CN113348376B - 用于物体检测传感器的冷却设备 - Google Patents

Abstract

一种用于物体检测传感器(10)的冷却设备(12)，包括传感器侧的热传输元件(30)、远离传感器的热吸收元件(32)，其中，传感器侧的热传输元件(30)和远离传感器的热吸收元件(32)彼此相对布置，其中，远离传感器的热传输元件(30)的热传输表面(40)和远离传感器的热吸收元件(32)的热吸收表面(42)被设计为通过中间空间(43)彼此间隔开。此外，描述了一种包括这种冷却设备(12)的物体检测传感器(10)。

Description

用于物体检测传感器的冷却设备

技术领域

本发明涉及一种用于物体检测传感器的冷却设备。

背景技术

物体检测传感器(例如雷达和激光雷达系统或摄像机)越来越多地应用于机动车辆中，以在车辆环境中检查物体。在大多数情况下，相对位置和相对速度是相对于物体检测传感器确定的，故也是相对于机动车确定的。这种物体检测传感器在工作过程中会产生大量的热量，这些热量必须被消散。

从US 3,844,341已知一种热传输设备，其包括相对于彼此可连续地顺时针或逆时针旋转的第一部件和第二部件

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于物体检测传感器的冷却设备，其对物体检测传感器提供可靠且有效的冷却。

该目的根据本申请的实施例的冷却设备实现。

物体检测传感器例如可以由雷达系统、激光雷达系统或摄像机系统形成。

雷达和激光雷达系统包括发射电磁辐射的发射元件和至少一个检测先前发射的和在物体处反射的辐射的检测元件。通过评估由检测元件确定的测量数据，确定物体的相对位置，并且在大多数情况下还确定相对于物体检测传感器的相对速度。

摄像机系统大多仅包括一个检测元件，该检测元件检测来自环境的入射辐射以显示摄像机图像。在适当的情况下，摄像机系统还可以包括发射元件，例如红外灯。

这种物体检测传感器用于机动车辆中以提供驾驶辅助功能、半自动驾驶功能或全自动驾驶功能。但是，应用领域不仅限于机动车辆，而是可以用于所有其他类型的车辆。静态使用也是可能的。

冷却设备特别为这样的物体检测传感器设计。冷却设备包括传感器侧的热传输元件和远离传感器的热吸收元件。传感器侧的热传输元件与远离传感器的热吸收元件相对布置。在这种情况下，传感器侧的热传输元件的热传输表面和远离传感器的热吸收元件的热吸收表面被设计为通过中间空间彼此间隔开。

冷却设备被设计成提供热传输元件和热吸收元件之间的相对运动。

这种相对运动伴随着物体检测传感器执行的相对运动。因此，附接到物体检测传感器或由物体检测传感器形成的热传输元件与物体检测传感器进行联合运动。特别地，这种相对运动是枢转运动。该运动可以提供几度的枢转范围，例如，可以是5°到20°之间的枢转角度。这种枢转过程使物体检测传感器能够覆盖更大的角度范围。因此，例如可以改变物体检测传感器的观察方向。

传感器侧的热传输元件与发热的物体检测传感器接触或形成在发热的物体检测传感器上。特别地，由物体检测传感器的电子部件(例如发射芯片形式的发射元件和/或接收芯片形式的接收元件)产生的热量被传递到热传输元件。相应地，热传输元件被加热，并将(特别是通过辐射热)引入的热量通过中间空间传递到远离传感器的热吸收元件。远离传感器远的热吸收元件吸收这种热辐射并将其消散到环境中。

通过这样的实施例，物体检测传感器可被设计为至少在特定角度范围内可枢转或可旋转，同时仍然有效消散产生的热量。

热传输表面有利地固定连接到物体检测传感器(特别是连接到物体检测传感器的传感器壳体)，并且与其共同运动。热吸收元件有利地固定连接到环境元件，物体检测传感器以及热传输元件可以相对于该环境元件移动。特别地，该环境元件由包围物体检测传感器以及冷却设备的模块壳体形成。

由于中间空间的存在，可以提供相对于冷却设备的自由枢转运动，这建立了热传输元件和热吸收元件之间的机械接触。这是由于热传输表面和热吸收表面不接触，因此可以进行自由的相对运动，尤其是无摩擦的相对运动。

下面说明本发明的有利实施例变型。

特别有利地，热传输元件由物体检测传感器的传感器壳体形成或者连接到物体检测传感器的传感器壳体。

传感器壳体是物体检测传感器的壳体，其包围或围绕物体检测传感器的部件。特别地，传感器壳体包括发射元件、接收元件和/或具有电子器件的电路板。有利地，传感器壳体由铝制成。在激光雷达系统的情况下，传感器壳体还可以具有光学发射系统和/或光学接收系统。

在第一变型中，传感器壳体形成热传输元件。因此，热传输元件是传感器壳体的一个组成部分，并且传感器壳体相应地提供热传输表面。这允许热传输元件与发热部件的至少一部分直接接触，从而实现热量的最佳消散。特别地，热传输元件封闭传感器壳体。

可选地，热传输元件固定地连接到壳体。因此，它连接到已经封闭的传感器壳体上。例如，可以通过螺钉连接进行该连接。

在另一变型中，热吸收元件由保持元件形成或连接到保持元件。

保持元件例如可以形成为用于物体检测传感器的保持器，其中物体检测传感器可以相对于保持元件运动，特别是旋转或枢转。为了提供这种相对运动，保持元件具有相应的保持部件，例如一个或多个轴承元件。保持元件本身例如布置在另一个组件的壳体上，特别是布置在机动车辆的另一个组件的壳体上。优选地，保持元件附接到物体检测传感器的模块壳体或由模块壳体一体地形成。在一体式配置中，相应的模块壳体或组件的壳体提供一个或多个为物体检测传感器提供这种保持功能的结构。

热吸收元件因此可以由保持元件本身形成，或者由最好是固定连接到保持元件的单独的元件形成。因此，保持元件提供热吸收表面，或者固定到保持元件的热吸收元件提供热吸收表面。

优选地，模块壳体包围物体检测传感器和冷却设备。特别有利地，模块壳体以液体密封和气体密封的方式密封。

特别有利地，热传输元件和热吸收元件在每个相对位置中彼此间隔开，以使得它们之间没有接触。

这允许热传输元件和热吸收元件之间自由且低摩擦的相对运动。因此，热吸收元件和热传输元件的相互作用不会形成限制相对运动的阻挡。

提出热传输元件和/或热吸收元件具有肋。

与平坦表面相比，这种肋增大了热传输表面以及热吸收表面。根据这种肋的设计，表面积可以成倍地增加。肋优选地由热传输元件和/或热吸收元件一体地形成。

在另一实施例变型中，热传输元件的肋和相对的热吸收元件的肋相互啮合。

这可以以这样的方式完成：，一个元件的一个肋，在另一个元件的两个肋之间啮合。例如，可以以梳状方式进行啮合。

有利地，肋还在从热吸收元件到热传输元件延伸的方向R上重叠。特别地，在方向R上，热传输元件的一个肋与相对的热吸收元件的一个肋重叠。有利地，各个元件的多个肋在方向R上重叠。由于肋彼此啮合，因此提供热传输子表面和热吸收子表面，其中热传输子表面和热吸收子表面彼此相对并且能够实现优化的热交换。一方面，这提供了大的表面积，另一方面，可以实现表面之间的小距离。

这种热传输子表面以及热吸收子表面的表面法线特别有利地垂直于方向R并且也垂直于枢转方向。这允许肋以基本上梳状的方式与其他肋的表面啮合，从而可以在大的角度范围内自由枢转。

进一步提出，在热传输元件或热吸收元件的两个相邻肋之间形成自由空间，在该自由空间中相对的热吸收元件或热传输元件的肋啮合。

特别地，这提供了热传输表面和热吸收表面很大的重叠。

热传输元件和/或热吸收元件有利地由金属制成，特别是由铝制成。

在有利的实施例中，中间空间填充有导热流体。

因此，特别优选地，肋之间形成的自由空间也填充有这种流体。流体可以是气态的或液态的。特别地，空气、油脂或油是合适的。具有高热导率和低粘度的流体是优选的。使用气体时，除了通过热辐射传递热量外，还有一部分热量通过对流被传递。当使用流体时，热量的传递主要通过流体的热传导进行。例如，在使用流体时，中间空间可以通过分离元件与外部隔绝。流体通过分离元件保持在中间空间内。

进一步提出，热传输元件与检测传感器的芯片和/或电路板接触。

如果热传输元件形成传感器壳体的一部分或封闭传感器壳体，则这是有利的。因为可以提供热传输元件和发热部件之间的直接接触。特别地，在它们之间设置导热膏，这可以实现快速有效的热传递。这使得所产生的热量能够特别有效地被消散。

有利地，热传输表面具有优化用于散发的表面和/或远离传感器的热吸收表面具有优化用于吸收的表面。

两个元件的表面可以相同或不同。这种优化用于散发的表面和优化用于吸收的表面可以例如通过涂层、清漆或表面处理来提供。

在有利的实施变型中，热传输元件和热吸收元件之间或热传输表面和热吸收表面之间的距离被设计为小于或等于2毫米、1毫米或0.5毫米。

通过几毫米的距离，热传递的效率就会增加。在此，该距离优选地是在表面区域形成，特别是在啮合的肋处。

提出导热流体是气体并且冷却设备具有用于使流体循环的风扇。

通过这种风扇，可以增加按照惯例提供的热传递。

通过包括根据本申请实施例所述的冷却设备的物体检测传感器或通过根据前述至少一个实施例的冷却设备来进一步实现开头提出的目的。前文的和下文的实施例涉及这样的物体检测传感器。

附图说明

冷却设备和物体检测传感器以示例的方式参照多幅图进行详细说明。

在这些图中，

图1示出了具有冷却设备的物体检测传感器的透视图；

图2是具有图1的冷却设备的物体检测传感器的剖视图；

图3示出了具有图1的冷却设备的物体检测传感器的保持元件的局部透视图；

图4以正视图示出了图3的保持元件。

具体实施方式

图1示出了具有冷却设备12的物体检测传感器10。物体检测传感器10包括具有传感器部件的多部件壳体14和上面布置有多部件壳体14的保持元件16。在这种情况下，物体检测传感器10被设计为LIDAR(激光雷达)系统，其具有发射芯片形式的发射元件18、接收芯片形式的接收元件20和具有更多电子部件的主电路板22。此外，物体检测传感器10具有光学发射系统24和光学接收系统26，每个系统具有用于布置多个光学元件的光学壳体。光学发射系统24和光学接收系统在图2中仅示意性地示出而没有更多的细节。LIDAR系统是根据专利说明书WO 2017/081294 A1中公开的LIDAR系统特别有利地设计的。

物体检测传感器10的多部件壳体14被布置为经由轴承元件28相对于保持元件16可枢转。例如，通过枢转，物体检测传感器10的观察区域可以与地平线对齐以使视野最佳地适应环境。

在物体检测传感器10工作期间，电子部件(特别是发射元件18和接收元件20)产生热量。该热量通过冷却设备12从物体检测传感器散发。

冷却设备12包括在传感器侧形成的热传输元件30和远离传感器形成的热吸收元件32。热传输元件30由金属板(特别是铝板的形式)形成并且附接到物体检测传感器。在这种情况下，热传输元件30通过螺纹连接附接到多部件壳体上并且形成传感器壳体的一部分。螺纹连接通过啮合在具有螺纹的开口34中的螺钉实现。

热吸收元件由保持元件16形成。特别地，保持元件具有加强结构36。开口38结合在与物体检测传感器相对的保持元件16侧上的加强结构36中。这些开口36(特别地为钻孔)形成螺纹，从而可以附接物体检测传感器。

热传输元件30具有面向热吸收元件32的热传输表面40。热吸收元件32又具有面向热传输元件的热吸收表面42。热传输表面40和热吸收表面42彼此面对。

冷却设备12通过将电子器件产生的热量传递到热传输元件30来提供冷却。由热传输元件30吸收的来自电子器件的热量通过其热传输表面40经由热辐射传递到热吸收表面42，并被热吸收元件32吸收。由热吸收元件32吸收的热量然后被释放到环境中。除了通过热辐射传递热量外，还通过对流传递部分热量。

特别地，保持元件16形式的热吸收元件32固定地连接到壳体，特别是物体检测传感器和冷却设备的模块壳体。替代地，保持元件16也可以通过模块壳体一体地形成。这种模块壳体完全地并以流体密封的方式有利地包围物体检测传感器和冷却设备。

热量从热传输元件30到热吸收元件32的传递通过中间空间43以非接触方式进行。中间空间43形成在热传输元件30和热吸收元件32之间。物体检测传感器形成为使得热传输元件30和热吸收元件32不接触。这使得物体检测传感器能够相对于保持器无摩擦且容易地枢转。中间空间43在热传输元件和热吸收元件之间提供间隙。

在替代变型中，如油或油脂的流体可以代替气体布置在中间空间43内。然后通过流体的导热性进行热传递。

在热传输元件30和热吸收元件32中的每一个上形成朝向相对元件突出的多个肋。热传输元件的肋44形成为朝向热吸收元件32的在方向R上延伸的半圆盘。方向R从热吸收元件朝向热传输元件30延伸。特别地，它垂直于如图2所示的相关联的表面部分。此外，热吸收元件还具有肋46，肋46也由半圆盘形成并且朝向热传输元件30延伸。

在热吸收元件32处，一些肋46过渡到加强结构36中。因此，面向该加强结构的肋44设置有凹槽44a。该凹槽44a形成为使得可以以非接触方式按期望的枢转角度枢转多部件壳体14。

肋44和46大大增加了热传输表面40和热吸收表面42。在这种情况下，热传输元件30的每个肋44具有两个热传输子表面48，并且热吸收元件32的每个肋46具有两个热吸收子表面50。

肋44和46在热传输元件30和热吸收元件32上彼此相对且偏移地布置，以使得它们彼此啮合。因此，在一个元件的两个肋之间，设置另一个元件的一个肋。特别地，图2的图示中的中间空间43以基本上曲折的方式延伸穿过肋。因此，肋44和46交替地彼此啮合(特别是以梳状的方式)。这里，热传输子表面48主要与相邻肋的热吸收子表面50相关联。在每种情况下，在元件的两个肋之间，形成是中间空间43的一部分的自由空间52。特别地，一个元件的肋啮合在另一个元件的自由空间52中。

盘形肋以这样的方式对齐：该方式使得多部件壳体14的枢转以及因此传感器系统相对于保持元件16的枢转成为可能。特别地，相对的肋在任何枢转位置都不会彼此接触。为此目的，肋在垂直于方向R并且垂直于多部件壳体14的枢转方向的延伸方向上形成。

在彼此相对且相邻布置的肋之间，几毫米的热传输子表面的距离是可行的。这样的距离D可以是例如0.5毫米、1毫米或甚至2毫米。特别地，在0.5毫米到2毫米范围的距离是可行的。如此小的距离使得通过热辐射的传输特别有效。

此外，肋46和44形成为使得它们在径向方向上至少部分地或在很大程度上(因此至少超过50％)在方向R上重叠。替代地，热传输子表面48和热吸收子表面50可以在它们的一部分或大部分表面积(因此，它们的表面积的至少50％)上重叠。

为了进一步优化热传输，热传输元件30和热吸收元件32(特别是热传输表面40和热吸收表面42)可以设置有优化用于发射或优化用于吸收的表面。例如，这可以是涂层、清漆或甚至是表面的特定纹理。

此外，当在中间空间43内使用气体时，还可以形成使流体循环并且使流体在中间空间中循环的风扇，从而通过对流提供更高的热传递。

参考标记列表

10物体检测传感器

12冷却设备

14多部件壳体

16保持元件

18发射元件

20接收元件

22主电路板

24光学发射系统

26光学接收系统

28轴承元件

30热传输元件

32热吸收元件

34具有螺纹的开口

36加强结构

38具有螺纹的开口

40热传输表面

42热吸收表面

43中间空间

44肋

44a凹槽

46肋

48传热子表面

50吸热子表面

52自由空间

D距离

R方向

Claims (7)

1.一种用于物体检测传感器(10)的冷却设备(12)，包括：

·传感器侧的热传输元件(30)，

·远离传感器的热吸收元件(32)，

·其中，所述传感器侧的热传输元件(30)和所述远离传感器的热吸收元件(32)相对布置，其中

·所述传感器侧的热传输元件(30)的热传输表面(40)和所述远离传感器的热吸收元件(32)的热吸收表面(42)被设计为通过中间空间(43)彼此间隔开；

所述冷却设备(12)被设计成提供所述热传输元件(30)和所述热吸收元件(32)之间的相对运动，

其中，

在所述热传输元件(30)和所述热吸收元件(32)中的每一个上形成朝向相对元件突出的多个肋(44，46)，所述热传输元件(30)的肋被形成为在朝向所述热吸收元件(32)的方向上延伸的半圆盘，并且所述热吸收元件(32)的肋被形成为在朝向所述热传输元件(30)的方向上延伸的半圆盘，

所述肋在所述热传输元件(30)和所述热吸收元件(32)上被彼此相对且偏移地布置，以使得所述肋交替地彼此啮合，

在所述热传输元件(30)或所述热吸收元件(32)的两个相邻肋之间形成自由空间(52)，在自由空间(52)中相对的热吸收元件(32)或热传输元件(30)的肋啮合，以及

在所述热吸收元件(32)处，一些所述肋过渡到加强结构(36)中，以使得面向该加强结构的肋被设置有凹槽(44a)，其中，该凹槽(44a)被形成为使得能够以非接触方式按期望的枢转角度枢转所述物体检测传感器的多部件壳体(14)。

2.根据权利要求1所述的冷却设备(12)，其中，所述热传输元件(30)由所述物体检测传感器(10)的传感器壳体形成或连接到所述物体检测传感器(10)的传感器壳体。

3.根据权利要求1所述的冷却设备(12)，其中，所述热吸收元件(32)由保持元件(16)形成或连接到所述保持元件(16)。

4.根据权利要求1所述的冷却设备(12)，其中，所述热传输元件(30)和所述热吸收元件(32)在每个相对位置处彼此具有距离(D)，以使得它们之间没有接触。

5.根据权利要求1所述的冷却设备(12)，其中，所述热传输元件(30)与所述物体检测传感器的芯片(18、20)和/或电路板(22)接触。

6.根据权利要求1所述的冷却设备(12)，其中，所述热传输表面(40)具有优化用于散发的表面和/或远离传感器的热吸收表面(42)具有优化用于吸收的表面。

7.一种物体检测传感器(10)，包括根据权利要求1至6中的任一项所述的冷却设备(12)。