Die Erfindung betrifft eine Beheizung für Sensoreinheiten bei Fahrzeugen.

Aktuelle Fahrzeuge weisen häufig einen oder mehrere Radarsensoren auf, die zur Umfeldüberwachung des Fahrzeugs dienen, und z.B. als Einparkhilfe oder zur Abstandsmessung zum vorausfahrenden Fahrzeug dienen. Solche Radarsensoren sind an unterschiedlichen Stellen im bzw. am Fahrzeug verbaut und weisen in der Regel eine Abdeckung auf, um den Radarsensor vor Außeneinflüssen zu schützen. Die Abdeckung kann dabei transparent oder nicht transparent sein und kann als Teil des Fahrzeugs, z.B. als Stoßfängerabdeckung, oder als Teil eines Gehäuses des Radarsensors gebildet sein, welches an einem Bereich des Fahrzeugs befestigt wird.

Um eine möglichst gute Qualität der Erkennung des Radarsensors zu erreichen, ist es nötig, eine möglichst geringe Beeinflussung des Strahlengangs (Aussenden und Empfangen der Radarstrahlen) des Radarsensors zu gewährleisten. Das heißt, dass jegliche Schicht, die sich auf dem Radarsensor oder auch der Abdeckung des Radarsensors befindet, störend ist. Solche Schichten können z.B. Eisschichten, Wasser oder Schnee sein.

Bekannte Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen, ist das Anbringen von Heizelementen an der Abdeckung des Radarsensors, welche beispielsweise einen Temperatursensor bereitstellen, um das Heizelement anzusteuern, wie in der DE 10 2019 123 404 A1 gezeigt. Alternativ wird z. B. in der DE 102020 000291 A1 vorgeschlagen, dass die Aktivierung des Heizelements erst dann erfolgt, wenn zusätzlich zur Temperaturunterschreitung der Radarsensor erkennt, dass eine strahlungsbehindernde Schicht in seinem Strahlengang am Fahrzeug anhaftet und/oder ein Regensensor Niederschlag erfasst.

Allerdings ist es trotzdem noch möglich, dass die Heizung je nach Außentemperatur und Geschwindigkeit unabhängig vom Vereisungszustand der Radarabdeckung eingeschaltet wird. Dies kann zu Überhitzungen im Drahtbereich/Steckerbereich kommen, was zu Schäden an den Heizelementen führen kann.

Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Beheizung für Sensoreinheiten bei Fahrzeugen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Vorgeschlagen wird eine Sensorvorrichtung zur Anwendung in Fahrzeugen, aufweisend mindestens eine Sensoreinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Erfassungsbereich außerhalb der Sensorvorrichtung zu erfassen, und mindestens eine Abdeckung, welche vor der Sensoreinheit angeordnet oder als Teil der Sensoreinheit gebildet ist und mindestens ein Heizelement, das dazu angeordnet und eingerichtet ist, zumindest Teilbereiche der Abdeckung zu heizen, sowie eine Steuer- bzw. Regeleinheit, die dazu eingerichtet ist, das Heizelement zu steuern oder zu regeln, um die Abdeckung zu beheizen. Gekennzeichnet ist die Sensorvorrichtung durch mindestens einen Wanddickensensor, der derart gebildet und in einem vorgegebenen Abstand und/oder in direktem Kontakt und/oder innerhalb der Abdeckung angeordnet ist, dass er die Wanddicke der Abdeckung ermitteln kann, wobei er die ermittelte Wanddicke an die Steuer- bzw. Regeleinheit übermittelt, welche im Falle, dass eine vorgegebene Wanddicke überschritten ist, das Heizelement ansteuert, um die Abdeckung zu beheizen. Sobald die Wanddicke wieder der vorgegebenen Wanddicke entspricht, wird das Heizelement abgeschaltet.

Durch das Vorsehen eines Wanddickensensors im Bereich der Abdeckung, welcher Änderungen in der Wanddicke der Abdeckung misst, kann schnell auf eine die Wanddickenänderung verursachende Vereisung oder auf der Abdeckung haftenden Schnee geschlossen werden und die Abdeckung entsprechend zum Abtauen geheizt werden. Wenn sich die Wanddicke nicht ändert, ist es auch nicht nötig, die Abdeckung zu beheizen, auch wenn es z.B. normalerweise aufgrund der aktuellen Außentemperatur und/oder aktuellen Witterungsbedingungen vorgesehen wäre. Somit kann auch ein Überhitzen von Heizdrähten und/oder Steckverbindungen verhindert bzw. die Wahrscheinlichkeit einer Überhitzung verringert werden.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die vorgegebene Wanddicke der Dicke der Abdeckung entspricht. Sobald sich auch nur ein kleiner Film auf der Abdeckung bildet, kann es sein, dass die Qualität der Messung der Sensoreinheit nicht mehr optimal ist. Deshalb ist bereits bei einer kleinen Änderung der Wanddicke ein Beheizen vorgesehen.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass zusätzlich zur Ermittlung der Wanddicke eine Temperatur mittels einem Temperatursensor erfasst wird. Der Temperatursensor ist entweder ein bereits im Fahrzeug vorhandener Temperatursensor zur Bestimmung der Außentemperatur oder ein an der Abdeckung angeordneter Temperatursensor, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur der Abdeckung zu messen. In einer Ausführung wird zusätzlich eine durch eine fahrzeuginterne Sensorik ermittelte Windgeschwindigkeit eines Fahrtwindes und/oder eine Aktivität eines Scheibenwischers erfasst und/oder Informationen der Sensoreinheit bezüglich der Signalqualität an die Steuer- bzw. Regeleinheit als zusätzliche Information übermittelt. Somit können zusätzliche Informationen bereitgestellt werden, die es ermöglichen, zu bestimmen, ob das Beheizen der Abdeckung nötig ist.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Wanddickensensor ein Ultraschallsensor ist.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Sensoreinheit eines oder eine Kombination ist aus: Radar, Lidar, Kamera, Ultraschallsensor.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Abdeckung aus einem transparenten oder einem nicht transparenten Material besteht, welches derart gebildet ist, dass es für die Aussendung und dem Empfang von Strahlen der Sensoreinheit durchlässig ist. Es kann also jegliches Material verwendet werden, welches bisher für Abdeckungen verwendet wird.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Abdeckung als ein vollintegrierter oder teilintegrierter Teil des Fahrzeugs oder als eine separate, an der Sensorvorrichtung befestigte Abdeckung gebildet ist.

Ferner wird ein Fahrzeug mit mindestens einer beschriebenen Sensorvorrichtung vorgeschlagen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das Grundprinzip der Erfindung ist es, die Qualität der Umfelderfassung einer in einer Sensorvorrichtung 100 angeordneten Sensoreinheit 1 insbesondere bei kalten Temperaturen zu verbessern. Bei kalten Temperaturen kann nämlich das Problem entstehen, dass das Sichtfeld der Sensoreinheit 1 durch Bildung einer Eis- oder Schneeschicht beeinträchtigt wird. Um dies zu verhindern, wird eine Änderung der Wanddicke einer Abdeckung 2 der Sensorvorrichtung 100 bestimmt und im Falle, dass sich die Wanddicke ändert, wird die Abdeckung 2 beheizt.

Die Sensorvorrichtung 100 ist an oder in einem Fahrzeug 200, insbesondere einem Kraftfahrzeug wie einem PKW oder Motorrad, angeordnet, und weist mehrere Komponenten auf, die nachfolgend beschrieben werden.

Vorgesehen ist eine Sensoreinheit 1 , die dazu eingerichtet ist, einen Bereich 10 (auch als Erfassungsbereich 10 bezeichnet) außerhalb der Sensorvorrichtung 100 zu erfassen. Ferner ist eine Abdeckung 2 vorgesehen, welche vor der Sensoreinheit 1 platziert ist, und durch welche die Sensoreinheit 1 innerhalb des Erfassungsbereichs 10 die Umgebung des Fahrzeugs 200 erfasst. Die Abdeckung 2 kann als separates Bauteil oder Teil der Sensoreinheit 1 (teilintegriert oder vollintegriert) gebildet sein. An oder in der Abdeckung 2 ist mindestens ein Heizelement 4 vorgesehen, welches dazu dient, zumindest einen Teilbereich der Abdeckung 2 zu beheizen, umfassend mindestens den Bereich der Abdeckung 2, der den Erfassungsbereich 10 umfasst.

Außerdem ist eine Steuer- bzw. Regeleinheit 6 vorgesehen, welche in Kommunikationsund Signalverbindung mit der Sensoreinheit 1 und anderen Komponenten steht, die für die Bestimmung und das Durchführen des Beheizens benötigt werden. Sie kann also sowohl Informationen (Signale) von diesen empfangen als auch Befehle (Steuer-ZRegel- Signale) an diese ausgeben. Die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 kann als Teil der Sensorvorrichtung 100 gebildet sein, also auch innerhalb eines Gehäuses davon, oder außerhalb davon.

Ziel ist es, eine auf einer Abdeckung 2 gebildete Eisschicht oder Schneeschicht abzuschmelzen, sobald sich eine solche bildet, also sobald sich die Wanddicke der Abdeckung 2 ändert, d.h. zu ändern beginnt.

Dies wird durch das Bereitstellen mindestens eines Wanddickensensors 5 erreicht.

Dieser ist derart in der Sensorvorrichtung 100 angeordnet, dass er die Wanddicke der Abdeckung 2 der Sensorvorrichtung 100 bestimmen, z.B. messen, kann. Dabei kann ein einzelner Wanddickensensor 5 vorgesehen sein oder mehrere, an unterschiedlichen Positionen angeordnete Wanddickensensoren 5. Die von dem oder den Wanddickensensoren 5 ermittelten Informationen werden an die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 zur Weiterverarbeitung übermittelt. Wenn diese erkennt, dass eine vorgegebene Wanddicke der Abdeckung 2 (welche vorteilhaft der eigentlichen Wanddicke der Abdeckung 2 entspricht) überschritten ist bzw. wird, steuert diese das Heizelement 4 an, um die Abdeckung 2 zu beheizen.

Vorteilhaft erfolgt das Beheizen bereits sehr früh, also sobald eine Änderung in der Wanddicke der Abdeckung 2 erfasst wurde. Dies verhindert, dass die Abdeckung 2 durch Warten mit dem Beheizen stärker einfriert oder abgedeckt wird und dadurch das Freiheizen erschwert wird.

Die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 ist dazu eingerichtet, das Heizelement 4 zu steuern, also einzuschalten oder auszuschalten. Sie kann aber auch die Heizleistung des Heizelements 4 regeln, wenn dieses entsprechend gebildet ist, z.B. mit mehreren Heizkreisläufen. In der Regel ist das Heizelement 4 als Drähte (Widerstandsheizung) ausgeführt, die an oder innerhalb der Abdeckung 2 geführt sind und sich durch Bestromen aufheizen.

Die Sensoreinheit 1 kann ein Radarsensor sein, so dass die Abdeckung 2 eine Radarabdeckung bzw. ein Radom ist. Es können aber auch andere Sensoren zur Umfeldüberwachung, kurz Umfeldsensoren, verwendet werden, z.B. Lidar, Ultraschall oder Kameras, solange diese in ihrem Erfassungsbereich beheizt werden können. Die Sensoreinheit 1 kann außerdem aus mehreren Sensoren bestehen, auch unterschiedlichen Sensoren, welche über dieselbe Abdeckung 2 verfügen.

Der Wanddickensensor 5 kann z.B. ein Ultraschallsensor sein, der in Kontakt mit der Abdeckung 2 angeordnet ist, wie in Figur 1 gezeigt. Dabei ist es sinnvoll, wenn er möglichst außerhalb des Erfassungsbereichs 10 der Sensoreinheit 1 angeordnet ist, um die ausgesendeten Strahlen nicht zu beeinflussen. Wenn er derart gebildet ist, dass er die Strahlen nicht beeinträchtigt, kann er aber auch im Erfassungsbereich 10 angeordnet sein. Es können auch andere, geeignete Sensoren verwendet werden, um die Wanddicke zu bestimmen. Vorteilhaft ist der Wanddickensensor 5 außerdem hinter der Abdeckung 2 angeordnet, also im Bereich der Sensorvorrichtung 100, in dem auch die Sensoreinheit 1 vorgesehen ist. Somit ist er nach außen (außerhalb des Fahrzeugs 200) nicht sichtbar.

Der Wanddickensensor 5 kann je nach Ausführung in Kontakt mit der Abdeckung 2 angeordnet sein, aber er kann auch in einem Abstand dazu angeordnet sein (in Figur 1 gestrichelt gezeichnet), wenn die Messung der Wanddicke dann noch innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen möglich ist.

Zusätzlich zur Information über eine Wanddickenänderung kann eine Temperaturinformation, z.B. über die aktuelle Außentemperatur oder die aktuelle Temperatur an der Abdeckung 2, verwendet werden. Hierfür kann eine Temperatur der Abdeckung 2 mittels eines Temperatursensors 3 (in Figur 1 gestrichelt gezeichnet) ermittelt werden. Ein solcher Temperatursensor 3 ist vorteilhaft in Kontakt mit der Abdeckung 2 angeordnet, aber vorteilhaft außerhalb eines Bereichs, der starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Alternativ kann er hinter einer Schutzschicht oder Schutzabdeckung etc. angeordnet sein, um möglichst präzise Messergebnisse zu erzielen.

Es kann aber auch separat oder zusätzlich eine im Fahrzeug 200 durch einen dafür vorgesehenen und bereits vorhandenen (fahrzeuginternen) Außentemperatursensor ermittelte Außentemperatur verwendet werden. In diesem Fall kann zusätzlich noch die ebenfalls in der Regel bekannte oder mittels einer Steuereinheit aus bekannten Daten ermittelbare Fahrgeschwindigkeit einbezogen werden, also der Fahrtwind. Außerdem kann noch zusätzlich Information über eine Aktivität eines Scheibenwischers in die Auswertung einbezogen werden. Mit diesen Informationen kann z.B. mittels der Steuer- bzw. Regeleinheit 6 oder einer damit in Verbindung stehenden Steuereinheit eine Bestimmung erfolgen, ob sich eine Eisschicht oder Schneeschicht auf der Abdeckung 2 bilden kann und dann entsprechende Aktionen vorgenommen werden, z.B. das Heizelement 4 in einen Standby-Modus zu versetzen, so dass es bei Bedarf, also bei Ermittlung einer Änderung der Wanddicke, schnell verfügbar ist. Außerdem kann es vorgesehen sein, dass Informationen der Sensoreinheit 1 bezüglich der Signalqualität an die Steuer- bzw. Regeleinheit 6, z.B. von der Sensoreinheit 1 selbst, übermittelt werden. Beispielsweise kann daraus ermittelt werden, dass das Signal rauscht, was auf eine Beeinträchtigung des Erfassungsbereichs 10 durch beispielsweise Vereisung hindeutet.

Die Abdeckung 2 kann transparent oder nicht transparent ebenso wie vollintegriert oder teilintegriert sein. Sie kann als Teil des Fahrzeugs 200 oder als separate Abdeckung 2 oder als Teil der Sensoreinheit 1 , z.B. als Kameralinse, gebildet sein. Sie kann als optisches Element, z.B. als Linse, Strahlformungsoptik, Abdeckelement, Schutzglas, etc. gebildet sein. Sie kann aber auch aus einem Kunststoff bestehen, der für die Anwendung geeignet ist, also z.B. für entsprechende Wellenlängen durchlässig ist. Sie kann auch als Radom gebildet sein.

Sie kann an unterschiedlichsten Bereichen, z.B. Frontbereich (in Figur 2 gezeigt) und/oder Heckbereich, und zu unterschiedlichsten Zwecken, z.B. Einparken, Fahrerassistenzfunktionen im Bereich automatisiertes bis hin zu autonomem Fahren, etc., innerhalb des Fahrzeugs 200 eingesetzt werden. Aktuell sind häufige Positionen im Bereich des Stoßfängers, des Kühlergrills, am Heck, an Seitenspiegeln etc. Allerdings sind die aufgeführten Positionen nicht abschließend aufgezählt.

Insbesondere im Bereich des automatisierten Fahrens und des zukünftigen autonomen bzw. hochautonomen Fahrens können auch andere Positionen als die bisherigen sinnvoll sein.

In Figur 1 ist das Heizelement 4 im Erfassungsbereich 10 der Sensoreinheit 1 angeordnet. Vorteilhaft ist seine Fläche größer als der Erfassungsbereich 10. Außerdem ist es derart gebildet, dass es die Erfassung der Sensoreinheit 1 nicht beeinträchtigt. Das Heizelement 4 kann aber auch außerhalb des Erfassungsbereichs 10 der Sensoreinheit 1 angeordnet sein.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Sensorvorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann durch einen Algorithmus als Softwareprogramm implementiert werden, das durch einen Computer bzw. Prozessor ausführbar ist. In einem ersten Schritt S1 wird die Wanddicke der Abdeckung 2 durch den Wanddickensensor 5 erfasst und an die Steuer- bzw. Regeleinheit 6 übermittelt. Wenn diese eine Änderung der Wanddicke bestimmt (Schritt S2), steuert sie das Heizelement 4 an (Schritt S3), um die Abdeckung 2 zu beheizen. Sobald die Wanddicke wieder der vorgegebenen Wanddicke entspricht (Schritt S4), wird das Heizelement 4 abgeschaltet (Schritt S5). Zusätzlich können noch Informationen wie oben beschrieben, in die Steuerung bzw. Regelung einfließen, also z.B. Temperatur der Abdeckung 2, Außentemperatur, Fahrgeschwindigkeit etc.

Durch das Bereitstellen eines Wanddickensensors 5 und Beheizen der Abdeckung 2, sobald sich die Wanddicke der Abdeckung 2 ändert, kann eine schnelle Befreiung der Abdeckung 2 von Eis und Schnee erfolgen, so dass der Erfassungsbereich 10 der Sensoreinheit 1 somit frei ist und diese damit keine Beeinträchtigung der Erfassung erfährt.

Bezugszeichenliste

100 Sensorvorrichtung

1 Sensoreinheit

2 Abdeckung

3 Temperatursensor

4 Heizelement

5 Wanddickensensor

10 Erfassungsbereich

6 Steuer- bzw. Regeleinheit

200 Fahrzeug