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Die Erfindung betrifft ein Dach für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit einem Dach, einen Bausatz für ein Dach eines Kraftfahrzeuges sowie ein Verfahren zur Montage eines Dachs eines Kraftfahrzeuges.
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Ein Dach der vorstehend beschriebenen Art ist aus der Praxis bekannt und insbesondere Bestandteil eines Fahrzeugdachs eines Personenkraftwagens und als Dachmodul ausgebildet. Das Dachmodul ist ein separates Bauelement, das zur Ausbildung des Fahrzeugdachs auf Dachseitenholme aufsetzbar ist, die Bestandteil einer einen Fahrzeugrohbau bildenden Fahrzeugkarosserie sind. Als Schnittstelle zu den Dachseitenholmen und als Element, das dem Dachmodul seine Steifigkeit verleiht, hat das Dachmodul in der Regel eine Trägerstruktur, die von einem Dachrahmen gebildet sein kann. Die Trägerstruktur ist von einer Dachhaut übergriffen, welche die äußere Sichtfläche des Dachmoduls bildet. Das Dachmodul kann als reines Festdachelement ausgebildet sein, das bei einem Panoramadach einen transparenten Dachabschnitt aufweist, der einen Dachdurchsichtsbereich bildet. Zur Ausbildung des Dachdurchsichtsbereichs ist die Dachhaut in dem betreffenden Abschnitt transparent ausgeführt. Alternativ kann das Dachmodul ein Dachöffnungssystem aufweisen, welches ein verstellbares Deckelelement umfasst, mittels dessen eine Dachöffnung wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Bei einem Dachmodul mit einem Dachöffnungssystem reicht die Dachhaut bis an die Dachöffnung heran.
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Des Weiteren ist es bekannt, an einem mit einem Dach versehenen Fahrzeugdach ein Sensormodul anzuordnen, um ein autonomes bzw. teilautonomes Fahren des betreffenden Kraftfahrzeuges zu ermöglichen. Solche Sensormodule können Umfeldsensoren umfassen, mittels derer eine Fahrzeugumgebung überwacht und erfasst werden kann. Auf Basis der Überwachungs- bzw. Erfassungssignale kann das Kraftfahrzeug in einem autonomen bzw. teilautonomen Fahrmodus mittels einer entsprechenden Steuereinrichtung gesteuert werden. Die Sensormodule, die bei autonom bzw. teilautonom fahrenden Kraftfahrzeugen bisher eingesetzt werden, sind auf die Dachhaut des Kraftfahrzeuges aufgesetzt. Damit bilden die Sensormodule die höchste Erhebung des betreffenden Fahrzeugs. Als Aufsatz ausgebildete Sensormodule führen aber zu einem Erscheinungsbild, das gängigen Kundenanforderungen nicht genügt.
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Es ist erforderlich, dass die Umfeldsensoren bzw. Sensormodule sehr präzise gegenüber dem Fahrzeugrohbau positioniert sind, damit mittels der Sensormodule eindeutige und genaue Messungen der Fahrzeugumgebung möglich sind. Zudem soll das Sichtfeld der Umfeldsensoren nicht eingeschränkt sein. Es bestehen also sehr hohe Toleranzanforderungen. Die Abmessungen und Geometrien von Trägerstrukturen verschiedener Fahrzeuge einer bestimmten Baureihe können aber voneinander abweichen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2017 115 675 A1 ist ein Dach für ein autonom fahrendes Kraftfahrzeug mit einer Dachhalterung für Sensorbaugruppen bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dach der einleitend genannten Gattung zu schaffen, bei dem das Sensormodul exakt gegenüber der Trägerstruktur positioniert ist. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Dach, einen Bausatz für ein derartiges Dach und ein Verfahren zur Montage eines derartigen Dachs zu schaffen.
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Diese Aufgaben sind durch das Dach mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, das Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, den Bausatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird also ein Dach vorgeschlagen, bei dem ein Sensormodul auf einer Trägerstruktur befestigt ist, welche von der Dachhaut übergriffen ist, wobei zwischen der Trägerstruktur und dem Sensormodul ein Toleranzausgleichselement angeordnet ist, das eine Relativlage zwischen der Trägerstruktur und dem Sensormodul definiert. Das Toleranzausgleichselement hat exakt die Geometrie, die erforderlich ist, um eine positionsgenaue Anordnung zwischen der Trägerstruktur und dem Sensor zu schaffen und die erlaubten Toleranzen zwischen dem Sensormodul und einem Fahrzeugrohbau, an den die Trägerstruktur angebunden ist, einzuhalten. Bei dem Toleranzausgleichselement handelt es sich um ein präzise vorgefertigtes Zwischenelement, das als Einlage zwischen die Trägerstruktur und das Sensormodul eingebracht ist und das es ermöglicht, die geringen Toleranzen, die bei Umfeldsensoren hinsichtlich ihrer Lage gegenüber dem Fahrzeugrohbau eingehalten werden müssen und die wenige zehntel Millimeter und nur wenige Grad oder wenige zehntel Grad betragen können, in den drei Raumrichtungen einzuhalten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Dachs nach der Erfindung ist das Toleranzausgleichselement eine Toleranzausgleichsplatte, auf der das Sensormodul aufliegt.
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Das Toleranzausgleichselement kann Bohrungen oder andersartig gestaltete Fixierpunkte aufweisen, die eine Befestigung an dem Sensormodul und/oder der Trägerstruktur erlauben. Das Sensormodul liegt im montierten Zustand auf der Toleranzausgleichsplatte auf.
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Um auch die Winkelstellung zwischen dem Sensormodul und der Trägerstruktur definieren zu können, hat das Toleranzausgleichselement bei einer speziellen Ausführungsform des Dachmoduls nach der Erfindung einen keilförmigen oder trapezförmigen Querschnitt. Die keilförmige oder trapezförmige Ausbildung des Toleranzausgleichselements kann insbesondere auch so gewählt werden, dass eine Winkeleinstellung des Sensormoduls gegenüber der Trägerstruktur in zwei Raumrichtungen bezogen auf die Ausrichtung des betreffenden Kraftfahrzeugs erfolgt. Alternativ kann das Toleranzausgleichselement aber auch ein einfacher, gegebenenfalls an seiner spitzen Seite abgeschnittener Keil mit rechteckiger Grundfläche sein, dessen Winkel sich nur in eine Raumrichtung bezogen auf die Fahrzeugausrichtung öffnet.
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Die Trägerstruktur des Dachs nach der Erfindung ist beispielsweise ein Dachrahmen oder Teil eines Dachrahmens oder mit einem Dachrahmen verbunden, der in einem an dem fahrzeugmontierten Zustand des Dachs vorzugsweise eine Schnittstelle zu einem Fahrzeugrohbau bildet, die insbesondere von Dachholmen, wie Dachseitenholmen, gebildet sein kann. Der Dachrahmen kann umlaufend ausgebildet sein oder auch nur einzelne Rahmensegmente umfassen. Die Trägerstruktur kann auch ein zusätzliches Element sein, das mit dem Rahmen bzw. einem betreffenden Rahmensegment verbunden ist.
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Bei einer hohen Designanforderungen genügenden Ausführungsform des Dachs nach der Erfindung übergreift die Dachhaut das Sensormodul. Das Sensormodul ist damit in kompakter Weise von dem Dachmodul aufgenommen.
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Zweckmäßigerweise ist die Dachhaut, welche das Sensormodul übergreift, mit einem Sensordurchsichtsbereich versehen, über den der Umfeldsensor das Fahrzeugumfeld erfassen kann und der als Ausschnitt oder Verscheibung ausgebildet sein kann.
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Der Umfeldsensor des Dachs nach der Erfindung kann in vielfältiger Weise ausgebildet sein, elektromagnetische Strahlung und/oder akustische Wellen nutzen und beispielsweise einen LiDAR-Sensor, einen Radarsensor, einen optischen Sensor, wie eine Kamera, eine Antenneneinrichtung und/oder dergleichen umfassen. 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 und/oder im Infrarotbereich arbeiten. Der Sensordurchsichtsbereich, der an der Dachhaut ausgebildet ist, ist insbesondere für Wellenlängen, die von dem bzw. den Umfeldsensoren genutzt werden, und vorzugsweise für einen Wellenlängenbereich zwischen 200 nm und 2000 nm transparent. Auch eine Transparenz des Sensordurchsichtsbereichs für Radarstrahlen ist zweckmäßigerweise gegeben.
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Mit der Erfindung wird insbesondere ein Dachsensormodul bzw. Roof Sensor Module (RSM) bereitgestellt, das ein autonomes bzw. teilautonomes Fahren des betreffenden Fahrzeugs ermöglicht.
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Ein Fahrzeug, das mit dem Dach 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 Kraftfahrzeugs bildet das Dach nach der Erfindung beispielsweise einen Teil eines Fahrerassistenzsystems.
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Insbesondere umfasst das Dach nach der Erfindung ein Dachmodul, in das in integrierter Weise Komponenten aufgenommen sind, die zum autonomen bzw. teilautonomen Fahren des betreffenden Fahrzeugs erforderlich sind. Das Dach, das eine Vielzahl funktionaler Elemente aufweisen kann, bildet eine kompakte Baueinheit, die auf Seiten eines Fahrzeugherstellers zur Ausbildung eines Fahrzeugdachs mit einer Fahrzeugkarosserie bzw. einem Fahrzeugrohbau verbunden werden kann, der zweckmäßigerweise Dachholme, wie Seitenholme, umfasst, zwischen denen das Dachmodul aufgenommen wird.
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Das Dach nach der Erfindung kann mit einer durchgängig festen Dachhaut oder auch mit einem Dachöffnungssystem versehen sein, das mit einem Deckelelement eine Dachöffnung der Dachhaut wahlweise freigibt oder verschließt. Die Dachhaut kann zudem einen Dachdurchsichtsbereich bilden, der einen transparenten Festdachabschnitt darstellt. Das Dach nach der Erfindung ist insbesondere Bestandteil eines Personenkraftwagens, kann aber auch bei einem Nutzfahrzeug eingesetzt werden, das beispielsweise als Lieferwagen, als autonom fahrender Kleinbus, wie ein so genannter People Mover, als Bus oder auch als LKW-Zugmaschine ausgebildet ist.
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Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug zum Gegenstand, das ein Dach der vorstehend beschriebenen Art umfasst. Das Kraftfahrzeug kann grundsätzlich ein beliebiges straßen-, schienen- oder wassergebundenes Fahrzeug sein, ist aber vorzugsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug.
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Die Erfindung hat des Weiteren einen Bausatz für ein Dach eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens zum Gegenstand, umfassend eine Trägerstruktur und mindestens ein Sensormodul mit mindestens einem Umfeldsensor, das auf der Trägerstruktur befestigbar ist, sowie eine Vielzahl von Toleranzausgleichselementen, die unterschiedliche Abmessungen haben und jeweils beim Fixieren des Sensormoduls auf der Trägerstruktur zwischen dem Sensormodul und der Trägerstruktur anordenbar sind. Der Bausatz enthält also einen Satz von Toleranzausgleichselementen, von denen bei der Montage bzw. beim Zusammensetzen des Dachs in Abhängigkeit von der ermittelten Geometrie der Trägerstruktur und/oder des Sensormoduls mindestens eines ausgewählt wird und zwischen dem Sensormodul und der Trägerstruktur angeordnet wird.
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Zumindest eines der Toleranzausgleichselemente der Auswahl an Toleranzausgleichselementen hat zweckmäßigerweise einen keilförmigen oder trapezförmigen Querschnitt, so dass eine Winkeleinstellung zwischen dem Sensormodul und der Trägerstruktur möglich ist.
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Vorzugsweise haben mehrere der Toleranzausgleichselemente einen keilförmigen und/oder trapezförmigen Querschnitt, wobei sich die Keilwinkel dieser Toleranzausgleichselemente unterscheiden und/oder diese Toleranzausgleichselemente unterschiedliche Trapezwinkel und/oder unterschiedliche Trapezhöhen haben.
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Zudem können die Toleranzausgleichselemente unterschiedliche Dicken aufweisen und/oder auch als Unterlegplatten mit parallelen Großflächen ausgebildet sein.
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Ferner hat die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Dachs eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens, zum Gegenstand, umfassend folgende Schritte:
- - Bereitstellen einer Trägerstruktur;
- - Bereitstellen mindestens eines Sensormoduls mit mindestens einem Umfeldsensor;
- - Vermessen der Trägerstruktur und/oder Vermessen des Sensormoduls zur Ermittlung der Abmessungen der Trägerstruktur und/oder des Sensormoduls;
- - Auswählen eines Toleranzausgleichselements aus einer Vielzahl von Toleranzausgleichselementen mit unterschiedlichen Abmessungen in Abhängigkeit von den Abmessungen der Trägerstruktur und/oder des Sensormoduls; und
- - Fixieren des Sensormoduls auf der Trägerstruktur, wobei das ausgewählte Toleranzausgleichselement zwischen der Trägerstruktur und dem Sensormodul angeordnet wird.
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Durch das Vermessen der Trägerstruktur und/oder des Sensormoduls kann die Relativlage zwischen dem Sensormodul und dem Fahrzeugrohbau ermittelt werden, die sich ohne Einsatz des Toleranzausgleichselements ergäbe und die mittels des Toleranzausgleichselements korrigiert werden kann. Das Toleranzausgleichselement wird zusammen mit dem Sensormodul auf der Trägerstruktur befestigt.
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Als Trägerstruktur wird vorzugsweise ein Dachrahmen bereitgestellt, der insbesondere bereits mit einer Dachhaut versehen sein kann. In der Dachhaut kann eine Öffnung ausgebildet sein, über die das Sensormodul an der Trägerstruktur befestigt werden kann.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeugdach mit einem Dachmodul;
- 2 einen Schnitt durch das Fahrzeugdach nach 1 entlang der Linie II-II in 1; und
- 3a bis d jeweils ein Sensormodul auf einer Trägerstruktur des Dachmoduls mit unterschiedlichen Toleranzausgleichselementen.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist und ein Fahrzeugdach 12 aufweist, welches einen Fahrzeuginnenraum überdeckt. Das Fahrzeugdach 12 umfasst ein Dachmodul 14, das zwischen Dachseitenholmen 16 angeordnet ist, welche bezogen auf eine vertikale Dachlängsmittelebene beidseits angeordnet sind und die seitliche Ränder des Fahrzeugdaches 12 bilden. Die Dachseitenholme 14 sind Bestandteil einer einen Fahrzeugrohbau darstellenden Fahrzeugkarosserie.
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Wie einer Zusammenschau der 1 und 2 zu entnehmen ist, umfasst das Dachmodul 14 eine Dachhaut 18 und eine rahmenartige Trägerstruktur, die eine Dachunterkonstruktion ist und eine Schnittstelle des Dachmoduls 14 zu den Dachseitenholmen 16 bildet.
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Das Dachmodul 14 ist ein Dachsensormodul bzw. Roof Sensor Module (RSM), das mit Vorrichtungen ausgestattet ist, die ein autonomes Fahren des Kraftfahrzeuges 10 ermöglichen. Hierzu weist das Dachmodul 14 eine Sensorik auf, die in den vier Eckbereichen des Fahrzeugdaches jeweils ein Sensormodul 22 umfasst, welches mit Umfeldsensoren 24 ausgestattet ist, mittels derer zur Realisierung des autonomen Fahrens die Fahrzeugumgebung erfasst werden kann. Die Umfeldsensoren 24 sind jeweils an oder in einem Gehäuse 26 angeordnet, welches über ein im Querschnitt keilförmiges Toleranzausgleichselement 28 auf der Trägerstruktur 20 angeordnet ist. Das Toleranzausgleichselement 28, das nach Art einer Toleranzausgleichsplatte ausgebildet ist, ist ein präzise vorgefertigtes Bauelement, das die exakte Positionierung des Sensormoduls 22 gegenüber der Trägerstruktur 20 und damit gegenüber den Dachseitenholmen 16 gewährleistet.
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Die Dachhaut 18 übergreift sowohl die Trägerstruktur 20 als auch die Sensormodule 22. Im Bereich der Sensormodule 22 ist an der Dachhaut 18 jeweils eine Seitenwand 30 ausgebildet, die einen Sensordurchsichtsbereich für den bzw. die Umfeldsensoren 24 des jeweiligen Sensormoduls 22 bildet.
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Die Umfeldsensoren 24 der Sensormodule 22 können in vielfältiger Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen LiDAR-Sensor, einen Radarsensor, eine Kamera und/oder einen sonstigen geeigneten Sensor umfassen. Die Seitenwände 30 der Dachhaut 18, die jeweils als Dachhauteinsatz ausgebildet sein können, sind für die von den Umfeldsensoren 24 genutzten Wellenlängen transparent. Insbesondere sind die Seitenwände 30 für Wellenlängen zwischen 200 nm und 2000 nm und auch für Radarstrahlung transparent.
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Die Umfeldsensoren 24 sind mit einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung des Kraftfahrzeuges 10 verbunden. Durch Auswerten und Analyse der Messsignale der Umfeldsensoren 24 mittels der Steuereinrichtung ist eine jeweilige Verkehrssituation ermittelbar, so dass sich das Kraftfahrzeug 10 autonom bzw. selbsttätig an die jeweilige Verkehrssituation anpassen und entsprechend verhalten kann.
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Bei der Herstellung des Dachmoduls 14 ist es erforderlich, dass die Sensormodule 22 exakt gegenüber dem Rohbau des Kraftfahrzeuges 10 positioniert sind. Die Schnittstelle zu dem Rohbau bildet, wie bereits oben ausgeführt, die Trägerstruktur 20 des Dachmoduls 14. Jedoch können die Abmessungen und Geometrien der Trägerstruktur 20 und der Sensormodule 22 nicht immer dem vorgegebenen Wert entsprechen. Daher wird bei der Herstellung des Dachmoduls 14 die Geometrie der Trägerstruktur 20 vermessen, so dass die Abmessungen und Geometrie derselben ermittelt werden. Entsprechend kann auch die Geometrie des Sensormoduls 22 bzw. des Gehäuses 26 des Sensormoduls 22 vermessen werden, so dass auch dessen Abmessungen und Geometrie bekannt sind. In Abhängigkeit von den ermittelten Abmessungen und Geometrie wird nun aus einer Vielzahl von vorgehaltenen Ausgleichselementen, die sich hinsichtlich Geometrie (Dicke, Keilwinkel, Trapez etc.) unterscheiden, ein bestimmtes Toleranzausgleichselement 28 ausgewählt und als Zwischenelement bzw. Abstandshalter genutzt, über das das jeweilige Sensormodul 22 auf der Trägerstruktur 20 montiert bzw. fixiert wird. Durch das Toleranzausgleichselement 28 ist das Sensormodul 28 hinsichtlich Position und/oder Winkellage präzise festgelegt.
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Ein Bausatz zur Herstellung des Dachmoduls 14 umfasst also zumindest die Trägerstruktur 20, die vier Sensormodule 22 und einen Vielzahl von Toleranzausgleichselementen, die unterschiedliche Geometrien haben und jeweils beim Fixieren des betreffenden Sensormoduls 22 auf der Trägerstruktur 20 zwischen diesem Sensormodul 22 und der Trägerstruktur 20 angeordnet werden können.
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Den 3a bis 3d sind Trägerstrukturen 20a, 20b, 20c und 20d zu entnehmen, die sich hinsichtlich ihrer Neigung gegenüber einem Dachseitenholm 16 unterscheiden. Um trotzdem dem auf der betreffenden Trägerstruktur 20a, 20b 20c bzw. 20d zu positionierenden Sensormodul 22 eine exakte Relativlage gegenüber dem Dachseitenholm 16 geben zu können, wird ein entsprechendes keilartiges Toleranzausgleichselement 28a, 28b, 28c bzw. 28d zwischen das Sensormodul 22 und die Trägerstruktur 20a, 20b, 20c bzw. 20d eingefügt. Das Toleranzausgleichselement 28a unterscheidet sich von dem Toleranzausgleichselement 28c hinsichtlich des Keilwinkels. Das Toleranzausgleichselement 28b unterscheidet sich von den Toleranzausgleichselementen 28a und 28c hinsichtlich der Verjüngungsrichtung des gebildeten Keils. Das Toleranzausgleichselement 28d hat einen trapezförmigen Querschnitt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Fahrzeugdach
- 14
- Dachmodul
- 16
- Dachseitenholm
- 18
- Dachhaut
- 20
- Trägerstruktur
- 22
- Sensormodul
- 24
- Umfeldsensor
- 26
- Gehäuse
- 28
- Toleranzausgleichselement
- 30
- Seitenwand
