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Die Erfindung betrifft ein Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei dem Dachmodul kann es sich dabei entweder um ein Teil eins starren Fahrzeugdachs handeln oder um ein Teil einer öffenbaren Dachbaugruppe.
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In der Fahrzeugtechnik finden autonom bzw. teilautonom fahrende Kraftfahrzeuge immer weitere Verbreitung. Um der Fahrzeugsteuerung ein autonomes bzw. teilautonomes Fahren des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, sind eine Vielzahl von Umfeldsensoren notwendig, mit denen die Umgebung des Kraftfahrzeuges erfasst und daraus die jeweilige Verkehrssituation ermittelt wird. Zumindest ein Teil dieser Umfeldsensoren wird unter Verwendung von Sensormodulen auf dem Fahrzeugdach befestigt, da das Fahrzeugdach in der Regel der höchste Punkt des Fahrzeuges ist und damit eine gute Beobachtung der Umgebung ermöglicht.
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Um die elektrischen Einbauten im Sensormodul mit elektrischer Energie zu versorgen, ist es bei den bekannten Lösungen üblich, dass geeignete elektrische Leitungen zwischen dem das Fahrzeugdach bildenden Dachmodul und dem darauf an der Oberseite angebrachten Sensormodul zu verlegen. Im Sensormodul können neben den Umfeldsensoren auch andere Funktionskomponenten verbaut sein, die mit elektrischer Energie versorgt werden müssen.
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Auch für die Datenkommunikation der im Sensormodul verbauten Funktionselemente mit der Fahrzeugsteuerung werden entsprechende Datenleitungen zwischen dem Modul und dem Dachmodul verlegt. Nachteilig an der Anbindung des Sensormoduls an dem Dachmodul mittels Leitungen ist es, dass die Verlegung der entsprechenden Leitungen aufwändig ist. Außerdem kann durch die Leitungsdurchlässe, an denen die Leitungen in das Sensorgehäuse des Sensormoduls eingeführt werden, zu Systemausfällen führen. Dringt nämlich Feuchtigkeit in das Innere des Sensorgehäuses ein, werden die elektrischen bzw. elektronischen Funktionselemente im Sensorgehäuse beschädigt. Soweit für die Verlegung von Leitungen Kabeldurchlässe im Dachmodul vorgesehen werden müssen, besteht außerdem die Gefahr, dass Feuchtigkeit durch die Kabeldurchlässe in den Fahrzeuginnenraum eindringt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dachmodul mit einem darauf befestigten Sensormodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug vorzuschlagen, das die angesprochenen Nachteile im Hinblick auf Haltbarkeit, Dichtigkeit und Funktionalität des vorbekannten Standes der Technik vermeidet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Dachmodul nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Dachmodul umfasst eine Sender-Empfänger-Schnittstelle, die die drahtlose Übertragung von elektrischer Energie und/oder Kommunikationsdaten zwischen dem Dachmodul einerseits und dem Sensormodul andererseits ermöglicht. Diese Sender-Empfänger-Schnittstelle umfasst dabei zumindest zwei Schnittstellenelemente, wobei das eine Schnittstellenelement auf der Innenseite des Dachmoduls und das zweite Schnittstellenelement auf der Innenseite des Sensorgehäuses angeordnet ist. Die Energie- und/oder Datenübertragung zwischen den beiden Schnittstellenelementen erfolgt dann drahtlos durch die Wandungen des Dachmoduls bzw. die Wandung des Sensorgehäuses hindurch, so dass auf die Verlegung von Leitungen verzichtet werden kann. Für die Herstellung des Dachmoduls reicht es somit aus, dass das vormontierte Sensormodul mechanisch auf der Außenseite des Dachmoduls an der dafür vorgesehenen Stelle befestigt wird. Die aufwändige Verlegung von Leitungen zwischen Dachmodul und Sensormodul entfällt. Im Sensormodul können durch die drahtlose Energie- und/oder Datenübertragung sowohl die Umfeldsensoren, als auch eventuell weitere Funktionskomponenten mit elektrischer Energie versorgt werden und/oder Daten mit der Fahrzeugsteuerung austauschen.
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Zur Verwirklichung der Erfindung ist es grundsätzlich ausreichend, wenn zumindest ein Teil der Leitungen zwischen Dachmodul und Sensormodul durch die Drahtlosarbeit in der Sender-Empfänger-Schnittstelle ersetzt wird. Den größten Vorteil bietet die Erfindung jedoch, wenn das Sensorgehäuse ohne Leitungsausgänge ständig wasserdicht verkapselt ist und die gesamte Energieübertragung und die gesamte Datenkommunikation zwischen dem Dachmodul und dem Sensormodul mit der drahtlosarbeitenden Sender-Empfänger-Schnittstelle übertragen wird. In diesem Falle kann auf sämtliche Leitungen zwischen Dachmodul und Sensormodul verzichtet werden, was den größten Einspareffekt ergibt.
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Um die Funktionalität der elektrischen Funktionselemente im Sensormodul aufrechtzuerhalten, ist in der Regel nur eine relativ geringe Energieübertragung notwendig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es deshalb vorteilhaft, wenn mit der drahtlos arbeitenden Sender-Empfänger-Schnittstelle eine elektrische Leistung bis zu 100 Watt übertragbar ist.
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Mit welcher Übertragungstechnik die Daten bzw. die Energie zwischen den beiden Schnittstellenelementen der drahtlos arbeitenden Sender-Empfänger-Schnittstelle übertragen werden, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Übertragung von Energie bzw. Kommunikationsdaten zwischen den beiden Schnittstellenelementen induktiv und/oder induktiv resonant und/oder kapazitiv. Mit diesen drei Übertragungstechniken kann eine zuverlässige Übertragung von Energie bzw. Daten zwischen den Schnittstellenelementen problemlos gewährleistet werden.
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Ist im Sensorgehäuse des Sensormoduls als elektrisches Funktionselement allein ein Umfeldsensor eingebaut, so ist es besonders vorteilhaft, wenn das Schnittstellenelement der Sender-Empfänger-Schnittstelle in den Umfeldsensor integriert ist. Auf eine zusätzliche Verkabelung zwischen dem Schnittstellenelement und dem Umfeldsensor im Sensorgehäuse kann auf diese Weise verzichtet werden.
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Sind im Sensorgehäuse mehrere elektrische Funktionselemente vorgesehen, so ist es besonders vorteilhaft, wenn im Sensorgehäuse ein Schnittstellenelement vorgesehen ist, das die drahtlos empfangene Energie bzw. die drahtlos empfangene Daten über Verteilleitungen im Sensorgehäuse an die verschiedenen Funktionselemente und den Umfeldsensor verteilt.
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Um eine drahtlose Übertragung von Energie bzw. Daten zwischen den Schnittstellenelementen zu ermöglichen, sollten die drahtlos übertragenen Signale nur möglichst gering gedämpft werden. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, wenn das Sensorgehäuse aus einem für elektromagnetische Signale durchlässigen Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt ist.
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Der konstruktive Aufbau des Dachmoduls ist grundsätzlich beliebig. Um eine einfache mechanische Befestigung des Dachmoduls an der Fahrzeugkarosserie zu ermöglichen, ist es im Hinblick auf die konstruktive Ausbildung des Dachmoduls vorteilhaft, dass das Dachmodul zumindest ein Trägerelement zur mechanischen Befestigung des Dachmoduls am Fahrzeug und eine das Fahrzeugdach bildende Dachhaut umfasst. Die Dachhaut selber überspannt dann das Dach des Fahrzeugs und sorgt für die entsprechende Dichtigkeit des Fahrzeuginnenraums. Die Dachhaut selbst ist dabei an den Trägerelementen befestigt und kann somit vermittelt über die Trägerelemente mit der Fahrzeugkarosserie verbunden werden.
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Im Hinblick auf die problemlose drahtlose Übertragung von Energie bzw. Daten durch die Dachhaut des Dachmoduls hindurch ist es besonders vorteilhaft, wenn die Dachhaut aus einem für elektromagnetische Signale durchlässigen Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt ist. Das auf der Innenseite des Dachmoduls vorgesehene Schnittstellenelement wird dann an der Innenseite der für elektromagnetische Signale durchlässigen Dachhaut angeordnet, so dass die drahtlose Daten- bzw. Energieübertragung durch die Dachhaut hindurch problemlos möglich ist.
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Soll das auf der Innenseite des Dachmoduls vorgesehene Schnittstellenelement auf der Innenseite des Trägerelements angeordnet werden, um beispielsweise eine einfachere Befestigung des Schnittstellenelements zu ermöglichen, so ist es gemäß einer ersten Ausführungsform besonders vorteilhaft, wenn auch das Trägerelement aus einem für elektromagnetische Signale durchlässigen Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt ist. Dadurch wird ermöglicht, dass die Datenübertragung aufgrund der Materialeigenschaften des Trägerelements durch das Trägerelement hindurch problemlos möglich ist. Gleiches gilt für die Energieübertragung. Soweit das Schnittstellenelement auf der Innenseite des Trägerelements angeordnet werden soll, das Trägerelement selbst aber aus einem für elektromagnetische Signale abschirmenden Material hergestellt ist, beispielsweise aus Metall, so kann zur Lösung der Datenübertragung ein Ausschnitt in dem Trägerelement vorgesehen werden. Das Schnittstellenelement wird dann unterhalb des Ausschnitts befestigt, so dass die drahtlose Datenübertragung durch den Ausschnitt hindurch erfolgen kann.
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Welche Art von Umfeldsensor in dem Sensorgehäuse des Sensormoduls verwendet wird, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß bevorzugter Ausführungsvarianten ist es vorgesehen, dass der Umfeldsensor in der Art eines Lidar-Sensors und/oder in der Art eines Radar-Sensors und/oder in der Art eines Kamerasensors und/oder in der Art eines Multikamera-Sensors ausgebildet ist.
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Grundsätzlich kann das Dachmodul nach der Erfindung sowohl bei Personenkraftwagen als auch bei Nutzfahrzeugen, wie Lieferwägen oder Zugmaschinen für LKW, zum Einsatz kommen. Es kann als reines Festdach ausgebildet sein oder auch mit einem Dachöffnungssystem versehen sein und damit eine verschließbare Dachöffnung ausbilden.
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Des Weiteren bildet das Dachmodul nach der Erfindung vorzugsweise eine Baueinheit, die in integrierter Weise Einrichtungen zum autonomen Fahren oder zum teilautonomen, durch Fahrzeugassistenzsysteme unterstützten Fahren umfasst und die auf Seiten eines Fahrzeugherstellers auf einen Fahrzeugrohbau aufsetzbar ist.
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Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug mit einem Dachmodul der vorstehend beschriebenen Art zum Gegenstand.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisiert dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigt:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit Dachmodul in schematisierter Ansicht von oben;
- 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dachmoduls im schematisierten Querschnitt;
- 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dachmoduls im schematisierten Querschnitt;
- 4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dachmoduls im schematisierten Querschnitt; und
- 5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dachmoduls im schematisierten Querschnitt.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 01 in schematisierter Ansicht von oben. Zur Bildung des Fahrzeugdachs 02 wird auf der Fahrzeugkarosserie ein Dachmodul 03 befestigt. Auf der nach oben weisenden Außenseite des Dachmoduls 03 sind vier Sensormodule 04 befestigt, die jeweils zumindest einen Umfeldsensor, beispielsweise einen Lidar-Sensor beinhalten. Durch die in den Sensormodulen 04 eingebauten Umfeldsensoren wird eine Erfassung der das Kraftfahrzeug 01 umgebenden Verkehrssituation realisiert, um ein autonomes bzw. teilautonomes Betreiben des Kraftfahrzeuges 01 zu ermöglichen.
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2 zeigt das Dachmodul 03 im Bereich eines Sensormoduls 04 im schematisierten Querschnitt. Das Dachmodul 03 wird zur Überdeckung des Fahrzeugdaches aus einer Dachhaut 05, die beispielsweise aus Kunststoff besteht, und einem Trägerelement 06, das beispielsweise aus Metall besteht, gebildet. Das Trägerelement 06 hat einen rechteckigen Querschnitt (siehe 1) und dient zur Befestigung des Dachmoduls 03 auf der Karosserie des Kraftfahrzeuges 01.
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Das Sensormodul 04 umfasst ein Sensorgehäuse 07, das aus einem für elektromagnetische Signale durchlässigen Kunststoff herstellt ist. Das Sensorgehäuse 07 ist wasserdicht gekapselt und weist keinerlei Leitungsausgänge auf. Im Inneren des Sensorgehäuses 07 ist ein Umfeldsensor 08, beispielsweise ein Lidar-Sensor eingebaut. Durch geeignete Abtastung der Umgebung kann der Umfeldsensor 08 die Verkehrssituation in einem Teil der Umgebung erfassen und an die Fahrzeugsteuerung zur autonomen bzw. teilautonomen Steuerung des Kraftfahrzeuges 01 weiterleiten. Mechanisch wird das Sensorgehäuse 07 durch geeignete Verschraubung oder Verklebung auf der Oberseite der Dachhaut 05 befestigt. Alternativ oder additiv dazu kann das Sensorgehäuse 07 auch durch eine kraftschlüssige Fixierung, beispielsweise magnetisch, und/oder formschlüssige Fixierung, beispielsweise durch Verklipsen/Einrasten, an der Dachhaut 05 befestigt werden.
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Um den Umfeldsensor 08 mit elektrischer Energie zu versorgen bzw. um die Datenkommunikation des Umfeldsensors 08 mit der Fahrzeugsteuerung zu ermöglichen, ist eine drahtlose Übertragungseinrichtung zwischen dem Sensormodul 04 und dem Dachmodul 03 vorgesehen. Diese drahtlose Übertragungseinrichtung besteht aus zwei Schnittstellenelementen 09 und 10. Das erste Schnittstellenelement 09 ist in den Umfeldsensor 08 integriert und kann somit durch Montage des Umfeldsensors 08 im Sensorgehäuse 07 ohne zusätzlichen Aufwand platziert werden. Das Schnittstellelement 09 ist dabei so angeordnet, dass es auf der Innenseite des Sensorgehäuses 07 angeordnet ist. Dem Schnittstellenelement 09 gegenüberliegend ist das zweite Schnittstellenelement 10 auf der Innenseite des Dachmoduls 03 fixiert. Dazu weist das Trägerelement 06 im Bereich des Schnittstellenelements 10 einen Ausschnitt 11 auf, in den das Schnittstellenelement 10 von unten eingesteckt ist. Durch den Ausschnitt 11 wird eine unerwünschte Abschirmung der Energieübertragung bzw. der Datenübertragung durch das aus Metall hergestellte Trägerelement 06 vermieden. Die Dachhaut 05 ist aus einem für elektromagnetische Signale durchlässigen Kunststoff hergestellt. Demnach können also Daten und Energie durch die Wandungen des Sensorgehäuses 07 bzw. der Dachhaut 05, die jeweils aus Kunststoff hergestellt sind, problemlos drahtlos übertragen werden.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Dachmoduls 12. Auch das Dachmodul 12 verwendet das Sensormodul 04 und unterscheidet sich vom Dachmodul 03 dadurch, dass das zweite Schnittstellenelement 10 nicht im Ausschnitt 11 des Trägerelements 06 angeordnet ist, sondern unmittelbar auf der Innenseite der Dachhaut 05. Da die Dachhaut 05 aus Kunststoff hergestellt ist, wird die drahtlose Datenübertragung damit problemlos ermöglicht.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Dachmoduls 13, bei der ein Sensormodul 14 entsprechend dem Dachmodul 13 so auf der Dachhaut 05 platziert ist, dass es dem auf der Innenseite der Dachhaut 05 angeordneten Schnittstellenelement 10 unmittelbar gegenüberliegt. Das Sensormodul 14 zeichnet sich dabei dadurch aus, dass im Inneren des Sensorgehäuses 15 neben dem Umfeldsensor 16 mehrere weitere elektrische Funktionselemente, insbesondere Umfeldsensoren 17 und 18 eingebaut sind. Zur Versorgung der Umfeldsensoren 16, 17 und 18 mit elektrischer Energie bzw. zur Datenkommunikation der Umfeldsensoren 16, 17 und 18 mit der Fahrzeugsteuerung ist im Sensorgehäuse 15 ein drahtlos arbeitendes Schnittstellenelement 19 eingebaut. Dieses Schnittstellenelement 19 arbeitet mit dem Schnittstellenelement 10 zusammen und überträgt drahtlos Energie bzw. Daten. Das Schnittstellenelement 19 ist über Verteilleitungen 20 mit allen Umfeldsensoren 16, 17 und 18 im Sensorgehäuse 15 verbunden und sorgt auf diese Weise für die Verteilung der Energie bzw. Daten.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform 21 eines Dachmoduls. Auch das Dachmodul 21 verwendet wie das Dachmodul 03 das Sensormodul 04 und unterscheidet sich vom Dachmodul 03 dadurch, dass über dem Sensormodul 04 zusätzlich eine Abdeckung, beispielsweise eine Kunststoffhaube, angebracht ist, um das Sensormodul zusätzlich zu schützen.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Kraftfahrzeug
- 02
- Fahrzeugdach
- 03
- Dachmodul
- 04
- Sensormodul
- 05
- Dachhaut
- 06
- Trägerelement
- 07
- Sensorgehäuse
- 08
- Umfeldsensor
- 09
- Schnittstellenelement
- 10
- Schnittstellenelement
- 11
- Ausschnitt
- 12
- Dachmodul
- 13
- Dachmodul
- 14
- Sensormodul
- 15
- Sensorgehäuse
- 16
- Umfeldsensor
- 17
- Umfeldsensor
- 18
- Umfeldsensor
- 19
- Schnittstellenelement
- 20
- Verteilleitung
- 21
- Dachmodul
- 22
- Abdeckung
