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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugdach, insbesondere ein Fahrzeugdach für einen Personenkraftwagen, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiges Fahrzeugdach ist insbesondere als Dachmodul ausgebildet, das ein separates Bauteil darstellt, welches im Montagezustand auf Dachseitenholme und/oder Dachquerholme aufgesetzt ist, die Bestandteil einer einen Fahrzeugrohbau bildenden Fahrzeugkarosserie sind. Das Fahrzeugdach umfasst eine Dachhaut, die eine äußere Sichtfläche des Fahrzeugdachs bildet, und eine Sensoreinheit mit mindestens zwei Umfeldsensoren zur Erfassung des Fahrzeugumfelds. Die Umfeldsensoren sind Bestandteil eines Systems, das einen autonomen oder teilautonomen Fahrbetrieb des betreffenden Fahrzeugs ermöglicht.
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Des Weiteren ist es aus der Praxis bekannt, die Umfeldsensoren einer Sensoreinheit an einer gemeinsamen Plattform zu montieren, die eine Halteeinrichtung für die Umfeldsensoren bildet und die wiederum auf einen Dachrahmen aufgesetzt ist, der eine Trägereinrichtung des betreffenden Fahrzeugdachs bildet, an der auch die Dachhaut befestigt ist. Um die Umfeldsensoren in einem Temperaturfenster zu halten, das einen optimalen Betrieb ermöglicht, kann die Halteeinrichtung mit einem Thermomanagementsystem verbunden sein, welches Wärme von der Halteeinrichtung bzw. den Umfeldsensoren ableitet und somit eine Kühlung der Umfeldsensoren ermöglicht. Es kann ein Problem darstellen, dass bei der Halteeinrichtung die beiden Umfeldsensoren elektrisch nicht hinreichend voneinander entkoppelt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugdach der einleitend genannten Gattung zu schaffen, bei dem die Umfeldsensoren derart in der Halteeinrichtung aufgenommen sind, dass optimale Betriebsbedingungen geschaffen werden können.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Fahrzeugdach mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird also ein Fahrzeugdach, insbesondere ein Fahrzeugdach für einen Personenkraftwagen vorgeschlagen, welches eine Dachhaut, die eine äußere Sichtfläche des Fahrzeugdachs bildet, und eine Sensoreinheit mit mindestens zwei Umfeldsensoren zur Erfassung eines Fahrzeugumfelds umfasst. Die Sensoreinheit, die unter der Dachhaut angeordnet und an einer Trägereinrichtung befestigt ist, umfasst eine Halteeinrichtung für die mindestens zwei Umfeldsensoren, welche mit einem Thermomanagementsystem verbunden ist. Um einen einwandfreien Betrieb bei gleichzeitig kompakter Bauweise des Thermomanagementsystems zu ermöglichen, ist zwischen den Umfeldsensoren und der Halteeinrichtung jeweils ein elektrisches Isolationselement angeordnet, welches den jeweiligen Umfeldsensor und die Halteeinrichtung thermisch miteinander koppelt.
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Durch die erfindungsgemäße Integration der Umfeldsensoren in die Halteeinrichtung ist es möglich, für die Umfeldsensoren eine einheitliche Arbeitstemperatur zu erreichen, da ein Thermomanagementsystem in zentralisierter Weise direkt an die Halteeinrichtung angekoppelt werden kann. Durch die thermische Kopplung der Umfeldsensoren mit der Halteeinrichtung über das Isolationselement kann die Kühlung über das zentralisierte Thermomanagementsystem gewährleistet werden. Gleichzeitig gewährleistet das elektrische Isolationselement eine galvanische Entkopplung der Umfeldsensoren; das heißt, Gehäuse der Umfeldsensoren können damit auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen. Die Halteeinrichtung kann als Multifunktionshalter für mehrere Umfeldsensoren angesehen werden, über welche die Befestigung der Sensoreinheit an der Trägereinrichtung erfolgt. Die Trägereinrichtung ist vorzugsweise von einem Dachrahmen des Fahrzeugdachs oder einer sonstigen Befestigungsplattform gebildet, die in dem Fahrzeugdach nach der Erfindung bereitgestellt ist.
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Die Befestigung der Umfeldsensoren an der Halteeinrichtung ermöglicht eine Vormontage dieser Komponenten und damit eine vereinfachte Endmontage der Sensoreinheit an der Trägereinrichtung. Die Halteeinrichtung nimmt also mehrere Komponenten gleichzeitig auf.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Fahrzeugdachs nach der Erfindung sind die elektrischen Isolationselemente jeweils als hülsenartiger Einsatz der Halteeinrichtung ausgebildet, der den jeweiligen Umfeldsensor zumindest weitgehend formschlüssig aufnimmt. Die Umfeldsensoren sind damit also jeweils in den hülsenartigen Einsatz eingesteckt, welcher wiederum mit ihrem Umfang zumindest weitgehend formschlüssig in eine jeweilige korrespondierende Aufnahme der Halteeinrichtung eingesteckt ist.
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Um unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten der verschiedenen genutzten Materialien ausgleichen zu können, sind die hülsenartigen Einsätze zusammen mit dem jeweils darin aufgenommenen Umfeldsensor jeweils mittels einer insbesondere federelastischen Fixiereinrichtung an der Halteeinrichtung gesichert. Beispielsweise ist die federelastische Fixiereinrichtung eine Klammer oder ein Bügel, die bzw. der an der Rückseite des Umfeldsensors und der Rückseite des hülsenartigen Einsatzes anliegt und beispielsweise mittels einer Lasche und einer Schraube an der Halteeinrichtung fixiert ist.
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Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform des Fahrzeugdachs nach der Erfindung ist die Halteeinrichtung bezogen auf ihre vertikal ausgerichtete Mittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet, wobei sie beidseits der Mittelebene jeweils eine Aufnahme für einen der Umfeldsensoren und das jeweils zugeordnete Isolationselement aufweist. Die Halteeinrichtung kann im Bereich eines vorderen bzw. bugseitigen Rands oder eines hinteren, heckseitigen Rands des Fahrzeugdachs mittig angeordnet sein, wobei dann die Mittelebene mit einer vertikalen Dachlängsmittelebene zusammenfällt.
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Grundsätzlich können die Umfeldsensoren, die an der Halteeinrichtung angeordnet sind, beliebig ausgebildet sein. Bei einer speziellen Ausführungsform sind die Umfeldsensoren aber jeweils aus einer Kamera gebildet. Zusammen können die Kameras Bestandteil einer oder mehrerer Stereokameras sein.
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Denkbar ist es aber auch, dass die Umfeldsensoren jeweils als LiDAR-Sensor, Radarsensor, Akustikwellensensor, Antenneneinrichtung und/oder dergleichen ausgebildet sind.
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Damit die Halteeinrichtung eine hohe thermische Leitfähigkeit hat und die Umfeldsensoren somit mittels der Halteeinrichtung temperiert werden können, ist die Halteeinrichtung bei einer bevorzugten Ausführungsform des Fahrzeugdachs nach der Erfindung ein metallisches Gussteil oder Frästeil, wobei die elektrischen Isolationselemente, welche die Umfeldsensoren mit der Halteeinrichtung thermisch koppeln, vorzugsweise jeweils aus einem Kunststoff gefertigt sind, dessen Wärmeleitfähigkeit mindestens 2,5 W/m · K und insbesondere mindestens 5,0 W/m · K beträgt.
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Insbesondere kann der Kunststoff, aus dem die Isolationselemente gefertigt sind, PET (Polyethylenterephthalat) und/oder TPE (thermoplastisches Elastomer) umfassen.
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Um die Halteeinrichtung und damit die Umfeldsensoren in effizienter Weise temperieren bzw. kühlen zu können, umfasst das Thermomanagementsystem des Fahrzeugdachs nach der Erfindung bei einer speziellen Ausführungsform sogenannte Heat Pipes bzw. Wärmeleitrohre, die mit der Halteeinrichtung und einem Wärmetauscher verbunden sind. Der Wärmetauscher kann weiteren Bestandteilen des Fahrzeugdachs, wie einem weiteren Umfeldsensor, der als LiDAR-Sensor ausgebildet ist, zugeordnet sein.
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Wie bereits oben erwähnt, kann die Trägereinrichtung ein Rahmen des Fahrzeugdachs sein. Die Halteeinrichtung kann in einer fensterartigen Ausnehmung des Rahmens mit diesem verbunden sein. Insbesondere kann die Halteeinrichtung von unten an den Rahmen angebunden sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Fahrzeugdachs nach der Erfindung ist als Dachmodul ausgebildet. Ein solches Dachmodul bildet in integrierter Weise eine Baueinheit, in der Komponenten aufgenommen sind, die zum autonomen bzw. teilautonomen Fahren des betreffenden Fahrzeugs erforderlich sind. In dem Dachmodul kann also eine Vielzahl funktionaler Elemente integriert sein. Es kann als kompakte Baueinheit aufseiten eines Fahrzeugherstellers mit einer Fahrzeugkarosserie bzw. einem Fahrzeugrohbau verbunden werden, der Dachholme, wie Dachseitenholme und/oder Dachquerholme, umfasst. Das Dachmodul stellt dann also ein sogenanntes Sensordachmodul bzw. Roof Sensor Module (RSM) dar, welches ein autonomes bzw. teilautonomes Fahren des betreffenden Fahrzeugs ermöglicht.
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Ein Fahrzeug, das mit dem Fahrzeugdach nach der Erfindung ausgestattet ist und als autonom fahrendes Fahrzeug ausgebildet ist, fährt in einem autonomen Fahrmodus selbstständig zumindest ohne wesentliche Eingriffe eines Fahrers. In einem teilautonomen Fahrmodus kann das Fahrzeugdach nach der Erfindung Teil eines Fahrerassistenzsystems sein.
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Das Fahrzeugdach nach der Erfindung kann mit einem transparenten Festdachabschnitt und/oder einem Dachöffnungssystem für eine Dachöffnung versehen sein.
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Insbesondere ist das Fahrzeugdach nach der Erfindung ein Dach eines Personenkraftwagens. Es kann aber auch ein Dach eines Nutzfahrzeugs sein, das beispielsweise als Lieferwagen, als Bus, als autonom fahrender Kleinbus, wie ein sogenannter People Mover, oder auch als Lkw-Zugmaschine ausgebildet ist.
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Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug zum Gegenstand, das ein Fahrzeugdach der oben beschriebenen Art umfasst und bei dem also insbesondere ein Fahrzeugrohbau mit einem Dachmodul versehen sein kann, das als Sensordachmodul bzw. Roof Sensor Module ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs mit einem Fahrzeugdach nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugdach nach der Erfindung;
- 2 eine Innenansicht eines Rahmenvorderteils eines Dachrahmens des Fahrzeugdachs;
- 3 eine Rückansicht einer Sensoranordnung des Fahrzeugdachs;
- 4 eine perspektivische Vorderansicht einer mittleren Sensoreinheit der Sensoranordnung;
- 5 einen perspektivischen Schnitt durch die Sensoreinheit entlang der Linie V-V in 4; und
- 6 eine vergrößerte Darstellung der Sensoreinheit in dem Bereich V-V in 2, welche die Befestigung eines Umfeldsensors in einer Halteeinrichtung der Sensoreinheit erläutert.
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In der Zeichnung ist ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt, welches als Personenkraftwagen ausgebildet ist und mit einem Fahrzeugdach 12 versehen ist, welches bezogen auf eine Dachlängsmittelebene beidseits jeweils einen Dachseitenholm 14 umfasst, der Bestandteil einer einen Rohbau darstellenden Fahrzeugkarosserie ist. Ein Dachmodul 16, welches einen Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs 10 überspannt, ist fest mit den eine Rohbauträgerstruktur bildenden Dachseitenholmen 14 verbunden.
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Das Dachmodul 16 umfasst eine Dachhaut 18, welche in einem zentralen Bereich einen transparenten Dachabschnitt 20 ausbilden kann, durch den Licht in den Fahrzeuginnenraum eintreten kann. Die Dachhaut 18 ist an einem umlaufenden Dachrahmen 22 angeordnet bzw. befestigt, der eine Trägereinrichtung des Dachmoduls 16 darstellt und auch eine Schnittstelle des Dachmoduls 16 zu dem Fahrzeugrohbau bildet.
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Das Dachmodul 16 ist als Sensordachmodul bzw. Roof Sensor Module (RSM) ausgebildet, das mit Vorrichtungen ausgestattet ist, die ein autonomes Fahren des Kraftfahrzeugs 10 ermöglichen. Hierzu weist das Dachmodul 16 eine Sensorik auf, die eine Sensoranordnung 24 umfasst, mittels derer zur Realisierung des autonomen Fahrens des Kraftfahrzeugs 10 die Fahrzeugumgebung erfasst werden kann. Durch Auswerten der Messsignale der Sensoranordnung 24 mittels einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 ist eine jeweilige Verkehrssituation ermittelbar, so dass sich das Kraftfahrzeug 10 autonom bzw. selbstständig an die jeweilige Verkehrssituation anpassen und entsprechend verhalten kann.
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Die Sensoranordnung 24 ist an einem vorderen Rahmenquerteil 26 des Dachrahmens 22 angeordnet und umfasst zwei jeweils in einem Eckbereich des Dachmoduls 16 angeordnete Umfeldsensoren 28, die jeweils aus einem LiDAR-Sensor gebildet sind und jeweils auf einem Trägerblech 30 angeordnet sind, das an dem Dachrahmen 22 befestigt ist. Zudem umfasst die Sensoranordnung 24 eine mittlere Sensoreinheit 32, welche im Bereich eines bugseitigen, mittigen, fensterartigen Ausschnitts 34 des Dachrahmens 22 an diesem befestigt ist.
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Die Sensoreinheit 32 umfasst eine Halteeinrichtung 36, die aus einem Aluminiumdruckgussteil gebildet ist und die als Träger für eine mittig angeordnete Radareinrichtung 38 und im vorliegenden Fall für sechs Kameras 40A, 40B, 42A, 42B, 44A und 44B dient. Die Halteeinrichtung 36 ist hierzu leistenartig ausgebildet und weist an ihrer Rückseite sechs Aufnahmen 46 für die jeweils einen Umfeldsensor darstellenden Kameras 40A, 40B, 42A, 42B, 44A und 44B auf. Die Aufnahmen 46, die bei dem Druckgussprozess ausgeformt werden, haben jeweils einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Grundriss. In den Aufnahmen 46 ist jeweils zur galvanischen Entkopplung ein elektrisches Isolationselement 48 angeordnet, das als hülsenartiger Einsatz mit einem rechteckigen bzw. quadratischen Grundriss ausgebildet ist und aus einem PET-Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 6,5 W/m . K oder auch aus einem TPE-Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 2,0 W/m . K gebildet ist. In die Isolationselemente 48, die formschlüssig in den Aufnahmen 46 angeordnet sind, ist jeweils eine der Kameras 40A, 40B, 42A, 42B, 44A und 44B derart eingesteckt, dass deren Gehäuse formschlüssig von dem jeweiligen Isolationselement 48 umgriffen sind. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Isolationselemente 48 sind die Kameras 40A, 40B, 42A, 42B, 44A und 44B jeweils thermisch mit der Halteeinrichtung 36 gekoppelt, gleichzeitig aber galvanisch voneinander entkoppelt.
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Die Fixierung der Isolationselemente 48 mit den darin angeordneten Kameras erfolgt jeweils mittels eines eine Fixiereinrichtung darstellenden federelastischen Bügels 50, der an seinem unteren Ende über eine Schraube 52 mit der Halteeinrichtung 36 verschraubt ist und an seinem oberen Ende eine Lasche 54 aufweist, die in einen jeweiligen Schlitz 56 der Halteeinrichtung 36 eingreift. Die Bügel 50 weisen jeweils eine langlochartige Ausnehmung 58 auf, die von einem jeweiligen Anschlusselement 60 der betreffenden Kameras 40A, 40B, 42A, 42B, 44A und 44B durchgriffen ist.
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Die Halteeinrichtung 36, die bezogen auf eine vertikale Dachlängsmittelebene symmetrisch ausgebildet ist, weist an ihrer Rückseite zwei Wärmeleitplatten 62 auf, an die jeweils Heat Pipes 64 bzw. Wärmeleitrohre angebunden sind, die zu einem Wärmetauscher 66 führen, der einem der in den Eckbereichen des Dachmoduls 16 angeordneten Umfeldsensoren 28 zugeordnet ist.
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Die Kameras 40A und 40B bilden die beiden Kameraköpfe einer Stereokamera zur Erfassung eines Nahbereichs. Die Kameras 42A und 42B bilden die beiden Kameraköpfe einer Stereokamera, die insbesondere zur Erfassung eines Fernbereichs dient. Die Kamera 44A dient zur Erfassung von Verkehrszeichen, insbesondere von Verkehrslichtzeichenanlagen, die vorliegend speziell in Europa genutzten Verkehrslichtzeichenanlagen entsprechen. Die Kamera 44B dient zur Erfassung von Verkehrszeichen und Verkehrslichtzeichenanlagen, die im US-amerikanischen Raum vornehmlich genutzt werden.
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Durch die Anbindung der Halteeinrichtung 36 an die Heat Pipes 64 und damit an die Wärmetauscher 66 ist es möglich, für alle an der Halteeinrichtung 36 angebrachten Umfeldsensoren (Radareinrichtung 38 und Kameras 40A, 40B, 42A, 42B, 44A und 44B) ein Thermomanagement mittels der Wärmetauscher 66 zu realisieren, die Bestandteil eines Thermomanagementsystems sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Fahrzeugdach
- 14
- Dachseitenholm
- 16
- Dachmodul
- 18
- Dachhaut
- 20
- Dachabschnitt
- 22
- Dachrahmen
- 24
- Sensoranordnung
- 26
- Rahmenquerteil
- 28
- Umfeldsensor
- 30
- Trägerblech
- 32
- Sensoreinheit
- 34
- Ausschnitt
- 36
- Halteeinrichtung
- 38
- Radareinrichtung
- 40A, B
- Kamera
- 42 A, B
- Kamera
- 44 A, B
- Kamera
- 46
- Aufnahme
- 48
- Isolationselement
- 50
- Bügel
- 52
- Schraube
- 54
- Lasche
- 56
- Schlitz
- 58
- Ausnehmung
- 60
- Anschlusselement
- 62
- Wärmeleitplatte
- 64
- Heat Pipe
- 66
- Wärmetauscher
