DE102020103152A1

DE102020103152A1 - Dachmodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend Sensormodul mit Gehäuse

Info

Publication number: DE102020103152A1
Application number: DE102020103152.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Huelsen
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN115052805A; WO2021156307A1; US20230026815A1

Abstract

Es wird Dachmodul für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend eine Trägerstruktur (20), eine Dachhaut (18), die auf der Trägerstruktur (20) angeordnet ist, sowie mindestens ein Sensormodul (24) mit mindestens einem Umfeldsensor (26) zur Erfassung eines Fahrzeugumfelds und mit mindestens einem Gehäuse (28) zur Aufnahme des Umfeldsensors (26). Das Gehäuse (28) des Sensormoduls (24) ist auf der Trägerstruktur (20) angeordnet und eine Konstruktion hat, die bei Einwirken definierter externer Kräfte kollabiert oder sich verformt, so dass Verformungskräfte, die von dem Sensormodul (24) auf die Trägerstruktur (20) oder ein anderes Dachmodulbauelement wirken, reduziert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dachmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Dachmodul ist aus der Praxis bekannt und insbesondere Bestandteil eines Fahrzeugdaches eines Personenkraftwagens. Das Dachmodul, das ein separates Bauteil darstellt, wird zur Ausbildung eines Fahrzeugdachs auf Dachseitenholme aufgesetzt, die Bestandteil einer einen Fahrzeugrohbau bildenden Fahrzeugkarosserie sind. Das Dachmodul umfasst zudem ein Sensormodul mit einem Umfeldsensor zur Erfassung eines Fahrzeugumfelds und mit einem Gehäuse zur Aufnahme des Umfeldsensors. Das Dachmodul ist Bestandteil eines automom oder teilautonom fahrenden Kraftfahrzeuges.
Bei bisherigen Kraftfahrzeugen bzw. Dachmodulen der vorstehend beschriebenen Art ist das Sensormodul als Aufsatz ausgebildet, der gegenüber der Dachhaut erhöht ist. Damit bildet das Sensormodul die höchste Erhebung des betreffenden Fahrzeugs. Dies führt aber auch zu einem Erscheinungsbild, das in der Regel nicht den Kundenanforderungen entspricht.
Zudem haben bekannte Sensormodule, die als Umfeldsensoren LiDAR-Sensoren, Radar-Sensoren, optische Sensoren, wie Kameras oder dergleichen, umfassen können, ein Gehäuse, das formstabil aus Metall gefertigt ist und ein hohes Gewicht aufweist. Dies erfordert zusätzliche Maßnahmen an dem betreffenden Dach, damit die bestehenden Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können. So ist es erforderlich, Zusatzverstrebungen und/oder Zusatzbleche zu integrieren, um eine hinreichende Crashsicherheit zu gewährleisten und die hierfür vorgegebenen Dacheindrücktests zu bestehen. Es muss nämlich verhindert werden, dass in einer Unfallsituation das Sensormodul nicht von oben in einen Innenraum des betreffenden Fahrzeugs gedrückt wird und so Fahrzeuginsassen gefährdet. Die Zusatzverstrebungen und/oder Zusatzbleche machen das Dach als Ganzes aber schwer und teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dachmodul der einleitend genannten Gattung zu schaffen, das hohen Anforderungen hinsichtlich Insassensicherheit genügt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das Dachmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit der Erfindung wird also ein Dachmodul vorgeschlagen, das neben den üblichen Elementen Trägerstruktur und Dachhaut auch ein Sensormodul mit einem Umfeldsensor und einem Gehäuse aufweist, welches auf der Trägerstruktur angeordnet ist und das eine Konstruktion hat, die bei Einwirken definierter externer Kräfte kollabiert oder sich verformt, so dass Verformkräfte, die von dem Sensormodul auf die Trägerstruktur oder ein anderes Dachmodulbauelement wirken, reduziert sind. Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass das Gehäuse in einer Unfallsituation strukturell nachgeben kann, so dass kinetische Energie aufgenommen wird. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die kinetische Energie zumindest nicht vollständig auf die Trägerstruktur übertragen wird. Zudem kann verhindert werden, dass durch das Sensormodul die Trägerstruktur und/oder ein anderes Dachmodulbauelement und/oder das Sensormodul selbst in Richtung Fahrzeuginnenraum eingedrückt wird, wodurch Fahrzeuginsassen gefährdet werden würden. Insbesondere gibt das Gehäuse des Sensormoduls strukturell, materialbedingt und/oder konstruktionsbedingt definiert nach.
Vorzugsweise umfasst die Konstruktion des Gehäuses einen Materialschwächungsbereich, so dass das Gehäuse beim Einwirken externer Kräfte in definierter Weise bricht und/oder verformt wird.
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, ein Antennensystem und/oder dergleichen umfassen. Grundsätzlich kann der Umfeldsensor beliebige Sensoren umfassen, die elektromagnetische Strahlung und/oder Akkustikwellen nutzen und zur Erfassung der Fahrzeugumgebung und/oder zur Kommunikation mit der Fahrzeugumgebung geeignet sind.
Das Dachmodul nach der Erfindung stellt in integrierter Weise eine Einheit dar, die auf einen Fahrzeugrohbau aufsetzbar ist und in dem durch das Sensormodul Komponenten enthalten sind, die ein autonomes oder teilautonomes Fahren des betreffenden Fahrzeuges ermöglichen. Mit der Erfindung wird also ein so genanntes Sensordachmodul bzw. Roof Sensor Module (RSM) bereitgestellt.
Die Trägerstruktur des Dachmoduls nach der Erfindung ist insbesondere durch einen Dachrahmen gebildet, der die Schnittstelle des Dachmoduls zu Dachholmen darstellt, die Bestandteil eines Fahrzeugrohbaus bzw. einer Fahrzeugkarosserie sind und das Dachmodul im montierten Zustand beispielsweise seitlich begrenzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Dachmoduls nach der Erfindung ist der Materialschwächungsbereich durch eine Sollbruchstelle oder durch einen Sollbiegebereich gebildet. Beim Einwirken externer Kräfte auf das Sensormodul bricht das Gehäuse oder verbiegt das Gehäuse also in definierter Weise. Durch das Brechen oder das Verbiegen kann die kinetische Energie zumindest zum Teil abgebaut werden.
Der Materialschwächungsbereich ist beispielsweise durch einen hinsichtlich der Materialstärke verjüngten Bereich realisiert, der den Schwächungsbereich bildet und bei Einwirken einer definierten Kraft bricht ober verbiegt.
Denkbar ist es auch, den Materialschwächungsbereich durch Einsatz geeigneter Werkstoffe für das Gehäuse des Sensormoduls zu realisieren. So ist das Gehäuse beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt, der mit mindestens einer Sollbruchstelle oder einem Sollbiegebereich versehen ist. Denkbar ist es auch, dass das Gehäuse zumindest bereichsweise ein dünnwandiges Metallgehäuse ist, wobei ein Blechabschnitt des Metallgehäuses den definierten Materialschwächungsbereich in Form einer Materialverjüngung oder dergleichen bildet, der bei Einwirken entsprechend definierter Kräfte verformt wird und/oder bricht.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Materialschwächungsbereich durch Verbindungsmittel zwischen zwei Abschnitten des Gehäuses gebildet ist. Beispielsweise umfassen die Verbindungsmittel eine Verklebung der beiden Abschnitte, eine Niet, die die beiden Abschnitte verbindet, eine Verschraubung, die die beiden Abschnitte verbindet, eine Verrastung zwischen den beiden Abschnitten, eine Schweißnaht oder eine Lötnaht zwischen den beiden Abschnitten. Die Verbindungsmittel sind so ausgebildet, dass sie sich bei Einwirken einer definierten Kraft lösen und die beiden miteinander verbundenen Abschnitte getrennt werden.
Des Weiteren kann das Gehäuse Strukturelemente aufweisen, an dem der Materialschwächungsbereich ausgebildet ist. Beispielsweise weist das Gehäuse eine Verrippung auf, die in dem Materialschwächungsbereich unterbrochen oder verjüngt ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Dachmoduls nach der Erfindung, die hohen optischen Anforderungen genügt, überdeckt die Dachhaut den Umfeldsensor bzw. das Sensormodul. Damit ist das Sensormodul in harmonischer Weise in das Dachmodul integriert. Es ist lediglich erforderlich, dass die Dachhaut auch einen Sensordurchsichtsbereich in Form eines Fensterausschnitts oder dergleichen aufweist, so dass der Umfeldsensor durch diesen Ausschnitt hindurch das Umfeld des Fahrzeugs erfassen kann. Der Sensordurchsichtsbereich kann in einstückiger Weise mit angrenzenden Bereichen der Dachhaut ausgebildet sein oder auch ein Einsatz der Dachhaut sein. In beiden Fällen muss der Sensordurchsichtsbereich transparent sein für die von dem verwendeten Umfeldsensor genutzten Wellenlängen. Wenn der Umfeldsensor ein LiDAR-Sensor ist, arbeitet dieser vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich von etwa 905 nm oder auch von etwa 1550 nm. Eine als Umfeldsensor genutzte Kamera kann im Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts oder auch im Infrarotbereich arbeiten. Der Sensordurchsichtsbereich ist dann insbesondere für diese Wellenlängen und vorzugsweise für einen Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 2000 nm transparent. Auch eine Transparenz des Sensordurchsichtsbereichs für Radarstrahlen ist zweckmäßigerweise realisiert.
Ein Fahrzeug, das mit dem Dachmodul nach der Erfindung ausgestattet ist und als autonom fahrendes Fahrzeug ausgebildet ist, fährt in einem autonomen Fahrmodus selbständig zumindest ohne wesentliche Eingriffe eines Fahrers. In einem teilautonomen Fahrmodus eines in sonstiger Weise gebildeten Kraftfahrzeuges bildet das Dachmodul nach der Erfindung beispielsweise einen Teil eines Fahrerassistenzsystems.
Grundsätzlich bildet das Dachmodul nach der Erfindung in integrierter Weise ein Bauteil, in dem Komponenten aufgenommen sind, die zum autonomen oder teilautonomen Fahren des betreffenden Fahrzeugs erforderlich sind. Das Dachmodul, das eine Vielzahl funktionaler Elemente aufweisen kann, bildet eine kompakte Baueinheit, die auf Seiten eines Fahrzeugherstellers zur Ausbildung des Fahrzeugdachs mit einer Fahrzeugkarosserie bzw. einem Fahrzeugrohbau verbunden werden kann, der Dachholme, zwischen denen das Dachmodul aufgenommen wird und/oder auf denen das Dachmodul montiert wird, oder andere Rohbauelemente zur Lagerung des Dachmoduls umfasst. Es ist auch denkbar, dass das Dachmodul zumindest teilweise Bestandteil eines Fahrzeugrohbaus ist.
Das Dachmodul nach der Erfindung kann mit einer durchgängig festen Dachhaut oder auch mit einem Dachöffnungssystem versehen sein, das ein Deckelelement umfasst, mittels dessen eine Dachöffnung der Dachhaut wahlweise freigegeben oder verschlossen werden kann. Die Dachhaut kann auch einen Dachdurchsichtsbereich bilden, der einen transparenten Festdachabschnitt darstellt.
Die Dachhaut kann das Sensormodul überdecken oder auch einen Ausschnitt aufweisen, dessen Ränder an das Sensormodul grenzen.
Insbesondere ist das Dachmodul nach der Erfindung Bestandteil eines Personenkraftwagens. Es kann aber auch bei einem Nutzfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise als Lieferwagen, als autonom fahrender Kleinbus, wie ein so genannter People Mover, oder auch als LKW-Zugmaschine ausgebildet ist.
Die Erfindung hat zudem ein Fahrzeugdach zum Gegenstand, das für ein Kraftfahrzeug konstruiert ist bzw. Bestandteil eines solchen ist. Dieses Fahrzeugdach umfasst entsprechend dem oben beschriebenen Dachmodul eine Dachhaut, eine Trägerstruktur und mindestens ein Sensormodul und kann diesbezüglich die gleichen Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination aufweisen, weswegen auf die obigen Ausführungen zu dem Dachmodul verwiesen wird. Das Fahrzeugdach kann integrierter Bestandteil eines Fahrzeugaufbaus sein, so dass es nicht separat als Einheit montierbar oder lösbar ist. Auch kann das Fahrzeugdach ein Dachmodul der oben beschriebenen Art umfassen, dessen Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination realisiert sind.
Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug zum Gegenstand, das ein Dachmodul der vorstehend beschriebenen Art umfasst. Das Kraftfahrzeug kann grundsätzlich ein beliebiges straßen-, schienen- oder wassergebundenes Fahrzeug sein, ist aber vorzugsweise ein Personenkraftwagen oder auch ein Nutzfahrzeug.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegentandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Ausführungsbeispiele eines Fahrzeugdachmoduls nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeugdach mit einem Dachmodul nach der Erfindung;
2 einen Schnitt durch das Fahrzeugdach nach 1 entlang der Linie II-II in 1;
3 eine schematische Darstellung eines Sensormoduls des Fahrzeugdachs nach 1; und
4 das Sensormodul nach 3 in einer Unfallsituation.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist und ein Fahrzeugdach 12 aufweist, welches einen Fahrzeuginnenraum überspannt. Das Fahrzeugdach 12 umfasst ein Dachmodul 14, das zwischen Dachseitenholmen 16 angeordnet ist, welche bezogen auf eine vertikale Dachlängsmittelebene beidseits angeordnet sind und die seitlichen Ränder des Fahrzeugdaches 12 bilden. Die Dachseitenholme 14 sind Bestandteil einer einen Fahrzeugrohbau darstellenden Fahrzeugkarosserie.
Wie 2 zu entnehmen ist, umfasst das Dachmodul 14 eine Dachhaut 18 und eine rahmenartige Trägerstruktur 20, die eine Dachunterkonstruktion darstellt und eine Schnittstelle des Dachmoduls 14 zu den Dachseitenholmen 16 bildet.
In der Dachhaut 18 ist in einem zentralen Bereich ein transparenter Dachabschnitt 22 ausgebildet, durch den Licht in einen Fahrzeuginnenraum eintreten kann.
Das Dachmodul 14 ist als Sensordachmodul bzw. Roof Sensor Module (RSM) ausgebildet, das mit Vorrichtungen ausgestattet ist, die ein autonomes Fahren des betreffenden Kraftfahrzeuges ermöglichen. Hierzu weist das Dachmodul 14 eine Sensorik auf, die in den vier Eckbereichen des Dachmoduls 14 jeweils ein Sensormodul 24 umfasst, welches mit Umfeldsensoren 26 versehen ist, mittels derer zur Realisierung des autonomen Fahrens die Fahrzeugumgebung erfasst werden kann. Die Umfeldsensoren 26 sind in einem jeweiligen Gehäuse 28 des betreffenden Sensormoduls 24 angeordnet, welches auf der Trägerstruktur 20 angeordnet ist.
Die Dachhaut 18 übergreift die Sensormodule 24 und weist im Bereich der Sensormodule 24 jeweils eine Seitenwand 30 auf, die einen Sensordurchsichtsbereich für die jeweiligen Umfeldsensoren 26 bildet. Durch Auswerten der Messsignale der Umfeldsensoren 26 mittels einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeuges 10 ist eine jeweilige Verkehrssituation ermittelbar, so dass sich das Kraftfahrzeug 10 autonom bzw. selbsttätig an die jeweilige Verkehrssituation anpassen und entsprechend verhalten kann.
Die Umfeldsensoren 26 können in vielfältiger Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen LiDAR-Sensor, einen Radar-Sensor, eine Kamera und/oder einen sonstigen geeigneten Sensor umfassen.
Die Seitenwände 30 der Dachhaut 18 sind für die von den Umfeldsensoren 26 genutzten Wellenlängen transparent. Insbesondere sind die Seitenwände 30 oder Bereiche der Seitenwände jeweils für Wellenlängen zwischen 200 nm und 2000 nm und/oder für Radarstrahlung transparent.
Die Gehäuse 28 der Sensormodule 24 des Dachmoduls 14 weisen jeweils definierte Materialschwächungsbereiche auf, die durch jeweilige Sollbruchstellen 32 realisiert sind.
Die Sollbruchstellen 32 sind beispielsweise in Form von nutartigen Materialverjüngungen in einem Blech oder Kunststoff ausgebildet, aus dem die Gehäuse 28 hergestellt sind. Damit kann erreicht werden, dass in einer Unfallsituation kinetische Energie, die auf das betreffende Gehäuse 28 wirkt, durch das Brechen des Gehäuses 28 im Bereich der Sollbruchstellen 32 abgebaut wird und nicht von dem Gehäuse 28 auf die Trägerstruktur 20 übertragen wird, da dann das Risiko bestünde, dass das jeweilige Sensormodul 24 die Trägerstruktur 20 bereichsweise in Richtung des Fahrzeuginnenraums drücken würde, wodurch Fahrzeuginsassen gefährdet werden würden. Das Verhalten der Sensormodule 24 in der beschriebenen Unfallsituation ist anhand der 3 und 4 dargestellt. 3 zeigt ein Sensormodul 24 im Normalzustand, das heißt im betriebsbereiten Zustand. Hingegen ist in der anhand 4 dargestellten Situation das Sensorgehäuse 28 durch Kräfte, die entlang der Pfeile Z wirken, zerstört, indem es an den Sollbruchstellen 32 in definierter Weise gebrochen ist.
Die Gehäuse 28 der Sensormodule 24 können auch Materialschwächungsbereiche aufweisen, die durch einen Sollbiegebereich, der anstelle der Sollbruchstellen 32 an dem Gehäuse 28 ausgebildet ist, oder durch Verbindungsmittel, wie eine Verklebung, einen Niet, eine Verschraubung, eine Verrastung, eine Schweißnaht, eine Lötnaht und/oder dergleichen, realisiert sind. Die Verbindungsmittel lösen sich bei Einwirken entsprechender Kräfte.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Fahrzeugdach
14: Dachmodul
16: Dachseitenholm
18: Dachhaut
20: Trägerstruktur
22: transparenter Dachabschnitt
24: Sensormodul
26: Umfeldsensor
28: Gehäuse
30: Seitenwand
32: Sollbruchstelle

Claims

Dachmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend eine Trägerstruktur (20), eine Dachhaut (18), die auf der Trägerstruktur (20) angeordnet ist, sowie mindestens ein Sensormodul (24) mit mindestens einem Umfeldsensor (26) zur Erfassung eines Fahrzeugumfelds und mit mindestens einem Gehäuse (28) zur Aufnahme des Umfeldsensors (26), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) des Sensormoduls (24) auf der Trägerstruktur (20) angeordnet ist und eine Konstruktion hat, die bei Einwirken definierter externer Kräfte kollabiert oder sich verformt, so dass Verformungskräfte, die von dem Sensormodul (24) auf die Trägerstruktur (20) oder ein anderes Dachmodulbauelement wirken, reduziert sind.
Dachmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstruktion des Gehäuses (28) einen definierten Materialschwächungsbereich aufweist, so dass das Gehäuse (28) beim Einwirken externer Kräfte in definierter Weise bricht und/oder verformt wird.
Dachmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialschwächungsbereich eine Sollbruchstelle (32) oder durch einen Sollbiegebereich umfasst.
Dachmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialschwächungsbereich eine Verjüngung einer Gehäusewand des Gehäuses (28) umfasst.
Dachmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialschwächungsbereich Verbindungsmittel zwischen zwei Abschnitten des Gehäuses (28) umfasst.
Dachmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel eine Verklebung, eine Niet, eine Verschraubung, eine Verrastung, eine Schweißnaht, eine Lötnaht und/oder dergleichen umfassen.
Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) Strukturelemente aufweist, an dem der Materialschwächungsbereich ausgebildet ist.
Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt ist.
Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) zumindest bereichsweise ein dünnwandiges Metallgehäuse ist.
Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachhaut (18) den Umfeldsensor (26) überdeckt.
Fahrzeugdach für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend eine Trägerstruktur (20), eine Dachhaut (18), die auf der Trägerstruktur (20) angeordnet ist, sowie mindestens ein Sensormodul (24) mit mindestens einem Umfeldsensor (26) zur Erfassung eines Fahrzeugumfelds und mit mindestens einem Gehäuse (28) zur Aufnahme des Umfeldsensors (26), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) des Sensormoduls (24) auf der Trägerstruktur (20) angeordnet ist und eine Konstruktion hat, die bei Einwirken definierter externer Kräfte kollabiert oder sich verformt, so dass Verformungskräfte, die von dem Sensormodul (24) auf die Trägerstruktur (20) oder ein anderes Dachmodulbauelement wirken, reduziert sind.
Kraftfahrzeug, umfassend ein Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder ein Fahrzeugdach nach Anspruch 11.