse (7) ausfallende Strahlenbündel so gebrochen, dass der Mittelpunktstrahl (4) die optische Achse der Linse (3) im Winkel omega (19) kreuzt. Zum Verkippen der planparallelen, dielektrischen Platte (8) sind auch hier zwei Elektroantriebe (12,13) vorgesehen, die über jeweils eine Antriebsmechanik (9,10) die Platte verkippt. Auch in diesem Fall kann der Elektroantrieb entfallen und durch Justageschrauben ersetzt werden. Hierbei wäre eine Verstellung per Hand erforderlich, wodurch eine Justage während des Betriebs des Fahrzeugs nicht mehr möglich wäre. Diese Ausführungsform stellt eine besonders kostengünstige Vorrichtung dar, die insbesondere dann zu wählen ist, wenn die Justage der Hauptstrahlrichtung nur einmalig, insbesondere nach der Montage durchgeführt werden soll. Der Vorteil der Verstellung mittels elektrischer Antriebe ist, dass der Sensor aus den gewonnenen Daten seine Fehlstellung selbst erkennnen kann. Dies geschieht beispielsweise aufgrund der Reflexionen an der Straßenoberfläche oder aufgrund erkannter, stehender Objekte im Sensorsichtbereich. Diese Ausführungsform ermöglicht eine kontinuierliche Selbstjustage in bestimmten Zeitabständen, so dass der Fahrer das Fahrzeugs nicht gezwungen ist, hierzu eine Werkstatt aufzusuchen.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Justage der Hauptstrahlrichtung eines Radarsensors, bestehend aus
    einer Radarquelle (1) zur Erzeugung eines Radarstrahlenbündels (4,5,6),
    einer dielektrischen Linse (7), die so angeordnet ist, dass deren optische Achse (3) in etwa in Hauptstrahlrichtung der Radarquelle (4) liegt, sowie
    einer zwischen Radarquelle und dielektrischer Linse angeordneten, positionierbaren, insbesondere schwenkbaren, dielektrischen Platte (8).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Platte (8) eine planparallele Platte ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die planparallelen Flächen der dielektrischen Platte bezüglich der optische Achse der dielektrischen Linse (3) schwenkbar sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Platte (8) an drei Punkten beweglich gelagert ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Justage der dielektrischen Platte (8) durch mindestens einen Elektroantrieb (9,10) erfolgt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der dielektrischen Platte vergütet sind, insbesondere durch Vorsehen von Matching Grooves an den Oberflächen oder durch einen Materialfilm auf den Oberflächen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anordnung zum Justieren eines Radarstrahls eines Radarsensors zur adaptiven Fahrgeschwindigkeitsregelung für Kraftfahrzeuge verwendet wird.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radarquelle, die dielektrische Linse und die dielektrische Platte direkt oder indirekt mit einem gemeinsamen Gehäuse verbunden sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Platte relativ zum Gehäuse positionierbar, insbesondere schwenkbar, ist.
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