WO2020216547A1 - Drehbare abdeckung für fahrzeugsensormodule - Google Patents

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WO2020216547A1
WO2020216547A1 PCT/EP2020/058056 EP2020058056W WO2020216547A1 WO 2020216547 A1 WO2020216547 A1 WO 2020216547A1 EP 2020058056 W EP2020058056 W EP 2020058056W WO 2020216547 A1 WO2020216547 A1 WO 2020216547A1
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WO
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cover
sensor module
vehicle sensor
vehicle
module
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PCT/EP2020/058056
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Sebastian Schmidt
Luc-Henry Blanche
Laurent Friocourt
Uwe WEISSENBERGER
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Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a cover for vehicle sensor modules for protection against environmental influences.
  • ADAS Advanced Driver Assist Systems
  • vehicle sensor modules are usually arranged as a separate assembly at exposed points on the vehicle body. They generally have their own module housing, which comprises at least one cover that covers the sensor and the associated electronics from the outside.
  • ADAS optical driver assistance systems
  • FOV field of view
  • the ADAS systems must be protected from environmental influences and a large number of mechanical and climatic loads during ferry operations. It is therefore essential that the relevant sensors are provided with a protective cover, otherwise the systems cannot work properly.
  • the covers are subject to special requirements with regard to the permeability of electromagnetic waves.
  • a cover for a black / white or RGB camera must have the highest possible transmission in the visual light spectrum of -380 - 780nm, whereas a LiDaR cover should have the highest possible transmission in the near infrared range (905nm for most LiDaRs). Since the conical field of view in the vicinity of the sensor is still relatively small, these covers can also be made correspondingly small, for example as a small cylinder section. This is desirable for design reasons, since the sensor modules should be integrated into the vehicle as inconspicuously as possible. Most of the time, the covers are firmly glued or otherwise firmly attached. The cover together with the vehicle sensor module is therefore permanently exposed to environmental stresses for the life of the vehicle, which over time leads to a deterioration in the optical properties and, under certain circumstances, a reduced functionality of the sensor.
  • Some aspects of the temporary or permanent deterioration in the optical properties and the associated reduced functionality of the sensor include, for example, icing, condensation, snow, raindrops, scratches, stone chips or dirt particles.
  • the technical design of the device should be as simple as possible in order to have a long service life, and it should offer the greatest possible freedom of design with regard to its external shape in order to preserve the freedom of design of the automobile manufacturer for the various installation situations. Furthermore, the device should not require a great deal of space.
  • the object is achieved in a first aspect by a cover for a vehicle sensor module for protection against environmental influences, the vehicle sensor module comprising at least the cover, an optical or electromagnetic sensor and a module housing.
  • the cover is made of a polymer material and has an area through which the beam path of the sensor passes.
  • the cover has a rotationally symmetrical shape and is designed according to the invention in such a way that it can be attached in the vehicle sensor module so as to be rotatably mounted relative to the sensor and / or the module housing.
  • a vehicle sensor module within the meaning of the present invention includes in particular those sensors that are used in a vehicle as ADAS (Advanced Driver Assist Systems). These include, for example, optical cameras, mid-range and long-range radar systems, ultrasonic sensors and light detection and ranging (LiDaR) sensors.
  • ADAS Advanced Driver Assist Systems
  • the cover according to the invention is made of a polymer material. Suitable polymer materials are generally known to the person skilled in the art. In particular, transparent and also IR-transparent polycarbonates are used for the purpose of the present invention. Those types of polycarbonate are preferably used which can also be used for fiber optic, LED or headlight applications. They should have a good longevity and lasting transparency even with very long exposure to the environment and the associated UV exposure and should also have good impact strength against mechanical impairments.
  • rotationally symmetrical shape includes in particular conical, cylindrical and elliptical shapes and combinations thereof.
  • the rotationally symmetrical shape also includes configurations in which the cover does not form a full circle in the sectional view from above, but only segments of a circle.
  • the cover can be shaped like a cup.
  • the actual bottom of the cup can be used as the upper end of the cover, preferably as a mounting surface for rotatable attachment to the module housing.
  • the cover is fastened in the module housing of the vehicle sensor module in such a way that the cover has an area through which the beam path of the sensor passes.
  • the cover covers a corresponding recess or a window in the module housing to the outside in order to ensure an unobstructed passage of rays for the electromagnetic rays of the sensor.
  • the module housing can then be designed to be non-transparent and, for example, contain suitable fillers, in particular to protect the sensitive electronic components of the vehicle sensor module from UV radiation and also to offer very good mechanical protection.
  • the module housing can be made of a polymer material which, in addition to UV protection additives, also contains pigments such as carbon black and reinforcing fillers such as minerals, glass fibers, aramid fibers, cellulose fibers and the like.
  • the cover is also designed in such a way that it can be attached in the vehicle sensor module so as to be rotatable relative to the sensor and / or the module housing.
  • the term relative to the sensor and / or the module housing is understood in the context of the present invention in particular to mean that the sensor and / or the module housing are fixedly attached in or on the vehicle sensor module and are therefore not themselves rotatable.
  • the cover can now be fastened directly or indirectly in or on the module housing in such a way that it can be rotated in the housing.
  • the cover can in particular be rotated in such a way that, as a result of the rotation, a different partial area of the cover than the partial area before the rotation is positioned as a beam passage area in a viewing window recess of the module housing.
  • the rotation can be carried out either by hand or by a correspondingly provided drive.
  • the cover according to the invention offers reliable protection of the sensor and the associated electronics and at the same time can improve or eliminate both temporary and permanent impairments of the field of vision of the sensor.
  • the cover is advantageously simple in terms of its technical design in order to have a long service life. It offers a great deal of design freedom with regard to its external shape in order to preserve the freedom of design of the automobile manufacturer for the various installation situations. Furthermore, the cover according to the invention does not require a great deal of additional installation space, so that it can also be easily inserted into the already existing configurations of sensor modules.
  • the cover can be attached rotatably relative to a stationary module housing.
  • the module housing can be stationary as the outer cover of the sensor device, i. H. non-rotatable, connected to the vehicle and spanning a space for accommodating the sensor devices like a dome.
  • One or more recess (s) or cutouts through which the beam path of the sensor runs can be provided in the stationary module housing.
  • the recesses or cutouts can be provided in particular in the lateral areas of the module housing, in particular in the direction of travel of the vehicle and / or to the side of the direction of travel.
  • a particularly disk-like cover according to the present invention is provided in such a way that it at least completely covers the recess or the cutout and in such a way that it can be rotated relative to the recess or the cutout.
  • the cover can be designed, for example, as a circular disk or as a disk in the form of a segment of a circle.
  • the cover has a conical or cylindrical shape.
  • the cover at least completely covers a cutout for the area of the module housing.
  • the lateral extension of the cover is preferably dimensioned larger than the cutout in the module housing which is provided for the area of the beam path of the sensor.
  • a soiled or otherwise impaired section of the cover can be moved out of the area of the beam path of the sensor by rotating and a new, not soiled or otherwise impaired section of the cover can replace the previous section in the area of the beam path of the sensor.
  • the cover can be rotatably attached to the outside of the module housing as well as inside.
  • the cover is preferably designed in such a way that it can be rotatably attached inside the module housing.
  • the cover additionally has a coating to increase the scratch resistance, one or more bandpass filter coatings, an anti-reflection coating, a pigmented coating and / or heating devices.
  • the completely sprayed and possibly milled cover is preferably subsequently fed to a painting process in order to increase the mechanical and climatic resistance or to give the cover an optical functionality.
  • the coating materials used are preferably UV or thermally curing lacquer systems, in particular UV curing acrylate systems or thermally curing polysiloxane systems, so-called hardcoats. These can consist of one or more layers and be applied either on the inside or outside or on both sides. In order to increase the light transmission, anti-reflective layers (AR) can be applied on the inside or outside or on both sides. The AR layer must form the outermost surface towards the air. Such an AR layer can also be applied after the hardcoat has been applied.
  • AR anti-reflective layers
  • a bandpass filter in at least the IR-transparent area which blocks or reduces interfering wavelengths above and below the wavelength of 905 nm that is relevant for LiDaR.
  • Pigmenting the aforementioned layers and / or applying a pigmented coating is also a preferred variant of the cover according to the invention.
  • Covers according to the invention can additionally also be equipped with a heating function (defrosting) in order to defrost any layers of dew, ice or snow and thus ensure perfect functioning of the sensors.
  • a heating function defrosting
  • thin heating wires can be embedded in the polycarbonate or conductive layers can be applied to one or both surfaces of the cover.
  • Antireflective coating, bandpass filter, pigment coating and heating wires can theoretically first be applied to a PC film, which is then later connected to the cover by means of film injection molding.
  • a vehicle sensor module having a rotatable cover according to the first aspect of the invention described above.
  • a vehicle sensor module according to the invention comprises an optical or electromagnetic sensor, a module housing and a cover.
  • the cover is made of a polymer material and has an area through which the beam path of the sensor passes.
  • the cover has a rotationally symmetrical shape and is designed according to the invention in such a way that it can be attached in the vehicle sensor module so as to be rotatably mounted relative to the sensor and / or the module housing.
  • a vehicle sensor module comprises in particular those sensors that are used in a vehicle as ADAS (Advanced Driver Assist Systems). These include, for example, optical cameras, mid-range and long-range radar systems, ultrasonic sensors and light detection and ranging (LiDaR) sensors.
  • ADAS Advanced Driver Assist Systems
  • sensors include, for example, optical cameras, mid-range and long-range radar systems, ultrasonic sensors and light detection and ranging (LiDaR) sensors.
  • the cover according to the invention is made of a polymer material. Suitable polymer materials are generally known to the person skilled in the art. In particular, transparent and also IR-transparent polycarbonates are used for the purpose of the present invention. Polycarbonate types are preferably used that are also used for light guide, LED or headlight applications. They should have a good longevity and lasting transparency even with very long exposure to the environment and the associated UV exposure and should also have good impact strength against mechanical impairments.
  • rotationally symmetrical shape includes in particular conical, cylindrical and elliptical shapes and combinations thereof.
  • the rotationally symmetrical shape also includes configurations in which the cover does not form a full circle in the sectional view from above, but only segments of a circle.
  • the cover can be shaped like a cup.
  • the actual bottom of the cup can be used as the upper end of the cover, preferably as a mounting surface for rotatable attachment to the module housing.
  • the cover is fastened in the module housing of the vehicle sensor module in such a way that the cover has an area through which the beam path of the sensor passes.
  • the cover covers a corresponding recess or a window in the module housing to the outside in order to ensure an unobstructed passage of rays for the electromagnetic rays of the sensor.
  • the module housing can then be designed to be non-transparent and, for example, contain suitable fillers, in particular to protect the sensitive electronic components of the vehicle sensor module from UV radiation and also to offer very good mechanical protection.
  • the module housing can be made of a polymer material which, in addition to UV protection additives, also contains pigments such as carbon black and reinforcing fillers such as minerals, glass fibers, aramid fibers, cellulose fibers and the like.
  • the cover is also designed in such a way that it can be attached in the vehicle sensor module so as to be rotatable relative to the sensor and / or the module housing.
  • the term relative to the sensor and / or the module housing is understood in the context of the present invention in particular to mean that the sensor and / or the module housing are fixedly attached in or on the vehicle sensor module and are therefore not themselves rotatable.
  • the cover can now be fastened directly or indirectly in or on the module housing in such a way that it can be rotated in the housing.
  • the cover can in particular be rotated in such a way that the rotation causes another sub-area of the Cover is positioned as the partial area before the rotation as a radiation passage area in a viewing window recess of the module housing.
  • the rotation can be carried out either by hand or by a correspondingly provided drive.
  • an improved sensor assembly can be made available, which has the good functions and optical and mechanical properties of the previously known sensor modules and, at the same time, due to the relative rotatability of the cover to the module housing that is preferably firmly attached to the vehicle, offers the possibility of a To counteract early damage to the surface of the cover located in the field of view of the sensor by rotating the cover a little in the event of any local damage or temporary impairments such as frost or raindrops in order to move an undamaged or frost-free and drip-free area into the field of view of the sensor .
  • the cover according to the invention offers reliable protection of the sensor and the associated electronics in the vehicle sensor module and at the same time can improve or eliminate both temporary and permanent impairments of the field of vision of the sensor.
  • the vehicle sensor module is advantageously simple in terms of its technical design, in particular without external attachments such as external wipers, in order to have a long service life. It offers great freedom of design with regard to its external shape in order to preserve the freedom of design of the automobile manufacturer for the various installation situations.
  • the cover according to the invention does not require a great deal of additional installation space in the vehicle sensor module, so that it can easily be inserted into the already existing configurations of sensor modules.
  • an electric drive for the rotatable cover and possibly a control unit for the targeted activation and deactivation of the drive take up only a small amount of space.
  • the cover is mounted rotatably in the vehicle sensor module so that it can be driven.
  • an electric drive can be provided that is connected to the vehicle electronics, for example.
  • a rotation of the cover can be automatically activated and carried out, for example, as required or at regular intervals, possibly when the vehicle is restarted.
  • Such a drive by means of an electric motor does not take up much space and it is possible to use components that are common in vehicles.
  • the vehicle sensor module has means for detecting surface defects of the area through which the beam path of the sensor passes.
  • Such means for detecting a surface defect can be, for example, rain sensors or optical detection systems such as cameras, or the defect is detected via the sensor itself, for example if no evaluable signal can be received at a certain position of the rotatable cover.
  • the vehicle sensor module can have a drive which can be activated by a control unit for rotating the cover.
  • a control unit for rotating the cover In particular in the case of an automatically detected surface defect, for example, a software-controlled rotation of the cover relative to the module housing and / or sensor can be carried out in such a way that a portion of the cover that is not affected by defects is arranged in the field of vision of the sensor, so that the Sensor is restored.
  • a surface defect of the area through which the beam path of the sensor passes can be mechanical damage or an optical impairment.
  • the term surface defect encompasses both temporary and permanent defects. Such defects can be traced back to mechanical damage, such as scratches, stone chips or cracks. But they can also be purely visual impairments such as raindrops, dust particles, leaves, insects or icing.
  • the vehicle sensor module has a cleaning device for cleaning, as required, the area through which the beam path of the sensor passes.
  • Wiper blades, powered wiper systems and / or spray nozzles can be attached to the vehicle sensor module of the present invention as cleaning devices. If necessary, that is to say if the field of vision of the sensor is temporarily impaired, or also on a regular basis, for example every time the vehicle is restarted, the field of vision of the cover can be cleaned by activating the cleaning device. In this way, the functionality of the sensor is maintained even in adverse weather and when dirty.
  • the cleaning device has no moving, in particular no driven, parts.
  • the cleaning device is preferably attached inside the module housing and is not attached to the outside of the module housing.
  • the cleaning device has a long service life and long-term functionality. An impairment of the aerodynamic properties of the sensor unit as such and thus also of the vehicle is avoided with an internal installation of the cleaning unit.
  • one, two or more static wiper blades can preferably be provided as the cleaning device.
  • the wiper blades are expediently arranged outside the field of view of the sensors, for example in the transition or edge area between the cover and the module housing.
  • the static wiper blades can be arranged obliquely relative to the axis of rotation of the cover, so that any water or dirt is quickly drained off upwards or downwards.
  • a movable wiper system could also be provided.
  • a movable wiper system In contrast to a static wiper blade, however, such a movable wiper system is expensive, technically complex, more prone to errors and it is due to the relatively strong curvature the cover difficult to realize.
  • a cover according to the invention can preferably be wiped more easily by simply rotating it against static wiper blades.
  • the vehicle sensor module has a device for heating the cover.
  • the heating device can be provided as a device with thin heating wires integrated into a coating of the cover or as a statically mounted heating element inside the vehicle sensor module.
  • a static heating element for example a heating coil, is preferably provided.
  • a simple heating element can be introduced into the interior of the sensor module, which, for example, convectively heats the steamed-up area turned inside.
  • a simple heating element or IR radiator is sufficient for this.
  • Such a static heating element can be made technically more robust and requires only a small amount of space.
  • the present invention comprises a vehicle which has a vehicle sensor module as described above in various configurations as the invention, the vehicle sensor module forming part of an add-on part of the vehicle or a complete add-on part of the vehicle.
  • the vehicle sensor module according to the invention can have very different shapes and designs and can even be shaped in such a way that they can be incorporated into existing add-on parts is integrated or replaced.
  • add-on parts of a vehicle include, for example, front panels, spoilers, grille, radiator panels, A-, B-, C-
  • Pillar trims exterior mirror covers, roof trims, rear trims, windows, in particular windshields, and bumpers.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a vehicle sensor module according to the invention in a greatly simplified lateral sectional view
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a further embodiment of a vehicle sensor module according to the invention in a side sectional view
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a further embodiment of a vehicle sensor module according to the invention in a side sectional view
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further embodiment of a vehicle sensor module according to the invention in a side sectional view
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment for a vehicle sensor module according to the invention with a cover according to the present invention in a perspective view.
  • a vehicle sensor module 2 according to the invention is shown in FIG.
  • the vehicle sensor module comprises a sensor 3 arranged permanently behind a cover 1 and a module housing 5.
  • the sensor 3 can be an optical sensor such as a camera. It is preferably a radar sensor, in particular a LiDaR sensor.
  • Two or more sensors 3 can also be arranged in the vehicle sensor module 2, wherein a sensor 3 can comprise a transmitter, a receiver, a light source, a scanner, a movable laser controller, in particular a mirror system or a micromirror.
  • the module housing 5 is preferably designed to be stationary and forms a circumferential protection for the sensor 3 that is closed around an interior space and has a recess or cutout that is at least as large as the beam path of the sensor. At least completely covering this viewing window recess of the module housing 5, a cylindrically shaped cover 1 is arranged in the module housing 5 which describes a complete circle in the sectional view. A partial area 4 of the cover is therefore always arranged in the viewing window of the module housing 5 through which the beam path of the sensor 3 passes.
  • the cover 1 is rotatable relative to the module housing 5 in both directions, which is indicated by corresponding arrows in the figure. Sealing means can be provided in the transition area between module housing 5 and cover 1 in order to prevent moisture or dirt from entering the interior of sensor housing 5.
  • FIG. 2 shows a schematic structure of a LiDaR sensor module 2 with a cylindrical cover 1 according to the invention.
  • a sensor 3 is arranged firmly behind the cover 1 in the module housing 5, so that the beam path of the photons emitted by the sensor 3 can pass the cover 1 within the field of view 4 of the sensor 3.
  • the cover 1 is not permanently connected to the housing 5, but rather is mounted rotatably along an axis of rotation.
  • a cylindrical shape of the cover 1 is rather difficult to remove from the injection molding tool after the injection molding process.
  • a draft angle of at least 1 ° can therefore be provided, which results in a conical shape on the finished injection-molded part of the cover 1.
  • Special embodiments of the cover 1 can also have significantly higher slopes or angles, for example when the sensor module 2 with the cover 1 is installed on a vehicle at an angle or inclined downwards, but the beam path of the photons or electromagnetic waves relevant for the sensor 3 run in the direction of travel and perpendicular to the cover 1 should.
  • an additional heating element 6 is also introduced within the housing 5. In this way, an inner partial area of the cover 1 can be heated, which is then rotated into the viewing window area 4. In this way, icing in the viewing window area 4 can be avoided or eliminated.
  • FIG. 3 a structure of the vehicle sensor module 2 according to the invention similar to that in FIGS. 1 and 2 is shown schematically.
  • fixed wiper blades 7 are arranged in the transition area or edge area between the fixedly mounted module housing 5 and the rotatably mounted cover 1 in the interior of the module housing. By rotating the cover 1, it is guided past the wiper blades 7 and thus cleaned.
  • FIG. 4 a further variant of the schematic structure from FIGS. 1 and 2 is shown.
  • the cover 1 is not shaped as a full cylinder, but only as a partial cylinder.
  • This variant is particularly suitable for applications in which only a very limited installation space is available.
  • the essential features of the invention are also retained here, only the area of the cover available as a “reserve” is smaller in this variant.
  • FIG. 5 shows an application example of a sensor module 2 according to the invention with a cover 1 according to the invention installed in a windshield 8.
  • the sensor module 2 can also be installed in devices, in particular in military devices, e.g. a helicopter for geo-measurement. List of reference symbols

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abdeckung (1) für ein Fahrzeugsensormodul (2) zum Schutz vor Umwelteinflüssen, wobei das Fahrzeugsensormodul (2) mindestens die Abdeckung (1), einen optischen oder elektromagnetischen Sensor (3) und ein Modulgehäuse (5) umfasst, wobei die Abdeckung (1) aus einem Polymermaterial gefertigt ist und einen Bereich (4) aufweist, durch den der Strahlengang des Sensors (3) hindurchgeht, wobei die Abdeckung (1) eine rotationssymmetrische Form aufweist und derart ausgestaltet ist, dass sie in dem Fahrzeugsensormodul (2) relativ zu dem Sensor (3) und/oder dem Modulgehäuse (5) drehbar gelagert anbringbar ist.

Description

Drehbare Abdeckung für Fahrzeugsensormodule
Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für Fahrzeugsensormodule zum Schutz vor Umwelteinflüssen.
Heutige und insbesondere zukünftige Ober- und Mittelklassefahrzeuge sind mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet. Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, Mid-Range und Long-Range Radarsysteme, Ultraschallsensoren und Light Detection and Ranging (LiDaR). Diese Systeme lassen sich auch unter dem Begriff ADAS (Advanced Driver Assist Systems) zusammenfassen. An manchen Fahrzeugen sind bereits jetzt gleich mehrere dieser Systeme verbaut, und es ist davon auszugehen, dass die Anzahl noch steigen wird. Meist sind diese Fahrzeugsensormodule als separate Baugruppe an exponierten Stellen der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Sie weisen im Allgemeinen ein eigenes Modulgehäuse auf, welches zumindest eine Abdeckung umfasst, die den Sensor und die dazu gehörige Elektronik nach außen abdecken.
Sensorbasierte optische Fahrerassistenzsysteme (ADAS) basieren in der Regel auf optischen oder elektromagnetischen Sensoren, die die Fahrzeugumgebung durch Aussenden und/oder Einfangen von Photonen oder elektromagnetischer Wellen abtasten und so entsprechende Informationen an die Fahrzeugelektronik senden. Die meisten Sensoren arbeiten dabei innerhalb eines bestimmten Sichtfelds (field of view, FOV). Dieses Sichtfeld ist zumeist kegelförmig und in eine Richtung relativ zum Fahrzeug ausgerichtet. Die ADAS-Systeme müssen im Fährbetrieb vor Umwelteinflüssen und einer Vielzahl mechanischer und klimatischer Belastungen geschützt werden. Es ist daher unerlässlich, dass die entsprechenden Sensoren mit einer Schutzabdeckung versehen werden, da die Systeme sonst nicht ordnungsgemäß arbeiten können. Dabei sind an die Abdeckungen spezielle Anforderungen hinsichtlich Durchlässigkeit von elektromagnetischen Wellen gestellt. So muss eine Abdeckung für eine Schwarz/Weiß- oder RGB-Kamera eine möglichst hohe Transmission im visuellen Lichtspektrum von -380 - 780nm aufweisen, wohingegen eine LiDaR-Abdeckung eine möglichst hohe Transmission im nahen Infrarotbereich (bei den meisten LiDaRs 905nm) aufweisen sollte. Da das kegelförmige Sichtfeld in der Nähe des Sensors noch verhältnismäßig klein ist, können auch diese Abdeckungen entsprechend klein ausgeführt sein, etwa als kleiner Zylinderausschnitt. Dies ist aus Gründen des Designs erstrebenswert, da die Sensormodule möglichst unauffällig ins Fahrzeug integriert werden sollen. Meist werden die Abdeckungen fest verklebt oder anderweitig fest angebracht. Die Abdeckung zusammen mit dem Fahrzeugsensormodul ist für die Lebensdauer des Fahrzeugs damit dauerhaft den Belastungen durch die Umwelt ausgesetzt, was mit der Zeit eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften und unter Umständen eine verminderte Funktionsfähigkeit des Sensors zur Folge hat.
Einige Aspekte der temporären oder permanenten Verschlechterung der optischen Eigenschaften und eine damit einhergehende verminderte Funktionsfähigkeit des Sensors umfassen beispielsweise Vereisung, Betauung, Schnee, Regentropfen, Kratzer, Steinschläge oder Schmutzpartikel.
In der jüngst veröffentlichten US-amerikanischen Patentanmeldungsschrift US 2018/0284268 A1 wird im Hinblick auf einen Schutz der optischen Eigenschaften von Sensormodulen vorgeschlagen, eine Ultraschallquelle in physikalischer Einwirkung auf die Abdeckung vorzusehen, die mittels Ultraschallbeaufschlagung Schmutzpartikel oder Eispartikel von der Abdeckung lösen soll. Mit einer solchen Ultraschallvorrichtung kann jedoch nur ein kleiner Teil der üblicherweise auftretenden Beeinträchtigungen adressiert werden. Einen ganz ähnlichen Ansatz schlägt die Sensorvorrichtung der US 2018/0370500 A1 vor. Hier wird zu einer Vibrationseinrichtung, mit der das Sensormodul in Vibration versetzt werden kann, zusätzlich eine außen am Modul angebrachte Wischervorrichtung beschrieben, an der das Modulgehäuse durch drehen vorbei gefahren werden kann. Diese Lösungen sind jedoch technisch aufwendig und eine Beeinträchtigung der empfindlichen Elektronik des Sensormoduls über die gesamte Lebensdauer ist aufgrund der Ultraschall- bzw. Vibrationsbeaufschlagung zumindest im Hinblick auf die Langlebigkeit von Lötstellen und anderen mechanisch empfindlichen Teilen zu befürchten, was insgesamt die Erwartung bezüglich der Gesamtlebensdauer des Fahrzeugsensormoduls an anderer Stelle wieder verringert. Auch im Hinblick auf die Aerodynamik eines Fahrzeugs mit angebrachtem Sensormodul sind Lösungen mit komplexen äußeren Anbauteilen wie Wischvorrichtungen störend. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereit zu stellen, die einen zuverlässigen Schutz des Sensors und der dazugehörigen Elektronik bietet und gleichzeitig sowohl temporäre als auch permanente Beeinträchtigungen des Sichtfelds des Sensors verbessern oder aufheben kann. Die Vorrichtung sollte möglichst einfach in der technischen Ausgestaltung sein, um eine gute Langlebigkeit aufzuweisen, und sie sollte möglichst eine große Gestaltungsfreiheit bezüglich ihrer äußeren Form bieten, um die Designfreiheit der Automobilhersteller für die verschiedenen Einbausituationen zu erhalten. Weiterhin sollte die Vorrichtung keinen großen Bedarf an Bauraum haben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in einem ersten Aspekt durch eine Abdeckung für ein Fahrzeugsensormodul zum Schutz vor Umwelteinflüssen gelöst, wobei das Fahrzeugsensormodul mindestens die Abdeckung, einen optischen oder elektromagnetischen Sensor und ein Modulgehäuse umfasst. Die Abdeckung ist aus einem Polymermaterial gefertigt und weist einen Bereich auf, durch den der Strahlengang des Sensors hindurchgeht. Die Abdeckung weist eine rotationssymmetrische Form auf und ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass sie in dem Fahrzeugsensormodul relativ zu dem Sensor und/oder dem Modulgehäuse drehbar gelagert anbringbar ist.
Ein Fahrzeugsensormodul im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere solche Sensoren, die in einem Fahrzeug als ADAS (Advanced Driver Assist Systems) eingesetzt werden. Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, Mid-Range und Long- Range Radarsysteme, Ultraschallsensoren und Light Detection and Ranging (LiDaR) Sensoren.
Die erfindungsgemäße Abdeckung ist aus einem Polymermaterial gefertigt. Geeignete Polymermaterialien sind dem Fachmann allgemein bekannt. Insbesondere werden für den Zweck der vorliegenden Erfindung transparente und auch IR-transparente Polycarbonate verwendet. Bevorzugt werden solche Polycarbonat-Typen eingesetzt, die auch für Lichtleiter-, LED- oder Scheinwerferanwendungen Verwendung finden. Sie sollen eine gute Langlebigkeit und andauernde Transparenz auch bei sehr langer Umwelt- und damit einhergehender UV Exposition aufweisen und auch gegen mechanische Beeinträchtigungen eine gute Schlagzähigkeit vorweisen.
Der Begriff rotationssymmetrische Form umfasst in Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere konische, zylindrische und elliptische Formen sowie Kombinationen daraus.
Die rotationssymmetrische Form umfasst neben umfänglich geschlossenen Ausgestaltungen auch solche Ausgestaltungen, in der die Abdeckung in der Schnittansicht von oben keinen vollen Kreis sondern nur Kreisabschnitte ausbildet.
In einer beispielhaften Ausgestaltung kann die Abdeckung wie ein Becher geformt sein. Der eigentliche Boden des Bechers kann als oberer Abschluss der Abdeckung bevorzugt als Montagefläche zur drehbaren Befestigung an dem Modulgehäuse genutzt werden.
Erfindungsgemäß ist die Abdeckung derart in dem Modulgehäuse des Fahrzeugsensor moduls befestigt, dass die Abdeckung einen Bereich aufweist, durch den der Strahlengang des Sensors hindurchgeht. Mit anderen Worten deckt die Abdeckung eine entsprechende Aussparung beziehungsweise ein Fenster in dem Modulgehäuse nach außen ab, um einen ungehinderten Strahlendurchgang für die elektromagnetischen Strahlen des Sensors sicher zu stellen. Das Modulgehäuse kann dann intransparent ausgestaltet sein und beispielsweise geeignete Füllstoffe enthalten, insbesondere um die empfindlichen elektronischen Bauteile des Fahrzeugsensormoduls vor UV-Strahlung zu schützen und auch einen sehr guten mechanischen Schutz zu bieten. Zum Beispiel kann das Modulgehäuse aus einem Polymermaterial gefertigt sein, das neben UV- Schutzadditiven auch Pigmente wie Ruß und verstärkende Füllstoffe wie Mineralien, Glasfasern, Aramidfasern, Cellulosefasern und ähnliche enthält.
Die Abdeckung ist erfindungsgemäß zudem derart ausgestaltet, dass sie in dem Fahrzeugsensormodul relativ zu dem Sensor und/oder dem Modulgehäuse drehbar gelagert anbringbar ist. Unter dem Begriff relativ zu dem Sensor und/oder dem Modulgehäuse wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden, dass Sensor und/oder Modulgehäuse feststehend in beziehungsweise an dem Fahrzeugsensormodul befestigt sind und mithin selbst nicht drehbar sind. Die Abdeckung ist nun derart in beziehungsweise an dem Modulgehäuse mittelbar oder unmittelbar befestigbar, dass sie im Gehäuse gedreht werden kann. Mit anderen Worten kann die Abdeckung insbesondere so gedreht werden, dass durch die Drehung ein anderer Teilbereich der Abdeckung als der Teilbereich vor der Drehung als Strahlendurchgangsbereich in einer Sichtfensteraussparung des Modulgehäuses positioniert ist.
Die Drehung kann im Sinne der Erfindung sowohl von Hand ausführbar sein als auch durch einen entsprechend vorgesehenen Antrieb erfolgen.
Mit der erfindungsgemäßen Abdeckung kann einer frühzeitigen Beschädigung der im Sichtfeld des Sensors gelegenen Oberfläche der Abdeckung entgegengewirkt werden, in dem die Abdeckung bei etwaigen lokalen Beschädigungen oder temporären Beeinträchtigungen wie Frost, Regentropfen oder Kratzern ein Stück rotiert wird, um so einen unbeschädigten beziehungsweise frost-/ tropfen-/ und kratzerfreien Bereich in das Sichtfeld des Sensors zu verlagern.
Die erfindungsgemäße Abdeckung bietet einen zuverlässigen Schutz des Sensors und der dazugehörigen Elektronik und kann gleichzeitig sowohl temporäre als auch permanente Beeinträchtigungen des Sichtfelds des Sensors verbessern oder aufheben. Die Abdeckung ist vorteilhafterweise einfach in der technischen Ausgestaltung, um eine gute Langlebigkeit aufzuweisen. Sie bietet eine große Gestaltungsfreiheit bezüglich ihrer äußeren Form, um die Designfreiheit der Automobilhersteller für die verschiedenen Einbausituationen zu erhalten. Weiterhin hat die erfindungsgemäße Abdeckung keinen großen Bedarf an zusätzlichem Bauraum, so dass sie einfach auch in die bereits bestehenden Ausgestaltungen von Sensormodulen eingefügt werden kann. I n einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Abdeckung drehbar relativ zu einem feststehenden Modulgehäuse gelagert anbringbar.
Mit anderen Worten ist es in dieser Ausgestaltung ein Kerngedanke der Erfindung, die Abdeckung derart auszubilden, dass sie Einrichtungen aufweist, die eine drehbare Anbringung der Abdeckung in einem Fahrzeugsensormodul derart vorsieht, dass das Modulgehäuse des Fahrzeugsensormoduls feststehend, d. h. nicht drehbar, ausgebildet ist und sich die Abdeckung in oder an dem Modulgehäuse relativ zu diesem bewegen lässt.
Beispielsweise kann das Modulgehäuse als äußere Abdeckung der Sensoreinrichtung feststehend, d. h. nicht drehbar, mit dem Fahrzeug verbunden sein und einen Raum zur Aufnahme der Sensoreinrichtungen kuppelartig überspannen. I n dem feststehenden Modulgehäuse kann eine oder mehrere Aussparung(en) oder Ausschnitte vorgesehen sein, durch die der Strahlengang des Sensors verläuft. Die Aussparungen bzw. Ausschnitte können insbesondere in den seitlichen Bereichen des Modulgehäuses vorgesehen sein, insbesondere in Fahrtrichtung des Fahrzeugs und/oder seitlich zur Fahrtrichtung. Zur Abdeckung und Abdichtung der Aussparung oder des Ausschnitts des Modulgehäuses wird eine insbesondere scheibenartig ausgebildete Abdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung derart vorgesehen, dass sie die Aussparung oder den Ausschnitt mindestens vollständig überdeckt und derart, dass sie sich relativ zu der Aussparung oder dem Ausschnitt drehen lässt.
Hierzu kann die Abdeckung beispielsweise als kreisförmige Scheibe oder als eine Scheibe in Form eines Kreisabschnitts ausgebildet sein.
I n einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Abdeckung eine konische oder zylindrische Form auf.
Diese Formen sind mittels Spritzguss einfach und in großen Stückzahlen herstellbar. Zudem bieten sie einen geringen Windwiderstand und sind im Gegensatz zu geraden Flächen unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen. In einer Ausgestaltung der Erfindung überdeckt die Abdeckung einen Ausschnitt für den Bereich des Modulgehäuses mindestens vollständig.
Bevorzugt ist die Abdeckung mit anderen Worten in ihrer seitlichen Erstreckung größer dimensioniert als der Ausschnitt in dem Modulgehäuse, der für den Bereich des Strahlengangs des Sensors vorgesehen ist. Hierdurch kann ein verschmutzter oder anderweitig beeinträchtigter Teilabschnitt der Abdeckung durch Drehen aus dem Bereich des Strahlengangs des Sensors herausgefahren werden und ein neuer, nicht verschmutzter oder anderweitig beeinträchtigter Teilbereich der Abdeckung kann den vorherigen Teilbereich im Bereich des Strahlengangs des Sensors ersetzen. Die Abdeckung kann dabei sowohl außen an dem Modulgehäuse drehbar angebracht werden als auch innenliegend. Bevorzugt ist die Abdeckung derart ausgestaltet, dass sie im Modulgehäuse innenliegend drehbar anbringbar ist.
Auf diese Weise ist eine mechanisch sehr wenig aufwendige Lösung der vorgenannten Aufgabe angegeben, die weder eine Vibration des Modulgehäuses noch eine Ultraschallbeaufschlagung vorsieht und damit die Lebensdauer der empfindlichen Sensoreinrichtungen nicht negativ beeinflusst.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Abdeckung zusätzlich eine Beschichtung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, eine oder mehrere Bandpassfilterbeschichtungen, eine Antireflexionsbeschichtung, eine pigmentierte Beschichtung und/oder Heizeinrichtungen auf.
Die fertig gespritzte und gegebenenfalls gefräste Abdeckung wird nachträglich bevorzugt einem Lackierprozess zugeführt, um die mechanische und klimatische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen oder der Abdeckung eine optische Funktionalität zu verleihen. Als Beschichtungsstoffe kommen bevorzugt UV- oder thermisch härtende Lacksysteme, insbesondere UV- härtende Acrylatsysteme oder thermisch härtende Polysiloxansysteme, sogenannte Hardcoats, zum Einsatz. Diese können aus einer oder mehreren Schichten bestehen und entweder auf der Innen- oder Außenseite oder auf beiden Seiten aufgebracht sein. Um die Lichttransmission zu erhöhen, können Antireflexschichten (AR) auf die Innen oder Außenseite oder auf beiden Seiten aufgebracht werden. Die AR-Schicht muss dabei jeweils die äußerste Oberfläche zur Luft hin bilden. Ein Auftrag einer solchen AR-Schicht kann auch nach der Hardcoat-Beschichtung auf selbiger erfolgen.
Weiterhin ist die Aufbringung eines Bandpass-Filters in zumindest dem IR-transparenten Bereich denkbar, der störende Wellenlängen über und unter der für den LiDaR relevanten Wellenlänge von 905nm blockt oder reduziert.
Auch eine Pigmentierung der vorgenannten Schichten und/oder die Aufbringung einer pigmentierten Beschichtung ist eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Abdeckung.
Erfindungsgemäße Abdeckungen können zusätzlich auch mit einer Heizfunktion (defrosting) ausgerüstet sein, um etwaige Tau-, Eis- oder Schneeschichten abzutauen und somit eine einwandfreie Funktion der Sensoren zu gewährleisten. Hierzu können dünne Heizdrähte in das Polycarbonat eingebettet sein oder leitfähige Schichten auf einer oder beiden Oberflächen der Abdeckung aufgebracht sein.
Antireflexschicht, Bandpass-Filter, Pigmentbeschichtung und Heizdrähte können theoretisch zunächst auf eine PC-Folie aufgebracht werden, welche dann später durch Folienhinterspritzung mit der Abdeckung verbunden wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in einem zweiten Aspekt durch ein Fahrzeugsensormodul aufweisend eine drehbare Abdeckung gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung gelöst. Mit anderen Worten umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsensormodul einen optischen oder elektromagnetischen Sensor, ein Modulgehäuse und eine Abdeckung. Die Abdeckung ist aus einem Polymermaterial gefertigt und weist einen Bereich auf, durch den der Strahlengang des Sensors hindurchgeht. Die Abdeckung weist eine rotationssymmetrische Form auf und ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass sie in dem Fahrzeugsensormodul relativ zu dem Sensor und/oder dem Modulgehäuse drehbar gelagert anbringbar ist.
In Bezug auf die genannten Komponenten des Fahrzeugsensormoduls wird in vollem Umfang auf die vorstehende Beschreibung verwiesen, insbesondere in Bezug auf die verschiedenen Ausgestaltungen in Form, Funktion und Material der Sensoren, des Modulgehäuses und der Abdeckung.
So umfasst ein Fahrzeugsensormodul im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere solche Sensoren, die in einem Fahrzeug als ADAS (Advanced Driver Assist Systems) eingesetzt werden. Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, Mid- Range und Long-Range Radarsysteme, Ultraschallsensoren und Light Detection and Ranging (LiDaR) Sensoren.
Die erfindungsgemäße Abdeckung ist aus einem Polymermaterial gefertigt. Geeignete Polymermaterialien sind dem Fachmann allgemein bekannt. Insbesondere werden für den Zweck der vorliegenden Erfindung transparente und auch IR-transparente Polycarbonate verwendet. Bevorzugt werden solche Polycarbonat-Typen eingesetzt, die auch für Lichtleiter-, LED- oder Scheinwerferanwendungen Verwendung finden. Sie sollen eine gute Langlebigkeit und andauernde Transparenz auch bei sehr langer Umwelt- und damit einhergehender UV Exposition aufweisen und auch gegen mechanische Beeinträchtigungen eine gute Schlagzähigkeit vorweisen.
Der Begriff rotationssymmetrische Form umfasst in Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere konische, zylindrische und elliptische Formen sowie Kombinationen daraus. Die rotationssymmetrische Form umfasst neben umfänglich geschlossenen Ausgestaltungen auch solche Ausgestaltungen, in der die Abdeckung in der Schnittansicht von oben keinen vollen Kreis sondern nur Kreisabschnitte ausbildet.
In einer beispielhaften Ausgestaltung kann die Abdeckung wie ein Becher geformt sein. Der eigentliche Boden des Bechers kann als oberer Abschluss der Abdeckung bevorzugt als Montagefläche zur drehbaren Befestigung an dem Modulgehäuse genutzt werden.
Erfindungsgemäß ist die Abdeckung derart in dem Modulgehäuse des Fahrzeugsensor moduls befestigt, dass die Abdeckung einen Bereich aufweist, durch den der Strahlengang des Sensors hindurchgeht. Mit anderen Worten deckt die Abdeckung eine entsprechende Aussparung beziehungsweise ein Fenster in dem Modulgehäuse nach außen ab, um einen ungehinderten Strahlendurchgang für die elektromagnetischen Strahlen des Sensors sicher zu stellen. Das Modulgehäuse kann dann intransparent ausgestaltet sein und beispielsweise geeignete Füllstoffe enthalten, insbesondere um die empfindlichen elektronischen Bauteile des Fahrzeugsensormoduls vor UV-Strahlung zu schützen und auch einen sehr guten mechanischen Schutz zu bieten. Zum Beispiel kann das Modulgehäuse aus einem Polymermaterial gefertigt sein, das neben UV- Schutzadditiven auch Pigmente wie Ruß und verstärkende Füllstoffe wie Mineralien, Glasfasern, Aramidfasern, Cellulosefasern und ähnliche enthält.
Die Abdeckung ist erfindungsgemäß zudem derart ausgestaltet, dass sie in dem Fahrzeugsensormodul relativ zu dem Sensor und/oder dem Modulgehäuse drehbar gelagert anbringbar ist.
Unter dem Begriff relativ zu dem Sensor und/oder dem Modulgehäuse wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden, dass Sensor und/oder Modulgehäuse feststehend in beziehungsweise an dem Fahrzeugsensormodul befestigt sind und mithin selbst nicht drehbar sind. Die Abdeckung ist nun derart in beziehungsweise an dem Modulgehäuse mittelbar oder unmittelbar befestigbar, dass sie im Gehäuse gedreht werden kann. Mit anderen Worten kann die Abdeckung insbesondere so gedreht werden, dass durch die Drehung ein anderer Teilbereich der Abdeckung als der Teilbereich vor der Drehung als Strahlendurchgangsbereich in einer Sichtfensteraussparung des Modulgehäuses positioniert ist.
Die Drehung kann im Sinne der Erfindung sowohl von Hand ausführbar sein als auch durch einen entsprechend vorgesehenen Antrieb erfolgen.
Vorteilhafterweise kann mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormodul eine verbesserte Sensorbaugruppe zu Verfügung gestellt werden, die die guten Funktionen und optischen sowie mechanischen Eigenschaften der bisher bekannten Sensormodule aufweist und gleichzeitig aufgrund der relativen Drehbarkeit der Abdeckung zu dem bevorzugt fest mit dem Fahrzeug befestigten Modulgehäuse eine Möglichkeit bietet, einer frühzeitigen Beschädigung der im Sichtfeld des Sensors gelegenen Oberfläche der Abdeckung entgegenzuwirken, in dem die Abdeckung bei etwaigen lokalen Beschädigungen oder temporären Beeinträchtigungen wie Frost oder Regentropfen ein Stück rotiert wird, um so einen unbeschädigten beziehungsweise frost- und tropfenfreien Bereich in das Sichtfeld des Sensors zu verlagern.
Die erfindungsgemäße Abdeckung bietet einen zuverlässigen Schutz des Sensors und der dazugehörigen Elektronik in dem Fahrzeugsensormodul und kann gleichzeitig sowohl temporäre als auch permanente Beeinträchtigungen des Sichtfelds des Sensors verbessern oder aufheben. Das Fahrzeugsensormodul ist vorteilhafterweise einfach in der technischen Bauweise, insbesondere ohne äußere Anbauteile wie äußere Wischer, um eine gute Langlebigkeit aufzuweisen. Es bietet eine große Gestaltungsfreiheit bezüglich ihrer äußeren Form, um die Designfreiheit der Automobilhersteller für die verschiedenen Einbausituationen zu erhalten. Weiterhin hat die erfindungsgemäße Abdeckung keinen großen Bedarf an zusätzlichem Bauraum in dem Fahrzeugsensormodul, so dass sie einfach in die bereits bestehenden Ausgestaltungen von Sensormodulen eingefügt werden kann. Selbst ein elektrischer Antrieb der drehbaren Abdeckung und möglicherweise eine Steuerungseinheit zum gezielten Aktivieren und Abschalten des Antriebs beanspruchen nur geringen Raum . In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abdeckung in dem Fahrzeugsensormodul antreibbar drehbar gelagert.
Insbesondere kann ein elektrischer Antrieb vorgesehen sein, der beispielsweise mit der Fahrzeugelektronik verbunden ist.
Auf diese Weise kann eine Drehung der Abdeckung zum Beispiel bedarfsweise oder turnusgemäß, möglicherweise bei einem Fahrzeugneustart, automatisch aktiviert und durchgeführt werden. Ein solcher Antrieb mittels eines Elektromotors nimmt nicht viel Raum ein und es kann auf fahrzeugübliche Komponenten zurückgegriffen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensormoduls weist das Fahrzeugsensormodul Mittel zum Erkennen von Oberflächendefekten des Bereichs auf, durch den der Strahlengang des Sensors hindurchgeht.
Solche Mittel zum Erkennen eines Oberflächendefekts können beispielsweise Regensensoren oder optische Erkennungssysteme wie Kameras sein oder der Defekt wird über den Sensor selbst detektiert, etwa wenn bei einer bestimmten Position der rotierbaren Abdeckung kein auswertbares Signal mehr empfangen werden kann.
Hierdurch können Oberflächendefekte, die sowohl temporär wie auch permanent sein können und weiter vorne schon beschrieben sind, automatisch erkannt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass dem Fahrer ein solcher Oberflächendefekt angezeigt wird.
Das Fahrzeugsensormodul kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung einen durch eine Steuereinheit aktivierbaren Antrieb zur Drehung der Abdeckung aufweisen. I nsbesondere im Fall eines automatisch erkannten Oberflächendefekts kann zum Beispiel softwaregesteuert eine Drehung der Abdeckung relativ zum Modulgehäuse und/oder Sensor derart durchgeführt werden, dass ein nicht mit Defekten behafteter Teilbereich der Abdeckung in dem Sichtfeld des Sensors angeordnet wird, so dass eine einwandfreie Funktion des Sensors wiederhergestellt wird.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls kann ein Oberflächendefekt des Bereichs, durch den der Strahlengang des Sensors hindurchgeht, eine mechanische Beschädigung oder eine optische Beeinträchtigung sein.
Wie vorstehend beschrieben sind unter dem Begriff Oberflächendefekt sowohl temporäre als auch permanente Defekte zusammengefasst. Solche Defekte können auf mechanische Beschädigungen zurück zu führen sein, wie beispielsweise Kratzer, Steinschläge oder Risse. Sie können aber auch nur rein optische Beeinträchtigungen sein wie Regentropfen, Staubpartikel, Blätter, I nsekten oder Vereisung.
Für alle Oberflächendefekte gilt gleichermaßen, dass sie durch eine entsprechende Drehung der Abdeckung in dem oder an dem Modulgehäuse aus dem Sichtfeld des Sensors entfernt werden können und auf diese Weise die Lebensdauer des Fahrzeugmoduls um ein Vielfaches verlängert werden kann.
I n einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls weist das Fahrzeugsensormodul eine Reinigungsvorrichtung zur bedarfsweisen Reinigung des Bereichs auf, durch den der Strahlengang des Sensors hindurchgeht.
Als Reinigungsvorrichtung können Wischblätter, angetriebene Wischersysteme und/oder Spritzdüsen an dem Fahrzeugsensormodul der vorliegenden Erfindung angebracht werden. Bei Bedarf, das heißt bei einer temporären Beeinträchtigung des Sichtfelds des Sensors, oder auch turnusgemäß, beispielsweise bei jedem Fahrzeugneustart, kann das Sichtfeld der Abdeckung durch Aktivierung der Reinigungsvorrichtung gereinigt werden. Damit wird die Funktionstüchtigkeit des Sensors auch bei widrigem Wetter und bei Verschmutzung aufrechterhalten.
Die Reinigungsvorrichtung weist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung keine beweglichen, insbesondere keine angetriebenen, Teile auf. Bevorzugt ist die Reinigungsvorrichtung innerhalb des Modulgehäuses angebracht und gerade nicht an der Außenseite des Modulgehäuses befestigt.
Auf diese Weise wird eine hohe Langlebigkeit und dauerhafte Funktionalität der Reinigungsvorrichtung erzielt. Auch eine Beeinträchtigung der aerodynamischen Eigenschaften der Sensoreinheit als solcher und damit auch des Fahrzeugs wird mit einer innenliegenden Montage der Reinigungseinheit vermieden.
Auf der Oberfläche der Abdeckung im Sichtbereich des Sensors befindliche Wassertropfen bei Regen oder auch Beschlag sowie Verschmutzung können die Funktionsfähigkeit des Sensormoduls stark beeinträchtigen. Um diesem Problem zu begegnen können als Reinigungsvorrichtung bevorzugt ein, zwei oder mehrere statische Wischblätter vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise sind die Wischblätter außerhalb des Sichtfelds der Sensoren angeordnet, beispielsweise im Übergangs- beziehungsweise Randbereich zwischen Abdeckung und Modulgehäuse. Die statischen Wischblätter können relativ zur Drehachse der Abdeckung schräg angeordnet sein, sodass etwaiges Wasser oder Schmutz nach oben oder unten hin schnell abgeleitet wird.
Es könnte auch ein bewegliches Wischersystem vorgesehen werden. Im Gegensatz zu einem statischen Wischerblatt ist ein solches bewegliches Wischersystem jedoch teuer, technisch aufwendig, fehleranfälliger und es ist aufgrund der relativ starken Krümmung der Abdeckung schwierig zu realisieren. Eine erfindungsgemäße Abdeckung kann dagegen bevorzugt durch einfaches Rotieren gegen statische Wischblätter einfacher gewischt werden.
Das Fahrzeugsensormodul weist in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls eine Einrichtung zum Heizen der Abdeckung auf.
Die Heizeinrichtung kann als in eine Beschichtung der Abdeckung integrierte Einrichtung mit dünnen Heizdrähten oder als statisch montiertes Heizelement im I nneren des Fahrzeugsensormoduls vorgesehen sein. Bevorzugt ist ein statisches Heizelement, etwa ein Heizwendel vorgesehen.
Damit entfällt die Notwendigkeit einer in die Abdeckung integrierten Heizung aus Heizdrähten oder leitfähigen Strukturen oder Schichten innerhalb oder auf der Abdeckung, die die Optik verschlechtern können und generell sehr aufwändig sind. Stattdessen kann ein vereister oder beschlagener Bereich aus dem Sichtfeld gedreht werden. Es entfällt somit der Zeitbedarf für das Abtauen. Optional kann in das I nnere des Sensormoduls ein einfaches Heizelement eingebracht werden, welches den ins I nnere gedrehten beschlagenen Bereich zum Beispiel konvektiv beheizt. Hierzu reicht ein einfaches Heizelement oder I R-Strahler aus. Ein solches statisches Heizelement ist technisch robuster ausführbar und benötigt nur einen geringen Bauraum .
I n einem dritten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, das ein wie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen als erfindungsgemäß beschriebenes Fahrzeugsensormodul aufweist, wobei das Fahrzeugsensormodul ein Teil von einem Anbauteil des Fahrzeugs oder ein vollständiges Anbauteil des Fahrzeugs bildet.
Das erfindungsgemäße Fahrzeugsensormodul kann ganz verschiedene Formen und Designs haben und kann sogar derart geformt sein, dass sie in bestehende Anbauteile integriert wird oder diese ersetzt. Derartige Anbauteile eines Fahrzeugs umfassen beispielsweise Frontblenden, Spoiler, Kühlergrill, Kühlerblenden, A-, B-, C-
Säulenblenden, Außenspiegelabdeckungen, Dachblenden, Heckblenden, Scheiben, insbesondere Windschutzscheiben, und Stoßstangen.
I m Rahmen der vorliegenden Erfindung können alle Ausführungsformen, die für einzelne Merkmale genannt sind, auch frei miteinander kombiniert werden, sofern diese nicht widersprüchlich sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls in einer stark vereinfachten seitlichen Schnittansicht,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls in seitlicher Schnittansicht,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls in seitlicher Schnittansicht,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls in seitlicher Schnittansicht, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsensormodul mit einer Abdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeugsensormodul 2 gezeigt. Das Fahrzeugsensormodul umfasst einen fest hinter einer Abdeckung 1 angeordneten Sensor 3 sowie ein Modulgehäuse 5. Der Sensor 3 kann ein optischer Sensor wie beispielsweise eine Kamera sein. Bevorzugt handelt es sich um einen Radar-Sensor, insbesondere um einen LiDaR-Sensor. Es können auch zwei oder mehr Sensoren 3 in dem Fahrzeugsensormodul 2 angeordnet sein, wobei ein Sensor 3 einen Sender, einen Empfänger, eine Lichtquelle, einen Scanner, eine bewegliche Lasersteuerung, insbesondere ein Spiegelsystem oder einen Mikrospiegel umfassen kann. Das Modulgehäuse 5 ist bevorzugt feststehend ausgebildet und bildet einen um einen Innenraum geschlossenen, umlaufenden Schutz für den Sensor 3 und weist eine Aussparung bzw. einen Ausschnitt auf, die/der mindestens so groß ist wie der Strahlengang des Sensors. Diese Sichtfenster-Aussparung des Modulgehäuses 5 mindestens vollständig abdeckend ist eine zylindrisch geformte Abdeckung 1 in dem Modulgehäuse 5 angeordnet, die in der Schnittansicht einen vollständigen Kreis beschreibt. Ein Teilbereich 4 der Abdeckung ist mithin immer in dem Sichtfenster des Modulgehäuses 5 angeordnet, durch den der Strahlengang des Sensors 3 hindurchgeht. Die Abdeckung 1 ist relativ zu dem Modulgehäuse 5 in beide Richtungen drehbar, was durch entsprechende Pfeile in der Figur angezeigt ist. Im Übergangsbereich zwischen Modulgehäuse 5 und Abdeckung 1 können Dichtmittel vorgesehen sein, um ein Eintreten von Feuchtigkeit oder Schmutz in den Innenraum des Sensorgehäuses 5 zu verhindern.
Figur 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines LiDaR-Sensormoduls 2 mit erfindungsgemäßer zylindrischer Abdeckung 1 . Wie in Fig. 1 ist ein Sensor 3 fest hinter der Abdeckung 1 in dem Modulgehäuse 5 angeordnet, so dass der Strahlengang der vom Sensor 3 ausgesandten Photonen die Abdeckung 1 innerhalb des Sichtfelds 4 des Sensors 3 passieren kann. Die Abdeckung 1 ist erfindungsgemäß nicht fest mit dem Gehäuse 5 verbunden, sondern entlang einer Rotationsachse drehbar gelagert.
Eine zylindrische Form der Abdeckung 1 lässt sich nach dem Spritzgießprozess eher schwer aus dem Spritzgusswerkzeug entformen. Daher kann eine Entformungsschräge von mindestens 1 ° vorgesehen werden, was am fertigen Spritzgussteil der Abdeckung 1 in einer konischen Form resultiert. Besondere Ausführungsformen der Abdeckung 1 können auch deutlich höhere Schrägen oder Winkel aufweisen, etwa wenn das Sensormodul 2 mit der Abdeckung 1 schräg beziehungsweise nach unten geneigt an einem Fahrzeug verbaut werden, der Strahlengang der für den Sensor 3 relevanten Photonen beziehungsweise elektromagnetischen Wellen jedoch in Fahrtrichtung und senkrecht zur Abdeckung 1 verlaufen soll. I n der in der Figur 2 dargestellten Ausgestaltung ist weiterhin ein zusätzliches Heizelement 6 innerhalb des Gehäuses 5 eingebracht. Damit kann ein innen liegender Teilbereich der Abdeckung 1 beheizt werden, der im Anschluss in den Sichtfenster-Bereich 4 gedreht wird. Auf diese Weise kann eine Vereisung im Sichtfensterbereich 4 vermieden beziehungsweise aufgehoben werden.
I n Figur 3 wird schematisch ein ähnlicher Aufbau des erfindungsgemäßen Fahrzeugsensormoduls 2 wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Auch hier in der gezeigten Ausgestaltung sind im Übergangsbereich beziehungsweise Randbereich zwischen dem feststehend montierten Modulgehäuse 5 und der drehbar gelagerten Abdeckung 1 im I nnenraum des Modulgehäuses feststehende Wischblätter 7 angeordnet. Durch eine Drehung der Abdeckung 1 wird diese an den Wischblättern 7 vorbeigeführt und damit gereinigt.
I n Figur 4 ist eine weitere Variante des schematischen Aufbaus aus Figur 1 und 2 gezeigt. In der hier dargestellten Variante ist die Abdeckung 1 nicht als Vollzylinder ausgeformt, sondern nur als Teilzylinder. Diese Variante eignet sich insbesondere für Anwendungen, in denen nur ein sehr begrenzter Bauraum zu Verfügung steht. Die wesentlichen Merkmale der Erfindung bleiben auch hier erhalten, lediglich die als „Reserve“ zur Verfügung stehende Fläche der Abdeckung ist in dieser Variante kleiner.
Figur 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensormoduls 2 mit erfindungsgemäßer Abdeckung 1 verbaut in eine Windschutzscheibe 8. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensormodul 2 auch in Geräten, insbesondere in militärischen Geräten, z.B. einem Hubschrauber zur Geovermessung, verbaut werden. Bezugszeichenliste
(1 ) Abdeckung
(2) Fahrzeugsensormodul
(3) Sensor
(4) Aktiver Bereich
(5) Modulgehäuse
(6) Heizeinrichtung
(7) Reinigungsvorrichtung
(8) Anbauteil

Claims

Patentansprüche
1. Abdeckung (1) für ein Fahrzeugsensormodul (2) zum Schutz vor
Umwelteinflüssen, wobei das Fahrzeugsensormodul (2) mindestens die
Abdeckung (1), einen optischen oder elektromagnetischen Sensor (3) und ein Modulgehäuse (5) umfasst, wobei die Abdeckung (1) aus einem Polymermaterial gefertigt ist und einen Bereich (4) aufweist, durch den der Strahlengang des Sensors (3) hindurchgeht, wobei die Abdeckung (1) eine rotationssymmetrische Form aufweist und derart ausgestaltet ist, dass sie in dem
Fahrzeugsensormodul (2) relativ zu dem Sensor (3) und/oder dem
Modulgehäuse (5) drehbar gelagert anbringbar ist.
2. Abdeckung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (1) drehbar relativ zu einem feststehenden Modulgehäuse (5) gelagert anbringbar ist.
3. Abdeckung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abdeckung (1) derart dimensioniert ist, dass sie einen Ausschnitt für den
Bereich (4) des Modulgehäuses (5) mindestens vollständig überdeckt.
4. Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Abdeckung (1) zusätzlich eine Beschichtung zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, eine oder mehrere Bandpassfilterbeschichtungen, eine Antireflexionsbeschichtung, eine pigmentierte Beschichtung und/oder Heizeinrichtungen aufweist.
5. Fahrzeugsensormodul (2) aufweisend eine Abdeckung (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
6. Fahrzeugsensormodul (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (1) in dem Fahrzeugsensormodul (2) antreibbar drehbar gelagert ist.
7. Fahrzeugsensormodul (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsensormodul (2) Mittel zum Erkennen von Oberflächendefekten des Bereichs (4) der Abdeckung (1) aufweist.
8. Fahrzeugsensormodul (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsensormodul (2) einen durch eine Steuereinheit aktivierbaren Antrieb zur Drehung der Abdeckung (1) aufweist.
9. Fahrzeugmodul (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehung der Abdeckung (1) automatisch erfolgt, wenn ein
Oberflächendefekt erkannt ist.
10. Fahrzeugsensormodul (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Oberflächendefekt des Bereichs (4) eine mechanische Beschädigung, Materialanhaftung oder eine optische Beeinträchtigung ist.
11. Fahrzeugsensormodul (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsensormodul (2) eine Reinigungsvorrichtung (7) zur bedarfsweisen Reinigung des Bereichs (4) aufweist.
12. Fahrzeugsensormodul (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (7) keine beweglichen, insbesondere keine
angetriebenen, Teile aufweist.
13. Fahrzeugsensormodul (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsensormodul (2) eine Einrichtung (6) zum Heizen der Abdeckung aufweist.
14. Fahrzeugsensormodul (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, dass als Sensor (3) eine Kamera, ein Radarsensor oder ein LiDaR Sensor oder eine Kombination aus diesen vorgesehen ist.
15. Fahrzeug aufweisend ein Fahrzeugsensormodul (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugsensormodul (2) ein Teil von einem Anbauteil (8) des Fahrzeugs oder ein vollständiges Anbauteil (8) des Fahrzeugs bildet.
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