用于车辆的雷达装置和制造用于车辆的雷达装置的方法与流程

本发明涉及一种用于车辆的雷达装置。该雷达装置包括至少一个天线元件和盖元件。盖元件被设计成通过盖元件传输由所述至少一个天线元件发射和/或接收的电磁波。本发明还涉及一种包括这种雷达装置的车辆以及一种生产用于车辆的这种雷达装置的方法。

背景技术：

1、车辆可以包括雷达装置作为检测系统，以确定车辆周围环境中的物体相对于雷达装置的距离、角度或速度。雷达装置通常包括产生无线电或微波域的电磁波的发射器、至少一个发射天线、至少一个接收天线、接收器和处理器。雷达装置发射的无线电波被车辆环境中的物体反射。雷达装置接收返回信号，即反射的无线电波，并且返回信号提供关于物体的位置和速度的信息。“雷达”一词是一个缩写，代表无线电检测和测距。

2、由雷达装置提供的关于车辆环境中的物体的数据可以被驾驶员辅助系统、例如车道辅助系统使用。然而，为了向驾驶员辅助系统提供可靠的雷达数据，雷达装置的天线应该精确地布置在车辆内，从而可以避免天线的辐射图案的损失。

3、us2021/0194115 a1公开了一种用于检测机动车辆周围环境的雷达系统。雷达系统可以包括基于塑料的天线，该天线具有面向盖的前侧部。这种基于塑料的天线是通过3d打印生产的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种解决方案来减少用于车辆的雷达装置的天线辐射图案中的损失。

2、该目的通过独立权利要求的主题来解决。

3、本发明的第一方面涉及一种用于车辆的雷达装置。

4、本发明基于这样的观察，即用于车辆的雷达装置通常包括外壳，在该外壳内布置有至少一个接收天线和至少一个发射天线。外壳包括盖元件，该盖元件被设计成通过该盖元件传输由所述至少一个天线发射和/或接收的电磁波。因此，盖元件对于雷达装置发射和/或接收的电磁波应该是不可见的。盖元件通常被布置在天线的前面，并且它可以被称为雷达罩或天线罩。外壳的其他部分可以由塑料或金属制成，例如，为外壳的后盖提供金属冷却翅片。后盖优选与盖元件相对设置。其他部分可以被设计成屏蔽或仅部分传输由所述至少一个天线发射和/或接收的电磁波。因此，盖元件的材料可以不同于外壳的其他部分的材料。

5、如果雷达装置布置在车辆中，则盖元件的背离所述至少一个天线的一侧通常面向车辆部件，例如车辆的保险杠和/或覆层(cladding)。盖元件和车辆部件都在空间上将雷达装置的所述至少一个天线与要被雷达装置监控的车辆环境分开。由于雷达装置通常布置在车辆部件的后面，所以盖元件的形状通常适合于车辆部件的面向盖元件的表面的形状。车辆部件的所述表面通常是弯曲的，因此盖元件在形状上可以是凸形的。替代地，盖元件在形状上是平坦的。不管盖元件的形状如何，在雷达装置的盖元件与至少一个天线之间总是至少存在小间隙。通常，在盖元件和车辆部件之间也至少存在小间隙。由于间隙，通常会发生电磁波的内反射，这导致所述至少一个天线的辐射图案中的损失。此外，在盖元件与外壳的其他部分邻接的盖元件边缘处的辐射图案通常存在不连续性。总之，间隙以及不连续性导致辐射图案的劣化，这意味着辐射图案的强度、意味着发射和/或接收的电磁波的强度与预期的辐射图案相比降低。此外，信号幅度和相位可能在边缘处失真。为了减少雷达装置的天线的辐射图案中的损失，应该消除天线与盖元件之间的间隙。

6、本发明的雷达装置包括至少一个天线元件和盖元件。在本发明的意义上，天线元件可以是天线。例如，雷达装置可以包括四个发射天线和四个接收天线。因此，雷达装置优选地包括多个天线元件。盖元件被设计成通过盖元件传输由所述至少一个天线元件发射和/或接收的电磁波。换句话说，它被设计成允许与雷达装置的操作相关的电磁波的传输。电磁波优选是无线电或微波域中的波，其由所述至少一个天线元件发射或由所述至少一个天线元件接收。盖元件可以是雷达装置的外壳的一部分或者完整的外壳。

7、所述至少一个天线元件优选地布置在盖元件附近，其中至少盖元件在空间上将所述至少一个天线元件与要被雷达装置监控的环境分开。这意味着由所述至少一个天线元件发射或接收的电磁波总是穿过盖元件。因此，盖元件在一侧面向所述至少一个天线元件，在相对侧至少间接地面向车辆的环境。优选地，雷达装置安装在车辆中，例如安装在车辆的前部区域部件中，例如保险杠。换句话说，本发明的雷达装置优选是汽车雷达装置。

8、所述至少一个天线元件是平面天线。换句话说，所述至少一个天线元件是二维天线。因此，所述至少一个天线元件不是诸如波导天线的三维天线。所述至少一个天线元件至少间接地打印在盖元件上。优选地，所述至少一个天线元件直接打印在盖元件上。换句话说，所述至少一个天线元件优选地直接附接到盖元件。优选地，在所述至少一个天线元件和盖元件之间没有附加的层或部件。优选地，天线元件在不被破坏的情况下不能从盖元件上移除。更准确地说，盖元件包括可被称为盖元件的内表面的表面。在该内表面上，优选通过打印固定所述至少一个天线元件。在总共四个发射天线和四个接收天线的情况下，所有八个天线元件被设计为平面天线，并且至少间接地打印在盖元件上。

9、所述至少一个天线元件通过三维打印来打印。它是由设计为传导电磁波的材料打印而成的。优选地，整个至少一个天线元件由设计成传导电磁波的材料、即导电材料打印而成。因此，天线的材料是能够传导电磁波的任何材料。如果基板需要与所述至少一个天线元件一起打印，则基板的材料优选地具有用于天线的辐射图案的最佳介电常数。优选地，该材料是金属。替代地或附加地，该材料是导电塑料和/或具有金属含量的塑料。所述至少一个天线元件的打印可以通过三维打印机来执行。三维打印机使用的打印材料是设计用于传导电磁波的材料。因此整个至少一个打印的天线元件是导电的。

10、如果所述至少一个天线元件直接打印在盖元件上，则在所述至少一个天线元件和盖元件之间没有间隙，因为天线元件通过打印直接附接到盖元件。即使有多个天线元件，它们都直接附接到盖元件，使得所有天线元件都与盖元件直接空间接触。因此，打印技术可以用于在所述至少一个天线元件和盖元件之间建立直接接触。这种设计通过避免雷达装置内的间隙来减少辐射图案中的损失。因此，雷达装置内的所述至少一个天线元件的布置被优化。

11、雷达装置优选安装在车辆中。车辆可以包括多个雷达装置。多个雷达装置可以面向车辆的环境的不同部分，特别是与车辆的前部、后部、侧部、顶部和/或底部区域的至少一部分相邻的环境部分。例如，多个雷达装置可以面向环境的同一部分。

12、根据本发明的实施例，所述至少一个天线元件是电连接到印刷电路板(pcb)的微带天线。因此，所述至少一个天线元件优选地不是例如波导天线的三维天线。所述至少一个天线元件特别是微带天线。例如，微带天线可以是贴片天线。贴片天线通常包括微带贴片以及微带馈电，微带馈电具有将贴片天线连接到例如pcb的电路的端口。微带天线可以由二维阵列中的多个贴片组成。微带天线是一种平面天线，其制造相对容易和快速，使其成为天线元件的合适选择。如果所述至少一个天线元件直接打印在盖元件上，则作为至少一个天线元件的平面天线的平面形状优选地导致天线元件的整个表面与盖元件之间的直接空间接触。

13、另一个实施例包括pcb打印在所述至少一个天线元件和/或盖元件上，特别是围绕所述至少一个天线元件的盖元件上。换句话说，不仅所述至少一个天线元件被打印在盖元件上，而且pcb(意味着其基板)可以例如通过打印直接附接到所述至少一个天线元件上。替代地或附加地，pcb直接打印在盖元件上。特别地，它被直接打印在盖元件的未被所述至少一个天线元件覆盖的内表面上。因此，雷达装置特别节省空间，因为所述至少一个天线元件和pcb通过打印直接固定到彼此和盖元件。

14、此外，一个实施例包括雷达装置的所有电子部件都电连接到pcb。这意味着所有的电子部件都布置在pcb上。电子部件可以包括控制单元，例如电子控制单元(ecu)、射频(rf)前端和/或操作雷达装置所需的其他部件。控制单元优选包括至少一个微处理器和/或微控制器。控制单元优选地被配置成评估和分析表示由所述至少一个天线元件提供的发射和/或接收的电磁波的数据。电子部件可以被设计为位于pcb上的至少一个电路，优选地与所述至少一个天线元件相邻。换句话说，可以将雷达装置的所有电子部件完全集成到优选打印的pcb中，从而提供特别小的雷达装置。特别小的雷达装置仅包括具有所述至少一个打印的天线元件和优选打印pcb的盖元件，其中pcb包括雷达装置的所有电子部件。

15、根据另一实施例，雷达装置的至少一个控制单元布置为与pcb具有距离。因此，在该实施例中，并非雷达装置的所有电子部件都直接连接到pcb。连接元件将具有所述至少一个天线元件的pcb连接到控制单元。换句话说，连接元件将附接到所述至少一个天线元件的pcb连接到雷达装置的控制单元。控制单元优选是ecu。控制单元布置为与pcb具有距离意味着控制单元在空间上与pcb分离，并且不直接位于pcb上，因此不直接电连接到pcb。

16、例如，连接元件特别为控制单元的数据传输提供高速连接，使得数据处理可由控制单元执行。发射的数据是由所述至少一个天线元件收集的数据。高速连接优选为有线连接。替代地或附加地，由连接元件提供的高速连接可以至少部分是无线连接。无线连接可以是无线局域网(wlan)、蓝牙连接和/或移动数据网络。移动数据网络优选地基于宽带蜂窝网络的技术标准，例如长期演进(lte)、高级长期演进(lte-a)、第五代(5g)或第六代(6g)。控制单元被配置成评估和分析表示由所述至少一个天线元件提供的发射和/或接收的电磁波的数据。

17、作为控制单元的替代或补充，雷达装置的其他电子部件也可以布置为与pcb具有距离。雷达装置优选地包括第二pcb，该第二pcb定位成与打印在所述至少一个天线元件上的pcb分开并因此在空间上分离，使得例如雷达装置的rf前端或其他电子部件电连接到第二pcb。因此，可以提供更复杂和更大尺寸的雷达装置。

18、优选实施例包括盖元件是雷达装置的雷达罩。这意味着在该实施例中，所述至少一个天线元件直接打印在雷达罩上。替代地，雷达罩也可以称为天线罩。雷达罩总是由允许电磁波传输的材料制成，在这种情况下，这意味着无线电波和微波通过它。雷达罩是雷达装置的特别有用的盖元件，因为所述至少一个天线元件于是可以集成到雷达装置的外壳中，其中雷达装置的外壳通常包括在外壳的至少一侧上的雷达罩。

19、根据另一实施例，盖元件是车辆的车辆部件。优选地，车辆部件是车辆的前部和/或后部区域部件。换句话说，车辆部件优选是车辆的外部部件。特别地，盖元件是保险杠、侧视镜、支柱和/或灯具，例如前照灯和/或尾灯。替代地或附加地，盖元件可以集成到车辆的覆层中。当车辆部件位于其在车辆中的优选安装位置时，车辆部件的直接打印有所述至少一个天线元件的一侧优选面向车辆内部。在所述至少一个天线元件与车辆部件之间没有雷达罩。车辆部件可以是车辆的面板。面板通常是车辆前部或后部的柔软区域。面板包括布置在车辆前端、后端、侧部、底部和/或顶部的部件，部件因此设置在车辆的前部区域、后部区域、侧部区域、底部区域和/或顶部区域。换句话说，盖元件优选为车辆的面板。车辆部件可以是位于雷达装置和车辆外部之间的装饰部件。车辆部件可以由塑料和/或玻璃制成。避免了雷达罩和车辆部件(即雷达装置位于其中或其后面的车辆部件)之间的间隙以及所述至少一个天线元件和雷达罩之间的间隙，因为雷达罩被车辆部件取代作为雷达装置的盖元件。这是因为所述至少一个天线元件直接打印在车辆部件上，即打印在车辆的面板上。因此，不会发生发射或接收的电磁波的内部反射。因此，预计所述至少一个天线元件的辐射图案中没有损失。在盖元件的边缘处也没有不连续性，因为车辆的整个车辆部件代表盖元件，使得可能的边缘结构在空间上远离所述至少一个天线元件，因此与辐射图案无关。

20、替代地或附加地，雷达装置可以位于前部和/或后部区域部件的外侧。于是，雷达装置直接面向车辆的环境。然后，将所述至少一个天线元件打印在车辆部件的外侧。更准确地说，pcb可以打印在外侧上，并且所述至少一个天线元件打印在pcb上。换句话说，所述至少一个天线元件间接打印在盖元件上，因为pcb优选位于作为盖元件的车辆部件与所述至少一个天线元件之间。优选地，至少所述至少一个天线元件被涂漆，以更好地视觉集成到车辆外部和/或防止灰尘和流体(例如水)的影响。

21、在集成在灯具(例如前照灯)中的情况下，盖元件可以是灯具的前盖。优选地，所述至少一个天线打印在灯具的前盖的不在灯具的光源发出的光路内的区域上。这意味着雷达装置优选位于灯具前盖的侧面区域，特别是前照灯前盖的侧面区域。

22、替代地或附加地，雷达装置可以是布置在车辆车厢内部的内部雷达装置。盖元件可以是作为车辆部件的车辆内部部件，例如车辆的内部后视镜支架、中控台和/或壁部件。

23、此外，一个实施例包括盖元件是粘性箔。粘性箔包括至少一个粘性表面。因此，盖元件包括由粘性表面提供的粘合部分。所述至少一个天线元件间接打印在粘性箔上。优选地，pcb布置在粘性箔上，并且所述至少一个天线元件打印在pcb上。优选地，pcb打印在粘性箔的第一侧面上。所述至少一个粘性表面至少部分地围绕所述至少一个天线元件。因此，所述至少一个粘性表面优选地至少部分地围绕具有所述至少一个天线元件的pcb。粘性箔的第一侧面因此也包括所述至少一个粘性表面。粘性表面可以是第一侧面的一部分。粘性表面可以覆盖例如粘性箔的第一侧面的边缘。所述至少一个粘性表面与所述至少一个天线元件面向相同的方向。因此，通过将粘性箔的粘性表面放置在车辆部件的一部分上，可以将雷达装置粘贴或胶合到车辆的车辆部件上。优选地，它被粘贴或胶合到车辆部件的面向车辆内部的一侧，这意味着它没有被粘贴或胶合到面向车辆的环境的车辆外侧。如果粘性箔被粘贴或胶合到车辆部件上，则所述至少一个天线元件与车辆部件直接接触，并且由所述至少一个天线元件发射和/或接收的所有电磁波都穿过车辆部件。换句话说，所述至少一个天线元件被间接打印到要粘贴在车辆的面板、面板部件或面板的一部分上的贴纸状材料上。贴纸状材料被称为粘性箔。因此，雷达装置特别节省空间。此外，它在车辆内的定位也很灵活，因为它可以粘贴到车辆的任何部分。

24、根据另一实施例，盖元件也是粘性箔。粘性箔包括至少一个粘性表面。所述至少一个天线元件间接打印在粘性箔上。优选地，pcb布置在粘性箔上，并且所述至少一个天线元件打印在pcb上。优选地，pcb打印在粘性箔上。因此，所述至少一个天线元件仅间接打印在粘性箔上。所述至少一个粘性表面远离所述至少一个天线元件朝向。换句话说，具有所述至少一个天线元件的pcb优选打印在粘性箔的第一侧面上，该第一侧面与粘性箔的第二侧面相对，其中第二侧面包括所述至少一个粘性表面。粘性表面可以是第二侧面的一部分。粘性表面可以覆盖例如粘性箔的第二侧面的边缘。替代地或附加地，粘性表面可以覆盖粘性箔的整个第二侧面。因此，通过将粘性箔的粘性表面放置在车辆部件的一部分上，可以将雷达装置粘贴或胶合到车辆的车辆部件上。优选地，它被粘贴或胶合到车辆部件的面向车辆外部的一侧，这意味着它优选地被粘贴或胶合到面向车辆的环境的车辆外侧。如果粘性箔被粘贴或胶合到车辆部件上，则所述至少一个天线元件远离车辆部件直接朝向车辆的环境。因此，由所述至少一个天线元件发射和/或接收的电磁波不穿过车辆部件。优选地，至少所述至少一个天线元件被涂漆，以更好地视觉集成到车辆外部和/或防止灰尘和流体(例如水)的影响。换句话说，所述至少一个天线元件被间接打印到要粘贴在车辆的面板、面板部件或面板的一部分上的贴纸状材料上。贴纸状材料被称为粘性箔。因此，雷达装置特别节省空间。此外，它在车辆内的定位也很灵活，因为它可以粘贴到车辆的任何部分。

25、根据一个实施例，pcb打印在粘性箔上，并且所述至少一个天线元件打印在pcb上。这产生了如上所述的作为盖元件的粘性箔的优选实施例。

26、本发明的另一方面涉及一种车辆。车辆可以是机动车辆，例如客车、卡车、公共汽车、摩托车和/或轻便摩托车。该车辆包括如上所述的雷达装置。本发明的雷达装置的实施例以及本发明的雷达装置的实施例的组合也是本发明的车辆的实施例。

27、本发明的另一方面涉及一种生产用于车辆的雷达装置的方法。该雷达装置包括至少一个天线元件和盖元件，盖元件被设计为通过该盖元件传输电磁波，其中电磁波由所述至少一个天线元件发射和/或接收。该方法包括通过三维打印将平面天线作为所述至少一个天线元件打印在盖元件上。为了提供打印的天线元件，使用了三维打印的方法。用于三维打印的打印材料是设计成传导电磁波的材料，电磁波即由所述至少一个天线元件发射和/或接收的电磁波。优选地，使用三维打印机来生产打印的至少一个天线元件。优选地，首先例如通过注射模制来生产盖元件本身。之后，通过直接或间接打印在盖元件上，将所述至少一个天线元件添加到盖元件上。如果有多个天线元件，它们优选都通过三维打印打印在盖元件的一个公共侧上。如果适用的话，本发明雷达装置的实施例以及本发明雷达装置的实施例的组合也是本发明方法的实施例。

28、本发明方法的优选实施例包括在盖元件上用金属打印所述至少一个天线元件。因此，用于打印所述至少一个天线元件的导电材料是金属。因此，天线元件不是塑料天线，而是金属天线，例如微带天线，特别是贴片天线。因此，金属被用于三维打印所述至少一个天线元件的三维打印机用作打印材料。这允许将工作特别良好的天线元件集成到雷达装置中。

29、本发明方法的另一实施例包括通过三维打印用基板覆盖打印在盖元件上的所述至少一个天线元件。替代地或附加地，它包括通过三维打印用基板覆盖围绕所述至少一个天线元件的盖元件。打印的基板形成pcb，所述至少一个天线元件电连接到该pcb。例如，在首先在盖元件上用金属打印平面天线之后，将至少一个基板层直接打印到盖元件上，使得基板层至少覆盖所述至少一个天线元件。优选地，所述至少一个天线元件完全被基板覆盖，以提供保护免受灰尘和水的影响。因此，即使雷达装置暴露于灰尘和/或水中，也能提供雷达装置的连续和完整的功能。盖元件的相对介电常数优选对应于雷达罩的典型相对介电常数。