DE102019122190A1 - Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs mit Kühleinrichtung - Google Patents
Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs mit Kühleinrichtung Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Dachmodul (01) zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil (02), dessen Außenoberfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut (03) des Fahrzeugdachs bildet, wobei das Dachmodul (01) zumindest ein Umfeldsensor (04) umfasst, der zur Erfassung der Fahrzeugumgebung elektromagnetische Signale (15) senden und/oder empfangen kann. Der Umfeldsensor (04) ist unter der vom Flächenbauteil (02) gebildeten Dachhaut (03) angeordnet, wobei das Dachmodul (01) eine Kühleinrichtung (07) umfasst, mit der die vom Umfeldsensor (04) abgegebene Abwärme und/oder von außen eingeleitete Wärme von dem Umfeldsensor (04) abgeführt werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Gattungsgemäße Dachmodule finden im Fahrzeugbau breite Verwendung, da diese Dachmodule als separate Funktionsmodule vorgefertigt und bei der Montage des Fahrzeugs an das Montageband geliefert werden können. Das Dachmodul bildet dabei an seiner Außenfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut des Fahrzeugdachs, die ein Eindringen von Feuchtigkeit bzw. Luftströmung in den Fahrzeuginnenraum verhindert. Die Dachhaut wird von einem Flächenbauteil gebildet, das aus einem stabilen Material, beispielsweise lackiertem Blech oder lackiertem bzw. durchgefärbtem Kunststoff gefertigt ist. Bei dem Dachmodul kann es sich dabei entweder um ein Teil eins starren Fahrzeugdachs handeln oder um ein Teil einer öffenbaren Dachbaugruppe.
- Im Fahrzeugbau finden autonom bzw. teilautonom fahrende Kraftfahrzeuge immer weitere Verbreitung. Um der Fahrzeugsteuerung ein autonomes bzw. teilautonomes Steuern des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, sind eine Vielzahl von Umfeldsensoren notwendig, die die Umgebung des Kraftfahrzeuges erfassen und daraus die jeweilige Verkehrssituation ermitteln. Die bekannten Umfeldsensoren senden bzw. empfangen dazu entsprechende elektromagnetische Signale, beispielsweise Laserstrahlen oder Radarstrahlen, wobei durch eine entsprechende Signalauswertung ein Datenmodell der Fahrzeugumgebung generiert und für die Fahrzeugsteuerung genutzt werden kann. Um die Umfeldsensoren vor schädlichen Umwelteinflüssen, beispielsweise Feuchtigkeit und Luftströmung, zu schützen, sind die bekannten Umfeldsensoren in entsprechende Sensorgehäuse eingebaut. Dieses Sensorgehäuse kann dann auf der Oberseite der vom Dachmodul gebildeten Dachhaut befestigt werden, um dem Umfeldsensor eine Rundumsicht zu ermöglichen.
- Nachteilig an der Befestigung eines Sensorgehäuses auf dem Dachmodul ist es, dass die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges durch das separate Sensorgehäuse negativ beeinflusst werden. Auch wird die Fahrzeugoptik durch das separat auf der Dachhaut des Dachmoduls angebrachte Sensorgehäuse negativ beeinflusst.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Dachmodul vorzuschlagen, das die oben beschriebenen Nachteile des vorbekannten Standes der Technik vermeidet.
- Diese Aufgabe wird durch ein Dachmodul der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Das erfindungsgemäße Dachmodul ist dadurch charakterisiert, dass der Umfeldsensor unter der vom Flächenbauteil gebildeten Dachhaut angeordnet ist. Der Umfeldsensor ist insofern also als Bauteil in das Dachmodul integriert und wird nicht mit einem separaten Gehäuse auf der Oberseite des Dachmoduls befestigt. Dadurch wird die Aerodynamik des Dachmoduls erheblich verbessert und ein ansprechenderes Fahrzeugdesign ermöglicht. Um einen Wärmestau im Inneren des Dachmoduls durch die vom Umfeldsensor abgegebene Abwärme oder durch von außen, beispielsweise durch Sonnenstrahlung, eingeleitete Wärme zu vermeiden, ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass das Dachmodul eine Kühleinrichtung umfasst. Durch die Kühleinrichtung kann die vom Umfeldsensor abgegebene Abwärme oder sonstige Wärme abgeführt und dadurch eine unzulässig hohe Betriebstemperatur des Umfeldsensors vermieden werden.
- Das Dachmodul nach der Erfindung kann eine Baueinheit bilden, in der Einrichtungen zum autonomen oder teilautonomen, durch Fahrassistenzsysteme unterstützten Fahren integriert sind und die auf Seiten eines Fahrzeugherstellers auf einen Fahrzeugrohbau aufsetzbar ist.
- Ferner kann das Dachmodul nach der Erfindung als reines Festdach oder auch mit einem Dachöffnungssystem ausgebildet sein. Zudem kann das Dachmodul zur Nutzung bei einem Personenkraftwagen oder bei einem Nutzfahrzeug ausgelegt sein.
- Um den Umfeldsensor vor Beschädigungen durch Feuchtigkeit zu schützen, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Umfeldsensor in einer vor Feuchtigkeit geschützten Trockenabteilung des Dachmoduls angeordnet ist. Die erfindungsgemäß vorgesehene Kühleinrichtung sorgt dafür, dass die vom Umfeldsensor abgegebene Abwärme aus der Trockenabteilung abgeführt wird. Ein Wärmestau in der Trockenabteilung wird auf diese Weise zuverlässig ausgeschlossen.
- In welcher Weise die Abwärme aus der Trockenabteilung im Dachmodul abgeführt wird, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Kühleinrichtung zumindest ein Wärmeleitelement umfasst, dem die vom Umfeldsensor abgegebene Abwärme aus der Trockenabteilung abgeleitet werden kann.
- Im Hinblick auf einen möglichst widerstandsfreien Wärmeübergang der vom Umfeldsensor abgegebenen Abwärme auf das Wärmeleitelement ist es besonders vorteilhaft, wenn der Umfeldsensor eine Kühlfläche aufweist. Der Umfeldsensor kann dann durch diese Kühlfläche auf dem Wärmeleitelement zur Anlagen kommen, um einen Wärmeübergang mit geringem Leitwiderstand zu realisieren. Welche Art von Wärmeleitelement zur Wärmeleitung verwendet wird, ist grundsätzlich beliebig. Besonders effektiv kann die Wärmeleitung realisiert werden, wenn das Wärmeleitelement in der Art einer Heatpipe oder in der Art eines Blechteils ausgebildet ist. Bei einer Heatpipe handelt es sich um einen mit Kühlflüssigkeit gefüllten Hohlkörper, der beispielsweise aus Kupfer besteht. Die Kühlflüssigkeit zirkuliert dabei im Inneren des Hohlkörpers, um dadurch die Wärmeleitung effektiver zu gestalten. Der Kühlmittelkreislauf kann offen oder auch geschlossen sein.
- Soweit als Wärmeleitelement ein Blechteil vorgesehen ist, kann dieses bevorzugt in der Art eines Trägerblechs ausgebildet werden. Das Trägerblech kann dabei beispielsweise Bestandteil des Fahrzeugrohbaus oder des Fahrzeugrahmens sein. Auch kann das Trägerblech Bestandteil des Dachmodulrahmens oder eines Dachmodulträgerelements sein. Durch das Trägerblech kann die Abwärme in vielen Fallen so effektiv abgeleitet werden, dass eine aktive Kühlung, beispielsweise mit einem Kühllüfter entfallen kann. Über das Trägerblech kann die Wärme in andere Fahrzeugbereiche abgeleitet werden.
- Soweit das Wärmeleitelement in der Art eines Trägerblechs ausgebildet ist, kann dieses zur Befestigung des Umfeldsensors im Dachmodul genutzt werden. Auf diese Weise kann dann auch ein sehr effektiver Wärmeübergang vom Umfeldsensor auf das Trägerblech realisiert werden.
- An welcher Stelle des Umfeldsensors die Wärme über das Wärmeleitelement abgeleitet wird, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer ersten Variante kommt das Wärmeleitelement an einer Kühlfläche an der Unterseite des Umfeldsensors zur Anlage. Dadurch wird eine besonders einfache Montage ermöglicht. Alternativ dazu kann das Wärmeleitelement auch an einer Kühlfläche an zumindest einer Seitenfläche des Umfeldsensors zur Anlage kommen. Beispielsweise kann das Wärmeleitelement ein L-förmig oder U-förmig ausgebildetes Ende aufweisen, das den Umfeldsensor an zwei oder drei Seitenflächen umgreift. Durch den seitlichen Kontakt zwischen Umfeldsensor und Wärmeleitelement kann vertikaler Bauraum eingespart werden.
- Soweit der Umfeldsensor zum Schutz vor Feuchtigkeit in einer Trockenabteilung angeordnet ist, kann die Kühlung des Umfeldsensors dadurch vereinfacht werden, dass das Dachmodul zusätzlich eine von der Trockenabteilung des Dachmoduls abgeteilte Nassabteilung umfasst. In dieser Nassabteilung wird dann die Kühleinrichtung angeordnet, da ein Medienaustausch durch die Nassabteilung eine besonders effektive Abfuhr der Abwärme ermöglicht.
- Soweit die Trockenabteilung zur Aufnahme des Umfeldsensors und die Nassabteilung zur Aufnahme der Kühleinrichtung unmittelbar zueinander benachbart sind, ist es vorteilhaft, wenn die Trockenabteilung des Dachmoduls mit Dichtungen gegenüber der Nassabteilung abgedichtet wird, um das Eindringen von Feuchtigkeit aus der Nassabteilung in die Trockenabteilung zuverlässig auszuschließen.
- Mit welchem Übertragungsmedium die Abwärme vom Dachmodul unter Verwendung der Kühleinrichtung abgeführt wird, ist grundsätzlich beliebig. Besonders vorteilhaft kann dies durch Verwendung der Umgebungsluft erfolgen, so dass es sich bei der Kühleinrichtung um eine Luftkühlung handelt. Um dies zu realisieren, kann die Wandung der Nassabteilung des Dachmoduls zumindest eine Öffnung vorzugsweise mindestens zwei Öffnungen aufweisen. Durch die Öffnung, insbesondere durch eine erste Öffnung kann dann Frischluft in die Nassabteilung eingefördert werden. Durch Erwärmung der Frischluft kann Abwärme aufgenommen werden. Anschließend wird die erwärmte Frischluft dann durch die Öffnung, insbesondere durch eine zweite Öffnung aus der Nassabteilung ausgefördert und Abwärme aus dem Dachmodul abgeführt. Die Luftströmung wird dabei verbessert, wenn für das Einströmen und das Ausströmen der Luft jeweils zumindest eine separate Öffnung vorhanden ist.
- Um die Kühlluftströmung zu verstärken, kann die Kühleinrichtung einen Kühllüfter umfassen, der die Kühlluft aktiv durch das Dachmodul hindurchfördert.
- Um den Wärmeübergang auf die Kühlluft zu verbessern, kann die Kühleinrichtung zusätzlich einen Kühlkörper umfassen.
- Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Kühlkörper Kühlrippen aufweist, um dadurch die zur Kühlung zur Verfügung stehende Oberfläche des Kühlkörpers zu erhöhen. Solche Kühlkörperrippen sind relativ kompakt und weisen eine große Kühlfläche zum Wärmeübergang auf.
- Alternativ zur Kühlung der Kühleinrichtung mit Kühlluft kann die Kühleinrichtung auch über eine Schnittstelle an dem Kühlmittelkreislauf des Fahrzeugs angeschlossen sein. Auf diese Weise kann der Kühlkreislauf des Fahrzeugs genutzt werden, um die Abwärme aus dem Dachmodul abzuführen. Im Hinblick auf ein effektives Temperaturmanagement im Dachmodul ist es vorteilhaft, wenn das Dachmodul zumindest einen Temperatursensor umfasst, mit dem die Temperatur im Dachmodul gemessen werden kann.
- Dadurch wird es insbesondere möglich, dass die Temperatur im Bereich des Umfeldsensors gemessen wird, um die Temperatur des Umfeldsensors auf ein zulässiges Maß zu begrenzen bzw. eine möglichst rasche Abkühlung unterhalb einer Solltemperatur zu erreichen.
- Die Kühlleistung der Kühleinrichtung kann dann besonders vorteilhaft in Abhängigkeit der mit dem Temperatursensor gemessenen Temperatur gesteuert oder geregelt werden, um eine gewünschte Solltemperatur oder eine gewünschte Grenztemperatur nicht zu überschreiten oder möglichst schnell von einem erhöhten Temperaturbereich auf einen Solltemperaturbereich zu kühlen.
- Welche Art von Umfeldsensor in das Dachmodul eingebaut ist, ist grundsätzlich beliebig. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäß vorgesehene Kühlung im Dachmodul bei Verwendung von Lidar-Sensoren und/oder Radar-Sensoren und/oder Kamera-Sensoren und/oder Multikamera-Sensoren.
- Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung schematisiert dargestellt und wird nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigt:
-
1 ein erfindungsgemäßes Dachmodul im schematisierten Querschnitt; -
1 zeigt ein Dachmodul01 im Querschnitt, wobei in1 nur die Teile des Dachmoduls01 dargestellt sind, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Das Dachmodul01 umfasst ein Flächenbauteil02 zur Bildung der Dachhaut03 eines Fahrzeugs. Unterhalb der vom Flächenbauteil02 gebildeten Dachhaut03 ist ein Umfeldsensor04 vorgesehen, der an der zur Fahrzeugvorderseite weisenden Seite elektromagnetische Signale15 zur Erfassung der Fahrzeugumgebung senden und/oder empfangen kann. - Der Umfeldsensor
04 ist in einer vor Feuchtigkeit geschützten Trockenabteilung05 angeordnet, die nach außen hin feuchtigkeitsdicht gekapselt ist. Auf diese Weise ist der Umfeldsensor04 vor dem Eindringen von Feuchtigkeit zuverlässig geschützt. Hinter der Trockenabteilung05 ist im Dachmodul01 eine Nassabteilung06 vorgesehen, die von der Trockenabteilung05 abgekapselt ist. In der Nassabteilung06 befindet sich eine Kühleinrichtung07 zur Abfuhr von Abwärme aus dem Dachmodul01 . Zwischen der Kühleinrichtung07 und dem Umfeldsensor04 erstreckt sich ein Wärmeleitelement08 , das in der Art einer Heatpipe oder eines Blechteils, beispielsweise eines Trägerblechs, ausgebildet sein kann. Der Umfeldsensor04 ist mit einer Kühlfläche09 auf der zur Trockenabteilung05 weisenden Innenseite des Wärmeleitelements08 befestigt. Auf diese Weise kann die vom Umfeldsensor04 abgegebene Abwärme sehr effektiv auf das Wärmeleitelement08 übertragen werden. - Durch Wärmefluss im Wärmeleitelement
08 wird die Abwärme dann zur Kühleinrichtung07 in der Nassabteilung06 übertragen. Die Kühleinrichtung07 umfasst dabei einen Kühlkörper10 mit einer Vielzahl von Kühlrippen11 . Der Kühlkörper10 ist mit seiner nach unten weisenden Standfläche auf der zur Nassabteilung06 weisenden Innenseite des Wärmeleitelements08 fixiert, so dass die im Wärmeleitelement08 übergeleitete Abwärme mit geringem Widerstand auf dem Kühlkörper10 übergeht. Dadurch erwärmen sich die Kühlrippen11 des Kühlkörpers10 . Mit einem Kühllüfter12 kann durch Öffnungen13 Frischluft in die Nassabteilung06 eingefördert werden, so dass die Frischluft an den Kühlrippen11 vorbeiströmt. Dabei erwärmt sich die Frischluft unter Aufnahme der vom Umfeldsensor04 erzeugten Abwärme. Die erwärmte Frischluft strömt anschließend durch Öffnungen14 aus der Nassabteilung06 aus, so dass dadurch die Wärme vollständig aus dem Dachmodul01 ausgefördert ist. - Mit einem in
1 nicht dargestellten Temperatursensor kann die Temperatur der erwärmten Frischluft, die durch die Öffnungen14 ausströmt, gemessen werden. Abhängig von der gemessenen Temperatur der erwärmten Kühlluft kann die Leistung des Kühllüfters12 erhöht oder abgesenkt werden. - Bezugszeichenliste
-
- 01
- Dachmodul
- 02
- Flächenbauteil
- 03
- Dachhaut
- 04
- Umfeldsensor
- 05
- Trockenabteilung
- 06
- Nassabteilung
- 07
- Kühleinrichtung
- 08
- Wärmeleitelement
- 09
- Kühlfläche
- 10
- Kühlkörper
- 11
- Kühlrippe
- 12
- Kühllüfter
- 13
- Öffnung
- 14
- Öffnung
- 15
- elektromagnetische Signale
Claims (19)
- Dachmodul (01) zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil (02), dessen Außenoberfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut (03) des Fahrzeugdachs bildet, wobei das Dachmodul (01) zumindest ein Umfeldsensor (04) umfasst, der zur Erfassung der Fahrzeugumgebung elektromagnetische Signale (15) senden und/oder empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (04) unter der vom Flächenbauteil (02) gebildeten Dachhaut (03) angeordnet ist, wobei das Dachmodul (01) eine Kühleinrichtung (07) umfasst, mit der die vom Umfeldsensor (04) abgegebene Abwärme und/oder von außen eingeleitete Wärme von dem Umfeldsensor (04) abgeführt werden kann.
- Dachmodul nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (04) in einer vor Feuchtigkeit geschützten Trockenabteilung (05) des Dachmoduls (01) angeordnet ist, wobei die die vom Umfeldsensor (04) abgegebene Abwärme mit der Kühleinrichtung aus der Trockenabteilung (05) abgeführt werden kann. - Dachmodul nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (07) zumindest ein Wärmeleitelement (08) umfasst, wobei die vom Umfeldsensor (04) abgegebene Abwärme mit dem Wärmeleitelement (08) abgeleitet werden kann. - Dachmodul nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (04) zumindest eine Kühlfläche (09) aufweist, wobei der Umfeldsensor (04) mit der Kühlfläche (09) auf dem Wärmeleitelement (08) zur Anlage kommt. - Dachmodul nach
Anspruch 3 oder4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (08) in der Art einer Heatpipe oder in der Art eines Blechteils ausgebildet ist. - Dachmodul nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das als Wärmeleitelement dienenden Blechteil in der Art eines Trägerblechs ausgebildet ist. - Dachmodul nach einem der
Ansprüche 3 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (08) an einer Kühlfläche an der Unterseite und/oder an einer Kühlfläche an zumindest einer Seitenfläche des Umfeldsensors (04) zur Anlage kommt. - Dachmodul nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (07) in einer von der Trockenabteilung (05) abgeteilten Nassabteilung (06) angeordnet ist, wobei die vom Umfeldsensor (04) abgegebene Abwärme mit dem Wärmeleitelement (08) aus der Trockenabteilung (05) in die Nassabteilung abgeleitet wird. - Dachmodul nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenabteilung (05) des Dachmoduls (01) mit Dichtungen gegenüber der Nassabteilung (06) abgedichtet ist. - Dachmodul nach
Anspruch 8 oder9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung der Nassabteilung (06) zumindest eine Öffnung (13, 14) aufweist, wobei durch die Öffnung (13) Frischluft in die Nassabteilung (06) eingefördert werden kann, und wobei durch die Öffnung (14) Abluft aus der Nassabteilung (06) ausgefördert werden kann. - Dachmodul nach einem der
Ansprüche 1 bis10 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (07) zumindest einen Kühllüfter (12) umfasst. - Dachmodul nach einem der
Ansprüche 1 bis11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (07) einen Kühlkörper (10) umfasst. - Dachmodul nach
Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper zumindest eine Kühlrippe (11) aufweist. - Dachmodul nach einem der
Ansprüche 1 bis13 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung des Dachmoduls über Schnittstellen an den Kühlkreislauf des Fahrzeugs anschließbar ist. - Dachmodul nach einem der
Ansprüche 1 bis14 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dachmodul (01) zumindest einen Temperatursensor umfasst, mit dem die Temperatur im Dachmodul gemessen werden kann. - Dachmodul nach
Anspruch 15 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dachmodul (01) zumindest einen Temperatursensor umfasst, mit dem die Temperatur im Bereich des Umfeldsensors (04) gemessen werden kann. - Dachmodul nach
Anspruch 15 oder16 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung der Kühleinrichtung (07) in Abhängigkeit der mit dem Temperatursensor gemessene Temperatur steuerbar oder regelbar ist. - Dachmodul nach einem der
Ansprüche 1 bis17 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (04) in der Art eines Lidar-Sensors und/oder in der Art eines Radar-Sensors und/oder in der Art eines Kamera-Sensors und/oder in der Art eines Multikamera-Sensors ausgebildet ist. - Kraftfahrzeug, umfassend ein Dachmodul nach einem der
Ansprüche 1 bis18 .
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