DE102019218839A1

DE102019218839A1 - Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums und Verfahren zum Abführen von Wärme einer Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums

Info

Publication number: DE102019218839A1
Application number: DE102019218839.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Habermehl; Stefan Arnold; Christian Schaale; Thomas Aichele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-06-10

Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung (100) zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums. Die Vorrichtung (100) umfasst eine zum Erfassen des Fahrzeuginnenraums angeordnete Abstandsmesseinrichtung (110) und ein die Abstandsmesseinrichtung (110) zumindest teilweise umschließendes Gehäuse (120). Zudem umfasst die Vorrichtung (100) zumindest ein Wärmeabfuhrmittel, das ausgebildet ist, um über eine zum Fahrzeuginnenraum weisende Gehäuseseite (140) des Gehäuses (120) mehr Wärme von der Abstandsmesseinrichtung (110) abzuführen als über weitere Gehäuseseiten des Gehäuses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums.
Für einen Betrieb von Abstandsmesseinrichtungen, insbesondere von ToF-Kameras (ToF = Time of Flight), ToF-Kamerasystemen oder light detection and ranging (LIDAR)-Systemen mit aktiver Beleuchtung kann es bei manchen Anwendungen wichtig sein sicherzustellen, dass eine Betriebstemperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs liegt. Verwendete Lichtquellen wie Laser oder light-emitting diodes (LEDs) können unerwünschte Effekte aufweisen, welche von der Betriebstemperatur herrühren. Solche unerwünschten Effekte sind beispielsweise eine Änderung einer Wellenlänge oder einer Effizienz bei einer Beleuchtung mit der Lichtquelle.
Insbesondere bei vertical-cavity surface emitting lasern (VCSEL) verändert sich die Effizienz (Umsetzung von elektrischer in optische Leistung) mit der Temperatur. Ein für einen Betrieb solcher Lichtquellen geeigneter Temperaturbereich kann bei unzureichender Wärmeabführung inkompatibel mit manchen automotiven Anwendungen sein.
Aufgabe einer Wärmeabführung ist es beispielsweise einen geeigneten Temperaturbereich durch Kühlung zu gewährleisten. Eine etwaige Erwärmung findet beispielsweise ausreichend durch Eigenerwärmung beim Betreiben der der Lichtquelle statt.
Bei Anwendungen im Fahrzeuginnenraum kann die Betriebstemperatur den geeigneten Temperaturbereich verlassen, weil Fahrzeuge sich beispielsweise stark erwärmen durch Sonneneinstrahlung oder im Winter abkühlen. Zudem kann bei einer Anbringung im Bereich der Sonneneinstrahlung oder im Fahrzeugdach ein zu geringer Bauraum für eine Implementierung von Kühlsystemen sein, da Designanforderungen im Hinblick auf ein gefälliges Aussehen bestehen und insbesondere daher wenig Bauraum vorhanden ist.
Bei automobilen Anwendungen kann es daher gewünscht sein, dass die Abstandsmesseinrichtung trotz dieser Umstände funktioniert.
Betriebstemperaturen oberhalb des Temperaturbereichs können außerdem zu einer erhöhten Beanspruchung von Komponenten der Abstandsmesseinrichtung und somit zu einer Verkürzung einer Lebensdauer dieser führen. Insbesondere bei VCSELn steigt beispielsweise zudem ein aufzuwendender Energiebedarf mit der Betriebstemperatur, da die Effizienz sinkt.
Es kann daher als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Konzept für eine verbesserte Wärmeabführung einer Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums zu schaffen.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung kann unter einer verbesserten Wärmeabführung eine gegenüber bekannten Konzepten erhöhte Wärmeabführung verstanden werden.
Diese Aufgabe kann durch den Gegenstand der unabhängigen und abhängigen Ansprüche gelöst werden.
Grundidee der Erfindung ist es insbesondere die Wärme der Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums gezielt in den Fahrzeuginnenraum abzuführen. Bei verschiedenen Implementierungen der Vorrichtung im Fahrzeug kann hierdurch basierend auf Prinzipien der Thermodynamik eine Menge an abgeführter Wärme gegenüber einer isotropen Wärmeabführung erhöht werden. Bei Implementierungen der Vorrichtung im Dachbereich des Fahrzeugs beispielsweise, kann sich aufgrund von Sonneneinstrahlung der Dachbereich (Fahrzeugdach, Dachhimmel, Zwischenraum zwischen Dachhimmel und Fahrzeugdach) derart erwärmen, so dass auf Grundlage thermodynamischer Prinzipien (wie zum Beispiel dem Nullten Hauptsatz der Thermodynamik) über den gegenüber dem Dachbereich kühleren Fahrzeuginnenraum mehr Wärme abgeführt werden kann.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums. Die Vorrichtung umfasst eine zum Erfassen des Fahrzeuginnenraums angeordnete Abstandsmesseinrichtung und ein die Abstandsmesseinrichtung zumindest teilweise umschließendes Gehäuse. Zudem umfasst die Vorrichtung zumindest ein Wärmeabfuhrmittel, das ausgebildet ist, um über eine zum Fahrzeuginnenraum weisende Gehäuseseite des Gehäuses mehr Wärme von der Abstandsmesseinrichtung abzuführen als über weitere Gehäuseseiten des Gehäuses.
Der Fahrzeuginnenraum umfasst beispielsweise eine Fahrgastzelle oder einen Laderaum eines Fahrzeugs. Bei Implementierungen in einer Fahrgastzelle dient die Vorrichtung beispielsweise zur Gestensteuerung oder zur Fahrererkennung und bei Implementierungen im Laderaum beispielsweise zur Überwachung einer Ladungssicherung.
Abhängig von einem Verwendungszweck der Vorrichtung kann die Abstandsmesseinrichtung eine Time Of Flight (TOF) Kamera und/oder ein LIDAR-System umfassen.
Das Gehäuse kann zum einen einem Schutz vor äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel Staub und/oder Wasser dienen, und zum anderen zur Unterbringung/Befestigung von Komponenten der Abstandsmesseinrichtung dienen. Beispielsweise kann das Gehäuse für eine Aufnahme einer Optik und/oder einer Blende der Abstandsmesseinrichtung ausgebildet sein. Hierfür kann das Gehäuse dafür vorgesehene Öffnungen aufweisen.
Für die Überwachung des Fahrzeuginnenraums kann die Vorrichtung im Dachbereich des Fahrzeugs angebracht werden. Die Vorrichtung ist beispielsweise derart in einem Zwischenraum zwischen einem Fahrzeugdach und einem einer Innenverkleidung zugehörigen Dachhimmel des Fahrzeugs angeordnet, so dass die zum Fahrzeuginnenraum weisende Gehäuseseite, beispielsweise aufgrund entsprechender Designanforderungen bündig zum Fahrzeuginnenraum mit dem Dachhimmel abschließt. Alternativ kann die zum Fahrzeuginnenraum weisende Gehäuseseite in den Fahrzeuginnenraum hineinragen. Optional kann die Vorrichtung in Verkleidungsteilen, wie zum Beispiel im Bereich einer Windschutzscheibe, nahe eines Innenspiegels und in einer davorliegenden Konsole angeordnet sein.
Da das Gehäuse die Abstandsmesseinrichtung zumindest teilweise (vorzugsweise ganz) umschließt, kann eine von der Abstandsmesseinrichtung erzeugte Wärme durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung und/oder Konvektion zumindest teilweise an das Gehäuse übertragen und von diesem abgeführt werden.
Für ein Ableiten der Wärme von der Abstandsmesseinrichtung eignet sich beispielsweise ein wärmeleitendes Gehäuse mit einer thermischen Anbindung an Wärmequellen der Abstandsmesseinrichtung. Diese können insbesondere Lichtquellen, wie zum Beispiel VCSEL/LEDs der ToF-Kamera oder des LIDAR-Systems sein.
Als Wärmeabfuhrmittel zum Abführen einer auf das Gehäuse übertragenen oder im Gehäuse befindlichen Wärme sind ein Mittel und/oder eine Maßnahme zu verstehen, welche einer Erhöhung einer über die zum Fahrzeugraum weisenden Gehäuse abgeführten Wärme/Wärmeleistung gegenüber den über die weiteren Gehäuseseiten abgeführten Wärme dienen. Das Wärmeabfuhrmittel begünstigt beispielsweise eine Wärmeabstrahlung, eine Wärmeleitung oder eine Konvektion zur Wärmeabführung von der Vorrichtung.
Wie ein Fachmann verstehen wird, weisen Wärme/Wärmeenergie und Wärmeleistung eine zeitliche Beziehung zueinander auf. Daher können sowohl die Wärmeleistung, als auch die Wärme im Kontext der vorliegenden Erfindung jeweils für ein Maß der Wärmeabführung stehen.
In manchen Ausführungsbeispielen ist das Wärmeabfuhrmittel als passives Wärmeabfuhrmittel ausgebildet.
Als passives Wärmeabfuhrmittel kann ein Wärmeabfuhrmittel verstanden werden, welches ohne Aufwenden oder Zuführen einer Energie, wie zum Beispiel durch Zuführen elektrischer Energie, der Erhöhung der abgeführten Wärmeleistung dient. Das passive Wärmeabfuhrmittel kann insbesondere eine Wärmeabführung durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung und/oder Konvektion verbessern/erhöhen.
In manchen Ausführungsbeispielen ist eine an der zum Fahrzeuginnenraum weisenden Gehäuseseite angeordnete erste Kühlfläche als das passive Wärmeabfuhrmittel ausgebildet. Die erste Kühlfläche kann eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 75 $\frac{W}{m \cdot K}$
aufweisen.
Die Wärmeabführung über die erste Kühlfläche kann insbesondere von einer Wärmeleitfähigkeit der ersten Kühlfläche abhängen. Je höher die Wärmeleitfähigkeit der ersten Kühlfläche ist, desto höher kann eine über dieses abgeführte Wärmeleistung sein.
Die erste Kühlfläche kann daher zumindest teilweise aus wärmeleitenden Werkstoffen, insbesondere aus Metallen wie beispielsweise Kupfer, Stahl, Eisen und/oder Aluminium gefertigt sein. Diese weisen beispielsweise jeweils eine Wärmeleitfähigkeit von über 75 $\frac{W}{m \cdot K}$
auf.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Gehäuse an der zum Fahrzeuginnenraum weisenden Gehäuseseite zumindest eine luftdurchlässige Ausnehmung als passives Wärmeabfuhrmittel.
Die luftdurchlässige Ausnehmung kann beispielsweise ein Lüftungsschlitz oder ein Lüftungsloch sein. Optional können mehrere Ausnehmungen als Lüftungsschlitze oder Lüftungslöcher in die zum Fahrzeuginnenraum weisende Gehäuseseite, beispielsweise in die erste Kühlfläche, eingebracht sein. Diese können einer Belüftung der von dem Gehäuse umschlossenen Abstandsmesseinrichtung dienen. Somit kann eine Wärmeabführung durch Konvektion über die zum Fahrzeuginnenraum weisende Gehäuseseite verbessert/erhöht werden.
In manchen Ausführungsbeispielen weist die erste Kühlfläche zumindest teilweise auf einer zur Abstandsmesseinrichtung weisenden Innenseite eine derartige Färbung auf, so dass die Innenseite der ersten Kühlfläche mindestens einen für Wärmestrahlung definierten Absorptionsgrad von 0,8 aufweist.
Der Absorptionsgrad ist als ein Maß für eine Wärmeleistung zu verstehen, welche über Wärmestrahlung von der ersten Kühlfläche absorbiert werden kann. Als Wärmestrahlung kann insbesondere elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,78 - 30 µm verstanden werden.
Die Wärmeabführung über die erste Kühlfläche kann insbesondere vom Absorptionsgrad abhängig sein. Je höher der Absorptionsgrad ist, desto höher ist beispielsweise die über die erste Kühlfläche abgeführte Wärme/Wärmeleistung.
Der Absorptionsgrad ist insbesondere von der Färbung der Innenseite abhängig. Für einen Absorptionsgrad über 0,8 kann die Innenseite der ersten Kühlfläche beispielsweise eine schwarze, idealerweise matte Färbung aufweisen.
In manchen Ausführungsbeispielen weist die erste Kühlfläche zumindest teilweise auf einer zum Fahrzeuginnenraum weisenden Außenseite eine derartige Färbung auf, so dass die Außenseite der ersten Kühlfläche mindestens einen für Wärmestrahlung definierten Emissionsgrad von 0,8 aufweist
Der Emissionsgrad eines Körpers gibt an, wie viel Strahlung - in diesem Fall insbesondere Wärmestrahlung - er im Vergleich zu einem idealen Wärmestrahler, einem schwarzen Körper, abgibt.
Die Wärmeabführung der ersten Kühlfläche ist insbesondere vom Emissionsgrad abhängig. Je höher der Emissionsgrad ist, desto besser ist beispielsweise die Wärmeabführung.
Der Emissionsgrad ist insbesondere von der Färbung der Außenseite abhängig. Für einen Emissionsgrad über 0,8 kann die Außenseite der ersten Kühlfläche beispielsweise eine schwarze, idealerweise matte Färbung aufweisen.
Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit, des Absorptionsgrads und des Emissionsgrads ist ein Wärmewiderstand der ersten Kühlfläche beispielsweise geringer als ein Wärmewiderstand weiterer Gehäuseseiten. Die Wärmeabführung über die erste Kühlfläche ist daher beispielsweise gegenüber der Wärmeabführung über die weiteren Gehäuseseiten begünstigt.
Der Wärmewiderstand der ersten Kühlfläche ist im Kontext der vorliegenden Erfindung beispielsweise als eine Kombination einzelner Wärmewiderstände zu verstehen, welche sich aus einem Wärmeübergang zwischen der Abstandsmesseinrichtung und der ersten Kühlfläche, einer Wärmeleitfähigkeit der der ersten Kühlfläche und einem Wärmeübergang zwischen der ersten Kühlfläche und dem Fahrzeuginnenraum ergeben.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die erste Kühlfläche eine oder mehrere Kühlrippen auf.
Die Kühlrippen dienen beispielsweise zur Vergrößerung einer Oberfläche der ersten Kühlfläche, um die Wärmeabführung an den Fahrzeuginnenraum zu verbessern. Durch die Vergrößerung der Oberfläche kann die Wärmeabführung durch Konvektion begünstigt werden.
In manchen Ausführungsbeispielen weist die erste Kühlfläche eine derart poröse Struktur auf, so dass die erste Kühlfläche luftdurchlässig ist.
Die poröse Struktur kann durch ein Sintern bei einer Fertigung der Kühlfläche erreicht werden. Beim Sintern werden einzelne Körner/Partikel eines Ausgangsmaterials, welches in grobkörniger Form vorliegt, partiell miteinander verschmolzen, so dass ein hieraus entstehendes Sinterteil Hohlräume und Luftdurchlässe aufweist. Dadurch, dass die Kühlfläche als Sinterteil ausgeführt ist, kann die Wärmeabführung durch Konvektion über die zum Fahrzeuginnenraum weisenden Gehäuseseite erhöht/verbessert und eine Oberfläche der ersten Kühlfläche vergrößert werden.
In manchen Ausführungsbeispielen ist die erste Kühlfläche thermisch mit einer zweiten Kühlfläche gekoppelt.
Die zweite Kühlfläche kann mit der ersten Kühlfläche in Kontakt stehen, so dass zwischen diesen Wärmeleitung möglich ist. Somit kann zusätzlich über die zweite Kühlfläche die Wärmeabführung an den Fahrzeuginnenraum stattfinden.
Die zweite Kühlfläche kann zudem als Zierblende ausgeführt sein und insbesondere dazu dienen die erste Kühlfläche für Insassen des Fahrzeugs zu verdecken.
In manchen Ausführungsbeispielen besteht die zweite Kühlfläche zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff.
Metallische Werkstoffe weisen beispielsweise gegenüber manchen weiteren Materialien, wie zum Beispiel Kunststoffen eine höhere Leifähigkeit auf. Daher ist es beispielsweise für die Wärmeabführung vorteilhaft die zweite Kühlfläche aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Eisen zu fertigen.
Optional können zumindest Komponenten der zweiten Kühlfläche aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Die zweite Kühlfläche umfasst beispielsweise eine in diese eingearbeitete Metallfolie oder ein Metallnetz zur verbesserten Wärmeabführung.
In manchen Ausführungsbeispielen stehen die erste Kühlfläche und die zweite Kühlfläche über ein Wärmeleitmittel miteinander in Kontakt.
Bevorzugte Wärmeleitmittel sind beispielsweise Wärmeleitplatten, Wärmeleitschaum und Wärmeleitpaste. Mit einer Verbesserung der Wärmeleitung zwischen der ersten und der zweiten Kühlfläche kann die Wärmeabführung weiter verbessert werden.
In manchen Ausführungsbeispielen stehen die erste Kühlfläche und die zweite Kühlfläche für eine thermische Koppelung flächig miteinander in Kontakt.
Die erste und die zweite Kühlfläche können derart angeordnet sein, dass diese flächig aneinander anliegen. Je größer eine Kontaktfläche zwischen der ersten und der zweiten Kühlfläche ist, desto höher kann ein Wärmeleitwert zwischen der ersten und der zweiten Kühlfläche sein. Mit einer Vergrößerung der Kontaktfläche kann daher die Wärmeleitung zwischen der ersten und der zweiten Kühlfläche und damit die Wärmeabführung der Vorrichtung verbessert werden.
In manchen Ausführungsbeispielen weist die zweite Kühlfläche eine oder mehrere luftdurchlässige Ausnehmungen auf.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die zweite Kühlfläche eine derart poröse Struktur auf, so dass die zweite Kühlfläche luftdurchlässig ist.
Insbesondere bei Implementierungen der Vorrichtung, bei welchen vorgesehen ist, dass die zweite Kühlfläche die erste Kühlfläche für die Insassen des Fahrzeug zum Fahrzeuginnenraum hin verdeckt, kann durch die luftdurchlässigen Ausnehmungen und/oder durch die poröse Struktur eine Konvektion an der ersten Kühlfläche begünstigt werden.
Zudem hat die zweite Kühlfläche durch die poröse Struktur eine größere Oberfläche als beispielsweise Kühlflächen mit einer massiven Struktur, wodurch die Konvektion an der zweiten Kühlfläche begünstigt sein kann.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die zweite Kühlfläche an einer zum Fahrzeuginnenraum weisenden Sichtfläche eine derartige Färbung auf, so dass die Sichtfläche der zweiten Kühlfläche für Wärmestrahlung mindestens einen Emissionsgrad von 0,8 aufweist.
Äquivalent zu vorhergenannten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Färbung der Außenseite der ersten Kühlfläche, kann der Emissionsgrad für eine verbesserte Wärmeabführung durch eine schwarze, idealerweise matte Färbung der Sichtfläche erhöht werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die zweite Kühlfläche eine oder mehrere Kühlrippen auf.
Äquivalent zur Vergrößerung der Oberfläche der ersten Kühlfläche kann die Vergrößerung einer Oberfläche der zweiten Kühlfläche mittels der Kühlrippen die durch Konvektion bedingte Wärmeabführung begünstigen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die zweite Kühlfläche mit einer Innenraumverkleidung des Fahrzeuginnenraums verbunden.
Als Innenraumverkleidung können Komponenten eines Interieurs des Fahrzeugs verstanden werden. Die Innenraumverkleidung umfasst beispielsweise den Dachhimmel oder die Konsole im Bereich der Windschutzscheibe.
Die zweite Kühlfläche kann als Zierblende ausgeführt sein welche beispielweise mittels einer Klammer mit der Innenraumverkleidung, wie beispielsweise dem Dachhimmel verbunden sein kann. Über eine Verbindung zwischen der zweiten Kühlfläche/Zierblende und der Innenraumverkleidung kann durch Wärmeleidung zusätzlich Wärme abgeführt werden.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist das Wärmeabfuhrmittel als ein aktives Wärmeabfuhrmittel ausgebildet.
Als ein aktives Wärmeabfuhrmittel kann ein solches verstanden werden, welches unter Zuführung von Energie der Wärmeabführung dient. Beispiele für ein aktives Wärmeabfuhrmittel sind ein Lüfter, eine Wasserkühlung oder Peltier-Elemente. Dies können beispielsweise zusätzlich zu dem passiven Wärmeabfuhrmittel dafür verwendet werden die Wärme von der Vorrichtung abzuführen. Beispielsweise sind die Peltierelemente und/oder die Wasserkühlung derart angeordnet, so dass diese einer Kühlung, beziehungsweise der Wärmeabführung von der ersten und/oder der zweiten Kühlfläche dienen.
Einige Beispiele von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1a ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums;
1b ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums;
2a eine Kühlfläche mit luftdurchlässigen Ausnehmungen;
2b eine Kühlfläche mit poröser Struktur; und
2c eine Kühlfläche mit Kühlrippen.

Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.
Abstandsmesseinrichtungen, wie zum Beispiel LIDAR-Systeme oder ToF-Kameras können in Fahrzeugen zur Gestensteuerung in Fahrgastzellen oder in Laderäumen zur Überprüfung einer Ladung oder einer Ladungssicherung zum Einsatz kommen. Jedoch weisen solche Abstandsmesseinrichtungen, beziehungsweise deren Komponenten beispielsweise temperaturabhängige Effekte auf. Temperaturen außerhalb eines für einen Betrieb vorgesehenen Temperaturbereichs können beispielsweise Messfehler hervorrufen oder einen höheren Verschleiß elektronischer Komponenten bedingen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann es daher sein eine Vorrichtung zur Erfassung eines Fahrzeuginnenraums (wie beispielsweise eine Fahrgastzelle oder einen Laderaum) mit verbesserter Wärmeabführung zu schaffen.
1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums (nicht dargestellt).
Die Vorrichtung 100 umfasst eine Abstandsmesseinrichtung 110 zur Erfassung des Fahrzeuginnenraums und ein die Abstandsmesseinrichtung 110 zumindest teilweise umschließendes Gehäuse 120.
Für eine verbesserte Wärmeabführung kann die Vorrichtung ein Wärmeabfuhrmittel umfassen. Als Wärmeabfuhrmittel ist im vorliegenden Beispiel an einer zum Fahrzeuginnenraum weisenden Gehäuseseite 140 eine erste Kühlfläche 130 angeordnet. In manchen Ausführungsbeispielen ist beispielsweise eine zum Fahrzeuginnenraum weisende Fläche des Gehäuses 120 als erste Kühlfläche 130 ausgebildet. In weiteren Ausführungsbeispielen stellt die erste Kühlfläche 130 separates Bauteil dar, welches mit den weiteren Gehäuseseiten des Gehäuses 120 beispielsweise über einen Befestigungsmechanismus (nicht dargestellt) verbunden werden kann.
Die Wärmeabführung einer von der Abstandsmesseinrichtung 110 erzeugten Wärme kann zumindest teilweise über die erste Kühlfläche 130 erfolgen.
Die Wärmeabführung über die erste Kühlfläche 130 hängt insbesondere von einem Wärmewiderstand der ersten Kühlfläche 130 ab. Der Wärmewiderstand der ersten Kühlfläche 130 ist im Kontext der vorliegenden Erfindung beispielsweise als eine Kombination einzelner Wärmewiderstände zu verstehen, welche sich aus einem Wärmeübergang zwischen der Abstandsmesseinrichtung 110 und der ersten Kühlfläche 130, einer Wärmeleitfähigkeit der der ersten Kühlfläche 130 und einem Wärmeübergang zwischen der ersten Kühlfläche 130 und dem Fahrzeuginnenraum ergeben.
Ein Wärmeübergang zwischen der ersten Kühlfläche 130 und der Abstandsmesseinrichtung 110 kann durch Wärmeleitung mittels im Gehäuse 120 angeordneter Wärmeleitelemente 132 stattfinden, welche mit der ersten Kühlfläche 130 und der Abstandsmesseinrichtung gekoppelt sind. In manchen Ausführungsbeispielen können die Wärmeleitelemente im Gehäuse 120 integriert sein.
Insbesondere eine Lichtquelle (nicht dargestellt) der Abstandsmesseinrichtung 110 erzeugt beispielsweise einen Großteil einer von der Abstandsmesseinrichtung 110 erzeugten Wärme/Wärmeenergie. Daher kann insbesondere die Lichtquelle über die Wärmeleitmittel 132 an das Gehäuse 120, beziehungsweise die erste Kühlfläche 130 gekoppelt sein.
Die Wärmeleitelemente 132 umfassen beispielsweise Wärmeleitplatten, Wärmeleitschaum und/oder eine Wärmeleitpaste.
Zusätzlich kann der Wärmeübergang zwischen der Abstandsmesseinrichtung 110 und der ersten Kühlfläche 130 über Wärmestrahlung und/oder Konvektion stattfinden.
Für einen verbesserten Wärmeübergang zwischen der Abstandsmesseinrichtung 110 und der ersten Kühlfläche 130 durch Wärmestrahlung, ist die erste Kühlfläche 130 beispielsweise auf einer Innenseite, welche zur Abstandsmesseinrichtung 110 weist, zumindest teilweise schwarz gefärbt. Optional kann die Innenseite zusätzlich mattiert sein. Eine solche Färbung der Innenseite erhöht beispielsweise einen Absorptionsgrad der ersten Kühlfläche 130 und verringert dadurch den Wärmewiderstand der ersten Kühlfläche 130.
Die Wärmeabführung über die erste Kühlfläche 130 kann insbesondere von einer Wärmeleitfähigkeit der ersten Kühlfläche 130 abhängen. Je höher die Wärmeleitfähigkeit der ersten Kühlfläche 130 ist, desto geringer ist ein Wärmewiderstand zwischen der Innenseite und einer Außenseite der ersten Kühlfläche 130. Insbesondere dadurch kann eine verbesserte Wärmeabführung erreicht werden.
Die erste Kühlfläche 130 kann für die Wärmeabführung vorteilhafterweise zumindest teilweise aus einem Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer und/oder Stahl gefertigt sein, welcher insbesondere in anderen Bereichen der Technik zur Wärmeleitung vorgesehen sein kann.
Umfasst die erste Kühlfläche 130 eine Mehrzahl an Werkstoffen, so kann sich der Wärmeleitwert aus einem Mittel von einzelnen Wärmeleitwerten dieser Werkstoffe ergeben.
Optional können zusätzlich weitere Gehäuseseiten des Gehäuses 120 für eine verbesserte Wärmeabführung zumindest teilweise aus einem solchen Werkstoff gefertigt sein.
Die erste Kühlfläche 130 ist, wie hier gezeigt, beispielsweise derart mit den weiteren Gehäuseseiten verbunden, so dass zumindest ein Teil der auf die weiteren Gehäuseseiten übertragene Wärme über Wärmeleitung an die erste Kühlfläche 130 abgeleitet und über diese von der Vorrichtung 100 abgeführt werden kann.
Für einen verbesserten Wärmeübergang zwischen der ersten Kühlfläche 130 und dem Fahrzeuginnenraum durch Wärmeabstrahlung, ist die erste Kühlfläche 130 beispielsweise auf der Außenseite, welche zum Fahrzeuginnenraum weist, schwarz gefärbt. Optional kann die Außenseite zusätzlich mattiert sein
Die Vorrichtung 100 ist in eine Innenraumverkleidung 150 des Fahrzeugs eingefügt. Zusätzlich kann die Wärmeabführung zumindest teilweise über die Innenraumverkleidung 150 erfolgen. Hierfür können die erste Kühlfläche 130 und die Innenraumverkleidung 150, beispielsweise über eine formschlüssige Verbindung thermisch miteinander gekoppelt sein.
Die erste Kühlfläche 130 kann derart als für Insassen des Fahrzeugs sichtbare Zierblende ausgeführt werden, so dass sich diese sowohl hinsichtlich einer thermischen Koppelung, als auch hinsichtlich einer Fahrzeuginnenraumgestaltung gestalterisch in die Innenverkleidung 150 einfügt.
Um beispielsweise die Zierblende 130 an die Fahrzeuginnenraumgestaltung variabel anpassen zu können, können der Befestigungsmechanismus zur Anbringung der Zierblende 130 am Gehäuse 120 und/oder die Wärmeleitmittel 132 für den Wärmeübergang zwischen der Abstandsmesseinrichtung 110 und der Zierblende 130 einem definierten Standard unterliegen. Dadurch sind beispielsweise unterschiedliche, nach diesem Standard gefertigte Gehäuse 120, Wärmeleitmittel 132 und/oder Abstandsmesseinrichtungen 110 mit unterschiedlich gestalteten Zierblenden 130 kompatibel/koppelbar.
Optional kann eine Koppelung der Zierblende 130 mit dem Gehäuse 120, den Wärmeleitmitteln 132 und/oder der Abstandsmesseinrichtung 110 derart lösbar ausgeführt sein, so dass die Zierblende 130 beispielsweise mit oder ohne Einsatz von Werkzeug ausgetauscht und dadurch auf einfache Art und Weisean eine gewünschte Fahrzeuginnenraumgestaltung angepasst werden kann.
Die erste Kühlfläche/Zierblende 130 weist für die Überwachung des Fahrzeuginnenraums durch die Abstandsmesseinrichtung 110 eine Blende 131 auf. Die Abstandsmesseinrichtung 110 ist derart innerhalb des Gehäuses 120 angeordnet, so dass diese den Fahrzeuginnenraum durch die Blende 131 innerhalb eines Sichtfelds 160 beispielsweise mit der Lichtquelle belichten und mittels eines lichtsensitiven Sensors (Imager) (nicht dargestellt) erfassen kann.
Im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können zusätzliche Merkmale aufweisen, welche einer Verbesserung der Wärmeabführung dienen.
1b beispielsweise zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100. Dieses weist gegenüber dem in 1a gezeigten ersten Ausführungsbeispiel zusätzlich eine zweite Kühlfläche 170 auf, welche über weitere Wärmeleitmittel 132 (wie zum Beispiel Wärmeleitplatten, Wärmeleitpaste und/oder Wärmeleitschaum) mit der ersten Kühlfläche 130 thermisch gekoppelt ist.
Wie bereits in Verbindung mit der ersten Kühlfläche 130 beschrieben, kann die zweite Kühlfläche 170 für eine bessere Wärmeabführung an einer zum Fahrzeuginnenraum weisenden Sichtfläche einen Emissionsgrad von mindestens 0,8 aufweisen. Hierfür kann die Sichtfläche schwarz gefärbt und mattiert sein.
Optional kann das Wärmeleitmittel 132 als trennbare thermische Verbindung, beispielsweise als geklammerte Verbindung ausgeführt sein.
Ein Wärmewiderstand beim Wärmeübergang zwischen der ersten und der zweiten Kühlfläche 130 und 170 ist beispielsweise geringer als der in Verbindung mit 1a gezeigten Wärmeübergang zwischen der ersten Kühlfläche 130 und dem Fahrzeuginnenraum.
Wie in 1 b angedeutet, kann die zweite Kühlfläche 170 eine gegenüber der ersten Kühlfläche 130 größere Oberfläche haben, worüber ein Wärmeübergang an den Fahrzeuginnenraum stattfinden kann. Daher kann ein Wärmewiderstand bei einem Wärmeübergang zwischen der zweiten Kühlfläche 170 und dem Fahrzeuginnenraum geringer sein als bei dem in Verbindung mit 1a gezeigten Wärmeübergang zwischen der ersten Kühlfläche 130 und dem Fahrzeuginnenraum,
Die Wärmeabführung kann daher bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel verbessert sein.
In manchen Ausführungsbeispielen kann die zweite Kühlfläche 170 optional oder anstelle der ersten Kühlfläche 130 als Zierblende ausgeführt sein, welche die Abstandsmesseinrichtung 110 und das Gehäuse 120 für die Insassen des Fahrzeugs verdeckt und sich in die Fahrzeuginnenraumgestaltung einfügt. Daher kann es gewünscht sein, dass die Zierblende 170, wie im Zusammenhang mit der ersten Kühlfläche 130 bereits erläutert, austauschbar ist, um beispielsweise an unterschiedliche Fahrzeuginnenraumgestaltungen angepasst werden zu können.
Eine Verbindung der ersten Kühlfläche 130 mit der zweiten Kühlfläche 170 mittels der Wärmeleitmittel 132 und/oder ein Befestigungsmechanismus (nicht dargestellt) zur Verbindung der Zierblende 170 mit der Innenraumverkleidung 150 können daher einem hierfür definierten Standard unterliegen, so dass beispielsweise zum Fahrzeuginnenraum hin unterschiedlich gestaltete Zierblenden 170 mit dem gleichen Gehäuse 120 koppelbar sind.
Beispielsweise kann das Wärmeleitmittel 132 und/oder der Befestigungsmechanismus zur Verbindung der ersten und der zweiten Kühlfläche 130 und 170 eine Anzahl von Klammern umfassen, welche zur Verbindung der zweiten Kühlfläche 170 mit der ersten Kühlfläche 130, beziehungsweise mit der Innenraumverkleidung 150 mit einer gleichen Anzahl an Ausnehmungen ineinandergreift. In diesem Fall kann der Standard eine Ausführung und/oder eine Anordnung der Klammern und der Ausnehmungen spezifizieren.
Die erste Kühlfläche130 und die Zierblende/zweite Kühlfläche 170 können unterschiedliche jeweils weitere Merkmale aufweisen, welche die Wärmeabführung beeinflussen/verbessern .
Beispielsweise für ein Belichten und Erfassen des Fahrzeuginnenraums kann die zweite Kühlfläche 170 eine für eine Strahlung der Lichtquelle durchlässige Optik 171 umfassen.
Die Optik 171 kann beispielsweise als eine Blende, als eine Linse oder als eine für die Strahlung durchlässige Abdeckplatte ausgebildet sein.
2a, 2b und 2c zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel der ersten Kühlfläche 130 und/oder der zweiten Kühlfläche 170 mit Merkmalen für eine verbesserte Wärmeabführung.
Abhängig von einer Implementierung der Vorrichtung 100 in dem Fahrzeug können die erste Kühlfläche 130 und die zweite Kühlfläche 170 verschiedene der im Folgenden beschriebenen Merkmale aufweisen.
2a zeigt zumindest einen Ausschnitt der ersten Kühlfläche 130, beziehungsweise der zweiten Kühlfläche 170 mit unterschiedlich ausgeführten luftdurchlässigen Ausnehmungen 134-1, 134-2 und 134-3. Dadurch kann erreicht werden, dass mittels Konvektion Wärme durch die erste Kühlfläche, beziehungsweise durch die zweite Kühlfläche abgeführt werden kann.
Solche Ausnehmungen in zumindest einer der Kühlflächen 130 und 170 können sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn ansonsten eine über Konvektion abgeführte Wärmeleistung für die Implementierung unzureichend ist. Beispielsweise können in die zweite Kühlfläche 170 derartige Ausnehmungen 134-1, 134-2 und 134-3 eingebracht sein, um eine mittels Konvektion mögliche Wärmeabführung von der ersten Kühlfläche 130 zu verbessern.
Die Ausnehmungen 134-1, 134-2 und 134-3 unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich ihres Verlaufs innerhalb der ersten Kühlfläche 130 oder zweiten Kühlfläche 170 und hinsichtlich ihrer Form.
Die Ausnehmung 134-1 ist beispielsweise eine zylindrische Ausnehmung, welche senkrecht zur Oberfläche der ersten Kühlfläche 130, beziehungsweise zweiten Kühlfläche verläuft.
Die Ausnehmung 134-2 ist eine zylindrische Ausnehmung, welche schräg, unter einem Winkel zu einer Flächennormalen der Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 verläuft.
Alternativ können derartige Ausnehmungen aus rechteckig, elliptisch oder mit einer anderen Form ausgebildet sein.
Die Ausnehmung 134-3 weist eine gewinkelte Struktur (Labyrinthstruktur) auf. Eine solche Labyrinthstruktur kann sich alternativ aus einer Anordnung aus mehreren von der Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 umfassten Gitterstrukturen. Die Gitterstrukturen weisen beispielsweise eine Mehrzahl an Ausnehmungen 134-1 und/oder 134-2 auf und können versetzt zueinander übereinander angeordnet sein.
Alternativ kann eine solche Kühlfläche durch ein dreidimensionales Druckverfahren gefertigt werden.
Die über Konvektion durch die Ausnehmungen 134-1, 134-2 und 134-3 abgeführte/abführbare Wärmeleistung kann je nach Form und Dimensionierung variieren.
Die Ausnehmungen 134-2 oder 134-3 können gegenüber einem Kühlkörper mit den Ausnehmungen 134-1 zumindest bei einer senkrechten Draufsicht eine Blickdichtigkeit gewährleisten.
Ausführungsbeispiele der Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 können eine Mehrzahl einzelner der Ausnehmungen 134-1, 134-2 und 134-3 oder jedwede Kombination verschiedener der Ausnehmungen 134-1, 134-2 und 134-3 aufweisen.
2b zeigt zumindest einen Ausschnitt der ersten Kühlfläche 130, beziehungsweise der zweiten Kühlfläche 170 mit einer porösen Struktur.
Die Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 liegt beispielsweise als Sinterteil oder als Metallschaum vor. Beim Sintern werden Partikel 136 (beispielsweise (Metall-)Kügelchen) derart an deren Grenzflächen miteinander verschmolzen, so dass Hohlräume (Zwischenräume) und/oder luftdurchlässige Labyrinthstrukturen in der Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 verbleiben.
Dadurch wird beispielsweise eine Wärmeabführung mittels Konvektion durch die Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 verbessert.
Zudem weist eine durch Sintern gefertigte Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 beispielsweise eine größere Oberfläche gegenüber einer Kühlfläche mit einer glatten Oberfläche (gestrichelte Linie) auf.
Dadurch wird beispielsweise eine Wärmeabführung von der Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 an eine Umgebung mittels Konvektion verbessert.
2c zeigt zumindest einen Ausschnitt der ersten Kühlfläche 130, beziehungsweise der zweiten Kühlfläche 170 mit einer Mehrzahl an Kühlrippen 138 (Kühlrippenstruktur) zur Oberflächenvergrößerung.
Die Oberflächenvergrößerung bewirkt beispielsweise eine verbesserte Wärmeabführung von der Kühlfläche 130, beziehungsweise 170 durch Konvektion.
Zudem können zumindest manche der Kühlrippen 138, wie dargestellt, dazu dienen Ausnehmungen, wie zum Beispiel hier die Ausnehmung 134-2, für Insassen des Fahrzeugs zu kaschieren oder die Blickdichtigkeit zu verbessern.
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums
110: Abstandsmesseinrichtung
120: Gehäuse
130: erste Kühlfläche
131: Blende
132: Wärmeleitmittel
134-1: Ausnehmung mit zylindrischer Form
134-2: Ausnehmung mit einem schrägen Verlauf zur Flächennormalen der ersten Kühlfläche
134-2: Ausnehmung mit Labyrinthstruktur
136: Partikel/Metallkügelchen
138: Kühlrippe
140: zum Fahrzeuginnenraum weisende Seite
150: Innenraumverkleidung
160: Sichtfeld der Abstandsmesseinrichtung
170: Kühlfläche

Claims

Vorrichtung (100) zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraums, umfassend: eine zum Erfassen des Fahrzeuginnenraums angeordnete Abstandsmesseinrichtung (110); ein die Abstandsmesseinrichtung (110) zumindest teilweise umschließendes Gehäuse (120); und zumindest ein Wärmeabfuhrmittel, das ausgebildet ist, um über eine zum Fahrzeuginnenraum weisende Gehäuseseite (140) des Gehäuses (120) mehr Wärme von der Abstandsmesseinrichtung (110) abzuführen als über weitere Gehäuseseiten des Gehäuses (120).
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei das Wärmeabfuhrmittel als ein passives Wärmeabfuhrmittel ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei das Gehäuse (120) an der zum Fahrzeuginnenraum weisenden Gehäuseseite (140) zumindest eine luftdurchlässige Ausnehmung (134-1, 134-2, 134-3) als passives Wärmeabfuhrmittel umfasst.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei eine an der zum Fahrzeuginnenraum weisenden Gehäuseseite (140) angeordnete erste Kühlfläche 130 als das passive Wärmeabfuhrmittel ausgebildet ist, wobei die erste Kühlfläche 130 eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 75 $\frac{W}{m \cdot K}$
aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch4, wobei die erste Kühlfläche (130) zumindest teilweise auf einer zur Abstandsmesseinrichtung (110) weisenden Innenseite eine derartige Färbung aufweist, so dass die Innenseite der ersten Kühlfläche (130) mindestens einen für Wärmestrahlung definierten Absorptionsgrad von 0,8 aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 4 und 5, wobei die erste Kühlfläche (130) zumindest teilweise auf einer zum Fahrzeuginnenraum weisenden Außenseite eine derartige Färbung aufweist, so dass die Außenseite der ersten Kühlfläche (130) mindestens einen für Wärmestrahlung definierten Emissionsgrad von 0,8 aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die erste Kühlfläche (130) eine oder mehrere Kühlrippen (138) aufweist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die erste Kühlfläche (130) eine derart poröse Struktur aufweist, so dass die erste Kühlfläche (130) luftdurchlässig ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die erste Kühlfläche (130) thermisch mit einer zweiten Kühlfläche (170) gekoppelt ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, wobei die zweite Kühlfläche (170) und die erste Kühlfläche (130) über ein Wärmeleitmittel (132) miteinander in Kontakt stehen.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die zweite Kühlfläche (170) und die erste Kühlfläche (130) für eine thermische Koppelung flächig miteinander in Kontakt stehen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zweite Kühlfläche (170) mit einer Innenraumverkleidung (150) des Fahrzeuginnenraums verbunden ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmeabfuhrmittel als ein aktives Wärmeabfuhrmittel ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstandsmesseinrichtung (110) eine Time Of Flight Kamera umfasst.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstandsmesseinrichtung (110) ein LIDAR-System umfasst.