CN114667456A - 具有车顶外覆层和环境传感器的车顶模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车、尤其是用于载客机动车的车顶模块，所述车顶模块包括车顶外覆层和至少一个传感器模块(20)，所述车顶外覆层形成所述车顶模块的外观面，所述传感器模块包括雷达天线并且在所述机动车的自主或部分自主的行驶运行中检测车辆环境。本发明设置面状衬底，在所述衬底上布置有薄膜(32)形式的结构化的涂层，所述薄膜形成所述雷达天线并且与控制和评估单元(36)连接。

Description

具有车顶外覆层和环境传感器的车顶模块
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的车顶模块。
背景技术
这种车顶模块在实践中是已知的，并且在载客机动车中可以形成车顶，该车顶作为单独的结构单元安置到形成白车身的车辆车身上。这种车顶模块可以构造为具有连贯地与车身固定的车顶外覆层的固定车顶，或者也可以具有车顶开口系统，该车顶开口系统包括盖元件，借助该盖元件可以选择性地关闭或打开车顶开口。车顶模块可以设有传感器模块，所述传感器模块能够实现相关车辆的利用驾驶员辅助系统的自主的或部分自主的行驶。具有用于监控和检测车辆周围环境的环境传感器、如雷达传感器的传感器模块固定在车顶上，因为该传感器模块通常是相关车辆的最高隆起部，从所述最高隆起部可良好地看到车辆周围环境。然而，安置在车顶上的环境传感器会对车顶模块的外观产生不利影响，尤其是由环境传感器产生的车顶也不能满足关于空气动力学的高要求，这也反映在相关车辆的能耗中。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种包括传感器模块的车顶模块，其中集成有雷达天线，使得车顶模块在视觉外观和空气动力学方面满足高要求。
根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的车顶模块来解决。
因此，本发明的主题是一种用于机动车、尤其是用于载客机动车的车顶模块，其包括车顶外覆层和至少一个具有环境传感器的传感器模块，所述环境传感器包括雷达天线。雷达天线以薄膜的形式施加到车顶模块的面状衬底上并且由此在面状衬底上形成结构化的、能传导的涂层。形成雷达天线的、尤其激光结构化的薄膜为了评估或控制由其接收的信号或由其发出的信号而与控制和评估单元连接。在车顶模块中总归可供使用的面状衬底可以用作用于雷达天线的载体。因此，对于雷达天线在车顶模块中的集成，在造型方面不需要修改。更确切地说，可以使用现有的形状，其中，同时附加地将雷达天线作为环境传感器的组成部分集成到车顶模块中。除了具有雷达天线的雷达传感器之外，根据本发明的车顶模块也可以设有另外的环境传感器或设有具有环境传感器的传感器模块。这些环境传感器可以以多种方式构造并且例如包括激光雷达传感器、光学传感器(如摄像头)等。
原则上，布置有雷达天线的面状衬底可以由塑料形成或者也可以由玻璃形成。例如，面状衬底由聚碳酸酯材料或PMMA构成。
利用本发明提供了一种传感器车顶或车顶传感器模块(RSM)，其能够实现相关车辆的自主或部分自主的行驶。在自主驾驶模式下，相关车辆至少在没有驾驶员的显著干预的情况下自主地行驶。在部分自主的行驶模式中，根据本发明的车顶模块例如是驾驶员辅助系统的一部分。
在本发明的意义上构造的车顶模块以集成的方式呈现为车顶，在该车顶中接收有对于相关车辆的自主或部分自主行驶所需的部件。集成有多个功能元件的车顶模块可以作为紧凑的结构单元在车辆制造商方面为了构成车顶而与车辆车身或车身结构连接。
此外，根据本发明的车顶模块尤其可以应用在载客机动车中。然而，它也可以在商用车、例如货车或卡车牵引机中形成车顶或者可以是车顶的一部分。
如上所述，呈现为用于雷达天线或用于形成雷达天线的薄膜的载体的衬底可以由车顶模块的不同区域或元件形成。例如，该衬底由车顶外覆层形成，该车顶外覆层也可以是传感器模块的壳体。
在根据本发明的车顶模块的一种特殊的实施方式中，衬底由透视区域形成，在其后方布置有另外的环境传感器。能够作为车顶外覆层的组成部分的透视区域对于由该环境传感器使用的波长而言必须是透明的。在所谓的激光雷达传感器的情况下，所使用的波长优选为905nm或甚至大约为1550nm。如果环境传感器是摄像头，则所使用的波长范围可以处于可见光的范围内和/或红外范围内。尤其是，透视区域设计成使得在300nm和2000nm之间的波长范围内的信号能够通过。尤其是当由薄膜形成的雷达天线和布置有雷达天线的面状衬底位于透视区域后方或者透视区域在其内侧承载雷达天线时，也应保证雷达辐射的穿透性。
出于安全原因有利的是，在根据本发明的车顶模块中集成有信号灯组件，该信号灯组件显示相关车辆的行驶模式，也就是说，该信号灯组件显示传感器模块的激活状态，从而对于车辆周围环境可识别出相关车辆是否处于自主行驶模式中。这种信号灯组件常常被称为ADS(Autonomous Drive Signal，自主驱动信号)灯。在根据本发明的车顶模块的一种特殊的实施方式中，根据本发明的车顶模块的衬底是信号灯组件的组成部分，在该衬底上布置有雷达天线。
例如，信号灯组件包括形成窗元件的透明覆盖件，通过该透明覆盖件能识别信号灯并且该透明覆盖件形成用于雷达天线的衬底。
为了使雷达天线损坏的风险最小化，将形成雷达天线的结构化涂层布置在透明覆盖件的面向信号灯组件的光源(即背离车辆周围环境)的一侧上。因此，能够由车顶外覆层形成的透明覆盖件或由该透明覆盖件形成的窗元件在这种情况下形成面状衬底。
在根据本发明的车顶模块的另一种特殊的实施方式中，信号灯组件的光源形成用于结构化涂层的面状衬底。在这种情况下，光源例如由LED区域形成。
在根据本发明的车顶模块的另一替代的实施方式中，衬底由信号灯组件的面状的光导元件形成。由光源发出的光在信号灯组件激活时被耦合输入到面状的光导元件中，该面状的光导元件然后朝向车辆周围环境的方向发出光。
也可以考虑，布置有雷达天线的面状衬底由信号灯组件的面状漫射元件形成。
此外可以考虑，衬底由光学构件(如透镜、散射元件等)形成，所述光学构件是信号灯组件的组成部分。
本发明的主题还包括一种机动车辆，其包括前述类型的车顶模块。
本发明的主题的其它优点和有利构型可从说明书、附图和权利要求中得出。
附图说明
根据本发明的车顶模块的实施例在附图中示意性地简化示出并且在下面的说明中详细阐述。本发明示出：
图1具有根据本发明的车顶模块的车顶的立体俯视图；
图2具有雷达天线的根据图1的车顶模块的信号灯组件的示意图；
图3图1所示类型的车顶模块的信号灯组件的第二实施方式的剖面；
图4图1所示类型的车顶模块的信号灯组件的第三实施方式的剖面；
图5图1所示类型的车顶模块的信号灯组件的第四实施方式的剖面；
图6图1所示类型的车顶模块的信号灯组件的第五实施方式的示意性立体图；
图7图1所示类型的车顶模块的信号灯组件的第六实施方式的剖面；
图8图1所示类型的车顶模块的信号灯组件的第七实施方式的剖面；
图9图1所示类型的车顶模块的信号灯组件的第八实施方式的剖面；和
图10图1所示类型的车顶模块的传感器模块的示意性立体图。
具体实施方式
图1示出了构造为载客机动车的机动车的车顶10，该车顶具有车顶模块12，该车顶模块安置在白车身14上。车顶模块12构造为固定车顶并且包括具有车顶透视区域16的车顶外覆层，该车顶透视区域被非透视区域18包围，该非透视区域也形成车顶遮光板，该车顶遮光板延伸直至车顶模块12的前边缘和后边缘。
非透视区域18在车顶模块12的车头侧的边缘区域中构成用于传感器模块20A、20B和22的覆盖件，其中，传感器模块20A和20B分别包括激光雷达传感器作为环境传感器，并且传感器模块22包括摄像头作为环境传感器，该摄像头在可见光波长范围内和红外范围内工作。对于传感器模块20A、20B和22，构造为塑料遮光板的非透视区域18分别构成至少对各自使用的波长而言透明的传感器透视区域。
在传感器模块20A和传感器模块22之间以及在传感器模块20B和传感器模块22之间分别布置有信号灯组件24A或24B，其可以针对车辆周围环境显示相关车辆的运行模式并且构造为所谓的ADS光。
在车顶透视区域16的车尾侧，车顶模块12在其车尾侧的边缘区域中除了用于检测车辆周围环境的另外的传感器模块之外还包括另外的信号灯组件26，该信号灯组件显示相关车辆的行驶模式。
因此，车顶模块12是传感器车顶模块或车顶传感器模块(RSM)，其配备有能够实现相关机动车的自主行驶的装置。
在车头侧的信号灯组件24A和24B的区域中，车顶模块12如从图2中可见的那样分别包括窗元件28，该窗元件被形成非透视区域18的车顶外覆层接收或者由该车顶外覆层本身形成。在窗元件28后方布置有LED区域30，该LED区域由多个LED构成并且是所谓的LED阵列。在LED区域30上布置有能传导的薄膜32形式的结构化涂层。因此，LED区域30形成用于薄膜32的衬底。薄膜32是雷达天线，其通过信号和控制线路34与强烈示意性示出的评估和控制单元36连接。
上述类型的雷达天线也可以构造在车尾侧的信号灯组件的区域中。
在图3中示出了上述类型的信号灯组件24，其在透明的窗元件28后方包括由聚合物、例如聚碳酸酯或PMMA形成的光导元件38，并且该光导元件在边缘处设有光源40。在背离窗元件28的一侧上，光导元件38设有涂层42，该涂层构造为反射器或散射元件并且用于将已经从光源40耦合输入到光导元件38中的光相应于发光路径44从光导元件38朝向车辆周围环境的方向耦合输出。
光导元件38还可以包括耦合输出元件，该耦合输出元件具有漫射结构、是光导元件本身的微结构化表面、是微结构化涂层或者是光导元件的承印部。
在面向窗元件28的一侧，光导元件38设有结构化涂层，该结构化涂层由能传导的薄膜32形成并且是雷达天线。薄膜32与评估和控制单元36连接。按照虚线示出的箭头46，可以借助形成雷达天线的薄膜32发出和接收雷达信号。薄膜32对于按照发光路径44从光导元件38耦合输出的光是透明的。
在图4中示出了信号灯组件24，该信号灯组件形成另一替代的实施方式，并且与根据图3的实施方式的不同之处在于，该光导元件38在背离窗元件28的一侧上不具有反射体涂层。相反，在光导元件38的背离窗元件28的一侧上布置有LED区域30，在激活时，该LED区域的光被耦合输入到光导元件38中并且通过光导元件38面式地并且漫射地散射，并且相应于发光路径44通过薄膜32和窗元件28被发出。
在其余部分，根据图4的信号灯组件相应于根据图3的信号灯组件，因此参考与此相关的描述。
在图5中示出信号灯组件24的另一实施方式，其与根据图4的信号灯组件的区别在于，在光导元件38的背离窗元件28的一侧不布置LED区域，而是布置反射器光学器件48，其将由光源40发出的光朝向光导元件38和窗元件28的方向发出。
在其余部分，根据图5的信号灯组件相应于根据图4的信号灯组件。
在图6中示出信号灯组件24，其很大程度上相应于根据图2的信号灯组件，但与根据图2的信号灯组件的不同之处在于，其具有窗元件28，该窗元件在其内侧上、即在其面向LED区域30的一侧上承载有薄膜30，该薄膜构造为窗元件28的结构化的金属涂层并且形成雷达天线，该雷达天线是构造为雷达传感器的环境传感器的组成部分。
薄膜30为此与评估和控制单元36连接。在其余部分，根据图6的信号灯组件相应于根据图2的信号灯组件。
在图7中示出了信号灯组件24，其基本上相应于根据图3的信号灯组件，但与根据图3的信号灯组件的不同之处在于，窗元件28在其面向面状光导元件38的一侧上承载有薄膜32，该薄膜构造为结构化的金属涂层并且是雷达天线。薄膜32与评估和控制单元连接。
在其余部分，根据图7的信号灯组件相应于根据图3的信号灯组件。
在图8中示出信号灯组件24，其基本上相应于根据图4的信号灯组件，但与根据图4的信号灯组件的不同之处在于，其具有结构化的薄膜32，该薄膜布置在窗元件28的内侧上并且形成雷达传感器的雷达天线，所述雷达天线与评估和控制单元和散射单元连接。光导元件38不承载有薄膜。
在其余部分，根据图8的信号灯组件相应于根据图4的信号灯组件。
在图9中示出了信号灯组件24，其具有窗元件28，该窗元件布置在反射器光学器件48前方，该反射器光学器件设有光源40。窗元件28在内侧上承载有金属的、能传导的薄膜32，该薄膜是呈现为面状衬底的窗元件28的结构化涂层并且形成雷达天线。薄膜32与评估和控制单元36连接并且因此是环境传感器的组成部分或者是具有环境传感器的传感器模块的组成部分。
在图10中示出了传感器模块20，该传感器模块包括环境传感器50，该环境传感器包括激光雷达传感器和/或摄像头系统，该摄像头系统在可见光波长范围内和红外范围内工作。传感器模块20包括窗元件28作为覆盖件，该窗元件对于由环境传感器50使用的波长范围是透明的。
在图10中示出的传感器模块20的窗元件28在其内侧上承载有金属薄膜32，该金属薄膜构造为结构化的涂层并且是雷达传感器的雷达天线，该雷达传感器是相关车顶模块的另外的环境传感器。
在上述实施方式中，由激光结构化的、能传导的涂层形成的薄膜32分别构造在透明的衬底上，该衬底具有双重功能，即一方面形成用于薄膜的衬底，并且另一方面形成相关信号灯组件或传感器模块的功能元件，尤其是构造为壳体元件或窗元件、光导元件、漫射元件或信号灯组件的其它光学元件或者构造为另外的环境传感器的壳体元件或窗元件，该另外的环境传感器尤其是可以构造为具有激光雷达传感器和/或摄像头系统。
用于雷达天线的面状衬底可以由无机的或有机的玻璃制成或者也可以由无机的或有机的聚合物制成，例如由聚碳酸酯或PMMA制成。
各个雷达天线或形成该雷达天线的薄膜的制造可以通过衬底的涂层的激光结构化来实现。
在根据本发明的车顶模块中，可以将雷达传感器与其它传感器和/或其它光元件结合，从而提供双重功能。雷达天线可以直接施加到车顶模块的由玻璃或塑料制成的透明衬底上。此外，由薄膜形成的雷达天线基本上不需要附加的结构空间，因为总归存在的构件被用作衬底。将雷达天线布置在车顶模块上使得所配属的传感器能够无阻碍地看到周围环境。
附图标记列表
10 车顶
12 车顶模块
14F 白车身
16 车顶透视区域
18 非透视区域
20、20A、20B 传感器模块
22 传感器模块
24、24A、24B 信号灯组件
26 信号灯组件
28 窗元件
30 LED区域
32 薄膜
34 信号和控制线路
36 评估和控制单元
38 光导元件
40 光源
42 涂层
44 发光路径
46 雷达信号
48 反射器光学器件
50 环境传感器

Claims (11)

1.一种用于机动车、尤其是用于载客机动车的车顶模块，所述车顶模块包括车顶外覆层和至少一个传感器模块(20)，所述车顶外覆层形成所述车顶模块的外观面，所述传感器模块包括雷达天线并且在所述机动车的自主或部分自主的行驶运行中检测车辆环境，其特征在于面状衬底，在所述衬底上布置有薄膜(32)形式的结构化的涂层，所述薄膜形成所述雷达天线并且与控制和评估单元(36)连接。
2.根据权利要求1所述的车顶模块，其特征在于，所述衬底由所述车顶外覆层形成。
3.根据权利要求1或2所述的车顶模块，其特征在于，所述衬底由用于环境传感器(50)的透视区域形成。
4.根据权利要求1或2所述的车顶模块，其特征在于，所述衬底是信号灯组件(24、24A、24B)的组成部分，所述信号灯组件显示相关车辆的行驶模式。
5.根据权利要求4所述的车顶模块，其特征在于，所述信号灯组件(24、24A、24B)包括透明覆盖件，所述透明覆盖件形成所述衬底。
6.根据权利要求5所述的车顶模块，其特征在于，形成所述雷达天线的所述薄膜(32)布置在所述透明覆盖件的面向所述信号灯组件(24)的光源(40)的一侧。
7.根据权利要求4所述的车顶模块，其特征在于，所述信号灯组件(24)的光源形成所述衬底。
8.根据权利要求4所述的车顶模块，其特征在于，所述衬底由所述信号灯组件(24)的面状的光导元件(38)形成。
9.根据权利要求4所述的车顶模块，其特征在于，所述衬底由所述信号灯组件(24)的面状的漫射元件形成。
10.根据权利要求4所述的车顶模块，其特征在于，所述衬底由所述信号灯组件(24)的光学构件形成。
11.一种机动车，包括根据权利要求1至10中任一项所述的车顶模块。
CN202080077238.8A 2019-11-06 2020-10-20 具有车顶外覆层和环境传感器的车顶模块 Pending CN114667456A (zh)

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