Title:
Kraftfahrzeug mit einer Erfassungseinrichtung
Kind Code:
A1


Abstract:

Kraftfahrzeug (1) mit einer Erfassungseinrichtung zur winkelaufgelösten Erfassung eines Kraftfahrzeugumfeldes durch ein Radarverfahren, wobei die Erfassungseinrichtung wenigstens eine flächig an einer jeweiligen Komponente (7, 8, 9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnete Folienantenne (2, 4, 5, 6) umfasst, die mehrere Sendeantennen (11) zum Senden von Radarstrahlung und/oder mehrere Empfangsantennen (12) zum Empfangen von Radarstrahlung aufweist




Inventors:
Khlifi, Rachid, Dr. (85748, Garching, DE)
Application Number:
DE102016210769A
Publication Date:
12/21/2017
Filing Date:
06/16/2016
Assignee:
AUDI AG, 85045 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102015114467A1N/A2016-03-03
DE102015207414A1N/A2015-10-29



Foreign References:
200100332492001-10-25
50086781991-04-16
Other References:
KILIAN, A.; SCHMIDT, L.P.: Conformal Superstrate Loaded Automotive Radar Antenna for Integration in Polymer Car Body Panels. In: Proceedings of the Fourth European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), April 2010
LEE, Jri [u.a.]: A fully-integrated 77-GHz FMCW radar transceiver in 65-nm CMOS Technology. In: IEEE Journal of Solid-State Circuits (J-SSC). 2010, Bd. 45, H. 12, S. 2746-2756
Claims:
1. Kraftfahrzeug (1) mit einer Erfassungseinrichtung zur winkelaufgelösten Erfassung eines Kraftfahrzeugumfeldes durch ein Radarverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung wenigstens eine flächig an einer jeweiligen Komponente (7, 8, 9, 10) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnete Folienantenne (2, 4, 5, 6) umfasst, die mehrere Sendeantennen (11) zum Senden von Radarstrahlung und/oder mehrere Empfangsantennen (12) zum Empfangen von Radarstrahlung aufweist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienantenne (2, 4, 5, 6) oder wenigstens eine der Folienantennen (2, 4, 5, 6) mit der jeweiligen Komponente (7, 8, 9, 10) verklebt ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienantenne (2, 4, 5, 6) oder wenigstens eine der Folienantennen (2, 4, 5, 6) flexibel biegbar ist und/oder an einer gekrümmten Oberfläche der jeweiligen Komponente (7, 8, 9, 10) angeordnet ist.

4. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienantenne (2, 4, 5, 6) oder wenigstens eine der Folienantennen (2, 4, 5, 6) an einer Scheibe und/oder an einem Scheibenrahmen und/oder an einem Stoßfänger und/oder an einem Außenspiegel des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer Scheibe und/oder an wenigstens einem Scheibenrahmen des Kraftfahrzeugs (1) jeweils mehrere der Folienantennen (2, 4, 5, 6) angeordnet sind.

6. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienantenne (2, 4, 5, 6) oder wenigstens eine der Folienantennen (2, 4, 5, 6) sich über wenigstens 50 % der Fahrzeugbreite erstreckt und/oder dass sie sich entlang einer Seite einer Scheibe oder eines Scheibenrahmens über wenigstens 50% der Länge der Seite erstreckt.

7. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung mehrere der Folienantennen (2, 4, 5, 6) umfasst, wobei Sendesignale für die Sendeantennen (11) und/oder Empfangssignale der Empfangsantennen (12) der verschiedenen Folienantennen (2, 4, 5, 6) durch eine Zentraleinrichtung (3) der Erfassungseinrichtung oder durch über Synchronisierungssignale synchronisierte, den einzelnen Folienantennen (2, 4, 5, 6) zugeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtungen (18) vorgebbar und/oder erfassbar sind.

8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienantennen (2, 4, 5, 6) und/oder die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen (18) dazu eingerichtet sind, optisch über wenigstens einen Lichtwellenleiter mit der Zentraleinrichtung (3) zu kommunizieren.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Erfassungseinrichtung zur winkelaufgelösten Erfassung eines Kraftfahrzeugumfeldes durch ein Radarverfahren.

Eine Erfassung von Umfelddaten über Sensoren eines gewinnt, insbesondere im Kontext von automatisierten und assistierten Fahrfunktionen, zunehmend an Bedeutung. Für viele Erfassungsaufgaben sind Radarsensoren besonders geeignet, da sie es ermöglichen, unabhängig von einer Ausleuchtung des Umfelds und weitgehend unabhängig von Witterungsbedingungen hochaufgelöste Umfelddaten zu sammeln, wobei bei einer winkelaufgelösten Erfassung eine dreidimensionale Bestimmung der Positionen von erfassten Objekten möglich ist. Hierbei ist es bekannt, Radarsensoren so am Kraftfahrzeug anzuordnen, dass sie das gesamte umfangsseitige Umfeld des Kraftfahrzeugs mit einem 360° Erfassungswinkel erfassen. Hierzu werden mehrere Sensoren in hinteren und im vorderen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs montiert. Die Menge der erforderlichen Sensoren ist von der Größe und Form des Fahrzeugs beziehungsweise von der Menge der tolerierbaren Blindbereiche um das Fahrzeug abhängig.

Nachteilig hierbei ist es, dass eine Überwachung des gesamten Fahrzeugumfelds ohne Blindbereiche relativ viele Sensoren erfordert und somit kostenintensiv ist. Eine Nutzung einer relativ geringer Anzahl einzelner Sensoren reduziert zudem die mögliche erreichbare Winkelauflösung der Sensorik. Um diese zu erhöhen, wären zusätzliche weitere Sensoren erforderlich, womit weitere Kosten entstehen würden. Zudem steigt bei der Nutzung vieler einzelner Radarsensoren der Aufwand, der zum Einbau und zur Verkabelung der Sensoren im Fahrzeug erforderlich ist, der Platzbedarf der Sensoren, das Gewicht der Sensoren, der notwendige Betriebsstrom und der Aufwand zur Kalibrierung der Sensoren. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Umweltüberwachung durch Radarsensoren anzugeben, die demgegenüber günstiger ist und/oder einen einfachen Einbau im Kraftfahrzeug ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Erfassungseinrichtung wenigstens eine flächig an einer jeweiligen Komponente des Kraftfahrzeugs angeordnete Folienantenne umfasst, die mehrere Sendeantennen zum Senden vom Radarstrahlung und/oder mehrere Empfangsantennen zum Empfangen von Radarstrahlung aufweist.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, statt einzelner im Kraftfahrzeug verteilter Radarsensoren, die jeweils nur eine einzige Sende- und/oder Empfangsantenne beziehungsweise eine geringe Anzahl von Sende- und/oder Empfangsantennen umfassen, flächig verbaute Folienantennen mit einer Vielzahl Sende- und/oder Empfangsantennen zu nutzen. Folienantennen können durch ein Aufbringen, beispielsweise ein Aufdrucken, von die Antennen bildenden Leitbahnen auf eine flexible Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie, hergestellt werden. Alternativ können Leiterbahnen aus einer Metallfolie gestanzt oder geätzt werden, die Vorzugsweise durch eine Trägerfolie getragen und stabilisiert wird. Es ist eine Vielzahl von Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf Folien bekannt, die zur Herstellung der erfindungsgemäß genutzten Folienantennen nutzbar sind. Da derartige Folienantennen sehr flach sind, ist der durch die Folienantenne benötigte Bauraum vernachlässigbar beziehungsweise kann durch minimale Anpassungen der Kraftfahrzeugkomponenten bereitgestellt werden. Hierdurch können mit relativ geringem Aufwand große Flächen, beispielsweise nahezu die gesamte Fläche von Stoßfängern, Flächen im Bereich einer Scheibenberandung oder Flächen an Spiegeln des Kraftfahrzeugs, als Träger für die Sendeantennen und/oder Empfangsantennen genutzt werden.

Dies ist vorteilhaft, da durch die Nutzung großflächig verteilter Sendeantennen und/oder Empfangsantennen große Abschnitte des Fahrzeugsumfeld ohne Blindbereiche erfasst werden können. Insbesondere kann eine vollständige Abdeckung des gesamten Fahrzeugumfelds mit weit geringerem Aufwand erreicht werden, als bei der Nutzung einzelner Radarsensoren. Zudem begrenzt die Fläche die Apertur des Radarsensors und somit seine Winkelauflösung. Durch die erfindungsgemäße Nutzung wenigstens einer Folienantenne kann die mit Sende- und/oder Empfangsantennen versehene Fläche deutlich vergrößert werden, womit die Winkelauflösung der Erfassungseinrichtung verbessert wird.

Die Folienantenne wird vorzugsweise an der Komponente befestigt beziehungsweise wird durch die Komponente getragen. Eine Anordnung der Folienantenne kann vorzugsweise an einer Komponente erfolgen, die nicht leitet nur eine geringe Leitfähigkeit aufweist, beispielsweise an einer Komponente aus Glas oder Kunststoff. Die Bereitstellung von Sendesignalen und/oder die Verarbeitung von Empfangssignalen für die einzelnen Sende- und/oder Empfangsantennen der Folienantenne kann durch eine von der Folienantenne beabstandete Zentraleinrichtung der Erfassungseinrichtung erfolgen, die auch Signale für mehre Folienantennen bereitstellen beziehungsweise von diesen bereitgestellte Signale verarbeiten kann. Alternativ kann der beziehungsweise jeder Folienantenne ein separates Radar-Front-End zugeordnet sein, das die Bereitstellung der Sendesignale beziehungsweise die Verarbeitung der Empfangssignale vollständig oder teilweise übernimmt. Vorzugsweise erfolgt die Bereitstellung der Sendesignale beziehungsweise die Erfassung der Empfangssignale der Sende- und/oder Empfangsantennen einer Folienantenne kohärent. Dies kann erreicht werden, wenn die Laufzeit der Signale zu beziehungsweise von den Sende- und/oder Empfangsantennen für alle Sende- und/oder Empfangsantennen gleich ist oder durch eine Kompensation der Laufzeit durch eine Verzögerung des analogen Signals und/oder durch eine Anpassung der digitalen Steuerung des Sendens beziehungsweise des Empfangens.

Ein zentrales Radar-Front-End für mehrere der Folienantennen oder ein jeweils eines der Folienantennen zugeordnetes Radar-Front-End kann auf Halbleiterbasis realisiert sein. Hierbei kann beispielsweise wenigstens ein Radar-Transceiver genutzt werden, der eine Frequenzsteuerung, beispielsweise auf Basis einer Phasenregelschleife, eine Mischeinrichtung, einen Low-Noise-Verstärker und dergleichen enthält. Zusätzlich können weitere Steuer- und Verarbeitungsmodule in einem gemeinsamen Baustein mit diesem realisiert sein. Zusätzlich kann ein BUS-Interface zur Verbindung mit einen Fahrzeug-BUS vorgesehen sein. Das Radar-Front-End kann in CMOS-Technologie realisiert sein, die auf Hochfrequenzanwendungen angepasst ist. Dies wird häufig als RF-CMOS bezeichnet. Ein solcher CMOS-Radarchip ist äußert kleinbauend realisierbar und nutzt keine teuren Spezialhalbleiter, bietet also vor allem in der Herstellung deutliche Vorteile gegenüber anderen Halbleitertechnologien. Eine beispielhafte Realisierung eines 77 GHz Radar-Transceivers als CMOS-Chip ist in dem Artikel von Jri Lee et al., „A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Transceiver in 65-nm CMOS Technology“, IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), S. 2746–2755, beschrieben. Es ist auch bekannt, eine digitale Signalverarbeitung, beispielsweise durch einen DSP-Prozessor, in ein derartiges Bauteil zu integrieren.

Eine Signalverarbeitung im Rahmen des Sendens beziehungsweise Empfangens der Radarsignale kann es ermöglichen, eine Vielzahl komplexerer Radarbetriebsarten zu nutzen. So kann beispielsweise durch eine Anpassung der relativen Amplituden und Phasen der Sendesignale beziehungsweise Empfangssignale für die verschiedenen Sende- bzw. Empfangsantennen ein sende- und/oder empfangsseitiges beam-forming durchgeführt werden. Auch sind sogenannte „Multiple Input Multiple Output“-Strategien (MIMO) möglich, bei denen vielfältige Kombinationen von Sende- und Empfangsantennen genutzt werden. Im einem einfachen Beispiel kann zunächst ein Radarsignal durch ein erste Sendeantenne ausgesendet werden und durch alle Empfangsantennen empfangen werden. Nachfolgend wird das Sendesignal durch eine weitere Sendeantenne gesendet. Hierdurch können mehrere Reflexionspfade ermittelt werden, Verdeckungen erkannt werden oder Ähnliches.

Durch eine entsprechende zeitliche Steuerung ist es auch möglich, einen sogenannten „Synthetic Aperture Radar“ zu nutzen, bei dem eine Bewegung der Sende- und/oder Empfangsantennen ausgenutzt wird, indem ein Senden beziehungsweise Empfangen zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgt, womit durch die Verschiebung der Sende- und Empfangsantennen, virtuelle Sender beziehungsweise Empfänger bereitgestellt werden und somit die effektive Antennenfläche und damit die Winkelauflösung verbessert werden kann.

Die Folienantenne oder wenigstens eine der Folienantennen kann mit der jeweiligen Komponente verklebt sein. Insbesondere kann die Folienantenne eine Kleberschicht aufweisen, mit der Sie an der jeweiligen Komponente angebracht wird. Dies ermöglicht eine einfache Montage der Folienantenne im Kraftfahrzeug.

Die Folienantenne oder wenigstens eine der Folienantennen kann flexibel biegbar sein und/oder einer gekrümmten Oberfläche der jeweiligen Komponenten angeordnet sein. Gegenüber starren Sensormodulen bietet die erfindungsgemäße Nutzung einer Folienantenne den Vorteil, dass sie sich auch in abgerundete Ecken von Komponenten beziehungsweise des Kraftfahrzeugs erstrecken kann beziehungsweise dass sie sich problemlos entlang von gekrümmten Flächen, beispielsweise entlang eins geschwungenen Stoßfängers, erstrecken kann.

Die Folienantenne oder wenigstens eine der Folienantennen kann an einer Scheibe und/oder an einem Scheibenrahmen und/oder an einem Stoßfänger und/oder an einem Außenspiegel des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs können an wenigstens einer Scheibe und/oder an wenigstens einem Scheibenrahmen des Kraftfahrzeugs jeweils mehrere der Folienantennen angeordnet sein. Die Folienantenne oder wenigstens eine der Folienantennen kann sich über wenigstens 50% der Fahrzeugbreite erstrecken und/oder sie kann sich entlang einer Seite einer Scheibe oder eines Scheibenrahmes über wenigstens 50% der Länge der Seite erstrecken. Scheiben beziehungsweise Scheibenrahmen in Kraftfahrzeugen können näherungsweise als Vielecke, insbesondere als Vierecke, betrachtet werden. Unter einer Seitenlänge ist in diesem Kontext die Entfernung zwischen zwei der, möglicherweise abgerundeten, Ecken zu verstehen. Bei den Scheiben kann es sich insbesondere um Front-, Heck-, und/oder Seitenscheiben handeln. Die beschriebene Anordnung der Folienantennen an dem Kraftfahrzeug ermöglicht es, eine oder mehrere Folienantennen großflächig am Kraftfahrzeug anzubringen, wobei sie vorzugsweise auf nicht oder wenig leitenden Komponenten führbar sind. Hierdurch kann eine Erfassung des Fahrzeugumfelds ohne Blindbereiche und/oder eine besonders hohe Winkelauflösung erreicht werden.

Die Erfassungseinrichtung kann mehrere der Folienantennen umfassen, wobei Sendesignale für die Sendeantennen und/oder Empfangssignale der Empfangsantennen der verschiedenen Folienantennen durch eine Zentraleinrichtung der Erfassungseinrichtung oder durch über Synchronisierungssignale synchronisierte, den einzelnen Folienantennen zugeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtungen vorgebbar und/oder erfassbar sind. Durch ein derartiges zentrales beziehungsweise synchronisiertes Sende- und Empfangsprinzip können nicht nur die Sende- und Empfangsantennen einer einzelnen Folienantenne, sondern auch die Sende- und Empfangsantennen verschiedener der Folienantenne kohärent betrieben werden, das heißt es kann eine definierte Phasenlage zwischen den Sende- beziehungsweise Empfangssignalen der einzelnen Antennen erreicht werden. Dies ermöglicht es, Sende- beziehungsweise Empfangsantennen der verschiedenen Folienantennen gemeinsam zur Vergrößerung der Sensorfläche beziehungsweise zur Verbesserung der Winkelauflösung zu nutzen. Auch komplexe Betriebsmodi, wie dier eingangs erläuterten MIMO-Strategien zum Senden beziehungsweise Empfangen über mehrere Reflexionspfade, ein digitales sendeseitiges und/oder empfangsseitiges beam-forming und/oder die Nutzung einer Bewegung von Sendern oder Empfängern im Rahmen eines Synthetic Aperture Radars kann gemeinsam durch Sende- und/oder Empfangsantennen mehrerer der Folienantennen realisiert werden.

Ein synchroner Betrieb der Sende- und/oder Empfangsantennen verschiedener Folienantennen kann im einfachsten Fall dadurch realisiert werden, dass die Sende- beziehungsweise Empfangssignale als analog Signale von beziehungsweise zu einer Zentraleinrichtung übertragen werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass für eine hohe Auflösung der Empfangseinrichtung vorzugsweise Radarstrahlung mit einer hohen Frequenz, beispielsweise 78 Gigahertz, und einer hohen Bandbreite, beispielsweise 4 Gigahertz genutzt wird. Die Periode einer derartigen Radarwelle ist circa 10 Pikosekunden, so dass bereits Unterschiede von Signallaufzeiten von weniger als einer Pikosekunde negative Auswirkungen auf die Erfassungsqualität haben können. Es sollten daher Kabel, beispielsweise Koaxialkabel, zum Signaltransport genutzt werden, die eine exakt vorgegebene Länge aufweisen. Alternativ kann für alle oder für Teile der Signalleitungen eine Verzögerungsglied vorgesehen sein, dass auf digitaler oder analoger Ebene Laufzeitunterschiede durch entsprechende Verzögerungen ausgleicht.

Aufgrund der hohen Anforderungen an die zeitliche Kohärenz der Radarsignale kann in dem Fall, wenn einzelnen Folienantennen zugeordnete Sende- und/oder Empfangseinrichtungen genutzt werden, eine Synchronisation dieser Sende- und/oder Empfangseinrichtungen über ein hochfrequentes Synchronisationssignal erfolgen, das, beispielsweise über eine Koaxialkabel, zwischen den Sende- und/oder Empfangseinrichtungen beziehungsweise zwischen der jeweiligen Sende- und/oder Empfangseinrichtung und einer Zentraleinrichtung übertragen werden kann.

Vorzugsweise werden die Sendesignale digital generiert und nach der Digital-Analog-Umsetzung direkt den Sendeantennen zugeführt. Empfangsseitig wird das über die jeweilige Empfangsantenne empfangenen Signal vorzugsweise durch ein multiplakatives Mischen mit dem Sendesignal in ein Basisband umgesetzt und anschließend in ein Digitalsignal umgesetzt und digital verarbeitet. Hierbei können alle genannten Schritte durch die Zentraleinrichtung oder durch die den einzelnen Folienantennen zugeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtungen durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, diese Funktionen zwischen einer Zentraleinrichtung und den den einzelnen Folienantennen zugeordneten Einrichtungen zu verteilen. Beispielsweise kann die gesamte sendeseitige Verarbeitung in der Zentraleinrichtung erfolgen und die empfangsseitige Verarbeitung in einer der Folienantenne zugeordneten Einrichtung oder umgekehrt. Es können auch nur Teile der Verarbeitung in einer der Folienantenne zugeordneten Einrichtung erfolgen, beispielsweise das Mischen der Empfangssignale in das Basisband und/oder eine Digital-Analog-Umsetzung und oder eine Analog-Digital-Umsetzung. Hierdurch kann die notwendige Bandbreite zwischen der Folienantenne und der Zentraleinrichtung reduziert werden, womit ein Verdrahtungsaufwand reduziert werden kann.

Wie vorangehend erläutert, ist es, insbesondere bei einer Nutzung einer Vielzahl von im Kraftfahrzeug verteilten Folienantennen, vorteilhaft, wenn hochfrequente Signale zwischen den einzelnen Folienantennen beziehungsweise diesen zugeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtungen und einer Zentraleinrichtung der Erfassungseinrichtung übertragen werden können. Bei einer elektrischen Übertragung von Hochfrequenzsignalen ist eine aufwendige Abschirmung erforderlich, beispielsweise durch eine Führung in Koaxialkabeln, um ein übersprechen zwischen den Hochfrequenzsignalen zu unterdrücken. Daher ist es möglich, dass die Folienantennen und/oder die Sende- und/oder Empfangseinrichtungen dazu eingerichtet sind, optisch über wenigstens einen Lichtwellenleiter mit der Zentraleinrichtung zu kommunizieren. Die Kommunikation kann sich hierbei auf Synchronisationssignale beschränken, es können jedoch auch Digitalsignale von der Zentraleinrichtung an die Sendeeinrichtung übermittelt werden, die diese analoge Sendesignale übersetzt oder von der Empfangseinrichtung in digitale Signale umgesetzte Empfangssignale können an die Zentraleinrichtung übertragen werden. Es ist auch möglich, dass analoge Signale optisch über den Lichtwellenleiter übertragen werden. Beispielsweise kann ein analoges Sendesignal zentraleinrichtungsseitiges durch einen elektrooptischen Wandler in ein Lichtsignal gewandelt, über den Lichtwellenleiter übertragen und folienantennenseitig wieder in ein elektrisches Signal überführt werden. Ebenso ist das umgekehrte Vorgehen empfangsseitig möglich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel und den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:

13 Drei verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und

4 schematisch den Aufbau der einzelnen in den 13 gezeigten Folienantennen und ihre Verbindung mit einer Zentraleinrichtung.

Die 13 zeigen verschiedene Ansichten eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Kraftfahrzeugumfelds durch ein Radarverfahren. Hierbei zeigen 1 eine Seitenansicht, 2 eine Frontalansicht und 3 eine Heckansicht. Die Erfassungseinrichtung umfasst mehre Folienantennen 2, 4, 5, 6, die flächig an jeweiligen Komponenten 7, 8, 9, 10 angeordnet sind. Die in 1 gezeigten, seitlich am Kraftfahrzeug angeordneten Folienantennen 2 sind an den Komponenten 7 angeordnet, die Scheibenrahmen der Seitenfenster bilden. Die in 2 und 3 gezeigten Folienantennen 4 sind an den Komponenten 8, also der Front- und Heckscheibe des Kraftfahrzeugs 1, angeordnet. Die in 2 und 3 gezeigten Folienantennen 5 sind an den Komponenten 9, nämlich dem vorderen und hinteren Stoßfänger des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Zudem werden die in 2 gezeigten Folienantenennen 6 genutzt, die an den Komponenten 10, nämlich an den Seitenspiegeln des Kraftfahrzeugs 1, angeordnet sind. Eine Bereitstellung von Sendesignalen und ein Empfangen von Empfangssignalen erfolgt gemeinsam für die Folienantennen 2, 4, 5, 6 über eine im Dachbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordnete Zentraleinrichtung 3.

Der Aufbau der einzelnen Folienantennen 2, 4, 5, 6 sowie die Verbindung der Folienantennen mit der Zentraleinrichtung 3 ist schematisch in 4 dargestellt. Aus Übersichtlichkeitsgründen erfolgt die Darstellung ausschließlich für die im Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Folienantennen 4, 5. Die Verbindung zu den Folienantennen 4, 5, 6 im Frontbereich des Kraftfahrzeugs 1 ist schematisch durch den Pfeil 16 angedeutet und die Verbindung zu den Folienantennen 2, die seitlich am Kraftfahrzeug 1 angeordnet sind, über die Pfeile 14, 15.

Jede der Folienantennen 2, 4, 5, 6 weist mehrere Sendeantennen 11 zum Senden von Radarstrahlung und mehrere Empfangsantennen 12 zum Empfangen von Radarstrahlung auf. Die Bereitstellung der Sendesignale für die Sendeantennen 11 und die Verarbeitung der Empfangssignale 12 erfolgt in der Zentraleinrichtung 3. Hierfür weist die Zentraleinrichtung 3 ein Radar-Front-End 13 auf, dass die Sendesignale über die Verbindungen 17 bereitstellt, beziehungsweise die Empfangssignale über diese erfasst.

Im einfachsten Fall kann für jede der Sendeantennen 11 und für jede der Empfangsantennen 12 eine separate Signalverbindung vorgesehen sein, über die analoge Signale zu beziehungsweise von dem Radar-Front-End übertragen werden. Da es sich bei den Sende- und Empfangssignalen um Hochfrequenzsignale handelt, sollten die einzelnen Signalleitungen gegeneinander abgeschirmt werden und einen geringen Hochfrequenzwiderstand aufweisen, was beispielsweise durch die Nutzung von Koaxialkabeln erreicht werden kann. Alternativ können Lichtwellenleiter zur Signalübertragung zwischen dem Radar-Front-End und den Folienantennen 2, 4, 5, 6 vorgesehen werden. Hierzu kann am Radar-Front-End und folienantennenseitig eine optoelektrische beziehungsweise elektrooptische Umsetzung durchgeführt werden. Dies ist sowohl für die Übertragung von Analogsignalen möglich, als auch für eine, im Folgenden noch detailliert erläuterte, digitale Kommunikation zwischen dem Radar-Front-End 13 und den Folienantennen 2, 4, 5, 6.

Im Kraftfahrzeug 1 soll das Radar-Front-End 13 Radarstrahlung derart über mehrere Sendeantennen 11 senden beziehungsweise über mehrere der Empfangsantennen 12 empfangen können, dass die über die verschiedenen Sendeantennen 11 gesendeten beziehungsweise die über die verschiedenen Antennen 12 empfangenen Signale eine definierte Phasenlage zueinander aufweisen, womit ein kohärentes Senden beziehungsweise Empfangen ermöglich wird. Da relativ hochfrequente Radarstrahlung genutzt werden soll, beispielsweise eine Radarstrahlung mit einer Mittenfrequenz von 78 Gigahertz und einer Bandbreite von 4 Gigahertz, ist es hierbei wesentlich, Unterschiede in der Signallaufzeit zwischen dem Radar-Front-End 13 und den Sendeantennen 11 beziehungsweise den Empfangsantennen 12 für verschieden der Antennen zu minimieren oder zu vermeiden. Da eine Schwingungsperiode einer derartigen Radarstrahlung ungefähr 10 Pikosekunden dauert, können selbst Laufzeitabweichungen von z. B. 100 femtosekunden bereits zu einer Verschlechterung des Messergebnisses führen. Da das Radar-Front-End direkt analoge Sendesignale bereitstellt beziehungsweise analoge Empfangssignale verarbeitet kann dies erreicht werden, indem einerseits in den Folienantennen 2, 4, 5, 6 gleiche Laufzeiten für die einzelnen Sende- und Empfangsantennen 11, 12 realisiert werden und andererseits, wenn Sende- und Empfangsantennen 11, 12 verschiedene der Folienantennen 2, 4, 5, 6 kohärent betrieben werden sollen, gleiche Laufzeiten für die Verbindungen 17 realisiert werden. Da dies nicht immer mit der gewünschten Genauigkeit möglich beziehungsweise sehr aufwändig ist, sind vorzugsweise Verzögerungsglieder für die Sende- und Empfangssignale vorgesehen. Die Verzögerung kann im Rahmen einer analogen Signalverarbeitung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Digital-Analog-Umsetzung beziehungsweise die Analog-Digital-Umsetzung für die einzelnen Sende- und Empfangsantennen 11, 12 jedoch separat voneinander, womit etwaige Verzögerungen im Rahmen der Digitalverarbeitung der Sende- und Empfangsdaten berücksichtigt werden können.

Das Radar-Front-End 13 kann derart realisiert sein, dass die Sendesignale zunächst digital berechnet werden und anschließend direkt durch eine Digital-Analog-Umsetzung bereitgestellt werden. Alternativ könnte nach der Digital-Analog-Umsetzung noch eine Frequenzverschiebung der Signale erfolgen. Empfangsseitig erfolgt vorzugsweise zunächst ein Mischen der Empfangssignale in ein Basisband, beispielsweise durch eine multiplikative Mischung des Empfangssignals mit einem Signal mit der Frequenz des Sendesignals. Dies ermöglich eine Analog-Digital-Umsetzung mit geringerer Bandbreite.

Das beschriebene Vorgehen erfordert eine Vielzahl von Hochfrequenzverbindungen zwischen den Sende- und Empfangsantennen 11, 12 und dem Radar-Front-End 13 der Zentraleinrichtung 3. Es ist daher möglich, dass Teile oder alle Funktionen des Radar-Front-Ends 13 durch Sende- und/oder Empfangseinrichtungen 18 realisiert werden, die den einzelnen Folienantennen 2, 4, 5, 6 zugeordnet sind. Hierbei ist es möglich, dass über die Verbindung 17 weiterhin analoge Sende- beziehungsweise Empfangssignale geführt werden, wobei durch die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18 ausschließlich eine Frequenzumsetzung der Sende- und/oder Empfangssignale, beispielsweise einer Heruntermischen der Empfangssignale in eine Basisband, erfolgt. Es jedoch auch möglich, das sende- und/oder empfangsseitig von der Zentraleinrichtung 3 digitale Steuersignale an die Sende- und/oder Empfangseinrichtung bereitgestellt oder von dieser empfangen werden, womit die sendeseitige Digital-Analog-Umsetzung beziehungsweise die empfangsseitige Analog-Digital-Umsetzung in der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18 erfolgt. Ein derartiges Vorgehen ermöglicht es insbesondere, die Anzahl der erforderlichen Signalleitungen der Verbindung 17 zu reduzieren, da Digitalsignale mehrerer Sende- und/oder Empfangsantennen 11, 12 über eine gemeinsame Leitung übertragen werden können.

Soll ein kohärentes Senden und Empfangen von Radarstrahlung durch Sende- und/oder Empfangsantennen 11, 12 mehrerer der Folienantennen 2, 4, 5, 6 ermöglicht werden, ist in diesem Fall jedoch eine Zeitsynchronisation der Sende- und/oder Empfangseinrichtungen 18 erforderlich, um eine Driften der Phasen der Umsetzungstakte der Digital-Analog- beziehungsweise der Analog-Digital-Umsetzung in den verschiedenen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen zu vermeiden. Eine derartige Synchronisation kann erfolgen, indem die Zentraleinrichtung 3 über die Verbindungen 17 ein Synchronisationssignal an die verschiedenen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen 18 bereitstellt.

In die Zentraleinrichtung 3 kann eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung 19 integriert sein, beispielsweise ein digitaler Signalprozessor, der genutzt werden kann, um einerseits den Sendebetrieb zu Steuern und andererseits die Empfangssignale verarbeiten. Empfangsseitig kann vorzugsweise bereits eine Objekterkennung von Objekten im Kraftfahrzeugumfeld und eine Objektverfolgung für diese Objekte über mehrere Erfassungsintervalle hinweg erfolgen. Dies ermöglicht es, über ein Bus-Interface 20 der Zentraleinrichtung 3, das eine Datenbereitstellung beispielsweise über einen CAN-Bus oder über ein fahrzeuginternes Ethernet ermöglich, direkt in entsprechende Objektdaten bereitzustellen.

Durch die Integration einer Signalverarbeitung in die Zentraleinrichtung 3 können auch komplexere Radarverfahren genutzt werden. Beispielweise kann im Rahmen des Sende- und Empfangsbetriebs bei bewegtem Kraftfahrzeug 1 ausgenutzt werden, dass sich die einzelnen Sende- und Empfangsantennen 11, 12 bewegen, um durch die einzelnen Sende- und Empfangsantennen 11, 12 an unterschiedlichen Positionen ein Senden beziehungsweise ein Empfangen durchzuführen. Hierdurch kann eine Apertur der Sensorik künstlich vergrößert werden, was auch als „Synthetic Aperture Radar“ bekannt ist. Zudem können MIMO-Strategien genutzt werden um beispielsweise eine Winkelauflösung der Sensorik weiter zu verbessern und/oder eine Störanfälligkeit zu verringern. Beispielsweise können einzelne der Sendeantennen 11 oder Gruppen der Sendeantennen 11 mit jeweils zugeordneten Amplituden und Phasen angesteuert werden, um ein Sendesignal bereitzustellen, das durch mehrere oder alle der Empfangsantennen 12 empfangen wird. Dies kann für unterschiedliche Kombinationen der Sende- und Empfangsantennen 11, 12 wiederholt werden, um beispielsweise ein sendeseitiges beziehungsweise empfangsseitiges digitales beamforming durchzuführen oder durch verschieden Sende- und Empfangskombinationen unterschiedliche Reflexionspfade der Radarstrahlung zu erkennen und somit beispielweise Abschattungen bestimmter Objekte oder Mehrfachreflexionen zu erkennen.

Wesentlicher Vorteil der Nutzung von Folienantennen 2, 4, 5, 6 ist, dass diese einen geringen Bauraumverbrauch aufweisen und relativ einfach großflächig am Fahrzeug anbringbar sind. Die Folienantennen 2, 4, 5, 6 können beispielsweise eine Klebeschicht aufweisen und auf die jeweiligen Komponenten 7, 8, 9, 10 aufgeklebt sein. Die Komponenten 7, 8, 9, 10 sind vorzugsweise nicht leitfähig, um eine Störung des Sendens beziehungsweise Empfangens der Radarstrahlung zu vermeiden. Beispielsweise sind die Komponenten 8 aus Glas und die Komponenten 7, 9, 10 aus Kunststoff. Da die Folienantennen 2, 4, 5, 6 flexibel biegbar sind, können sie auch leicht an gekrümmten Oberflächen des Kraftfahrzeugs 1, wie beispielsweise der Front- und Heckscheibe, den Spiegeln und den Stoßfängern angebracht werden. Die Folienantennen 4, 5 erstrecken sich jeweils über mehr als 50% der Fahrzeugbreite. Die Folienantennen 2, 4, die an Scheiben beziehungsweise Scheibenrahmen angeordnet sind, erstrecken sich jeweils über wenigstens 50% der Länge der Seite der Scheibe beziehungsweise des Scheibenrahmens, an der sie angeordnet sind. An der Front- und Heckscheibe beziehungsweise an den Scheibenrahmen der Seitenscheiben sind zudem mehrere der Folienantennen angeordnet. Somit wird insgesamt eine große, das Kraftfahrzeug umlaufende Sensorfläche erreicht, die eine Erfassung der Umgebung ohne Blindbereiche und mit hoher Winkelauflösung ermöglicht.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • Artikel von Jri Lee et al., „A Fully Integrated 77-GHz FMCW Radar Transceiver in 65-nm CMOS Technology“, IEEE Journal of Solid State Circuits 45 (2010), S. 2746–2755 [0008]