Brevet FR3126788A1 — publié le 20230310

Système radar (200) pour véhicule à moteur comprenant : - une unité électronique (900) configurée pour émettre et recevoir une onde électromagnétique dans une plage de fréquence prédéterminée, - une première antenne directive (300a) comprenant une première cavité réfléchissante (400a) aux ondes électromagnétiques dans laquelle est positionnée une première métasurface (500a), - une deuxième antenne directive (300b) comprenant une deuxième cavité réfléchissante (400b) aux ondes électromagnétiques dans laquelle est positionnée une deuxième métasurface (500b). Figure pour l’abrégé : figure 1 Système radar, pièce de carrosserie et véhicule associés 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 reconnaître 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. À cet effet, l’invention a pour objet un système radar pour véhicule à moteur comprenant : - une unité électronique configurée pour émettre et recevoir une onde électromagnétique dans une plage de fréquence prédéterminée, - une première antenne directive comprenant une première cavité réfléchissante aux ondes électromagnétiques dans laquelle est positionnée une première métasurface, ladite première antenne étant configurée pour être reliée à l’unité électronique via un premier guide d’onde et pour transmettre une onde électromagnétique, émise par l’unité électronique et propagée via le premier guide d’onde, dans une première direction prédéterminée et/ou pour propager une onde électromagnétique reçue depuis la première direction prédéterminée vers l’unité électronique via le premier guide d’onde, - une deuxième antenne directive comprenant une deuxième cavité réfléchissante aux ondes électromagnétiques dans laquelle est positionnée une deuxième métasurface, ladite deuxième antenne étant configurée pour être reliée à l’unité électronique via un deuxième guide d’onde et pour transmettre une onde électromagnétique, émise par l’émetteur/récepteur et propagée via le deuxième guide d’onde, dans une deuxième direction prédéterminée et/ou pour propager une onde électromagnétique reçue depuis la deuxième direction prédéterminée vers l’unité électronique via le deuxième guide d’onde. Selon un autre aspect de la présente invention la première antenne dite antenne émettrice est configurée pour émettre une onde électromagnétique issue de l’unité électronique et propagée via le premier guide d’onde dans la première direction prédéterminée et la deuxième antenne dite antenne réceptrice est configurée pour recevoir l’onde électromagnétique émise par l’antenne émettrice et réfléchie par un obstacle dans la deuxième direction prédéterminée et pour propager l’onde électromagnétique reçue vers l’unité électronique via le deuxième guide d’onde. Selon un autre aspect de la présente invention, la première direction prédéterminée correspond à un cône d’émission autour d’un axe central d’émission et la deuxième direction prédéterminée correspond à un cône de réception autour d’un axe central de réception. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, l’écart en azimut entre l’axe central d’émission et l’axe central de réception est inférieure à 30°. Selon un aspect additionnel de la présente invention, l’écart en élévation entre l’axe central d’émission et une direction horizontale d’une part et entre l’axe central de réception et une direction horizontale d’autre part est inférieur à 5°, notamment égal à 0°. Selon un autre aspect de la présente invention, les sections du cône d’émission et du cône de réception ont une forme allongée, notamment oblongue, et les antennes sont disposées de sorte que, d’une part, l’angle d’assiette de l’antenne formé par l’écart angulaire entre le grand axe de la forme allongée et une direction horizontale est inférieur à 30°, notamment inférieur à 5° et d’autre part l’écart angulaire entre l’angle d’assiette de la première antenne et de la deuxième antenne est inférieur à 30°, notamment inférieur à 5°. Selon un aspect additionnel de la présente invention, la plage de fréquence prédéterminée est supérieure à 60GHz, notamment entre 75 et 80GHz, notamment 77GHz. La plage de fréquence prédéterminée peut également être comprise entre 120 et 160 GHz, notamment 140 GHz. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, la première et la deuxième antennes sont configurées pour être disposées sur une pièce de carrosserie comprenant une paroi réalisée en matière plastique. Selon un autre aspect de la présente invention, l’unité électronique est configurée pour être positionné à distance de la pièce de carrosserie. Selon un aspect additionnel de la présente invention, le système radar comprend : - une antenne émettrice configurée pour émettre une onde électromagnétique émise par l’unité électronique dans une direction prédéterminée, - une première et une deuxième antennes réceptrices configurées pour recevoir l’onde électromagnétique émise par l’antenne émettrice et réfléchie par un obstacle et pour propager l’onde électromagnétique réfléchie reçue vers l’unité électronique, l’antenne émettrice et les antennes réceptrices étant disposées sur une pièce de carrosserie comprenant une paroi réalisée en matière plastique, notamment sur un pare-chocs. Selon un autre aspect de la présente invention, la pièce de carrosserie s’étend selon la largeur du véhicule et dans lequel les antennes sont disposées dans des zones différentes de la pièce de carrosserie, les différentes zones étant décalées les unes des autres selon la largeur du véhicule et dans lequel l’antenne émettrice est disposée dans une zone centrale par rapport aux zones associées aux antennes réceptrices. Selon un aspect additionnel de la présente invention, la première antenne réceptrice définit un premier cône de réception autour d’un axe central de réception formant un angle azimutal inférieur à 5°, notamment 0°, par rapport à une direction d’avancement du véhicule, la deuxième antenne réceptrice définit un deuxième cône de réception autour d’un axe central de réception formant un angle azimutal supérieur à 20°, notamment 40°, par rapport à une direction d’avancement du véhicule et l’antenne émettrice définit un cône d’émission autour d’un axe central d’émission formant un angle azimutal compris entre 0° et 10° par rapport à une direction d’avancement du véhicule. La présente invention concerne également une pièce de carrosserie comprenant un système radar tel que décrit précédemment. Selon un aspect additionnel de la présente invention, la pièce de carrosserie comprend au moins une paroi réalisée en matière plastique, une antenne émettrice reliée à l’unité électronique via un premier guide d’onde et configurée pour émettre une onde électromagnétique émise par l’unité électronique dans une direction prédéterminée, une antenne réceptrice reliée à l’unité électronique via un deuxième guide d’onde, ladite antenne réceptrice étant configurée pour recevoir l’onde électromagnétique émise par l’antenne émettrice et réfléchie par un obstacle et pour propager l’onde électromagnétique réfléchie reçue vers l’unité électronique, lesdites antennes émettrice et réceptrice étant disposées derrière la paroi en matière plastique. Selon un autre aspect de la présente invention, l’antenne émettrice et l’antenne réceptrice sont disposées dans une zone uniforme de la pièce de carrosserie. La zone uniforme correspond à une zone ayant une épaisseur constante et constituée du même matériau ou des mêmes couches de matériaux, les différentes couches ayant les mêmes épaisseurs. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, la pièce de carrosserie est un pare-chocs avant d’un véhicule, notamment terrestre, à moteur et comprend une première antenne réceptrice disposée dans une zone centrale du pare-chocs et dont l’axe central du cône de réception est orienté selon une direction d’avancement du véhicule, une deuxième antenne réceptrice disposée dans une zone latérale du pare-chocs et dont l’axe central du cône de réception est orienté selon un angle azimutal supérieur à 30° par rapport à la direction d’avancement du véhicule et une antenne émettrice est disposée dans une zone intermédiaire située entre la zone centrale et la zone latérale, l’axe central du cône d’émission formant un angle azimutal compris entre 0 et 30° par rapport à la direction d’avancement du véhicule. Selon un aspect additionnel de la présente invention, les antennes ont une forme allongée et la longueur des différentes antennes peut être différente d’une antenne à l’autre. Au moins une des antennes a une longueur différente de la longueur des autres antennes. La présente invention concerne également un véhicule terrestre à moteur comprenant une pièce carrosserie telle que décrite précédemment. 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 : est un schéma d’un système radar selon un mode de réalisation de la présente invention ; est une vue en perspective de deux antennes du système radar de la ; est une vue de dessus de deux antennes disposées sur la face arrière d’une pièce de carrosserie ; est une vue de côté d'une antenne disposée sur une pièce de carrosserie ; est une vue d’une projection sur un plan YZ de deux antennes disposées sur une pièce de carrosserie ; est une vue de dessus d'une pièce de carrosserie comprenant un système radar avec trois antennes ; est une vue en perspective d'un véhicule automobile comprenant un système radar selon la présente invention. est une vue de dessus d'un véhicule automobile comprenant un système radar selon la présente invention. Système radar (200) pour véhicule à moteur (1) comprenant : une unité électronique (900) configurée pour émettre et recevoir une onde électromagnétique dans une plage de fréquence prédéterminée, une première antenne directive (300a) comprenant une première cavité réfléchissante (400a) aux ondes électromagnétiques dans laquelle est positionnée une première métasurface (500a), ladite première antenne (300a) étant configurée pour être reliée à l’unité électronique (900) via un premier guide d’onde (700a) et pour transmettre une onde électromagnétique, émise par l’unité électronique (900) et propagée via le premier guide d’onde (700a), dans une première direction prédéterminée et/ou pour propager une onde électromagnétique reçue depuis la première direction prédéterminée vers l’unité électronique (900) via le premier guide d’onde (700a), une deuxième antenne directive (300b) comprenant une deuxième cavité réfléchissante (400b) aux ondes électromagnétiques dans laquelle est positionnée une deuxième métasurface (500b), ladite deuxième antenne (300b) étant configurée pour être reliée à l’unité électronique (900) via un deuxième guide d’onde (700b) et pour transmettre une onde électromagnétique, émise par l’unité électronique (900) et propagée via le deuxième guide d’onde (700b), dans une deuxième direction prédéterminée et/ou pour propager une onde électromagnétique reçue depuis la deuxième direction prédéterminée vers l’unité électronique (900) via le deuxième guide d’onde (700b). Système radar (200) selon la revendication 1 dans lequel la première antenne (300a) dite antenne émettrice est configurée pour émettre une onde électromagnétique issue de l’unité électronique (900) et propagée via le premier guide d’onde (700a) dans la première direction prédéterminée et la deuxième antenne (300b) dite antenne réceptrice est configurée pour recevoir l’onde électromagnétique émise par l’antenne émettrice (300a) et réfléchie par un obstacle dans la deuxième direction prédéterminée et pour propager l’onde électromagnétique reçue vers l’unité électronique (900) via le deuxième guide d’onde (700b). Système radar (200) selon la revendication 2 dans lequel la première direction prédéterminée correspond à un cône d’émission (C300a) autour d’un axe central d’émission (D300a) et la deuxième direction prédéterminée correspond à un cône de réception (C300b) autour d’un axe central de réception (D300b). Système radar (200) selon la revendication précédente dans lequel l’écart en azimut entre l’axe central d’émission (D300a) et l’axe central de réception (D300b) est inférieure à 30°. Système radar (200) selon la revendication 3 ou 4 dans lequel l’écart en élévation entre l’axe central d’émission (D300a) et une direction horizontale d’une part et entre l’axe central de réception (D300b) et une direction horizontale d’autre part est inférieur à 5°, notamment égale à 0°. Système radar (200) selon l’une des revendications 3 à 5 dans lequel les sections du cône d’émission (C300a) et du cône de réception (C300b) ont une forme allongée, notamment oblongue, et dans lequel les antennes (300a, 300b) sont disposées de sorte que, d’une part, l’angle d’assiette de l’antenne formé par l’écart angulaire entre le grand axe de la forme allongée et une direction horizontale est inférieur à 30°, notamment inférieur à 5° et d’autre part l’écart angulaire entre l’angle d’assiette de la première antenne (300a) et de la deuxième antenne (300b) est inférieur à 30°, notamment inférieur à 5°. Système radar (200) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la plage de fréquence prédéterminée est supérieure à 60GHz, notamment entre 75 et 80GHz, notamment 77GHz. Système radar (200) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la première (300a) et la deuxième (300b) antennes sont configurées pour être disposées sur une pièce de carrosserie (100) comprenant une paroi réalisée en matière plastique. Système radar (200) selon la revendication précédente dans lequel l’unité électronique (900) est configurée pour être positionnée à distance de la pièce de carrosserie (100). Système radar (200) selon l’une des revendications précédentes comprenant : - une antenne émettrice (300a) configurée pour émettre une onde électromagnétique émise par l’unité électronique (900) dans une direction prédéterminée, - une première (300b) et une deuxième (300b') antennes réceptrices configurées pour recevoir l’onde électromagnétique émise par l’antenne émettrice (300a) et réfléchie par un obstacle et pour propager l’onde électromagnétique réfléchie reçue vers l’unité électronique (900), l’antenne émettrice (300a) et les antennes réceptrices (300b, 300b') étant disposées sur une pièce de carrosserie (100) comprenant une paroi réalisée en matière plastique, notamment sur un pare-chocs. Système radar (200) selon la revendication précédente dans lequel la pièce de carrosserie (100) s’étend selon la largeur du véhicule et dans lequel les antennes (300a, 300b, 300b') sont disposées dans des zones différentes de la pièce de carrosserie (100), les différentes zones étant décalées les unes des autres selon la largeur du véhicule et dans lequel l’antenne émettrice (300a) est disposée dans une zone centrale par rapport aux zones associées aux antennes réceptrices (300b, 300b'). Système radar (200) selon la revendication 10 ou 11 dans lequel la première antenne réceptrice (300b) définit un premier cône de réception autour d’un axe central de réception (D300b) formant un angle azimutal inférieur à 5°, notamment 0°, par rapport à une direction (X) d’avancement du véhicule, la deuxième antenne réceptrice (300b') définit un deuxième cône de réception autour d’un axe central de réception (D300b’) formant un angle azimutal supérieur à 20°, notamment 40°, par rapport à une direction (X) d’avancement du véhicule et l’antenne émettrice (300a) définit un cône d’émission autour d’un axe central d’émission (D300a) formant un angle azimutal compris entre 0° et 10° par rapport à une direction (X) d’avancement du véhicule. Pièce de carrosserie (100) comprenant un système radar (200) selon l’une des revendications précédentes. Pièce de carrosserie (100) selon la revendication précédente comprenant au moins une paroi réalisée en matière plastique, une antenne émettrice (300a) reliée à l’unité électronique (900) via un premier guide d’onde (700a) et configurée pour émettre une onde électromagnétique émise par l’unité électronique (900) dans une direction prédéterminée, une antenne réceptrice (300b) reliée à l’unité électronique (900) via un deuxième guide d’onde (700b), ladite antenne réceptrice (300b) étant configurée pour recevoir l’onde électromagnétique émise par l’antenne émettrice (300a) et réfléchie par un obstacle et pour propager l’onde électromagnétique réfléchie reçue vers l’unité électronique (900), lesdites antennes émettrice (300a) et réceptrice (300b) étant disposées derrière la paroi en matière plastique. Pièce de carrosserie (100) selon la revendication précédente dans laquelle l’antenne émettrice (300a) et l’antenne réceptrice (300b) sont disposées dans une zone uniforme de la pièce de carrosserie (100) Pièce de carrosserie (100) selon l’une des revendications 13 à 15, dans laquelle la pièce de carrosserie (100) est un pare-chocs avant d’un véhicule, notamment terrestre, à moteur et comprend une première antenne réceptrice (300b) disposée dans une zone centrale du pare-chocs et dont l’axe central (D300b) du cône de réception est orienté selon une direction (X) d’avancement du véhicule, une deuxième antenne réceptrice (300b') disposée dans une zone latérale du pare-chocs et dont l’axe central (D300b’) du cône de réception est orienté selon un angle azimutal supérieur à 30° par rapport à la direction (X) d’avancement du véhicule et une antenne émettrice (300a) est disposée dans une zone intermédiaire située entre la zone centrale et la zone latérale, l’axe central (D300a) du cône d’émission formant un angle azimutal compris entre 0 et 30° par rapport à la direction (X) d’avancement du véhicule. Pièce de carrosserie (100) selon l’une des revendications 13 à 16 dans laquelle les antennes (300a, 300b, 300b') ont une forme allongée et dans laquelle la longueur des différentes antennes (300a, 300b, 300b’) peut être différente d’une antenne à l’autre. Véhicule terrestre à moteur (1) comprenant une pièce carrosserie (100) selon l’une des revendications précédentes.