Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radarsensorvorrichtung.

Obwohl auf beliebige Radarsensorvorrichtungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik im Hinblick auf einen Einsatz in Automobilen erläutert.

Analysen haben gezeigt, dass eine erhebliche Anzahl von Verkehrsunfällen durch rechtzeitiges Erkennen von Gefahren und durch entsprechende angemessene Fahrmanöver vermieden werden kann. Eine Vermeidung kann durch geeignete Warnhinweise an den Fahrer oder durch automatische longitudinale und/oder laterale Kontrolle des Fahrzeugs erreicht werden. Eine Voraussetzung für die Wahrnehmung der Gefahrensituation sind geeignete Sensorvorrichtungen.

Seit längerer Zeit werden Radarsysteme im Millimeterwellenbereich als Fahrerassistenzsysteme zur Wahrnehmung von Gefahren bzw. als Sensoren eingesetzt. Eine Speckle-Radarsensorvorrichtung zur Geschwindigkeitsmessung nach dem Laufzeit-Korrelationsverfahren besteht aus mindestens zwei Sensoreinrichtungen nach dem Radar-Prinzip und einer Auswertungseinrichtung zum Auswerten der erfassten Speckle-Muster. Speckle-Radarsensorvorrichtungen sind üblicherweise derart am Fahrzeug montiert, dass sie direkt senkrecht zum Boden senden und empfangen. Bei der Speckle-Musterauswertung werden die ins Basisband heruntergemischten Empfangssignale auf ihre Ähnlichkeit hin untersucht. Ein gängiges mathematisches Verfahren dafür ist die Kreuz-Korrelation. Ein gemessen am Signalverarbeitungsaufwand günstiges Auswertungsprinzip stellt der Laufzeit-Korrelator dar.

Wenn mehr als zwei Sensoreinrichtungen verwendet werden, kann man über eine differenzielle Auswertung jeweils zweier Sensoreinrichtungen ein vom Mittelwert befreites Signal zur weiteren noch einfacheren Auswertung erzeugen. Wenn man sich beispielsweise auf drei Sensoren beschränkt, kann man den mittleren Sensor doppelt mit den jeweils benachbarten Sensoren zur Differenzbildung ver wenden. Durch ein Polarisieren der Signale kann man, d.h. durch Anwendung der Signum-Funktion, vor der Korrelationsauswertung weiteren Auswerteaufwand reduzieren. Ordnet man mindestens drei Sensoren in einer Ebene an, so kann man über die zweidimensional gewonnenen Geschwindigkeitsvektoren herausfinden, ob sich ein Fahrzeug in einer gefährlichen Fahrsituation, z.B. Schleudern oder Schwimmen, befindet.

Um solche Geschwindigkeitsvektoren zweidimensional zu messen bzw. zu erfassen, gibt es ein weiteres Verfahren, bei dem die Sensoreinrichtungen nicht senkrecht, sondern schräg auf die Fahrbahnoberfläche schauen. Die Auswertung der Ausgangssignale dieser Sensoreinrichtungen basieren auf dem Dopplerprinzip. Dabei wird die geschwindigkeitsabhängige Frequenzverschiebung zwischen dem empfangenen und ausgesendeten Signal festgestellt. Für die zweidimensionale Messung der Geschwindigkeitsvektoren sind auch bei diesem Prinzip mehrere Sensoreinrichtungen nach dem Radar-prinzip notwendig.

Die DE 10 2004 059 332 A1 offenbart einen Radar-Transceiver, wobei ein Oszillator, ein Mischer und eine Antenne auf einem einzigen Chip in einer Ebene nebeneinander liegend angeordnet sind. Da auf derartigen Chips das abstrahlende Element integriert ist, benötigt man keine kostenintensiven HFtaugliche Leiterplatten mehr. Zusätzlich spart man an aufwendiger HF-Bond- oder Flip-Chip Technologie, was die Bestückungs- und Testkosten erheblich reduziert.

Die DE 196 42 810 C1 offenbart ein Radar-System mit einer integrierten Sensoreinrichtung, wobei sich in Strahlrichtung im Gehäuse eine dielektrische Linse befindet, die einerseits zur Strahlformung dient und andererseits die Sensoreinrichtung sowie weitere Bauelemente vor Verschmutzung und sonstigen Umwelteinflüssen schützt.

In der DE 44 12 770 A1 ist eine Mikrowellen-Linsenantennenanordnung für ein Kraftfahrzeug-Abstandswarnradar beschrieben. Das Gehäuse der Mikrowellen-Linsenantennenanordnung weist genau eine als Stufenlinse ausgebildete dielektrische Linse auf, in deren Brennebene drei horizontal nebeneinander angeordnete, getrennt einschaltbare Erreger angeordnet sind.

Des Weiteren ist in der US 6,366,245 B1 eine Vorrichtung zum gerichteten Abstrahlen und/oder Aufnehmen einer elektromagnetischen Strahlung beschrieben. Auch das Gehäuse der Vorrichtung weist eine dielektrische Linse auf, welcher mehrere Sende- und Empfangselemente zugeordnet werden können.

Die in Anspruch 1 definierte erfindungsgemäße Radarsensorvorrichtung reduziert die Kosten und Bauraumbedarf für eine Radarsensorvorrichtung, die vorzugsweise zur Bestimmung von Geschwindigkeitsvektoren eines Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn unterhalb des Fahrzeugs zum Einsatz kommt. Durch Kombination einer kostengünstigen Sensoreinrichtung mit einer Auswerteeinrichtung, die einen besonders geringen Rechenaufwand hat, lässt sich eine attraktive Lösung realisieren, die stark gesenkte Gesamtkosten mit sich bringt. Durch den stark integrierten Aufbau sind platzsparende Designs möglich, die den Einsatz im Kraftfahrzeugbereich sehr erleichtern.

Im Vergleich zu Systemen nach dem Doppler-Radar-Prinzip wird durch eine senkrechte Ausrichtung der Speckle-Radarvorrichtung zum Untergrund die Verfügbarkeit eines auswertbaren Signals insbesondere in schwierigen Untergrundsituationen, wie z.B. extremer Nässe oder Glatteis erhöht, da bei senkrechter Abstrahlung und senkrechtem Empfang der Radarstrahl nicht wegreflektiert werden kann. Prinzipbedingt besitzt das Speckle-Radarsystem für kleine Geschwindigkeitsvektoren eine größere Auswertedynamik als der Doppler-Ansatz. Dies ist von Vorteil für die Funktion eines Schwimmwinkelsensors, da dort schon geringe Geschwindigkeiten detektiert werden müssen.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Signale der Sensoreinrichtungen am Substrat angebracht. Dies erhöht die Kompaktheit des Aufbaus weiter. Vorzugsweise ist die Signalverarbeitungseinrichtung dann als separater Chip ausgebildet, welcher mit den Sensoreinrichtungen über Leiterbahnen verbunden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die integrierten Sensoreinrichtungen derart in einzelne Chips integriert, dass jeder Chip genau eine Antenneneinrichtung aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass die integrierten Sensoreinrichtungen derart in einen oder mehrere Chips integriert sind, dass mindestens ein Chip mehrere Antenneneinrichtungen aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a,b

ausschnittsweise Vergrößerungen einer Sensoreinrichtung von Fig. 1;

Fig. 3

eine Sensoreinrichtung einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4

Sensoreinrichtungen einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5

eine Anordnung von Sensoreinrichtungen einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 6

eine Anordnung von Sensoreinrichtungen einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 50 eine Speckle-Radarsensorvorrichtung. Auf einem Substrat 52 in Form einer Leiterplatte sind integrierte Sensoreinrichtungen S1, S2, S3 und eine Signalauswerteeinrichtung 20 als jeweiliger Chip 411, 412, 413, 21 angebracht. Beim vorliegenden Beispiel weist das Substrat 52 eine ebene Oberfläche O auf, auf der die Chips 411, 412, 413, 21 befestigt sind, beispielsweise durch Kleben. Die Sensoreinrichtungen sind derart gestaltet, dass Sie über eine jeweilige Antenneneinrichtung 451, 452, 453 Radarsignale in einer jeweiligen, von der Oberfläche O weggerichteten Signalrichtung SI1, SI2, SI3 abstrahlen und aus der jeweiligen Signalrichtung SI1, SI2, SI3 empfangen können. Auf den Antenneneinrichtungen 451, 452, 453 ist beispielhaft jeweils eine stabförmige, dielektrische Strahlvorformungseinrichtung bzw. -linse 421, 422, 423 angeordnet.

Die Speckle-Radarsensorvorrichtung 50 gemäß dieser Ausführungsform weist ein Gehäuse 51 auf, und das Substrat 52 umschließt. Der Wandbereich W des Gehäuses 51 ist vorzugsweise parallel ist zur Oberfläche O des Substrats 52 ausgerichtet. Innerhalb des Wandbereichs W des Gehäuses 51 integriert sind strahlformende Elemente 431, 432, 433, welche derart angeordnet sind, dass jeder Sensoreinrichtung S1, S2, S3 ein strahlformende Elemente 431, 432, 433 in seiner zugehörigen Signalrichtung SI1, SI2, SI3 zugeordnet ist. Es sei erwähnt, dass die Verbindung zwischen Substrat 52 und Gehäuse 51 auf viele verschiedene Arten und Weisen bewerkstelligt werden kann, beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen, Schrauben usw. Vorzugsweise wird das Gehäuse 51 mit den integrierten strahlformenden Elementen 431, 432, 433 einteilig aus einem formbaren oder gießbaren Material gebildet.

Die Signalauswerteeinrichtung 20 steuert den Ablauf des Aussendens und Empfangens von Radarsignalen durch die Sensoreinrichtungen S1, S2, S3, mit denen sie über Leiterbahneinrichtungen L1, L2, L3 verbunden ist.

Bei der Anordnung der Sensoreinrichtungen S1, S2, S3 gemäß dem Beispiel von Figur 1 lassen sich beispielsweise eine Geschwindigkeit entlang der Achse, auf der die Sensoreinrichtungen S1, S2 liegen, und eine dazu orthogonale Geschwindigkeit entlang der Achse, auf der die Sensoreinrichtungen S2, S3 liegen, ermitteln. Die derart ermittelten Geschwindigkeiten lassen sich als Ausgangssignal OUT von der Signalauswerteeinrichtung 20 nach außerhalb der Radarsensorvorrichtung 50 geben, um beispielsweise auf einem Display angezeigt zu werden oder zur weiteren Verarbeitung in einem Fahrzeugssicherheitssystem (z.B. ESP) verwendet zu werden.

Fig. 2a,b sind ausschnittsweise Vergrösserungen einer Sensoreinrichtung von Fig. 1.

In Fig. 2a ist eine Vergrößerung des Ausschnitts A1 von Fig. 1 gezeigt, worin die Sensoreinrichtung S1 vergrößert dargestellt ist. In Fig. 2b ist der Aufbau des Chips 411 der Sensoreinrichtung S1 ohne aufgesetzte dielektrische Vorformungseinrichtung 421 dargestellt. Der Chip 411 vereinigt bei diesem Ausführungsbeispiel eine HF-Quelle 441, eine Referenzquelle R, ein Antenneelement 451 und einen Mischer 461 auf sich. Der Ausgang des Mischers liefert ein Signal SX, welches neben weiteren Signalen zur Kreuz-Korrelationsermittlung herangezogen wird. Über die Strahlvorformung mittels der Stabförmigen dielektrischen Linse 421 bzw. die Strahlformung über die strahlformende Linse 431 kann die Qualität der Speckle-Auswertung gesteuert, bzw. eingestellt werden.

Die beschriebenen Sensoreinrichtungen S1, S2, S3 senden vorzugsweise senkrecht elektromagnetische Wellen mit einer konstanten Frequenz in Richtung Fahrbahn aus. Die senkrecht reflektierten und von der jeweiligen Sensoreinrichtung S1, S2, S3 wieder empfangenen elektromagnetischen Signale werden vorzugsweise ins Basisband, (d.h. mit der Sendefrequenz) heruntergemischt und der Signalverarbeitungseinrichtung 20 zugeführt. Als kostengünstige Signalverarbeitungsmethode kann ein bekannter Laufzeit-Korrelator verwendet werden. Hierdurch wird eines der Basisband-Signale, z.B. SX in der Zeit solange verschoben, bis der Vergleich mit dem Signal der auf der Selben Achse liegenden anderen Sensoreinrichtung eine maximale Übereinstimmung zeigt. Aus der Verschiebungszeit und dem Abstand der Sensoreinrichtungen auf dem Substrat 52 kann man einen Geschwindigkeitsvektor über den Grund entlang der betreffenden Achse der Radarsensorvorrichtung bestimmen.

Zur Auswertung müssen die Ausgangssignale der Sensoreinrichtungen S1, S2, S3 vor dem Vergleich in einer vorzugsweisen A/D Wandlung vom Mittelwert befreit werden. Eine Möglichkeit, um direkt ein vom Mittelwert befreites Signal zu erhalten, ergibt sich durch die Differenzbildung der Ausgangssignale zweier Sensoren.

Die wesentlichen Speckle-Informationen liegen in den Nulldurchgängen der vom Mittelwert befreiten Signale der Sensoreinrichtungen S1, S2, S3. Diese Signale kann man beispielsweise in einem A/D Wandler amplitudenbegrenzt abtasten bzw. über die Signum-Funktion polarisieren, um so die zu verarbeitende Datenmenge stark zu reduzieren.

Fig. 3 ist eine Sensoreinrichtung einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die in Fig. 3 gezeigte Sensoreinrichtung S1', welche in einen Chip 411' integriert ist, weist 3 Antenneneinrichtungen 451 a, 451b, 451 c , zwei Mischer 461 a, 461b, eine Referenzquelle R, sowie eine HF-Quelle 441 auf. Die Mischer 461a, 461b liefern jeweilige Ausgangssignale SX1, SX2.

Die Sensoreinrichtung S1' dieser Ausführungsform arbeitet derart, dass nur das Antennenelement 451 a zum Abstrahlen von Radar-Signalen verwendet wird, wohingegen die Antennenelemente 451 b, 451 c ausschließlich zum Empfangen reflektierter Radarsignale verwendet werden. Dies kann die Signalqualität von SX1 und SX2 verbessern (z.B. durch Reduzierung von Störungen).

Fig. 4 ist Sensoreinrichtungen einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Funktionalität der Sensoreinrichtung S1'a, S1'b, S1'c gemäß Fig. 4 entspricht der Funktionalität der Sensoreinrichtung S1' gemäß Fig. 3. Jedoch sind die Komponenten auf drei einzelnen Chips 411'a, 411'b, 411'c aufgebaut. Der Chip 411a enthält das Antennenelement 451'a, die Referenzquelle R und den Mischer 441. Der Chip 411'b enthält das Antennenelement 451'b und den Mischer 461 a'. Der Chip 411'c enthält das Antennenelement 451'c und den Mischer 461 b'.

Um die selbe Funktionalität wie bei der Sensoreinrichtung gemäß Figur 3 zu erzielen, sind die Mischer 461 a', 461 b' und die HF-Quelle 441 über Leiterbahneinrichtungen La, Lb, Lc miteinander verschaltet.

Fig. 5 ist eine Anordnung von Sensoreinrichtungen einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Anordnung der Sensoreinrichtungen S11, S21, S23, S31 gemäß Figur 5 ist kreuzförmig. Vorzugsweise wird die Sensoreinrichtung S22 nur zum Abstrahlen von Radarsignalen verwendet, wohingegen die Sensoreinrichtungen S11, S21, S23, S31 nur zum Empfangen von Radarsignalen verwendet werden. Die Geschwindigkeit in Fahrtrichtung FR, also entlang der x-Achse lässt sich mittels der Sensoreinrichtungen S21, S22, S23 ermitteln. Die Geschwindigkeit senkrecht zur Fahrtrichtung FR, also in y-Richtung lässt sich durch die Sensoreinrichtungen S11, S22, S31 ermitteln.

Fig. 6 ist eine Anordnung von Sensoreinrichtungen einer Radarsensorvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Anordnung der Sensoreinrichtungen S01-S09 ist eine matrixförmige Anordnung in Spalten und Zeilen vorgesehen. Bei diesem Beispiel sind alle Sensoren S01-S09 zum Abstrahlen und Empfangen von Radarsignalen geeignet. Durch die Verwendung einer derartigen Vielzahl von Sensoreinrichtungen S01-S09 kann beispielsweise die Genauigkeit erhöht werden bzw. eine Redundanz für den Fall des Ausfallens einer oder mehrerer der Sensoreinrichtungen vorgesehen werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsformen von Anwendungen im Automobilbereich die Rede war, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Auch können beliebige Auswerteverfahren bzw. Anordnungen der Sensoreinrichtungen vorgesehen werden und nicht nur die oben erläuterten. Die Auswerteeinrichtung 20 kann in der Radarsensorvorrichtung 50 integriert sein oder kann auch in einem separaten Gehäuse vorgesehen sein.