DE102019128392A1

DE102019128392A1 - Dachmodul mit Umfeldsensor und Sensorabdeckung

Info

Publication number: DE102019128392A1
Application number: DE102019128392.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Huelsen; Alexander Kilias
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-22
Also published as: DE112020005087A5; CN114728632A; US20240083391A1; WO2021078745A1

Abstract

Es wird ein Dachmodul eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, insbesondere eines Personenkraftwagens, umfassend eine Dachhaut, die eine äußere Sichtfläche des Dachmoduls bildet, und mindestens ein Sensormodul (30A, 30B, 32A, 32B) mit einem Umfeldsensor (34A, 34B, 36A, 36B), um in einem autonomen oder teilautonomen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges ein Fahrzeugumfeld zu erfassen, sowie eine Sensorabdeckung, die einen Durchsichtsbereich (38A, 38B, 40A, 40B) für den Umfeldsensor (34A, 34B, 36A, 36B) ausbildet. Das Dachmodul umfasst eine Detektionseinrichtung zur Detektion von Fremdpartikeln (56) auf dem Durchsichtsbereich (38A, 38B, 40A, 40B) der Sensorabdeckung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dachmodul eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
Aus der Praxis sind Dachmodule bekannt, die insbesondere bei einem Personenkraftwagen ein Fahrzeugdach bilden können, welches als separate Baueinheit auf eine einen Fahrzeugrohbau bildende Fahrzeugkarosserie aufsetzbar ist. Solche Dachmodule können als Festdach mit durchgängig karosseriefester Dachhaut ausgebildet sein oder auch ein Dachöffnungssystem aufweisen, welches ein Deckelelement umfasst, mittels dessen eine Dachöffnung wahlweise geschlossen oder geöffnet werden kann.
Des Weiteren ist es bekannt, an einem Fahrzeugdach, das auch als Dachmodul ausgebildet sein kann, Sensormodule anzuordnen, die ein autonomes oder teilautonomes, Fahrerassistenzsysteme nutzendes Fahren des betreffenden Kraftfahrzeuges ermöglichen. Die Sensormodule, die Umfeldsensoren zur Überwachung und Erfassung der Fahrzeugumgebung aufweisen, sind am Fahrzeugdach befestigt, da das Fahrzeugdach in der Regel die höchste Erhebung eines Fahrzeugs ist, von der aus die Fahrzeugumgebung gut einsehbar ist. Um den Umfeldsensor zu schützen, kann eine Sensorabdeckung bzw. ein Sensorgehäuse vorgesehen sein, die bzw. das einen Durchsichtsbereich für den Umfeldsensor ausbildet. Der Durchsichtsbereich ist für die von dem Umfeldsensor genutzte Strahlung transparent. Jedoch kann der Durchsichtsbereich wetterbedingt, umgebungsbedingt oder durch sonstige Einflüsse durch Anlagerung von Partikeln, die auch als Film bzw. Schicht ausgebildet sein können, seine Transparenz für den Umfeldsensor verlieren. Dies kann den Betrieb des Sensormoduls unzuverlässig machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gemäß der einleitend genannten Gattung ausgebildetes Dachmodul zu schaffen, bei dem die Nutzungstauglichkeit des Sensormoduls für einen autonomen bzw. teilautonomen Betrieb des betreffenden Fahrzeugs überwachbar ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Dachmodul mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird also ein Dachmodul vorgeschlagen, bei dem ein Durchsichtsbereich einer Sensorabdeckung mittels einer Detektionseinrichtung für etwaig angelagerte Fremdpartikel versehen ist, so dass der Durchsichtsbereich hinsichtlich einer Nutzbarkeit überwacht werden kann. Durch die Detektion von Fremdpartikeln mittels der Detektionseinrichtung kann auf eine hinreichende Transparenz des Durchsichtsbereichs für eine von dem Umfeldsensor genutzte Strahlung und damit auf die Betriebsfähigkeit des den Umfeldsensor bzw. das Sensormodul umfassende Dachmoduls geschlossen werden. Wenn festgestellt wird, dass sich Schmutz oder sonstige Anlagerungen, wie Schnee, Wasser und/oder Eis, an dem Durchsichtsbereich befinden, muss dieser von den diesbezüglichen Fremdpartikeln gereinigt werden.
Das im Sinne der Erfindung ausgebildete Dachmodul stellt insbesondere in integrierter Weise ein Fahrzeugdach dar, in dem die zum autonomen bzw. teilautonomen Fahren des betreffenden Fahrzeugs erforderlichen Komponenten aufgenommen sind. Mit der Erfindung wird also ein Sensordach bzw. Roof-Sensor-Module (RSM) bereitgestellt, das sowohl das autonome bzw. teilautonome Fahren des betreffenden Fahrzeugs ermöglicht als auch eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dachmoduls durch die Detektion von etwaigen Fremdpartikeln auf dem Durchsichtsbereich der Sensorabdeckung vorsieht.
Das Dachmodul nach der Erfindung kann eine Baueinheit bilden, in der eine Vielzahl funktionaler Elemente integriert ist und die modulartig mit einer Fahrzeugkarosserie bzw. einem Fahrzeugrohbau zur Ausbildung des Fahrzeugdachs verbindbar ist.
Grundsätzlich kann der Umfeldsensor des Sensormoduls des Dachmoduls nach der Erfindung in vielfältiger Weise ausgebildet sein und insbesondere einen LiDAR-Sensor, einen Radar-Sensor, einen optischen Sensor, wie eine Kamera, und/oder dergleichen umfassen. LiDAR-Sensoren arbeiten beispielsweise in einem Wellenlängenbereich von 905 nm oder auch von etwa 1550 nm. Insbesondere der den Durchsichtsbereich bildende Werkstoff muss für den von dem mindestens einen Umfeldsensor genutzten Wellenlängenbereich transparent sein; er muss also in Abhängigkeit von der von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlänge ausgewählt sein. Der Durchsichtsbereich kann insbesondere aus Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat, PMMA oder dergleichen, oder auch aus Glas gebildet sein.
Der Begriff „Fremdpartikel“ ist in seinem breitesten Sinne zu verstehen und umfasst Verschmutzungen, beispielsweise durch Insekten oder andere kleinere oder auch größere Objekte, aber auch insbesondere film- oder beschichtungsartige Anlagerungsformen, die durch Regen, Schnee, Eis, Matsch und/oder dergleichen resultieren und die die Funktionalität des Umfeldsensors beeinträchtigen können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Dachmoduls nach der Erfindung umfasst die Detektionseinrichtung einen Vibrationssensor. Der Vibrationssensor kann in bekannter Weise ein Piezo-Element, einen MEMS-Sensor, einen Beschleunigungssensor, einen optischen Sensor, beispielsweise mit einem Lasermesskopf, und/oder dergleichen umfassen. Mit dem Vibrationssensor wird das Vibrationsverhalten des Durchsichtsbereichs in Abhängigkeit von der Belegung mit Fremdpartikeln ermittelt. Durch die Änderung des Vibrationsverhaltens kann auf die Transparenz des Durchsichtsbereichs für die von dem Sensormodul genutzte Strahlung geschlossen werden.
Bei einer speziellen Ausführungsform des Dachmoduls nach der Erfindung umfasst die Detektionseinrichtung des Weiteren einen Vibrationsgeber, der den Durchsichtsbereich zum Schwingen anregen kann. Der Vibrationsgeber ist beispielsweise durch ein Piezo-Element realisiert. Insbesondere ist es auch denkbar, dass der Vibrationsgeber von dem Vibrationssensor selbst gebildet ist.
Um ein Messsignal der Detektionseinrichtung bewerten zu können, weist eine bevorzugte Ausführungsform des Dachmoduls nach der Erfindung eine Auswerteeinrichtung auf, mittels der ein Signal des Vibrationssensors ausgewertet werden kann. Die Auswerteeinrichtung kann gegebenenfalls neben den Sensorsignalen auch weitere Fahrzeugsignale nutzen.
Die Auswerteeinrichtung kann Mittel umfassen, die detektierte Fremdpartikel klassifizieren, die also erkennen können, um welche Art der Verschmutzung bzw. Anlagerung es sich handelt, beispielsweise, ob es sich bei den detektierten Fremdpartikeln um Insekten oder andere klumpenartige Objekte, um Regen, um Schnee, um Matsch und/oder um dergleichen handelt.
Um einer detektierten Verunreinigung des Durchsichtsbereichs der Sensorabdeckung entgegenzuwirken, weist eine bevorzugte Ausführungsform des Dachmoduls nach der Erfindung eine Reinigungseinrichtung für den Durchsichtsbereich auf, die in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Detektionseinrichtung und/oder der Auswerteeinrichtung aktivierbar ist.
Die Reinigungseinrichtung, mittels der der Durchsichtsbereich von den Fremdpartikeln befreit werden kann, kann in vielfältiger Weise ausgebildet sein. Beispielsweise umfasst die Reinigungseinrichtung eine Reinigungs- bzw. Fluiddüse, mittels der eine Reinigungsflüssigkeit, beispielsweise auch Wasser, auf den Durchsichtsbereich applizierbar ist. Es kann auch eine Reinigungs- bzw. Fluiddüse vorgesehen sein, mittels der Druckluft oder ein sonstiges Reinigungsgas auf den Durchsichtsbereich der Sensorabdeckung applizierbar ist. Das Fluid kann also eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Denkbar ist es auch, dass die Reinigungseinrichtung eine Wisch-Anordnung, wie einen schwenkbaren Wischer mit Wischlippe, oder auch einen Schwingungserzeuger umfasst, der die Sensorabdeckung durch Ultraschall oder dergleichen in Schwingung versetzt, so dass sich die Fremdpartikel von dem Durchsichtsbereich lösen. Der Schwingungserzeuger kann der Vibrationsgeber sein, der die Schwingungen für den Vibrationssensor erzeugt.
Das Dachmodul nach der Erfindung kann ein reines Festdachelement sein, kann aber auch eine Dachöffnung aufweisen, die mittels eines Deckelelements eines Dachöffnungssystems wahlweise verschließbar oder öffenbar ist. Das Dachöffnungssystem kann ein Spoilerdach, ein außen laufendes Schiebedach oder auch ein Hubschiebedach umfassen.
Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug zum Gegenstand, das ein Dachmodul der vorstehend beschriebenen Art umfasst.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges mit einem Dachmodul nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine perspektivische Draufsicht eines Dachbereichs eines Kraftfahrzeugs mit einem Dachmodul nach der Erfindung; und
2 einen Schnitt durch einen einen Umfeldsensor umfassenden Abschnitt des Dachmoduls in einer stark schematisierten Darstellung.

In 1 ist ein Fahrzeugdach 10 eines als Personenkraftwagen ausgebildeten Dachfahrzeugs dargestellt, welches ein Dachmodul 12 aufweist, das auf einen Fahrzeugrohbau 14 aufgesetzt ist, welcher unter anderem bezogen auf eine vertikale Fahrzeuglängsmittelebene beidseits jeweils einen Dachseitenholm 16 umfasst. Das Dachmodul 12 stellt ein Sensordachmodul bzw. ein Roof Sensor Module (RSM) dar, welches mit Vorrichtungen ausgestattet ist, die ein autonomes Fahren des Kraftfahrzeuges ermöglichen. Wie 1 zu entnehmen ist, umfasst das Dachmodul 12 eine Dachöffnung 18, welche mittels eines in Fahrzeuglängsrichtung verlagerbaren Deckelelements 20 wahlweise geöffnet oder verschlossen werden kann. Das Deckelelement 20 ist hierzu beidseits jeweils an einer Führungsschiene gelagert, die Bestandteil eines Dachrahmens 22 ist, der eine Trägerstruktur des Dachmoduls 12 darstellt. Heckseitig von der Dachöffnung 18 umfasst das Dachmodul 12 einen ein Festdachelement bildenden Dachhautabschnitt 24.
Bugseitig von der Dachöffnung 18 umfasst das Dachmodul 12 einen Dachhautabschnitt 26, welcher eine Dachblende darstellt und einem vorderen Windlauf des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist, der sich in Dachquerrichtung erstreckt und einen oberen Querschenkel eines Rahmens einer Windschutzscheibe 28 umfasst. Unter dem eine Sensorabdeckung bildenden Dachhautabschnitt 26 sind mehrere Sensormodule 30A, 30B, 32A und 32B angeordnet, die jeweils einen Umfeldsensor 34A, 34B, 36A bzw. 36B umfassen. Die Umfeldsensoren 34A und 34B sind jeweils als so genannter LiDAR-Sensor ausgebildet, der mit elektrischer Strahlung einer Wellenlänge von 905 nm und/oder 1550 nm arbeitet. Die beiden Umfeldsensoren 36A und 36B umfassen jeweils eine Kamera, die als Mono-/Multi-/Multifokal- und/oder Stereo-Kamera ausgebildet sein kann. Die Kameras der Umfeldsensoren 36A und 36B arbeiten im sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder im nahen Infrarotbereich. Der eine Sensorabdeckung bildende Dachhautabschnitt 26 bildet im Bereich der Sensormodule 30A, 30B, 32A und 32B jeweils einen Durchsichtsbereich 38A, 38B, 40A bzw. 40B aus, der für Wellenlängen zwischen 300 nm und 2000nm und insbesondere auch für Radarstrahlung transparent ist.
Um die Durchsichtsbereiche 38A und 38B sauber halten zu können, weist das Dachmodul 12 bugseitig von diesen Durchsichtsbereichen jeweils eine Fluiddüse 44A bzw. 44B auf, mittels der der jeweilige Durchsichtsbereich 38A bzw. 38B je nach Ausführungsform mit einer unter Druck stehenden Reinigungsflüssigkeit oder auch mit Druckluft beaufschlagt werden kann.
Für die beiden nahe der Fahrzeuglängsmittelebene liegenden Durchsichtsbereiche 40A und 40B weist das Dachmodul 12 jeweils eine Reinigungseinrichtung 48A bzw. 48B auf, die mit einer Fluiddüse 50A bzw. 50B versehen ist, die an einem Ende an einer ausfahrbaren Düsenstange angeordnet ist.
Wie 2 in stark schematisierter Weise zu entnehmen ist, weisen die Durchsichtsbereiche 38A, 38B, 40A und 40B, die aus einem Kunststoff oder auch aus Glas gebildet sind und hinter denen jeweils einer der Umfeldsensoren 34A, 34B, 36A und 36B angeordnet ist, einen Vibrationssensor 52 auf, der ein Piezo-Element umfasst und der das Vibrationsverhalten des betreffenden Durchsichtsbereichs erkennen kann. Zudem kann ein Vibrationsgeber 58 vorgesehen sein, der den betreffenden Durchsichtsbereich 38A, 38B, 40A bzw. 40B zum Schwingen anregen kann und über eine gestrichelt dargestellte Steuerleitung mit einer Auswerteeinrichtung 54 verbunden ist.
Der Vibrationssensor 52 ist über eine gestrichelt dargestellte Signalleitung mit der Auswerte- und Steuereinrichtung 54 verbunden, die die Messsignale des Vibrationssensors 52 auswertet und mittels der Fremdpartikel 56, die sich an dem jeweiligen Durchsichtsbereich 38A, 38B, 40A bzw. 40B angelagert haben, klassifiziert und bewertet werden können. In Abhängigkeit von dem durch die Fremdpartikel 56 erzeugten Vibrationsänderungen kann mittels der Auswerte- und Steuereinrichtung 54 über eine ebenfalls gestrichelt dargestellte Steuerleitung die betreffende Fluiddüse 44A, 44B, 50A bzw. 50B aktiviert werden, so dass durch den von der betreffenden Fluiddüse applizierten Fluidkegel die Fremdpartikel 56 entfernt werden.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugdach
12: Dachmodul
14: Fahrzeugrohbau
16: Dachseitenholm
18: Dachöffnung
20: Deckelelement
22: Dachrahmen
24: Dachhautabschnitt
26: Dachhautabschnitt
28: Windschutzscheibe
30A,B: Sensormodul
32A,B: Sensormodul
34A,B: Umfeldsensor
36A,B: Umfeldsensor
38A,B: Durchsichtsbereich
40A,B: Durchsichtsbereich
44A,B: Fluiddüse
48A,B: Reinigungseinrichtung
50A,B: Fluiddüse
52: Vibrationssensor
54: Auswerte- und Steuereinrichtung
56: Fremdpartikel
58: Vibrationsgeber

Claims

Dachmodul eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens, umfassend eine Dachhaut, die eine äußere Sichtfläche des Dachmoduls bildet, und mindestens ein Sensormodul (30A, 30B, 32A, 32B) mit einem Umfeldsensor (34A, 34B, 36A, 36B), um in einem autonomen oder teilautonomen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges ein Fahrzeugumfeld zu erfassen, sowie eine Sensorabdeckung, die einen Durchsichtsbereich (38A, 38B, 40A, 40B) für den Umfeldsensor (34A, 34B, 36A, 36B) ausbildet, gekennzeichnet durch eine Detektionseinrichtung zur Detektion von Fremdpartikeln (56) auf dem Durchsichtsbereich (38A, 38B, 40A, 40B) der Sensorabdeckung.
Dachmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung einen Vibrationssensor (52) umfasst.
Dachmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung einen Vibrationsgeber (58) umfasst.
Dachmodul nach Anspruch 2 oder 3 in Verbindung mit Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Auswerte- und Steuereinrichtung (54) zur Auswertung eines Signals des Vibrationssensors (52).
Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinrichtung (54) Mittel umfasst, die detektierte Fremdpartikel klassifiziert.
Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Reinigungseinrichtung für den Durchsichtsbereich (38A, 38B, 40A, 40B), die in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Detektionseinrichtung aktivierbar ist.
Dachmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung eine Fluiddüse (44A, 44B, 50A, 50B) umfasst.
Dachmodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung eine Wisch-Anordnung umfasst.
Dachmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (48A, 48B) einen Schwingungserzeuger umfasst.
Kraftfahrzeug, umfassend ein Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9.