用于车辆传感器模块的可转动的盖板
技术领域
本发明涉及一种用于保护免受环境影响的用于车辆传感器模块的盖板。
背景技术
现代的且尤其未来的高档车和中档车装备有大量驾驶员辅助系统。属于此的例如有光学照相机、中距离和长距离雷达系统、超声波传感器和光探测及测距装置(LiDaR)。这些系统也能够以ADAS(高级驾驶员辅助系统)的概念来概括。在一些车辆处现在已经同样安装了这些系统中的多个，并且可由此出发得出数量还将增加。这些车辆传感器模块大多数作为单独的部件布置在车辆车身的暴露的位置处。这些车辆传感器模块通常具有自己的模块壳体，其包括至少一个盖板，该盖板向外盖住传感器和附属于其的电子设备。
基于传感器的光学的驾驶员辅助系统(ADAS)一般而言基于光学或电磁传感器，其通过发出和/或接收光子或电磁波探测车辆周围环境且如此将相应的信息发送到车辆电子设备处。在此，大多数传感器在确定的视场(field of view,FOV)内工作。该视场大多数是锥形的且朝相对于车辆的方向取向。ADAS系统在行驶运行中须被保护免受环境影响和大量机械和气候负荷。因此不可缺少的是，相应的传感器设有保护盖板，因为否则系统不能够符合规定地工作。在此，对盖板提出了关于电磁波的穿透性的特殊要求。如此，用于黑/白-或RGB照相机的盖板须在380-780nm的可见光谱中具有尽可能高的透射，与之相反LiDaR盖板应在近红外范围中(在大多数LiDaR的情形中905nm)具有尽可能高的透射。
因为锥形的视场在传感器附近还相对较小，所以这些盖板也可相应较小地实施，例如作为较小的柱形凹口(Ausschnitt)。这出于设计的原因是值得追求的，因为传感器模块应被尽可能不显眼地集成到车辆中。大多数情况下盖板被固定地粘合或以另外的方式固定安装。因此对于车辆的寿命而言盖板与车辆传感器模块一起持久地遭受由于环境引起的负荷，这随着时间造成传感器的光学特性恶化并且可能造成功能性降低。
传感器的光学特性的暂时性或永久性的恶化的一些方面和与此伴随的降低的功能性例如包括结冰、结露、积雪、雨滴、刮痕、碎石或污垢颗粒。
在最近公开的美国专利申请文件US 2018/0284268 A1中，鉴于传感器模块的光学特性的保护提出，设置以物理作用于盖板的方式的超声波源，其应借助于超声波加载将污垢颗粒或冰颗粒从盖板处松开。然而利用这样的超声波装置仅可解决通常出现的损伤中的一小部分。US 2018/0370500 A1的传感器装置提出了一种十分相似的方式。此处，附加于以其可将传感器模块置于振动中的振动设备地描述了一种被安装在模块的外部处的雨刮装置，模块壳体可通过转动行驶经过雨刮装置处。然而，这些解决方案在技术上是耗费的并且由于超声波-或振动加载至少鉴于焊点和其它机械灵敏部分的耐久性应担忧传感器模块的灵敏电子设备关于总寿命的损伤，这总体上又降低了关于在其它位置处的车辆传感器模块的总寿命的预期。鉴于带有所安装的传感器模块的车辆的空气动力学，带有复杂的外部附件例如雨刮装置的解决方案也是有干扰的。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种装置，其提供传感器和附属电子设备的可靠保护且同时可改善或消除传感器的视场的不仅暂时的而且永久性的损伤。该装置在技术设计方案中应尽可能简单，以便具有良好的耐久性，且其应尽可能提供关于其外部形状的较大的设计自由性，以便获得汽车制造商的对于不同安装情形而言的设计自由性。此外，该装置不应具有对结构空间的较大需求。
根据本发明在第一方面中，该目的通过一种用于保护免受环境影响的用于车辆传感器模块的盖板来实现，其中，车辆传感器模块至少包括盖板、光学或电磁传感器和模块壳体。盖板由聚合物材料制造且具有传感器的辐射路径穿过的区域。盖板具有旋转对称的形状且根据本发明设计成使得其在车辆传感器模块中可相对于传感器和/或模块壳体可转动支撑地安装。
在本发明的意义中的车辆传感器模块尤其包括这样的传感器，其在车辆中被使用作为ADAS(高级驾驶员辅助系统)。属于其的例如有光学照相机、中距离和长距离雷达系统、超声波传感器和光探测及测距(LiDaR)传感器。
根据本发明的盖板由聚合物材料制造。合适的聚合物材料对于专业人士而言通常是已知的。尤其地，为了本发明的目的应用透明的并且还红外透明的聚碳酸酯。优选地使用这样的聚碳酸酯类型，其也被应用于光导体-、LED-和探照灯应用。其即使在非常长的环境曝光和与此伴随的UV曝光的情形中也应具有良好的耐久性和持久的透明性且相对机械损伤也表现出良好的冲击韧性。
在本发明的范围内，旋转对称的形状的概念尤其包括锥形、柱形和椭圆形的形状以及由此构成的组合。
除了周向上封闭的设计方案之外，旋转对称的形状也包括这样的设计方案，在其中盖板在从上方的剖示图中不是构造完整的圆而是仅构造圆区段。
在一示例性的设计方案中，盖板可如杯子那样成形。杯子的原本的底部可被利用作为盖板的上封盖优选地作为装配面用于可转动地固定在模块壳体处。
根据本发明，盖板在车辆传感器模块的模块壳体中被固定成使得盖板具有传感器的辐射路径穿过的区域。换而言之，盖板向外盖住在模块壳体中的相应的凹部(Aussparung)或者窗口，以便于确保对于传感器的电磁辐射而言不受阻碍的辐射路径。模块壳体那么可不透明地设计并且例如包含合适的填料，尤其以便于保护车辆传感器模块的灵敏电子元件免受UV辐射并且还提供非常良好的机械保护。例如，模块壳体可由除了UV保护添加剂之外还包含颜料(例如炭黑)和增强填料(例如矿物质、玻璃纤维、芳纶纤维、纤维素纤维和类似物)的聚合物材料制造。
根据本发明，盖板此外设计成使得其在车辆传感器模块中可相对于传感器和/或模块壳体可转动支撑地安装。
在本发明的范围内，相对于传感器和/或模块壳体的概念尤其理解成，传感器和/或模块壳体固定地固定在车辆传感器模块中或者处并且因此自身不可转动。盖板此时在模块壳体中或者处可间接或直接地被固定成使得其可在壳体中被转动。换而言之，盖板可尤其被转动成使得盖板的不同于在转动之前作为辐射通过区域的部分区域的另一部分区域通过转动定位在模块壳体的视窗凹部中。
在本发明的意义中，转动能够不仅可由手来实施而且通过相应设置的驱动器实现。
利用根据本发明的盖板可抑制盖板的被放置在传感器的视场中的表面的提前损伤，在其中盖板在可能局部损伤或暂时性损伤(例如霜冻、雨滴或刮痕)的情形中被旋转一点，以便于如此将未受损伤的或者说无霜冻/无水滴/且无刮痕的区域转移到传感器的视场中。
根据本发明的盖板提供了传感器和附属电子设备的可靠保护且同时可改善或消除传感器的视场的不仅暂时性的而且永久性的损伤。该盖板有利地在技术设计方案中是简单的，以便于具有良好的耐久性。其提供了关于其外部形状的较大的设计自由性，以便于获得汽车制造商的对于不同安装情况而言的设计自由性。此外，根据本发明的盖板不具有对附加结构空间的较大需求，使得其也可被容易地接合到传感器模块的已存在的设计方案中。
在本发明的一优选的设计方案中，盖板可相对于固定的模块壳体可转动支撑地安装。
换而言之，在该设计方案中本发明的核心思想是将盖板构造成使得其具有设备，该设备将盖板在车辆传感器模块中的可转动的安装设置成使得车辆传感器模块的模块壳体固定地、也就是说不可转动地构造而盖板在模块壳体中或处可相对该模块壳体移动。
例如，模块壳体作为传感器设备的外部盖板可固定地、也就是说不可转动地与车辆相连接且呈拱顶状地跨过用于容纳传感器设备的空间。在固定的模块壳体中可设置有传感器的辐射路径延伸穿过的一个或多个凹部或凹口。凹部或者凹口可尤其设置在模块壳体的侧向区域中，尤其在车辆的行驶方向上和/或侧向于行驶方向。为了盖住并且密封模块壳体的凹部或凹口，根据本发明尤其盘状地构造的盖板设置成使得其至少完全覆盖凹部或凹口并且使得其相对于凹部或凹口可转动。
为此，盖板可例如构造为圆形的盘或构造为以圆区段的形式的盘。
在本发明的一设计方案中，盖板具有锥形的或柱形的形状。
这些形状借助于注塑可容易地且大批量地制造。此外，其提供了较小的风阻且与笔直的面相比面对环境影响更不敏感。
在本发明的一设计方案中，盖板至少完全覆盖用于模块壳体的区域的凹口。
优选地，盖板换而言之在其侧向延长中比在模块壳体中设置用于传感器的辐射路径的区域的凹口更大地设定尺寸。由此，盖板的被污染的或以另外的方式受损的部分区段通过转动从传感器的辐射路径的区域中驶出来并且盖板的新的未被污染的或未以另外的方式受损的部分区域可替代在传感器的辐射路径的区域中的先前的部分区域。在此，盖板可不仅在外部而且位于内部地可转动地安装在模块壳体处。优选地，盖板设计成使得其在模块壳体中能够位于内部地可转动地安装。
以该方式说明了前述目的的一种在机械上耗费非常少的解决方案，其既未设置有模块壳体的振动也未设置有超声波加载并且由此不负面影响灵敏传感器设备的寿命。
在本发明的另一设计方案中，盖板附加地具有用于提高抗划伤强度的覆层、一个或多个带通滤波覆层、防反射覆层、着色覆层和/或加热设备。
完成注射且必要时经铣削的盖板然后优选地被供应给涂装工艺，以便于提高机械和气候的抵抗能力或给予盖板光学的功能性。作为覆层材料，优选地使用UV-或热硬化的涂装系统、尤其UV硬化的丙烯酸脂系统或热硬化的聚硅氧烷系统(所谓的硬涂层)。其可由一个或多个层构成且被涂覆在内侧或外侧或者在两侧上。
为了提高光透射，抗反射覆层(AR)可被涂覆到内侧或外侧上或者到两侧上。在此，AR层须相应地形成朝向空气的最外部表面。这样的AR层的涂敷也可在硬涂层覆层之后在其上实现。
此外，可考虑在至少红外透明的区域中涂覆带通滤波片，该区域阻隔或减少在对于LiDaR而言重要的905nm的波长之上和之下的干扰波长。
前述层的着色和/或着色覆层的涂覆也是根据本发明的盖板的一优选变体。
根据本发明的盖板附加地也可装备有加热功能(除霜)，以便于消融可能的露水层、冰层或雪层且因此确保传感器的没有问题的功能。为此，可将细的加热丝嵌入到聚碳酸酯中或者将导电层涂覆在盖板的一个或两个表面上。
抗反射层、带通滤波片、着色覆层和加热丝理论上可首先被涂覆到PC膜上，其然后之后通过膜后注射与盖板相连接。
根据本发明在第二方面中，该目的通过一种具有根据本发明的前述第一方面的可转动盖板的车辆传感器模块来实现。
换而言之，根据本发明的车辆传感器模块包括光学或电磁传感器、模块壳体和盖板。盖板由聚合物材料制造且具有传感器的辐射路径穿过的区域。盖板具有旋转对称的形状且根据本发明设计成使得其在车辆传感器模块中能够相对于传感器和/或模块壳体可转动支撑地安装。
关于车辆传感器模块的所提及的部件完全参照前述描述，尤其关于在传感器、模块壳体和盖板的形状、功能和材料方面的不同设计方案。
如此车辆传感器模块在本发明的范围内尤其包括这样的传感器，其在车辆中被用作ADAS(高级驾驶员辅助系统)。属于其的例如有光学照相机、中距离和长距离雷达系统、超声波传感器和光探测及测距(LiDaR)传感器。
根据本发明的盖板由聚合物材料制造。合适的聚合物材料对于专业人士而言通常是已知的。尤其地，为了本发明的目的使用透明的并且还红外透明的聚碳酸酯。优选地使用这样的也应用于光导体-、LED-或探照灯应用聚碳酸酯类型。其即使在非常久的环境曝光和与此伴随的UV曝光的情形中也具有良好的耐久性和持久的透明性并且面对机械损伤也表现出良好的冲击韧性。
在本发明的范围内，旋转对称的形状的概念尤其包括锥形的、柱形的和椭圆形的形状以及由此构成的组合。
除了周向上封闭的设计方案之外，旋转对称的形状也包括这样的设计方案，在其中盖板在从上方的剖示图中不是构造完整的圆而是仅构造圆区段。
在一示例性的设计方案中，盖板可如杯子那样成形。杯子的原本的底部可被利用作为盖板的上封盖优选地作为装配面用于可转动地固定在模块壳体处。
根据本发明，盖板在车辆传感器模块的模块壳体中固定成使得盖板具有传感器的辐射路径穿过的区域。换而言之，盖板向外盖住在模块壳体中的相应的凹部或者窗口，以便于确保对于传感器的电磁辐射而言不受阻碍的辐射路径。模块壳体那么可不透明地设计且包含例如合适的填料，以便尤其保护车辆传感器模块的灵敏电子元件免受UV辐射并且也提供非常好的机械保护。例如，模块壳体可由聚合物材料制造，其除了UV保护添加剂之外也包含颜料(例如炭黑)和增强填料(例如矿物质、玻璃纤维、芳纶纤维、纤维素纤维和类似物)。
根据本发明，盖板此外设计成使得其在车辆传感器模块中能够相对于传感器和/或模块壳体可转动支撑地安装。
在本发明的范围内，相对于传感器和/或模块壳体的概念尤其理解成，传感器和/或模块壳体固定地固定在车辆传感器模块中或者处并且因此自身不可转动。盖板此时在模块壳体中或者处可间接或直接地被固定成使得其可在壳体中被转动。换而言之，盖板可尤其被转动成使得盖板的不同于在转动之前作为辐射通过区域的部分区域的另一部分区域通过转动定位在模块壳体的视窗凹部中。
在本发明的范围内，该转动能够不仅可由手来实施而且通过相应设置的驱动器实现。
有利地，利用根据本发明的车辆传感器模块可提供改善的传感器部件，其具有至今已知的传感器模块的良好的功能和光学以及机械特性且同时由于盖板相对于优选地与车辆固定地固定的模块壳体的相对可转动性提供了如下可能性，即，抑制盖板的被放置在传感器的视场中的表面的提前损伤，在其中盖板在可能局部损伤或暂时性损伤(例如霜冻、雨滴)的情形中被旋转一点，以便于如此将未损伤的或者无霜冻和无雨滴的区域转移到传感器的视场中。
根据本发明的盖板提供了在车辆传感器模块中的传感器和附属于其的电子设备的可靠保护且同时可改善或消除传感器的视场的不仅暂时性的而且永久性的损伤。车辆传感器模块有利地在技术结构方式中是简单的，尤其不带有外部附件(例如外部雨刮器)，从而具有良好的耐久性。其提供了关于其外部形状的较大的设计自由性，以便获得汽车制造商的对于不同安装情况而言的设计自由性。此外，根据本发明的盖板不具有对在车辆传感器模块中的附加结构空间的较大需求，使得该盖板可被容易地接合到传感器模块的已存在的设计方案中。甚至可转动的盖板的电驱动器和可能用于针对性地激活和切断驱动器的控制单元仅要求较少的空间。
在本发明的一设计方案中，盖板在车辆传感器模块中能够驱动地可转动支撑。
尤其地可设置有电驱动器，其例如与车辆电子设备相连接。
以该方式，盖板的转动可例如在需要时或者按照周期(可能在车辆重启的情形中)被自动激活和执行。这样的借助于电动机的驱动器不占据许多空间且可动用车辆常见的部件。
在根据本发明的传感器模块的另一设计方案中，车辆传感器模块具有用于识别传感器的辐射路径穿过的区域的表面缺陷的器件。
这样的用于识别表面缺陷的器件可例如是雨水传感器或光学识别系统(例如照相机)或者缺陷经由传感器本身来探测，例如当在可旋转的盖板的特定位置的情形中不再能够接收可评估的信号时。
由此可自动识别可能是不仅暂时性的而且永久性的并且更远之前已描述的表面缺陷。例如可设置成，通知驾驶员这样的表面缺陷。
在本发明的另一实施形式中，车辆传感器模块可具有通过控制单元可激活的用于转动盖板的驱动器。
尤其在自动识别表面缺陷的情况中，盖板相对于模块壳体和/或传感器的转动可例如经软件控制地执行成使得盖板的不附带缺陷的部分区域布置在传感器的视场中，使得恢复传感器的没有问题的功能。
在根据本发明的车辆传感器模块的另一设计方案的范围内，传感器的辐射路径穿过的区域的表面缺陷可以是机械损伤或光学损伤。
如先前所描述的那样，表面缺陷的概念概括了不仅暂时性的而且永久性的缺陷。这样的缺陷可归因于机械损伤，例如刮痕、碎石或裂缝。然而其也可能仅是纯光学的损伤，例如雨滴、尘粒、树叶、昆虫或结冰。
对于所有表面缺陷而言同样适用的有，其通过盖板在模块壳体中或处的相应转动可从传感器的视场中被移除并且能够以该方式延长车辆模块的寿命多倍。
在根据本发明的车辆传感器模块的另一实施形式中，车辆传感器模块具有用于在需要时清洁传感器的辐射路径穿过的区域的清洁装置。
作为清洁装置，雨刮片、被驱动的雨刮器系统和/或喷嘴可被安装在本发明的车辆传感器模块处。
在需要时、也就是说在传感器的视场的暂时性损伤的情形中亦或按照周期(例如在每次车辆重启的情形中)，盖板的视场通过激活清洁装置来清洁。因此，传感器的功能可靠性即使在恶劣天气的情形中且在污染的情形中也被维持。
在本发明的另一设计方案中，清洁装置不具有可移动的、尤其不具有被驱动的部分。优选地，清洁装置安装在模块壳体内并且刚好不是固定在模块壳体的外侧处。
以该方式获得清洁装置的高的耐久性和持久的功能性。这样的传感器单元的并且由此还有车辆的空气动力学特性的损伤也利用清洁单元的位于内部的装配来避免。
在下雨或者还有起雾以及污染的情形中位于盖板的表面上传感器的视域中的水滴可能强烈损害传感器模块的功能性。为了解决该问题，作为清洁装置可优选设置有一个、两个或多个静态的雨刮片。适宜地，雨刮片布置在传感器的视场之外，例如在盖板与模块壳体之间的过渡区域或者说边缘区域中。静态的雨刮片可相对于盖板的转动轴倾斜地布置，使得可能的水或污垢被向上或向下快速排出。
也可设置有可移动的雨刮器系统。与静态的雨刮片相比，这样的可移动的雨刮器系统然而是昂贵的、技术耗费的、易故障的并且其由于盖板的相对较强烈的弯曲难以实现。与之相反，根据本发明的盖板可优选地通过相对静态的雨刮片的简单旋转更容易地来擦拭。
在根据本发明的车辆传感器模块的另一设计方案中，车辆传感器模块具有用于加热盖板的设备。
该加热设备可设置为在车辆传感器模块的内部被集成到盖板的覆层中的带有细加热丝的设备或者为静态装配的加热元件。优选地设置有静态加热元件、例如加热线圈。
因此取消由在盖板内或上的加热丝或导电结构或层构成的被集成到盖板中的加热装置的必要性，该加热装置可能恶化光学性能且通常非常耗费。代替地，结冰或雾化的区域可从视场中被转出。因此取消了用于除霜的时间需求。可选地，一种简单的加热元件可装入到传感器模块的内部中，其例如对流地加热被转动到内部中的雾化的区域。为此，简单的加热元件或红外辐射器足够。这样的静态加热元件在技术上可更耐用地实施且仅需要较小的结构空间。
在第三方面中，本发明包括一种具有如先前在不同设计方案中如同根据本发明所描述的车辆传感器模块的车辆，其中，车辆传感器模块形成车辆的附件的一部分或车辆的完整附件。
根据本发明的车辆传感器模块可具有完全不同的形状和设计且甚至可成形成使得其被集成到现有的附件中或替代这些附件。车辆的这样的附件例如包括前隔板、扰流板、散热器格栅、散热器隔板、A-、B-、C柱隔板、外后视镜盖板、顶隔板、后隔板、玻璃(尤其挡风玻璃)和保险杠。
在本发明的范围内，对于各个特征而言提及的所有实施形式也可自由地互相组合，只要其不矛盾。
附图说明
本发明接下来借助实施例详细说明，其中，参考附图。在简化的不与比例一致的图示中：
图1以明显简化的侧剖示图显示了根据本发明的车辆传感器模块的示意性结构，
图2以侧剖示图显示了根据本发明的车辆传感器模块的另一设计方案的示意性图示，
图3以侧剖示图显示了根据本发明的车辆传感器模块的另一设计方案的示意性图示，
图4以侧剖示图显示了根据本发明的车辆传感器模块的另一设计方案的示意性图示，以及
图5以透视图显示了对于带有根据本发明的盖板的根据本发明的车辆传感器模块而言的实施例的示意性图示。
具体实施方式
在图1中显示了根据本发明的车辆传感器模块2。该车辆传感器模块包括固定地布置在盖板1之后的传感器3以及模块壳体5。传感器3可以是光学传感器(例如照相机)。优选地，其是雷达传感器、尤其是LiDaR传感器。两个或更多个传感器3也可布置在车辆传感器模块2中，其中，传感器3可包括发射器、接收器、光源、扫描器、可移动的激光控制装置(尤其镜系统或微镜)。模块壳体5优选地固定地来构造且形成围绕内腔封闭的环形的对于传感器3而言的保护部并且具有至少与传感器的辐射路径一样大的凹部或者凹口。在模块壳体5中至少完全盖住模块壳体5的该视窗凹部地布置有柱形成形的盖板1布置，其在剖示图中描绘了完整的圆。因此在模块壳体5的视窗中总是布置有盖板的部分区域4，传感器3的辐射路径穿过该部分区域。盖板1相对于模块壳体5可在两个方向上转动，这通过在图中的相应箭头来显示。在模块壳体5与盖板1之间的过渡区域中可设置有密封器件，以便防止湿气或污垢进入到传感器壳体5的内腔中。
图2显示了带有根据本发明的柱形盖板1的LiDaR传感器模块2的示意性结构。如在图1中那样，在模块壳体5中传感器3固定地布置盖板1之后，使得由传感器3所发出的光子的辐射路径可在传感器3的视场4内经过盖板1。根据本发明盖板1不是与壳体5固定连接，而是沿着旋转轴线可转动地支撑。
盖板1的柱形形状在注塑工艺之后很快能够难以从注塑工具中脱模。因此可设置有至少1°的脱模斜角，这在盖板1的完成的注塑件处产生锥形的形状。盖板1的特别的实施形式也可具有明显更高的斜角或角度，例如当带有盖板1的传感器模块2倾斜地或者说向下倾斜地安装在车辆处时，对于传感器3相关的光子或者电磁波的辐射路径然而应在行驶方向上且垂直于盖板1延伸。另外在图2中所示出的设计方案中，附加的加热元件6装入壳体5的内部。因此可加热盖板1的位于内部的部分区域，其接着被转动到视窗区域4中。以该方式可避免或者说取消在视窗区域4中的结冰。
在图3中示意性地示出了如在图1和2中那样根据本发明的车辆传感器模块2的类似结构。此处在所显示的设计方案中，在固定装配的模块壳体5与被可转动地支撑的盖板1之间的过渡区域或者说边缘区域中也布置有固定在模块壳体的内腔中的雨刮片7。通过转动盖板1，该盖板被引导经过雨刮片7处并且由此被清洁。
在图4中显示了图1和2的示意性结构的另一变体。在此处所示出的变体方案中，盖板1不是成型为完整柱体，而是仅成型为部分柱体。该变体尤其适用于在其中仅非常有限的结构空间供以使用的应用。本发明的实质特征在此处也依然保持，只是盖板的作为“储备”供以使用的面在该变体中更小。
图5显示了带有根据本发明的盖板1的根据本发明的传感器模块2安装到挡风玻璃8中的应用示例。备选地或附加地，传感器模块2也可安装在装置中，尤其在军事装置、例如用于地理测量的直升机中。
附图标记清单：
(1)盖板
(2)车辆传感器模块
(3)传感器
(4)激活区域
(5)模块壳体
(6)加热设备
(7)清洁装置
(8)附件。
