Brevet FR3126787A1 — publié le 20230310

L’invention concerne une antenne directive (300) pour système radar (200) de véhicule à moteur (1) comprenant un boitier (350) comportant une enveloppe réfléchissante comportant un volume intérieur formant une cavité réfléchissante (400) pour ondes électromagnétiques, caractérisé en ce que l’enveloppe réfléchissante est délimitée par un ensemble de parois (360) comprenant : ⁻ une première paroi de transmission (361) comportant une zone (426) de transmission d’ondes électromagnétiques entre l’intérieur et l’extérieur du boitier (350) ; ⁻ une deuxième paroi de guidage (362), opposée à la première paroi (361), apte à guider des ondes électromagnétiques dans une direction privilégiée ; et ⁻ un ensemble de parois latérales réfléchissantes (363-366) reliant les première (361) et seconde (362) parois, chaque paroi latérale étant apte à réfléchir les ondes électromagnétiques au sein de la cavité réfléchissante (400). Figure pour l’abrégé : figure 7 Antenne directive pour système radar de véhicule La présente invention concerne le domaine des véhicules à moteur, par exemple des véhicules automobiles, équipés d’un système radar pour émettre et/ou recevoir une onde électromagnétique dans une direction souhaitée, notamment pour détecter un obstacle. On connaît des véhicules automobiles équipés de dispositifs de type radar, généralement positionnés sur les pare-chocs avant et arrière du véhicule. Ces dispositifs radars sont utilisés pour l’assistance au stationnement mais également pour l’assistance à la conduite, par exemple pour les applications de régulation de la vitesse des véhicules en fonction du trafic mieux connues sous le sigle anglo-saxon ACC (« Adaptative Cruise Control ») dans lesquelles le dispositif radar détecte la vitesse et la distance d’un véhicule précédant le véhicule porteur du dispositif radar. Un tel radar sert en particulier à réguler la vitesse des véhicules en fonction du trafic et/ou d’obstacles sur la route. Le radar détecte la vitesse et la distance de l’objet précédant le véhicule porteur, de façon à maintenir notamment une distance de sécurité entre les véhicules. De façon générale, un domaine important des applications de radars de l’industrie automobile est celui de la carrosserie des véhicules dans laquelle on intègre de plus en plus de modules radars pour permettre la détection périphérique totale autour du véhicule, par exemple pour des équipements tels que des systèmes d’assistance aux manœuvres de parking, des systèmes d’assistance de recul ou des installations de protection des piétons ou autres systèmes de ce type. Cependant ces différents radars sont de types différents suivant leur champ de détection (longue ou courte distance, détection frontale ou latérale, …) et leur fonction (parking, conduite autonome …) mais aussi suivant leur fabricant, ce qui ne leur permet pas de pouvoir consolider de façon optimale les données fournies par chacun indépendamment aux divers équipements du véhicule qui peuvent les exploiter (freinage, direction, phares, alarmes sonores ou visuelles …). Ainsi, afin de mieux caractériser l’environnement périphérique du véhicule, les constructeurs automobiles ont besoin de dispositifs permettant d’améliorer, d’une part, la taille du volume à surveiller autour du véhicule, et d’autre part, la résolution du traitement des informations issues de ces dispositifs. Ceci, afin que le véhicule interagisse au mieux, c’est-à-dire avec plus de précision et plus rapidement, avec son environnement, pour notamment, éviter des accidents, faciliter les manœuvres et rouler de façon autonome. Afin d’augmenter la détection périphérique en volume (3D) autour du véhicule, les constructeurs automobiles sont amenés à multiplier le nombre de radars distribués sur une surface donnée. Cependant, l’augmentation du nombre de radars utilisés, engendre une augmentation du coût. De plus, l’augmentation du nombre de radars nécessite d’alimenter en continu de nombreuses pistes radiofréquences, ce qui consomme beaucoup d’énergie, ce qui est très préjudiciable notamment pour des véhicules autonomes et/ou électriques. Par ailleurs, même si les radars peuvent être un peu miniaturisés, l’augmentation du nombre de radars distribués sur une surface donnée peut être difficile à réaliser du fait de la surface disponible limitée (la taille des pièces de carrosserie ne peut être augmentée) ainsi que la présence d’autres équipements, d’autant plus qu’il peut être nécessaire de conserver une distance minimale entre chaque radar pour éviter qu’ils n’interfèrent entre eux. Pour obtenir des informations supplémentaires relatives à la position et à la vitesse d’un obstacle données par les radars, on recherche des dispositifs ayant notamment une résolution spatiale accrue permettant par exemple de reconnaitre les objets (environnement ou obstacles) entourant le véhicule, de suivre leur trajectoire, d’en constituer une imagerie la plus complète possible. Ainsi, les véhicules s’équipent de plus en plus de dispositifs complémentaires aux radars, tels que des LIDAR et des caméras. La résolution spatiale exprime la capacité d'un dispositif d'observation à distinguer les détails. Elle peut être caractérisée notamment par la distance minimale qui doit séparer deux points contigus pour qu'ils soient correctement discernés. Dans le cas d’un radar, cette distance de résolution est fonction du rapport entre la longueur d’onde de l’onde utilisée pour l’observation, et la taille de l’ouverture du dispositif d’observation. Ainsi, pour améliorer la résolution spatiale, c’est-à-dire diminuer la distance de résolution, il est nécessaire de diminuer la longueur d’onde (augmenter la fréquence de l’onde) et/ou nécessaire d’augmenter l’ouverture du dispositif d’observation. En effet, la résolution spatiale R est caractérisée par l’équation suivante : avec c la vitesse de la lumière, L la distance entre le dispositif d’observation et la cible, f la fréquence du radar et O l’ouverture du dispositif d’observation. C’est la raison pour laquelle on cherche aujourd’hui à utiliser des radars fonctionnant à plus haute fréquence, par exemple à 77GhZ au lieu de 24GHz. Et au contraire, la miniaturisation des radars actuels conduit à réduire leur ouverture donc leur résolution. Par ailleurs, un problème rencontré pour un radar porté par une pièce de carrosserie concerne le positionnement du radar. En effet, il est important de pouvoir assurer l’intégrité d’un radar, afin qu’il remplisse sa fonction correctement, même en cas de déformation de la pièce de carrosserie le portant (choc, dilatation thermique, …). Il est donc nécessaire d’assurer un bon positionnement du radar (direction d’émission/réception maintenue) pendant toute la durée d’utilisation de la fonction radar. Il convient donc de fournir une solution permettant de fournir la position et la vitesse des objets situés autour du véhicule et d’obtenir une portée et une résolution spatiale plus adaptées, tout en limitant le coût et la consommation énergétique du dispositif de détection. Cela permet d’améliorer la détection d’objets ou de personnes autour du véhicule et de faciliter l’implantation de tels systèmes dans des véhicules autonomes, notamment des véhicules électriques dont la consommation doit être limitée au maximum. Par ailleurs, quel que soit le type de radar porté par une pièce de carrosserie, un problème rencontré concerne la vulnérabilité aux chocs des composants électroniques. En effet, lors d’un choc déformant la paroi portant le radar, il y a un risque d’endommagement des composants, tels que l’unité électronique portant notamment l’émetteur-récepteur des ondes radar et leur électronique de contrôle, rendant inapte la fonction radar. Or le remplacement de ces composants est couteux. L'invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités, en fournissant une antenne directive pour pièce de carrosserie de véhicule à moteur, apte à transmettre (émettre et/ou recevoir) une onde électromagnétique dans une direction donnée depuis une grande surface (en relation avec la taille de la pièce de carrosserie elle-même). A cet effet, l’invention a pour objet une antenne directive pour système radar de véhicule à moteur comprenant un boitier comportant une enveloppe réfléchissante comportant un volume intérieur formant une cavité réfléchissante pour ondes électromagnétiques, dans laquelle l’enveloppe réfléchissante est délimitée par un ensemble de parois comprenant : une première paroi de transmission comportant une zone de transmission d’ondes électromagnétiques entre l’intérieur et l’extérieur du boitier ; une deuxième paroi de guidage, opposée à la première paroi, apte à guider des ondes électromagnétiques dans une direction privilégiée ; et un ensemble de parois latérales réfléchissantes reliant les première et seconde parois, chaque paroi latérale étant apte à réfléchir les ondes électromagnétiques au sein de la cavité réfléchissante. Grâce à une telle antenne il est possible d’augmenter l’ouverture du système radar muni d’une telle antenne, sans avoir à multiplier le nombre de radar, et sans avoir à multiplier les composants électroniques. De plus, grâce à la dissociation entre l’unité électronique et l’antenne directive il est ainsi possible de positionner l’antenne directive dans une zone du véhicule permettant d’imager correctement l’environnement du véhicule, tout en positionnant l’unité électronique dans une zone moins soumise aux chocs. Une zone moins soumise aux chocs est claire pour les spécialistes, et dépend de la pièce de carrosserie sur laquelle est installée le système radar. Par exemple, pour un pare-chocs, une zone moins soumise aux chocs, peut être une zone en retrait de la peau extérieure, et/ou une zone déportée latéralement (vers les ailes) par rapport au véhicule et/ou une zone déportée verticalement (par exemple plus basse que l’antenne directive). Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du système radar, prises seules ou en combinaison : au moins une des parois comporte, sur sa face externe à la cavité, un connecteur pour guide d’onde. la face externe à la cavité ou la face interne de la seconde paroi constitue une surface réfléchissante aux ondes électromagnétiques présentes dans la cavité réfléchissante. la seconde paroi constitue un circuit imprimé. le circuit imprimé comporte une face interne tournée vers l’intérieur de la cavité réfléchissante, et sur laquelle est imprimée la métasurface. la métasurface comporte une surface pilotée et des diodes, et le circuit imprimé comporte sur sa face externe, ou est relié à, une électronique de contrôle secondaire de la surface pilotée. la zone de transmission d’ondes électromagnétiques est recouverte d’une couche partiellement réfléchissante aux ondes électromagnétiques. l’ensemble des parois réfléchissantes sont réalisées en aluminium ou en matière plastique recouverte d’une couche réfléchissante apte à réfléchir les ondes électromagnétiques dans la cavité réfléchissante. l’ensemble de parois réfléchissantes sont réalisées monobloc. l’ensemble des parois réfléchissantes comporte une première paire de parois réfléchissantes se faisant face, et une seconde paire de parois réfléchissantes se faisant face et sensiblement perpendiculaires aux parois de la première paire. le boitier a une forme sensiblement de parallélépipède. la première paire de parois réfléchissantes est apte à venir s’emboîter de façon étanche dans la seconde paire de parois réfléchissantes. le boitier comporte un couvercle et un réceptacle en matière plastique. L’invention concerne également un système radar comportant au moins une antenne directive selon l’une des revendications précédentes. Selon un mode de réalisation, le système radar comprend : une unité électronique située en dehors et à distance du boitier, comprenant un émetteur primaire et un récepteur primaire d’ondes électromagnétiques ; au moins un guide d’ondes pour propager des ondes électromagnétiques entre l’émetteur primaire et la cavité et entre la cavité et le récepteur primaire. Selon une variante, l’unité électronique peut être configurée pour opérer à des fréquences supérieures à 60GHz, notamment entre 75 et 80GHz,de préférence à 77GHz. L’invention concerne également une pièce de carrosserie comportant une antenne directive selon l’invention. L’invention concerne également véhicule à moteur comprenant une pièce de carrosserie selon l’invention. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la illustre un exemple de véhicule automobile équipé d’un système radar muni d’une antenne directive selon l’invention. la illustre une vue en perspective un premier mode de réalisation d’antenne directive selon l’invention. la illustre une vue en perspective et en coupe de l’antenne directive de la . la illustre une vue en perspective, vu de dessus, un second mode de réalisation d’antenne directive selon l’invention. la illustre une vue en perspective, vu de dessous, de l’antenne directive de la . la illustre une vue en éclaté de l’antenne directive des figures 4 et 5. la illustre une vue en éclaté d’un troisième mode de réalisation d’antenne directive selon l’invention. la illustre une vue en perspective et en coupe de l’antenne directive de la . la illustre un exemple de système radar muni d’une antenne directive selon l’invention. Antenne directive (300) pour système radar (200) de véhicule à moteur (1) comprenant un boitier (350) comportant une enveloppe réfléchissante comportant un volume intérieur formant une cavité réfléchissante (400) pour ondes électromagnétiques, caractérisé en ce que l’enveloppe réfléchissante est délimitée par un ensemble de parois (360) comprenant : une première paroi de transmission (361) comportant une zone (426) de transmission d’ondes électromagnétiques entre l’intérieur et l’extérieur du boitier (350) ; une deuxième paroi de guidage (362), opposée à la première paroi (361), apte à guider des ondes électromagnétiques dans une direction privilégiée ; et un ensemble de parois latérales réfléchissantes (363-366) reliant les première (361) et seconde (362) parois, chaque paroi latérale étant apte à réfléchir les ondes électromagnétiques au sein de la cavité réfléchissante (400). Antenne directive (300) selon la revendication précédente, dans laquelle au moins une des parois (361-366) comporte, sur sa face externe à la cavité (400), un connecteur (370) pour guide d’onde (700). Antenne directive (300) selon la revendication précédente, dans laquelle la face externe (362e) à la cavité (400) ou la face interne (362i) de la seconde paroi (362) constitue une surface réfléchissante aux ondes électromagnétiques présentes dans la cavité réfléchissante (400). Antenne directive (300) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la seconde paroi (362) constitue un circuit imprimé (510). Antenne directive (300) selon la revendication précédente, dans laquelle le circuit imprimé (510) comporte une face interne tournée vers l’intérieur de la cavité réfléchissante (400), et sur laquelle est imprimée la métasurface (500). Antenne directive (300) selon l’une des revendications 4 et 5, dans laquelle la métasurface (500) comporte une surface pilotée et des diodes, et le circuit imprimé (510) comporte sur sa face externe, ou est relié à, une électronique de contrôle secondaire (550) de la surface pilotée. Antenne directive (300) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la zone (426) de transmission d’ondes électromagnétiques est recouverte d’une couche partiellement réfléchissante aux ondes électromagnétiques. Antenne directive (300) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’ensemble des parois réfléchissantes (363-366) sont réalisées en aluminium ou en matière plastique recouverte d’une couche réfléchissante apte à réfléchir les ondes électromagnétiques dans la cavité réfléchissante (400). Antenne directive (300) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’ensemble de parois réfléchissantes (363-366) sont réalisées monobloc. Antenne directive (300) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’ensemble des parois réfléchissantes (363-366) comporte une première paire de parois réfléchissantes (363-364) se faisant face, et une seconde paire (365-366) de parois réfléchissantes se faisant face et sensiblement perpendiculaires aux parois de la première paire (363-364). Antenne directive (300) selon la revendication précédente, dans laquelle le boitier (350) a une forme sensiblement de parallélépipède. Antenne directive (300) selon l’une des revendications 10 et 11, dans laquelle la première paire de parois réfléchissantes (363-364) est apte à venir s’emboîter de façon étanche dans la seconde paire (365-366) de parois réfléchissantes. Antenne directive (300) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le boitier (350) comporte un couvercle (350A) et un réceptacle (350B) en matière plastique. Système radar (200) comportant au moins une antenne directive (300) selon l’une des revendications précédentes. Système radar (200) selon la revendication précédente, comprenant : une unité électronique (900) située en dehors et à distance du boitier (350), comprenant un émetteur primaire (931) et un récepteur primaire (932) d’ondes électromagnétiques ; au moins un guide d’ondes (700) pour propager des ondes électromagnétiques entre l’émetteur primaire (931) et la cavité (400) et entre la cavité (400) et le récepteur primaire (932). Système radar (200) selon la revendication précédente, dans lequel l’unité électronique (900) est configurée pour opérer à des fréquences supérieures à 60GHz, notamment entre 75 et 80GHz,de préférence à 77GHz. Pièce de carrosserie (100), caractérisée en ce qu’elle comporte une antenne directive (300) selon l’une des revendications 1 à 13. Véhicule à moteur (1) comprenant une pièce de carrosserie (100) selon la revendication précédente.