JP7432947B2 - 物体検知センサ - Google Patents

Description

本発明は、物体検知センサのための冷却デバイスに関する。

レーダー及びライダーシステム又はカメラなどの物体検知センサは、物体に対する車両の環境を調べるために自動車に多く利用されるようになってきている。ほとんどの場合、相対位置及び相対速度が、物体検知センサに対して特定され、したがって自動車に対しても特定される。そのような物体検知センサは、放散されなければならない大量の熱エネルギーを動作中に生成する。

特許文献１から、時計回り又は反時計回りに相互に対して連続して回転可能な第１の部分及び第２の部分を備える伝熱デバイスが知られている。

米国特許第３８４４３４１号明細書

したがって、本発明の課題は、物体検知センサの確実かつ効果的な冷却を与える、物体検知センサのための冷却デバイスを提供することである。

この課題は、請求項１に記載の冷却デバイスによって達成される。従属請求項は、当該冷却デバイスの有利な実施形態の変形例を表す。

物体検知センサは、例えば、レーダーシステム、ライダーシステム又はカメラシステムによって構成され得る。

レーダー及びライダーシステムは、電磁照射を放射する送信要素、及び以前に放射されて物体に反射された照射を検出する少なくとも１つの検出要素を備える。検出要素によって特定された測定データを評価することによって、物体間の相対位置、及びほとんどの場合には物体検知センサに対する相対速度が特定される。

カメラシステムのほとんどは、カメラ画像を表示するために環境からの入来照射を検出する１つの検出要素しか備えない。カメラシステムは、必要に応じて、赤外線ランプなどの送信要素も備え得る。

そのような物体検知センサは、運転支援機能、半自律運転機能又は完全自律運転機能を与えるために自動車に使用される。ただし、適用分野は、排他的に自動車に限定されるものではなく、他の全ての種類の車両にも利用され得る。静的用途も可能である。

冷却デバイスは、特にそのような物体検知センサのために設計される。冷却デバイスは、センサ側の伝熱要素及びセンサから遠位側の吸熱要素を備える。センサ側の伝熱要素及びセンサから遠位側の吸熱要素は、相互に対向して配置される。この場合、センサ側の伝熱要素の伝熱面及びセンサから遠位側の吸熱要素の吸熱面は、中間空間によって相互に離隔されるように設計される。

冷却デバイスは、伝熱要素及び吸熱要素の間の相対移動を与えるように設計される。

そのような相対移動には、物体検知センサによって行われる相対移動が伴う。したがって、物体検知センサに取り付けられ又は物体検知センサによって構成される伝熱要素は、物体検知センサとの関節運動を行う。特に、そのような相対移動は、旋回移動である。この移動は数度の旋回範囲を与え、例えば、５度～２０度の旋回角が可能である。そのような旋回の過程は、物体検知センサがより大きな角度範囲を覆うことを可能とする。その結果として、例えば、物体検知センサの視方向が変更可能となる。

センサ側の伝熱要素は、発熱する物体検知センサに接触し、又はその上に形成される。特に、送信チップの形態の送信要素及び／又は受信チップの形態の受信要素などの物体検知センサの電子部品によって生成される熱は、伝熱要素に伝導される。したがって、伝熱要素は昇温し、特に輻射熱によってもたらされる熱エネルギーをセンサから遠位側の吸熱要素に中間空間を介して伝導する。センサから遠位側の吸熱要素は、この熱輻射を吸収し、それを環境に放散する。

そのような実施形態により、物体検知センサは、発熱の効果的な放散が与えられるようにしつつも、ある角度範囲内で回転可能又は少なくとも旋回可能に設計され得る。

伝熱面は、有利には、物体検知センサに、特に、物体検知センサのセンサハウジングに固定して接続され、それとともに関節運動を行う。吸熱要素は、有利には環境要素に固定して接続され、それに対して物体検知センサ及びさらに伝熱要素が移動可能となる。特に、この環境要素は、物体検知センサ及びさらに冷却デバイスを内包するモジュールハウジングによって構成される。

中間空間によって、冷却デバイスに対する自由旋回移動が与えられ、それにより、伝熱要素と吸熱要素の間の機械的接触が確立される。これは、伝熱面及び吸熱面が当接しないので自由相対移動、特に、無摩擦相対移動が可能となるために、可能となる。

以下に、本発明の有利な実施形態の変形例を説明する。

特に有利には、伝熱要素は、物体検知センサのセンサハウジングによって構成され、又は物体検知センサのセンサハウジングに接続される。

センサハウジングは、物体検知センサの構成要素を内包又は包囲する、物体検知センサのハウジングである。特に、センサハウジングは、送信要素、受信要素及び／又は電子部品付きの回路基板を備える。有利には、センサハウジングは、アルミニウムからなる。ライダーシステムの場合、センサハウジングは、光送信システム及び／又は光受信システムも有し得る。

第１の変形例では、センサハウジングは、伝熱要素を構成する。したがって、伝熱要素は、センサハウジングの一体化部分であり、それにより、センサハウジングが伝熱面を与えることになる。これにより、伝熱要素が発熱構成要素の少なくとも一部分に直接当接することが可能となり、それにより熱エネルギーの最適な放散が可能となる。特に、伝熱要素は、センサハウジングを閉じる。

あるいは、伝熱要素は、ハウジングに固く接続される。したがって、それは、既に閉じられたセンサハウジングに取り付けられる。取付けは、例えば、ねじ接続によって行われ得る。

更なる変形例では、吸熱要素は、保持要素によって構成され、又は保持要素に接続される。

保持要素は、例えば、物体検知センサのためのホルダとして構成され、物体検知センサは保持要素に対して移動、特に、回転又は旋回することができる。そのような相対移動を与えるために、保持要素は、１以上の軸受要素などの対応の保持手段を有する。保持要素自体は、例えば、他のアセンブリのハウジングに、特に、自動車の他のアセンブリに配置される。好ましくは、保持要素は、物体検知センサのモジュールハウジングに取り付けられ、又はモジュールハウジングによって一体形成される。一片構成では、対応するモジュールハウジング又はアセンブリのハウジングが、そのような保持機能を物体検知センサに与える１以上の構造体を与える。

したがって、吸熱要素は、保持要素自体によって構成可能であり、又は保持要素に好ましくは固定して接続される別個の要素によって構成される。したがって、保持要素が吸熱面を与え、又は保持要素に固定された吸熱要素が吸熱面を与える。

好ましくは、モジュールハウジングは、物体検知センサ及び冷却デバイスを内包する。特に有利には、モジュールハウジングは、液密及び気密に封止される。

特に有利には、伝熱要素及び吸熱要素は、その間に当接がないように、各相対位置において相互から離隔される。

これにより、伝熱要素と吸熱要素の間の自由でかつ低摩擦の相対移動が可能となる。したがって、吸熱要素と伝熱要素との相互作用によって、相対移動を制限するストッパが構成されることはない。

伝熱要素及び／又は吸熱要素がリブを有することが提案される。

そのようなリブによって、平坦面と比較して、伝熱面及び吸熱面が増大する。リブの設計に応じて、表面積は、何倍にもなり得る。リブは、好ましくは、伝熱要素及び／又は吸熱要素によって一体形成される。

更なる実施形態の変形例では、伝熱要素のリブ及び対向する吸熱要素のリブが相互に介在する。

これは、一方の要素の２つのリブ間に、他方の要素の１つのリブが介在する態様でなされ得る。この介在は、例えば、櫛状に実施可能である。

有利には、リブ同士はまた、吸熱要素から伝熱要素に延びる方向Ｒにおいて重なる。特に、方向Ｒにおいて、伝熱要素の１つのリブが、対向する吸熱要素の１つのリブに重なる。有利には、それぞれの要素の複数のリブ同士が、方向Ｒにおいて重なる。リブが相互に介在することによって、伝熱底面及び吸熱底面が設けられ、伝熱底面及び吸熱底面は相互に対向し、最適な熱交換が可能となる。これは、一方では表面積を増加させ、他方では面間の距離を減少可能とする。

そのような伝熱底面及び吸熱底面の面法線は、特に有利には、方向Ｒに垂直に及び旋回方向にも垂直に構成される。これにより、リブがそれらの面と略櫛形状で介在することが可能となり、大きな角度範囲にわたる自由旋回が可能となる。

伝熱要素又は吸熱要素の２つの隣り合うリブ間に自由空間が形成されることもさらに提案され、対向する吸熱要素又は伝熱要素のリブがその自由空間に介在する。

特に、これは、伝熱面及び吸熱面の広い重なりを与える。

伝熱要素及び／又は吸熱要素は、有利には金属、特にアルミニウムからなる。

有利な実施形態では、中間空間は、熱伝導性流体で充填される。

したがって、特に好ましくは、リブ間に形成された自由空間も、そのような流体で充填される。流体は、気体又は液体であり得る。特に、空気、グリース又は油が適切である。低い粘性で高い熱伝導性を有する流体が好ましい。気体が使用される場合、熱輻射による熱エネルギーの伝導に加えて、一部は対流によっても伝導される。液体が使用される場合、熱エネルギーの伝導は、主に液体の熱伝導によって行われる。液体を用いる場合、例えば、中間空間は、分離要素によって外部から封止され得る。液体は、分離要素によって中間空間内に保持される。

伝熱要素は、検知センサの回路基板及び／又はチップと当接していることが、さらに提案される。

これは、伝熱要素がセンサハウジングの一部を構成し又はセンサハウジングを閉じる場合に有利である。結果として、伝熱要素と発熱構成要素の間の直接の当接が与えられ得る。特に、熱伝導ペーストがそれらの間に配置され、それにより、速くかつ効果的な伝熱が可能となる。これにより、生成された熱エネルギーの特に効果的な放散が可能となる。

有利には、伝熱面は放射に対して最適化された面を有し、及び／又はセンサから遠位側の吸熱面は吸収に対して最適化された面を有する。

２つの要素の面は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。そのような放射が最適化された面及び吸収が最適化された面は、例えば、コーティング、ワニス又は表面処理によって提供可能である。

有利な実施形態の変形例では、伝熱要素と吸熱要素の間又は伝熱面と吸熱面の間の距離は、２ミリメートル以下、１ミリメートル以下、又は０．５ミリメートル以下に設計される。

数ミリメートルの距離によって、伝熱の効果が増加する。ここで、この距離は、好ましくは表面領域にわたって、特に介在リブにおいて構成される。

熱伝導性流体を気体として、冷却デバイスは流体を循環させるためのファンを有することが提案される。

そのようなファンによって、対流によって与えられる伝熱が増加可能となる。

当初掲げた課題は、請求項１から９のいずれかに記載の冷却デバイスを備える物体検知センサによって、又は前述した実施形態の少なくとも１つによる冷却デバイスによってさらに達成される。先行する及びさらに以下の実施形態は、そのような物体検知センサに関する。

冷却デバイス及び物体検知センサを、幾つかの図面を参照して例示として詳細に説明する。

冷却デバイスを有する物体検知センサの斜視図を示す。 図１の冷却デバイスを有する物体検知センサの断面図を示す。 図１の冷却デバイスを有する物体検知センサの保持要素の部分斜視図を示す。 図３の保持要素を正面図で示す。

図１は、冷却デバイス１２を有する物体検知センサ１０を示す。物体検知センサ１０は、センサ構成要素を有する多部品ハウジング１４、及び多部品ハウジング１４が配置された保持要素１６を備える。この場合、物体検知センサ１０はＬＩＤＡＲシステムとして設計され、それは、送信チップの形態の送信要素１８、受信チップの形態の受信要素２０、及び更なる電子部品を有する主回路基板を有する。主回路基板２２。さらに、物体検知センサ１０は、光送信システム２４及び光受信システム２６を有し、その各々は複数の光学要素を配置するための光学ハウジングを有する。光送信システム２４及び光受信システムは、模式的にのみ、更なる詳細なしに図２に示される。ＬＩＤＡＲシステムは、国際公開第２０１７／０８１２９４号に公開されたＬＩＤＡＲシステムに従って特に有利に設計される。

物体検知センサ１０の多部品ハウジング１４は、軸受要素２８を介して保持要素１６に対して旋回可能に配置される。旋回によって、例えば、物体検知センサ１０の視領域が、視野を環境に最適に適合させるように水平に配列され得る。

物体検知センサ１０の動作中、電子部品、特に送信要素１８及び受信要素２０は、熱エネルギーを生成する。この熱エネルギーは、物体検知センサから冷却デバイス１２を介して放散される。

冷却デバイス１２は、センサ側に構成された伝熱要素３０及びセンサから離れて構成された吸熱要素３２を備える。伝熱要素３０は、金属プレート、特に、アルミニウムプレートの形態で構成され、物体検知センサに取り付けられる。この場合、伝熱要素３０は、ねじ接続によって多部品ハウジングに取り付けられ、センサハウジングの一部を構成する。ねじ接続は、ねじ切り開口部３４に係合するねじによって行われる。

吸熱要素は、保持要素１６によって構成される。特に、保持要素は、補強構造体３６を有する。開口部３８は、物体検知センサとは反対の保持要素１６側において補強構造体３６に含まれる。これらの開口部３８、特にドリル孔は、物体検知センサが取り付け可能なようにねじ切り部を形成する。

伝熱要素３０は、吸熱要素３２に対向する伝熱面４０を有する。吸熱要素３２は、一方で、伝熱要素に対向する吸熱面４２を有する。伝熱面４０及び吸熱面４２は相互に対向する。

冷却デバイス１２は、電子部品によって生成された熱エネルギーを伝熱要素３０に伝導することによって冷却を与える。伝熱要素３０によって吸収された電子部品からの熱エネルギーは、その伝熱面４０を介して熱輻射によって吸熱面４２に伝導され、吸熱要素３２によって吸収される。そして、吸熱要素３２によって吸収された熱エネルギーは、環境に放出される。熱エネルギーを熱輻射によって伝導することに加えて、熱エネルギーは部分的に対流によっても伝導される。

特に、保持要素１６の形態の吸熱要素３２は、物体検知センサ及び冷却デバイスのハウジング、特にモジュールハウジングに固定して接続される。あるいは、保持要素１６は、モジュールハウジングによって一体形成されてもよい。そのようなモジュールハウジングは、有利なことに、物体検知センサ及び冷却デバイスを完全にかつ液密に内包する。

伝熱要素３０から吸熱要素３２への熱エネルギーの伝導は、中間空間４３を介して非接触で行われる。中間空間４３は、伝熱要素３０と吸熱要素３２との間に構成される。物体検知センサは、伝熱要素３０及び吸熱要素３２が当接しないように構成される。これにより、ホルダに対する物体検知センサの無摩擦で容易な旋回が可能となる。中間空間４３は、伝熱要素と吸熱要素の間の隙間を与える。

代替の変形例では、気体の代わりに、油又はグリースなどの液体が、中間空間４３内に配されてもよい。そして、伝熱は、その液体の熱伝導を介して行われる。

反対の要素に向かって突出する複数のリブが、伝熱要素３０及び吸熱要素３２の各々に形成される。伝熱要素のリブ４４は、吸熱要素３２に向かって方向Ｒに延在する半円状の円盤として形成される。方向Ｒは、吸熱要素から伝熱要素３０に向かって延在する。特に、それは、図２に示すような関連する表面部分に垂直となる。さらに、吸熱要素も、半円状の円盤によって形成されて伝熱要素３０に向かって延在するリブ４６を有する。

吸熱要素３２において、リブ４６の一部は、補強構造体３６となる。したがって、この補強構造体に対向するリブ４４には、凹部４４ａが設けられる。この凹部４４ａは、所望の旋回角での多部品ハウジング１４の旋回がそれでも非接触で可能となるように、形成される。

リブ４４及び４６は、伝熱面４０及び吸熱面４２を大幅に増大させる。この場合、伝熱要素３０の各リブ４４は２つの伝熱底面４８を有し、吸熱要素３２の各リブ４６は２つの吸熱底面５０を有する。

リブ４４及び４６は、それらが相互に介在するように伝熱要素３０及び吸熱要素３２上に相互に対向してかつ相互からずれて配置される。したがって、一方の要素の２つのリブ間に、他方の要素の１つのリブが配される。特に、図２に示す中間空間４３は、実質的に蛇行するようにリブ間を延在する。したがって、リブ４４及び４６は、交互に、特に櫛形状に相互に介在する。ここで、伝熱底面４８の大部分は、隣り合うリブの吸熱底面５０に対応する。各部において要素の２つのリブ間に、中間空間４３の一部である自由空間５２が形成される。特に、一方の要素のリブは、他方の要素の自由空間５２に介在する。

円盤形状のリブは、保持要素１６に対する多部品ハウジング１４及びしたがってセンサシステムの旋回が可能となるような態様で配列される。特に、対向するリブは、いずれの旋回位置においても相互に当接しない。この目的のため、リブは、方向Ｒに垂直でかつ多部品ハウジング１４の旋回方向に垂直に延びる方向に構成される。

相互に対向及び隣接して配置されるリブ間に、数ミリメートルの伝熱底面間の距離が可能である。そのような距離Ｄは、例えば、０．５ミリメートル、１ミリメートル又はさらに２ミリメートルであり得る。特に、０．５ミリメートルから２ミリメートルの範囲の距離が可能である。そのような短い距離によって、熱輻射による伝導が、特に効果的なものとなる。

またさらに、リブ４６及び４４は、それらが径方向に、少なくとも部分的に又は大幅に、したがって方向Ｒに少なくとも５０％超で、重なるように構成される。あるいは、伝熱底面４８及び吸熱底面５０は、一部分又はそれらの表面積の大部分、したがって、それらの表面積の少なくとも５０％にわたって重なり得る。

伝熱をさらに最適化するため、伝熱要素３０及び吸熱要素３２、特に伝熱面４０及び吸熱面４２には、放射が最適化された面又は吸収が最適化された面が設けられてもよい。これは、例えば、コーティング、ワニス又はさらに表面の特殊なテクスチャであり得る。

またさらに、中間空間４３内に気体が使用される場合、流体を循環させ、中間空間において流体を循環させることによって対流を介してより高い伝熱を与えるファンを構成することも可能である。

１０ 物体検知センサ
１２ 冷却デバイス
１４ 多部品ハウジング
１６ 保持要素
１８ 送信要素
２０ 受信要素
２２ 主回路基板
２４ 光送信システム
２６ 光受信システム
２８ 軸受要素
３０ 伝熱要素
３２ 吸熱要素
３４ ねじ切り開口部
３６ 補強構造体
３８ ねじ切り開口部
４０ 伝熱面
４２ 吸熱面
４３ 中間空間
４４ リブ
４４ａ 凹部
４６ リブ
４８ 伝熱底面
５０ 吸熱底面
５２ 自由空間
Ｄ 距離
Ｒ 方向

Claims (7)

1. 物体検知センサ（１０）であって、
   センサ側の伝熱要素（３０）と、
   センサから遠位側の吸熱要素（３２）と
   を備え、
   前記センサ側の伝熱要素（３０）及び前記センサから遠位側の吸熱要素（３２）は、相互に対向して配置され、
   前記センサ側の伝熱要素（３０）の伝熱面（４０）及び前記センサから遠位側の吸熱要素（３２）の吸熱面（４２）は、中間空間（４３）によって相互から離隔されるように設計され、
   前記物体検知センサ（１０）は、前記伝熱要素（３０）と前記吸熱要素（３２）との間に相対移動を与えるように設計され、該相対移動は旋回移動であり、
   前記物体検知センサ（１０）が、視野を環境に最適に適合させるために前記物体検知センサ（１０）の視領域を水平に配列可能なように、軸受要素（２８）を介して保持要素（１６）に対して前記旋回移動が可能なように配置され、
   前記旋回移動の旋回軸が前記軸受要素（２８）を貫通して延在しており、
   前記伝熱要素（３０）及び前記吸熱要素（３２）は、リブ（４４，４６）を有し、
   前記伝熱要素（３０）の前記リブ（４４）及び対向する前記吸熱要素（３２）の前記リブ（４６）が、前記旋回軸に垂直な方向に延在し、前記伝熱要素（３０）及び前記吸熱要素（３２）のうち一方の要素の２つのリブ間に他方の要素の１つのリブが配置される、物体検知センサ（１０）。
2. 前記伝熱要素（３０）は、前記物体検知センサ（１０）のセンサハウジングによって構成され、又は前記物体検知センサ（１０）のセンサハウジングに接続されたことを特徴とする請求項１に記載の物体検知センサ（１０）。
3. 前記吸熱要素（３２）は、保持要素（１６）によって構成され、又は保持要素（１６）に接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検知センサ（１０）。
4. 前記伝熱要素（３０）及び前記吸熱要素（３２）は、その間に当接が起こらないように各相対位置において相互に距離（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の物体検知センサ（１０）。
5. 前記伝熱要素（３０）又は吸熱要素（３２）の２つの隣り合うリブ（４４；４６）間に、対向する前記伝熱要素（３０）又は吸熱要素（３２）のリブ（４４；４６）が介在する自由空間（５２）が形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の物体検知センサ（１０）。
6. 前記伝熱要素（３０）が前記物体検知センサの回路基板（２２）及び／又はチップ（１８、２０）に当接していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の物体検知センサ（１０）。
7. 前記伝熱面（４０）は放射に対して最適化された面を有し、及び／又は前記センサから遠位側の吸熱面（４２）は吸収に対して最適化された面を有し、前記最適化された面は、コーティング、ワニス又は表面処理によって提供されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の物体検知センサ（１０）。

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