專(zhuān)利名稱(chēng)：汽車(chē)用的雷達(dá)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)用的雷達(dá)傳感器，帶有一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將天線(xiàn)元件產(chǎn)生的一束雷達(dá)射束分成不同方向發(fā)射的多個(gè)分射束。
背景技術(shù)：
雷達(dá)傳感器在汽車(chē)中用于對(duì)本汽車(chē)周?chē)钠渌?chē)或障礙物進(jìn)行測(cè)位，或者測(cè)量它們之間的距離和相對(duì)速度，以便能夠例如自動(dòng)調(diào)節(jié)距離(ACC；Adaptive Cruise Control)。
由DE 102 07 437已知一種用于此目的的雷達(dá)傳感器，該傳感器具有多個(gè)相鄰布置的天線(xiàn)元件，這些天線(xiàn)元件與一個(gè)平凸透鏡形式的光學(xué)系統(tǒng)一起產(chǎn)生多個(gè)略微發(fā)散的雷達(dá)射束。通過(guò)使用多個(gè)雷達(dá)射束，這些雷達(dá)射束的反射信號(hào)可以由天線(xiàn)元件接收并分開(kāi)分析處理，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)傳感器的一定的角度分辨率。此外在這種已知的雷達(dá)傳感器中，透鏡在其橫截面的一部分上同時(shí)作為棱鏡，通過(guò)該棱鏡，每個(gè)由單個(gè)天線(xiàn)元件產(chǎn)生的雷達(dá)射束再解耦出一個(gè)分射束，該分射束斜向下指向行駛道路。該分射束就在汽車(chē)前面較短距離處射到路面上，從而反映了路面不平度，而由此獲得的反射信號(hào)例如可以用來(lái)測(cè)量汽車(chē)相對(duì)地面的速度，該測(cè)量與車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)無(wú)關(guān)。通過(guò)測(cè)量上述分射束投射到行駛路面上的點(diǎn)的距離，也可以檢測(cè)雷達(dá)傳感器的垂直校準(zhǔn)。由于路面的反射信號(hào)在雷達(dá)傳感器主射束的測(cè)位范圍內(nèi)沒(méi)有汽車(chē)時(shí)也存在，因此也可以借助反射信號(hào)未出現(xiàn)來(lái)識(shí)別雷達(dá)傳感器是否變盲，例如由于雷達(dá)傳感器透鏡前面的冰或雪引起的變盲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明借助權(quán)利要求1所述特征提供了一種雷達(dá)傳感器，其中分射束的幾何尺寸能夠更好地匹配于各種要求。
根據(jù)本發(fā)明這一任務(wù)通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)具有一個(gè)衍射光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)。
已公知的是，衍射光柵產(chǎn)生一種衍射圖案，該圖案除了一個(gè)主峰值外還有至少一個(gè)副峰值。由天線(xiàn)元件產(chǎn)生的雷達(dá)射束被分成多個(gè)分射束，這些分射束對(duì)應(yīng)于衍射圖案的主峰值和副峰值。主峰值和第一副峰值之間的角度與衍射光柵的光柵常數(shù)有關(guān)。通過(guò)具有足夠小光柵常數(shù)的衍射光柵，即使在透鏡很薄從而幾乎無(wú)法集成一個(gè)具有足夠折光率的棱鏡情況下也能實(shí)現(xiàn)分射束之間的大角度。
衍射光柵可以作為透射光柵簡(jiǎn)單地設(shè)置在透鏡前面或者在透鏡的平表面上形成，這樣可以延伸于透鏡整個(gè)橫截面。這樣有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即對(duì)于已偏轉(zhuǎn)的對(duì)應(yīng)于第一副峰值的分射束來(lái)說(shuō)具有與主射束等量的孔，因此已偏轉(zhuǎn)射束的幾何尺寸不會(huì)因透鏡的衍射而嚴(yán)重失真。另一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是，特別是對(duì)于變盲識(shí)別來(lái)說(shuō)，已偏轉(zhuǎn)的射束與主射束一樣從透鏡的整個(gè)橫截面射出。因此，會(huì)導(dǎo)致傳感器變盲的冰、雪或泥的沉積對(duì)用于變盲識(shí)別的已偏轉(zhuǎn)分射束的影響與對(duì)未偏轉(zhuǎn)主射束的影響相同。
本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)由從屬權(quán)利要求給出。
通過(guò)衍射光柵的適當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，例如設(shè)計(jì)成所謂的炫耀光柵(Blaze-Gitter)，可以實(shí)現(xiàn)一種非對(duì)稱(chēng)的衍射圖案，其中除了第一副峰值的所有副峰值在主峰值一側(cè)盡可能地受到抑制，從而類(lèi)似于棱鏡情況，射束只分成兩個(gè)分射束，即一個(gè)未偏轉(zhuǎn)的主射束和一個(gè)偏轉(zhuǎn)的副射束。偏轉(zhuǎn)的射束可以與DE 102 07 437中公開(kāi)的雷達(dá)傳感器一樣傾斜指向行駛路面并用于測(cè)量絕對(duì)速度、校準(zhǔn)控制和/或識(shí)別變盲與否。但是由于對(duì)于借助于衍射光柵偏轉(zhuǎn)的射束來(lái)說(shuō)透鏡所有數(shù)量的孔都可以用，因此該射束可以更好地聚焦。
另外一種選擇是也可以將衍射光柵垂直定向，從而副射束向側(cè)面偏轉(zhuǎn)。在這種情況下，副射束可以例如用于提前識(shí)別汽車(chē)插入或者測(cè)位旁車(chē)道或道路邊緣上的物體。因此衍射光柵也可以設(shè)計(jì)成產(chǎn)生正好兩個(gè)副射束對(duì)稱(chēng)于主射束，這兩個(gè)副射束對(duì)應(yīng)于兩個(gè)第一衍射峰值。以此方式在汽車(chē)周?chē)軌虮O(jiān)視兩個(gè)旁車(chē)道或者說(shuō)左旁車(chē)道和右道路邊緣。通過(guò)分析處理由旁車(chē)道例如左右擋板或擋板支柱產(chǎn)生的反射信號(hào)，也能夠識(shí)別出自身汽車(chē)位于道路的哪個(gè)車(chē)道上。由主射束和由副射束產(chǎn)生的反射信號(hào)可以通過(guò)例如副射束感測(cè)到的物體在首次感測(cè)到時(shí)已經(jīng)距離自身汽車(chē)非常近而區(qū)別開(kāi)來(lái)。在物體靜止或者物體速度比自身汽車(chē)行駛慢時(shí)，在能夠分辯角度的雷達(dá)傳感器情況下，左右副射束的反射信號(hào)通過(guò)被測(cè)物體的方位角反向變化而區(qū)別開(kāi)來(lái)。
按照本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，也可以動(dòng)態(tài)改變或調(diào)制衍射光柵的光柵常數(shù)。這一點(diǎn)例如可以通過(guò)衍射光柵借助一個(gè)適當(dāng)基底上的電控元件例如借助壓電元件或光子晶體技術(shù)(Photonenkristall-Technologie)產(chǎn)生，從而光柵參數(shù)可以電控。這也提供了一種通過(guò)周期性改變副射束的偏轉(zhuǎn)角來(lái)“掃描”周?chē)鷱亩鴶U(kuò)大雷達(dá)傳感器的測(cè)位角范圍或者改進(jìn)角度分辨率的可能性。


附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例并將在下面詳細(xì)描述。
圖1是按照本發(fā)明的雷達(dá)傳感器的示意截面圖；圖2是帶有按照第一實(shí)施例的雷達(dá)傳感器的汽車(chē)俯視圖；圖3是圖2所示雷達(dá)傳感器的示意截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1用垂直截面圖示意表示了一個(gè)雷達(dá)傳感器10，其例如裝在汽車(chē)的前面。雷達(dá)傳感器的外殼12在前端由一個(gè)平凸透鏡14封閉，該平凸透鏡用一種具有適當(dāng)折射率的能透過(guò)微波的塑料材料制成。在外殼12的內(nèi)部大致在透鏡14的焦平面內(nèi)有多個(gè)天線(xiàn)元件16，其中圖中僅示出了一個(gè)，這些天線(xiàn)元件相鄰布置，使得它們與透鏡14一起產(chǎn)生多束相互間略有錯(cuò)位的雷達(dá)射束18，這些射束位于垂直于圖1平面的通過(guò)透鏡14光軸的水平面內(nèi)。通過(guò)分析不同天線(xiàn)元件16接收的反射信號(hào)之間的強(qiáng)度差和相位差，可以確定被測(cè)物體的方位角。
但是，由各天線(xiàn)元件16產(chǎn)生的雷達(dá)射束18在此又分成兩個(gè)分射束20，22，即一個(gè)大致水平的主射束20和一個(gè)斜指向路面的副射束22。這種射束分配通過(guò)一個(gè)衍射光柵24實(shí)現(xiàn)，該衍射光柵在本實(shí)施例中由透鏡14的平表面上的一列槽26構(gòu)成。因此衍射效果由槽26內(nèi)的空腔與位于槽之間的用透鏡14的材料制成的肋部相比具有更小的光學(xué)厚度因此在天線(xiàn)元件16發(fā)射的射束中引起相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可以不用槽26，而是使凸起的肋部或者嵌入透鏡中的條帶用光學(xué)厚度不同于透鏡14材料的一種材料制成。原則上也可以想到柵極桿用一種不透過(guò)微波射線(xiàn)的材料制成，但這會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)射束18的總強(qiáng)度損失。
主射束20與副射束22之間的角度與衍射光柵24的光柵常數(shù)有關(guān)，也就是與槽26間的距離有關(guān)，該距離大致位于微波波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)，例如在77千赫茲雷達(dá)下大致為3.9毫米。
副射束22對(duì)應(yīng)于衍射光柵24的第一衍射峰值。在圖示實(shí)施例中，衍射光柵24是一個(gè)透射光柵，具體說(shuō)是一個(gè)所謂的炫耀光柵，其中除了第一副峰值的所有衍射峰值都在主峰值一側(cè)受到抑制。如同由衍射光柵理論(炫耀光柵)已知，這一點(diǎn)可以通過(guò)上述槽26的非對(duì)稱(chēng)棱鏡型面與光柵常數(shù)及材料的折射率協(xié)調(diào)，從而不希望的副峰值通過(guò)破壞性的干涉得以消除來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此所有射束能量都聚集到兩個(gè)分射束20，22上。
主射束20和副射束22之間的強(qiáng)度比例由槽26的寬度和槽間肋部的寬度決定，并可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
另外可選擇的是，不用集成在透鏡14中的衍射光柵24，而是用一個(gè)單獨(dú)的衍射光柵。在圖1中示出結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，其制造和安裝簡(jiǎn)單并能保證在正確調(diào)節(jié)透鏡14的條件下同時(shí)也能正確調(diào)節(jié)衍射光柵24。
副射束22例如可以用于直接測(cè)量汽車(chē)相對(duì)地面的速度。由于副射束22在車(chē)道28上的投射點(diǎn)位于汽車(chē)前面很短距離處，因此能夠獲得足夠強(qiáng)的反射中心P的反射波，該反射中心由車(chē)道28的表面不平度形成?？山柚p倍作用確定的反射中心P的相對(duì)速度直接反映出汽車(chē)的自身速度。此外還可以測(cè)量雷達(dá)傳感器10與反射中心P即副射束22在車(chē)道上的投射點(diǎn)之間的距離，由此可控制雷達(dá)傳感器10的垂直調(diào)節(jié)。
此外，副射束22還可以用于識(shí)別雷達(dá)傳感器10的可能變盲。例如當(dāng)透鏡14的上半部分被冰、雪或泥覆蓋因此削弱了主射束20的強(qiáng)度從而無(wú)法可靠地測(cè)位障礙時(shí)，則副射束22的強(qiáng)度也同樣削弱，借助由已知距離可查明的反射中心P的反射波的強(qiáng)度，就可確定變盲的程度，尤其是即使在主射束20沒(méi)有測(cè)位出前方有汽車(chē)時(shí)也能夠確定。
圖2示出了帶有雷達(dá)傳感器32的汽車(chē)20的平面圖，該雷達(dá)傳感器的結(jié)構(gòu)原理同圖1所示的雷達(dá)傳感器10。但在該雷達(dá)傳感器32中，衍射光柵垂直定向并且結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，因此除主射束20外還產(chǎn)生了兩個(gè)副射束22，22’，對(duì)應(yīng)于兩個(gè)第一副峰值。這里，副射束22，22’例如可用于測(cè)位在汽車(chē)30左右兩邊位于汽車(chē)附近的物體。以此方式尤其是可以提前識(shí)別出汽車(chē)的插入。
圖3示出了雷達(dá)傳感器32的一種可想到的結(jié)構(gòu)形式。在這種情況下，衍射光柵24’由透鏡14分開(kāi)形成，并通過(guò)一個(gè)裝有一列光柵條帶36的彈性膜片34構(gòu)成。膜片34和光柵條帶36都對(duì)于微波射線(xiàn)來(lái)說(shuō)是透明的，而光柵條帶36的折射率比空氣高。膜片34一端固定張緊在一個(gè)支架38中，另一端通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)向輥40轉(zhuǎn)向并固定在一個(gè)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器42上。借助于伺服驅(qū)動(dòng)器42可以使膜片34張緊，從而擴(kuò)大了光柵條帶之間的間距，因此擴(kuò)大了光柵常數(shù)，結(jié)果使副射束22，22’與主射束20之間的角度減小。以此方式可以使副射束22，22’的出射角在雷達(dá)傳感器工作期間連續(xù)變化。
最后也可以想到組合按照?qǐng)D3所示的垂直光柵24’與按照?qǐng)D1所示的水平光柵24，從而除了主射束20和側(cè)向的副射束22，22’外還可以獲得傾斜指向車(chē)道的副射束。
權(quán)利要求
1.汽車(chē)(30)用的雷達(dá)傳感器，帶有一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)(14)，該光學(xué)系統(tǒng)將一個(gè)由天線(xiàn)元件(16)產(chǎn)生的雷達(dá)射束(18)分成向不同方向射出的多個(gè)分射束(20，22，22’)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)具有一個(gè)衍射光柵(24；24’)。
2.按照權(quán)利要求1所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，所述衍射光柵(24；24’)是一個(gè)透射光柵。
3.按照權(quán)利要求2所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)具有一個(gè)透鏡(14)，所述衍射光柵(24)集成在該透鏡中。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，所述衍射光柵(24)是一個(gè)炫耀光柵，其除了一個(gè)主射束(20)外只產(chǎn)生一個(gè)副射束(22)。
5.按照前述權(quán)利要求之一所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，所述衍射光柵(24)水平定向，使一個(gè)副射束(22)傾斜指向車(chē)道(28)。
6.按照前述權(quán)利要求1至3之一所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，所述衍射光柵(24’)垂直定向。
7.按照權(quán)利要求6所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，所述延伸光柵(24’)的結(jié)構(gòu)使得產(chǎn)生一個(gè)主射束和正好兩個(gè)對(duì)稱(chēng)于主射束的副射束(22，22’)。
8.按照前述權(quán)利要求之一所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，有一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(42)用于改變衍射光柵(24’)的光柵常數(shù)。
9.按照權(quán)利要求8所述的雷達(dá)傳感器，其特征在于，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(42)在雷達(dá)傳感器工作期間可電控。
全文摘要
汽車(chē)(30)用的雷達(dá)傳感器，帶有一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)(14)，該光學(xué)系統(tǒng)將一個(gè)由天線(xiàn)元件(16)產(chǎn)生的雷達(dá)射束(18)分成向不同方向射出的多個(gè)分射束(20，22)，其特征在于，所述光學(xué)系統(tǒng)具有一個(gè)衍射光柵(24)。
文檔編號(hào)G01S13/60GK1731210SQ200510091079
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者K·萊雷, W·斯蒂芬斯 申請(qǐng)人:羅伯特.博世有限公司