CN111417886B - 用于环境感测的装置和用于清洁这样的装置的覆盖件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明说明了一种用于环境感测的装置，装置具有壳体、至少一个布置在壳体内的传感器。壳体具有发射/接收窗，通过发射/接收窗可以将相应的传感器信号从传感器发射到周围环境中和/或可以从周围环境接收传感器信号。装置具有覆盖件，其中，覆盖件构造为对于传感器的传感器信号是可透过的，并且其中，覆盖件用于将发射/接收窗相对于装置的外部环境覆盖。装置具有清洁单元，清洁单元布置在壳体的外侧上并且能够借助驱动单元相对于壳体运动。清洁单元构造为用于从所述覆盖件除去污染物。清洁单元具有至少一个第一喷嘴，第一喷嘴构造为用于将清洁液体喷射到覆盖件上。清洁单元具有至少一个第二喷嘴，第二喷嘴构造为用于将气体吹到覆盖件上。

Description

用于环境感测的装置和用于清洁这样的装置的覆盖件的方法
技术领域
本发明涉及一种构造为用于环境感测、尤其是用于车辆的环境感测的装置，以及一种用于清洁这样的装置的覆盖件的方法。
背景技术
借助传感器尽可能完全地感测车辆环境的能力对于自动化驾驶是基本前提。为此使用不同的环境传感器，例如雷达传感器、超声波传感器、摄像机和激光雷达系统，这些环境传感器分别必须集成到车辆中。典型地，车辆的环境传感器可能经受苛刻的周围环境条件。可能出现不同类型的污染物。例如，在摄像机或激光雷达传感器中，当例如由于发射/接收窗的覆盖件的污染而阻挡待发射或待接收的光时，污染物能够显著地影响信号质量。在最坏的情况下，相关传感器不能提供或仅还能提供关于车辆环境的不完全的或错误的信息。尤其在自主驾驶时，这是不可接受的，并且必须设置用于除去传感器的污染物的机构。
由根据US 2016/0315564 A1和WO 2015/003705 A1的现有技术已知刮水器系统，所述刮水器系统借助呈风挡刮水器形式的刮片将污染物从传感器的发射/接收窗的覆盖件除去。
由WO 2016/004936 A1已知，用空气喷嘴吹去污染物。
由DE 102011017684 A1已知，借助水喷嘴冲洗污染物。
在使用刮水器系统时产生的问题是：尽管非常有效地清除能够在传感器的发射/接收窗的覆盖件上大面积聚积的污染物如水滴、泥浆飞溅物或昆虫，但这些污染物能够聚积在刮片的侧面上，这在一段时间之后可能导致不希望的涂抹效果。
空气喷嘴适用于清除不会非常强地附着在覆盖件表面上的污染物，例如水滴。然而，一旦污染物强烈地附着，例如在干燥的泥浆、树脂或昆虫的情况下，空气喷嘴在清洁覆盖件时不再有效。水喷嘴可以溶解这种强烈附着的污染物，但在低温(例如T≤4℃)时，由于冲洗液体冻结和喷嘴的由此引起的堵塞会出现问题。通过使用防冻剂，虽然能够将可以使用水喷嘴的极限温度移动至更低的温度，但不能在所有可能的条件下确保可靠的可使用性。
因此，显然，任何已知的系统仅能够在特定条件下发挥其理想的清洁作用。
发明内容
因此，本发明的任务可以在于，这样地组合已知的对环境传感器进行清洁的原理，使得与周围环境条件(例如温度T)和在相关传感器的发射/接收窗的覆盖件上的污染物类型无关地始终可以实现最优的清洁结果。
根据本发明提出，设置一种构造为用于感测环境的装置，该装置具有清洁单元，其中，所述清洁单元执行不同的清洁原理。由此保证，在不同的周围环境条件下和在不同类型污染物的情况下可以实现最优的清洁结果并且因此保证，所述装置的环境传感器始终可以执行环境感测，而不会由于污染物而阻挡信号。
提出一种构造为用于环境感测、尤其是用于车辆的环境感测的装置，该装置具有壳体和至少一个布置在壳体内的传感器。壳体具有发射/接收窗，通过该发射/接收窗可以将相应的传感器信号从传感器发射到周围环境中和/或可以从周围环境接收传感器信号。装置具有覆盖件，其中，覆盖件构造为对于传感器信号是可透过的，并且其中，覆盖件构造为用于将发射/接收窗和从而至少一个传感器相对于装置的外部环境覆盖。传感器例如可以是摄像机和/或激光雷达传感器。摄像机接收光、例如可见光作为传感器信号，因此，覆盖件在该情况下例如构造为对于光透明的板、例如由玻璃构成的板。激光雷达传感器发射具有例如在可见光范围内或在IR范围内的波长的激光束作为传感器信号并且借助一个或多个光探测器接收在环境对象上反射的激光束。在这种情况下，覆盖件例如也可以构造为透明的板，例如由玻璃、聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成的板，所述板对于激光波长的光是可透过的。
根据本发明，装置具有清洁单元，该清洁单元布置在壳体的外侧上并且能够借助驱动单元相对于壳体运动。清洁单元构造为用于从覆盖件除去污染物。为此，清洁单元具有至少一个第一喷嘴，该第一喷嘴构造为用于将清洁液体、尤其是水喷射到覆盖件上。此外，清洁单元具有至少一个第二喷嘴，该第二喷嘴构造为用于将气体、尤其是压缩空气吹到覆盖件上。
此外，清洁单元优选具有至少一个刮片，该刮片与覆盖件摩擦接触。特别优选地，清洁单元具有至少两个这种刮片。刮片构造为用于通过覆盖件和清洁单元的相对运动去除污染物并且为此例如可以具有一个或多个橡胶唇。
在一个优选的实施方式中，壳体具有至少一个导轨。清洁单元借助所述导轨布置在壳体的外侧上并且可以借助驱动单元沿着导轨运动、尤其在覆盖件前面来回运动。
替代地，清洁单元例如也可以通过中央支承的、可枢转的臂或通过中央支承的马达来控制。替代地，也可以考虑任何其它机械驱动单元，例如通过齿轮。替代地，导轨可以布置为可运动的，其中，清洁装置固定地安装。
第一和第二喷嘴例如通过软管与具有清洁液体或清洁气体的储存器连接。优选地，清洁液体和/或气体可以在需要时被加热，例如通过加热对应的储存器和/或通过加热对应的喷嘴。
此外，清洁单元可以具有至少一个加热元件，该加热元件构造为用于加热覆盖件。
通过加热清洁液体和/或气体或者通过加热覆盖件，可以直接去除由于覆盖件上的冰而引起的污染物。此外，可以避免在外部温度低时清洗液体冻结并且由此堵塞第一喷嘴。
驱动单元例如可以包括步进马达。
在本发明的一个优选实施方式中，构造为用于环境感测的装置还具有探测器单元，该探测器单元构造为用于感测覆盖件的污染物。为此，探测器单元例如可以构造为光学传感器，例如构造为摄像机。探测器单元例如可以构造为用于以有规律的时间间隔感测覆盖件的图像。借助已知的数字图像处理的方法，可以由感测到的图像确定，是否存在覆盖件的污染物。如果识别出污染物，则可以激活清洁单元。由此实现的技术优点是，清洁单元仅在需要时，即仅在存在覆盖件的实际污染时才运行和运动。这能够实现装置的特别高效的利用。
在本发明的另一优选实施方式中，构造为用于环境感测的装置具有温度探头，该温度探头构造和布置为用于感测装置的覆盖件和/或周围环境的温度。
在本发明的一个优选实施方式中设置，清洁单元具有至少两个第二喷嘴和至少一个第一喷嘴，其中，第一喷嘴和第二喷嘴关于清洁单元的运动方向顺序排列地布置。特别优选地，清洁单元具有两个第二喷嘴和至少三个第一喷嘴，其中，所述三个第一喷嘴布置在所述第二喷嘴之间。第一和第二喷嘴可以根据清洁单元的当前运动方向这样地被操控，使得在用清洁液体清洁和通过气体清洁之间产生协同效果。
根据本发明的另一方面，说明了一种用于清洁用于环境感测的装置的覆盖件的方法，其中，该装置如之前所说明的那样构造。该装置具有清洁单元，该清洁单元借助驱动单元相对于壳体运动，其中，污染物被清洁单元从覆盖件除去。
清洁单元具有第一和第二喷嘴，其中，第一和第二喷嘴优选根据清洁单元的当前运动方向被操控。
此外，在所述方法的一个优选实施方式中，测量周围环境和/或覆盖件的温度，并且根据测量到的温度操控第一喷嘴和/或第二喷嘴。此外，根据测量到的温度，可以控制喷嘴的加热和/或通过喷嘴释放的清洁介质(气体和/或清洁液体)的加热。
根据本发明的装置和根据本发明的方法提供以下优点：可以在单个的、紧凑的系统中实现不同清洁剂或清洁原理的组合。可以适应地根据当前周围环境条件、例如天气状况进行对环境传感器的发射/接收窗的覆盖件的清洁。通过喷嘴和刮片的可能的组合使用防止，污染物聚积在刮片的侧面上，因为该污染物通过气体和/或清洁液体从喷嘴被除去。此外，结合清洁介质(气体和/或清洁液体)的可加热性，可以对覆盖件进行除冰。
附图说明
图1示出根据本发明的一个实施例的装置，
图2a)和2b)分别示出在清洁单元运行期间的图1的装置，
图3示出根据本发明的方法的可能实施方式的流程图。
在下面本发明的实施例的说明中，相同的元件设有相同的附图标记，其中，必要时省略对这些元件的重复说明。附图仅示意性地示出本发明的内容。
具体实施方式
图1示例性地示出构造为用于环境感测的装置1，所述装置例如构造为激光雷达传感器系统。装置1具有壳体10。在该壳体内布置有激光雷达传感器(未示出)。壳体具有发射/接收窗20，通过该发射/接收窗能够以已知的方式将激光束发射到周围环境中并且从周围环境接收反射信号。发射/接收窗20具有覆盖件22，其中，该覆盖件构造为对于激光雷达传感器的传感器信号是可透过的。覆盖件构造为用于相对于装置的外部环境70覆盖激光雷达传感器。在该示例中，壳体10基本上构造为柱形，然而替代地也可以构造为扁平的或者说平面的，覆盖件22构造为玻璃板，该玻璃板具有与壳体壁的曲率相应的曲率，使得壳体10具有基本上光滑的表面。然而替代地，覆盖件22也可以由塑料、尤其是PC或PMMA成型。
装置1具有清洁单元30，该清洁单元布置在壳体的外侧上并且能够借助驱动单元35沿着壳体10运动。为此，壳体10具有在覆盖件上方的两个导轨15和在覆盖件下方的两个另外的导轨16，其中，清洁单元30借助导轨15、16布置在壳体10的外侧上。在此，导轨15、16遵循壳体10的曲率。清洁单元30具有三个第一喷嘴32、32‘、32“(水喷嘴)，这些第一喷嘴分别构造为用于将水喷射到覆盖件22上。为此，喷嘴32、32‘、32“与未示出的水箱，例如通过软管连接。此外，清洁单元具有两个第二喷嘴33、33‘，这些第二喷嘴分别构造为用于将压缩空气吹到覆盖件22上。喷嘴32、32‘、32“，33和33‘布置在第一保持单元31中，其中，保持单元31支承在上导轨15上。此外，清洁单元具有两个竖直取向的刮片38，这些刮片分别与覆盖件22摩擦接触。刮片分别以上端部38a固定在第一保持器单元31上。喷嘴32‘布置在刮片之间。两个另外的第一喷嘴32和32“分别布置在刮片38的其它侧上。在保持单元31的端部上分别布置有第二喷嘴33、33‘。因此，第一喷嘴布置在第二喷嘴之间。刮片38分别以下端部38b固定在第二保持器单元34上，其中，第二保持器单元34支承在下导轨16上。第二保持单元34具有例如构造为步进马达的驱动单元35，其中，整个清洁单元30能够借助驱动单元35沿着壳体来回运动，如通过双箭头80表示的那样。因此，第一和第二喷嘴32、32‘、32“，33和33‘关于清洁单元30的运动方向80顺序排列地布置。如果清洁单元30运动，则刮片38可以从覆盖件22擦除之前例如通过来自喷嘴32、32‘、33“的水溶解的污染物。沿运动方向位于前面的刮片因此清除粗的污染物，但留下较小的颗粒或水痕。这些残余污染物可以随后被沿运动方向跟随的刮片清除。构造为空气喷嘴的喷嘴33、33‘能够可选地构造为可加热的，使得喷出的空气具有提高的温度并且由此例如可以除去在覆盖件上的冰。替代地或附加地，喷嘴32、32‘和32“也能够构造为可加热的。
此外，在侧面在覆盖件22旁设置有停放位置60，当不需要清洁覆盖件22时，清洁单元30保持在所述停放位置上。在图1中所选择的视图中、在俯视图中在左侧在覆盖件22旁示出或者说可看到停放位置60。然而优选地，在覆盖件22的两侧上分别设置有停放位置60。在清洁过程结束之后，清洁单元30保持在对应到达的停放位置中。
此外，装置1可以具有探测器单元(未示出)，所述探测器单元构造为用于例如光学地感测覆盖件22的污染物。然后，驱动单元可以根据需求运行，并且覆盖件可以仅在实际存在污染物时才被清洁单元30清洁。
此外，装置1可以具有温度探头(未示出)，所述温度探头构造为用于感测覆盖件22和/或周围环境70的当前温度。如果感测到非常低的温度，则例如可以省去使用水喷嘴32、32‘和32“，以便避免冻结。
尽管在图1中所示的装置具有壳体10以及覆盖件22的弯曲的表面，但所示的原理也可以借助小的适配而在其它表面，例如平面表面的情况下使用。同样可以考虑，将导轨布置在其它位置上，例如水平地布置在覆盖件旁。
在图2a)和图2b)中示出在清洁覆盖件22期间根据本发明的装置1的两种运行状态。装置1的结构相应于在图1中所示的装置1。在图2a)中，清洁单元30向右或者说逆时针运动，如通过箭头80a表示的那样。在图2b)中，清洁单元30向左或者说顺时针运动，如通过箭头80b表示的那样。在本发明的在图2中所示的实施方式中，喷嘴33、33‘，32、32‘和32“根据清洁单元30的当前运动方向80a、80b被操控。
如果清洁单元30如在图2a)中所示地向右或者说逆时针运动，则仅水喷嘴32‘和32“以及空气喷嘴33是激活的。沿运动方向80a位于前面的水喷嘴32“将水射束44喷射到覆盖件22上，通过该水射束首先溶解污染物。沿运动方向80a位于前面的刮片38‘擦除这样溶解的污染物。布置在刮片38和38‘之间的水喷嘴32‘将另一水射束44喷射到覆盖件22的已经预清洁的区段上，以便冲洗刮片38留下的残余污染物或涂抹痕迹。沿运动方向位于后面的刮片38擦除现在仍残留的湿气。沿运动方向位于后面的空气喷嘴33将空气流42吹到覆盖件22上，由此，该覆盖件被干燥。
如果清洁单元30如在图2b)中所示地向左或者说顺时针运动，则仅水喷嘴32和32‘以及空气喷嘴33‘是激活的。沿运动方向80b位于前面的水喷嘴32将水射束44喷射到覆盖件22上，通过该水射束首先溶解污染物。沿运动方向80b位于前面的刮片38擦除这样溶解的污染物。布置在刮片38和38‘之间的水喷嘴32‘将另一水射束44喷射到覆盖件22的已经预清洁的区段上，以便清洗刮片38留下的残余污染物或涂抹痕迹。沿运动方向位于后面的刮片38‘擦除现在还残留的湿气。沿运动方向位于后面的空气喷嘴33将空气流42吹到覆盖件22上，由此，该覆盖件被干燥。
在图3中以流程图的形式示出根据本发明的方法的一个替代实施方式。
在该实施方式中，清洁系统可以根据当前周围环境条件，尤其是温度占据三个不同的运行状态。清洁单元30停留在停放位置60中被视为第四状态或者说“零”状态。
在第一方法步骤110中，读取探测器单元，该探测器单元构造为用于例如光学地感测覆盖件22的污染物。在步骤120中，借助由探测器单元读出的数据检查，是否存在覆盖件22的污染物。如果没有识别到污染物，则根据步骤140，清洁单元30停留在停放位置60中。所有喷嘴32、32‘、32“，33、33‘以及加热装置停用。
如果识别到污染物，则在步骤120之后的步骤130中读取温度探头，该温度探头构造为用于感测覆盖件22和/或周围环境70的当前温度。在步骤150中检查，读出的温度是否低于预确定的临界温度Tc，其中，Tc例如可以根据所使用的清洁液体来确定(例如Tc＝0℃或-10℃或-20℃或-30℃或甚至更低，例如视所使用的防冻剂及其浓度而定)。如果感测到的温度低于Tc，则在步骤160中，清洁单元30被置于第一运行状态中，在该第一运行状态中，第一喷嘴32、32‘和32“保持停用。第二喷嘴33、33‘(空气喷嘴)被激活。同样激活加热装置，该加热装置加热第二喷嘴33、33‘的气体流。随后，在步骤200中，清洁单元被驱动单元35置于运动中并且覆盖件22被清洁。
如果感测到的温度高于Tc，则在步骤170中检查，感测到的温度是否还高于4℃的值。如果不是这种情况，则在步骤180中，清洁单元30被置于第二运行状态中，在该第二运行状态中，第一喷嘴32、32‘、32“和第二喷嘴33、33‘(空气喷嘴)被激活。同样激活加热装置，该加热装置加热第二喷嘴33、33‘的气流和/或清洁液体。随后，在步骤200中，清洁单元被驱动单元35置于运动中并且清洁覆盖件22。
如果感测到的温度高于4℃，则在步骤190中，清洁单元30被置于第三运行状态中，在该第三运行状态中，第一喷嘴32、32‘和32“和第二喷嘴33、33‘(空气喷嘴)被激活，而不加热气体流和/或清洁液体。随后，在步骤200中，清洁单元被驱动单元35置于运动中并且清洁覆盖件22。
在清洁过程结束之后，通过重新读取探测器单元(步骤110)重新开始所述方法。如果污染物被清除，则根据步骤140，清洁单元30被带到停放位置60中，并且所有之前激活的喷嘴32、32‘、32“，33、33‘和加热装置被停用。

Claims (13)

1.一种构造为用于环境感测的装置(1)，所述装置具有：
壳体(10)、至少一个布置在所述壳体(10)内的传感器，
其中，所述壳体具有发射/接收窗(20)和覆盖件(22)，其中，所述覆盖件(22)构造为对于所述传感器的传感器信号是可透过的，并且其中，所述覆盖件(22)构造为用于将所述发射/接收窗(20)相对于所述装置(1)的外部环境覆盖，
其中，所述装置具有清洁单元(30)，所述清洁单元布置在所述壳体(10)的外侧上并且能够借助驱动单元(35)相对于所述壳体(10)运动，其中，所述清洁单元(30)构造为用于从所述覆盖件(22)除去污染物，并且其中，所述清洁单元(30)具有至少一个第一喷嘴(32,32‘,32“)，所述第一喷嘴构造为用于将清洁液体喷射到所述覆盖件(22)上，并且其中，所述清洁单元(30)具有至少一个第二喷嘴(33,33‘)，所述第二喷嘴构造为用于将气体吹到所述覆盖件(22)上，
其特征在于，所述清洁单元具有至少两个第二喷嘴(33,33‘)和至少一个第一喷嘴(32,32‘,32“)，其中，所述第一喷嘴(32,32‘,32“)和第二喷嘴(33,33‘)关于所述清洁单元(30)的运动方向(80,80a,80b)顺序排列地布置，并且其中，所述清洁单元(30)具有两个第二喷嘴(33,33‘)和至少三个第一喷嘴(32,32‘,32“)，其中，所述第一喷嘴(32,32‘,32“)布置在所述第二喷嘴(33,33‘)之间，其中，所述第一喷嘴(32,32‘,32“)和第二喷嘴(33,33‘)根据所述清洁单元的当前的运动方向(80a,80b)被操控。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体(10)具有至少一个导轨(15,16)，其中，所述清洁单元(30)借助所述导轨布置在所述壳体(10)的外侧上并且能够借助所述驱动单元(35)沿着所述导轨(15,16)运动。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述清洁液体和/或所述气体能够加热。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述清洁单元(30)具有至少一个刮片(38,38‘)，所述刮片与所述覆盖件(22)摩擦接触。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述清洁单元(30)具有至少一个加热单元，所述加热单元构造为用于加热所述覆盖件(22)。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述驱动单元(35)包括步进马达。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置具有探测器单元，所述探测器单元构造为用于感测所述覆盖件(22)的污染物。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置(1)具有温度探头，所述温度探头构造并且布置为用于感测所述覆盖件(22)和/或周围环境(70)的温度。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置构造为用于车辆的环境感测。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述清洁液体是水。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体是压缩气体。
12.一种用于清洁根据权利要求1至11中任一项所述的装置(1)的覆盖件(22)的方法，其中，所述清洁单元(30)借助所述驱动单元(35)相对于所述壳体(10)运动，其中，污染物被所述清洁单元(30)从所述覆盖件(22)除去，
其特征在于，所述清洁单元具有至少两个第二喷嘴(33,33‘)和至少一个第一喷嘴(32,32‘,32“)，其中，所述第一喷嘴(32,32‘,32“)和第二喷嘴(33,33‘)关于所述清洁单元(30)的运动方向(80,80a,80b)顺序排列地布置，并且其中，所述清洁单元(30)具有两个第二喷嘴(33,33‘)和至少三个第一喷嘴(32,32‘,32“)，其中，所述第一喷嘴(32,32‘,32“)布置在所述第二喷嘴(33,33‘)之间，其中，所述第一喷嘴(32,32‘,32“)和第二喷嘴(33,33‘)根据所述清洁单元的当前的运动方向(80a,80b)被操控。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，测量周围环境(70)和/或所述覆盖件(22)的温度并且根据测量出的温度操控所述第一喷嘴(32,32‘,32“)和/或所述第二喷嘴(33,33‘)和用于加热所述第二喷嘴(33,33‘)的加热装置。
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