專利名稱：汽車用的雷達(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)傳感器在汽車中用于對本汽車周圍的其它汽車或障礙物進(jìn)行測位，或者測量它們之間的距離和相對速度，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)相鄰布置的天線元件，這些天線元件與一個(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。通過使用多個(gè)雷達(dá)射束，這些雷達(dá)射束的反射信號可以由天線元件接收并分開分析處理，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，通過該棱鏡，每個(gè)由單個(gè)天線元件產(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例如可以用來測量汽車相對地面的速度，該測量與車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號無關(guān)。通過測量上述分射束投射到行駛路面上的點(diǎn)的距離，也可以檢測雷達(dá)傳感器的垂直校準(zhǔn)。由于路面的反射信號在雷達(dá)傳感器主射束的測位范圍內(nèi)沒有汽車時(shí)也存在，因此也可以借助反射信號未出現(xiàn)來識別雷達(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)通過光學(xué)系統(tǒng)具有一個(gè)衍射光柵來實(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)，即對于已偏轉(zhuǎn)的對應(yīng)于第一副峰值的分射束來說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，特別是對于變盲識別來說，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，會導(dǎo)致傳感器變盲的冰、雪或泥的沉積對用于變盲識別的已偏轉(zhuǎn)分射束的影響與對未偏轉(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)一種非對稱的衍射圖案，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中公開的雷達(dá)傳感器一樣傾斜指向行駛路面并用于測量絕對速度、校準(zhǔn)控制和/或識別變盲與否。但是由于對于借助于衍射光柵偏轉(zhuǎn)的射束來說透鏡所有數(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別汽車插入或者測位旁車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)副射束對稱于主射束，這兩個(gè)副射束對應(yīng)于兩個(gè)第一衍射峰值。以此方式在汽車周圍能夠監(jiān)視兩個(gè)旁車道或者說左旁車道和右道路邊緣。通過分析處理由旁車道例如左右擋板或擋板支柱產(chǎn)生的反射信號，也能夠識別出自身汽車位于道路的哪個(gè)車道上。由主射束和由副射束產(chǎn)生的反射信號可以通過例如副射束感測到的物體在首次感測到時(shí)已經(jīng)距離自身汽車非常近而區(qū)別開來。在物體靜止或者物體速度比自身汽車行駛慢時(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通過被測物體的方位角反向變化而區(qū)別開來。
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周期性改變副射束的偏轉(zhuǎn)角來“掃描”周圍從而擴(kuò)大雷達(dá)傳感器的測位角范圍或者改進(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)天線元件16，其中圖中僅示出了一個(gè)，這些天線元件相鄰布置，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平面的通過透鏡14光軸的水平面內(nèi)。通過分析不同天線元件16接收的反射信號之間的強(qiáng)度差和相位差，可以確定被測物體的方位角。
但是，由各天線元件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)厚度因此在天線元件16發(fā)射的射束中引起相位差來實(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微波射線的材料制成，但這會導(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數(shù)量級，例如在77千赫茲雷達(dá)下大致為3.9毫米。
副射束22對應(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)可以通過上述槽26的非對稱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破壞性的干涉得以消除來實(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量汽車相對地面的速度。由于副射束22在車道28上的投射點(diǎn)位于汽車前面很短距離處，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的相對速度直接反映出汽車的自身速度。此外還可以測量雷達(dá)傳感器10與反射中心P即副射束22在車道上的投射點(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)度從而無法可靠地測位障礙時(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沒有測位出前方有汽車時(shí)也能夠確定。
圖2示出了帶有雷達(dá)傳感器32的汽車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)對稱，因此除主射束20外還產(chǎn)生了兩個(gè)副射束22，22’，對應(yīng)于兩個(gè)第一副峰值。這里，副射束22，22’例如可用于測位在汽車30左右兩邊位于汽車附近的物體。以此方式尤其是可以提前識別出汽車的插入。
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分開形成，并通過一個(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都對于微波射線來說是透明的，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圖3所示的垂直光柵24’與按照圖1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道的副射束。
權(quán)利要求
1.汽車(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)對稱于主射束的副射束(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(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G01S13/60GK1731210SQ200510091079
公開日2006年2月8日 申請日期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 申請人:羅伯特.博世有限公司