Fahrzeugbauteil zur Integration eines Umgebungserfassungssensors in ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil zur Integration eines Umgebungs erfassungssensors in ein Fahrzeug.

Um vollautomatisiertes oder autonomes Fahren zu ermöglichen, wird eine Vielzahl von Umgebungsdaten benötigt. Diese werden durch Umgebungser fassungssensoren am Fahrzeug bereitgestellt und in Steuergeräten weiter verarbeitet und ausgewertet. Als Umgebungserfassungssensoren kommen z.B. Lidar- oder Radarsensoren sowie Kameras zum Einsatz. Insbesondere die Lidar-Technik bietet dabei eine Umfelderkennung mit hoher Reichweite in Kombination mit einem breiten Erfassungsbereich.

Die erforderliche Sensorik muss an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs, u.a. auch im Dachbereich untergebracht werden. In Fahrzeugstudien werden Lidarsensoren bisher auf das Fahrzeugdach aufgesetzt. Dort bilden sie je doch eine optische und aerodynamische Störkontur aus. Weiterhin ist es be kannt, Lidare im Bereich des Stoßfängers in die Fahrzeugfront zu integrieren. Dabei kann es aus Designgründen Schutzvorrichtungen geben, welche vor dem Lidar angeordnet werden und das Lidar optisch in den Hintergrund tre ten lassen. Diese Schutzvorrichtungen stören jedoch die Funktion des Lidars und müssen aufwendig kalibriert werden.

Aus der Druckschrift DE 102016 104871 A1 ist es weiterhin bekannt, einen Umgebungsinformationserfassungssensor zu einer Fahrzeugaußenseite hin an einem eine geschlossene Querschnittsform aufweisenden Karosserieele ment anzubringen. Der Sensor wird zu der Fahrzeugaußenseite durch eine signaldurchlässige Abdeckung bedeckt. Allerdings ist die vorgeschlagene Lö sung fertigungstechnisch aufwendig und die Möglichkeiten sind begrenzt, den Sensor ohne Anpassung der äußeren Fahrzeugkontur zu integrieren.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit an zugeben, wie die Integration eines Umgebungserfassungssensors in ein Kraftfahrzeug verbessert werden kann. Insbesondere soll die Integration so gestaltet werden, dass das Erscheinungsbild und die Aerodynamik des Fahr zeugs möglichst wenig beeinflusst werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Fahrzeugbauteil nach Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird ein Fahrzeugbauteil zur Integration eines Umgebungserfassungs sensors in ein Fahrzeug angegeben. Das Fahrzeugbauteil ist als Kunststoff bauteil ausgebildet und weist einen Hauptkörper mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des Umgebungserfassungssensors auf. Zu einer Sichtseite des Bauteils hin ist die Ausnehmung durch einen Abdeckungsabschnitt begrenzt der eine Signaldurchtrittsfläche oder eine Signaldurchtrittsöffnung aufweist.

Mit anderen Worten gesagt wird also in dem Hauptkörper eine von außen vollständig oder weitgehend bedeckte Ausnehmung geschaffen, in der der Umgebungserfassungssensor aufgenommen werden kann. In dem Abde ckungsabschnitt ist entweder eine Signaldurchtrittsöffnung vorgesehen, oder zumindest ein Teil des Abdeckungsabschnitts ist als Signaldurchtrittsfläche gestaltet, d.h. die vom Sensor ausgesandten und empfangenen Signale kön nen durch die Signaldurchtrittsfläche bzw. die Signaldurchtrittsöffnung hin durchtreten. So wird es möglich, mit einem im Inneren des Hauptkörpers an- geordneten Sensor die Umgebung außerhalb des Fahrzeugbauteils bzw. au ßerhalb des Fahrzeugs zu erfassen. Indem das Fahrzeugbauteil als Kunst stoffbauteil ausgebildet ist, wird eine hohe Flexibilität hinsichtlich der geomet rischen Gestaltung der Ausnehmung ermöglicht. Mittels Kunststofftechnik können Formen realisiert werden, die sich mit Metallbauteilen nicht oder nur sehr aufwendig abbilden lassen. Durch die Ausbildung des Bauteils als Kunststoffbauteil wird es möglich, den Sensor im Inneren des Bauteils quasi „verschwinden“ zu lassen, ohne dass die Sensorintegration zu von außen er kennbaren Veränderungen am Bauteil führen muss. Durch die Verlagerung des Sensors in das Innere des Bauteils wird die Gesamtoptik und Aerodyna mik des Fahrzeugs verbessert, da die Bauteilkontur entsprechend den opti schen oder aerodynamischen Anforderungen gestaltet werden kann.

Die Ausnehmung im Flauptkörper ist ausgestaltet um den Umgebungserfas sungssensor aufzunehmen. Die Ausnehmung kann z.B. als Vertiefung im Flauptkörper oder als Durchgangsöffnung im Flauptkörper ausgestaltet sein. Die Ausnehmung kann der Form des Sensors angepasst sein und diesen z.B. - zumindest teilweise - formschlüssig aufnehmen. Die Ausnehmung ist vorzugsweise so groß ausgebildet, dass der Umgebungserfassungssensor vollständig in der Ausnehmung aufgenommen werden kann. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein montierter Umgebungserfassungssensor gegenüber einer Außenkontur des Flauptkörpers bündig abschließt bzw. ge genüber dieser zurückversetzt ist. Auf diese Art kann der Umgebungserfas sungssensor quasi im Bauteil „versenkt“ werden, wodurch der Verlauf der Außenkontur des Fahrzeugbauteils ohne Beeinflussung durch die Sensorin tegration bleibt.

Die Ausnehmung reicht bis an eine Sichtseite des Fahrzeugbauteils heran. Dort ist sie durch den Abdeckungsabschnitt begrenzt. Die Sichtseite des Bauteils bleibt im verbauten Zustand am Fahrzeug sichtbar, wird also nicht durch weitere Bauteile oder Anbauteile verdeckt. Die Sichtseite des Fahr zeugbauteils bildet vorzugsweise einen Teil der Außenhaut des Fahrzeugs. Der Abdeckungsabschnitt bildet zumindest einen Teil der Sichtseite des Fahrzeugbauteils.

Es ist besonders bevorzugt, dass der Abdeckungsabschnitt einstückig mit dem Flauptkörper ausgebildet ist. Unter dem Begriff einstückig ist dabei zu verstehen, dass Abdeckungsabschnitt und Flauptkörper nicht ohne Beschädi gung voneinander getrennt werden können. Dies hat den Vorteil, dass der Sensor in der Ausnehmung besonders gut gegen Einwirkungen von außen geschützt werden kann. Zudem erleichtert eine einstückige Ausbildung die Montage des Fahrzeugbauteils am Fahrzeug.

Es ist denkbar, den Abdeckungsabschnitt und den Flauptkörper aus einem gemeinsamen Kunststoffmaterial einteilig auszubilden. Um den unterschiedli chen Funktionen von Abdeckungsabschnitt und Flauptkörper besser Rech nung tragen zu können und dennoch eine zuverlässig dichte, gegen Staub und Feuchtigkeit von außen geschützte Aufnahme für den Sensor bereitzu stellen, wird in einer Ausgestaltung der Abdeckungsabschnitt an den Flaupt körper angespritzt. Für den Abdeckungsabschnitt und den Flauptkörper kön nen unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden.

Der Abdeckungsabschnitt kann zumindest teilweise als Signaldurchtrittsflä che ausgebildet sein. Das bedeutet, dass der Abdeckungsabschnitt in Form und Materialwahl so gestaltet ist, dass er zumindest in einem Teilbereich für die Sensorsignale ausreichend durchlässig ist. So kann die Sensorfunktion gewährleistet werden, obwohl der Sensor im Fahrzeugbauteil angeordnet ist und nach außen abgedeckt ist. Der Abdeckungsabschnitt ist aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet. Als Kunststoffmaterial eignet sich beispiels weise Polycarbonat (PC). PC ist insbesondere für die bei Lidar-Sensoren verwendete Laserstrahlung geeignet.

Der Abdeckungsabschnitt kann zusätzlich eingefärbt sein, um den Sensor zu verblenden. Dies ermöglicht eine noch unauffälligere Integration des Umge bungserfassungssensors in das Fahrzeug. Der Abdeckungsabschnitt kann weiterhin unterschiedliche Materialstärken aufweisen, so kann der Abde ckungsabschnitt im Bereich der Signaldurchtrittsfläche eine reduzierte Wand stärke aufweisen, also eine geringere Dicke als im restlichen Abdeckungsab schnitt. Hierdurch kann die Transmission durch die Signaldurchtrittsfläche weiter verbessert werden und die Sensorreichweite und Qualität der Sensor daten gesteigert werden.

Der Hauptkörper definiert die strukturellen und mechanischen Eigenschaften des Fahrzeugbauteils. Er kann aus einem duroplastischen und/oder thermo plastischen Kunststoffmaterial ausgebildet sein. Der Hauptkörper kann vor zugsweise eine Faserverstärkung aufweisen. Diese kann nur in Teilabschnit ten oder im gesamten Hauptkörper angeordnet sein. Der Hauptkörper des Bauteils kann beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff beste hen. Als Verstärkungsfasern können vorzugsweise Kohlenstoff-, Glas- oder Aramidfasern verwendet werden. Die Faserverstärkung kann z.B. in Form von Endlosfasern vorliegen, die als ein- oder mehrschichtige Anordnung von Gewebe, Geflecht, Gelege o.ä. ausgebildet sein kann. Die Faserverstärkung im Hauptkörper steigert die Festigkeit und mechanische Belastbarkeit des Fahrzeugbauteils. Durch geeignete Führung der Verstärkungsfasern wird es möglich, ein Bauteil zu schaffen, was den Anforderungen an ein Karosserie bauteil und insbesondere an ein Strukturbauteil in einem Kraftfahrzeug ge recht wird und dennoch eine ausreichend große und der Sensorform ange passte Ausnehmungen für den Sensor zu schaffen. Besonders hohe Freiheitsgrade bezüglich der Sensorintegration ergeben sich, wenn der Hauptkörper in einer Ausgestaltung in Skelettbauweise aus gebildet ist. Bei der Skelettbauweise wird die Steifigkeit der Bauteile über eine faserverstärkte fachwerkartige Struktur erzielt. Diese Skelettstruktur kann über zusätzliches Material geschlossen werden. Die Faserverstärkung kann lastpfadgerecht und nur in den Bereichen eingesetzt werden, in denen eine Faserverstärkung zur Erzielung der gewünschten Bauteileigenschaften notwendig ist. Beispielsweise ist es bekannt, faserverstärkte Stäbe im Pultru- sionsverfahren herzustellen, diese zu einem Skelett umzuformen und im Spritzguss-Verfahren mit einer thermoplastischen Matrix zu umspritzen, wel che dann die Außengeometrie des Bauteils herstellt. Dieser grundlegende Aufbau eines Skelettbauteils kann im Rahmen der Erfindung nun vorteilhaft genutzt werden. So kann der Hauptkörper in einer Ausgestaltung eine Ske lettstruktur mit mehreren faserverstärkten Stäben aufweisen und die Ausneh mung ist zwischen den Stäben angeordnet. Beispielsweise können die Stäbe zumindest teilweise um die Ausnehmung herum geführt sein. Die Skelettbau weise ermöglicht es, eine Ausnehmung mit quasi beliebiger Tiefe im Bauteil vorzusehen, wodurch die Integration auch großer Sensoren vereinfacht bzw. erstmals ermöglicht wird. Die Skelettbauweise ermöglicht zudem einen ho hen Freiheitsgrad hinsichtlich der Positionierung der Ausnehmung im Fahr zeugbauteil.

Das Fahrzeugbauteil kann insbesondere ein Karosseriebauteil und vorzugs weise ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs sein. Beispielsweise kann es sich um einen Dachrahmen, eine Fahrzeugsäule (A-, B-, C-, D-Säule), einen Heckfensterrahmen, ein Dach o.ä. handeln. In einerweiteren Ausgestaltung kann es sich bei dem Fahrzeugbauteil um ein Knotenelement in einer Fahrzeugkarosserie handeln. Solche Knoten fin den sich z.B. am Übergang des Dachrahmens zur A- Säule oder am hinteren Ende des Dachs am Übergang des Dachrahmens zur C-/oder D-Säule. Sol che Eckpositionen bieten Vorteile für die Integration eines Umgebungsinfor mationssensors, da sie sehr hoch am Fahrzeug angeordnet sind und damit eine gute Reichweite und „Blick“ über die anderen Fahrzeuge ermöglichen. Weiterhin ist der vom Sensor erfassbare Winkelbereich sehr groß und kann z.B. annähernd 270 Grad betragen.

Es ist vorteilhaft, wenn der Umgebungserfassungssensor erst zu einem spä ten Zeitpunkt, z.B. nach Fertigstellung und Lackierung der Fahrzeugkarosse rie in dem Fahrzeugbauteil montiert wird. Vorteilhafter weise kann das Fahr zeugbauteil daher in einer Ausgestaltung weiterhin eine Öffnung aufweisen, durch die der Umgebungserfassungssensor in die Ausnehmung eingeführt werden kann. Die Öffnung kann dabei derart positioniert sein, dass sie z.B. in einen Innenraum des Fahrzeugs gerichtet ist und im fertigen Fahrzeug durch ein weiteres Fahrzeugbauteil, wie z.B. eine Innenverkleidung, bedeckt ist. Dies hat den weiteren Vorteil, dass der Sensor auch nachträglich noch mit geringem Aufwand zugänglich ist.

Damit der Kalibrierungsaufwand gering ist, ist es wichtig den Sensor an ge nau positionierter Stelle im Fahrzeugbauteil zu montieren. Zur Verringerung der Montagetoleranzen ist es vorteilhaft, wenn an den Hauptkörper des Fahr zeugbauteils oder den Abdeckungsabschnitt ein Befestigungselement zur Befestigung des Umgebungserfassungssensors mit angeformt ist. Weist der Sensor ein entsprechendes Gegenelement auf, so kann auf einfache Art und Weise eine hochgenaue Montage und Positionierung des Sensors im Bauteil erreicht werden. Ein derartiges Befestigungselement kann z.B. ein Rast- oder Clipselement sein. Das Befestigungselement kann z.B. aus dem Kunststoff- material des Hauptkörpers bzw. des Abdeckungsabschnitts ausgebildet sein und wird vorteilhafter weise direkt bei der Bauteilherstellung, z.B. durch eine entsprechende Aussparung im Formwerkzeug, mit ausgebildet.

Das voranstehend beschriebene Fahrzeugbauteil dient zur Integration eines Umgebungsinformationssensors. Dieser wird in der Ausnehmung des Fahr zeugbauteils so angeordnet, dass die Signaldurchtrittsfläche bzw. die Signal durchtrittsöffnung im Erfassungsbereich des Sensors liegt. Als Erfassungsbe reich wird dabei der Raum bezeichnet, in dem der Sensor bauartbedingt durch Aussenden und Empfangen von Signalen die Umgebung erfassen kann. Durch diese Anordnung kann der Sensor optisch hinter dem Abde ckungsabschnitt verborgen sein und dennoch Signale durch die Signaldurch trittsfläche senden und empfangen. Weist der Abdeckungsabschnitt eine Sig naldurchtrittsöffnung auf, so kann der Sensor bis in an diese Signaldurch trittsöffnung hinanreichen und z.B. bündig mit dem Abdeckungsabschnitt en den. Dies ermöglicht eine sehr unauffällige Integration des Sensors in das Fahrzeugbauteil.

Bei dem Umgebungserfassungssensor handelt es sich vorzugsweise um ei nen Lidar-Sensor. Grundsätzlich ist auch die Verwendung anderer Sensoren, wie z.B. Radarsensoren oder Kameras denkbar, wobei die Materialwahl und Ausgestaltung der Signaldurchtrittsfläche entsprechend angepasst werden muss. Lidar (light detection and ranging) ist eine dem Radar verwandte Me thode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. Ein Lidar- Sensor sendet Laserimpulse aus und verwendet zurückgestreutes Licht zur Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung. Die Lidar-Signale werden da bei z.B. durch Dioden, Filter und ggf. Umlenkelemente geformt und vom Sen sor abgestrahlt. In einer bevorzugten Ausgestaltung stellt die Signaldurchtrittsfläche nun eine erste Transmissionsfläche für die aus dem Sensor austretenden Signale dar. Die Signaldurchtrittsfläche übernimmt in dieser Ausgestaltung die weitere Funktion einer Schutzabdeckung des Sensors. Der Sensor kann also ohne separates Gehäuse in dem Fahrzeugbauteil montiert werden. Flierdurch kann eine Transmissionsfläche im Signalweg des Sensors eingespart werden, was die Reichweite der Signale und Qualität der Signalauswertung erhöht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungs wesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:

Figur 1 eine Prinzipskizze eines beispielhaften Fahrzeugbauteils in einer perspektivischen Ansicht

Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeugbauteil 1 zur Integration eines Um gebungserfassungssensors 30.

Das Fahrzeugbauteil 1 beinhaltet einen Hauptkörper 10. Der Hauptkörper 10 ist in Skelettbauweise ausgebildet. Es weist mehrere stabartige Strukturen 12 aus endlosfaserverstärktem Kunststoff auf, die lastpfadgerecht angeordnet sind und durch mehrere Kunststoffstege 14 miteinander zu einem fachwerk artigen Grundkörper verbunden sind.

Das gezeigte Bauteil 1 stellt beispielhaft einen Knoten zur Anbindung einer A-Säule 2 und eines Dachrahmens 3 dar. Es können noch weitere (nicht dar gestellte) Bauteile mit dem Fahrzeugbauteil 1 verbunden werden. Beispiels weise kann an der Oberseite des Fahrzeugbauteils 1 noch ein Dach montiert werden.

Das Fahrzeugbauteil 1 weist weiterhin einen Abdeckungsabschnitt 20 auf.

Der Abdeckungsabschnitt 20 ist aus einem Kunststoff, wie z.B. (eingefärb tem) Polycarbonat ausgebildet. Der Abdeckungsabschnitt 20 ist vorzugs weise einstückig mit dem Flauptkörper 10 ausgebildet und z.B. an diesen an gespritzt. Der Abdeckungsabschnitt 20 bildet zumindest einen Teil einer Sichtseite des Fahrzeugbauteils 1 , welche im fertigen Fahrzeug sichtbar ist.

In dem Flauptkörper 10 ist eine Ausnehmung 16 ausgebildet, die derart ge formt ist, dass ein Umgebungserfassungssensor 30 darin aufgenommen wer den kann. Beispielhaft ist eine näherungsweise zylinderförmige Ausnehmung 16 gezeigt, diese kann jedoch grundsätzlich auch jede andere Form aufwei sen. Die Ausnehmung 16 ist einerseits durch den Flauptkörper 10 begrenzt. Zu der Sichtseite des Fahrzeugbauteils 1 hin wird die Ausnehmung 16 wei terhin durch den Abgrenzungsabschnitt 20 begrenzt.

In der Ausnehmung 16 wird ein Umgebungserfassungssensor 30, z.B. ein Li- dar-Sensor, angeordnet. Zur Montage des Sensors im Fahrzeugbauteil 1 weist die Ausnehmung 16 eine Öffnung 18 auf. In der Zeichnung ist diese auf der Unterseite des Fahrzeugbauteils 1 dargestellt, kann jedoch auch an an- derer Stelle positioniert sein. Durch die Öffnung 18 wird der Umgebungser fassungssensor 30 in die Ausnehmung 16 eingeführt und positioniert. Die Öffnung 18 kann später z.B. durch ein Innenverkleidungsteil bedeckt werden.

Der Umgebungserfassungssensor 30 ist vorzugsweise vollständig im Haupt körper 10 aufgenommen und steht an keiner Stelle gegenüber der durch die stabartige Struktur 12 definierten äußeren Kontur vor. Der Sensor kann durch ein nicht dargestelltes Befestigungselement, das z.B. an dem Hauptkörper 10 mit ausgebildet ist, an dem Fahrzeugbauteil 1 fixiert sein.

Der Umgebungserfassungssensor 30 hat einen Erfassungsbereich 32, in welchem er Signale aussenden und empfangen kann, dargestellt durch die strichlierten Pfeile in Figur 1. Um eine Umgebungserfassung mit dem in das Fahrzeugbauteil 1 integrierten Umgebungserfassungssensor 30 zu ermögli chen, ist der Abdeckungsabschnitt 20 zumindest in einem Teilabschnitt als Signaldurchtrittsfläche 22ausgebildet, d.h. hinreichend durchlässig für die Signale des Umgebungserfassungssensors 30. Die Funktion der Signal- durchtrittsfläches 22 kann z.B. durch geeignete Materialwahl für den Abde ckungsabschnitt 20 und angepasste geometrische Abmessungen, wie z.B. Wandstärke im Bereich der Signaldurchtrittsfläche 22, realisiert werden. Al ternativ könnte anstelle der Signaldurchtrittsfläche 22 auch eine Signaldurch trittsöffnung vorgesehen sein, d.h. der Abdeckungsabschnitt könnte auf die ser Fläche eine Öffnung aufweisen.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeugbauteil

2 A-Säule

3 Dachrahmen

10 Hauptkörper

12 stabartige Struktur 14 Kunststoffstege

16 Ausnehmung

18 Öffnung

20 Abdeckungsabschnitt 22 Signaldurchtrittsfläche 30 Umgebungserfassungssensor 32 Erfassungsbereich