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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug mit einer Außenhaut und einem Umfelderfassungssensor.
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Umfelderfassungssensoren werden in Kraftfahrzeugen üblicherweise eingesetzt, um das Umfeld um das Kraftfahrzeug zu erfassen. Geeignete Umfelderfassungssensoren sind zum Beispiel Radarsensoren. So lassen sich mit Radarsensoren zum Beispiel bewegte oder ruhende Objekte im Erfassungsbereich des Radarsensors detektieren, indem ein vom Sensor gesendetes Signal an dem Objekt reflektiert wird und das Echo vom Sensor empfangen wird. Aus der Laufzeit zwischen Senden des Signals und dem Empfangen des Echos kann dann auf die Entfernung des Objekts geschlossen werden. Zusätzlich lässt sich auch durch Erfassung einer Dopplerverschiebung des Signals auf die Geschwindigkeit des Objekts schließen.
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In der
DE 201 18 265 U1 ist eine Vorrichtung zur Montage und Befestigung von Parksensoren in Stoßfängersystemen beschrieben. Die Aufnahme für den Parksensor besteht aus einer im Wesentlichen zylindrischen Halterung und mindestens zwei darin integrierten, federnden Befestigungselementen mit jeweils zwei Rastausnehmungen. Die Rastausnehmungen korrespondieren mit den Rastelementen des Parksensors.
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Die
DE 103 16 535 B3 beschreibt ein Modul zum verdeckten Verbau eines Radarsensors in einem Stoßfänger oder Kotflügel eines Fahrzeugs. Dazu ist ein Gehäuse vorgesehen, in dem räumlich getrennte Radarsende- und Empfangseinheiten angeordnet sind. Zur Radarsignalentkoppelung der Radar-Empfangs- und Sendeeinheit bzw. zur Verhinderung einer Radarsignalüberlagerung im Strahlengang ist auf der Gehäuseoberfläche zwischen der beabstandet zueinander angeordneten Radar-Empfangs- und Sendeeinheit eine profilierte, metallbeschichtete Struktur vorgesehen.
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Einen Ultraschallsensor in einer Tür eines Kraftfahrzeugs einzusetzen ist aus
DE 20 2011 050 329 U1 bekannt. Allerdings wird der Ultraschallsensor nicht zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs eingesetzt sondern zum Beispiel für eine Überwachung des Kraftfahrzeugs zum Zweck des Einbruchsschutzes. Dies erfordert einen vollständig anderen Aufbau als ein zur Umgebungserfassung eingesetzter Sensor, so dass der hier beschriebene Aufbau nicht für eine Montage von Sensoren zur Umfelderfassung geeignet ist. Ferner handelt es sich um eine herkömmliche Fahrzeugtür aus einem metallischen Material, so dass der alternative Einsatz von Radarsensoren nicht möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Radarsensoren eigenen sich nicht für den Verbau hinter metallischen Materialien z.B. Türen, da durch das Metall die vom Radarsensor ausgestrahlten und empfangenen elektromagnetischen Wellen abgeschirmt würden. In der Fahrzeugindustrie gibt es jedoch zunehmend Bestrebungen, durch Leichtbauweise von Karosseriebauteilen Gewicht einzusparen. Diese Leichtbaumaterialien (z.B. Carbon) sind für Radarstrahlen durchlässig und damit ist der Verbau von Radarsensoren hinter diesen Materialien möglich. Hinzu kommt die fortschreitende Miniaturisierung der Radarsensoren, die eine Verringerung der Baugröße und des Gewichtes der Radarsensoren ermöglichen und damit mehr Flexibilität beim Verbauort bieten.
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Insbesondere Radarsensoren für die Nahfelderkennung, wie sie z.B. für eine Einparkhilfefunktion eingesetzt werden, können sehr kompakt konstruiert werden, da die Antennengröße im Vergleich zu langreichweitigen Sensoren deutlich kleiner ist. Die kompakte Bauform erlaubt weitere Verbaupositionen hinter Karosserieteilen eines Fahrzeugs, die ganz oder teilweise aus einem Leichtbaumaterial (z..B Kunststoffen) aufgebaut sind, wie sie für Scheinwerfer, Spiegel oder Blinkerleuchten verwendet werden. Durch die Kombination der Verwendung von Leichtbaumaterialen für die Karosserieteile und der Miniaturisierung von Radarsensoren ergeben sich vorteilhafte Möglichkeiten zum anwendungsabhängigen Verbau der Radarsensoren. Beispielsweise bietet sich die Möglichkeit, optimale Verbauorte für Anwendungen zur Fahrzeugseitenabsicherung zu finden.
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Der Verbauort des Umfelderfassungssensors ist ein wesentlicher Faktor für die Leistungsfähigkeit der Fahrerassistenzfunktion, die durch diesen Sensor dargestellt wird wie z.B. einer Einparkunterstützung oder einer Fahrzeugseitenabsicherung. Da bei derzeitigen Fahrzeugen viele Karosserieteile aus metallischen Materialien bestehen, ist es nur sehr eingeschränkt möglich, das Umfeld um das Fahrzeug vollständig durch Radarsensoren abzudecken. Ein Flankenschutz während eines Manövriervorgangs ist beispielsweise mit Radarsensoren heutzutage nur sehr aufwändig zu realisieren. Es müssen entweder Positionen an der Karosserie identifiziert werden, an denen für den Radarsensor durchsichtige Materialien verbaut sind oder der Radarsensor muss sichtbar verbaut werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung sind die zur Verfügung stehenden Verbaupositionen für Radarsensoren deutlich weniger eingeschränkt und gleichzeitig ist ein verdeckter Verbau hinter dem Leichtbaumaterial möglich, was zusätzliche Vorteile bezüglich des Schutzes der Sensoren vor Umwelteinflüssen mit sich bringt.
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In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass keine ganzen Karosserieteile aus Leichtbaumaterialien genutzt werden sondern nur die Teilausschnitte in Radar-durchsichtigem Material gefertigt werden, hinter denen der Radarsensor verbaut wird.
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Bei einer ganzen Karosserie aus Leichtbauweise (z.B. Carbon) ergeben sich weitere möglicge Positionen für den Verbau von Radarsensoren, z.B. auch im Front- und/oder Heckbereich des Fahrzeugs.
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Erfindungsgemäß wird ein Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug mit einer Außenhaut und einem als Radarsensor ausgebildeten Umfelderfassungssensor vorgeschlagen, wobei der Umfelderfassungssensor innen an die Außenhaut gekoppelt ist, so dass Signale vom Umfelderfassungssensor durch die Außenhaut gesendet und/oder empfangen werden können, wobei die Außenhaut zumindest in dem Bereich, in dem der Umfelderfassungssensor angekoppelt ist, aus einem Leichtbaumaterial gefertigt ist.
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Als Umfelderfassungssensor werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Radarsensoren verstanden, die ein Radarsignal senden, das an einem Objekt reflektiert wird und/oder das reflektierte Echo empfangen. Aus der Laufzeit vom Senden des Signals bis zum Empfang des Echos wird die Entfernung zu dem Objekt bestimmt. Im Folgenden werden die Umfelderfassungssensoren auch verkürzt als Sensoren bezeichnet.
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Unter einer „Außenhaut“ im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine nach außen weisende Fläche zu verstehen, die eine Karosserie zur Umgebung hin abschließt und durch die die Formgebung der Karosserie maßgeblich geprägt wird.
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Karosserieteile, die eine Außenhaut und mindestens einen Umfelderfassungssensor aufweisen, können zum Beispiel Stoßfänger, Kotflügel oder Türen eines Kraftfahrzeugs sein, wobei der Begriff „Türen“ auch eine Heckklappe mit einschließt.
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Der Aufbau eines Radarsensors umfasst ebenfalls mindestens einen Sender und mindestens einen Empfänger, wobei Sender und Empfänger auch das gleiche Element sein können. Alternativ ist es auch möglich, als Sender und Empfänger unterschiedliche Bauteile vorzusehen, wobei diese ebenfalls vorzugsweise unmittelbar benachbart zueinander positioniert werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Außenhaut des Karosserieteils vollständig aus dem Leichtbaumaterial gefertigt. Dies führt zum Einen zu einer Einsparung der Masse des Kraftfahrzeugs, woraus wiederum ein reduzierter Kraftstoffverbrauch resultiert und zum anderen ist es dadurch möglich, eine glatte Oberfläche ohne Fügekanten zu erhalten, weil keine unterschiedlichen Materialien miteinander verbunden werden müssen.
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Neben der Gestaltung mit einer Außenhaut des Karosserieteils, die vollständig aus dem Leichtbaumaterial gefertigt ist, ist es auch möglich, nur Teile der Außenheut des Karosserieteils aus dem Leichtbaumaterial zu fertigen. Mögliche Fügekanten können dann durch geeignete Fügetechniken so unsichtbar wie möglich gehalten werden. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, das Leichtbaumaterial sichtbar vom übrigen Material der Außenhaut abzuheben.
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Sowohl bei vollständig aus Leichtbaumaterial gefertigter Außenhaut als auch bei nur teilweise aus Leichtbaumaterial gefertigter Außenhaut ist es möglich, auf die Außenhaut eine Lackschicht aufzubringen. Diese kann, wie im Kraftfahrzeugbau üblich, aus mehreren Einzelschichten aufgebaut sein.
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Als Leichtbaumaterial werden vorzugsweise Kunststoffe eingesetzt. Um eine ausreichende Stabilität zu erhalten, ist es besonders bevorzugt, wenn der Kunststoff faserverstärkt ist.
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Hierzu eignen sich insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, die mit Endlosfasern verstärkt werden. Die Endlosfasern können dabei in Form von Geweben, Gestricken oder Rovings vorliegen. Weiterhin können die Endlosfasern in einer oder in mehreren Lagen in der Außenhaut enthalten sein. Wenn mehrere Lagen an Endlosfasern in der Außenhaut enthalten sind, beispielsweise mehrere aufeinanderliegende Gewebe oder Gestricke, oder auch mehrere Lagen an parallel nebeneinander liegenden Fasern, ist es bevorzugt, wenn die Fasern der unterschiedlichen Lagen verdreht zueinander ausgerichtet sind.
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Als Material für die Fasern eignen sich zum Beispiel Kohlenstoff, Glas, Aramid oder Mineralfasern. Besonders bevorzugt ist jedoch der Einsatz von Kohlenstoff.
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Geeignete Kunststoffe, die verwendet werden können, sind insbesondere thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe. Geeignete Kunststoffe sind zum Beispiel Epoxidharze, Phenolharze, Polyurethan, Polyoxymethylen oder Polyamid.
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Insbesondere, wenn der Umfelderfassungssensor ein Radarsensor ist, ist es notwendig, als Leichtbaumaterial einen nichtmetallischen Werkstoff einzusetzen. Auch ist bei der Verwendung eines verstärkten Kunststoffes darauf zu achten, dass keine metallischen Additive oder Verstärkungsstoffe, insbesondere Fasern, enthalten sind.
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Das erfindungsgemäße Karosserieteil kann jedes Teil einer Fahrzeugkarosserie mit einer nach außen weisenden Oberfläche sein. Um mit dem Umfelderfassungssensor Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassen zu können, ist es dabei vorteilhaft, wenn die nach außen weisende Oberfläche des Karosserieteils in dem Bereich, in dem der Sensor angebracht ist, im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn ausgerichtet ist. Im Wesentlichen senkrecht bedeutet dabei, dass der Winkel im Bereich von 85 bis 95° zur Fahrbahn liegt. Wenn der Sensor ein rein empfangendes Sensorarray ist, können auch größere Winkelbereiche realisiert werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Karosserieteil eine Fahrzeugtür. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass hierdurch – im Unterschied zu den derzeitigen Systemen, bei denen die Sensoren im Stoßfänger angeordnet sind – eine Erfassung des Bereichs neben dem Kraftfahrzeug ermöglicht wird.
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Die Befestigung des Umfelderfassungssensors an der Außenhaut kann auf jede, dem Fachmann bekannte Weise erfolgen. Hierbei ist nur zu beachten, dass die Befestigung so erfolgt, dass Signale durch die Außenhaut vom Umfelderfassungssensor gesendet und/oder empfangen werden können. Bevorzugt ist es hierbei, wenn der Umfelderfassungssensor formschlüssig an der Außenhaut befestigt ist. Geeignete formschlüssige Befestigungsverfahren sind zum Beispiel Verkleben oder Verschweißen. Weiterhin ist es auch möglich, den Sensor beispielsweise mit Hilfe eines Schnappverschlusses so zu montieren, dass dieser an die Außenhaut gedrückt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Durch das Ankoppeln des Umfelderfassungssensors von innen an die Außenhaut des Karosserieteils ist es möglich, die Außenhaut ohne sichtbare Unterbrechungen für Sensoren zu gestalten und eine einheitliche Oberfläche zu erhalten. Die Verwendung von Leichtbaumaterialien, insbesondere von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, erlaubt eine sichere Funktion der Umfelderfassungssensoren, da die kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffe ein Dämpfungsverhalten Radar-Signale aufweisen, das den Betrieb als Umfelderfassungssensoren erlaubt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Leichtbaumaterialien liegt in deren geringerem Gewicht und damit in der Einsparung von Kraftstoff beim Betrieb des Kraftfahrzeugs.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Fahrzeugtür mit darin verbautem Radarsensor,
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2 eine Schnittdarstellung durch eine Fahrzeugtür eines Kraftfahrzeugs mit darin verbautem Radarsensor.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeug 1 mit einer Fahrzeugtür 3 mit darin verbautem Umfelderfassungssensor 7 schematisch dargestellt.
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Ein Kraftfahrzeug 1 weist mindestens eine Fahrzeugtür 3 auf jeder Seite des Kraftfahrzeugs 1 auf. Die Fahrzeugtür 3 hat eine Außenhaut 5, mit der das Kraftfahrzeug 1 zur Umgebung hin begrenzt wird. Im Übrigen weist eine Fahrzeugtür 3 üblicherweise mindestens einen Bereich der äußeren Oberfläche auf, der im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn ausgerichtet ist. Dieser Bereich mit der im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn ausgerichteten äußeren Oberfläche eignet sich für eine Positionierung eines Umfelderfassungssensors 7, der als Radarsensor ausgebildet ist und der zur Erfassung der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 eingesetzt wird.
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Erfindungsgemäß wird zumindest der Bereich der Außenhaut 5, in dem sich der Radarsensor 7 befindet, aus einem Leichtbaumaterial gefertigt. Besonders bevorzugt als Leichtbaumaterial sind Kunststoffe, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe. Geeignete faserverstärkte Kunststoffe sind zum Beispiel solche, die mit Endlosfasern aus Kohlenstoff verstärkt sind. Hierbei werden die Endlosfasern vorzugsweise in Form eines Gewebes eingesetzt. Entsprechende kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe werden auch als „Carbon“ bezeichnet.
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Das Karosserieteil, in dem der Radarsensor 7 angeordnet ist, beispielsweise die hier dargestellte Fahrzeugtür 3, kann vollständig aus dem Leichtbaumaterial gefertigt sein oder nur einzelne Bereiche aus Leichtbaumaterial aufweisen. Wenn nur einzelne Bereiche aus Leichtbaumaterial gefertigt sind, wird der Radarsensor 7 erfindungsgemäß in dem Bereich der Außenhaut 5 angeordnet, die aus dem Leichtbaumaterial gefertigt ist. Bei einer Fertigung der Fahrzeugtür 3 aus unterschiedlichen Materialien ist es zum Beispiel möglich, die Fahrzeugtür 3 im Bereich des Türschwellers 9 aus dem Leichtbaumaterial zu fertigen und im Bereich des Fensterrahmens 11 aus Metall, beispielsweise Stahl. Auch ist es möglich, das gesamte Türblatt 13 aus Leichtbaumaterial und den Fensterrahmen 11 aus Stahl zu fertigen. Bevorzugt ist es jedoch, die gesamte Außenhaut 5 der Fahrzeugtür 3 aus Leichtbaumaterial zu fertigen.
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Insbesondere bei Einbau des Radarsensors 7 in eine Fahrzeugtür 3, wie in 1 gezeigt, ist es möglich, neben dem eigentlichen Sensor auch die notwendige Auswertungselektronik in der Fahrzeugtür 3 unterzubringen. Hierbei kann die Auswertungselektronik eine Steuerung nur für einen Sensor umfassen, in der die entsprechenden Signale ausgewertet und an eine zentrale Steuereinheit gesendet werden oder aber eine Auswertungselektronik wird als zentrale Steuereinheit genutzt, der die Daten sämtlicher eingesetzter Radarsensoren 7 zugeführt werden.
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Bei Einsatz einer dezentralen Auswertungselektronik ist es möglich, jeden Sensor mit einer eigenen Auswertungselektronik auszustatten oder aber mehrere Sensoren, beispielsweise alle in einer Fahrzeugtür 3 verbauten Ultraschallsensoren oder Radarsensoren von einer gemeinsamen Auswertungselektronik zu steuern. In diesem Fall ist ein zusätzliches zentrales Steuergerät vorhanden, mit dem die Daten sämtlicher Sensoren ausgewertet werden. Das zentrale Steuergerät kann dabei an einer beliebigen Position im Kraftfahrzeug 1 angeordnet sein.
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In 2 ist schematisch ein Schnitt durch einen Ausschnitt einer Fahrzeugtür 3 mit dahinter verbautem Radarsensor 7 dargestellt.
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Der Radarsensor 7 wird an einer Kontaktstelle 15 an der Fahrzeugtür 3 montiert. Die Kontaktstelle 15 kann dabei die gleiche Wandstärke aufweisen, wie die die Kontaktstelle 15 umgebende Außenhaut 5 der Fahrzeugtür 3. Alternativ ist es, wie hier dargestellt, auch möglich, die Außenhaut 5 im Bereich der Kontaktstelle 15 mit einer geringeren Wandstärke auszuführen.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Außenhaut 5 aus einem ersten Material gefertigt und nur ein Bereich 21, in dem der Radarsensor 7 montiert ist, ist aus einem Leichtbaumaterial. Selbstverständlich wäre es auch möglich, wie vorstehend bereits beschrieben, die gesamte Fahrzeugtür 3 aus einem Leichtbaumaterial zu fertigen.
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Der Radarsensor 7 umfasst ein Gehäuse 14 in dem eine Mikrowellenantenne 12 angeordnet ist, welche beispielsweise aus einer Mehrzahl von Einzelantennen bestehen kann. Die Größenverhältnisse in 2 sind nicht maßstabsgetreu. Die Mikrowellenantenne 12 ist zum Aussenden und Empfangen von Mikrowellen ausgebildet. Typische Wellenlängen von Mikrowellen können zwischen 300 mm und 1 mm liegen, typische Frequenzbereiche von Mikrowellen können etwa 20 zwischen 300 MHz und 300 GHz liegen.
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Zur Montage des Radarsensors 7 werden geeignete Halter 17 verwendet, mit denen der Radarsensor 7 an der Fahrzeugtür 3 befestigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Radarsensor 7 auch direkt an der Kontaktstelle 15 an der Außenhaut 5 befestigt werden. Zur Befestigung des Radarsensors 7 direkt an der Außenhaut 5 ist es zum Beispiel möglich, eine Klebstoffschicht 19 zwischen dem Radarsensor 7 und der Außenhaut 5 vorzusehen.
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Wenn der Radarsensor 7 mit der Außenhaut 5 verklebt oder verschweißt wird, können die zusätzlichen Halter 17 zur Aufnahme von Scherkräften genutzt werden, so dass eine zusätzliche Stabilität der Befestigung des Umfelderfassungssensors 7 an der Außenhaut 5 erzielt wird.
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Neben der in den Figuren dargestellten Fahrzeugtür 3 kann das Karosserieteil, in dem der Radarsensor 7 montiert wird, auch jedes andere Karosserieteil sein, beispielsweise ein Stoßfänger, ein Kotflügel oder ein Scheibenrahmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20118265 U1 [0003]
- DE 10316535 B3 [0004]
- DE 202011050329 U1 [0005]
