JP4813727B2 - 車両レーダシステム - Google Patents

Description

【０００１】
従来技術
本発明は，主請求項の上位概念に記載された車両レーダシステムに関する。この種の車両レーダシステムは，例えば車両の自動速度制御の範囲内で，先行車両を検出するために使用される。この分野にかかるシステムは，アダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ）とも称される。使用される電磁波を調節し，かつ必要に応じてレーダシステムを天候の影響から保護するためにも，通常，ボディは電磁波のビーム路内に位置している。このボディは，かかるレーダシステムを包囲するハウジングの構成部分であることが多い。
【０００２】
従来技術
ＤＥ１９７２４３２０Ａ１は，加熱可能なアンテナレンズの製造方法を開示している。誘電性ボディからなる加熱可能なレンズが記載されており，ボディはその中に電気的な導体レーンからなる配置を有する。その場合に電気的に導通可能なレーンからなる配置は，レンズの加熱すべき外側面のできる限り近傍に配置されており，それによって加熱すべき面の直下でエネルギを投入することにより加熱出力の減少がもたらされる。さらに，そこから加速された加熱特性がもたらされる。さらに，所望の抵抗状態を有するワイヤが使用されることにより，加熱出力の容易な適合を達成することができる。それは，例えば抵抗ワイヤとすることができる。
【０００３】
ＤＥ１９６２６３４４Ａ１は，少なくとも部分的にセラミック材料からなる，あるいはセラミック材料を充填されたプラスチック，例えばポリプロピレン又はポリカーボネートからなる，特に車両用の距離センサのための，ミリメートル波を集束するレンズを説明している。セラミック材料として，例えば酸化マグネシウム成分及び酸化カリウム成分を有する酸化アルミニウムが設けられている。純粋にセラミック材料からなるレンズは，ＤＥ１９６２６３４４Ａ１によれば，プレス，テンパー又は焼結により，そしてセラミック材料を充填されたプラスチックからなるレンズは，射出成形方法により形成することができる。ＤＥ１９６２６３４４Ａ１の実施形態においては，レンズ表面上に保護層が設けられており，その保護層はレンズの外側へ向いた表面を少なくとも天候の影響から保護する。特に，セラミック材料を充填されるプラスチックレンズの場合には，保護層についてヘキサメチルジシロキサンが挙げられる。ＤＥ１９６２６３４４Ａ１の他の実施例においては，平凸レンズが設けられており，その場合に組み込まれた状態において選択的に凸表面又は平坦な表面が天候の影響を受ける。反射損失を減少させるために，ＤＥ１９６２６３４４Ａ１においては，レンズの少なくとも１つの表面に，レンズに平坦な表面を与えるために誘電体により充填することのできる溝が形成されている。その場合に誘電体はレンズの光学軸方向及び／又はそれに対して横方向に，不均質な誘電定数を有する場合がある。
【０００４】
ＤＥ１９７４１０８１Ｃ１からは，アンテナレンズの形成方法が既知である。この方法においては，調質層を形成し，かつレンズ形状を予め設定する硬いシェルが形成されて，シェルの空間がレンズコアを形成する液状，粉末状又はペースト状の材料により充填される。その場合にシェルはプラスチックからなり（例えばプレキシガラス，ポリカーボネート又は同様の材料），レンズコアのための材料としては例えばプラスチック及びセラミック材料とプラスチックからなる混合物が設けられている（例えばポリエチレン，ポリプロピレン，Ａｌ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_３又はＣａＺＯ_Ｘ）。シェルの表面は，ＤＥ１９７４１０８１Ｃ１によれば，滑らかに形成することもでき，各任意の構造，例えばフレネル構造，を有することもできる。シェルがレンズのために理想的な調質層を形成するように，ＤＥ１９７４１０８１Ｃ１においては，その誘電定数が本来のレンズ材料（充填物）の誘電定数の平方根に相当するプラスチックからシェルを形成することが提案される。さらに，ＤＥ１９７４１０８１Ｃ１からは，誘電レンズ材料の非常に高い誘電定数（ε＞９）によって，短い焦点距離を有するコンパクトな組み立て構造が実現できることが理解される。
【０００５】
ＤＥ１９６４４１６４Ｃ２からは，電磁波を送／受信するための少なくとも１つの送／受信素子を有する車両レーダシステムが既知であり，その場合に電磁波を集束あるいは散乱させるために，レンズ形状の誘電性のボディが少なくとも１つの送／受信素子のビーム路内に配置されている。さらに送／受信素子を天候の影響から保護する，レンズ形状の誘電性のボディは，電気的に導通するレーンからなる配置を有しており，そのレーンの幅は最大で１０分の１ラムダであり，その互いの距離は少なくとも４分の１ラムダであって，その場合にラムダは電磁波の自由空間波長を示す。その場合に電気的に導通するレーンは，主として電磁波の極性方向に垂直に配置されている。電気的に導通するレーンからなる配置は，各々所望の使用に応じて，誘電性のボディの内側，即ち送／受信素子に向いた側，外側又は誘電性のボディの内部にも配置することができる。電気的に導通する配置がヒータ電流によって貫流された場合に，このようにして誘電性のボディを氷，雪又は溶雪の被覆から解放することができる。同様にヒータ電流により誘電性のボディを乾燥させ，あるいは乾燥した状態にしておくことができる。さらに，電気的に導通する配置を，少なくとも２つの互いに分離された構成要素に分割する可能性があることが開示される。この構成において，電気的に導通するレーンからなる配置が誘電性のボディの外側に設けられている場合には，配置の２つの分離された構成要素間の容量の測定を介して，被覆材料のいわゆる損失角ｔａｎδを推定することができる。換言すると，誘電性のボディの汚れを検出することができる。この検出された汚れあるいは検出された汚れ被覆に従って，電気的に導通する配置を貫流するヒータ電流をスイッチオンさせることができる。他方で，少なくとも２つの領域に分割することによって，例えば高い加熱出力で氷で覆われたレンズを急速に加熱し，そして次に減少された加熱出力でレンズを露出させておくために，加熱出力を変化させることができる。ＤＥ１９６４４１６４Ｃ２からはさらに，レンズボディがセラミックからなる場合には電気的な導体レーンを公知の厚膜技術で塗布し，ボディがプラスチックからなる場合には同様に公知の電気的な導体レーンを印刷するための安価な方法を使用できることが，既知である。ＤＥ１９６４４１６４Ｃ２の実施例からは，材料の異なる２つの平凸部分レンズからなる２つの部分レンズから構成されたレンズを設けることができることが認識される。その場合に電気的な導体レーンは，２つの部分レンズの平坦な面の間の平面内に配置することができる。
【０００６】
ＤＥ１９７２４３２０Ａ１，ＤＥ１９６２６３４４Ａ１，ＤＥ１９７４１０８１Ｃ１及びＤＥ１９６４４１６４Ｃ２は，車両レーダシステム内で使用することのできるアンテナレンズの各種形態を説明している。その場合にＤＥ１９７２４３２０Ａ１とＤＥ１９６４４１６４Ｃ２は，各々，特に雪，氷又は溶雪のような被覆をアンテナレンズの天候の影響にさらされる側から除去するために使用することのできる電気的な導体レーンからなる配置を有している。２つの文献は，所望の抵抗状態を有するワイヤによって加熱出力を適合させることができることによって，あるいは電気的に導通する配置を少なくとも２つの互いに分離された構成要素に分割することによって，加熱出力制御が可能であることを開示している。
【０００７】
本発明にかかる車両レーダシステムは，従来の技術に比較して，少なくとも１つのハウジングと，電磁波を送信及び／又は受信するための少なくとも１つの送／受信素子と，電磁波のビーム路内の少なくとも１つの第１の誘電性のボディと，前記第１の誘電性のボディと直接接触する電気的な導体レーンからなる少なくとも１つの配置とを有し，その場合に電気的な導体レーンへ電気的出力が供給可能であって，その場合に電気的な導体レーンが好ましくは第１の誘電性のボディを加熱するために使用される車両レーダシステムにおいて，電気的な導体レーンが，明確な正の温度係数（ＰＴＣ−特性）を有する材料からなることよって展開されている。このように本発明によって明確な正の温度係数（ＰＴＣ−特性）を有する材料を使用することが，温度の上昇に伴って電気的な導体レーンの電気的抵抗が著しく上昇する，という結果をもたらす。それによって，温度が上昇した場合に抵抗が上昇することにより加熱出力が減少されることによって，ある種の自己制御特性が生じる。これは，車両電気系統電圧が一定であると仮定して，加熱出力が加熱出力に反比例することを意味している。電気的な導体レーンを好適に寸法決めし，かつ明確なＰＴＣ−特性を有する好適な材料を選択した場合には，複雑でコストをもたらす，電気的な加熱出力の開ループあるいは閉ループ制御を省略することができる。というのは，この機能は電気的な導体レーンの自己制御効果によって保証されているからである。
【０００８】
好ましくは，電気的な導体レーンの互いに対する距離は，使用される電磁波の自由空間波長の４分の１の奇数倍にほぼ相当する。この設計によって，電磁波の最小の影響が生じる。
【０００９】
本発明にかかる車両レーダシステムの好ましい展開においては，第１の誘電性のボディは，電磁波を集束又は散乱させるためのレンズである。
【００１０】
好ましい展開は，第１の誘電性のボディがセラミック材料からなり，電気的な導体レーンは，誘電性のボディの，送／受信素子に向いた表面に塗布された電気的に導通する印刷ペーストからなることにある。この構造的な本発明にかかる構成によって，自己制御効果を有するある種の「セラミックの加熱石（Ｈｅｉｚｓｔｅｉｎ）」が形成される。その場合に，電気的な導体レーンが平坦な配置を形成すると，効果的である。というのは，これは電気的な導体レーンの形成に関して最小のコストと結びついているからである。
【００１１】
他の展開においては，第１の誘電性のボディの，少なくとも送／受信素子とは逆の側に，熱可塑性材料からなるカバー層が取り付けられており，その場合にカバー層は第１の誘電性のボディを，カバー層がハウジングに対するシールとなるように，包囲している。その場合にカバー層は，カバー層の誘電定数が第１の誘電性のボディの誘電定数の平方根にほぼ相当し，かつカバー層の層厚が使用される電磁波の自由空間波長の４分の１の奇数倍に相当するように，寸法決めされている。本発明によりカバー層をこのように設計して配置することによって，カバー層を，車両レーダシステムを天候の影響から保護する反射減衰適合層として使用することができる。
【００１２】
本発明にかかる車両レーダシステムの他の形態においては，少なくとも１つの第２の誘電性のボディが電磁波のビーム路内に配置されており，その場合に第１の誘電性のボディは電磁波を集束又は散乱させるためのレンズであって，かつその場合に第２の誘電性のボディは，送／受信素子と第１の誘電性のボディとの間に配置されている。この解決は，電磁波を集束させるための誘電性のレンズを第１の誘電性のボディとは関係なく形成することができる，という利点を提供する。その場合に好ましくは，第２の誘電性のボディが第１の誘電性のボディと直接接触しないように，設計される。
【００１３】
実施例の説明
図１は，本発明にかかる車両レーダシステムの横断面を示しており，同システムはこの表示においてそのすべてが詳細に示されているわけではない。図１にかかる表示は，本発明にとって重要な要素に限られている。従って本発明にかかる車両レーダシステムは，大体においてハウジング１０からなり，そのハウジングは本実施例においてはレンズ形状の誘電性のボディ１１によって閉鎖されている。レンズ形状の誘電性のボディ１１に直接接触して，本発明にかかる電気的に導通するレーン１２が配置されており，そのレーンは明確な正の温度係数（ＰＴＣ−特性）を有する材料からなる。ハウジングの内部には，ベース１３上に配置されたベースプレート１４が設けられており，そのベースプレート上にさらに送／受信素子１５と他の構成素子１６が配置されている。この実施例においては，３つの送／受信素子１５が図示されている。しかし，本発明は，所定数の送／受信素子に限定されるものではない。図１にかかる表示においては，車両へのシステムの接続接点，電気的に導通するレーン１２の電気的な接続端，幾つかの他の電気的な接続グループ及び車両内へ組み込むために必要な機械的ホルダは，図示されていない。さらに，本実施例においては，その上に送／受信素子１５と構成素子１６が配置されている，ベースプレート１４のみが図示されている。実際の実施形態においては，ベースプレート１４上にプレートバーが配置されており，その上に他の素子が配置される。本実施例において図示されているレンズ形状の誘電性のボディ１１は，送／受信素子１５によって送信あるいは受信される電磁波を集束させるために用いられる。一般には，この種の誘電性のボディは，電磁波を散乱させるためにも使用することもできる。
【００１４】
図２は，本発明にかかる車両レーダシステムの第１の実施例を示している。図２は，誘電性のボディ２０を上面で示しており，そのボディ内には電気的に導通するレーン２１が蛇行して挿入されている。さらに，電気的に導通するレーンへの電気的な接触を形成するために使用される，２つの接続接点２２が図示されている。その場合に電気的な導通レーンの互いに対する距離は，使用される電磁波の自由空間波長の４分の１の奇数倍にほぼ相当するように，設計されている。この設計によって，電磁波が電気的な導体レーンによってほとんど影響されないことが，保証される。本発明によれば，電気的な導体レーンは，明確な正の温度係数を有する材料からなり，即ちそのオーム抵抗が材料温度の上昇に伴って著しく上昇する材料が使用される。
【００１５】
図３は，本発明にかかる車両レーダシステムの第２の実施例を示しており，同システムはこの形態において本発明の好ましい実施を示している。図３は，ハウジング３０を示しており，このハウジングはこの表示においては単に概略的に図示されている。ハウジング３０は，電磁波の放射方向に誘電性のボディ３１によって閉鎖されており，そのボディはカバー層３２によって被覆されており，そのカバー層は同時にハウジング３０に対するシールとなっている。誘電性のボディ３１の，ここには図示されていない送／受信素子に向いた側に，本発明によれば，明確な正の温度係数を有する材料からなる電気的に導通するレーン３３が取り付けられている。
【００１６】
この好ましい実施形態においては，誘電性のボディ３１は，セラミック材料，例えばＡｌ_２Ｏ_３からなり，電気的な導通レーン３３は電気的に導通する印刷ペーストから形成されている。この本発明にかかる実施形態は，電気的に導通するレーンからなる配置が安価な方法で，例えば厚膜技術又はスクリーン印刷方法で形成できる，という利点を有している。本発明にかかる，明確なＰＴＣ−特性を有する材料からなる電気的に導通するレーン３３とセラミック材料からなる誘電性のレンズ３１との組合せは，車両内に使用した場合に，特に氷点近傍又はそれ以下の低い外気温度において使用される，という極めて大きい利点を提供する。誘電性のレンズ３１のための材料として，通常は極めて良好に熱を伝達する（例えばプラスチックに比較して良好な熱伝達値）セラミックが選択されていることによって，どんな場合でも誘電性のボディの均一な加熱が保証される。
車両レーダシステムあるいは好適な加熱装置の使用開始後は，まず高い電流（高い電気的出力：ＰＨｅｉｚ＝ＵＫＦＺ＊ＵＫＦＺ／ＲＰＴＣ）が電気的に導通するレーンを通って流れ，その電流は，一定の車両電気系統電圧（ＵＫＦＺ）を前提として，まだ冷たい電気的に導通するレーン３３の極めてわずかな抵抗（ＲＰＴＣ）によってのみ制限される。それが，誘電性のボディ３１の加速された加熱特性をもたらす。電気的に導通するレーン３３と従ってまた誘電性のボディ３１の温度の上昇に伴って，電気的な導通レーン３３の抵抗が著しく上昇し，それによって電気的に供給される出力がこの自己制御効果によって許容される連続出力に制限される。誘電性のレンズ３１をセラミックから形成することは，さらに，特に薄い誘電性のボディを形成することができ，そのボディがシステム全体の組立ての奥行を減少させる，という利点を有する。この薄いセラミックレンズは，さらに，電磁波が材料内を移動しなければならない距離区間が短いので，通過減衰がわずかである，という利点を提供する。さらに，セラミック材料は，例えばプラスチックよりもずっとわずかな損失係数を有する。
【００１７】
本発明によれば，図３に図示されるカバー層３２は，熱可塑性材料，例えばポリカーボネートからなる。図３から明らかなように，カバー層３２は誘電性のボディ３１を，カバー層３２がハウジング３０に対するシールとなるように，包囲している。カバー層３２は，そのカバー層の誘電定数が誘電性のボディ３１の誘電定数の平方根にほぼ相当し，かつカバー層３２の層厚が使用される電磁波の自由空間波長の４分の１の奇数倍に相当するように，設計されている。カバー層３２のこの設計によって，カバー層３２は反射減衰適合層として使用することができ（この効果は，例えばメガネガラスの反射防止層として既知である），それが車両レーダシステムをさらに天候の影響から保護する。カバー層の材料としてポリカーボネートを使用する場合には，さらに，カバー層の高い衝撃強靱性が得られ，それがその下にある（セラミックの）レンズボディを車両において典型的な横衝撃応力から保護する。
【００１８】
本発明によれば，電気的な導通レーンの寸法決めは，誘電性のボディの，そこからは損傷が発生する可能性のある，許容される限界温度を上回ることがないように，行われる。具体的な設計は，誘電性のボディと電気的に導通するレーンの正確な材料選択及び他の周辺条件（例えば誘電性のボディの厚み又は車両電気系統電圧の定数）に依存し，当業者に任せられる。本発明にかかる車両レーダシステムの決定的な利点は，電気的に導通するレーンの設計が正しい場合には，コストをもたらす付加的な開ループ制御／閉ループ制御を省略することができ，かつそれにもかかわらず車両レーダシステムから迅速かつ確実に雪や氷の被覆が除去されることである。
【００１９】
図４は，本発明にかかる車両レーダシステムの第３の実施例を示している。ここでは，図３と同様に概略的に示唆されるハウジング４０が図示されている。図４に示す実施例においては，放射方向においてまず誘電性のボディ４１が，そしてさらにカバープレート４２が設けられている。その場合に誘電性のボディ４１は，誘電性のレンズとして形成されている。カバープレート４２の下側に，本発明によれば，明確な正の温度係数を有する材料からなる，電気的に導通するレーン４３が取り付けられている。カバープレート４２は，集束する作用のないレーダドームとして設計されてるが，電磁波のビーム路への好適な影響を有するものとして設計することもできる。
【００２０】
図５は，本発明にかかる車両レーダシステムの第４の実施例を示している。図示された実施形態は，図４に示す実施形態に似ている。概略的に暗示されるハウジング５０，誘電性のボディ５１及びカバープレート５２が図示されている。図４に示す実施形態とは異なり，図５に示す実施形態においては，電気的に導通するレーン５３は，カバープレート５２内に統合されている。この実施例においても，電気的に導通するレーンは，明確な正の温度係数を有する材料からなる。
【００２１】
一般に，第１と第２の誘電性のボディからなる配置と電気的な導通レーンの配置を任意に組み合わせることが可能である。明確な正の温度係数を有する材料が使用される限りにおいて，これらの実施形態は，本発明にかかる車両レーダシステムの範囲内にある。同様に，より多い数の誘電性のボディを有する配置あるいは，第１及び第２の誘電性のボディが直接接触するような，図４又は図５に示す配置も可能である。
【図面の簡単な説明】
以下において，図面を用いて本発明にかかる車両レーダシステムの実施例を説明する。その場合に，
【図１】 図１は，本発明にかかる車両レーダシステムの横断面を示し，
【図２】 図２は，本発明にかかる車両レーダシステムの第１の実施例を示し，
【図３】 図３は，本発明にかかる車両レーダシステムの第２の実施例を示し，
【図４】 図４は，本発明にかかる車両レーダシステムの第３の実施例を示し，
【図５】 図５は，本発明にかかる車両レーダシステムの第４の実施例を示している。

Claims (14)

1. −少なくとも１つのハウジングと，
   −電磁波を送信及び／又は受信するための少なくとも１つの送／受信素子と，
   −前記電磁波のビーム路内の少なくとも１つの第１の誘電性のボディと，
   −前記第１の誘電性のボディの前記送／受信素子に対向する部分と直接接触する，電気的な導体レーンからなる少なくとも１つの配置と，
   を有し，
   −その場合に前記電気的な導体レーンに，電気的な出力が供給可能であって，かつ
   −その場合に前記電気的な導体レーンが，好ましくは第１の誘電性のボディを加熱するために用いられる，
   車両レーダシステムにおいて，
   前記電気的な導体レーンが，明確な正の温度係数（ＰＴＣ−特性）を有する材料からなり，
   前記第１の誘電性のボディの前記導体レーンが接触する前記部分とは逆側の部分を覆うと共に，前記ハウジングに対するシールとなるカバー層を更に有する，
   ことを特徴とする車両レーダシステム。
2. 前記電気的な導通レーンの互いに対する距離は，使用される電磁波の自由空間波長の４分の１の奇数倍にほぼ相当する，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
3. 前記第１の誘電性のボディは，電磁波を集束又は散乱させるためのレンズである，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
4. 前記第１の誘電性のボディが，セラミック材料からなる，ことを特徴とする請求項１又は３に記載の車両レーダシステム。
5. 前記電気的な導通レーンは，電気的に導通する印刷ペーストから形成されている，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
6. 前記カバー層は，熱可塑性材料からなる，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
7. 前記カバー層の誘電定数は，前記第１の誘電性のボディの誘電定数の平方根にほぼ相当する，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
8. 前記カバー層の層厚は，使用される電磁波の自由空間波長の４分の１の奇数倍に相当する，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
9. 前記カバー層は，車両レーダシステムを天候の影響から保護する，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
10. 前記カバー層は，反射減衰適合層として使用される，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
11. 前記電気的な導体レーンが，第１の誘電性のボディの，送／受信素子に向いた側に配置されている，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
12. 前記電気的な導体レーンが，平坦な配置を形成する，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
13. −少なくとも１つの第２の誘電性のボディが，電磁波のビーム路内に配置されており，
    −その場合に第２の誘電性のボディは，電磁波を集束又は散乱させるためのレンズであって，かつ
    −その場合に第２の誘電性のボディは，送／受信素子と第１の誘電性のボディとの間に配置されている，ことを特徴とする請求項１に記載の車両レーダシステム。
14. 前記第２の誘電性のボディは，前記第１の誘電性のボディと直接接触していない，ことを特徴とする請求項１３に記載の車両レーダシステム。

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