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Die Erfindung betrifft ein Dach für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Ein derartiges Dach ist aus der Praxis bekannt und kann insbesondere Bestandteil eines autonom bzw. teilautonom fahrenden Kraftfahrzeuges sein. Derartige Kraftfahrzeuge finden immer weitere Verbreitung. Damit das autonome bzw. teilautonome Fahren hohen Sicherheitsansprüchen genügt, muss eine Fahrzeugsteuerung mit einer Vielzahl von Umfeldsensoren verbunden sein, mittels derer eine Fahrzeugumgebung erfassbar ist, so dass auf Basis des jeweiligen Messergebnisses die Verkehrssituation ermittelt und analysiert werden kann. Bei bekannten Kraftfahrzeugen sind Sensormodule mit Umfeldsensoren zur Überwachung und Erfassung der Fahrzeugumgebung auch am Fahrzeugdach befestigt, da das Fahrzeugdach in der Regel die höchste Erhebung eines Fahrzeugs ist, von der aus das Fahrzeugumfeld gut einsehbar ist.
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Derzeit bekannte Sensormodule, die als Umfeldsensoren LiDAR-Sensoren, Radar-Sensoren, optische Sensoren, wie Kameras oder dergleichen, umfassen können, haben Gehäuse, die formstabil aus Metall gefertigt sind und ein hohes Gewicht aufweisen. Dies erfordert zusätzliche Maßnahmen an dem betreffenden Dach, damit die bestehenden Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können. So müssen Zusatzverstrebungen und Zusatzbleche integriert werden, um eine hinreichende Crashsicherheit zu gewährleisten und die hierfür vorgegebenen Dacheindrücktests zu bestehen. Bei einem Dacheindrücktest müssen die von den Sensormodulen gebildeten, hochstehenden Kontaktpunkte Kräfte aufnehmen und über die Fahrzeugstruktur ableiten, da ansonsten das Risiko bestünde, dass die Sensormodule in den Fahrzeuginnenraum gedrückt werden und Fahrzeuginsassen gefährden. Die bisher eingesetzten Maßnahmen am Fahrzeugaufbau, die dies verhindern sollen, machen das Dach als Ganzes aber schwer und teuer.
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Aus der Druckschrift
US 2018/0 037 267 A1 ist ein Fahrzeugdach bekannt, bei dem in einen Ausschnitt einer Dachhaut ein Sensor eingesetzt ist, der von einem Dachspoiler überdeckt ist, welcher mit einem Sensordurchsichtsbereich ausgestattet ist.
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Aus der Druckschrift US 2016 / 0 297 482 AI ist ein Kraftfahrzeug mit einem Dach bekannt, das eine Dachhaut aufweist, unter der ein Umfeldsensor angeordnet ist. Der Fahrzeugaufbau weist einen Querträger auf, auf dem der Umfeldsensor befestigt ist.
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Aus der Druckschrift US 2018 / 0 037 268 A1 ist ein Fahrzeugdach bekannt, welches im Bereich einer fahrzeuglängsmittelebene eine sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Rinne aufweist, in der eine Umfeldsensoranordnung befestigt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dach der einleitend genannten Gattung zu schaffen, das mit mindestens einem einen Umfeldsensor umfassenden Sensormodul versehen ist und ohne aufwändige Verstärkungsmaßnahmen zur Gewährleistung der Insassensicherheit auskommt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Dach mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei dem Dach nach der Erfindung ist das mindestens eine Sensormodul derartig an der Trägerstruktur angeordnet, dass es mit seiner oberen bzw. oben liegenden Begrenzungsfläche oder sogar ein über dem Sensormodul liegender Dachhautabschnitt allenfalls nur geringfügig über eine Dachlinie hinausragt, die bei einem vergleichbaren Dach ohne Sensormodul gegeben wäre. Damit wird erreicht, dass in einer Unfallsituation, in der sich das betreffende Fahrzeug überschlägt, gegebenenfalls auftretende Kräfte nicht von dem Sensormodul aufgenommen und abgeleitet werden müssen. Vielmehr können diese Kräfte in üblicher Weise von den Dachseitenholmen bzw. der Dachbasisstruktur aufgenommen und in die Fahrzeugkarosserie abgeleitet werden. Auf spezielle Verstärkungsmaßnahmen im Bereich der Trägerstruktur und im Bereich der Sensormodule kann damit zumindest weitgehend verzichtet werden. Folglich hat die Integration des Sensormoduls in das Dach keine gewichts- und kostenintensiven Zusatzmaßnahmen zur Folge.
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Bei dem Dach nach der Erfindung ist das Sensormodul in abgesenkter Stellung an der Trägerstruktur angebracht, wobei die Trägerstruktur eine abgesenkte Montagebasis für das Sensormodul hat.
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Die vorliegend definierte Referenz-Dacheindrückebene ist eine virtuelle Ebene, die an einem Dachseitenholm tangential anliegt und den gesetzlichen Vorgaben entsprechend gegenüber einer horizontalen Ebene in Dachquerrichtung um einen ersten Winkel und in Dachlängsrichtung um einen zweiten Winkel geneigt ist.
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Der erste Winkel liegt zwischen 20° und 30°, insbesondere bei etwa 25°. Der zweite Winkel liegt zwischen 2° und 10°, insbesondere bei etwa 5°.
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Bei einem Kraftfahrzeug sind vier der oben genannten Referenz-Dacheindrückebenen gegeben, und zwar jeweils in den Eckbereichen, das heißt jeweils eine in den beiden bugseitigen Eckbereichen des Daches und jeweils eine in den beiden heckseitigen Eckbereichen des Daches.
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Bei einem Test der Crashsicherheit wird ein großflächiger Stempel planparallel zu der Referenz-Dacheindrückebene an das Dach angenähert. Bei dem Dach nach der Erfindung erfolgt der Erstkontakt zwischen der Stempelstirnfläche und dem Sensormodul bzw. einem Dachhautabschnitt oberhalb des Sensormoduls, der dem Sensormodul zuzurechnen ist, allenfalls kurz vor Erreichen, idealerweise erst nach Erreichen der Referenz-Dacheindrückebene durch den Stempel. Der Erstkontakt definiert eine Erstkontaktebene, die ebenfalls parallel zu der Referenz-Dacheindrückebene ausgerichtet ist.
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Der Umfeldsensor des Daches nach der Erfindung kann in vielfältiger Weise ausgebildet sein und insbesondere einen LiDAR-Sensor, einen Radar-Sensor, einen optischen Sensor, wie eine Kamera, und/oder dergleichen umfassen.
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Für das Dach nach der Erfindung, das als integriertes kompaktes Dachmodul ausgebildet sein kann, das als Einheit auf einen Fahrzeugrohbau aufsetzbar ist, werden also insbesondere Sensormodule und Komponenten eingesetzt, die eine geringe Bauhöhe haben und/oder die Sensormodule und Komponente so angebunden und integriert, so dass sie nicht oder nur bereichsweise über die Dacheindrückebene herausragen.
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Das Sensormodul ist an die Trägerstruktur angebunden bzw. in diese integriert, welche von einem Rahmen oder Spriegel des als Dachmodul ausgebildeten Daches selbst oder auch vom Fahrzeugrohbau gebildet sein kann.
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Halter und andere Komponenten des Sensormoduls oder von sonstigen Fahrzeugelementen, die zur Realisierung eines autonomen Fahrens erforderlich sind, können ebenfalls in das Dach integriert sein. Das Sensormodul selbst kann zum Schutz mit einem Deckel oder einer Kappe versehen sein, der bzw. die Bestandteil der Dachhaut sein kann und die Erstkontaktebene definieren kann.
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Bei einer speziellen Ausführungsform des Daches nach der Erfindung ist das Sensormodul von der Dachhaut überdeckt, die dann einen Schutz für das Sensormodul bildet. Die Dachhaut kann einstückig oder mehrteilig ausgeführt sein.
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Die obere Begrenzungsfläche des Sensormoduls ist vorzugsweise rechtwinkelig zur Referenz-Dacheindrückebene maximal etwa 12,5 cm, das heißt etwa 5 Inch ausgestellt. Die Erstkontaktebene und die Referenz-Dacheindrückebene haben also vorzugsweise einen Maximalabstand von 12,5 cm. Das im weitesten Sinne einen Dachaufbau bildenden Sensormodul ragt damit nur geringfügig über eine Basisdachlinie hinaus, die eine virtuelle Linie darstellt, die die Dachlinie eines Daches ohne Sensormodul bilden würde.
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Das Sensormodul ist insbesondere integrierter Bestandteil des Daches nach der Erfindung und von der beispielsweise einstückig oder mehrteilig ausgebildeten Dachhaut überdeckt. Damit der Umfeldsensor die Fahrzeugumgebung bzw. das Fahrzeugumfeld erfassen kann, ist die Dachhaut zweckmäßigerweise mit einem Sichtfenster für den Umfeldsensor ausgebildet, das zumindest für die von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlängen transparent ist, beispielsweise für einen Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 2000 nm und auch für Radarstrahlung.
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Das Material der Dachhaut kann auch so ausgewählt sein, dass es für die geforderten Wellenlängenbereiche durchlässig ist, so dass auf ein separates Sichtfenster bzw. einen separaten Sichtfensterbereich verzichtet werden kann.
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Das Dach nach der Erfindung kann ein reines Festdach sein oder auch mit einem Dachöffnungssystem versehen sein, das ein Deckelelement umfasst, mittels dessen eine Dachöffnung wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Insbesondere ist das Dach nach der Erfindung ein Dach eines Personenkraftwagens.
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Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug mit einem Dach der vorstehend beschriebenen Art zum Gegenstand.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Ausführungsbeispiele eines Personenkraftwagens mit einem Dach nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einem Dach nach der Erfindung;
- 2 eine Seitenansicht des Fahrzeugs;
- 3 einen Schnitt durch das Dach des Fahrzeugs im Bereich eines Dachseitenholms;
- 4 einen Schnitt durch das Dach im Bereich eines vorderen Windlaufs;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines vorderen linken Dachabschnitts einer alternativen Ausführungsform eines Fahrzeugdaches nach der Erfindung;
- 6 einen Schnitt durch das Fahrzeugdach nach 5 im Bereich eines Sensormoduls;
- 7 eine perspektivische geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Fahrzeugdachs nach der Erfindung im Bereich eines Sensormoduls; und
- 8 einen Schnitt durch das Fahrzeugdach im Bereich des Sensormoduls.
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In den 1 bis 4 ist ein als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug 10 dargestellt, das eine eine Rohbaustruktur darstellende Fahrzeugkarosserie 12 aufweist, an der ein Fahrzeugdach 14 angeordnet ist. Das Fahrzeugdach 14 umfasst ein Dachmodul 16, das als so genanntes Roof Sensor Module (RSM) ausgebildet ist und somit mit einer Sensorik versehen ist, die ein autonomes Fahren des Kraftfahrzeugs 10 ermöglicht.
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Das Dachmodul 16, das insbesondere den 3 und 4 zu entnehmen ist, umfasst eine einen Trägerrahmen bildende Trägerstruktur 18 und eine ein Festdachelement bildende, gegebenenfalls teilweise transparent ausgebildete Dachhaut 20, die eine Dachaußenhaut bildet.
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Des Weiteren ist das Dachmodul 16 mit vier Sensormodulen 22 versehen, welche jeweils einen Umfeldsensor 24 umfassen, mittels dessen zur Realisierung des autonomen Fahrens des Kraftfahrzeugs 10 die Fahrzeugumgebung erfasst werden kann. Durch Auswertung der Messsignale der Umfeldsensoren 24 mittels einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs 10 ist damit eine jeweilige Verkehrssituation ermittelbar, so dass sich das Kraftfahrzeug 10 autonom an die Verkehrssituation anpassen und entsprechend verhalten kann. Die Sensormodule 22 sind jeweils in einem Eckbereich des Dachmoduls 16 angeordnet und integraler Bestandteil desselben. Zudem sind die Sensormodule 22 jeweils von der Dachhaut 20 überdeckt.
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Die Umfeldsensoren 24 der Sensormodule 22 können jeweils in vielfältiger Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen LiDAR-Sensor, einen Radar-Sensor, eine Kamera (Mono-/Multi-/Multi-Fokal- und/oder Stereo-Kamera) und/oder einen sonstigen geeigneten Sensor umfassen.
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Die Sensormodule 22 sind auf der Trägerstruktur 18, das heißt auf dem Dachrahmen angeordnet und können jeweils über einen für die von den Umfeldsensoren benutzten Wellenlängen transparenten Fensterausschnitt 25 der Dachhaut 20 einen definierten Bereich der Fahrzeugumgebung überwachen.
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Im Bereich der Sensormodule 22 bildet die Dachhaut 20 jeweils eine Erhebung aus, die jeweils durch die Bauhöhe der Sensormodule 22 bedingt ist.
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Die Bauhöhe der Sensormodule 22 ist jeweils so gewählt, dass eine obere Begrenzungsfläche 26 zumindest weitgehend unterhalb einer Referenz-Dacheindrückebene 28 liegt. Die Referenz-Dacheindrückebene 28 ist eine virtuelle Ebene, die an einem dem betreffenden Sensormodul 22 zugeordneten Dachseitenholm 32 tangential anliegt und gegenüber einer horizontalen Ebene in Dachquerrichtung um einen Winkel α von 25° und in Dachlängsrichtung um einen Winkel β von etwa 5° geneigt ist.
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Die Bauhöhe der Sensormodule 22 ist zudem so gewählt, dass deren oberen Begrenzungsflächen 26 rechtwinkelig zu der Referenz-Dacheindrückebene maximal etwa 12,5 cm ausgestellt sind. Die oberen Begrenzungsflächen 26 der Sensormodule 22 liegen damit auch nur geringfügig über einer Basisdachlinie A. Die Basisdachlinie A ist eine Linie, die einer Dachlinie eines Fahrzeugdachs ohne Sensormodule entspricht, bei dem also keine sensormodulbedingten Erhebungen der Dachhaut ausgebildet wären.
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Durch die niedrige Bauweise der Sensormodule 22, die großteilig unterhalb der Dacheindrückebenen 28 und 30 liegen, ist es möglich, das Fahrzeugdach 14 im Wesentlichen ohne zusätzliche Versteifungen auszuführen, da das Risiko, dass die Sensormodule 22 in einer Unfallsituation, in der sich das Kraftfahrtzeug 10 überschlägt, in Richtung eines Fahrzeuginnenraums gedrückt werden, gering ist.
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In den 5 und 6 ist ein Fahrzeugdach 14' dargestellt, das auf einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist und ein Dachmodul 16 umfasst, das als so genanntes Roof Sensor Module (RSM) ausgebildet ist und somit eine Sensorik aufweist, die ein autonomes Fahren des Fahrzeugs 10 ermöglicht.
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Wie auch die Ausführungsform nach den 1 bis 4, umfasst das Fahrzeugdach 14' vier Sensormodule 22, die in den Eckbereichen des Dachmoduls 16 angeordnet sind und jeweils einen Umfeldsensor 24 umfassen, mittels dessen zur Realisierung des autonomen Fahrens des Kraftfahrzeugs die Fahrzeugumgebung erfasst werden kann. Die Sensormodule 22, die integraler Bestandteil des Dachmoduls 16 sind, sind jeweils hinter einer Stufe 40 der Dachhaut 20 angeordnet und von der Dachhaut 20 überdeckt. Die eine Erhebung darstellende Stufe 40 ist durch die Bauhöhe der Sensormodule 22 bedingt.
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Auch bei der Ausführungsform nach den 5 und 6 können die Umfeldsensoren 24 der Sensormodule 22 in vielfältiger Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen LiDAR-Sensor, einen Radar-Sensor, eine Kamera und/oder einen sonstigen geeigneten Sensor umfassen. Die Sensormodule 22 sind jeweils auf einer nicht näher dargestellten Trägerstruktur angeordnet, die von einem Dachrahmen gebildet ist, der Bestandteil des Dachmoduls 16 ist.
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Die Bauhöhe der Sensormodule 22 und die daraus resultierende Stufe 40 der Dachhaut 20 sind so gewählt, dass eine obere Begrenzungsfläche 26 des betreffenden Sensormoduls 22 und auch die Dachhaut 20 unterhalb einer Referenz-Dacheindrückebene 28 liegt, welche eine virtuelle Ebene ist, die an einem dem betreffenden Sensormodul 22 zugeordneten Dachseitenholm 32 tangential anliegt und gegenüber einer horizontalen Ebene in Dachquerrichtung um einen Winkel von 25° und in Dachlängsrichtung um einen Winkel von 5° geneigt ist. Wie 6 zu entnehmen ist, hat die Dachhaut 20 einen Erstkontaktpunkt 44, der im Bereich des Sensormoduls 22 an der Stufe ausgebildet ist und rechtwinkelig zu der Referenz-Dacheindrückebene 28 einen Abstand d von 16 mm hat. Der Erstkontaktpunkt 44 definiert eine Dachhaut-Erstkontaktebene, die parallel zu der Referenz-Dacheindrückebene 28 ausgerichtet ist und unterhalb von der Referenz-Dacheindrückebene 28 liegt. Die eigentliche Erstkontaktebene, in der bei einem Crashtest ein Prüfstempel, der parallel zur Referenz-Dacheindrückebene 28 angenähert wird, Kontakt mit dem betreffenden Fahrzeug aufnimmt, fällt mit der Referenz-Dacheindrückebene 28 zusammen.
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In den 7 und 8 ist ein Fahrzeugdach 14" dargestellt, das ebenfalls ein Dachmodul 16 umfasst, welches als Roof Sensor Module (RSM) ausgebildet ist.
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Auch das Fahrzeugdach 14" umfasst in seinen Eckbereichen jeweils ein Sensormodul 22 mit mindestens einem Umfeldsensor 24 zur Erfassung des Fahrzeugumfelds. Im Bereich des Sensormoduls 22 bildet eine Dachhaut 20 einen Höcker 42 aus, der das Sensormodul 22 überdeckt. Der Höcker 42 der Dachhaut 20 bildet einen oberen Gehäuseabschnitt des Sensormoduls 22 und ist damit Bestandteil des Sensormoduls 22, das auf einer Trägerstruktur 18 angeordnet ist, die Bestandteil des Dachmoduls 16 ist.
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Der Höcker 42 der Dachhaut 20 bildet bei einem Crashtest einen Erstkontaktpunkt 44 aus, der eine Erstkontaktebene E definiert, die parallel zu einer Referenz-Dacheindrückebene 28 ausgebildet ist, die tangential an einem Dachseitenholm 32 anliegt und gegenüber einer horizontalen Ebene in Dachquerrichtung um einen Winkel von 25° und in Dachlängsrichtung um einen Winkel von 5° geneigt ist. Die Erstkontaktebene E hat von der Referenz-Dacheindrückebene 28 einen Abstand von 38 mm.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Fahrzeugkarosserie
- 14
- Fahrzeugdach
- 16
- Dachmodul
- 18
- Trägerstruktur
- 20
- Dachhaut
- 22
- Sensormodul
- 24
- Umfeldsensor
- 25
- Fensterausschnitt
- 26
- Begrenzungsfläche
- 28
- Dacheindrückebene
- 32
- Dachseitenholm
- 34
- Dachquerholm
- 38
- Verstärkung
- 40
- Stufe
- 42
- Höcker
- 44
- Erstkontaktpunkt
