WO2021032597A2 - Dachmodul zur bildung eines fahrzeugdachs mit umfeldsensor - Google Patents

Dachmodul zur bildung eines fahrzeugdachs mit umfeldsensor Download PDF

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WO2021032597A2
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sensor
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roof
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Cédric Langlais
Michael Mailhamer
Juraj Lehotsky
Dirk Legler
Michael Deppe
Max Huber
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    • B60R2011/0028—Ceiling, e.g. roof rails

Definitions

  • Roof module to form a vehicle roof with a surrounding sensor
  • the invention relates to a roof module for forming a vehicle roof on a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • roof modules are widely used in vehicle construction, since these roof modules are prefabricated as separate functional modules and can be delivered to the assembly line when the vehicle is assembled.
  • the roof module forms the roof skin of the vehicle roof on its outer surface, at least in some areas, which prevents moisture or air currents from penetrating into the vehicle interior.
  • the roof skin is made of a suitably stable material, for example painted sheet metal or painted or colored plastic.
  • the roof module can either be part of a rigid vehicle roof or part of an openable roof assembly.
  • Autonomous or partially autonomous vehicles are becoming more and more widespread in vehicle construction.
  • a large number of environment sensors are required which detect the environment of the motor vehicle and from this determine the respective traffic situation.
  • the known environment sensors send or receive corresponding electromagnetic signals for this purpose, for example laser beams or radar beams, a data model of the vehicle environment being generated by a corresponding signal evaluation and being able to be used for vehicle control.
  • the known environment sensors are built into corresponding sensor housings. This sensor housing is then on top of the from Roof module formed roof skin attached to allow the environment sensor a corresponding all-round view.
  • the disadvantage of fastening a sensor housing on the roof module is that the aerodynamic properties of the vehicle are negatively influenced by the separate sensor housing.
  • the optics of the vehicle are also negatively influenced by the sensor housing, which is attached separately to the roof of the roof module.
  • the object of the present invention is therefore to propose a roof module that avoids the disadvantages of the known prior art described above.
  • the roof module according to the invention is based on the basic idea that the surface component of the roof module, the outer surface of which forms the roof skin of the vehicle roof, is used as a component of the sensor housing for housing the environment sensor. As a result, according to the invention, the environment sensor is no longer located above but below the roof skin.
  • the electromagnetic signals from the environment sensor can be transmitted and / or received by the environment sensor without being disturbed.
  • the usual materials for producing the surface component forming the roof skin are not sufficiently permeable or impermeable for the electromagnetic signals of the known environment sensors, for example if the surface component is made of sheet metal or unspecified plastic, the surface component according to the invention has a Section through which the electromagnetic signals from the environmental sensor can pass.
  • Impermeability to the electromagnetic signals in the context of the invention means that the material of the flat component has too high a volume resistance and / or too high a signal attenuation and / or too little.
  • the surface component therefore has one or more cutouts through which the electrical signals sent or received by the environment sensor can pass unhindered.
  • the cutout in the surface component forms an opening in the vehicle roof through which the electromagnetic signals from the environment sensor can pass.
  • undesirable environmental influences for example air currents or moisture
  • the cover element being made of a material through which the electromagnetic signals of the environment sensor can walk through undisturbed.
  • Undisturbed passage of the electromagnetic signals in the context of the invention means that the material of the cover element has a sufficiently low volume resistance and / or low signal attenuation and / or high transmission.
  • the flow properties of the roof module can be improved with regard to aerodynamics and a more pleasing design can be achieved in the design of autonomously or partially autonomously operated vehicles.
  • the arrangement of the environment sensor below the roof skin of the roof module causes additional temperature problems. If the flat component forming the roof skin heats up, this can lead to corresponding temperature-related linear expansions of the flat component. The functionality of the environment sensor can be disturbed by these temperature-related linear expansions. If, for example, a cover element is provided in the cutout of the surface component, the geometry of the beam path of the electromagnetic signals from the environment sensor can change as a result of this linear expansion.
  • the surface component can be composed of several segments. Additional expansion profiles, for example elastomer profiles, can be provided between the individual segments. If the individual segments of the surface component expand due to the solar radiation, they can Temperature-related elongations are absorbed and compensated by the expansion joint elements. Inadmissibly large deformations on the surface component as a whole, in particular with regard to the arrangement of a cover element in the cutout of the surface component, can be reduced in this way or significantly.
  • the roof module comprises a temperature sensor with which the temperature of at least one component of the roof module and / or the temperature of the interior space in the roof module can be measured.
  • a compensation for the disturbances caused by the temperature-dependent length expansions can then be calculated and included in the evaluation of the sensor signals from the environment sensor.
  • the temperature in the area of the cover element, which is arranged in the cutout of the surface component, is particularly significant with regard to the function of the environment sensor. This is because temperature-related elongations of the cutout lead to undesired changes in the geometry of the beam path of the electromagnetic signals from the environment sensor through the cover element and thus to corresponding disturbances in the evaluation of the sensor data from the environment sensor.
  • the way in which the temperatures measured with the temperature sensor are used to compensate for the disturbances caused thereby in the operation of the environment sensor is basically arbitrary. According to a preferred device variant, it is provided that the temperature measured with the temperature sensor is transmitted to the control of the environment sensor. The control of the environment sensor can then be recalibrated as a function of the temperature measured with the temperature sensor and set to the changed geometry of the input caused by the temperature change.
  • the way in which the control of the environment sensor is calibrated is basically arbitrary. According to a preferred device variant, it is provided that at least one temperature curve for describing the temperature-dependent expansion of a component is stored in the control of the environment sensor. Depending on the temperatures measured by the temperature sensor, conclusions can then be drawn about the temperature-dependent changes in geometry caused thereby and the control of the environment sensor can be recalibrated accordingly.
  • the environment sensor is mechanically connected to the surface component, undesired changes in position of the environment sensor relative to the vehicle body can occur when the surface component is heated. These changes in position, which are dependent on the temperature of the surface component, in turn lead to undesired calibration problems, since the calibration of the environment sensor requires a fixed and unchanged position of the environment sensor on the vehicle body.
  • the environment sensor is fastened in the roof module in a mechanically decoupled manner from the surface component. In this way it is avoided that changes in length of the surface component are mechanically transmitted to the environment sensor.
  • the roof module comprises a rigid roof frame
  • the environment sensor is attached to this roof frame in order to ensure temperature-independent positioning of the environment sensor relative to the vehicle body.
  • the environment sensor may malfunction due to extraneous light or dirt if extraneous light or dirt enters the space between the environment sensor and the cover element.
  • a protective membrane is attached between the environment sensor and the cover element, which membrane encloses a sealed volume. No extraneous light and no dirt can then penetrate into this transmission volume, which is enclosed by the protective membrane, and thereby disrupt the function of the environment sensor.
  • this protective membrane can also be used to fix the cover element in the Section of the surface component can be used.
  • the protective membrane must have a corresponding dimensional stability in order to hold the cover element in the cutout of the flat component. This type of fixation of the cover element in the cutout of the surface component is particularly advantageous when a compensation gap is provided between the cover element and the surface component.
  • a compensation gap is provided between the outer edge of the cover element and the inner edge of the cutout in the surface component. Undesired changes in length can in this way be compensated for by the compensation gap between the cover element and the surface component.
  • the compensation gap between the cover element and surface component can be sealed with a sealing element.
  • the geometry of the sealing element between the cover element and the surface component is basically arbitrary. Sealing elements which are designed in the manner of a seal with an H-shaped cross section are particularly advantageous. Due to the H-shaped cross section of the seal, the seal can compensate for changes in length of the cover element or of the surface component without becoming leaky.
  • the cover element is integrated into the environment sensor. In this way, all geometric changes due to temperature changes affect the cover element and the environment sensor in the same way, so that as a result there are no temperature-related relative movements between the cover element and the environment sensor.
  • the environment sensor with the side carrying the cover element can be in the cutout or behind the cutout in the Surface component are arranged in order in this way to at least partially or completely close the cutout in the surface component.
  • a sealing element is provided between the cover element integrated into the environment sensor and the cutout in the surface component.
  • the sealing element between the cover element integrated in the environment sensor and the edge of the cutout in the surface component is preferably only fixed either on the cover element or on the surface component.
  • the sealing element can slide on the surface of the inner edge on the cutout of the surface component or on the surface of the cover element.
  • this side of the sealing element can be designed in the manner of a sealing lip. Due to the sliding movement in the sealing element on the one hand and the cover element or the surface component on the other hand, a corresponding slippage in the area of the seal can then be realized in the event of temperature-related changes in length.
  • the sealing element can also have an elastically deformable compensating area between the cover element integrated in the environment sensor and the cutout of the surface component.
  • the elastic deformation of the sealing element can then compensate for a temperature-related change in length between the cover element and surface component without endangering the tightness.
  • the way in which the cover element is fixed in the cutout of the surface component is basically arbitrary.
  • clip elements are provided in the cover element for this purpose, which can be clipped into the inner edge of the cutout of the surface component in a fixing manner. If necessary, an element can also be installed between the cover element and the surface component.
  • the cover element can also be injection-molded on the inner edge of the cutout in a multi-component injection molding process for fastening to the surface component. According to a further embodiment, it is provided that the cover element is glued to the inner edge of the cutout for attachment to the surface component.
  • the material from which the cover element is made in the cutout of the surface component is basically arbitrary, as long as sufficient permeability of the material for the passage of the electromagnetic signals from the environment sensor is guaranteed. It is particularly advantageous if the cover element is made of polycarbonate (PC) or polymetamethyl acrylate (PMMA) or mineral glass.
  • the roof module according to the invention offers particularly great advantages in the case of surroundings sensors that are in the form of a LIDAR sensor and / or in the form of a radar sensor and / or in the form of a camera sensor and / or in the form of a multi-camera sensor is trained.
  • the roof module according to the invention can be used both in passenger cars and in commercial vehicles such as delivery vans or tractors for trucks. It can be designed as a pure fixed roof or also be provided with a roof opening system and thus form a closable roof opening.
  • the roof module according to the invention preferably forms a structural unit which comprises in an integrated manner devices for autonomous driving or for partially autonomous driving supported by vehicle assistance systems and which can be placed on a vehicle shell by a vehicle manufacturer.
  • the invention also relates to a motor vehicle with a roof module of the type described above.
  • FIG. 1 shows a roof module with a surface component in a perspective view from above;
  • FIG. 2 shows the roof module according to FIG. 1 in a schematic cross section along section line II;
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 7 shows a sixth embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 8 a seventh embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 9 shows an eighth embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 10 a ninth embodiment of a roof module in a schematic cross section:
  • FIG. 11 a tenth embodiment of a roof module in a schematic cross section.
  • FIG. 1 shows a roof module 01 for forming a vehicle roof on a motor vehicle.
  • the roof module 01 comprises a surface component 02, the outer surface of which forms the roof skin 03 in a partial area of the vehicle roof.
  • the surface component 02 has two slot-like cutouts 04 on the right and left.
  • a cover element 05 is arranged in both cutouts 04.
  • the two cover elements 05 are in the In contrast to the surface component 02, it is made from a material that is permeable to electromagnetic signals from an environment sensor 06 (see FIG. 2).
  • the surface component 02 is composed of three segments 07, 08 and 09 to compensate for temperature-related linear expansions. Between the segments 07 and 08 and between the segments 08 and 09 there is provided an expansion joint element 10, which is made, for example, from an elastically deformable joint material. The transitions between the edge of the cutout 04 and the cover element 05 fastened therein can also be formed by an expansion joint element in order to be able to absorb temperature-related changes in length.
  • FIG. 2 shows the roof module 01 in a schematic cross section, only those parts of the roof module 01 being shown which are necessary for understanding the invention for the sake of simplicity.
  • the surface component 02 forms the roof skin 03 of a vehicle and forms the upper end of the vehicle body.
  • the cutout 04 is provided in the surface component 02, in which the cover element 05 is fastened.
  • An environment sensor 06 is installed in the roof module 01 below the surface component 02 and thus covered by the roof skin 03.
  • the environment sensor 06 is mechanically completely decoupled from the surface component 02. Instead, the environment sensor 06 is fixed on a rigid roof frame 11.
  • the electromagnetic signals 12 emitted by the environment sensor 06 can radiate through the cover element 05 in the cutout 04 without any problems.
  • the environment sensor 06 is connected to four temperature sensors 13, 14, 15 and 16.
  • the temperature in the area of the cover element 05 can be measured with the temperature sensor 13.
  • the temperature of the surface component 02 below the roof skin 03 can be measured with the temperature sensor 14.
  • With the temperature sensor 15, the temperature of the roof frame 11 can be measured.
  • the temperature in the interior 17 of the roof module 01 can be measured with the temperature sensor 16.
  • Various temperature curves assigned to the temperature sensors 13, 14, 15 and 16 are stored in the control of the environment sensor 06 and describe the relationship between the changes in length of the cover element 05, the surface component 02, the roof frame 11 and possibly other components of the roof module 01. Using these temperature curves, the deformation of the Components of the roof module 01 are estimated as a function of the measured temperatures and the calibration of the environment sensor 06 can be changed accordingly.
  • FIG. 3 shows a roof module 18 which, in terms of construction, largely corresponds to the roof module 01.
  • a cover element 19 is provided on the roof module 18.
  • the cover element 19 has a compensating gap 20 towards the surface component 02 and is mechanically decoupled from the surface component 02 so that temperature-related changes in length of the surface component 02 are not transferred to the cover element 19.
  • a protective membrane is used to mechanically fix the cover element 19 in the roof module 18
  • the protective membrane 21 which is fastened between the environment sensor 06 and the cover element 19. At the same time, the protective membrane 21 encloses a sealed transmission volume
  • FIG. 4 shows a roof module 23, the construction of which largely corresponds to the construction of the roof module 18.
  • the compensation gap 20 is additionally sealed with a sealing element 24.
  • FIG. 5 shows a roof module 25 as a fourth embodiment.
  • a cover element 26 is provided in the cutout of the surface component 02, which is fixed with a sealing element 27 with an H-shaped cross section.
  • the H-shaped cross section of the sealing element 27 ensures a compensation gap between the cover element 26 and the surface component 02 in order to compensate for temperature-related changes in length of the surface component 02.
  • a protective membrane 21 or a similar connection can also be provided between the sealing element 27 and the environment sensor.
  • FIG. 6 shows a roof module 28 as a fifth embodiment.
  • an environment sensor 29 is used, on whose side facing the front of the vehicle a cover element 30 is integrated into the housing of the environment sensor.
  • the cover element 30 is arranged behind the cutout 04 in the surface component 02 and is sealed with a sealing element 31.
  • FIG. 7 shows a roof module 32, the construction of which largely corresponds to that of roof module 28.
  • a sealing element 33 is used here to seal the cover element 30 from the surface component 02.
  • the sealing element 33 is fastened with one side on the front side of the cover element 30 and can slide with the largely free end, which is designed in the manner of a sealing lip, on the surface of the inner edge at the cutout 04. In this way, relative movements between the environment sensor 29 and the surface component 02 can be compensated for without any problems.
  • FIG. 8 shows a roof module 34 as a seventh embodiment.
  • a cover element 35 is clipped into the cutout 04 of the surface component 02.
  • hook-shaped clip elements 36 can be snapped into place on the edge of cutout 04.
  • a seal, not shown in FIG. 8, can additionally be used for sealing between the cover element 35 and the edge of the surface component 02.
  • FIG. 9 shows a roof module 37 as an eighth embodiment.
  • a cover element 38 is molded onto the inner edge of the cutout of a surface component 39 in a multi-component injection molding process.
  • the surface component 39 engages with its outer edge in a groove on the surrounding body, a sealing element being provided between the surface component 39 and the body.
  • FIG. 10 shows a roof module 40 as a ninth embodiment.
  • a cover element 41 is clipped into the cutout of a surface component 42.
  • the outer edge of the cover element 41 engages behind the inner edge of the surface component 42.
  • FIG. 11 shows a roof module 43 as a tenth embodiment.
  • a cover element 44 is fixed by means of a connection 45 in the cutout 04 of the surface component 02.
  • the gap between surface component 02 and cover element 44 is sealed with a sealing element 46.
  • roof module for forming a vehicle roof on a motor vehicle according to the preamble of claim 26.
  • Generic roof modules are widely used in vehicle construction, since these roof modules are prefabricated as separate functional modules and can be delivered to the assembly line when the vehicle is assembled.
  • the roof module forms the roof skin of the vehicle roof on its outer surface, at least in some areas, which prevents moisture or air currents from penetrating into the vehicle interior.
  • the roof skin is made of a suitably stable material, for example painted sheet metal or painted or colored plastic.
  • Autonomous or partially autonomous vehicles are becoming more and more widespread in vehicle construction.
  • a large number of environment sensors are necessary which detect the environment of the motor vehicle and from this determine the respective traffic situation.
  • the known environment sensors send or receive corresponding electromagnetic signals for this purpose, for example laser beams or radar beams, a data model of the vehicle environment being generated by a corresponding signal evaluation and being able to be used for vehicle control.
  • the known environment sensors are built into corresponding sensor housings. This sensor housing is then attached to the upper side of the roof skin formed by the roof module in order to enable the environment sensor to exercise appropriate care.
  • the disadvantage of fastening a sensor housing on the roof module is that the aerodynamic properties of the vehicle are negatively influenced by the separate sensor housing.
  • the optics of the vehicle are also negatively influenced by the sensor housing, which is attached separately to the roof of the roof module.
  • the object of the present invention is therefore to propose a roof module which avoids the disadvantages of the prior art described above.
  • the roof module according to the invention comprises a sensor receptacle on the inside of the surface component.
  • the environment sensor can be fixed in this sensor receptacle below the roof skin.
  • the arrangement of the environment sensor below the roof skin enables correspondingly better aerodynamics and vehicle optics.
  • an undesired relative movement between the environment sensor and the surface component can be avoided.
  • Avoiding relative movement is particularly important if the flat component has a recess through which the environment sensor transmits or receives its electromagnetic signals. This is because the relative movement between this section and the environment sensor can lead to disruptions that make it necessary to recalibrate the environment sensor.
  • the way in which the sensor receptacle is attached to the inside of the surface component is basically arbitrary. In principle, however, it is desirable if the surface component has no recesses in order to fix the sensor receptacle, since otherwise the roof skin of the vehicle would be broken through by these recesses. According to a preferred embodiment, it is therefore provided that the sensor receptacle is glued or welded onto the inside of the surface component.
  • the way in which the environment sensor is fixed in the sensor receptacle is basically arbitrary.
  • the environment sensor can be locked with at least one locking element in the sensor receptacle.
  • the positive locking makes it possible, in particular, that in the event of malfunctions in the environment sensor, it is quickly and easily removed from the sensor receptacle and replaced with a replacement environment sensor.
  • a preferred embodiment variant provides that the sensor receptacle has an essentially U-shaped cross section by encompassing the environment sensor on three sides. If the sensor receptacle has an essentially U-shaped cross section, it is advantageous if the latching element for fixing the environment sensor in the sensor receptacle is arranged on a free leg of the U-shaped sensor receptacle. As a result, the latching element can easily engage or disengage through elastic deformation of the free leg.
  • the roof module according to the invention has particularly great advantages in the case of environment sensors that are in the form of a LIDAR sensor and / or in the form of a radar sensor and / or in the form of a camera sensor and / or in the form of a multi-camera sensor is trained.
  • FIG. 12 shows a roof module with a surface component in a perspective view from above;
  • FIG. 13 shows the roof module according to FIG. 12 in a schematic cross section along the section line 1-1;
  • FIG. 14 shows a further embodiment of a roof module in a schematic cross section
  • FIG. 15 a further embodiment of a roof module in a schematic cross section.
  • FIG. 12 shows a roof module 101 for forming a vehicle roof on a motor vehicle.
  • the roof module 101 comprises a surface component 102, the outer surface of which forms the roof skin 103 in a partial area of the vehicle roof.
  • the surface component 102 has two slot-like cutouts 104 on the right and left.
  • a cover element 105 is arranged in each of the two cutouts 104.
  • the two cover elements 105 are made of a material which is permeable to the electromagnetic signals of an environment sensor 106 (see FIG. 13).
  • FIG. 13 shows the roof module 1 in a schematic cross section, only the parts of the roof module being shown for the sake of simplification which are necessary for understanding the invention.
  • the surface component 102 forms the roof skin 103 of a vehicle and thus the upper end of the vehicle body.
  • the cutout 104 is provided in the surface component 102, in which the cover element 105 is fastened.
  • a sealing element 107 with an H-shaped cross section is used to fix the cover element 105.
  • the H-shaped cross section of the sealing element 107 ensures a compensation gap between the cover element 105 and the surface component 102 in order to compensate for temperature-related changes in length of the surface component 102.
  • a protective membrane 108 is fastened between the cover element 105 and the environment sensor 106.
  • the protective membrane 108 encloses a sealed transmission volume 109 into which neither extraneous light nor dirt can enter.
  • a sensor holder 110 which is fixed to the inside 111 of the surface component 102, is used to fasten the environment sensor 106 to the surface component 102.
  • the sensor holder 110 can either be welded on or glued on.
  • FIG. 14 shows a further embodiment 112 of a roof module in cross section.
  • a sensor receptacle 116 is glued onto the inside 113 of a surface component 114 which forms the roof skin 115 of the vehicle.
  • the sensor receptacle 116 encompasses an environment sensor 117 with its U-shaped cross section on three sides.
  • latching hooks 119 are provided, which can latch in a fixed manner on the environment sensor 117.
  • the sensor receptacle 116 is glued to the inner side 113 of the surface component 114.
  • FIG. 15 shows a further embodiment 120 of a roof module in a schematic cross section.
  • An environment sensor 123 is fastened in a sensor receptacle 124 under a surface component 121 which forms the roof skin 122 of the vehicle.
  • the sensor holder 124 is glued or welded onto the inside of the surface component 121.
  • the lower free leg 125 of the U-shaped sensor receptacle 124 has a latching hook 126.
  • a bulge 127 is located on the upper leg 128 of the sensor receptacle 124 provided, which can come to bear positively in a corresponding recess in the environment sensor 123.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dachmodul (01, 18, 23, 25, 28, 32, 34) zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil (02), dessen Außenoberfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut (03) des Fahrzeugdachs bildet, wobei das Dachmodul (01, 18, 23, 25, 28, 32, 34) zumindest ein Umfeldsensor (06, 29) umfasst, und wobei der Umfeldsensor (06, 29) zur Erfassung der Fahrzeugumgebung elektromagnetische Signale (12) senden und/oder empfangen kann, und wobei das Flächenbauteil (02) aus einem Werkstoff besteht, der für die elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors undurchlässig ist. Das Flächenbauteil (02) weist zumindest einen Ausschnitt (04) auf, durch den die elektromagnetischen Signale (12) des Umfeldsensors (06, 29) durchtreten können.

Description

Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs mit Umfeldsensor
Die Erfindung betrifft ein Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Dachmodule finden im Fahrzeugbau breite Verwendung, da diese Dachmodule als separate Funktionsmodule vorgefertigt und bei der Montage des Fahrzeuges an das Montageband geliefert werden können. Das Dachmodul bildet dabei an seiner Außenfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut des Fahrzeugdachs, die ein Eindringen von Feuchtigkeit bzw. Luftströmungen in den Fahrzeuginnenraum verhindert. Die Dachhaut ist dazu aus einem entsprechend stabilem Material, beispiels- weise lackiertem Blech oder lackiertem bzw. durchgefärbten Kunststoff gefertigt. Bei dem Dachmodul kann es sich dabei entweder um ein Teil eines starren Fahrzeugdachs handeln oder um ein Teil einer öffenbaren Dachbaugruppe.
Im Fahrzeugbau finden autonom bzw. teilautonom fahrende Kraftfahrzeuge immer weitere Verbreitung. Um der Fahrzeugsteuerung ein autonomes bzw. teilautonomes Steuern des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, sind eine Vielzahl von Umfeldsensoren notwendig, die die Umgebung des Kraftfahrzeuges erfassen und daraus die jeweilige Verkehrssituation ermitteln. Die bekannten Umfeldsensoren senden bzw. empfangen dazu entsprechende elektromagnetische Signale, beispielsweise Laserstrahlen oder Radarstrahlen, wobei durch eine entsprechende Signalauswertung ein Datenmodell der Fahrzeugumgebung generiert und für die Fahrzeugsteuerung genutzt werden kann. Um die Umfeldsensoren vor schädlichen Umwelteinflüssen, beispielsweise Feuchtigkeit und Luftströmungen, zu schützen, sind die bekannten Umfeldsensoren in entsprechende Sensorgehäuse eingebaut. Dieses Sensorgehäuse wird dann auf der Oberseite der vom Dachmodul gebildeten Dachhaut befestigt, um dem Umfeldsensor eine entsprechende Rundumsicht zu ermöglichen.
Nachteilig an der Befestigung eines Sensorgehäuses auf dem Dachmodul ist es, dass die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges durch das separate Sensorgehäuse negativ beeinflusst werden. Auch wird die Fahrzeugoptik durch das separat auf der Dachhaut des Dachmoduls angebrachte Sensorgehäuse negativ beeinflusst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Dachmodul vorzuschlagen, das die oben beschriebenen Nachteile des vorbekannten Standes der Technik vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch ein Dachmodul nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausfiihrungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfmdungsgemäße Dachmodul beruht auf dem Grundgedanken, dass das Flächen- bauteil des Dachmoduls, dessen Außenoberfläche die Dachhaut des Fahrzeugdachs bildet, als Bestandteil des Sensorgehäuses zur Einhausung des Umfeldsensors genutzt wird. Im Ergebnis befindet sich also der Umfeldsensor erfindungsgemäß nicht mehr oberhalb, sondern unterhalb der Dachhaut.
Für die Funktion des Umfeldsensors ist es erforderlich, dass die elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors ungestört vom Umfeldsensor ausgesandt und/oder empfan- gen werden können. Da die üblichen Materialien zur Herstellung des die Dachhaut bildenden Flächenbauteils für die elektromagnetischen Signale der bekannten Umfeld- sensoren nicht ausreichend durchlässig, bzw. undurchlässig sind, beispielsweise wenn das Flächenbauteil aus Blech oder nicht entsprechend spezifiziertem Kunststoff herge- stellt ist, weist das Flächenbauteil erfindungsgemäß einen Ausschnitt auf, durch den die elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors durchtreten können. Undurchlässigkeit für die elektromagnetischen Signale im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Material des Flächenbauteils einen zu hohen Durchgangswiderstand und/oder eine zu hohe Signaldämpfung und/oder eine zu geringe aufweist. Das Flächenbauteil weist deshalb einen bzw. mehrere Ausschnitte auf, an denen die vom Umfeldsensor ausgesandten bzw. empfangenen elektrischen Signale ungehindert durchtreten können. In der einfachsten Form der Erfindung bildet der Ausschnitt im Flächenbauteil eine Öffnung im Fahrzeugdach, durch die die elektromagnetischen Signale des Umfeld- sensors durchtreten können. In dieser Form tritt allerdings der Nachteil auf, dass unerwünschte Umwelteinflüsse, beispielsweise Luftströmungen oder Feuchtigkeit durch die ungeschützte Öffnung im Flächenbauteil eintreten können. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Umwelteinflüsse, durch die die Funktion des Umfeldsensors gestört werden kann, ist es deshalb besonders vorteilhaft, wenn im Ausschnitt des Flächenbau- teils ein Abdeckelement angeordnet ist, wobei das Abdeckelement aus einem Werkstoff hergestellt ist, durch den die elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors ungestört durchtreten können. Ungestörter Durchtritt der elektromagnetischen Signale im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Material des Abdeckelements einen ausreichend geringen Durchgangswiderstand und/oder eine geringe Signaldämpfung und/oder eine hohe Transmission aufweist.
Durch die Anordnung des Umfeldsensors unter dem die Dachhaut bildenden Flächen- bauteil können die Strömungseigenschaften des Dachmoduls im Hinblick auf die Aerodynamik verbessert und ein gefälligeres Design bei der Gestaltung von autonom bzw. teilautonom betriebenen Fahrzeugen erreicht werden. Allerdings tritt durch die Anordnung des Umfeldsensors unterhalb der Dachhaut des Dachmoduls eine zusätzli- che Temperaturproblematik auf. Erwärmt sich das die Dachhaut bildende Flächenbau- teil, kann es dadurch zu entsprechenden temperaturbedingten Längenausdehnungen des Flächenbauteils kommen. Durch diese temperaturbedingten Längenausdehnungen kann die Funktionalität des Umfeldsensors gestört werden. Ist beispielsweise ein Abdeckele- ment im Ausschnitt des Flächenbauteils vorgesehen, kann sich die Geometrie des Strahlengangs der elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors durch diese Längen- ausdehnung verändern. Diese Veränderungen im Strahlengang fuhren dann zu veränder- ten Auswertergebnissen und können zur Fehlinterpretation bei der Auswertung der Sensorsignale des Umfeldsensors führen. Um solche unerwünschten Längenausdehnun- gen im Hinblick auf die Funktionalität des Umfeldsensors zu reduzieren bzw. gänzlich zu eliminieren, kann das Flächenbauteil aus mehreren Segmenten zusammengesetzt werden. Zwischen den einzelnen Segmenten können dabei zusätzliche Dehnungs-, beispielsweise Elastomerprofile, vorgesehen werden. Dehnen sich nun die einzelnen Segmente des Flächenbauteils aufgrund der Sonneneinstrahlung aus, können diese temperaturbedingten Längendehnungen durch die Dehnungsfugenelemente aufgenom- men und kompensiert werden. Unzulässig große Verformungen am Flächenbauteil insgesamt, insbesondere im Hinblick auf die Anordnung eines Abdeckelements im Ausschnitt des Flächenbauteils, können auf diese Weise bzw. signifikant verringert werden.
Im Hinblick auf die Problematik der temperaturbedingten Längenausdehnungen ist es alternativ bzw. additiv auch möglich, dass das Dachmodul einen Temperatursensor umfasst, mit dem die Temperatur zumindest eines Bauteils des Dachmoduls und/oder die Temperatur des Innenraums im Dachmodul gemessen werden kann. Durch geeigne- te Auswertungen der Messdaten des Temperatursensors kann dann eine Kompensation der durch die temperaturabhängigen Längendehnungen verursachten Störungen berech- net und in die Auswertung der Sensorsignale des Umfeldsensors einbezogen werden.
An welcher Stelle des Dachmoduls die Temperatur mittels des Temperatursensors erfasst wird, ist beliebig. Besonders signifikant im Hinblick auf die Funktion des Umfeldsensors ist die Temperatur im Bereich des Abdeckelements, das in dem Aus- schnitt des Flächenbauteils angeordnet ist. Denn temperaturbedingte Längenausdehnun- gen des Ausschnitts fuhren zu unerwünschten Veränderungen der Geometrie des Strahlengangs der elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors durch das Ab- deckelement und damit zu entsprechenden Störungen bei der Auswertung der Sensorda- ten des Umfeldsensors.
In welcher Weise die mit dem Temperatur sensor gemessenen Temperaturen zur Kompensation der dadurch verursachten Störungen im Betrieb des Umfeldsensors genutzt werden, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Vorrichtungsvari- ante ist es vorgesehen, dass die mit dem Temperatursensor gemessene Temperatur an die Steuerung des Umfeldsensors übertragen wird. Anschließend kann dann die Steue- rung des Umfeldsensors in Abhängigkeit der mit dem Temperatur sensor gemessenen Temperatur neu kalibriert und auf die durch die Temperatur änderung verursachte geänderte Geometrie des Eingangs eingestellt werden.
In welcher Weise die Kalibrierung der Steuerung des Umfeldsensors erfolgt, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Vorrichtungsvariante ist vorgesehen, dass in der Steuerung des Umfeldsensors zumindest eine Temper aturkurve zur Be- schreibung der temperaturabhängigen Ausdehnung eines Bauteils gespeichert ist. Abhängig von den mit dem Temperatursensor gemessenen Temperaturen kann dann auf die dadurch verursachten temperaturabhängigen Geometrieänderungen rückgeschlossen und die Steuerung des Umfeldsensors entsprechend neu kalibriert werden.
Ist der Umfeldsensor mit dem Flächenbauteil mechanisch verbunden, kann es bei der Erwärmung des Flächenbauteils zu unerwünschten Positionsänderungen des Umfeld- sensors relativ zur Fahrzeugkarosserie kommen. Diese von der Temperatur des Flä- chenbauteils abhängigen Lageänderungen führen wiederum zu unerwünschten Kalibrie- rungsproblemen, da die Kalibrierung des Umfeldsensors eine feste und unveränderte Position des Umfeldsensors an der Fahrzeugkarosserie erfordert. Zur Vermeidung dieser Kalibrierungsprobleme ist es deshalb besonders vorteilhaft, dass der Umfeld- sensor mechanisch entkoppelt vom Flächenbauteil im Dachmodul befestigt ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass Längenänderungen des Flächenbauteils mechanisch auf den Umfeldsensor übertragen werden.
Soweit das Dachmodul einen steifen Dachrahmen umfasst, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Umfeldsensor an diesem Dachrahmen befestigt wird, um eine temperaturun- abhängige Positionierung des Umfeldsensors relativ zur Fahrzeugkarosserie zu gewähr- leisten.
Soweit das Abdeckelement im Ausschnitt des Flächenbauteils als separates Bauteil zum Umfeldsensor ausgebildet ist, kann es zu Fehlfunktionen des Umfeldsensors durch Fremdlicht bzw. Schmutz kommen, wenn Fremdlicht bzw. Schmutz in den Zwischen- raum des Umfeldsensors und des Abdeckelements eintritt. Zur Vermeidung dieser von Fremdlicht bzw. Schmutz verursachten Probleme ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen Umfeldsensor und Abdeckelement eine Schutzmembran angebracht ist, die ein abgedichtetes Volumen umschließt. In dieses von der Schutzmembran umschlosse- nes Übertragungsvolumen kann dann kein Fremdlicht und kein Schmutz eindringen und die Funktion des Umfeldsensors dadurch stören.
Soweit der Umfeldsensor mit dem Abdeckelement mittels einer Schutzmembran verbunden ist, kann diese Schutzmembran auch zur Fixierung des Abdeckelements im Ausschnitt des Flächenbauteils genutzt werden. Die Schutzmembran muss dazu eine entsprechende Formstabilität aufweisen, um das Abdeckelement im Ausschnitt des Flächenbauteils zu halten. Diese Art der Fixierung des Abdeckelements im Ausschnitt des Flächenbauteils ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zwischen Abdeckelement und Flächenbauteil ein Ausgleichsspalt vorgesehen ist.
Im Flinblick auf die unerwünschte Übertragung von temperaturbedingten Verformungen auf das Abdeckelement im Ausschnitt des Flächenbauteils ist es weiterhin vorteilhaft, wenn zwischen dem Außenrand des Abdeckelements und dem Innenrand des Aus- schnitts im Flächenbauteil ein Ausgleichsspalt vorgesehen ist. Unerwünschte Län- genänderungen können auf diese Weise durch den Ausgleichsspalt zwischen Abde- ckelement und Flächenbauteil kompensiert werden.
Um den Eintritt von Feuchtigkeit und Schmutz in den Bauraum unterhalb des die Dachhaut bildenden Flächenbauteils zu vermeiden, kann der Ausgleichsspalt zwischen Abdeckelement und Flächenbauteil mit einem Dichtelement abgedichtet werden.
Welche Geometrie das Dichtelement zwischen Abdeckelement und Flächenbauteil aufweist, ist grundsätzlich beliebig. Besonders vorteilhaft sind Dichtelemente, die in der Art einer im Querschnitt H-förmigen Dichtung ausgebildet sind. Durch den H-förmigen Querschnitt der Dichtung kann die Dichtung Längenänderungen des Abdeckelements bzw. des Flächenbauteils kompensieren, ohne dabei undicht zu werden.
Um unerwünschte Temperaturbeeinflussungen auf die Strahlungsgeometrie der elekt- romagnetischen Signale beim Durchtritt durch das Abdeckelement zu vermeiden, ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn das Abdeckelement in den Umfeldsensor inte- griert ist. Auf diese Weise betreffen alle geometrischen Änderungen durch Tempera- turänderungen das Abdeckelement und den Umfeldsensor in gleicher Weise, so dass es im Ergebnis keine temperaturbedingten Relativbewegungen zwischen dem Abdeckele- ment und dem Umfeldsensor gibt.
Ist das Abdeckelement in den Umfeldsensor integriert, kann der Umfeldsensor mit der das Abdeckelement tragenden Seite im Ausschnitt oder hinter dem Ausschnitt im Flächenbauteil angeordnet werden, um auf diese Weise den Ausschnitt im Flächenbau- teil zumindest teilweise bzw. vollständig zu verschließen.
Zur Vermeidung des Eintritts von Feuchtigkeit und Schmutz in den Bereich unterhalb des die Dachhaut bildenden Flächenbauteils ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen dem in den Umfeldsensor integrierten Abdeckelement und dem Ausschnitt im Flächen- bauteil ein Dichtelement vorgesehen ist.
Das Dichtelement zwischen dem in den Umfeldsensor integrierten Abdeckelement und dem Rand des Ausschnitts im Flächenbauteil wird bevorzugt nur entweder am Abde- ckelement oder am Flächenbauteil fixiert. Mit der gegenüberliegenden Dichtfläche kann das Dichtelement auf der Oberfläche des Innenrands am Ausschnitt des Flächenbauteils oder auf der Oberfläche des Abdeckelements abgleiten. Dazu kann diese Seite des Dichtelements in der Art einer Dichtlippe ausgebildet sein. Durch die Gleitbewegung im Dichtelement einerseits und dem Abdeckelement bzw. dem Flächenbauteil anderer- seits kann dann bei temperaturbedingten Längenänderungen ein entsprechender Schlupf im Bereich der Dichtung realisiert werden.
Alternativ dazu kann das Dichtelement zwischen dem in den Umfeldsensor integrierten Abdeckelement und dem Ausschnitt des Flächenbauteils auch einen elastisch verform- baren Ausgleichsbereich aufweisen. Durch die elastische Verformung des Dichtele- ments kann dann eine temperaturbedingte Längenänderung zwischen Abdeckelement und Flächenbauteil ausgeglichen werden, ohne die Dichtigkeit zu gefährden.
In welcher Weise das Abdeckelement im Ausschnitt des Flächenbauteils fixiert wird, ist grundsätzlich beliebig. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsvariante sind dazu im Abdeckelement Clipselemente vorgesehen, die am Innenrand des Ausschnitts des Flächenbauteils fixierend eingeclipst werden können. Gegebenenfalls kann dazu auch noch zusätzlich ein Element zwischen Abdeckelement und Flächenbauteil eingebaut werden.
Alternativ zum Einclipsen kann das Abdeckelement zur Befestigung am Flächenbauteil auch am Innenrand des Ausschnitts in einem Mehrkomponentenspritzgussverfahren angespritzt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist es vorgesehen, dass das Abdeckelement zur Befestigung am Flächenbauteil am Innenrand des Ausschnitts angeklebt wird.
Aus welchem Material das Abdeckelement im Ausschnitt des Flächenbauteils herge- stellt ist, ist grundsätzlich beliebig, solange eine ausreichende Durchlässigkeit des Materials für den Durchtritt der elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors gewährleistet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abdeckelement aus Polycarbo- nat (PC) oder Polymetamethylacrylat (PMMA) oder mineralischem Glas hergestellt ist.
Welcher Art von Umfeldsensor in das erfindungsgemäße Dachmodul eingebaut wird, ist grundsätzlich beliebig, soweit die Funktion des Umfeldsensors das Senden bzw. Empfangen von elektromagnetischen Signalen erforderlich macht. Besonders große Vorteile bietet das erfindungsgemäße Dachmodul bei Umfeldsensoren, die in der Art eines LIDAR-Sensors und/oder in der Art eines Radar-Sensors und/oder in der Art eines Kamera-Sensors und/oder in der Art eines Multi-Kamera-Sensors ausgebildet ist.
Grundsätzlich kann das Dachmodul nach der Erfindung sowohl bei Personenkraftwagen als auch bei Nutzfahrzeugen, wie Lieferwägen oder Zugmaschinen für LKW, zum Einsatz kommen. Es kann als reines Festdach ausgebildet sein oder auch mit einem Dachöffnungssystem versehen sein und damit eine verschließbare Dachöffnung ausbilden.
Des Weiteren bildet das Dachmodul nach der Erfindung vorzugsweise eine Baueinheit, die in integrierter Weise Einrichtungen zum autonomen Fahren oder zum teilautono- men, durch Fahrzeugassistenzsysteme unterstützten Fahren umfasst und die auf Seiten eines Fahrzeugherstellers auf einen Fahrzeugrohbau aufsetzbar ist.
Die Erfindung hat auch ein Kraftfahrzeug mit einem Dachmodul der vorstehend beschriebenen Art zum Gegenstand.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisiert dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigt:
Figur 1 ein Dachmodul mit Flächenbauteil in perspektivischer Ansicht von oben; Figur 2 das Dachmodul gemäß Figur 1 im schematisierten Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I;
Figur 3 eine zweite Ausführungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt; Figur 4 eine dritte Ausfuhrungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt;
Figur 5 eine vierte Ausfuhrungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt;
Figur 6 eine fünfte Ausfuhrungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt;
Figur 7 eine sechste Ausfuhrungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt;
Figur 8 eine siebte Ausführungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt; Figur 9 eine achte Ausführungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt; und
Figur 10 eine neunte Ausführungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt:
Figur 11 eine zehnte Ausfuhrungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt.
Figur 1 zeigt ein Dachmodul 01 zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahr- zeug. Das Dachmodul 01 umfasst ein Flächenbauteil 02, dessen Außenoberfläche die Dachhaut 03 in einem Teilbereich des Fahrzeugdachs bildet. Das Flächenbauteil 02 weist rechts und links zwei schlitzartige Ausschnitte 04 auf. In beiden Ausschnitten 04 ist ein Abdeckelement 05 angeordnet. Die beiden Abdeckelemente 05 sind dabei im Unterschied zum Flächenbauteil 02 aus einem Material hergestellt, das für elektromag- netische Signale eines Umfeldsensors 06 (siehe Figur 2) durchlässig ist.
Das Flächenbauteil 02 ist zur Kompensation von temperaturbedingten Längenausdeh- nungen aus drei Segmenten 07, 08 und 09 zusammengesetzt. Zwischen den Segmenten 07 und 08 und zwischen den Segmenten 08 und 09 ist jeweils ein Dehnungsfugenele- ment 10 vorgesehen, das beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Fugenmateri- al hergestellt ist. Auch die Übergänge zwischen dem Rand des Ausschnitts 04 und dem darin befestigten Abdeckelement 05 kann durch ein Dehnungsfugenelement gebildet werden, um temperaturbedingte Längenänderungen abfangen zu können.
Figur 2 zeigt das Dachmodul 01 in einem schematisierten Querschnitt, wobei zur Vereinfachung nur die Teile des Dachmoduls 01 dargestellt sind, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Das Flächenbauteil 02 bildet die Dachhaut 03 eines Fahrzeuges und bildet den oberen Abschluss der Fahrzeugkarosserie. Auf der zur Fahrzeugfront gerichteten Seite des Dachmoduls 01 ist im Flächenbauteil 02 der Ausschnitt 04 vorgesehen, in dem das Abdeckelement 05 befestigt ist.
Unterhalb des Flächenbauteils 02 und damit von der Dachhaut 03 überfangen ist im Dachmodul 01 ein Umfeldsensor 06 eingebaut. Der Umfeldsensor 06 ist dabei mecha- nisch vollständig vom Flächenbauteil 02 entkoppelt. Stattdessen ist der Umfeldsensor 06 auf einem steifen Dachrahmen 11 fixiert. Die von dem Umfeldsensor 06 ausgesand- ten elektromagnetischen Signale 12 können das Abdeckelement 05 im Ausschnitt 04 problemlos durchstrahlen. Der Umfeldsensor 06 ist mit vier Temperatursensoren 13, 14, 15 und 16 verbunden. Mit dem Temperatursensor 13 kann die Temperatur im Bereich des Abdeckelements 05 gemessen werden. Mit dem Temperatursensor 14 kann die Temperatur des Flächenbauteils 02 unterhalb der Dachhaut 03 gemessen werden. Mit dem Temperatur sensor 15 kann die Temperatur des Dachrahmens 11 gemessen werden. Mit dem Temperatursensor 16 kann die Temperatur im Innenraum 17 des Dachmoduls 01 gemessen werden. In der Steuerung des Umfeldsensors 06 sind verschiedene den Temperatursensoren 13, 14, 15 und 16 zugeordnete Temperaturkurven gespeichert, die den Zusammenhang der Längenänderungen des Abdeckelements 05, des Flächenbau- teils 02, des Dachrahmens 11 und gegebenenfalls weitere Bauteile des Dachmoduls 01 beschreibt. Unter Verwendung dieser Temperatur kurven kann die Verformung der Bauteile des Dachmoduls 01 in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturen abgeschätzt und die Kalibrierung des Umfeldsensors 06 entsprechend verändert werden.
Figur 3 zeigt als weitere Ausführungsform ein Dachmodul 18, die konstruktiv weitge- hend mit dem Dachmodul 01 übereinstimmt. Statt des Abdeckelements 05 ist am Dachmodul 18 ein Abdeckelement 19 vorgesehen. Das Abdeckelement 19 weist zum Flächenbauteil 02 hin einen Ausgleichsspalt 20 auf und ist insofern mechanisch vom Flächenbauteil 02 entkoppelt, so dass temperaturbedingte Längenänderungen des Flächenbauteils 02 nicht auf das Abdeckelement 19 übertragen werden. Zur mechani- schen Fixierung des Abdeckelements 19 im Dachmodul 18 dient eine Schutzmembran
21, die zwischen dem Umfeldsensor 06 und dem Abdeckelement 19 befestigt ist. Zugleich umschließt die Schutzmembran 21 ein abgedichtetes Übertragungsvolumen
22, in das weder Fremdlicht noch Schmutz eintreten kann.
Figur 4 zeigt als dritte Ausfiührungsform ein Dachmodul 23, deren Konstruktion weitgehend mit der Konstruktion des Dachmoduls 18 übereinstimmt. Beim Dachmodul 23 wird der Ausgleichsspalt 20 zusätzlich mit einem Dichtelement 24 abgedichtet.
Figur 5 zeigt als vierte Ausführungsform ein Dachmodul 25. Beim Dachmodul 25 ist im Ausschnitt des Flächenbauteils 02 ein Abdeckelement 26 vorgesehen, das mit einem im Querschnitt H-förmigen Dichtelement 27 fixiert ist. Durch den H-förmigen Querschnitt des Dichtelements 27 wird ein Ausgleichsspalt zwischen dem Abdeckelement 26 und dem Flächenbauteil 02 gewährleistet, um temperaturbedingte Längenänderungen des Flächenbauteils 02 zu kompensieren. Optional kann zwischen dem Dichtelement 27 und dem Umfeldsensor zusätzlich auch noch eine Schutzmembran 21 oder eine ähnliche Anbindung vorgesehen sein.
Figur 6 zeigt als fünfte Ausführungsform ein Dachmodul 28. Beim Dachmodul 28 findet ein Umfeldsensor 29 Verwendung, an dessen zur Fahrzeugfront weisenden Seite ein Abdeckelement 30 in das Gehäuse des Umfeldsensors integriert ist. Das Abde- ckelement 30 ist dabei hinter dem Ausschnitt 04 im Flächenbauteil 02 angeordnet und wird mit einem Dichtelement 31 abgedichtet. Figur 7 zeigt als sechste Ausführungsform ein Dachmodul 32, deren Konstruktion weitgehend mit dem Dachmodul 28 übereinstimmt. Statt des Dichtelements 31 findet hier ein Dichtelement 33 zur Abdichtung des Abdeckelements 30 zum Flächenbauteil 02 hin Verwendung. Das Dichtelement 33 ist mit der einen Seite auf der Vorderseite des Abdeckelements 30 befestigt und kann mit dem weithin freien Ende, das in der Art einer Dichtlippe ausgebildet ist, an der Oberfläche des Innenrands am Ausschnitt 04 abgleiten. Auf diese Weise können Relativbewegungen zwischen dem Umfeldsensor 29 und dem Flächenbauteil 02 problemlos ausgeglichen werden.
Figur 8 zeigt als siebte Ausführungsform ein Dachmodul 34. Beim Dachmodul 34 ist ein Abdeckelement 35 in den Ausschnitt 04 des Flächenbauteils 02 eingeclipst. Dazu können hakenförmig ausgebildete Clipselemente 36 am Rand des Ausschnitts 04 eingerastet werden. Zur Abdichtung kann zwischen dem Abdeckelement 35 und dem Rand des Flächenbauteils 02 zusätzlich noch eine in Figur 8 nicht dargestellte Dichtung eingesetzt werden.
Figur 9 zeigt als achte Ausführungsform ein Dachmodul 37. Beim Dachmodul 37 ist ein Abdeckelement 38 in einem Mehrkomponentenspritzgussverfahren am Innenrand des Ausschnitts eines Flächenbauteils 39 angespritzt. Das Flächenbauteil 39 greift mit seinem Außenrand in eine Nut an der umgebenden Karosserie ein, wobei zwischen Flächenbauteil 39 und Karosserie ein Dichtelement vorgesehen ist.
Figur 10 zeigt als neunte Ausführungsform ein Dachmodul 40. Beim Dachmodul 40 ist ein Abdeckelement 41 in den Ausschnitt eines Flächenbauteils 42 eingeclipst. Der Außenrand des Abdeckelements 41 hintergreift dazu den Innenrand des Flächenbauteils 42.
Figur 11 zeigt als zehnte Ausführungsform ein Dachmodul 43. Beim Dachmodul 43 wird ein Abdeckelement 44 mittels einer Anbindung 45 im Ausschnitt 04 des Flächen- bauteils 02 fixiert. Der Spalt zwischen Flächenbauteil 02 und Abdeckelement 44 ist mit einem Dichtelement 46 abgedichtet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Dachmodul zur Bildung eines Fahrzeug- dachs an einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 26. Gattungsgemäße Dachmodule finden im Fahrzeugbau breite Verwendung, da diese Dachmodule als separate Funktionsmodule vorgefertigt und bei der Montage des Fahrzeuges an das Montageband geliefert werden können. Das Dachmodul bildet dabei an seiner Außenfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut des Fahrzeugdachs, die ein Eindringen von Feuchtigkeit bzw. Luftströmungen in den Fahrzeuginnenraum verhindert. Die Dachhaut ist dazu aus einem entsprechend stabilem Material, beispiels- weise lackiertem Blech oder lackiertem bzw. durchgefarbtem Kunststoff gefertigt.
Im Fahrzeugbau finden autonom bzw. teilautonom fahrende Kraftfahrzeuge immer weitere Verbreitung. Um der Fahrzeugsteuerung ein autonomes bzw. teilautonomes Steuern des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, sind eine Vielzahl von Umfeldsensoren notwendig die die Umgebung des Kraftfahrzeuges erfassen und daraus die jeweilige Verkehrssituation ermitteln. Die bekannten Umfeldsensoren senden bzw. empfangen dazu entsprechende elektromagnetische Signale, beispielsweise Laserstrahlen oder Radarstrahlen, wobei durch eine entsprechende Signalauswertung ein Datenmodell der Fahrzeugumgebung generiert und für die Fahrzeugsteuerung genutzt werden kann. Um die Umfeldsensoren vor schädlichen Umwelteinflüssen, beispielsweise Feuchtigkeit und Luftströmungen, zu schützen, sind die bekannten Umfeldsensoren in entsprechende Sensorgehäuse eingebaut. Dieses Sensorgehäuse wird dann auf der Oberseite der vom Dachmodul gebildeten Dachhaut befestigt, um dem Umfeldsensor eine entsprechende Umsicht zu ermöglichen.
Nachteilig an der Befestigung eines Sensorgehäuses auf dem Dachmodul ist es, dass die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges durch das separate Sensorgehäuse negativ beeinflusst werden. Auch wird die Fahrzeugoptik durch das separat auf der Dachhaut des Dachmoduls angebrachte Sensorgehäuse negativ beeinflusst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Dachmodul vorzuschlagen, das die oben geschriebenen Nachteile des vorbekannten Standes der Technik vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch ein Dachmodul nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausftihrungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Dachmodul umfasst auf der Innenseite des Flächenbauteils eine Sensoraufnahme. In dieser Sensoraufnahme kann der Umfeldsensor unterhalb der Dachhaut fixiert werden. Durch die Anordnung des Umfeldsensors unterhalb der Dachhaut wird eine entsprechend bessere Aerodynamik und Fahrzeugoptik ermöglicht. Außerdem kann durch die Fixierung der Sensoraufnahme auf der Innenseite des Flächenbauteils eine unerwünschte Relativbewegung zwischen dem Umfeldsensor und dem Flächenbauteil vermieden werden.
Die Vermeidung von Relativbewegung ist insbesondere wichtig, wenn das Flächenbau- teil eine Ausnehmung aufweist, durch die der Umfeldsensor seine elektromagnetischen Signale aussendet bzw. empfängt. Denn durch Relativbewegung zwischen diesem Ausschnitt und dem Umfeldsensor kann es zu Störungen kommen, die eine Neukalibrie- rung des Umfeldsensors nötig machen.
In welcher Weise die Sensoraufnahme an der Innenseite des Flächenbauteils befestigt ist, ist grundsätzlich beliebig. Im Grundsatz ist es dabei allerdings wünschenswert, wenn das Flächenbauteil keine Ausnehmungen aufweist um die Sensoraufnahme zu fixieren, da ansonsten die Dachhaut des Fahrzeuges durch diese Ausnehmungen durchbrochen würde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es deshalb vorgesehen, dass die Sensoraufnahme auf die Innenseite des Flächenbauteils aufgeklebt oder aufgeschweißt ist.
Weiterhin ist es grundsätzlich beliebig, in welcher Art der Umfeldsensor in der Senso- raufnahme fixiert wird. Um eine einfache und zuverlässige Fixierung mit kostengünsti- gen Mitteln realisieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Umfeldsensor mit zumindest einem Rastelement in der Sensoraufnahme verrastet werden kann. Durch die formschlüssige Verrastung ist es insbesondere möglich, dass bei Störungen am Umfeld- sensor dieser schnell und einfach aus der Sensoraufnahme entfernt und durch einen Ersatz-Umfeldsensor ersetzt wird.
Um eine möglichst spielfreie Fixierung des Umfeldsensors in der Sensoraufnahme zu realisieren, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Sensoraufnahme einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, indem sie den Umfeldsensor an drei Seiten umgreift. Soweit die Sensoraufnahme einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist, ist es vorteilhaft, wenn das Rastelement zur Fixierung des Umfeldsensors in der Sensoraufnahme an einem freien Schenkel der U-förmigen Sensoraufnahme angeordnet ist. Im Ergebnis kann das Rastelement durch elastische Verformung des freien Schen- kels problemlos ein- bzw. ausrasten.
Welche Art von Umfeldsensor in das erfindungsgemäße Dachmodul eingebaut wird, ist grundsätzlich beliebig, soweit die Funktion des Umfeldsensors das Senden bzw. Empfangen von elektromagnetischen Signalen erforderlich macht. Besonders große Vorteile bildet das erfindungsgemäße Dachmodul bei Umfeldsensoren, die in der Art eines LIDAR-Sensors und/oder in der Art eines Radar-Sensors und/oder in der Art eines Kamera-Sensors und/oder in der Art eines Multi-Kamera-Sensors ausgebildet ist.
Verschiedene Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Figur 12 ein Dachmodul mit Flächenbauteil in perspektivischer Ansicht von oben; Figur 13 das Dachmodul gemäß Figur 12 im schematisiertem Querschnitt entlang der Schnittlinie 1-1;
Figur 14 eine weitere Ausföhrungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt;
Figur 15 eine weitere Ausführungsform eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt.
Figur 12 zeigt ein Dachmodul 101 zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraft- fahrzeug. Das Dachmodul 101 umfasst ein Flächenbauteil 102, dessen Außenoberfläche die Dachhaut 103 in einem Teilbereich des Fahrzeugdachs bildet. Das Flächenbauteil 102 weist rechts und links zwei schlitzartige Ausschnitte 104 auf. In beiden Ausschnit- ten 104 ist jeweils ein Abdeckelement 105 angeordnet. Die beiden Abdeckelemente 105 sind im Unterschied zum Flächenbauteil aus einem Material hergestellt, das für die elektromagnetischen Signale eines Umfeldsensors 106 (siehe Figur 13) durchlässig ist. Figur 13 zeigt das Dachmodul 1 im schematisierten Querschnitt, wobei zur Vereinfa- chung nur die Teile des Dachmoduls dargestellt sind, die zum Verständnis der Erfin- dung erforderlich sind. Das Flächenbauteil 102 bildet die Dachhaut 103 eines Fahrzeu- ges und damit den oberen Abschluss der Fahrzeugkarosserie. Auf der zur Fahrzeugfront gerichteten Seite des Dachmoduls 101 ist im Flächenbauteil 102 der Ausschnitt 104 vorgesehen, in dem das Abdeckelement 105 befestigt ist. Zur Fixierung des Abde- ckelements 105 dient ein im Querschnitt H-formiges Dichtelement 107. Durch den H- förmigen Querschnitt des Dichtelements 107 wird ein Ausgleichsspalt zwischen dem Abdeckelement 105 und dem Flächenbauteil 102 gewährleistet, um temperaturbedingte Längenänderungen des Flächenbauteils 102 zu kompensieren. Zwischen dem Abde- ckelement 105 und dem Umfeldsensor 106 ist eine Schutzmembran 108 befestigt. Die Schutzmembran 108 umschließt ein abgedichtetes Übertragungsvolumen 109, in das weder Fremdlicht noch Schmutz eintreten kann.
Zur Befestigung des Umfeldsensors 106 am Flächenbauteil 102 dient eine Sensorauf- nahme 110, die an der Innenseite 111 des Flächenbauteils 102 fixiert ist. Die Sensorauf- nahme 110 kann dazu entweder aufgeschweißt oder aufgeklebt werden.
Figur 14 zeigt eine weitere Ausführungsform 112 eines Dachmoduls im Querschnitt. Auf der Innenseite 113 eines Flächenbauteils 114, das die Dachhaut 115 des Fahrzeuges bildet, ist eine Sensoraufnahme 116 aufgeklebt. Die Sensoraufnahme 116 umgreift einen Umfeldsensor 117 mit ihrem U-förmigen Querschnitt an drei Seiten. An den freien Schenkeln 118 der Sensoraufnahme 116 sind jeweils Rasthaken 119 vorgesehen, die am Umfeldsensor 117 fixierend einrasten können. Mit seiner Außenseite ist die Sensoraufnahme 116 an der Innenseite 113 des Flächenbauteils 114 aufgeklebt.
Figur 15 zeigt eine weitere Ausführungsform 120 eines Dachmoduls im schematisierten Querschnitt. Unter einem Flächenbauteil 121, das die Dachhaut 122 des Fahrzeuges bildet, ist ein Umfeldsensor 123 in einer Sensoraufnahme 124 befestigt. Die Sensorauf- nahme 124 ist dabei auf der Innenseite des Flächenbauteils 121 aufgeklebt oder aufge- schweißt. Zur Fixierung des Umfeldsensors 123 in der Sensoraufnahme 124 weist der untere freie Schenkel 125 der U-förmigen Sensoraufnahme 124 einen Rasthaken 126 auf. Am oberen Schenkel 128 der Sensoraufnahme 124 ist eine Auswölbung 127 vorgesehen, die in einer entsprechenden Vertiefung im Umfeldsensor 123 formschlüssig zur Anlage kommen kann.
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Claims

Patentansprüche
1. Dachmodul (01, 18, 23, 25, 28, 32, 34, 37, 40, 43) zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil (02), dessen Außenoberfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut (03) des Fahrzeugdachs bildet, wobei das
Dachmodul (01, 18, 23, 25, 28, 32, 34, 37, 40, 43) zumindest einen Umfeldsensor (06, 29) umfasst, und wobei der Umfeldsensor (06, 29) zur Erfassung der Fahr- zeugumgebung elektromagnetische Signale (12) senden und/oder empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil (02) zumindest einen Ausschnitt (04) aufweist, durch den die elektromagnetischen Signale (12) des Umfeldsensors
(06, 29) durchtreten können.
2. Dachmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausschnitt (04) des Flächenbauteils (02) ein Abdeckelement (05, 19, 26, 30, 35, 38, 41, 44) angeordnet ist, durch das die elektromagnetischen Signale des Umfeldsensors durchtreten kön- nen.
3. Dachmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbau- teil (02) aus mehreren Segmenten (07, 08, 09) zusammengesetzt ist.
4. Dachmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzel- nen Segmenten (07, 08, 09) Dehnungsfugenelemente (10) vorgesehen sind. 5. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dachmodul (01) zumindest einen Temperatursensor (13, 14, 15, 16) umfasst, mit dem die Temperatur zumindest eines Bauteils (13, 02, 11) des Dachmoduls (01) und/oder die Temperatur des Innenraums (17) im Dachmodul (01) gemessen wer- den kann.
6. Dachmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dachmodul (01) zumindest einen Temperatursensor (13) umfasst, mit dem die Temperatur im Be- reich des Abdeckelements (05) im Ausschnitt (04) des Flächenbauteils (02) gemes- sen werden kann.
7. Dachmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Temperatur sensor (13, 14, 15, 16) gemessene Temperatur an die Steuerung der Umfeldsensors (06) übertragbar ist, wobei die Steuerung der Umfeldsensors (06) in Abhängigkeit der mit dem Temperatursensor (13, 14, 15, 16) gemessenen Tempera- tur kalibrierbar ist.
8. Dachmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung des Umfeldsensors (06) zumindest eine Temperaturkurven zur Beschrei- bung der temperaturabhängigen Ausdehnung eines Bauteils (13, 02, 11) gespeichert ist.
9. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (06, 29) mechanisch entkoppelt vom Flächenbauteil (02) im Dach- modul (01, 18, 23, 25, 28, 32, 34, 37, 40, 43) befestigt ist.
10. Dachmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dachmodul (01, 18, 23, 25, 28, 32, 34, 37, 40, 43) einen steifen Dachrahmen (11) umfasst, an dem der Umfeldsensor (06, 29) befestigt ist.
11. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Umfeldsensor (06) und dem Abdeckelement (19) eine Schutzmemb- ran (21) angebracht ist, die ein abgedichtetes Übertragungsvolumen (22) um- schließt.
12. Dachmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (19) von der Schutzmembran (21) im Ausschnitt (04) fixiert wird.
13. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Außenrand des Abdeckelements (19) und dem Innenrand des Aus- schnitts (04) im Flächenbauteil (02) ein Ausgleichsspalt (20) vorgesehen ist. 14. Dachmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsspalt
(20) mit einem Dichtelement (24, 27) abgedichtet ist.
15. Dachmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (27) in der Art einer im Querschnitt H-förmigen Dichtung ausgebildet ist.
16. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (30) in den Umfeldsensor (29) integriert ist.
17. Dachmodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, das der Umfeldsensor (29) mit der das Abdeckelement (30) tragenden Seite im Ausschnitt oder hinter dem Ausschnitt (04) angeordnet ist.
18. Dachmodul nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem in den Umfeldsensor (29) integrierten Abdeckelement (30) und dem Aus- schnitt (04) ein Dichtelement (31, 33) vorgesehen ist.
19. Dachmodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (33) auf der Oberfläche des Innenrands am Ausschnitt (04) oder auf der Oberfläche des Abdeckelements (05) abgleiten kann. 20. Dachmodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement
(31 ) einen elastisch verformbaren Ausgleichsbereich aufweist.
21. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass am Außenrand des Abdeckelements (35) Clipselemente (36) vorgesehen sind, die am Innenrand des Ausschnitts (04) des Flächenbauteils (02) fixierend eingeclipst wer- den können.
22. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (38) am Innenrand des Ausschnitts des Flächenbauteils (39) mit einem Mehrkomponentenspritzgussverfahren angespritzt ist. 23. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das
Abdeckelement (41) am Innenrand des Ausschnitts des Flächenbauteils (42) ange- klebt ist.
24. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (05, 19, 26, 30, 35, 38, 41, 44) aus Polycarbonat (PC) oder Polyme- tamethylacrylat (PMMA) oder mineralischen Glas hergestellt ist.
25. Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (06, 29) in der Art eines Lidar-Sensors und/oder in der Art eines Ra- dar-Sensors und/oder in der Art eines Kamera- Sensors und/oder in der Art eines Multikamera-Sensors ausgebildet ist. 26. Dachmodul (101, 112, 120) zur Bildung eines Fahrzeugdachs an einem Kraftfahr- zeug, mit einem Flächenbauteil (102, 114, 121), dessen Außenoberfläche zumindest bereichsweise die Dachhaut (103, 115, 122) des Fahrzeugdachs bildet, wobei das Dachmodul (101, 112, 120) zumindest einen Umfeldsensor (106, 117, 123) um- fasst, und wobei der Umfeldsensor (106, 117, 123) zur Erfassung der Fahrzeugum- gebung elektromagnetische Signale senden und/oder empfangen kann, dadurch ge- kennzeichnet, dass an der Innenseite (111, 113) des Flächenbauteils (102, 114, 121) eine Sensoraufnahme (110, 116, 124) befestigt ist, in der der Umfeldsensor (106, 117, 123) fixierbar ist.
27. Dachmodul nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil ( 102) zumindest einen Ausschnitt ( 104) aufweist, durch den die elektromagneti- schen Signale des Umfeldsensors (106, 117, 123) durchtreten können. 28. Dachmodul nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Senso- raufnahme (110, 116, 124) an der Innenseite (111, 113) des Flächenbauteils (102, 114, 121 ) aufgeklebt oder aufgeschweißt ist.
29. Dachmodul nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (106, 117, 123) mit zumindest einem Rastelement (119, 126, 127) in der Sensoraufnahme (116, 124) verrastet werden kann.
30. Dachmodul nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoraufnahme (116, 124) den Umfeldsensor (117, 123) im Querschnitt U-fÖrmig umgreift. 31. Dachmodul nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein
Rastelement (119, 126) an einem freien Schenkel (118, 125) der U-förmigen Senso- raufnahme (116, 124) angeordnet ist.
32. Dachmodul nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfeldsensor (106, 117, 123) in der Art eines Lidar-Sensors und/oder in der Art eines Radar-Sensors und/oder in der Art eines Kamera-Sensors und/oder in der Art eines Multikamera-Sensors ausgebildet ist.
33. Kraftfahrzeug, umfassend ein Dachmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 32.
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