KR20240049374A - 전동 차량을 위한 레이더 시스템 - Google Patents

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KR20240049374A
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electronic unit
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마티유 반셀린
필리페 길로트
로랑 로쉬블레이브
프레데릭 스타블로
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꽁빠니에 쁠라스띠끄 옴니옴 에스이
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Abstract

본 발명은:
- 사전 정의된 주파수 대역의 전자기파를 송수신하도록 구성된 전자 유닛(900);
- 차량(1)의 제1 차체부품(100a) 상에 위치하고, 제1 메타표면(500a)이 배치되고 전자기파를 반사하는 제1 반사 공동(400a)을 포함하는 제1 지향성 안테나(300a);
- 차량(1)의 제2 차체부품(100b) 상에 위치하고, 제2 메타표면(500b)이 배치되고 전자기파를 반사하는 제2 반사 공동(400b)을 포함하는 제2지향성 안테나(300b) - 제2 안테나는 제2 도파관(700b)을 통해 전자 유닛(900)에 연결되고, 제2 사전 정의된 방향으로 전자 유닛(900)으로부터 송신되고 제2 도파관(700b)을 통해 전파되는 전자기파를 전송 및/또는 제2 사전 정의된 방향으로부터 수신된 전자기파를 제 2도파관을 통해 전자 유닛을 향해 전파하도록 구성됨 -;
를 포함하는 전동 차량(1) 레이더 시스템(200)에 대한 것이다.

Description

전동 차량을 위한 레이더 시스템
본 발명은 자동차 분야, 예를 들면, 특히 장애물 감지를 위해, 원하는 방향으로 전자기파를 송신 및/또는 수신하기 위한 레이더 시스템이 장착된 자동차에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 전면 및 후면 범퍼에 레이더형 장치가 장착된 자동차들이 알려져 있다. 이러한 레이더 장치는 주차 지원은 물론 운전 지원을 위해서 활용되고 있으며, 예를 들면 영어 약어 ACC (어댑티드 크루즈 컨트롤 << Adaptative Cruise Control ≫) 애플리케이션으로 더 잘 알려진 교통 상황에 따라 차량의 속도를 조절하는 애플리케이션에서 레이더 시스템은 레이더 장치가 장착된 자동차와 전방 차량 간의 속도와 거리를 감지한다. 이와 같은 레이더는 특히 도로 상의 교통 및/또는 장애물에 따른 차량 속도 조절에 사용된다. 특히 차 간 안전거리를 유지하기 위해 레이더는 장착된 차량 전방 물체의 속도와 거리를 감지한다.
일반적으로 자동차 산업에서 레이더의 주요 적용 분야는, 예를 들면 주차 지원 시스템, 후진 보조 시스템 또는 보행자 보호 기능 또는 이러한 유형의 기타 시스템과 같은 장비들을 위해, 차량 주변의 전방위 감지가 가능하도록 점점 더 많은 레이더 모듈들이 내장되고 있는 차량 차체분야이다. 그러나 이러한 다양한 레이더는 감지 필드 (장거리 또는 근거리, 정면 또는 측면 감지, 등)와 기능(주차, 자율 주행, 등)에 따라 유형이 다르고 또 더불어 제조자에 따라 다르므로, 각기 독립적으로 제공된 데이터를 이를 활용할 수 있는 차량의 다양한 장비(제동, 조향, 헤드라이트, 소리 또는 시각 경보, 등)에 최적으로 병합할 수 없게 한다.
따라서 차량의 주변 환경을 더 잘 특징 하기 위해, 자동차 제조사는 한편으로는 차량 주변 모니터링 볼륨의 크기를 향상시킬 수 있는 장치들과 또 다른 한편으로는 이러한 장치에서 얻어진 데이터 처리의 분해능을 향상시킬 수 있는 장치들이 필요하다. 이는 차량이 특히 사고를 방지하고 기동을 용이하게 하며 자율 적으로 운전하기 위해, 차량이 그 환경과 최적으로 상호 작용하도록 하기 위한 것이다.
차량 주변의 전방위 감지 볼륨 (3D)를 높이기 위해 자동차 제조사에서는 특정 표면에 분포된 레이더 수를 증가시키는 방향으로 나아가고 있다.
그러나 사용되는 레이더 수의 증가는 비용 증가로 이어진다.
더구나, 레이더 수의 증가는 많은 무선 주파수 트랙에 지속적인 전력 공급을 요구되고, 이는 많은 에너지를 소비하며, 특히 자율 및/또는 전기 자동차에 매우 해롭다.
게다가, 레이더를 약간 소형화 할 수 있다고 하더라도, 제한된 가용 면적 (차체 부품들의 크기는 늘릴 수 없음)과 다른 장비들의 존재로 인해 특정 표면에 분포된 레이더 수의 증가는 실현하기 어려울 수 있으며, 더욱이 레이더가 서로 충돌하는 것을 방지하기 위해 각 레이더 사이에 최소 거리를 유지해야 할 수도 있다.
레이더들이 제공하는 장애물의 위치 및 속도에 대한 추가적인 정보들을 얻기 위해서, 특히, 예를 들어 차량 주변의 (환경 또는 장애물) 물체들을 인식하고, 그들의 궤적을 추적하며, 가능한 한 이에 대한 가장 완전한 이미징을 구성할 수 있는, 향상된 공간 분해능을 갖춘 장치들을 모색하고 있다.
따라서 차량에 LIDAR 및 카메라들과 같은 레이더 보완 장치들이 점점 더 많이 장착되고 있다.
공간 분해능은 관찰 장치가 세부적인 것을 구별짓는 능력을 표현한다. 이는 특히 두 개의 인접 지점이 올바르게 식별되기 위해 서로 구분되어야 하는 최소 거리로 특징지어질 수 있다.
레이더의 경우, 해당 거리 분해능은 관찰에 사용되는 파동의 파장과 관찰 장치의 개구(opening)의 크기 간의 비율에 따른다. 따라서, 공간 분해능의 향상, 즉 거리 분해능을 감소시키기 위해서는 (파동 주파수의 증가) 파장의 감소 및/또는 관찰 장치의 개구(opening)을 늘리는 것이 필요하다. 실제로 공간 분해능 R은 다음 방정식으로 특정된다:
여기서, c 는 광속, L은 관찰 장치와 표적 간의 거리, f 는 레이더의 주파수, O 는 관찰 장치의 개구(opening)이다.
이것이 오늘날에는, 예를 들어 24GHz 대신 77GHz의, 더 높은 주파수에서 작동하는 레이더를 사용하려고 하는 이유이다
반면, 요새 레이더의 소형화는 개구(opening)을 감소시켜 분해능이 감소된다.
또한, 차체 부품에 부착된 레이더의 경우, 레이더의 위치 설정에 관련된 문제에 직면하게 된다. 실제로, 레이더가 장착된 차체 부품의 변형(충격이나 열팽창 등)이 발생할 경우에도 레이더가 올바른 기능을 수행할 수 있도록 레이더의 무결성을 보장할 수 있는 것이 중요하다. 따라서, 레이더의 적절한 위치(송신/수신방향의 유지)를 레이더 기능을 활용하는 기간 내내 보장하는 것이 필요하다.
따라서 감지 장치의 비용과 에너지 소비를 제한하면서도, 차량 주변에 있는 물체들의 위치와 속도를 제공할 수 있고, 보다 적합한 범위와 공간 분해능을 가질 수 있는 해결책을 제공하는 것이 바람직하다. 이는 차량 주변의 물체나 사람의 감지 개선하고, 특히 소비를 최대한 제한해야 하는 전기 차량을 포함한 자율 차량에서 이러한 시스템의 설치를 용이하게 한다.
이를 위해, 본 발명은 전동 차량용 레이더 시스템으로서:
- 사전 정의된 주파수 대역 내의 전자기파를 송수신하도록 구성된 전자 유닛;
- 차량의 제1 차체부품 상에 위치하며, 제1 메타표면이 배치되고 전자기파를 반사하는 제1 반사 공동을 포함하는 제1 지향성 안테나 - 상기 제1 지향성 안테나는 제1 도파관을 통해 상기 전자 유닛에 연결되도록 구성되고, 제1 사전 정의된 방향으로 상기 전자 유닛에 의해 송신되어 상기 제1 도파관을 통해 전파되는 전자기파를 송신하도록 및/또는 상기 제1 사전 정의된 방향으로부터 수신된 전자기파를 상기 제1 도파관을 통해 상기 전자 유닛을 향해 전파하도록 구성됨-;
- 상기 차량의 제2 차체부품 상에 위치하며, 제2 메타표면이 배치되고 전자기파를 반사하는 제2 반사 공동을 포함하는 제2 지향성 안테나 - 상기 제2 지향성 안테나는 제2 도파관을 통해 전자 유닛에 연결되도록 구성되고, 제2 사전 정의된 방향으로 전자 유닛으로부터 송신되고 상기 제2 도파관을 통해 전파되는 전자기파를 전파하도록 및/또는 상기 제2 사전 정의된 방향으로부터 수신된 전자기파를 상기 제2 도파관을 통해 상기 전자 유닛을 향해 전파하도록 구성됨-;
를 포함하는 전동차량용 레이더 시스템에 관한 것이다.
단독 또는 조합하여 취해질 수 있는 레이더 시스템의 다른 선택적 특징들은 다음과 같다:
- 송신 안테나로 불리는 제1 안테나는 전자 장치로부터 송신되고 제1 사전 정의된 방향으로 제1 도파관을 통해 전파되는 전자기파를 송신하도록 구성되고, 수신 안테나로 불리는 제2 안테나는 송신 안테나에 의해 송신되어 장애물에 의해 반사된 전자기파를 수신하고, 수신된 전자기파를 제2 도파관을 통해 전자 유닛을 향해 전파하도록 구성된다.
- 제1 안테나는 제1 차체부품의 플라스틱 소재 벽 뒤에 위치하도록 구성되고 제2 안테나는 제2 차체부품의 플라스틱 소재 벽 뒤에 위치하도록 구성된다.
- 안테나들이 균일된 플라스틱 소재 벽을 마주 대하여 배치되도록 구성된다.
- 안테나들이 곡률반경이 500mm 이상인 플라스틱 소재 벽을 마주 대하여 배치되도록 구성된다.
- 제1 차체부품과 제2 차체부품은 인접한 차체부품들이다.
- 제1 차체부품은 차량의 제1 측면에 위치하고, 제2 차체부품은 차량의 제1 측면의 반대편인 제2 측면에 위치한다.
- 제1 차체부품 및/또는 제2 차체부품은 차량 상에 장착된 이동성(mobile) 차체부품이다.
- 사전 정의된 주파수 대역은 60GHz 이상이며, 특히 75GHz내지 80GHz 사이이며, 특히 77GHz이다. 주파수 대역은 또한 120GHz내지 160GHz 사이, 특히 140GHz일 수도 있다.
- 전자 유닛은 차체부품들의 외부 표면으로부터 이격되어 배치되도록 구성된다.
본 발명은 또한 적어도 제1 및 제2 차체부품을 포함하는 하나의 조립체로서, 앞서 서술된 바와 같은 레이더 시스템을 포함하는 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 또한 앞서 서술된 바와 같은 제1 차체부품, 제2 차체부품 및 레이더 시스템을 포함하는 전동 차량에 관한 것이다.
본 발명은 단지 예로서 주어지며 첨부된 도면들을 참조하여 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다:
[도 1]은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템의 구성도이다.
[도 2]는 도 1에 따른 레이더 시스템의 두 개 안테나의 사시도이다.
[도 3]은 인접한 두 개의 차체부품에 위치한 두 개의 안테나의 평면도이다.
[도 4]는 하나의 차체부품에 배치된 안테나의 측면도이다.
[도 5]는 두 개의 별도 차체 부품에 위치한 두 개의 안테나의 정면도이다.
[도 6]은 다양한 차체부품들 상에 분포된 세 개의 안테나가 있는 레이더 시스템을 포함한 차량의 사시도이다.
[도 7]은 다양한 차체부품에 분포된 세 개의 안테나가 있는 레이더 시스템을 포함한 차량의 평면도이다.
상기 도면들에서, 동일한 요소들에는 동일한 레퍼런스가 부여된다.
다음에 제시된 실시예들은 단지 예시에 불과하다. 설명이 하나 이상의 실시 예를 언급하고 있음에도 불구하고, 모든 참조가 반드시 같은 실시 예를 지칭하거나 특징들이 오직 단일 실시 예에만 적용된다는 의미가 아니다. 다양한 실시 예들의 간단한 특징들은 다른 실시 예를 만들기 위해 결합되거나 교차될 수 있다.
본 설명에서는, 예를 들어 제1 요소 또는 제2 요소뿐만 아니라 제1 매개변수 및 제2 매개변수 또는 제1 특징 및 제2 특징 등과 같은, 일부 특정 요소 또는 매개변수를 인덱싱할 수 있다. 이는 유사하지만 동일하지 않은 요소나 매개변수 또는 특징을 구별하고 명명하기 단순한 인덱싱일 뿐이다. 이러한 인덱싱은 하나의 요소, 매개변수 또는 특징이 다른 것에 비해 우선순위가 있다는 것을 의미하지 않으며, 이러한 호칭들은 본 설명의 범위 내에서 쉽게 변경될 수 있다. 상기 인덱싱은 예를 들어 특정된 특징을 평가하는 데 있어 시간적 순서 또한 전제하지 않는다.
다른 한편으로는, 본 설명의 맥락에서, 방향성은 차량에 따른 XYZ 삼차원 좌표계를 기준으로 이해되어야 하며, 여기서 X은 차량의 정상적인 전진 방향을 나타내고, Y축은 차량의 횡축을 나타내며, Z축은 차량이 평평한 표면 상에 놓였을때 중력의 반대 방향을 나타낸다. 이때, XY 평면은 수평면을 형성하고 Z축은 수직 방향을 나타낸다. 임의된 방향 D에 있어서, 그 방위각은 XY 평면 내에서의 투영이 X축과 이루는 각도이며, 그 고도각은 XZ 평면 내에서의 투영이 X축과 이루는 각도이다. X축은 (XY 평면에서)방위각도와 (XZ 평면에서)고도각도에 대해 0도의 값에 해당한다.
본 발명은 전동 차량, 특히 자동차용 레이더 시스템에 대한 것이나 다른 유형의 전동 차량, 특히 육상차량 또는 비행 전동차량에도 적용될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템(200)의 도식을 도시한다. 레이더 시스템(200)은 사전 정의된 주파수 대역의 전자기파를 송신하도록 구성된 주 송신기(primary transmitter)(931)와 사전 정의된 주파수 대역의 전자기파를 수신하도록 구성된 주 수신기(primary receiver)(932)를 포함하는 전자 유닛(900)을 포함한다. 주파수 대역은 60GHz보다 큰 값, 특히 75GHz내지 80GHz 사이에 해당되며, 예를 들어 자동차 레이더 장치들의 표준화된 값인 77GHz에 해당된다. 120 GHz 내지160GHz사이, 특히 140GHz 사이의 주파수도 가능하다. 전자 유닛(900)은 또한 송신기(931) 및 수신기(932)를 조종하기 위해 구성된 제어 전자 기기(940)를 포함한다.
레이더 시스템(200)은 또한 제1 차체부품(100a) 뒤에 위치하며, 제1 메타표면(500a)이 위치한 전자기파를 반사하는 제1 반사 공동(400a)를 포함하는 제1 지향성 안테나(300a)를 포함한다. 반사 공동(400a)은 볼륨의 한계선 상에서 전자기파를 반사하도록 구성된 볼륨이다. 반사 표면은 예를 들어 금속 표면으로 구현된다. 반사 공동(400a)는 또한 사전 정의된 방향으로 전자기파의 송신 및/또는 수신할 수 있도록 비반사 부분들을 포함한다. 사전 정의된 방향은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 중심 축(D300a) 주위의 송신 및/또는 수신 콘(C300a)에 해당된다. 제1 중심 축(D300a)는 예를 들어 메타표면 및/또는 제1 지향성 안테나(300a)의 출력면에 의해 형성된 평면과 수직인 방향으로 확장된다(제1 지향성 안테나(300a)는 예를 들어 평행육면체 형태이며 출력면은 평행육면체의 면 중 하나에 해당된다). 송신 및/또는 수신 콘(C300a)의 형상은 특히 메타 표면 (500a)의 형상에 따라 달라진다. 메타표면(500a)이 예를 들어 직사각형과 같은 길쭉한 형태인 경우, 송신 및/또는 수신 콘(C300a)은 예를 들면 타원(elliptical) 또는 장방형인 길쭉한 단면 형태를 보이고, 큰 축은 메타표면(500a)의 종축에 해당한다. 제어 전자 요소(550a)는 예를 들어 메타표면(500a)과 결합되고 제어 전자 기기(940)에 연결된다. 이러한 제어 전자 요소(550a)는 예를 들면 메타표면(500a)의 제어된 표면을 조종하는 데 필요한 시프트 레지스터를 내장하거나, 또는 또 다른 예를 들어, 지향성 안테나(300a)를 특화할 수 있게 한다.
제1 안테나(300a)는 제1 도파관(700a)을 통해 전자 유닛(900)에 연결된다. 제1 도파관(700a)은 전자 유닛(900)의 송신기(931)에서 송신된 전자기파를 제1 안테나(300a)를 향해 전파 및/또는 제1 안테나(300a)에 의해 수신된 전자기파를 전자 유닛(900)의 수신기(932)를 향해 전파가 가능하도록 한다.
레이더 시스템(200)은 또한 제2 차체부품(100b) 뒤에 배치되고, 제2 중심 축(D300b) 주위의 제2 송신 및/또는 수신 콘(C300b)에 해당하는 제2 사전 정의된 방향을 갖는 제2 지향성 안테나(300b)를 포함한다(도 2 참조). 제2 안테나(300b)는 제2 메타표면(500b)이 위치하고 전자기파를 반사하는 제2 공동(400b)를 포함한다.
제어 전자 요소(550b)는 예를 들어 메타표면(500b)과 결합되어 있고 전자 유닛(900)에 연결된다. 이러한 제어 전자 요소(550b)는 예를 들면 메타표면(500b)의 제어된 표면을 조종하는 데 필요한 시프트 레지스터를 내장하거나, 또는 또 다른 예를 들어, 지향성 안테나(300b)를 특화할 수 있게 한다.
제2 안테나(300b)의 구성 요소들은 제1 안테나(300a)의 구성 요소들과 유사할 수 있다. 상기 두 안테나(300a, 300b)는 동일할 수 있으며, 이를 통해 생산 표준화를 가능케 하며 이에 비용을 절감할 수 있다.
다만, 제2안테나(300b)는 제1안테나(300a)와 다른 크기 또한 가질 수도 있다. 더불어, 제1 안테나(300a)와 제2 안테나(300b)의 방향은 다를 수 있으므로, 사전 정의된 제1 및 제2 방향들도 다를 수 있다.
제2 안테나(300b)는 제2 도파관(700b)을 통해 전자 유닛(900)에 연결된다. 제2 도파관(700b)은 전자 유닛(900)의 송신기(931)에 의해 송신된 전자기파를 제2 안테나(300b)를 향해 전파 및/또는 제2 안테나(300b)에 의해 수신된 전자기파를 전자 유닛(900)의 수신기(932)를 향해 전파가 가능하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안테나(300a 및 300b)는 메타 표면 (500a, 500b)의 형상에 대응하는 세장형 형태를 가질 수 있고 안테나와 결합된 송신 및/또는 수신 콘 (C300a, C300b)은 예를 들어 그 긴 축이 안테나 (300a 및 300b)의 종축에 해당하는 길쭉한 단면을 가지고 메타 표면(500a, 500b)의 큰 크기에 비례한다. 송신 및/또는 수신 각도는 장방형 형태의 큰 축에 따라서 예를 들어 80도와 110도 사이, 특히 90도(중심 축 D300a, D300b 대비 +/-45도)이고 장방형 형태의 작은 축에 따라서 20도(중심 축 D300a, D300b 대비 +/-10도)이다.
서로 다른 두 차체부품(100a, 100b)상에 두 개의 안테나(300a, 300b)의 배치는 다른 형태와 곡률을 지닌 차체부품들(100a, 100b) 상에 안테나(300a, 300b)를 배치하여 감지 필드를 확장할 수 있게 하며, 이는 안테나를 보다 더 유리하게 배치할 수 있게 하며 특히 보다 더 유리하게 방향을 설정할 수 있게 한다. 더불어, 이는 안테나(300a, 300b)의 가능한 위치들을 증가 시킬 수 있게 하고, 이에 제약 사항(가용 공간, 원하는 방향, 기타 장비들 과의 상호 작용, 도파관들의 위치 및 길이 등) 전반을 고려하여 안테나(300a, 300b)의 가용 위치를 더 용이하게 찾아 낼 수 있게 한다.
제1 차체부품(100a) 및 제2 차체부품(100b)은 인접한 차체부품들일 수 있으며, 이는 안테나들(300a, 300b) 사이의 거리를 감소할 수 있게 하고 이에 따라서 도파관(700a, 700b)의 길이를 한정할 수 있게 한다. 도파관(700a, 700b)의 감소된 길이는 도파관(700a, 700b) 내 전자기파의 전파 시 발생할 수 있는 손실 또는 감쇠를 한정할 수 있게 한다.
제1 차체부품(100a) 및 제2 차체부품(100b)은 이격?怜킬? 및/또는 다른 방향성을 가진 차체부품들일 수 있고, 예를 들어 또한 차량(1)의 한 편과 다른 한편 또는 차량(1)의 상단부 및 하단부 로서, 이는 감지 필드를 확장하고 동일한 레이더 시스템(200) 내에서 서로 다른 반대 방향에서 오는 감지 정보를 결합할 수 있게 한다.
적어도 안테나(300a, 300b)중 하나는 차량 대비 움직일 수 있게 장착된 하나의 차체부품, 예를 들어 문, 트렁크 문 또는 테일게이트 등에 장착될 수 있다. 차체부품의 이동성(mobility)은 상기 부품(들)의 움직임 시 추가적인 감지를 위해 사용될 수 있다.
제1 안테나(300a)가 송신 안테나이고, 제2 안테나(300b)가 수신 안테나인 경우, 감지범위를 최대화하기 위해서, 제1 중심축(D300a)과 제2 중심축(D300b) 간의 각도 편차(축(D300a)와 축(D300b) 방향에 의해 정의된 평면에서 측정)는 바람직하게는 30도 미만 또는 30도로 선택된다.
자동차와 같은 전동 차량(1)에 설비되는 경우, 특히 도 3의 평면도에 투영된 바와 같이 전방 범퍼나 그릴과 같은 전방 차체부품(100a, 100b) 상에 설비되는 경우, 제1 중심축(D300a)의 방위각도 α1과 제2 중심축(D300b)의 방위각도 α2 사이의 각도 편차 Δα는 감지 최적화를 위해 바람직하게는 30도 이거나 또는 그 미만, 예를 들면 30도이다.
범위가 더 적은 측면 감지의 경우, 30도 이상, 예를 들면 40도의 제1 중심축(D300a)과 제2 중심축(D300b) 사이의 방위각도 편차Δα가 사용될 수 있다.
예를 들면 자동차의 경우 다리 또는 인도 탐지와 같이, 분별력 없는 감지를 제한하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 또는 제2 중심축(D300a, D300b)과 수평 방향(평면XY) 사이의 고도각도β는 10도 미만(수평 방향에 대비 +/-5도), 바람직하게는 5도 미만(수평 방향에 대비 +/-2.5도) 이다.
또한, 여전히 분별력 없는 감지를 제한하기 위해, 도 5의 전면 투영도에 도시된 것처럼, 안테나의 종 방향 Y1 또는 Y2 (안테나에 결합된 송신 또는 수신 콘의 부분의 긴 축에 해당)과 수평 방향 사이의 피치 각도 y1 또는 y2는 바람직하게는 30도 미만, 특히 5도 미만이다. 안테나(300a, 300b)의 피치 각도는 감지 범위를 최대화하기 위해 실질적으로 동일하게 선택될 것이다.
안테나(300a, 300b)는 바람직하게는 전자기파의 잡음 반사를 제한하기 위해 차체부품(100a,100b)의 균일한 영역, 즉 균일한 구성과 일정한 두께를 갖춘 영역 후방에 배치된다. 이러한 이유로, 가능하다면 두 개의 차체부품(100a,100b)에 걸쳐 안테나를 배치하는 것은 지양하도록 한다.
제1 안테나(300a)는 전자기파를 송신하는 용도로만 사용되는 송신 안테나일 수 있고, 제2 안테나(300b)는 전자기파를 수신하는 용도로만 사용되는 수신 안테나일 수 있다. 이 경우, 송수신이 지속적으로 이루어져 지속적인 감지가 가능하다. 그러면, 수신 안테나(300b)는 송신 안테나(300a)에 의해 송신되고 송신 안테나(300a)의 송신 콘(C300a) 내에 위치한 하나의 장애물에 의해서 수신 안테나(300b)의 수신 콘(C300b)을 향해 반사되는 전자기파를 감지하도록 구성된다.
이 경우, 제1 안테나(300a)의 종방향(Y1)과 제2 안테나(300b)의 종방향(Y2) 간의 피치 각도의 편차는 송수신 간의 손실을 제한하고 감지 범위를 최대화하기 위해 바람직하게는 30도 미만, 특히 10도 미만, 예를 들면 0도이다.
안테나(300a, 300b) 및 특히 메타표면(500a, 500b)는 바람직하게는 잠재적인 잡음 반사를 제한하기 위해 차체부품(100)의 내부 표면에 가능한 한 가깝게 배치된다.
동일한 레이더 시스템(200)의 서로 다른 방향을 가진 제1 (300a) 및 제2 (300b) 안테나를 사용하는 것은 단일 안테나 사용에 비해 감지 범위를 증가시킬 수 있다.
더욱이, 레이더 시스템(200)의 구성은 안테나(300a, 300b)를 차체부품(100a,100b)의 내부 표면들에 최대한 가깝게 위치시키는 것을 가능하게 하여 차체부품(100a,100b)에 대한 반사 위험 또는 손실을 줄이는 한편, 전자 유닛(900)은 차체부품(100a,100b)에 대한 임의의 충격으로부터 전자 유닛(900)을 보호하기 위해 차체부품(100) 대비 더 후방에 배치될 수 있다.
안테나(300a, 300b, 300b')를 두 개의 별도 차체부품(100a, 100b)에 배치하는 것은, 그 중 하나, 예를 들면 차체부품(100a)가 손상된 경우에도, 감지를 계속할 수 있게 또 다른 차체부품(100b)에 배치된 안테나(300b)를 지속하여 사용할 수 있게 한다. 이로, 안테나(300b)는 감지 기능이 저하된 모드에서 송수신 모두에 사용될 수 있다. 또한, 전체 레이더 시스템(200)을 교체할 필요가 없이 차체 부품 (100a,100b)중 하나만, 즉 안테나(300a)만 교체하면 되므로, 수리 비용이 절감된다.
전자 유닛(900)과 안테나(300a, 300b) 사이의 거리는 제한될 수 있으며, 예를 들면 도파관(700a, 700b)에서 전자기파가 전파될 시 손실 또는 감쇠를 줄이기 위해, 500mm 미만으로 제한될 수 있다. 이를 위해, 차체부품(100a,100b)은 인접하게 선택될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 하나의 특정 실시예에 따르면, 레이더 시스템(200)은 여기서는 전동차량(1)의 전방 범퍼의 스킨인 제1 차체부품(100a) 상에 배치된 송신 안테나(300a)와, 여기서는 전방 범퍼의 프론트패널인 제2 차체부품(100b)에 배치된 수신 안테나(300b)와, 여기서는 전방 범퍼의 전방 휀더인 제3 차체부품(100b’)에 배치된 제2수신 안테나(300b’)를 포함한다. 안테나(300a, 300b, 300b')는 예를 들면 차량(1)의 전면을 형성하는 부품들 후면에 고정되고 이는 각각 범퍼 스킨(100a), 범퍼 프론트패널(100b)과 범퍼 휀더 (100b’)이다. 전자 유닛 (900)은 예를 들면 충돌 시 보호를 위해 차체부품(100a,100b, 100b’) 대비 안쪽으로 배치된다. 안테나(300a, 300b, 300b')는 차량(1)의 서로 다른 영역에 배치되며, 이러한 다른 영역은 차량의 폭, 즉 Y축을 따라 서로 오프셋되어 있고, 송신 안테나(300a)는 수신 안테나(300b, 300b')와 연결된 영역들에 대비하여 중앙 영역에 배치되고 이에 따라 레이더 시스템(200)에 상당한 감지 범위 제공이 가능하다.
차체부품(100a,100b, 100b’) 상의 안테나(300a, 300b, 300b')의 높이 위치에 대해, 특히 안테나(300a, 300b)와 같이 차량(1)의 전면부에 배치된 안테나들의 경우, 이들은 바람직하게는 충격빔과 그 흡수체의 가장 높은 지점을 통과하는 수평면 위에 위치하거나, 충격 빔과 그 흡수체의 가장 낮은 지점을 지나는 수평면 아래에 위치한다.
제1 수신 안테나(300b) 수신콘의 중심축(D300b)은 차량(1)의 진행 방향(X)과 거의 일치하는 방위 방향으로 배향되며, 도 7에 도시된 바와 같이 차량(1) 앞에 위치한 장애물(50)들의 정면 탐지가 가능하도록 방위 각도 편차는 예를 들어 5도 미만, 특히 0도이다. 중심축(D300b)의 고도각은 수평 방향과 거의 일치하며, 중심축(D300b)와 수평 방향(평면 XY) 사이의 각도 편차는 특히 5도 미만이다. 송신 안테나(300a)는 제1 수신 안테나(300b)와 거의 동일한 방향을 가질 수 있거나 제2 수신 안테나(300b')의 측면으로부터 방위각에 따른 각도 오프셋일 수 있다. 송신 안테나(300a)의 송신콘의 중심축(D300a)과 제1 수신 안테나(300b)의 수신콘의 중심축(D300b) 간의 방위각도의 편차는 차량(1)의 정면 방향에서의 감지 범위를 최대화하기 위해 예를 들어 30도 미만, 예를 들어 20도이다. 송신 안테나(300a)의 송신 콘의 중심축(D300a)의 고도각도는 수평 방향과 거의 일치하며, 중심축(D300a)과 수평 방향 간의 각도는 특히 5도 미만, 예를 들어 0도이다. 제2 수신안테나(300b')는 감지범위를 넓히고 차량(1) 측면에 위치한 장애물(50)을 감지할 수 있도록 제1 수신 안테나(300b)와 다른 방위각 방향성을 가진다. 송신 안테나(300a)의 송신콘의 중심축(D300a)과 제2 수신 안테나(300b)의 수신콘의 중심축 (D300a) 사이의 방위 각도 편차는 예를 들어 30도 이상이고, 예를 들어 40도이다. 제2 수신 안테나(300b')의 수신콘의 중심축(D300b')의 고도각도는, 수평 방향과 거의 일치하고, 특히 5도 미만, 예를 들어 0도와 같다.
도 6과 도 7의 예시에서, 제1 수신 안테나(300b)는 송신 안테나(300a)와 제2 수신 안테나(300b')보다 긴 길이를 가진다(후자의 두 안테나는 동일한 길이를 가질 수 있다). 더 긴 안테나 길이는 더 큰 규모의 메타표면(300a, 300b)을 의미하며, 이는 더 넓은 개구(opening)을 가능하게 하여 공간 분해능이 향상되어 상당한 거리, 예를 들면 100m에 위치한 두 개의 개별 요소를 식별할 수 있다. 따라서 더 큰 크기의 제1 수신 안테나(300b)는 차량(1)의 전진 이동 방향(X)에 해당되는 정면 방향의 공간 분해능을 향상시킬 수 있다. 제2 수신 안테나(300b')의 수신콘은 제1 수신 안테나(300b)의 수신콘과 중첩되는 영역을 포함할 수 있다. 이러한 중첩은 특히 수신 안테나(300b, 300b') 중 오작동을 감지할 수 있게 한다.
또한, 이러한 중첩은 송신 안테나(300a)와 두 개의 수신 안테나(300b, 300b')을 포함하는 전체 레이더 시스템(200)이 커버하는 감지 필드 내에서 이동하는 장애물의 추적을 실현할 수 있게 한다. 이와 같은 추적은 특히 다양한 안테나(300a, 300b, 300b')가 연결된 공통의 전자 유닛(900) 덕분에 가능하다. 공통 전자 유닛의 사용은 또한 특히 다양한 안테나(300a, 300b, 300b')에 의해 커버되는 감지 필드 내에서 이동하는 경우와 같이, 특히 장애물 감지와 연관된 지연을 감소시킬 수 있다.
따라서, 작동 중, 송신 안테나(300a)는 송신콘에서 전자기파를 송신한다. 이러한 전자기파는 다른 차량이나 보행자 또는 고정된 도시 요소와 같은 장애물(50)에 의해 반사되고, 차량(1) 전방에 위치한 장애물들(50)에 대해서는 제1 수신 안테나(300b)의 수신콘을 향해, 점선화살표시로 도 7에 도시된 바와 같은 차량(1)의 좌측에 위치한 장애물들(50)에 대해서는 제2 수신 안테나(300b’)의 수신콘을 향해 되돌려진다.
또 한편으로는, 안테나(300a, 300b, 300b')는, 송신 안테나(300a)가 전자기파의 수신을 허용하도록 재구성될 수 있으며, 역으로 수신 안테나(300b, 300b')는 전자기파를 송신하도록 재구성될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 송신 안테나(300a)에 이상이 발생하는 경우, 제1 수신 안테나(300b)는 제2 수신 안테나(300b')와 연합하여 감지 기능을 유지할 수 있도록 송신 안테나로 재구성될 수 있다. 그러나 이 경우 감지 성능은 저하되며, 예를 들어 감지 범위 및/또는 감지필드는 초기 설정에 비해 감소된다.
레이더 시스템(200)은 또한 예를 들어 차량(1)의 우측에서의 감지를 가능하게 하기 위해 더 많은 수의 수신 안테나를 포함할 수 있다. 레이더 시스템(200)은 또한 여러 송신 안테나들을 포함할 수 있다. 도 6과 도 7에 차량의 왼쪽 측면에만 도시된 안테나(300a, 300b, 300b')는, 바람직하게는 대칭적으로, 차량의 오른쪽 측면에 복제될 수 있으며, 여섯 개의 안테나(두 개의 송신 안테나와 네 개의 수신 안테나)는 전방 범퍼 주위에 최소 180도, 그 이상인 200도의 범위를 커버하는 감지 필드가 가능하도록 공통의 전자 유닛(900)에 연결될 수 있다. 더욱이, 레이더 시스템(200)은 다수의 전자 유닛(900)을 포함할 수 있으며, 안테나(300a, 300b, 300b')는 서로 다른 전자 유닛(900)에 연결될 수 있다. 서술된 다양한 실시 예에서, 전자 유닛(900)은 단일 송신기(931)과 단일 수신기(932)를 포함한다.
대안적으로, 안테나(300a)와 안테나(300b')들은 송수신 모두에 사용될 수 있습니다. 이 경우, 각 안테나의 송수신은 번갈아 가며 이루어진다. 이 경우, 안테나의 방향은 원하는 감지 필드에 따라 선택된다. 또한, 다른 안테나가 고장 났을 경우 레이더 시스템(200)의 감지능력을 보존하기 위해 안테나는 송신 및 수신 모드로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 앞서 서술된 바와 같은 제1 차체부품(100a), 제2 차체부품(100b) 및 레이더 시스템(200)을 적어도 하나 이상을 포함하는 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 또한 앞서 서술된 바와 같은 제1 차체부품(100a), 제2 차체부품(100b) 및 레이더 시스템(200)을 포함하는 전동 차량, 특히 자동차에 관한 것이다. 차체부품(100a,100b)은 후방에 플라스틱으로 만들어진 벽을 포함하고, 그 위에 하나 또는 다수의 안테나(300a, 300b)가 위치되고 고정된다. 바람직하게는 전자기파의 전달을 방해하지 않도록 상기 플라스틱 소재의 벽은 균질하다. 여기에서 "균질한"이라는 용어는 두께가 실질적으로 일정하고, 동일한 재료 또는 동일한 재료 층이 사용되고, 벽이 (통풍구와 같은 틈새들이 없이) 채워진 것을 의미한다. 또한 바람직하게는 안테나(300a, 300b)를 향하는 플라스틱 벽의 곡률은 감소되고 편평할 수 있는 안테나와 곡선형 차체 부품 사이에 나타날 수 있는 공간을 제한하기 위해 곡률 반경은 예를 들어 500mm 이상이다. 차체부품(100a,100b)들은 플라스틱 소재의 여러 구성 요소들로 구성될 수 있고 다수의 안테나를 포함할 수 있으며, 안테나들은 다양한 차체 부품들의 다양한 구성 요소들 상에 분포될 수 있다.
또한 전자유닛(900)은 차체부품(100a,100b)중 하나에 고정될 수도 있으나 꼭 플라스틱 소재 벽에 맞대어 있을 필요는 없다.
차체 부품(100a,100b)들은 전방, 후방 범퍼, 윙, 측면 도어, 테일게이트, 중간/앞/뒤 풋, 측면 아치 또는 전방/후방 루프 크로스멤버, 또는 레이더 시스템(200)에 의해 송신되는 전자기파의 전파를 허용하는 플라스틱 소재 벽을 포함하는 기타 모든 차체 부품 중에서 선택될 수 있다.
차량(1)은 또한 차량(1) 전체 주변의 장애물들(50)을 감지할 수 있도록 안테나(300a,300b,300b’)가 차량(1)의 서로 다른 차체부품들(100a,100b,100b’) 상에 분포되어 있는 서로 다른 레이더 시스템(200)들을 포함할 수 있다.
1 : 차량
50 : 장애물
100a, 100b : 차체부품들
200 : 레이더 시스템
300a, 300b, 300b' : 지향성 안테나
400a, 400b : 반사 공동
500a, 500b : 메타표면
550a, 550b: 결합된 메타표면의 제어 전자 기기
700a, 700b : 도파관
900 : 전자 유닛
931 : 주 송신기(primary transmitter)
932 : 주 수신기(primary receiver)
940 : 주 수신기(931) 및 주 수신기(932)의 전자제어장치

Claims (12)

  1. 전동 차량(1) 레이더 시스템(200)으로서,
    - 사전 정의된 주파수 대역의 전자기파를 송수신하도록 구성된 전자 유닛(900),
    - 상기 차량(1)의 제1 차체부품(100a)에 위치하며, 제1 메타표면(500a)이 배치되고 전자기파를 반사하는 제1 반사 공동(400a)을 포함하는 제1 지향성 안테나(300a) - 상기 제1 안테나(300a)는 제1 도파관(700a)을 통해 상기 전자 유닛(900)에 연결되도록 구성되고, 제1 사전 정의된 방향으로 상기 전자 유닛(900)에 의해 송신되어 상기 제1 도파관(700a)을 통해 전파되는 전자기파를 송신하도록 및/또는 상기 제1 사전 정의된 방향으로부터 수신된 전자기파를 상기 제1 도파관(700a)을 통해 상기 전자 유닛(900) 을 향해 전파하도록 구성됨 -;
    - 상기 차량(1)의 제2 차체부품(100b)에 위치하며, 제2 메타표면(500b)이 배치되고 전자기파를 반사하는 제2 반사 공동(400b)을 포함하는 제2 지향성 안테나(300b) - 상기 제2 안테나는 제2 도파관(700b)을 통해 전자 유닛(900)에 연결되도록 구성되고, 제2 사전 정의된 방향으로, 상기 전자 유닛으로부터 송신되고 상기 제2 도파관(700b)을 통해 전파되는 전자기파를 전송하도록 및/또는 상기 제2 사전 정의된 방향으로부터 수신된 전자기파를 상기 제2 도파관을 통해 상기 전자 유닛을 향해 전파하도록 구성됨 -;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  2. 제1항에 있어서,
    송신 안테나로 불리는 상기 제1안테나(300a)는 상기 전자 유닛(900) 로부터 송신되고 상기 제1 사전 정의된 방향으로 상기 제1 도파관을 통해 전파되는 전자기파를 송신하도록 구성되며, 수신 안테나로 불리는 상기 제2 안테나(300b)는 상기 송신 안테나(300a)에서 송신되어 장애물(50)에 의해 반사된 전자기파를 수신하고, 수신된 상기 전자기파를 상기 제2 도파관(700b)을 통해 상기 전자 유닛(900)을 향해 전파하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 안테나(300a)는 상기 제1 차체부품(100a)의 플라스틱 소재 벽 뒤에 위치하도록 구성되고 상기 제2 안테나(300b)는 상기 제2 차체부품(100b)의 플라스틱 소재 벽 뒤에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 안테나(300a,300b)들이 균일된 플라스틱 소재의 벽을 마주 대하여 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 안테나(300a,300b)들이 곡률반경이 500mm 이상인 플라스틱 소재의 벽을 마주 대하여 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 차체부품(100a)과 상기 제2 차체부품(100b)은 인접한 차체부품들인 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 차체부품(100a)은 상기 차량(1)의 제1 측면에 위치하고, 상기 제2차체부품(100b)은 상기 차량(1)의 상기 제1 측면의 반대편인 제2 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 차체부품(100a) 및/또는 상기 제2차체부품(100b)은 상기 차량(1) 상에 움직일 수 있게 장착된 차체부품인 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사전 정의된 주파수 대역의 범위는 60GHz 이상이며, 특히 75GHz 내지 80GHz 사이이며, 특히 77GHz인 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 유닛(900)은 상기 차체부품(100a,100b)들로부터 이격되어 위치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템(200).
  11. 적어도 제1 및 제2 차체부품을 포함하는 조립체로서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 레이더 시스템(200)을 포함하는 조립체.
  12. 전동 차량(1)로서,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 제1 차체부품(100a), 제2 차체부품(100b) 및 레이더 시스템(200)을 포함하는 전동 차량(1).
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