DE19963001A1 - Kraftfahrzeug-Radarsystem - Google Patents
Kraftfahrzeug-RadarsystemInfo
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Abstract
Kraftfahrzeug-Radarsystem mit wenigstens einem sensorstrahlungsdurchlässigen Körper (2) zur Fokussierung der Sensorstrahlung und/oder wenigstens einem Radom ohne gewollte Fokussierung im Strahlengang (5), wobei im Bereich des sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers (2) und/oder des Radoms wenigstens eine Anordnung aus elektrischen Leiterbahnen (6) angeordnet ist, die wenigstens zum Heizen des sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers (2) und/oder des Radoms geeignet ist, wobei den elektrischen Leiterbahnen (6) eine elektrische Leistung zuführbar ist, wobei eine Leistungssteuerung der zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit von Betriebszuständen und Umgebungsbedingungen derart vorgenommen wird, daß die Oberflächentemperatur (TL) des sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers (2) und/oder des Radoms bestimmte Temperaturwerte nicht überschreitet.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-
Radarsystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Solche
Kraftfahrzeug-Radarsysteme werden beispielsweise im Rahmen
einer automatischen Geschwindigkeitsregelung eines Fahrzeugs
zur Detektion vorausfahrender Fahrzeuge eingesetzt. Ein
gattungsgemäßes System wird auch als Adaptive Cruise Control
(ACC) bezeichnet. Zur Beeinflussung der verwendeten
elektromagnetischen Wellen und mitunter auch zum Schutz des
Radarsystems vor Witterungseinflüssen befindet sich
üblicherweise ein Körper im Strahlengang der
elektromagnetischen Wellen. Häufig ist dieser Körper
Bestandteil eines Gehäuses, das ein solches Kraftfahrzeug-
Radarsystem umgibt.
In der DE 197 36 089 C1 wird eine Metallplattenlinse
beschrieben, die zur Fokussierung oder Streuung
elektromagnetischer Wellen dient. Die beschriebene
Metallplattenlinse wird bevorzugt bei einem Kraftfahrzeug-
Radarsystem eingesetzt. Der DE 197 36 089 C1 liegt die
Problemstellung zugrunde, daß es sich aus den besonderen
Einsatzbedingungen im Rahmen eines Radarsystems zur
automatischen Abstandswarnung an einem Kraftfahrzeug ergibt,
daß eine Ablagerung vom Belägen, insbesondere von Schnee
oder Schneematsch, auf der Linse stattfindet. Durch solche
Beläge werden durch die Linse hindurchtretende
elektromagnetische Wellen wesentlich gedämpft, was
letztendlich sogar zum Totalausfall des Radarsystems führen
kann. Um die Metallplattenlinse mit Blick auf die genannten
Schwierigkeiten zu verbessern, wird vorgeschlagen, daß bei
wenigstens einer der Metallplatten eine Kontaktierung
vorhanden ist, mittels der der Metallplatte ein Heizstrom
zuführbar ist. Hierbei kann die genannte Metallplatte mit
weiteren Metallplatten der Linse elektrisch leitfähig
verbunden sein, so daß ein zugeführter Heizstrom auch die
weiteren Metallplatten durchfließt. Die genannte Metall
platte und die weiteren Metallplatten können seriell,
parallel oder auch in anderer schaltbarer Kombination
miteinander verbunden sein. Damit die Metallplattenlinse
gleichzeitig auch zur witterungsfesten Abdeckung des
eigentlichen Kraftfahrzeug-Radarsystems dienen kann, ist der
Raum zwischen den Metallplatten der Metallplattenlinse mit
einem festen oder geschäumten Dielektrikum gefüllt. Zur
Erhöhung der Heizleistung weisen die Metallplatten, an denen
ein Heizstrom zuführbar ist, einen Teilbereich auf, der
gegenüber Kupfer einen erhöhten spezifischen ohmschen
Widerstand besitzt. Dieser spezifische ohmsche Widerstand
erhöht die Verlustleistung, was sich in einer höheren
Heizleistung und damit in einer stärkeren Erwärmung der
Antennenlinse auswirkt.
Aus der DE 196 44 164 C2 ist ein Kraftfahrzeug-Radarsystem
mit mindestens einem Sende-/Empfangselement zum Senden
und/oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, wobei sich
zur Fokussierung oder Streuung der elektromagnetischen
Wellen ein linsenförmiger dielektrischer Körper im
Strahlengang des mindestens einen Sende-/Empfangselements
befindet, bekannt. Der linsenförmige dielektrische Körper,
der zudem das Sende-/Empfangselement vor
Witterungseinflüssen schützt, besitzt eine Anordnung aus
elektrisch leitfähigen Bahnen, deren Breite maximal Lambda-
Zehntel beträgt und deren Abstände voneinander mindestens
Lambda-Viertel betragen, wobei Lambda die
Freiraumwellenlänge der elektromagnetischen Wellen
bezeichnet. Die elektrisch leitfähigen Bahnen sind dabei
überwiegend senkrecht zur Polarisationsrichtung der
elektromagnetischen Wellen angeordnet. Die Anordnung aus
elektrisch leitfähigen Bahnen kann je nach gewünschter
Anwendung auf der Innenseite des dielektrischen Körpers,
d. h. der Seite, die den Sende-/Empfangselementen zugewandt
ist, der Außenseite oder auch innerhalb des dielektrischen
Körpers angeordnet sein. Wenn die elektrisch leitfähige
Anordnung von einem Heizstrom durchflossen wird, kann auf
diese Weise der dielektrische. Körper von Belägen wie Eis,
Schnee oder Schneematsch befreit werden. Ebenso kann mit
Hilfe eines Heizstroms der dielektrische Körper getrocknet
oder trocken gehalten werden. Es wird weiterhin offenbart,
daß die Möglichkeit besteht, die elektrisch leitfähige
Anordnung in mindestens zwei voneinander getrennte Anteile
zu unterteilen. Wenn sich bei dieser Konstellation die
Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen auf der
Außenseite des dielektrischen Körpers befindet, kann über
die Messung der Kapazität zwischen den beiden getrennten
Anteilen der Anordnung auf einen sogenannten Verlustwinkel
tanδ des Belagsmaterials geschlossen werden. Mit anderen
Worten, es kann eine Verschmutzung des dielektrischen
Körpers festgestellt werden. In Abhängigkeit von dieser
festgestellten Verschmutzung bzw. eines festgestellten
Schmutzbelags, kann ein Heizstrom, der die elektrisch
leitfähige Anordnung durchfließt, eingeschaltet werden.
Andererseits kann durch die Aufteilung in mindestens zwei
Bereichen die Heizleistung variiert werden, beispielsweise
für ein schnelles Aufheizen einer eisbedeckten Linse mit
einer hohen Heizleistung und ein anschließendes Freihalten
der Linse mit einer reduzierten Heizleistung. Aus der
DE 196 44 164 C2 ist es weiterhin bekannt, daß die
elektrischen Leiterbahnen bei einem Körper aus Keramik in
bekannter Dickschichttechnologie aufgebracht werden, wo
hingegen bei Körpern aus Kunststoff ebenfalls bekannte,
kostengünstige Verfahren zum Aufdruck der elektrischen
Leiterbahnen verwendet werden können.
Die DE 197 24 320 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung
einer heizbaren Antennenlinse. Es wird eine heizbare
Antennenlinse aus einem dielektrischen Körper beschrieben,
der darin eine Anordnung aus elektrischen Leiterbahnen
besitzt. Die Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen
befindet sich hierbei möglichst nahe an der zu beheizenden
Außenfläche der Linse, wodurch sich eine Verringerung der
Heizleistung durch Einbringung der Energie dicht unterhalb
der zu beheizenden Fläche ergibt. Ferner folgt daraus ein
beschleunigtes Aufheizverhalten. Es wird weiterhin
beschrieben, daß eine leichte Anpaßbarkeit der Heizleistung
dadurch erreicht werden kann, daß Drähte mit einem
gewünschten Widerstandsverhalten verwendet werden. Dies kann
beispielsweise ein Widerstandsdraht sein.
Sowohl die DE 197 36 089 C1 und die DE 196 44 164 C2 als
auch die DE 197 24 320 A1 beschreiben verschiedene
Möglichkeiten, ein Kraftfahrzeug-Radarsystem von Belägen wie
aus Eis, Schnee oder Schneematsch zu befreien. Die beiden
erstgenannten Schriften offenbaren die Möglichkeit der
Regelung der Heizleistung dadurch, daß entweder
Metallplatten in verschiedenen Kombinationen miteinander
verschaltet werden oder daß mindestens zwei elektrisch
leitfähige Anordnungen zur Regelung der Heizleistung
entsprechend kombiniert werden. Die DE 197 24 320 A1
offenbart hingegen nur die Möglichkeit, die Heizleistung
durch Drähte mit einem gewünschten Widerstandsverhalten
anzupassen. Bei niedrigen Außentemperaturen und bei höheren
Fahrgeschwindigkeiten kommt es bei den vorgenannten Systemen
aufgrund der Konvektion an der Oberfläche des Radarsystems
zu einer starken Abkühlung der Oberfläche. Hierbei können
sich je nach Umgebungsbedingungen und Fahrgeschwindigkeit
trotz eingeschalteter maximaler Heizleistung Temperaturen an
der Oberfläche des Radarsystem bilden, die in
Gefrierpunktnähe liegen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Kraftfahrzeug-Radarsystem anzugeben, das an die
Umgebungsbedingungen besser angepaßt ist. Diese Aufgabe wird
dadurch gelöst, daß bei einem Kraftfahrzeug-Radarsystem mit
wenigstens einem sensorstrahlendurchlässigen Körper zur
Fokussierung der Sensorstrahlung und/oder einem Radom ohne
gewollte Fokussierung im Strahlengang, wobei im Bereich des
sensorstrahlendurchlässigen Körpers und/oder des Radoms
wenigstens eine Anordnung aus elektrischen Leiterbahnen
angeordnet ist, die wenigstens zum Heizen des
sensorstrahlendurchlässigen Körpers und/oder des Radoms
geeignet ist, wobei den elektrischen Leiterbahnen eine
elektrische Leistung zuführbar ist, wobei eine
Leistungssteuerung der zugeführten elektrischen Leistung in
Abhängigkeit von Betriebszuständen und Umgebungsbedingungen
derart vorgenommen wird, daß die Oberflächentemperatur des
sensorstrahlendurchlässigen Körpers und/oder des Radoms
bestimmte Temperaturwerte nicht überschreitet. In
vorteilhafter Weise ist hierbei der
sensorstrahlendurchlässige Körper eine dielektrische Linse,
wodurch eine besonders kompakte Bauform ermöglicht wird.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Radarsystem bietet
gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen
den Vorteil, daß eine Leistungssteuerung der zugeführten
elektrischen Leistung durchgeführt wird, die nicht nur von
einem möglicherweise detektierten Verschmutzungsgrad sondern
vielmehr von Betriebszuständen und Umgebungsbedingungen
abhängig gemacht wird. Dabei ist die erfindungsgemäße
Leistungssteuerung derart ausgelegt, daß die
Oberflächentemperatur des sensorstrahlendurchlässigen
Körpers und/oder des Radoms bestimmte Temperaturwerte nicht
überschreitet. Hierdurch wird verhindert, daß der
sensorstrahlendurchlässige Körper und/oder das Radom durch
unzulässig hohe Temperaturwerte Schaden nimmt.
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug-Radarsystems sieht vor, daß die
Leistungssteuerung dadurch erfolgt, daß eine Spannung, die
an den elektrischen Leiterbahnen abfällt, zeitlich nicht
konstant ist. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen,
daß die Spannung eine mit einem bestimmten Tastverhältnis
über einen Schalter getaktete Grundspannung ist.
Vorteilhafterweise wird als die Grundspannung die
Betriebsspannung des Bordnetzes verwendet. Diese
erfindungsgemäße Ausgestaltung der Leistungssteuerung bietet
den Vorteil, daß zum einen über ein vorbestimmtes
Tastverhältnis der zeitliche Mittelwert der zugeführten
elektrischen Leistung exakt gesteuert werden kann und daß
zum anderen als getaktete Grundspannung die Betriebsspannung
verwendet wird, die ohne weitere Transformation oder
Umwandlung im Bordnetz des Kraftfahrzeugs permanent zur
Verfügung steht.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Spannung wenigstens
von einem der folgenden Betriebszustände und/oder einer der
folgenden Umgebungsbedingungen abhängig ist:
- 1. Betriebsspannung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs,
- 2. Umgebungstemperatur außerhalb des Kraftfahrzeugs,
- 3. Geschwindigkeit des eigenen Kraftfahrzeugs und
- 4. Oberflächentemperatur des sensorstrahlendurchlässigen Körpers und/oder des Radoms.
Durch eine oder mehrere der zuvor genannten Abhängigkeiten
wird die Spannung, die an den elektrischen Leiterbahnen
abfällt, in ganz besonders vorteilhafter Weise an die
Betriebszustände und/oder Umgebungsbedingungen angepaßt. Es
ist weiterhin von Vorteil, wenn wenigstens eine der zuvor
genannten Größen auf einem fahrzeuginternen Bussystem,
beispielsweise dem CAN-Bus, zur Verfügung steht, da auf
diese Art und Weise auf Meßgrößen zurückgegriffen werden
kann, die innerhalb des Fahrzeugsystems bereits vorhanden
sind, und dadurch keine zusätzlichen Meßdaten und/oder
Sensoren erforderlich sind.
Die Bestimmung des zuvor genannten Tastverhältnisses kann
von einem Steuergerät durchgeführt werden, wobei
vorteilhafterweise in dem Steuergerät ein Speicher vorhanden
sein kann, in dem ein Kennfeld ablegbar ist. Auf diese Weise
sind während des Betriebs des Kraftfahrzeug-Radarsystems
keine rechenintensiven Operationen notwendig, um das
Tastverhältnis der Spannung zu bestimmen, sondern es muß
lediglich in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen
und/oder Umgebungsbedingungen ein entsprechender Wert für
das Tastverhältnis aus einem im Speicher abgelegten Kennfeld
ausgelesen werden. Dies ist eine besonders schnelle,
kostengünstige und sehr genaue Lösung, um das Tastverhältnis
zu bestimmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Radarsystem ist es
weiterhin vorgesehen, die Betriebsspannung des Bordnetzes
über einen Analog-Digital-Wandler zu erfassen, der zusammen
mit dem Steuergerät in einem Radarsystem-Steuergerät
integrierbar ist. Auf diese Weise kann die tatsächliche
Betriebsspannung des Bordnetzes erfaßt werden, die z. B. nach
längeren Standpause bei tiefen Umgebungstemperaturen
deutlich von Werten abweichen kann, die die Betriebsspannung
des Bordnetzes beispielsweise bei gemäßigten
Außentemperaturen und nach langer Autobahnfahrt aufweist.
Mit Kenntnis der so bestimmten Betriebsspannung des
Bordnetzes kann eine besonders exakte Leistungssteuerung
durchgeführt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Kraftfahrzeug-
Radarsystems sieht vor, daß die Anordnung aus elektrischen
Leiterbahnen derart dimensioniert ist, daß der elektrische
Widerstand der elektrischen Leiterbahnen so klein ist, daß
sich bei einem dauerhaften Tastverhältnis von 1 ein
Vielfaches der eigentlich zulässigen Heizleistung ergibt.
Mit anderen Worten, die elektrischen Leiterbahnen sind von
ihrem elektrischen Widerstand her derart ausgelegt, daß ein
dauerhafter Betrieb mit maximaler Grundspannung bzw.
Betriebsspannung des Bordnetzes zu einer unzulässig hohen
Heizleistung und somit zu einer Zerstörung des
Kraftfahrzeug-Radarsystems führen würde. Durch diese Art der
Auslegung der elektrischen Leiterbahnen ist es möglich, dem
Kraftfahrzeug-Radarsystem kurzfristig Leistungen zuzuführen,
die bei dauerhaftem Einsatz zu einer Zerstörung führen
würden. Hierdurch wird ein beschleunigtes, besonders
vorteilhaftes Aufheizverhalten des Kraftfahrzeug-
Radarsystems erreicht.
Eine weitere Ausgestaltungsform des Kraftfahrzeug-
Radarsystems sieht vor, daß die Anordnung der elektrischen
Leiterbahnen aus einem ferromagnetischen Material besteht.
Ein solches ferromagnetisches Material bietet den Vorteil,
daß durch den positiven Temperaturkoeffizienten des
Materials ein Selbstschutz vor Überhitzung des
Kraftfahrzeug-Radarsystems vorhanden ist. Weiterhin bietet
ferromagnetisches Material, insbesondere bei einer
gitterförmigen Anordnung, den Vorteil, daß tieffrequente
Störstrahlung besonders gut unterdrückt wird. Dies kann
sowohl das Eintreten, als auch das Austreten von
Störstrahlung betreffen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Radarsystems anhand von
Figuren erläutert.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Kraftfahrzeug-
Radarsystems, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist,
Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 2c erläutern eine mögliche
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung zur
Leistungssteuerung, die in einem erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug-Radarsystem integriert ist,
Fig. 3 zeigt Beispiele von Leistungssteuerung in
Abhängigkeit von Außentemperatur und Eigengeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs,
Fig. 4 zeigt mögliche Temperaturverläufe an der äußeren
Oberfläche eines Kraftfahrzeug-Radarsystems in Abhängigkeit
von Außentemperatur und Fahrzeug-Eigengeschwindigkeit, wobei
hier Temperaturverläufe dargestellt sind, die dem Stand der
Technik entsprechen,
Fig. 5 zeigt verschiedene Verläufe des Tastverhältnisses
eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Radarsystems in
Abhängigkeit von Außentemperatur und Eigengeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs und
Fig. 6 zeigt mögliche Temperaturverläufe an der äußeren
Oberfläche eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-
Radarsystems in Abhängigkeit von Außentemperatur und
Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Kraftfahrzeug-
Radarsystems, wie es bereits aus dem Stand der Technik
bekannt ist. Die äußeren Abmessungen des Kraftfahrzeug-
Radarsystems werden durch ein Gehäuse 1 und eine
dielektrische Linse 2 bestimmt. Innerhalb des Gehäuses 1
befindet sich eine Grundplatte 3, auf der Strahlerelemente
sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Radarstrahlung
angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei
Strahlerelemente dargestellt, wobei das erfindungsgemäße
Radarsystem auf eine beliebige Anzahl von Strahlerelementen
erweitert oder verringert werden kann. Durch die mit 5
gekennzeichneten Linien sind mögliche Strahlengänge der
Radarstrahlung gekennzeichnet. Innerhalb der Linse 2 sind
mit der Ziffer 6 eingelegte elektrische Leiterbahnen
gekennzeichnet, deren elektrische Kontaktierungen in dieser
Figur nicht dargestellt sind.
Fig. 2a zeigt ein Steuergerät 7 mit einer möglichen
externen Beschaltung, wie es in einem erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug-Radarsystem integriert ist. Dem Steuergerät
wird von der Batterie des Kraftfahrzeugs 8 über eine
Steuerleitung die Betriebsspannung des Bordnetzes UB
zugeführt. Mit 9 ist der CAN-Bus des Kraftfahrzeugs
bezeichnet. Vom CAN-Bus 9 werden dem Steuergerät 7 die
Außentemperatur TA sowie die Kraftfahrzeug-
Eigengeschwindigkeit VE über Steuerleitungen zugeführt. Über
eine angedeutete weitere Verbindungsleitung 13 zum CAN-Bus 9
können dem Steuergerät 7 gegebenenfalls weitere Daten über
Betriebszustände und/oder Umgebungsbedingungen zugeführt
werden. Innerhalb des Steuergeräts 7 wird in Abhängigkeit
der Eingangsgrößen, die die Leistungssteuerung der
elektrisch leitfähigen Bahnen notwendige Spannung UH
bestimmt. Die Spannung UH kann dabei prinzipiell
verschiedene Verläufe annehmen. Beispielsweise ist in Fig.
2b die Spannung UH, die mit einem Tastverhältnis t/T
getaktete Betriebsspannung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs
(Pulsbreitensteuerrung). Nach der Ausführungsform, die in
Fig. 2c dargestellt ist, ist die Spannung UH eine geregelte
Gleichspannung, die Werte zwischen 0 und VB annehmen kann.
Je nachdem, welche Art der Ansteuerung für die Spannung UH
gewählt werden soll, werden über die Verbindungsleitungen 10
die notwendigen Daten an die Einheit 11 übermittelt. Je nach
gewünschtem Ansteuerungsprinzip besteht die Einheit 11
entweder aus einem Schalter, wie in Fall von Fig. 2b, bzw.
aus einem Gleichstromsteller bzw. einem
Gleichspannungssteller, wie in Fall von Fig. 2c. Ein
möglicher Schalter innerhalb der Einheit 11 kann
beispielsweise ein Transistor, ein Relais oder ein
beliebiger anderer Schalter sein. Der Ausgang der Einheit 11
stellt gegenüber der Masse 12 des Bordnetzes des
Kraftfahrzeugs die gewünschte Spannung UH dar. Diese
Spannung UH wird an die elektrisch leitfähigen Bahnen
angelegt und erzeugt auf diese Art und Weise die gewünschte
Verlustleistung in den elektrischen Leiterbahnen. Um den
Wert der Betriebsspannung UB des Bordnetzes von der Batterie
8 in das Steuergerät zu überführen, ist es notwendig, daß
ein Analog-Digital-Wandler vorhanden ist, der die
Betriebsspannung UB des Bordnetzes für das Steuergerät 7
entsprechend aufbereitet. Dieser Analog-Digital-Wandler kann
dabei im Steuergerät 7 integriert sein oder sich an einer
beliebigen Position innerhalb des Kraftfahrzeuges befinden,
wobei die Integration in das Steuergerät 7 eine besonders
kostengünstige und platzsparende Lösung ist. Alternativ kann
die Betriebsspannung UB des Bordnetzes selbstverständlich
auch auf dem CAN-Bus 9 bereits zur Verfügung stehen und kann
dem Steuergerät 7 über die Verbindungsleitung 13 zugeführt
werden. Dies ist von der jeweiligen Konfiguration des
fahrzeuginternen Bussystems abhängig. Die in den Fig. 2b
und 2c gezeigten Spannungsverläufe können als Maximalwert
alternativ auch einen anderen Wert annehmen als die
Betriebsspannung des Bordnetzes UB. Ein solcher Maximalwert
oder auch Grundspannung UG kann gegebenenfalls beliebige
Werte annehmen, die sowohl unterhalb von UB als auch
oberhalb von UB liegen können. Im letztgenannten Fall ist es
erforderlich, die Betriebsspannung UB des Bordnetzes
schaltungstechnisch zu erhöhen oder entsprechend umzuformen.
Das Steuergerät 7 kann beispielsweise Teil eines bereits
vorhandenen Radarsystem-Steuergerätes sein. Ein solches
Radarsystem-Steuergerät ist in der Regel innerhalb des in
Fig. 1 gezeigten Gehäuses integriert. Dieses wurde in der
groben Darstellung nach Fig. 1 nicht gezeigt.
Selbstverständlich ist es alternativ möglich, daß sich das
Steuergerät 7 an einem beliebigen Punkt innerhalb des
Kraftfahrzeugs befindet. Der zur Umwandlung der
Betriebsspannung UB des Bordnetzes gegebenenfalls
erforderliche Analog-Digital-Wandler kann beispielsweise ein
externes Bauelement darstellen, möglich ist jedoch auch eine
Integration in das Steuergerät 7.
Das primäre Ziel der Leistungsregelung ist es, daß die
Oberflächentemperatur des sensorstrahlendurchlässigen
Körpers bzw. der dielektrischen Linse 2 nicht überschritten
wird. Um unter dieser Randbedingung innerhalb des
Steuergeräts 7 die entsprechenden Ansteuersignale für den
Schalter bzw. Steller 11 zu erzeugen, ist in dem Steuergerät
7 ein Speicher vorhanden, in dem ein oder mehrere Kennfelder
abgelegt sind. Auf ein mögliches Kennfeld zur Auswahl eines
Tastverhältnisses t/T wird im Rahmen der Beschreibung zu
Fig. 5 detaillierter angegangen.
Ein besonders wichtiges Detail des erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug-Radarsystems besteht darin, daß die Anordnung
aus elektrischen Leiterbahnen 6 derart dimensioniert ist,
daß der elektrische Widerstand der elektrischen Leiterbahnen
6 so klein ist, daß sich beim dauerhaften Tastverhältnis von
t/T = 1 ein vielfaches der eigentlich zulässigen
Heizleistung ergibt. Mit anderen Worten: Wenn als
Grundspannung UG die Betriebsspannung UB des Bordnetzes
gewählt wird und ein dauerhaftes Tastverhältnis t/T = 1
eingestellt wird, so bedeutet dies, daß die Betriebsspannung
UB des Bordnetzes, also die Batteriespannung des
Kraftfahrzeugs, unmittelbar als Heizspannung UH an den
elektrisch leitfähigen Bahnen 6 anliegt. Der durch diese
Spannung hervorgerufene Strom würde innerhalb der
elektrischen Leiterbahnen zu einer Verlustleistung führen,
die das Material der dielektrischen Linse 2 nach einem
gewissen Zeitraum derart unzulässig erhitzt hat, daß es zu
Schädigungen an der dielektrischen Linse 2 kommt. Im
Extremfall würde es durch die Überhitzung der elektrischen
Leiterbahnen 6 bzw. der dielektrischen Linse 2 zu einem
Brand des Kraftfahrzeug-Radarsystems insgesamt kommen.
Gerade in dieser Auslegung der elektrischen Leiterbahnen 6
in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Leistungssteuerung
ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, die
dielektrische Linse 2 möglichst schnell zu erwärmen. Bei der
Ansteuerung über ein entsprechendes Kennfeld kann
beispielsweise für einen kurzen Anfangszeitraum ein großes
Tastverhältnis gewählt werden, um für den ersten Moment ein
schnelles Aufheizen des dielektrischen Körpers 2 zu
erreichen. Ebenso kann, wie es in Fig. 5 dargestellt ist,
das Tastverhältnis von der Außentemperatur und der
Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig sein. Würde
die Auslegung der elektrischen Leiterbahnen 6 im Stillstand
und bei milden Außentemperaturen noch zu einer Zerstörung
des Kraftfahrzeug-Radarsystems führen, wenn ein
Tastverhältnis von t/T = 1 gewählt wird, so ist es
beispielsweise ab Geschwindigkeiten von ca. 15 bis 25 km/h
und Außentemperaturen von -25°C möglich, die elektrischen
Leiterbahnen 6 permanent mit maximalem Tastverhältnis
anzusteuern, ohne daß diese Schaden nehmen. Auf die weiteren
Möglichkeiten zur Auslegung der Kennfelder bzw. der
Ansteuerung der Heizleistung wird im Rahmen der Beschreibung
zu Fig. 5 näher eingegangen.
Fig. 3 zeigt Beispiele von Leistungssteuerungen in
Abhängigkeit von Außentemperatur und Eigengeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs. Auf der senkrechten Achse ist die den
elektrischen Leiterbahnen 6 zugeführte elektrischen Leistung
P in Watt dargestellt. Auf der waagerechten Achse ist die
Eigengeschwindigkeit VE des Kraftfahrzeugs in km/h
aufgetragen. Die verschiedenen aufgetragenen Kennlinien 15
bis 18 stellen Beispiele von Leistungsverläufen bei
verschiedenen Außentemperaturen TA dar. Mit dem Pfeil 14 ist
die Richtung von steigenden Temperaturen angedeutet. In
diesem Ausführungsbeispiel ist die Kennlinie 15 für eine
Außentemperatur von +5°C aufgetragen, die Kennlinie 16 für
eine Außentemperatur von -5°C, die Kennlinie 17 für eine
Außentemperatur von -15°C und die Kennlinie 18 für eine
Außentemperatur von -25°C. Zu erkennen ist, daß bei höheren
Außentemperaturen und geringeren Geschwindigkeiten eine
entsprechend verminderte elektrische Leistung an die
elektrischen Leiterbahnen 6 zugeführt wird. Mit sinkender
Außentemperatur und zunehmender Eigengeschwindigkeit des
Kraftfahrzeugs steigt die den elektrischen Leiterbahnen
zugeführte elektrische Leistung P an. Im Extremfall mit
einer Außentemperatur von -25°C, wie es im Beispiel der
Kennlinie 18 entspricht, ist erkennbar, daß bereits ab
Eigengeschwindigkeiten von knapp unter 20 km/h die maximal
zuführbare Leistung P an die elektrischen Leiterbahnen 6
übertragen werden kann, ohne daß diese Schaden nehmen.
Fig. 4 zeigt beispielhaft Temperaturverläufe, die an der
Außenseite einer dielektrischen Linse gemessen wurden, bei
einem Kraftfahrzeug-Radarsystem, das dem Stand der Technik
entspricht. Auf der Senkrechten ist die Außentemperatur der
dielektrischen Linse TL in °C aufgetragen. Auf der
Waagrechten ist die Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
VE in km/h aufgetragen. Die beispielhaft dargestellten
Kennlinienverläufe 20, 21 und 22 sind die gemessenen
Temperaturverläufe bei verschiedenen Außentemperaturen TA.
Die Richtung hin zu steigenden Temperaturen TA in °C ist
durch den Pfeil 19 angedeutet. Im speziellen stellt die
Kennlinie 20 eine Außentemperatur von 0°C, die Kennlinie 21
eine Außentemperatur von -5°C und die Kennlinie 22 eine
Außentemperatur von -10°C dar. Es ist leicht ersichtlich,
daß bei Außentemperaturen von 0°C, welche der Kennlinie 20
entspricht, und Geschwindigkeiten von ca. 100 km/h die
Außentemperatur des dielektrischen Körpers in den Bereich
von 10°C absinkt. Durch diese niedrige Temperatur, wie sie
schon bei langsamer Autobahnfahrt auftreten kann, ist keine
hinreichend schnelle Schmelzung von möglichen Schnee- und
Eisrückständen auf der dielektrischen Linse gewährleistet.
Es wird in der Regel vom Fahrer eines Kraftfahrzeugs
erwartet, daß das ihm zur Verfügung stehende Kraftfahrzeug-
Radarsystem in kürzester Zeit nach Fahrantritt einsatzbereit
ist. Ebenso wird es in der Regel vom Fahrer eines
Kraftfahrzeugs erwartet, daß das Kraftfahrzeug-Radarsystem
auch bei einsetzendem Schnee, Regen oder Hagel oder auch bei
aufgewirbeltem Schneematsch von vorausfahrenden Fahrzeugen
weiterhin einsatzbereit bleibt und nicht abgeschaltet werden
muß.
Fig. 5 zeigt ein mögliches Kennlinienfeld, wie es
beispielsweise im Steuergerät 7 des Kraftfahrzeug-
Radarsystems in einem Speicher abgelegt sein kann. Bei dem
in Fig. 5 dargestellten Kennlinienfeld, das über die
Außentemperatur TA parametriert ist, ist in der Senkrechten
ein Tastverhältnis t/T dargestellt, wie es der Beschreibung
zu Fig. 2b entspricht. Auf der Waagerechten ist die
Fahrzeuggeschwindigkeit VE in km/h aufgetragen. In dem hier
dargestellten Kennlinienfeld sind beispielhaft vier
Kennlinien 24, 25, 26 und 27 eingetragen. Die verschiedenen
Kennlinien 24 bis 27 sind jeweils für verschiedene
Außentemperaturen TA in °C aufgetragen. Die Richtung zu
höheren Außentemperaturen TA in °C ist durch den Pfeil 23
angedeutet. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel stellt
die Kennlinie 24 eine Außentemperatur von +5°C dar, die
Kennlinie 25 eine Außentemperatur von -5°C, die Kennlinie
26 eine Außentemperatur von -15°C und die Kennlinie 27 eine
Außentemperatur von -25°C. Es ist ersichtlich, daß es bei
gemäßigten Außentemperaturen von +5°C, wie durch die
Kennlinie 24 dargestellt, erst ab Fahrgeschwindigkeiten von
ca. 50 km/h zu einem Tastverhältnis von 1 kommt, was
gleichbedeutend damit ist, daß die Heizspannung UH, die an
den elektrisch leitfähigen Bahnen angelegt wird, die
unmittelbar angelegte Grundspannung UG bzw. Betriebsspannung
UB des Bordnetzes ist. Bei extrem niedrigen
Außentemperaturen von beispielsweise -25°C, wie durch die
Kennlinie 27 angedeutet, wird bereits bei geringen
Fahrgeschwindigkeiten ab 15 km/h das Tastverhältnis von 1
erreicht. Dies hängt damit zusammen, daß bei diesen extrem
niedrigen Außentemperaturen selbst bei geringen
Fahrgeschwindigkeiten die Konvektion an der Oberfläche des
Kraftfahrzeug-Radarsystems so groß ist, daß den elektrisch
leitfähigen Bahnen die maximale Leistung zur Verfügung
gestellt werden kann, ohne daß eine Schädigung des
Radarsystems befürchtet werden muß. Würde in einem der hier
dargestellten Fälle bereits im Stillstand des Kraftfahrzeugs
ein Tastverhältnis von 1 gewählt werden, würde dies nach
einer gewissen Zeit unweigerlich zu einer Zerstörung des
Kraftfahrzeug-Radarsystems führen. Es ist in diesem
Zusammenhang somit unerläßlich, daß die Auswertung und
Ansteuerung innerhalb des Steuergeräts 7 mit entsprechenden
Sicherheitsfunktionen beaufschlagt wird, um sicherzustellen,
daß eine ordnungsgemäße Funktion der Leistungssteuerung
gewährleistet ist und das Kraftfahrzeug-Radarsystem keinen
Schaden nimmt.
In der Fig. 5 sind beispielhaft vier Kennlinien
dargestellt. Im allgemeinen ist es jedoch möglich, daß das
Kennlinienfeld weniger oder beliebig viele Kennlinien
umfaßt. Zwischen den einzelnen Kennlinien liegende Daten
können durch beliebige Interpolationsverfahren erhalten
werden. Ferner ist es möglich, daß das Tastverhältnis t/T
außer von der Fahrzeug-Eigenschwindigkeit und von der
Außentemperatur TA von weiteren Parametern abhängig ist.
Dies können z. B. die Betriebsspannung UB des Bordnetzes oder
auch die Oberflächentemperatur TL des
sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers und/oder des Radoms
sein. Durch die Abhängigkeit von der Betriebsspannung UB des
Bordnetzes des Kraftfahrzeugs kann durch die
Leistungssteuerung, z. B. bei niedrigen Außentemperaturen,
eine eventuell gesunkene Nennbetriebsspannung UB des
Bordnetzes des Kraftfahrzeugs durch eine entsprechend
erhöhte Ansteuerung des Tastsignals ausgeglichen werden.
Grundsätzlich ist das Kraftfahrzeug-Radarsystem in der Lage,
die Leistungssteuerung durchzuführen, ohne genaue Kenntnisse
über die tatsächliche Oberflächentemperatur TL des
sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers und/oder des Radoms,
in diesen Ausführungsbeispielen speziell der dielektrischen
Linse, zu haben. Somit kann ein zusätzlicher, auch
kostenverursachender, Temperatursensor entfallen und das
Kraftfahrzeug-Radarsystem funktioniert vollständig auf der
Grundlage von vorab bestimmten Kennlinienfeldern. Ist jedoch
ein solcher Sensor vorhanden, der die Oberflächentemperatur
TL der dielektrischen Linse erfaßt, so kann diese
Information selbstverständlich in die Leistungssteuerung
einfließen und dem Steuergerät 7 des Kraftfahrzeug-
Radarsystems zur Verfügung gestellt werden.
Es liegt weiterhin im Rahmen des erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug-Radarsystems, daß ein sich im Steuergerät 7
befindlicher Mikroprozessor aus den zugeführten Daten ein
Tastverhältnis anhand einer vorbestimmten
Berechnungsvorschrift bestimmt.
In analoger Form wie das in Fig. 5 dargestellte
Kennlinienfeld, das als Ausgangsgröße das Tastverhältnis t/T
aufweist, ist es ohne weiteres möglich, ein Kennlinienfeld
im Speicher des Steuergeräts 7 abzulegen, das als
Ausgangsgröße eine Gleichspannung UH entsprechend der
Darstellung nach Fig. 2c aufweist. Auch hierbei könnten
sich analoge Abhängigkeiten und Kurvenverläufe, wie in der
Fig. 5 dargestellt, ergeben. Zur Realisierung einer
möglichen Gleichspannungsregelung wird auf aus dem
entsprechenden Fachgebiet bekannte Lösungen verwiesen.
Um den Speicherplatzbedarf des Kennlinienfeldes gering zu
halten, ist es möglich, ab bestimmten Fahrzeug-
Eigengeschwindigkeiten VE (beispielsweise 50 km/h) auf
maximale Leistung (entspricht Tastverhältnis t/T = 1)
geschaltet wird.
Fig. 6 zeigt Temperaturverläufe, die sich bei dem
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Radarsystem an der
Oberfläche des dielektrischen Körpers ergeben. Hierbei ist
die Oberflächentemperatur der dielektrischen Linse TL in °C
in Abhängigkeit von der Fahrzeug-Eigengeschwindigkeit VE in
km/h und für verschiedene Außentemperaturen TA in °C
dargestellt. Der Pfeil 28 symbolisiert hierbei die Richtung
der steigenden Außentemperaturen TA in °C. Die dargestellten
Kennlinien 29, 30, 31 und 32 sind für Außentemperaturen von
5°C, von -5°C, von -15°C und von -25°C dargestellt. Es
ist ersichtlich, daß beispielsweise bei einer
Außentemperatur von -5°C, die der Kennlinie der Nummer 30
entspricht, bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-
Radarsystem die Oberflächentemperatur der dielektrischen
Linse TL selbst bei Fahrzeug-Eigengeschwindigkeiten VE über
100 km/h noch eine Temperatur von 25°C erreicht. Im
Vergleich zur Kennlinie 21 nach Fig. 4, die einem
Kraftfahrzeug-Radarsystem nach dem Stand der Technik
entspricht, bedeutet dies eine Temperatursteigerung von
nahezu 20°C in dem entsprechenden Geschwindigkeitsbereich.
Im allgemeinen wird im Vergleich zu denen in Fig. 4
dargestellten Kennlinienverläufen deutlich, daß das
erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Radarsystem insbesondere bei
höheren Fahrgeschwindigkeitswerten einen deutlichen
Temperaturvorteil von bis zu 20°C aufweist.
Es liegt weiter im Rahmen des erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeug-Radarsystems, daß die Leistungssteuerung von
weiteren bisher nicht genannten Parametern abhängig ist.
Mögliche Parameter könnten beispielsweise Informationen
eines Regensensors, Höheninformationen aus einem GPS-Gerät,
Windgeschwindigkeitswerte, eine mögliche detektierte
Verschmutzung durch Eis und Schnee der dielektrischen Linse,
eine Information über die Intensität der Sonneneinstrahlung
oder der Fahrzustand des Windschattenfahrens sein, was mit
einem Kraftfahrzeug-Radarsystem leicht festzustellen ist.
Insgesamt ist durch das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-
Radarsystem teilweise eine höhere Heizleistung als bei
konventionellen Systemen möglich, ohne daß der Werkstoff der
Linse oder des Radoms bei Fahrzeugstillstand geschädigt
wird. Das Kraftfahrzeug-Radarsystem weist einen
beschleunigtes Aufheizverhalten und ein besseres Schnee- und
Eis-Abtau-Verhalten während der Fahrt auf. Das
erfindungsgemäße System stellt insgesamt eine einfache,
kostengünstige Lösung dar, da keine zusätzlichen
Hardwarekomponenten erforderlich sind. Durch die
Berücksichtigung der aktuellen Bordnetzspannung UB des
Kraftfahrzeugs wird in besonders vorteilhafter Weise eine
mögliche Bordnetzschwankung ausgeglichen.
Claims (12)
1. Kraftfahrzeug-Radarsystem mit wenigstens einem sensor
strahlungsdurchlässigen Körper (2) zur Fokussierung der
Sensorstrahlung und/oder wenigstens einem Radom ohne
gewollte Fokussierung im Strahlengang (5), wobei im
Bereich des sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers (2)
und/oder des Radoms wenigstens eine Anordnung aus
elektrischen Leiterbahnen (6) angeordnet ist, die
wenigstens zum Heizen des sensorstrahlungsdurchlässigen
Körpers (2) und/oder des Radoms geeignet ist, wobei den
elektrischen Leiterbahnen (6) eine elektrische Leistung
zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Leistungssteuerung der zugeführten elektrischen
Leistung in Abhängigkeit von Betriebszuständen und
Umgebungsbedingungen derart vorgenommen wird, daß die
Oberflächentemperatur (TL) des
sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers (2) und/oder des
Radoms bestimmte Temperaturwerte nicht überschreitet.
2. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der sensorstrahlungsdurchlässige
Körper (2) eine dielektrische Linse ist.
3. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leistungssteuerung dadurch
erfolgt, daß eine Spannung (UH), die an den
elektrischen Leiterbahnen (6) abfällt, zeitlich nicht
konstant ist.
4. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spannung (UH) eine mit einem
bestimmten Tastverhältnis (t/T) über einen Schalter
(11) getaktete Grundspannung (UG) ist.
5. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spannung (UH) wenigstens von
einer der folgenden Betriebszustände und/oder
Umgebungsbedingungen abhängig ist:
- - Betriebsspannung (UB) des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs,
- - Umgebungstemperatur (TA) außerhalb des Kraftfahrzeugs,
- - Geschwindigkeit (VE) des eigenen Kraftfahrzeugs,
- - Oberflächentemperatur (TL) des sensorstrahlungsdurchlässigen Körpers (2) und/oder des Radoms.
6. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grundspannung (UG) die
Betriebsspannung (UB) des Bordnetzes (8) ist.
7. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine dieser Größen auf
einem fahrzeuginternen Bussystem (CAN) zur Verfügung
steht.
8. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bestimmung des
Tastverhältnisses (t/T) von einem Steuergerät (7)
durchgeführt wird.
9. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Tastverhältnisses
(t/T) in dem Steuergerät (7) ein Speicher vorhanden
ist, in dem ein Kennfeld ablegbar ist.
10. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung (UB) des
Bordnetzes (8) über einen Analog-Digital-Wandler erfaßt
wird, der zusammen mit dem Steuergerät (7) in einem
Radarsystem-Steuergerät integrierbar ist.
11. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anordnung aus elektrischen
Leiterbahnen (6) derart dimensioniert ist, daß der
elektrische Widerstand der elektrischen Leiterbahnen
(6) so klein ist, daß sich bei einem dauerhaften
Tastverhältnis von t/T = 1 ein Vielfaches der
eigentlich zulässigen Heizleistung ergibt.
12. Kraftfahrzeug-Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anordnung aus elektrischen
Leiterbahnen (6) aus einem ferromagnetischen Material
besteht.
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