用于形成车辆顶部的具有可旋转的环境传感器的顶部模块的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序所述的用于形成机动车辆上的车辆顶部的顶部模块。

背景技术：

1、通用的顶部模块通常用于车辆制造领域，因为这些顶部模块可以作为独立的功能模块预制，并运送到装配线上进行车辆装配。在其外表面，顶部模块至少部分地形成了车辆顶部的顶部蒙皮，它可以防止湿气或气流渗透到车辆内部。顶部蒙皮是由一个或几个面板构件形成的，这些面板构件可以由稳定的材料制成，例如涂漆的金属板或涂漆的或彻底死亡的塑料制成。顶部模块可以是固定的车辆顶部的一部分，也可以是可开启的顶部模块的一部分。

2、此外，车辆构造的发展越来越集中在自动或半自动驾驶的机动车辆上。为了使车辆控制系统能够自动或半自动地控制机动车辆，使用了多个环境传感器(例如包括其它的(电气)构件的激光雷达传感器、雷达传感器、(多)相机传感器等)，这些传感器例如被集成在顶部模块中，检测机动车辆周围的环境，并且例如从检测到的环境数据确定相应的交通状况。具有多个环境传感器的顶部模块也被称为顶部传感器模块(rsm)。已知的环境传感器发送和/或接收相应的电磁信号，例如激光束或雷达束，通过相应的信号评估产生数据模型，并用于控制车辆。

3、最常见的是，用于监测和探测车辆环境的环境传感器被连接到车辆顶部，因为车辆顶部通常是车辆的最高点，从那里车辆环境是高度可见的。最常见的是，环境传感器被形成为相应车辆顶部的附件。这导致了一种通常不符合客户要求的光学外观。此外，还有一种风险，即即使环境传感器由于环境和天气的影响而不使用时，环境传感器通过其检测车辆环境的透视部分也会被污染或对环境传感器不透明，甚至被损坏(例如由于冰雹)。

4、出于这个原因，环境传感器优选地是可移动的，以满足审美要求，例如，当环境传感器不活动时，可额外保护其不受环境的影响。不同的车辆类型和设计要求带来的问题是，由于对顶部模块的其余要求(例如提供滑动或全景车顶)，只有有限的装配空间可用于所需的移动机构，并且这种有限的装配空间最常见地限于顶部模块的外边缘部分。狭小的装配空间往往要求相应的机构提供复杂的运动顺序，以缩回和伸展环境传感器，因此，要以技术上的复杂方式实现。这也导致了装配的额外努力和费用。因此，根据装配空间的要求，最好是提供合适的运动机构，以满足最小的空间要求。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提出一种顶部模块，它满足上述要求，特别是提供环境传感器的可移动性，同时使装配体积尽可能小。

2、根据权利要求1的教导，该目标是通过顶部模块实现的。

3、本发明的有利实施例是附属权利要求的主题。

4、根据本发明的用于形成机动车辆上的车辆顶部的顶部模块包括面板构件，该面板构件至少部分地形成车辆顶部的顶部蒙皮，该顶部蒙皮作为顶部模块的外部密封表面，并且具有至少一个弯曲区域。顶部模块还包括至少一个环境传感器，其可以发送和/或接收电磁信号以检测环境传感器的光轴周围的车辆环境。根据本发明的顶部模块的特征在于，环境传感器设置在面板构件的弯曲区域的滚圆形的开口中，并且通过围绕旋转轴线的(特别是纯的)旋转运动，可在歇停位置和至少一个操作位置之间基本上无倾斜地移动。特别优选的是，环境传感器可以通过围绕旋转轴线的旋转运动，在歇停位置和至少一个操作位置之间基本上无倾斜地移动。该旋转运动优选地由旋转机构提供，该旋转机构优选地设置在顶部模块之内。

5、根据本发明的解决方案的优势在于，环境传感器可以通过纯旋转运动在歇停位置和至少操作位置之间移动，在歇停位置，环境传感器处于非活动状态，在操作位置，环境传感器处于活动状态，其检测光轴周围的车辆环境。因此，不需要复杂的机构来收回和伸出环境传感器，例如从面板构件收回和伸出。相反，根据本发明，围绕旋转轴线的旋转运动可以由简单的驱动装置提供，例如以电动致动器的形式的驱动装置。一般来说，旋转轴线可以具有朝向面板构件表面的任何方向。优选的是，环境传感器可旋转地设置在开口中，以便它可以相对于旋转轴线至少旋转180°。一般来说，环境传感器也可以围绕旋转轴线旋转180°以上(例如190°、200°、210°、220°、230°、240°、250°、260°、270°、280°、290°、300°、310°、320°、330°、340°、350°、360°)。根据本发明的解决方案是特别有利的，因为环境传感器的旋转机构在顶部模块中需要很小的装配空间。此外，由于机械(旋转)运动的简单性，标准化的构件通常是足够用的，因此可以特别有成本效益地提供这种旋转机构。根据本发明，也有可能以简单的方式在旋转机构中实现多种功能。特别是与其它位移机构(采用升降和/或倾斜运动)相比，另一个优点是在车辆的竖直方向z观察，环境传感器需要非常小的装配空间，因为为了移动环境传感器，只需要围绕其自身的旋转轴线进行旋转运动。根据本发明的解决方案的另一个优点是，可以很容易地将至少一个环境传感器和(如果适用)其它构件连接到电缆线束，因为电缆线束只需要适应环境传感器围绕旋转轴线的旋转运动。优选地，这样的电缆线束可以被放置在旋转轴线周围的区域。

6、例如，环境传感器可以通过壳体或类似物设置在顶部模块的框架上的支承销或类似物上(或与支承销不可旋转地连接)。例如，该支承销可以直接或间接地连接到驱动装置。通过驱动装置使支承销旋转，环境传感器可以围绕旋转轴线旋转。支承销的旋转轴线与环境传感器的旋转轴线相对应。

7、“至少一个”意味着顶部模块可以包括一个或多个相应的构件，并且各个构件一般放置在顶部模块上有任何位置。一般来说，环境传感器不仅可以在歇停位置和操作位置之间移动，还可以采取多个额外的操作位置。

8、在本案例中，“滚圆形的开口”是指任何类型的开口，它包括基本圆形的形状或基本圆形的开口截面。这种措辞特别是为了与矩形开口拉开距离。

9、“无倾斜”是指环境传感器可以通过优选纯旋转运动在歇停位置和至少操作位置之间移动，而不需要环境传感器的倾斜和/或枢转运动。“大致没有倾斜”是指当环境传感器在歇停位置和至少操作位置之间移动时不会倾斜，除了例如由间隙引起的围绕旋转轴线的倾斜，这由于间隙地放置环境传感器而导致的。

10、“弯曲区域”是指面板构件的至少一个区域，该区域具有三维延展，并且通常具有基本凸起的外部外观。面板构件优选地在弯曲或弧形的区域形成为凸形的壳构件，并且优选地具有遵循三维的、稳定的表面轮廓的三维几何形状。优选的是，弯曲区域具有主要的曲率，从数学的角度来看，表面轮廓在其上具有高点。换句话说，弯曲区域优选地是指面板构件或顶部蒙皮的突起或一种曲率，通过它形成优选的空气动力车辆轮廓。弯曲区域优选地设置在顶部模块的前部(在行驶方向上观察)，并且通过优选地稳定的曲线在机动车辆的挡风玻璃和顶部模块之间限定(特别是平滑的)过渡。一般来说，弯曲区域也可以布置在顶部模块的后部区域，并且例如形成后扰流板或类似物和/或顶部模块与机动车辆的后窗之间的(特别是平滑)过渡。一般来说，根据顶部模块和机动车辆类型(例如suv)，弯曲区域也可以设置在顶部模块的中心区域和/或横向区域(沿行驶方向观察)。

11、根据本发明的顶部模块可以形成模块单元，其中集成了由驾驶辅助系统支持的自动或半自动驾驶的装置，并且可以由汽车制造商作为单元安装在汽车壳体结构上。在其中集成了由驾驶辅助系统支持的自动或半自动驾驶的装置，并且可以由车辆制造商作为单元安装在车辆壳体结构上。此外，根据本发明的顶部模块可以形成为完全固定的顶部元件，也可以形成为具有顶部开口系统的顶部。此外，该顶部模块可以用于乘用车或商用车。优选地，顶部模块可以作为顶部传感器模块(rsm)的形式提供，环境传感器被设置在该模块中，以便在车体的顶部框架中作为可供应的模块单元使用。

12、一般来说，根据本发明的环境传感器可以有各种设计，特别是包括激光雷达传感器、雷达传感器、光学传感器，如相机和/或类似物。激光雷达传感器的工作波长范围例如为905纳米或甚至大约1.550纳米。对于环境传感器所使用的波长范围，环境传感器在检测车辆环境时透过的顶部蒙皮或另一个构件的材料应该是可穿透的，因此应该根据环境传感器所使用的波长来选择材料。环境传感器检测车辆环境的视野，优选地围绕环境传感器的光轴对称延伸，呈锥体形状，具有传感器特定的锥体开口角。显然，环境传感器也可以是传感器模块的一部分，该传感器模块包含在顶部模块中，它可以包括环境传感器和附加的电气元件和/或机械元件(例如，壳体、壳体的部分和/或驱动装置和其它构件)。

13、在一个优选的实施例中，环境传感器配置为在操作位置发送和/或接收电磁信号以检测其光轴周围的车辆环境。在操作位置，环境传感器优选地处于活动模式，在该模式下可以检测车辆环境。将环境传感器定位在至少一个操作位置，优选地是通过环境传感器围绕旋转轴线的相应旋转来实现(例如相对于歇停位置测量的180°的旋转角度)。在歇停位置，包括环境传感器的传感器模块的盖件优选地被放置在开口中，以便它以基本平齐的方式封闭开口。在歇停位置，环境传感器特别优选地检测不到电磁信号，因此优选地处于非活动模式。将环境传感器定位在歇停位置，优选地是通过环境传感器围绕旋转轴线的相应旋转(例如相对于歇停位置测量的0°的旋转角度)来实现。

14、在一个优选的实施例中，环境传感器的透视部分在至少一个操作位置突出于滚圆形的开口的至少一个边缘。由于面板构件的弯曲区域，滚圆形的开口的边缘的形状并不完全平行于水平线，而是与水平线成一定角度。换句话说，滚圆形的开口相对于水平面是倾斜的，即与面板构件的弯曲区域的想象形状(即如果没有开口的话，弯曲区域的虚构形状)相一致。在至少一个操作位置，在车辆的竖直方向上观察，环境传感器的透视部分优选地朝向开口边缘的至少一个边缘部分，该部分相对于开口边缘的其余部分布置在最深的位置。因此，环境传感器可以通过透视部分尽可能不受周围面板构件的干扰地检测车辆环境。因此，至少透视部分突出于边缘，并在至少一个操作位置突出于面板构件。然而，至少一个环境传感器的其它构件(如电子系统和/或处理单元)仍然可以布置在顶部蒙皮之下。

15、在一个优选的实施例中，滚圆形的开口至少具有基本的卵形。优选地椭圆形的形状。术语“卵形”(来自拉丁文ovum“蛋”)是指在平面上的封闭曲线，它类似于蛋的轮廓。它包括作为特例的圆和椭圆，与这些特例相反，任何任意的椭圆都不需要对称轴。特别优选的是，滚圆形的开口基本上是椭圆的。椭圆描述了一种几何形状，其特征是椭圆上的任何椭圆点与两个预定点即焦点的距离之和，该距离对所有椭圆点都是一样的。“基本上是椭圆”意味着开口的形状主要是椭圆，但是，根据顶部模块的类型和设计，也可以包括偏离椭圆形状的边缘轮廓。通过优选的环境传感器的盖的适当的几何设计，开口的基本椭圆形状与面板构件的弯曲区域相互作用，允许在歇停位置封闭开口，优选地使其齐平的封闭。这主要是由于椭圆开口在一个平面上的虚构投影，该平面相当于圆形表面与环境传感器的旋转轴线正交。这又可以解释为，椭圆开口以一定的角度朝向这样的平面，因此，在投射到这样的平面时，椭圆的两个焦点重合，这样就产生了共同的中心，该中心位于环境传感器的旋转轴线上。这种几何原理允许提供复杂的表面部分作为环境传感器的盖，该盖允许只需通过环境传感器的机械简单旋转运动以平齐的方式相对于面板构件的弯曲区域封闭开口。

16、在一个优选的实施例中，盖件至少具有基本的卵形、优选地是椭圆形的形状，通过该盖件可以封闭开口，以便在关闭位置上基本完全吻合。因此，盖件是以复杂的表面部分的方式形成的，通过这个表面部分，开口可以被封闭，以便基本上相对于顶部蒙皮齐平。“基本上齐平”是指，当环境传感器处于歇停位置时，开口可以通过盖件封闭，以便基本上精确适配或符合与功能有关的公差，这些公差在盖件和面板构件之间的优选密封情况下也存在。优选的是，盖件具有弯曲的形状，它与周围弯曲区域的形状相对应。特别优选的是，盖件包括面板构件的表面部分的形状，该表面部分必须至少从开口处虚切出来以提供开口。特别优选的是，该盖件具有弯曲的形状，并延伸至基本上相对于面板构件的弯曲区域齐平(因此，从数学角度来说是稳定的)。

17、在一个优选的实施例中，环境传感器包括基本为圆柱形的壳体部分，特别是形状为圆柱体的一部分的壳体部分，它可旋转地设置在优选的基本为椭圆形的开口中。换句话说，环境传感器的至少一个部分被形成为具有圆柱形侧表面的圆柱形壳体，所述壳体能够在开口中旋转。特别优选的是，圆柱形侧表面作为开口的边缘的相对密封表面，这样可以在开口和环境传感器之间提供防水衬条。在该表面上，圆柱形的壳体部分优选地与盖件相对准。在一个特别优选的实施例中，壳体部分的圆柱形壁可以以空心圆柱体的方式形成。特别优选的是，透视部分至少部分地配置在壳体部分的壁上。

18、壳体部分优选地具有圆柱体部分的形状。圆柱体部分是以一定角度切下的圆形圆柱体。替代地，壳体部分也可以具有圆柱形楔子的形状(其是由贯穿圆柱体基底(区域)的切割产生的)。在数学上，这意味着当圆柱体被以一定角度切割时，会产生顶面为椭圆的体。该体(在本例中，壳体部分)然后由高度h1和h2以及底面半径r决定。在二维演示中，作为顶面的歪斜椭圆有两个半轴2r和根(4r2+(h2-h1)2)。如果顶面是弯曲的，则顶面具有更复杂的几何形状。根据本发明，顶面优选地是由壳体部分的优选弯曲的盖件形成，通过该盖件可以封闭开口，以便基本上齐平。椭圆形的开口在一个平面上的虚构投影(在本例中，它对应于想象中的形状为圆柱体的一部分的壳体部分的基底圆形表面)产生具有基圆半径r的圆形表面。环境传感器的旋转轴线对应于主圆柱轴并穿过壳体部分的基底圆形表面的中心。换句话说，旋转轴线与圆柱形壳体部分的中心轴线同心对准。

19、在一个优选的实施例中，旋转运动基本上是在没有杠杆力的情况下进行的。在这种情况下，“基本上没有杠杆力”意味着在适当的意义上，环境传感器的旋转运动不需要杠杆力，所以环境传感器不是例如经由杠杆臂可旋转地凸缘安装在顶部模块的顶部框架上。相反，环境传感器的旋转运动是直接围绕旋转轴线实现的，环境传感器的重心优选地在旋转轴线上。然而，优选用于环境传感器旋转运动的驱动装置，当然可以在一个或多个驱动构件中产生杠杆力。这个实施例特别有助于区别于调整机构，其中环境传感器通过旋转杠杆连接在顶部模块的顶部框架上，并且环境传感器的重心与实际旋转轴相距甚远。

20、在一个优选的实施例中，环境传感器的移动是在没有提升力的情况下进行的。因此，环境传感器在歇停位置和至少一个操作位置之间的移动优选地是在没有提升环境传感器(因此没有提升力)的情况下进行。

21、在一个优选的实施例中，环境传感器优选地与至少一个驱动装置相连，优选地经由齿轮相连，该驱动装置配置为使环境传感器围绕旋转轴线在歇停位置和至少一个操作位置之间移动。在这种情况下，环境传感器可以直接连接到驱动装置上，即经由直接连接。环境传感器也可以间接地连接到驱动装置，即例如经由一个单级或多级齿轮、经由鲍登线缆、经由弹性轴或经由任何其它杠杆连接。驱动装置优选地是电动致动器。其它类型的驱动装置，例如液压或气动驱动装置一般也可以使用。如果例如使用鲍登电缆，则如果环境传感器在歇停位置或至少一个操作位置通过弹簧、例如架腿簧被预压将是更好的。因此，鲍登电缆可以通过驱动装置使环境传感器在弹簧力的作用下旋转到相应的不同位置，而旋转回起始位置是通过释放鲍登电缆，从而通过弹簧力来实现的。一般来说，也可以通过共享的驱动装置使多个环境传感器移动。例如，两根弹性轴可以以相反的方向布置在驱动装置上，这样两个环境传感器(例如从移动方向观察，在顶部模块的角落区域的右边和左边)可以通过驱动装置的旋转而移动。

22、在一个优选的实施例中，防水衬条周向地(即优选没有中断地)布置在开口周围，通过该防水衬条在环境传感器和顶部蒙皮之间与环境传感器的位置无关地提供密封。特别优选的是，防水衬条布置在开口的边缘上，并通过至少一个密封唇与圆柱形壳体部分、优选地在圆柱形侧表面上相抵。根据本发明，环境传感器的纯旋转运动允许环境传感器以简单的方式相对于面板构件进行密封。例如，壳体部分的侧表面可以因此不断地，即无论环境传感器的位置如何，与防水衬条或至少一个密封唇相连接，这样就可以在环境传感器的任何位置提供密封。防水衬条优选地是管状密封，它在汽车领域被广泛使用。在这种情况下，也可以使用标准部件，这使得根据本发明的解决方案可以特别容易地和经济地设计。特别是与其它移动机制相比，例如包括环境传感器的升降运动，根据本发明的密封非常简单，因为不需要主要和次要的防水衬条，只需一个单一的主防水衬条。替代地，防水衬条也可以仅在部分区域与壳体部分的形状相互作用，例如仅在歇停位置，以便液体密封，而例如在至少一个操作位置，也可以在开口和顶部模块的内部之间提供一个附加的密封，该密封不与壳体部分相接，而仅是防止水渗透到顶部模块的内部。

23、一般来说，如果透视部分可以由具有至少一个清洁喷嘴的清洁装置来清洁，则对根据本发明的顶部模块是有利的。该清洁装置优选地包括在顶部模块中。优选的是，清洁装置可以设置在顶部模块的内侧，从而例如在顶部模块内侧的歇停位置清洁透视部分。这可能是有利的，因为在这种情况下，清洁不受外部影响，并能更有效地进行。仅仅需要在顶部模块的潮湿区域进行清洁，该区域以液体密封的方式与干燥区域分开，环境传感器和其它电子元件(如果适用)被放置在干燥区域中。这样的潮湿区域也可以设置在顶部模块的内部，例如在这种情况下，液体优选地可以通过顶部模块的至少一个出口排出。替代地或附加地，清洁装置也可以设置在顶部蒙皮的表面上，并配置为清洁环境传感器的透视部分、优选地是在至少一个操作位置进行清洁。

24、在另一个优选的实施例中，基本圆柱形的壳体部分被配置为在开口中在旋转过程中相对于防水衬条相对运动，通过该运动，基本圆柱形的壳体部分接受机械清洁。换句话说，环境传感器的圆柱形壳体部分通过基本圆柱形壳体部分相对于防水衬条的运动，经由一个或多个旋转额外或附带地接受机械清洁。因此，清洁功能优选由透视部分相对于防水衬条(其可优选形成为传感器壳体的圆柱形、特别是透明的侧表面)经受相对运动或提升运动来补充，例如通过环境传感器(或传感器单元)从歇停位置到至少一个操作位置的旋转(优选地来回旋转)来补充，该防水衬条至少部分地围绕开口(例如颈圈密封)。在旋转过程中，透视部分优选地扫过防水衬条。优选的是，这可以使污物颗粒或类似物被擦掉。优选地，防水衬条可以设置在开口的边缘上，从而优选地承担类似挡风玻璃雨刷的功能。因此，清洁功能优选地也可以由环境传感器围绕其旋转轴线的多次旋转来支持。同样，为这一功能而优化的挡风玻璃轮廓、例如包括至少一个雨刷唇支持对透视部分的清洁。

25、一般来说，任何类型的环境传感器都可以安装在顶部模块中。特别优选的是，根据本发明的顶部模块使用激光雷达传感器和/或雷达传感器和/或相机传感器和/或多相机传感器。

26、此外，本发明涉及一种包括根据本发明的顶部模块及其实施例的机动车辆。环境传感器可以沿着顶部模块的顶部框架和/或车体的顶部框架布置。

27、显然，上文所述的实施例和将在下文中解释的说明性实施例不仅可以单独形成，而且可以以任何组合形成而不脱离本发明的范围。此外，顶部模块的任何和所有实施例涉及包括这种顶部模块的机动车辆。