DE102018215142A1

DE102018215142A1 - Sensoreinheit eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102018215142A1
Application number: DE102018215142.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Maurer; Markus Kienzle; Mirko Hattass; Debora Maria Mitter Marques; Ingmar Schultz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2020-03-12
Also published as: US20200079178A1; CN110879077A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit (1) umfassend ein Gehäuse (6) mit Kühlrippen (2), sowie einen Kühlaufsatz (3), der auf die Kühlrippen (2) aufgesetzt ist und einen Fluideinlass (4) sowie einen Fluidauslass (5) aufweist, sodass ein Fluid entlang der Kühlrippen (2) strömbar ist, wobei durch die Anordnung von Kühlrippen (2) und Kühlaufsatz (3) zwischen Fluideinlass (4) und Fluidauslass (5) ein vordefinierter Temperaturgradient an dem Gehäuse (6) eingestellt ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit eines Fahrzeugs. Insbesondere weist die Sensoreinheit eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Kühlung auf. Außerdem betrifft die Erfindung ein System, umfassend eine solche Sensoreinheit sowie eine Temperatureinstelleinheit.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Geräte mit hoher elektrischer Leistungsaufnahme typischerweise spezielle Maßnahmen erfordern, die eine Überhitzung von Komponenten des Geräts verhindern. Sofern diese Maßnahmen innerhalb des Geräts nicht ausreichen, muss die entsprechende thermische Leistung gezielt extern abgeführt werden. Häufig werden dazu Kühlstrukturen an dem Gerät vorgesehen, die einerseits die Oberfläche vergrößern und andererseits die Wirksamkeit für freie Konvektionen erhöhen. Zusätzlich können diese Kühlstrukturen mit einem Lüfter angeblasen werden, um so eine gute Entwärmung zu erreichen. Hierfür ist ein externer Lüfter erforderlich, wobei dieser Lüfter gemäß einer entsprechenden Vorgabe für die relative Positionierung von Lüfter und Kühlstrukturen angebracht werden muss. Außerdem sind ggf. Umgebungsbedingungen, die eine strömungsdynamische Wirksamkeit einschränken können, zu berücksichtigen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ermöglicht eine effiziente Entwärmung, wobei insbesondere eine Möglichkeit für ein einfaches Anschließen eines externen Kühlsystems und/oder Wärmesystems ermöglicht ist. Insbesondere lässt sich so ein vordefinierter Temperaturgradient einstellen. Der Temperaturgradient kann insbesondere auch null sein.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst ein Gehäuse mit Kühlrippen. Außerdem umfasst die Sensoreinheit einen Kühlaufsatz. Der Kühlaufsatz ist auf die Kühlrippen aufgesetzt. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Kühlaufsatz einen Fluideinlass sowie einen Fluidauslass aufweist, sodass ein Fluid entlang der Kühlrippen von Fluideinlass zu Fluidauslass strömbar ist. Durch die Anordnung von Kühlrippen und Kühlaufsatz zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass ist ein vordefinierter Temperaturgradient an dem Gehäuse eingestellt. Wie zuvor beschrieben, kann besagter Temperaturgradient auch null betragen. Wird über den Fluideinlass ein Kühlungsfluid zugeführt, so wärmt sich dieses Kühlungsfluid auf dem Weg zu dem Fluidauslass auf. Damit entsteht ein Temperaturgradient an den Kühlrippen und damit an dem Gehäuse. Durch entsprechende Querschnittsveränderungen und/oder Fluidführungen kann jedoch erreicht werden, dass ein solcher Gradient nicht auftritt, indem ein Ausgleich des Erwärmens des Fluids erfolgt. Dies ist beispielsweise durch eine zunehmende Vergrößerung eines Fluidkanals zwischen Fluideinlass und Fluidauslass erreichbar.
Fluideinlass und Fluidauslass sind vorteilhafterweise mit einem externen Kühlsystem verbindbar. Somit ist erreicht, dass die Auslegung des externen Kühlsystems getrennt von der Auslegung der Sensoreinheit ist. Somit ist insbesondere ein notwendiger Bauraum für die Sensoreinheit minimiert, während gleichzeitig eine flexible Integration in ein Kühlsystem erreicht ist. Der Fluidauslass kann vorteilhafterweise entweder mit dem externen Kühlsystem verbunden werden, alternativ auch lediglich ein Ablassen des erwärmten Fluids in eine Umgebung ermöglichen. In jedem Fall ist durch das Zusammenspiel von Kühlrippen und Kühlaufsatz erreicht, dass eine optimale Umströmung der Kühlrippen und damit eine optimale Kühlung der Sensoreinheit erfolgt.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühlrippen mäanderförmig angeordnet sind, wobei der Fluideinlass und der Fluidauslass jeweils an Enden der Mäanderform angebracht sind. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kühlaufsatz die Kühlrippen abdeckt. Somit ist ein mäanderförmiger Schacht generiert, der sich zwischen Fluideinlass und Fluidauslass erstreckt. Dadurch ist eine effiziente Kühlung der Sensoreinheit erreicht, da die Kühlrippen vollständig in Kontakt mit einem Fluidstrom zwischen Kühleinlass und Kühlauslass gelangen. Ein Querschnitt des mäanderförmigen Kanals ist insbesondere variabel, um so einen gewünschten Temperaturgradienten festzulegen.
In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühlrippen sternförmig angeordnet sind. Der Fluideinlass ist an einem Mittelpunkt der Sternform angebracht. Somit strömt Fluid von dem Fluideinlass vorteilhafterweise sternförmig entlang der Kühlrippen nach außen. Der Fluidauslass stellt somit einen Außenbereich der Sternform dar. In diesem Fall ist vorteilhaft, wenn der Fluidauslass lediglich zum Abgeben des Fluids an eine Umgebung dient. Gleichzeitig ist durch die Sternform erreicht, dass die Kühlrippen allesamt nahezu identisch gekühlt werden. Somit lässt sich insbesondere ein Zustand erreichen, in dem an dem Gehäuse kein Temperaturgradient, das heißt ein Temperaturgradient von null, vorliegt.
Die Kühlrippen sind bevorzugt an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet. Somit ist der Kühlaufsatz lediglich auf die Außenseite des Gehäuses aufgesteckt, um so mit den Kühlrippen zusammen zu wirken. Durch dieses Zusammenspiel ist eine optimale Kühlung der Sensoreinheit gewährleistet. Gleichzeitig sind aufwendige Justagen vermieden, da durch das Vorsehen des Kühlelements keine exakte Ausrichtung eines Gebläses an die Kühlrippen vorgenommen werden muss. Vielmehr kann eine entsprechende Kühleinheit, im einfachsten Fall ein Gebläse, alternativ auch ein Klimagerät, über ein Schlauchsystem oder Rohrsystem mit dem Kühlaufsatz verbunden werden, um die Sensoreinheit zu kühlen.
Das Gehäuse umschließt zumindest Bereichsweise vorteilhafterweise einen Sensor. Der Sensor ist besonders vorteilhaft ein Lidar-Sensor. Ist die zuvor beschriebene Sensoreinheit eine Lidar-Sensoreinheit oder eine sonstige optische Sensoreinheit, so ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuse ein Deckglas aufweist. Lidar-Sensoreinheiten erzeugen üblicherweise Abwärme, die durch eine Kühlung abgeführt werden muss. Der zuvor beschriebene Kühlaufsatz eignet sich daher optimal zur Verwendung mit Lidar-Sensoreinheiten.
Das Gehäuse und der Fluidaufsatz sind vorteilhafterweise fest und/oder fluiddicht verbunden. Durch ein festes Verbinden ist ein unbeabsichtigtes Lösen des Kühlaufsatzes von dem Gehäuse vermieden, sodass stets eine Kühlung sichergestellt und ein Kühlausfall vermieden ist. Die fluiddichte Verbindung erlaubt ein effizientes Kühlen, da der gesamte Fluidstrom, der dem Fluideinlass zugeführt wird, entlang der Kühlrippen des Gehäuses bis zu dem Fluidauslass strömen muss. Somit lässt sich die Sensoreinheit sicher und zuverlässig kühlen.
Das Fluid ist insbesondere Luft- und/oder Wasser- und/oder ein Kühlmedium. Je nach gefordertem Anwendungsfall lassen sich unterschiedliche Fluide verwenden. Vorteilhafterweise ist das Fluid Luft, da dies einfach und aufwandsarm insbesondere auch in Fahrzeugen handhabbar ist.
Der Kühlaufsatz erstreckt sich vorteilhafterweise entlang einer Erstreckungsrichtung der Kühlrippen. Dadurch ist eine Überstandshöhe über die Kühlrippen hinaus vorhanden, wobei besagte Überstandshöhe maximal 50 %, insbesondere maximal 30 %, einer Kühlrippenhöhe der Kühlrippen entspricht. Dies bedeutet insbesondere, dass die Kühlrippen mit einer vordefinierten Höhe auf der Oberfläche des Gehäuses der Sensoreinheit angebracht sind. Der Kühlaufsatz steht dann mit der zuvor beschriebenen Überstandshöhe über die Randbereiche der Kühlrippen hervor. Somit ist erreicht, dass die Sensoreinheit ein sehr geringes Volumen aufweist, wobei diese Volumen durch die Anordnung des Kühlaufsatzes nur minimal erhöht ist. Gleichzeitig entfällt die Notwendigkeit der Anordnung von externen Gebläsen oder Ähnlichem. Vielmehr kann über ein Schlauchsystem und/oder Rohrsystem oder Ähnliches ein externes Kühlgerät an den Kühlaufsatz angeschlossen werden. Das externe Kühlgerät kann sich an einem von der Position der Sensoreinheit unterschiedlichen Ort befinden. Somit ist die Größe der externen Kühleinheit für den Bauraum der Sensoreinheit nicht relevant.
Die Erfindung betrifft außerdem ein System, umfassend eine Sensoreinheit, wie zuvor beschrieben. Außerdem umfasst das System eine Temperatureinstelleinheit. Bei der Temperatureinstelleinheit handelt es sich vorteilhafterweise um ein Kühlelement. Es kann sich bei der Temperatureinstelleinheit aber auch um eine Heizung handeln. Alternativ ist auch eine Kombination aus Kühlelement und Heizvorrichtung möglich. Der Fluideinlass der Sensoreinheit ist mit der Temperatureinstelleinheit gekoppelt. Somit kann die Temperatureinstelleinheit erwärmtes und/oder gekühltes Fluid an den Fluideinlass übertragen. Die Temperatureinstelleinheit ist vorteilhafterweise über eine Steuerleitung mit der Sensoreinheit verbunden. Somit ist ein Datenaustausch zwischen Sensoreinheit und Temperatureinstelleinheit ermöglicht. Dies erlaubt, entweder ein Fluid dem Fluideinlass zuzuführen oder eine Fluidzufuhr zu dem Fluideinlass zu stoppen, je nach Anforderungen der Sensoreinheit. Somit kann eine Temperatur der Sensoreinheit auf einer optimalen Betriebstemperatur gehalten werden. Überhitzung und Unterkühlung sind damit verhindert, wobei gleichzeitig ein sehr kompakter Aufbau vorhanden ist.
Die Temperatureinstelleinheit wie zuvor beschrieben ist bevorzugt ausgebildet, dem Fluideinlass gekühltes und/oder erwärmtes Fluid zuzuführen. Dies wird insbesondere anhand einer durch die Steuerleitung von der Sensoreinheit vorgegebenen Temperatur ausgewählt. Somit kann eine optimale Temperaturregelung für die Sensoreinheit erreicht werden.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine erste schematische Ansicht einer Sensoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine zweite schematische Ansicht der Sensoreinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Ansicht einer ersten Alternative der Sensoreinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematische Ansicht einer zweiten Alternative der Sensoreinheit gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
5 eine schematische Ansicht eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt schematisch eine Sensoreinheit 1 eines Fahrzeugs. Die Sensoreinheit 1 umfasst mehrere Kühlrippen 2. Die Kühlrippen 2 sind außerdem in 2 gezeigt. So zeigt 2 dieselbe Sensoreinheit 1 aus einer anderen Perspektive. Die Kühlrippen 2 sind an einem Gehäuse 6 der Sensoreinheit 1 angebracht. Das Gehäuse 6 umschließt einen Sensor 7, insbesondere einen optischen Sensor, besonders bevorzugt einen Lidar-Sensor.
Auf die Kühlrippen 2 ist ein Kühlaufsatz 3 aufgebracht, wobei ein Zusammenspiel von Kühlrippen 2 und Kühlaufsatz 3 einen Fluidverlauf innerhalb des Kühlaufsatzes festlegt. Der Kühlaufsatz 3 weist einen Fluideinlass 4 und einen Fluidauslass 5 auf. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein Fluid über den Fluideinlass 4 dem Kühlaufsatz 3 zuführbar ist, während besagtes Fluid über den Fluidauslass 5 von der Sensoreinheit 1 abführbar ist. Durch die Kühlrippen 2 lässt sich insbesondere ein vordefinierter Temperaturgradient an dem Gehäuse 6 einstellen. Dazu lassen sich unterschiedliche Formen der Kühlrippen 2 verwenden, was nachfolgend mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben wird.
Die Kühlrippen 2 erstrecken sich ausgehend von dem Gebäude 6 entlang einer Erstreckungsrichtung. Es ist vorgesehen, dass die Kühlrippen 2 eine Kühlrippenhöhe 200 aufweisen. Die Kühlrippenhöhe 200 ist insbesondere parallel zu besagter Erstreckungsrichtung gemessen. Außerdem ist vorgesehen, dass sich der Kühlaufsatz entlang derselben Erstreckungsrichtung wie die Kühlrippen 2 um eine Überstandshöhe 100 über die Kühlrippen 2 hinaus erstreckt. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Bauraum mit der Überstandshöhe 100 den Bauraum des Gehäuses 6 vergrößert. Insbesondere beträgt die Überstandshöhe maximal 50 %, insbesondere maximal 30 %, der Kühlrippenhöhe 200. Es ist somit erreichbar, dass der Kühlaufsatz 3 den Bauraum des Gehäuses 6 nur minimal erhöht, wobei gleichzeitig zusätzliche Kühlvorrichtungen, wie beispielsweise ein Gebläse, nicht unmittelbar an der Sensoreinheit 1 angebracht werden müssen.
Die 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Alternativen der Ausgestaltung der Kühlrippen 2. In 2 sind alle diese Kühlrippen 2 parallel zueinander angeordnet. Strömt ein Fluid in den Fluideinlass 4 ein, so wird dieses Fluid entlang der parallel verlaufenden Kühlrippen 2 zu dem Fluidauslass 5 gelenkt.
In 3 ist eine solche Formgebung der Kühlrippen 2 gezeigt, dass ein mäanderförmiger Kanal entsteht, der sich zwischen Fluideinlass 4 und Fluidauslass 5 erstreckt. Ein dem Fluideinlass 4 zugeführtes Fluid muss somit entlang dieser Mäanderform verlaufen, um zu dem Fluidauslass 5 zu gelangen. Dadurch ist im Vergleich zur Alternative aus 2 ein Weg, den das Fluid innerhalb des Kühlaufsatzes 3 zurücklegen muss, vergrößert. Dadurch kann eine verbesserte Kühlleistung erreicht werden.
4 zeigt schließlich eine weitere Alternative. Hierbei sind die Kühlrippen 2 sternförmig angeordnet. Der Fluideinlass 4 ist mittig der Sternform angebracht. Durch die Sternform ist erreichbar, dass ein reduzierter Temperaturgradient an dem Gehäuse 6 vorliegt. Vielmehr erfolgt die Kühlung durch die sternförmigen Kühlrippen gleich oder nahezu gleich an jeder Position. Der Fluidauslass 5 stellt in diesem Fall die äußere Peripherie der sternförmig angeordneten Kühlrippen 2 dar. Somit wird in der in 4 gezeigten Alternative das Kühlmedium zentral in einer Mitte der Kühlrippen 2 eingeführt, während das erwärmte Fluid an den peripher gelegenen Fluidauslässen 5 in die Umgebung abgeführt wird.
Ein vordefinierter Temperaturgradient an dem Gehäuse 6 ist durch die Sternform, wie in 4 gezeigt, vorteilhafterweise null oder nahe null. Dies bedeutet, dass sich das gesamte Gehäuse 6 bevorzugt mit derselben Rate abkühlt.
5 zeigt schließlich ein System aus Sensoreinheit 1 wie zuvor beschrieben und Temperatureinstelleinheit 8. Die Temperatureinstelleinheit 8 ist über eine Steuerleitung 9 mit der Sensoreinheit 1 verbunden. Bei der Temperatureinstelleinheit 8 handelt es sich insbesondere um ein Kühlelement und/oder um ein Heizelement.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Temperatureinstelleinheit 8 zumindest mit dem Fluideinlass 4 gekoppelt ist. In 5 ist gezeigt, wie die Temperatureinstelleinheit 8 außerdem mit dem Fluidauslass 5 gekoppelt ist, um somit einen zirkulierenden Betrieb des Kühlfluids zu erreichen.
Anhand der Steuerleitung 9 ist es der Sensoreinheit 1 einfach und aufwandsarm möglich, die eigene Temperierung zu steuern. Insbesondere ist es durch Stoppen der Fluidzufuhr an dem Fluideinlass 4 und/oder durch ein Variieren des Fluiddurchflusses durch den Kühlaufsatz 3 möglich, Einfluss auf die Temperierung des Gehäuses 6 und damit auf die Sensoreinheit 1 selbst zu nehmen. Auch kann insbesondere anhand der Steuerleitung 9 festgelegt werden, ob die Temperatureinstelleinheit 8 erwärmtes oder gekühltes Fluid über den Fluideinlass 4 zuführen soll. In jedem Fall ist somit erreichbar, dass eine optimale Erwärmung und/oder Entwärmung der Sensoreinheit 1 erfolgt, wobei insbesondere eine Temperatur der Sensoreinheit 1 innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters verbleiben kann. Dieses Toleranzfenster ist im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verringert, wobei gleichzeitig ein minimaler Bauraum für die Sensoreinheit bereitzustellen ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Sensoreinheit 1 in einem Fahrzeug verbaut wird, um eine Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen.
Bei der Sensoreinheit 1 handelt es sich besonders vorteilhaft um ein Lidar-System. Das Lidar-System ist insbesondere in einem Fahrzeug angebracht. Somit ist einerseits ein Bauraum des Lidar-Systems minimiert, andererseits ist eine optimale Kühlung des Lidar-Systems sichergestellt.

Claims

Sensoreinheit (1) für ein Fahrzeug umfassend ein Gehäuse (6) mit Kühlrippen (2), sowie einen Kühlaufsatz (3), der auf die Kühlrippen (2) aufgesetzt ist und einen Fluideinlass (4) sowie einen Fluidauslass (5) aufweist, sodass ein Fluid entlang der Kühlrippen (2) strömbar ist, wobei durch die Anordnung von Kühlrippen (2) und Kühlaufsatz (3) zwischen Fluideinlass (4) und Fluidauslass (5) ein vordefinierter Temperaturgradient an dem Gehäuse (6) eingestellt ist.
Sensoreinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (2) mäanderförmig angeordnet sind, wobei der Fluideinlass (4) und der Fluidauslass (5) jeweils an Enden der Mäanderform angebracht sind.
Sensoreinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (2) sternförmig angeordnet sind, wobei der Fluideinlass (4) an einem Mittelpunkt der Sternform und der Fluidauslass (5) an Außenbereichen der Sternform angeordnet sind.
Sensoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (2) an einer Außenseite des Gehäuses (6) angeordnet sind.
Sensoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) zumindest bereichsweise einen Sensor (7), insbesondere eine LIDAR-Sensoreinheit, umschließt.
Sensoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) und der Kühlaufsatz (3) fest und/oder fluiddicht verbunden sind.
Sensoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Luft und/oder Wasser und/oder ein Kühlmedium ist.
Sensoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlaufsatz (3) entlang einer Erstreckungsrichtung der Kühlrippen (2) um eine Überstandshöhe (100) über die Kühlrippen (2) hinaus erstreckt, die maximal 50%, insbesondere maximal 30%, einer Kühlrippenhöhe (200) der Kühlrippen (2) aufweist.
System (10) umfassend eine Sensoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine mit dem Fluideinlass (4) und Fluidauslass (5) gekoppelte Temperatureinstelleinheit (8), wobei die Temperatureinstelleinheit (8) über eine Steuerleitung (9) mit der Sensoreinheit (1) verbunden ist, um entweder ein Fluid dem Fluideinlass (4) zuzuführen oder eine Fluidzufuhr zu dem Fluideinlass (4) zu stoppen.
System (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatureinstelleinheit (9) ausgebildet ist, dem Fluideinlass (4) gekühltes und/oder erwärmtes Fluid zuzuführen, um eine durch die Steuerleitung (9) vorgegebene Temperatur (9) an dem Gehäuse (6) einzustellen.