用于形成车辆顶部的具有冷却装置的顶部模块的制作方法

1.本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于形成机动车辆上的车辆顶部的顶部模块。


背景技术：

2.通用的顶部模块广泛用于车辆制造，因为这些顶部模块可以预制为单独的功能模块，并且可以在组装车辆时交付到装配线。在其外表面处，顶部模块至少部分地形成车辆顶部的顶部蒙皮，其防止湿气和气流进入车内。顶部蒙皮由稳定材料、例如涂漆金属板或涂漆或染色塑料制成的面板构件形成。顶部模块可以是刚性的车辆顶部的一部分，也可以是可打开的顶部构件的一部分。
3.此外，汽车制造的发展越来越注重自动或半自动驾驶车辆。为了使车辆控制器能够自动或半自动地控制机动车辆，采用了多个环境传感器(例如激光雷达传感器、雷达传感器、(多)相机等包括其它(电子)构件的传感器)，其例如集成在顶部模块中并且检测机动车辆周围的环境并且例如从检测到的环境数据中确定当前的交通状况。配备多个环境传感器的顶部模块也称为顶部传感器模块(rsm)。为此，已知的环境传感器发送和/或接收合适的电磁信号、例如激光束或雷达束，从而允许通过合适的信号评估生成车辆环境的数据模型并用于控制车辆。为了保护环境传感器免受有害环境条件、例如湿气和气流的影响，环境传感器安装在传感器壳体中或集成在顶部模块中。不管它们如何安装，环境传感器总是突出于由顶部模块形成的顶部蒙皮的上侧，使得每个环境传感器在其工作区域内具有360
°
视野。
4.自动或半自动驾驶模式的最佳和可靠操作、安全性和可用性要求环境传感器和其它(电气)构件始终可用或尽可能少地中断。可能导致环境传感器(临时)停机的一个现有问题是环境传感器周围出现热量积聚，这可能导致后者过热并因此失效。这种热量积聚不仅可能是由环境传感器在运行期间产生的废热引起的，而且替代地也可能是由炎热的室外气候引起的，例如在盛夏时节导致过热(例如环境传感器的个别电子构件的过热也是如此)。炎热的室外气候或强烈的太阳辐射会导致整个顶部蒙皮严重升温，特别是因为环境传感器暴露在顶部蒙皮的顶部位置。由于顶部蒙皮通常由具有高导热能力的材料(例如金属)制成，因此可能会出现从车辆顶部外侧向车内方向流动的高热流，这可能会导致热量积聚在例如用于环境传感器的安装空间中。
5.因此，希望通过采用有效的冷却装置来防止潜在的热量积聚以避免这些与热量相关的问题。虽然使用这种冷却功能的优势在概念上是已知的，但它们尚未全面应用于自动或半自动驾驶模式的现代顶部模块，这就是为什么环境传感器的持续可用性至少在某些情况下无法通过从环境传感器、天线和其它电子元件中排出有效热量来保证。
6.现有的用于从环境传感器、天线和其它电气构件散热的概念的另一个问题是，冷却装置表现出高噪声排放，这尤其会对车辆驾驶员的驾驶舒适性产生负面影响，从而使这种车辆的购买吸引力减小。特别是，用于冷却装置的通风机以强制气流运行以提供热量排
放，导致高噪声排放(特别是在高体积流量和高速的情况下)。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提出一种顶部模块，其减少了上述已知技术状态的缺点。
8.该目的通过根据权利要求1的教导的顶部模块来实现。
9.本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
10.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，其外表面至少部分地形成车辆顶部的顶部蒙皮。顶部模块包括至少一个环境传感器，该环境传感器配置为发送和/或接收用于检测车辆环境的电磁信号并且至少部分地设置在由面板构件形成的顶部蒙皮之下。顶部模块包括冷却装置，该冷却装置配置为排除由环境传感器发出的废热和/或从环境传感器外部引入的热量。根据本发明的顶部模块，其特征在于，冷却装置包括至少一个冷却通道，至少两个冷却风扇设置在冷却通道中，冷却风扇连接到冷却装置的至少一个控制器。设置在顶部模块中或顶部模块上的冷却装置因此可以避免由于环境传感器发出的废热和/或例如通过太阳辐射从外部引入的热而在顶部模块内积聚热量。环境传感器发出的废热或其它热量可以通过冷却装置排出，从而避免环境传感器的工作温度过高。因此，可以确保环境传感器的不受干扰的运行。使用根据本发明的连接到至少两个冷却风扇的控制器实现了可以确保环境传感器(以及优选地设置在控制器中的附加天线和电气构件)的有效的、情况优化的冷却的热管理。根据本发明，两个冷却风扇设置在冷却通道中，该冷却通道例如在顶部蒙皮的下侧延伸。冷却装置优选地包括多个通风通道，这些通风通道彼此连接使得气流可以流过多个冷却通道。吸收积聚的废热的气流由至少两个风扇产生，确保高效的散热。此外，根据本发明的冷却装置使得冷却构件的设计、尺寸和布置在安装空间方面非常紧凑，另外还可以成本有效地选择构件。
11.例如，用于冷却装置的供给空气可以从车辆外部输送到冷却装置(例如由冷却风扇吸入)。供给空气在冷却装置内(例如在至少一个冷却通道中)被加热，并通过气流传送回外部。替代地或附加地，供给空气可以至少部分地通过从车辆中存在的空调回路转移优选预冷的气流而被输送到冷却装置中。供应供气在冷却装置中被要排放的废热加热，并通过气流输送回空调回路或外部。选择空调回路的优点是，由于优选预冷的供给空气进入冷却装置时的低温，其可以吸收更多的热量，这增加了冷却效果。
12.根据本发明的顶部模块可以形成结构单元，其中集成了由驾驶员辅助系统辅助的自主或半自主驾驶的功能构件，并且可以由车辆制造商作为单元放置在车身外壳的顶部。此外，根据本发明的顶部模块可以是纯固定顶部或包括顶部开口系统的顶部。此外，顶部模块可配置用于乘用车或多用途车。顶部模块可以优选地设置为顶部传感器模块(rsm)形式的结构单元，其中环境传感器设置为作为可供应的结构单元插入到车身的顶部框架中。
13.至少两个冷却风扇在冷却通道中前后串联或彼此相邻并联设置，以确保尽可能有效地散热和温度管理。将冷却风扇一个接一个地串联设置是特别有利的，因为这确保了冷却通道中的有效流动控制或流动引导。例如，如果控制器同时运行两个冷却风扇，则冷却能力、即由至少两个串联的风扇产生的体积流量会增加。在这种串联连接的情况下，至少两个冷却风扇在气流中一个接一个前后地连接，从而实现对应于各个冷却风扇的能力的压力增加。替代地，至少两个冷却风扇也可以并联设置、即彼此相邻平行设置，这增加了可生产的
体积流量。
14.在冷却装置包括至少一个第二冷却通道的情况下，至少两个冷却风扇也可以设置在不同的冷却通道中。
15.在本发明的其它实施例中，当然可以在冷却装置的一个或多个冷却通道中设置任意数量的附加冷却风扇(例如三个或四个冷却风扇)来代替两个冷却风扇。例如，任意数量的冷却风扇可以串联和/或并联连接或设置在不同的冷却通道中。
16.至少两个风扇当然也可以连接到单独的控制器。然而，冷却装置优选地仅包括一个共用控制器。该控制器优选地也可以是车辆空调回路的空调控制器，从而可以利用控制的协同作用。
17.此外，值得注意的是，至少一个环境传感器至少部分地设置在由面板构件形成的顶部蒙皮之下；因此，它的部分突出于顶部蒙皮，即突出于顶部蒙皮的外表面。因此，环境传感器的一部分、例如传感器空调的一部分，设置在顶部蒙皮之下。环境传感器也可以完全设置在顶部蒙皮之下，这意味着它不会突出于顶部蒙皮。
18.在顶部模块的一个特定实施例中，顶部蒙皮包括一个或多个太阳能电池，这些太阳能电池为冷却装置的电气元件、例如冷却风扇提供电能，以确保冷却装置、例如特别是至少两个冷却风扇的节能操作，特别是在车辆的停车状态下提供电能，因此即使在车辆静止时也能够将顶部模块保持在预定的使用温度。因此，例如包括至少一个控制器的冷却风扇使用太阳能电池的电能运行，从而即使在车辆静止时也可以确保散热。这使得可以确保在车辆运行(电机启动)之前对顶部模块、特别是环境传感器进行(预)冷却。
19.在根据本发明的一个实施例中，至少两个冷却风扇特别优选地具有不同的最大冷却能力。例如，可以使用低能力的冷却风扇和相对于该低能力的冷却风扇能力较强的冷却风扇。如果低冷却能力就足够了，那么可以使用低能力冷却风扇。如果需要更大的冷却能力，可以使用高能力冷却风扇。如果需要非常高的冷却能力，两个冷却风扇可以各自以最大冷却能力运行，优选地串联连接。替代地，至少两个冷却风扇也可以具有相同的最大能力，甚至完全相同的能力。
20.优选地，具有较大冷却能力的冷却风扇在冷却通道中设置在具有相对较低冷却能力的冷却风扇的下游。特别是在串联连接中，这种布置具有以下优点：低能力冷却风扇不会导致冷却空气在下游方向离开高能力冷却风扇时减速。
21.在本发明的一个优选实施例中，至少两个冷却风扇在它们各自的尺寸、设计、叶片位置、可控性和/或最大速度或最大能力方面不同。因此，冷却风扇可以产生不同的体积流量。
22.术语“尺寸”是指每个风扇的延伸(例如从冷却风扇的旋转轴到冷却风扇的转子叶片的叶尖的半径)，因为这决定了可以产生的体积流量。术语“设计”是指例如转子叶片的几何形状、转子的轴承(尽可能低摩擦)以及其它影响冷却风扇特性曲线和工作点的因素。术语“叶片位置”是指每个转子叶片的倾角(倾斜/前角)和转子叶片的数量，这些参数也影响冷却风扇的特性曲线及其工作点。术语“可控性”例如是指可以控制至少两个冷却风扇之一的速度，允许所述冷却风扇以不同的速度(在不同的工作点)运行。另一方面，至少两个冷却风扇中的另一个可以仅在一个工作点(以预定速度)运行，因此仅接收开或关指令作为控制指令。同样，冷却风扇的(最大)速度也可能不同。例如，至少两个冷却风扇之一可以配置为
缓慢旋转(即，安静地)，而至少两个冷却风扇中的另一个可以被配置为快速旋转。当然，替代实施例也可以采用两个相同的冷却风扇。
23.根据本发明，优选地，控制器配置为以多级方式控制至少两个冷却风扇。在本实施例中，可以优选地控制至少两个冷却风扇的速度，从而使至少两个冷却风扇可以沿着冷却风扇各自的特性曲线在不同的工作点运行。例如，控制器可以控制一个冷却风扇以较低的速度旋转，而控制另一个冷却风扇以与其相比较高的速度旋转。这使得冷却风扇可以产生多个不同的可能体积流量(能力)。这允许多级操作，由此可以为不同的(车辆)操作模式或散热量设置不同的冷却风扇能力。因此，如果车辆已经暴露于强烈的太阳辐射，则当车辆启动时可以提供高冷却能力。另一方面，在行驶过程中，当积聚的热量已经被大量排出时，可以提供低冷却能力。换句话说，当系统处于工作温度范围内时，在“正常、稳定”车辆运行模式下提供低冷却能力就足够了，这意味着更弱、更安静的冷却风扇在低体积流量下运行，例如。以这种方式，通过根据车辆的运行模式对至少两个冷却风扇进行多级控制，可以有利地根据情况调整噪声排放。
24.在一个实施例中，控制器能够单独分开地控制至少两个冷却风扇中的每一个是有利的。这样就可以单独控制每个冷却风扇，并且可以将不同的控制指令以电信号的形式传送到每个冷却风扇。然而，冷却风扇优选不是独立控制，而是根据冷却情况以协调的方式控制。在一个优选实施例中，控制器配置为根据冷却装置的所需冷却能力开环或闭环地控制至少两个冷却风扇的各自的速度。例如，所需的冷却能力可以传输到控制器，也可以由控制器本身确定。冷却能力主要取决于环境传感器产生的废热和/或外部辐射热，并且在车辆运行期间会不断变化。
25.关于顶部模块中的有效温度管理，顶部模块包括至少一个温度传感器是有利的，通过该温度传感器可以测量顶部模块中的温度，特别优选地测量环境传感器的相应区域中的温度。这使得尽可能直接在温度传感器处测量环境传感器的温度成为可能。通过不断地将测得的温度与相应的目标温度进行比较，可以使环境传感器被监测调整到允许的温度。例如，如果测量或记录了超过预定阈值的温度升高(实际/目标偏差)，则控制器可以基于此信息向冷却风扇发送控制指令，即需要更高的冷却能力来限制所确定的温度升高并尽快冷却到目标温度以下。控制器接收温度传感器的传感器数据(信息)并根据这些数据确定所需的冷却能力(最好是实时的)是特别有利的。
26.控制器因此可以根据温度传感器测量的温度，通过开环或闭环的方式情境地控制冷却风扇(速度)，以特别有利地开环或闭环地控制冷却装置的冷却能力。以这种方式，可以维持预期的目标温度或仅短暂地超过预期的阈值温度。
27.此外，供给空气还可以在进入冷却装置之前被加湿，以便吸收更多热量。在这种情况下，有利的是，结构性地确保(例如通过密封件)以这种方式加湿的气流不与环境传感器直接接触，从而不会损坏它们。为此，顶部模块优选地包括独立的潮湿区。冷却装置可以设置在所述潮湿区中，因为如上所述通过潮湿区的流体交换能够特别有效地排出废热。优选地，环境传感器设置在顶部模块的干燥区中，该干燥区被保护以防潮，以保护环境传感器免受湿气而损坏。环境传感器发出的废热将从干燥区排放到潮湿区，从而排出干燥区的热量积聚。
28.基本上可以以任何方式将废热从顶部模块中的干燥区排出。根据一个优选实施
例，冷却装置包括至少一个导热元件，该导热元件设置在冷却通道中并且通过该导热元件可以排出由环境传感器发出的废热，优选地从干燥区排出废热。
29.为了尽可能不受阻碍地从环境传感器释放热量到导热元件，环境传感器具有冷却表面是特别有利的。环境传感器可以通过所述冷却表面与导热元件接触，以建立具有低传导阻力的热传递。在冷却表面和导热元件之间施加导热膏是特别有利的。基本上任何类型的导热元件都可以用于热传导。如果导热元件由热管或金属部件形成，则热传导特别有效。例如，热管是填充有冷却液并由铜制成的中空体。通过热管的有效散热通常是基于物质状态的连续变化(在热部分的蒸发和在冷部分的冷凝)，这导致流体在热管内循环。冷却剂回路可以打开或关闭。如果提供金属部件作为导热元件，则它优选地可以是安装板。安装板可以是车身外壳或车架的一部分。安装板也可以是顶部模块框架的一部分或者是作为顶部模块一部分的顶部模块支撑元件的一部分。热量可以通过安装板排放到车辆其它区域。
30.根据一个优选实施例，一个或多个冷却元件和/或热交换器设置在至少一个冷却通道中以增加热排放能力，可以通过所述冷却元件和/或热交换器将传感器、天线和其它电气构件处的废热或积热(例如由于太阳辐射)通过由至少两个冷却风扇引起的气流运走(例如直接运到环境中或到达另一冷却元件、热交换器、热泵等)。冷却元件具有一个或多个冷却翅片以增加冷却元件的可用于冷却的表面是特别有利的。这种类型的冷却翅片元件相对紧凑并且具有用于传热的大的冷却表面。
31.基本上任何类型的环境传感器都可以安装在顶部模块中。如果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，则在根据本发明的顶部模块中提供的冷却是特别有利的。
附图说明
32.本发明的一个实施例在附图中示意性地示出并且将在下面作为示例进行更详细的讨论。
33.图1a是包括根据本发明的顶部模块的车辆顶部的透视图；
34.图1b是根据本发明的顶部模块的局部视图的示意性截面；
35.图2示出了具有串联连接的冷却风扇的冷却通道；
36.图3示出了冷却风扇的两个示例性实施例；
37.图4是具有串联连接的冷却风扇的冷却通道的详细视图；以及
38.图5是包括温度传感器、热管和冷却元件的冷却装置的示意图。
具体实施方式
39.图1a示出了车辆顶部100，其包括顶部模块10。顶部模块10包括用于形成车辆(未完整示出)的车辆顶部的顶部蒙皮14的面板构件12。环境传感器16设置在由面板构件12形成的顶部蒙皮14之下，环境传感器16能够在面向车辆前部的一侧发送和/或接收电磁信号18以检测车辆环境(见图1b)。替代地，环境传感器也可以是例如(多)相机传感器或任何其它已知类型的环境传感器。顶部模块10作为结构单元优选地插入车辆的顶部框架102中或放置在形成顶部框架102的横梁104和纵梁106的顶部。顶部蒙皮14包括一个或多个太阳能电池108，其优选地为顶部模块10的冷却装置24提供电能(例如当车辆静止并且电机关闭
时)。
40.图1b以示意性截面示出顶部模块10的局部视图。在图1b的局部视图中，仅示出了理解本发明所需的顶部模块10的部分。因此顶部模块10以简化形式示出。
41.环境传感器16设置在干燥区20中，该干燥区20被保护以免于防潮并且例如通过密封以相对于外部防潮的方式被封装。干燥区20优选地包括导热外壳(参见图5)。以这种方式，可靠地保护环境传感器16免受湿气的进入。
42.参照图1b，在顶部模块10中的干燥区20之后或左侧提供了潮湿区22，湿部分22以不透液体的方式与干燥区20隔开。用于从顶部模块10和环境传感器16排出废热的冷却装置24位于潮湿区22中。由热管形成的导热元件26在冷却装置24和环境传感器16之间延伸。环境传感器16的冷却表面28附接到导热元件26的面向干燥区20的内侧。这样，环境传感器16发出的废热可以有效地传递到导热元件26。
43.导热元件26中的热流将废热传递到潮湿区22中的冷却装置24。冷却装置24包括第一冷却通道25。包括多个冷却翅片32的冷却元件(即导热元件)30设置在第一冷却通道25中。冷却元件30以其底面通过导热方式固定到导热元件26的面向潮湿区22的内侧，从而将导热元件26中的废热以低热阻转移到冷却元件30。这加热了冷却元件30的冷却翅片32。冷却装置24还包括两个冷却风扇34，在图1b中只有一个是可见的。冷却风扇34经由一个或多个线缆或无线地连接到控制器35，以便冷却风扇34可以从控制器35接收一个或多个控制信号。冷却风扇34的说明性示例在图3中示出。两个冷却风扇34它们并联或串联连接并设置在第一冷却通道25中(参见图2和图4)。在图1b所示的示例中，新鲜空气可以通过入口开口36被输送到潮湿区22中。冷却风扇34产生气流，使新鲜空气流过冷却翅片32并吸收由环境传感器16产生的废热。被加热的新鲜空气随后流过连接到第一冷却通道25的第二冷却通道38，并通过出口开口40离开潮湿区22。这样，废热可以从顶部模块10完全排出。
44.图5示意性地示出了冷却装置24。这里，冷却装置24具有多个冷却通道25和三个热管(即导热元件)26。冷却风扇34仅在图5中被示意性地示出，因为它们被布置在冷却通道25、38的管段42内。管段42包括作为管段42的管套或管箍的冷却元件30。此外，干燥区20被冷却元件包围(例如在干燥区20的外壳的外侧)以确保从干燥区20到导热元件26的热传导尽可能没有阻力。
45.两个温度传感器44设置为紧邻环境传感器16。当然，在其它实施例中可以仅存在一个温度传感器44。因此，可以测量环境传感器16的温度。冷却风扇34的冷却能力可以通过控制器35根据在温度传感器44处测量的温度按比例增加，以有效地冷却环境传感器16。控制器35通过一个或多个线缆或无线地与温度传感器44通信，因此可以接收温度传感器44的至少一个或多个信号。
46.风扇34在它们各自的尺寸、设计、叶片位置、可控性和/或最大速度方面可以不同，具有不同设计的冷却风扇34在图3.1和3.2中示意性地示出。
47.附图标记列表
48.100
ꢀꢀꢀꢀꢀ
车辆顶部
49.102
ꢀꢀꢀꢀꢀ
顶部框架
50.104
ꢀꢀꢀꢀꢀ
横梁
51.106
ꢀꢀꢀꢀꢀ
纵梁
52.108
ꢀꢀꢀꢀꢀ
太阳能电池
53.10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
顶部模块
54.12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
面板构件
55.14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
顶部蒙皮
56.16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
环境传感器
57.18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁信号
58.20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
干燥区
59.22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
潮湿区
60.24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却装置
61.25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一冷却通道
62.26
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
导热元件
63.28
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却表面
64.30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却元件
65.32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却翅片
66.34
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却风扇
67.35
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制器
68.36
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
进口开口
69.38
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却通道
70.40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
出口开口
71.42
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
管段
72.44
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
温度传感器