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Die Erfindung betrifft ein Dach für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Enteisen eines Sensordurchsichtsbereichs.
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Ein derartiges Dach ist aus der Praxis bekannt und stellt insbesondere bei einem Personenkraftwagen ein Fahrzeugdach dar, das in Form eines Dachmoduls als separate Baueinheit auf eine einen Fahrzeugrohbau bildende Fahrzeugkarosserie aufsetzbar ist und mindestens ein Sensormodul umfasst, das ein autonomes bzw. teilautonomes Fahren des Fahrzeugs ermöglicht. Das Sensormodul ist unter einer Dachhaut angeordnet, die sich im Wesentlichen über die gesamte Grundfläche des Daches erstrecken kann. Damit ein Umfeldsensor des Sensormoduls die Fahrzeugumgebung überwachen und erfassen kann, weist die Dachhaut mindestens einen Sensordurchsichtsbereich auf, der für die von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlängen transparent ist. Um einen zuverlässigen autonomen oder teilautonomen Fahrmodus mit einer hinreichenden Verkehrssicherheit zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass der Umfeldsensor das Fahrzeugumfeld unterbrechungsfrei überwacht. Eine durchgängige Sensorverfügbarkeit sollte also gewährleistet sein.
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Zum Entfernen etwaiger Vereisungen oder gefrorener Verunreinigungen des Sensordurchsichtsbereichs ist es bekannt, den Sensordurchsichtsbereich mit einer Heizeinrichtung in Form von Heizdrähten oder dergleichen zu versehen. Der mit der Heizeinrichtung erfolgende Enteisungsprozess ist aber zeitaufwendig, so dass wiederum keine durchgängige Verfügbarkeit des Umfeldsensors für den autonomen bzw. teilautonomen Fahrbetrieb gewährleistet ist. Zudem ist eine hohe Heizleistung der Heizeinrichtung erforderlich, um Eis oder Schnee überhaupt zu entfernen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dach der einleitend genannten Art zu schaffen, bei dem der Sensordurchsichtsbereich in kurzer Zeit mit einer geringen Heizleistung von Verunreinigungen in Form von Eis, Schnee, gefrorenen Verunreinigungen oder dergleichen befreit werden kann. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, gemäß dem der Sensordurchsichtsbereich in effizienter Weise von Eis, Schnee, gefrorenen Verunreinigungen oder dergleichen befreit werden kann.
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Diese Aufgaben sind erfindungsgemäß durch das Dach mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird also ein Dach für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen vorgeschlagen, umfassend eine Dachunterkonstruktion, mindestens ein Sensormodul mit einem Umfeldsensor zur Erfassung eines Fahrzeugumfelds, eine Dachhaut, die das Sensormodul übergreift und einen Sensordurchsichtsbereich für den Umfeldsensor aufweist, sowie eine Enteisungseinrichtung für den Sensordurchsichtsbereich, die eine Heizeinrichtung umfasst, welche mit einer Steuereinrichtung verbunden ist. Die Enteisungseinrichtung umfasst zudem eine Fluiddüse, der ein Steuerventil zugeordnet ist, das mit der Steuereinrichtung verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, zum Entfernen einer Vereisung von dem Sensordurchsichtsbereich sukzessive zunächst die Heizeinrichtung und dann das Steuerventil der Fluiddüse zu betätigen bzw. zu aktivieren. Die Aktivierung der Fluiddüse kann also durch Betätigen des Steuerventils erfolgen, das der Düse vorgeschaltet ist und gegebenenfalls integrierter Bestandteil einer Düsenanordnung sein kann, die die Fluiddüse umfasst.
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Bei dem Dach nach der Erfindung erfolgt also das Entfernen einer angefrorenen Verunreinigung des Sensordurchsichtsbereichs durch eine kombinierte und koordinierte Betätigung einer Heizeinrichtung und einer Fluiddüse. Damit ist es möglich, zunächst mittels der Heizeinrichtung eine Verunreinigung, die in Form von Eis, Schnee und/oder angefrorenem Matsch an dem Sensordurchsichtsbereich vorliegt, in dem an dem Sensordurchsichtsbereich anliegenden Bereich in kurzer Zeit anzuschmelzen und dann, sobald sich eine dünne angeschmolzene Schicht bzw. ein Schmelzfilm der Vereisung an dem Sensordurchsichtsbereich ausgebildet hat, die Fluiddüse zu betätigen, um mittels des applizierten Fluids den Sensordurchsichtsbereich auf mechanische Weise komplett oder zumindest zu einem großen Teil von der Vereisung zu befreien. Dieser Enteisungsvorgang kann innerhalb weniger Sekunden, beispielsweise innerhalb von maximal 30 Sekunden oder maximal 60 Sekunden durchgeführt werden. Zudem gewährleistet die im Sinne der Erfindung ausgebildete Enteisungseinrichtung eine effektive und wirksame Befreiung des Sensordurchsichtsbereichs von Eis, Schnee oder dergleichen, da die Vereisung mittels des Fluids weggestoßen bzw. weggeblasen wird und nicht wie bei bisher bekannten Enteisungseinrichtungen mit Heizeinrichtung nach dem Auftauen erst langsam abfließen muss. Die von der Heizeinrichtung aufzubringende Heizleistung ist durch die nachgeschaltete Nutzung der Fluiddüse im Vergleich zu bekannten Enteisungseinrichtungen mit Heizeinrichtung gering. Zudem kann die Heizeinrichtung der Enteisungseinrichtung klein ausgelegt sein, das heißt, es sind nur wenige oder gar keine Heizdrähte in dem tatsächlichen Sensordurchsichtsbereich oder nur eine dünne Heizschicht auf dem Sensordurchsichtsbereich erforderlich, was wiederum zu einer günstigen Sensorstrahltransmission und damit zu einer verbesserten Performance des Umfeldsensors führt.
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Die Fluiddüse der Enteisungseinrichtung des Daches nach der Erfindung kann ein gasförmiges oder ein flüssiges Fluid auf den Sensordurchsichtsbereich applizieren. Insbesondere wird das Fluid strahlförmig auf den Sensordurchsichtsbereich appliziert, um die Verunreinigung, das heißt Eis, Schnee oder dergleichen, auf mechanische Weise wirksam entfernen zu können. So wird beispielsweise ein Wasserstrahl oder auch ein Druckluftstrahl auf den Sensordurchsichtsbereich appliziert. Denkbar ist es zudem, dass der Fluidstrahl gesteuert auf den Sensordurchsichtsbereich appliziert wird und damit den Sensordurchsichtsbereich beispielsweise zeilenförmig, spaltenförmig und/oder wellenförmig abfährt oder ganz gezielt auf bestimmte Punkte oder Bereiche gerichtet wird.
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Die Heizeinrichtung, die an den Sensordurchsichtsbereich angebunden ist, umfasst beispielsweise einen Heizdraht, eine Heizbeschichtung und/oder eine Heizfolie.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Daches nach der Erfindung, bei dem das Transmissionsverhalten des Sensordurchsichtsbereichs optimiert ist, ist die Heizeinrichtung an einem Rand des Sensordurchsichtsbereichs angeordnet, so dass die Funktion des Umfeldsensors nicht durch die in Form von Heizdrähten oder dergleichen ausgebildete Heizeinrichtung gestört werden kann. Trotzdem kann mittels der Heizeinrichtung eine hinreichende Heizleistung in den Werkstoff des Sensordurchsichtsbereichs eingetragen werden, um die in Form von Eis, Schnee oder dergleichen vorliegende Vereisung anzuschmelzen und damit den ersten Enteisungsschritt durchzuführen.
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Zweckmäßigerweise wird die Enteisungseinrichtung bedarfsabhängig eingesetzt. Um dies umsetzen zu können, ist vorzugsweise ein Zustandsdetektor vorgesehen, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist und der eine Verunreinigung und/oder Vereisung des Sensordurchsichtsbereichs erkennt. Bei Erkennen einer Vereisung steuert die Steuereinrichtung sukzessive erst die Heizeinrichtung und dann die Fluiddüse an.
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Um das Dach nach der Erfindung möglichst kompakt auszubilden und eine Schnittstelle zur Anbindung an einen Fahrzeugrohbau bereitzustellen, umfasst die Dachunterkonstruktion vorzugsweise einen Dachrahmen, auf dem das Sensormodul angeordnet ist, wobei die Fluiddüse vorzugsweise an dem Sensormodul angeordnet ist und die Dachhaut durchgreift. Die Fluiddüse ist in diesem Fall Bestandteil des Sensormoduls, welches einen Träger in Form eines Trägerelements für mehrere Umfeldsensoren aufweisen kann, das auf dem Dachrahmen montiert ist und an dem auch die Fluiddüse fixiert ist. Alternativ kann die Fluiddüse an einem Dachrahmen bzw. einer Dachunterkonstruktion angeordnet sein und dann gegebenenfalls ebenfalls die Dachhaut durchgreifen.
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Der Dachrahmen, der die Dachunterkonstruktion darstellen kann und als Träger für das Sensormodul ausgelegt sein kann, umfasst beispielsweise mindestens ein Rahmenquerteil, das ein Rahmenvorderteil bildet, ein Rahmenquerteil, das ein Rahmenhinterteil bildet, und zwei Rahmenlängsschenkel, die sich in Längsrichtung des Daches erstrecken. Vorzugsweise sind sowohl an dem Rahmenvorderteil als auch an dem Rahmenhinterteil Sensormodule gelagert, so dass im Wesentlichen das gesamte Fahrzeugumfeld mittels der an dem Fahrzeugdach angeordneten Umfeldsensoren erfasst werden kann.
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Das Dach nach der Erfindung ist vorzugsweise ein Dachmodul, das damit eine Baueinheit bildet, die in integrierter Weise Komponenten aufnimmt, die zum autonomen bzw. teilautonomen Fahren des betreffenden Kraftfahrzeuges erforderlich sind. Das Dachmodul kann als Einheit auf Seiten eines Fahrzeugherstellers auf eine Fahrzeugkarosserie bzw. einen Fahrzeugrohbau aufgesetzt werden.
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Mit der Erfindung wird damit ein Sensordach bzw. ein Roof Sensor Module (RSM) bereitgestellt, das das autonome bzw. teilautonome Fahren des betreffenden Fahrzeugs ermöglicht und in dem zum einen das mindestens eine Sensormodul und zum anderen die Enteisungseinrichtung zum Entfernen von angefrorenen Verunreinigungen von dem Sensordurchsichtsbereich aufgenommen sind.
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Die Dachhautanordnung, die das Sensormodul überdeckt, kann in optisch ansprechender Weise an das Design bzw. Erscheinungsbild des betreffenden Fahrzeugs angepasst sein. Beispielsweise kann das Dach nach der Erfindung auch einen transparenten Festdachabschnitt und/oder einen öffenbaren Dachabschnitt aufweisen, wobei dann die zum autonomen bzw. teilautonomen Fahren erforderlichen Mittel außerhalb des transparenten Festdachabschnitts und/oder außerhalb des öffenbaren Dachabschnitts angeordnet sind, beispielsweise auf dem Dachrahmen, der die Schnittstelle zu dem Fahrzeugrohbau bildet.
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Die Dachhautanordnung des Dachmoduls nach der Erfindung kann einstückig oder auch mehrstückig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Dachhautanordnung mehrere Blendensegmente umfassen, die flächenbündig zu der Dachhautanordnung zusammengesetzt sind.
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Das Dach nach der Erfindung kann zum Einsatz bei einem Personenkraftwagen oder auch bei einem Nutzfahrzeug, wie einem Lieferwagen, einem Kleinbus, wie einem so genannten People Mover, oder auch bei einer Lkw-Zugmaschine zum Einsatz kommen.
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Der Umfeldsensor des Sensormoduls, mit dem das Dachmodul nach der Erfindung ausgestattet ist, kann grundsätzlich in vielfältiger Weise ausgebildet sein und insbesondere einen Lidar-Sensor, einen Radar-Sensor, eine optischen Sensor, wie eine Kamera, und/oder dergleichen umfassen. Lidar-Sensoren arbeiten 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. Grundsätzlich ist der Sensordurchsichtsbereich für die von dem Umfeldsensor genutzten Wellenlängen transparent. So kann der Sensordurchsichtsbereich so ausgelegt sein, dass Signale durchtreten können, die in einem Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 2000 nm liegen.
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Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug zum Gegenstand, das ein Dach der vorstehend beschriebenen Art umfasst.
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Des Weiteren hat die Erfindung eine Sensoranordnung zum Gegenstand, die einen Umfeldsensor und einen Sensordurchsichtsbereich umfasst. Die Sensoranordnung weist des Weiteren eine Enteisungseinrichtung für den Sensordurchsichtsbereich auf, die eine Heizeinrichtung umfasst, die mit einer Steuereinrichtung verbunden ist; eine Fluiddüse bzw. ein der Fluiddüse zugeordnetes Steuerventil der Enteisungseinrichtung ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung verbunden. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, zum Entfernen einer Vereisung von dem Sensordurchsichtsbereich sukzessive zunächst die Heizeinrichtung und dann die Fluiddüse bzw. das Steuerventil der Fluiddüse zu betätigen.
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Mittels der Fluiddüse kann bei der Sensoranordnung nach der Erfindung ein Fluidstrahl auf den Sensordurchsichtsbereich appliziert werden.
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Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise an den Sensordurchsichtsbereich angebunden, wobei sie einen Heizdraht, eine Heizbeschichtung und/oder eine Heizfolie umfasst.
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Um das Transmissionsverhalten des Sensordurchsichtsbereichs für den Umfeldsensor zu optimieren, kann die Heizeinrichtung an einem Rand des Sensordurchsichtsbereichs angeordnet sein, so dass das Sichtfeld des Umfeldsensors nicht durch die Heizeinrichtung gestört ist.
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Ferner weist eine bevorzugte Ausführungsform der Sensoranordnung nach der Erfindung einen Zustandsdetektor auf, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist und der eine Vereisung und/oder eine Verunreinigung des Sensordurchsichtsbereichs erkennt.
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Denkbar ist es, dass der Zustandsdetektor von dem Umfeldsensor und einer zugeordneten Auswerteeinrichtung gebildet ist.
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Des Weiteren hat die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen einer Vereisung von einem Sensordurchsichtsbereich eines Fahrzeugdachs gemäß der vorstehend beschriebenen Art zum Gegenstand. Bei diesem Verfahren wird mittels der Steuereinrichtung die Heizeinrichtung angesteuert und aktiviert, so dass sich an der dem Sensordurchsichtsbereich zugewandten Seite der Vereisung ein Schmelzfilm bildet. Anschließend wird mittels der Steuereinrichtung die Fluiddüse durch Ansteuerung des Steuerventils aktiviert, so dass mittels eines von der Fluiddüse abgegebenen Fluidstrahls die Vereisung auf mechanische Weise von dem Sensordurchsichtsbereich entfernt wird.
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Um den Enteisungsprozess kurz zu halten, das heißt, die angefrorene Verunreinigung schnell von dem Sensordurchsichtsbereich entfernen zu können, wird die Fluiddüse innerhalb kurzer Zeit nach der Aktivierung der Heizeinrichtung aktiviert, beispielsweise innerhalb von 1 bis 60 Sekunden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugdachs nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung nähert erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Dachmodul nach der Erfindung;
- 2a einen Schnitt durch das Dachmodul entlang der Linie II-II in 1 während eines Enteisungsprozesses; und
- 2b einen 2a entsprechenden Schnitt, jedoch nach erfolgtem Enteisungsprozess.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 dargestellt, welches als Personenkraftwagen ausgebildet ist und mit einem Fahrzeugdach 12 versehen ist, welches bezogen auf eine Dachlängsmittelebene beidseits jeweils einen Dachseitenholm 14 umfasst, der Bestandteil einer einen Rohbau darstellenden Fahrzeugkarosserie ist. Zwischen den Dachseitenholmen 14 umfasst das Fahrzeugdach 12 ein Dachmodul 16, welches fest mit den eine Rohbauträgerstruktur bildenden Dachseitenholmen 14 verbunden ist.
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Das Dachmodul 16 umfasst eine Dachhautanordnung 18, welche auf einer Dachunterkonstruktion 20 angeordnet ist, welche als Dachrahmen ausgebildet ist und eine Schnittstelle des Dachmoduls 16 zu den Dachseitenholmen 14 bildet.
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Das Dachmodul 16 ist ein Sensordachmodul bzw. Roof Sensor Module (RSM), welches mit Vorrichtungen ausgestattet ist, die ein autonomes Fahren des betreffenden Fahrzeugs ermöglichen. Hierzu weist das Dachmodul 16 eine Sensorik auf, die in den beiden bugseitigen und in den beiden eckseitigen Eckbereichen des Dachmoduls 16 jeweils ein Sensormodul 22 umfasst, das mindestens einen Umfeldsensor 24 aufweist und auf der Dachunterkonstruktion 20 befestigt ist. Mittels der Umfeldsensoren 24 kann die Fahrzeugumgebung erfasst werden, so dass das Kraftfahrzeug 10 in einem autonomen Fahrmodus betrieben werden kann. Eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung des Kraftfahrzeuges 10 kann die Messsignale der Umfeldsensoren 24 auswerten und dadurch eine jeweilige Verkehrssituation erkennen, so dass sich das Kraftfahrzeug 10 autonom bzw. selbstständig an die Verkehrssituation anpassen und entsprechend verhalten kann.
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Die Umfeldsensoren 24 sind im vorliegenden Fall als Lidar-Sensoren ausgebildet, können aber alternativ oder zusätzlich einen Radar-Sensor, eine Kamera, eine Antenneneinrichtung und/oder dergleichen umfassen.
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Um den Umfeldsensoren 24 eine Kommunikation mit der Fahrzeugumgebung zu ermöglichen, hat die Dachhautanordnung 18 für die Sensormodule 22 jeweils einen Sensordurchsichtsbereich 26, welcher für die von den Umfeldsensoren 24 genutzten Wellenlängen transparent ist. Die Sensordurchsichtsbereiche 26 sind vorzugsweise aus einem entsprechend ausgelegten Kunststoffmaterial gefertigt und können als Einsätze der Dachhautanordnung 18 oder auch einstückig mit den übrigen Bestandteilen der Dachhautanordnung 18 gefertigt sein.
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Damit etwaige Verunreinigungen 28, die in Form von Eis, Schnee und/oder Matsch vorliegen können, von den Sensordurchsichtsbereichen 26 entfernt werden können, weisen die jeweils ein Sensormodul 22 aufweisenden Sensoranordnungen jeweils eine Enteisungseinrichtung 30 auf, die in den 2a und 2b dargestellt ist und mittels der eine Transparenz des jeweiligen Sensordurchsichtsbereichs 26 schnell und ökonomisch hergestellt werden kann. Die Enteisungseinrichtungen 30 umfassen jeweils eine Heizeinrichtung 32, welche in Form von Heizdrähten oder einer Heizfolie an der dem jeweiligen Umfeldsensor 24 zugewandten Innenseite des Sensordurchsichtsbereichs 26 insbesondere am Rand angeordnet ist und ein Beheizen des Sensordurchsichtsbereichs 26 ermöglicht. Zudem umfasst die Enteisungseinrichtung 30 eine Fluiddüse 34, welche an einem Trägerelement 36 des jeweiligen Sensormoduls 22 befestigt ist und die Dachhautanordnung 18 in einem Bereich durchgreift, der vor dem betreffenden Sensordurchsichtsbereich 26 angeordnet ist. Der Fluiddüse 34 ist ein Steuerventil 35 zugeordnet, das mit einer Fluidversorgungsleitung 37 verbunden ist, die wiederum mit einer Pumpe verbunden ist. Mittels der Fluiddüse 34 kann durch Betätigung des Steuerventils 35 ein gasförmiger oder flüssiger Fluidstrahl auf den betreffenden Sensordurchsichtsbereich 26 appliziert werden. Die Heizeinrichtung 32 und das Steuerventil 35 der Fluiddüse 34 sind über Steuerleitungen 38 und 40 mit einer als Controller ausgelegten Steuereinrichtung 42 verbunden, mittels der die Heizeinrichtung 32 und die Fluiddüse 34 aktivierbar bzw. betätigbar sind. Um Verunreinigungen 28 erkennen zu können, weist die Sensoranordnung einen Zustandsdetektor 44 in Form eines Vibrationssensors oder dergleichen auf, der über eine Signalleitung 46 mit der Steuereinrichtung 42 verbunden ist, der aber auch von dem Umfeldsensor 24 gebildet sein kann.
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Wenn mittels des Zustandsdetektors 44 eine Verunreinigung 28 erkannt und als angefrorene Verunreinigung in Form von Eis, Schnee oder dergleichen bewertet wird (vgl. 2a), wird die Enteisungseinrichtung 30 derart aktiviert, dass die Steuereinrichtung 42 zunächst für einige Sekunden, beispielsweise für 10 Sekunden, die Heizeinrichtung 32 ansteuert, um den betreffenden Sensordurchsichtsbereich 26 zu heizen. Hierdurch bildet sich an der dem Sensordurchsichtsbereich 26 zugewandten Innenseite der Verunreinigung 28 ein dünner Schmelzfilm. Anschließend wird mittels der Steuereinrichtung 42 und Ansteuerung des Steuerventils 35 die Fluiddüse 34 betätigt, so dass mittels dieser ein Druckluftstrahl oder Flüssigkeitsstrahl auf den Sensordurchsichtsbereich 26 appliziert wird und die Verunreinigung 28 auf mechanische Weise von dem Sensordurchsichtsbereich 26 gestoßen wird. Der Sensordurchsichtsbereich 26 ist dann wieder frei, so dass der Umfeldsensor 24 störungsfrei mit dem Fahrzeugumfeld kommunizieren kann (vgl. 2b).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Fahrzeugdach
- 14
- Dachseitenholm
- 16
- Dachmodul
- 18
- Dachhautanordnung
- 20
- Dachunterkonstruktion
- 22
- Sensormodul
- 24
- Umfeldsensor
- 26
- Sensordurchsichtsbereich
- 28
- Verunreinigung
- 30
- Enteisungseinrichtung
- 32
- Heizeinrichtung
- 34
- Fluiddüse
- 35
- Steuerventil
- 36
- Trägerelement
- 37
- Fluidversorgungsleitung
- 38
- Steuerleitung
- 40
- Steuerleitung
- 42
- Steuereinrichtung
- 44
- Zustandsdetektor
- 46
- Signalleitung
