CN111417887A - 用于环境感测的设备和用于清洁这种设备的遮盖件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种构造用于环境感测、尤其用于车辆的环境感测的设备，所述设备具有传感器壳体和布置在所述传感器壳体内的至少一个传感器。所述传感器壳体具有发送/接收窗，通过所述发送/接收窗能够将相应的传感器信号从所述传感器发送到环境中和/或能够从环境接收传感器信号。所述设备具有遮盖件，其中，所述遮盖件构造为对所述传感器信号而言可透过，并且其中，所述遮盖件构造为用于，相对于所述设备的外部环境遮盖所述发送/接收窗并因此遮盖所述至少一个传感器。根据本发明，所述设备具有清洁单元，所述清洁单元布置在所述传感器壳体的外侧并且借助于驱动单元沿着所述传感器壳体能运动。所述清洁单元构造为用于，去除所述发送/接收窗的遮盖件的污染。根据本发明，所述清洁单元构造为相对于所述外部环境封闭的空间。

Description

用于环境感测的设备和用于清洁这种设备的遮盖件的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的构造为用于环境感测、尤其是用于车辆的环境感测的设备以及一种用于清洁这种设备的遮盖件的方法。

背景技术

借助于传感器尽可能全面地感测车辆环境的能力是对于自动化行驶的基础前提条件。为此，使用多种环境传感器，例如雷达传感器、超声波传感器、摄像机和激光雷达系统，它们必须分别集成到车辆中。在未来几年中，在高速公路上和城市环境中实现高度自动化行驶功能时尤其设立激光雷达传感器。这种光学传感器的重要特性是，仅当朝向环境的光学输出窗没有污物或者没有遮挡时才可以实现所期望的性能。现今，识别污物或者遮挡对多种传感器而言在原则上已知并且被部分地实现。对于激光雷达传感器而言，可用的解决方案显示出显著的缺点。通常需要例如尝试以高压去除污染的喷射喷嘴。清洁作用不总是可靠的并且水消耗太高。为了提高清洁作用，部分附加地使用雨刮器，以该雨刮器也可以刮去雨滴。但雨刮器要求技术上的附加花费、意味着对车辆外观设计的视觉干预、是磨损件并且这些刮水器可能在刮水器太干燥的情况下损坏光学表面。在研究中所探究的超声波清洁系统由于能量消耗和对窗的光学特性的干预而不能被使用。现今，为了除冰而将加热丝引入到光学的窗中。这些加热丝使窗的光学特性变差并且通常显示出不被希望的老化效应。加热装置必须提供大加热功率，因为在高速和低温下的所谓风寒(Wind Chill)非常迅速地将热量导出(几十瓦)。这尤其在自主行驶中是不能接受的并且必须设置可靠的机械装置用于去除传感器的污染。

在未来，视频摄像机也更多地安装在车辆的外部空间中。针对借助于广角镜头摄像机的泊车辅助的已知解决方案也具有喷射喷嘴或者板式刮水器，具有前面所提及的缺点。

由根据US 2016/0315564 A1和WO 2015/003705 A1的现有技术已知一些刮水器系统，所述刮水器系统借助于刮片以板式刮水器的形式从传感器的发送/接收窗的遮盖件去除污染。

由WO 2016/004936 A1已知，以空气喷嘴吹掉污染物。

由DE 102011017684 A1已知，借助于水喷嘴洗掉污染物。

发明内容

因此，本发明的任务可以被看作是：对清洁环境传感器的已知原理进行组合，使得可以与周围环境条件(例如温度T)和在相关传感器的发送/接收窗的遮盖件上的污染类型无关地始终实现优化的清洁结果。

根据本发明提出，设置构造为用于环境感测的、具有紧凑的清洁单元的设备，其中，该清洁单元实现不同的清洁原理。由此确保，在不同的环境条件下和在不同污染类型的情况下可以实现优化的清洁结果并因此确保，该设备的环境传感器可以随时实施环境感测，而信号不被污染阻断。

提出一种构造为用于环境感测、尤其用于车辆的环境感测的设备，所述设备具有传感器壳体和布置在传感器壳体内的至少一个传感器。传感器壳体具有发送/接收窗，通过所述发送/接收窗可以将相应的传感器信号从传感器发送到环境中和/或可以从环境接收传感器信号。该设备具有遮盖件，其中，遮盖件构造为对传感器信号而言可透过，并且其中，遮盖件构造为用于，相对于设备的外部环境遮盖发送/接收窗并因此遮盖至少一个传感器。所述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，遮盖件在这种情况下例如构造为对光可透过的板、例如由玻璃或者塑料制成的板。激光雷达传感器发射具有例如在可见范围或者红外范围中的波长的激光束作为传感器信号并且借助于一个或多个光电二极管接收由环境对象反射的激光束。在这种情况下，遮盖件例如也可以构造为可透过板、例如由玻璃或者塑料制成的板，所述板对激光波长的光而言可透过。

根据本发明，该设备具有清洁单元，所述清洁单元布置在传感器壳体的外侧上并且借助于驱动单元沿着传感器壳体的发送/接收窗的遮盖件可运动。清洁单元构造为用于，去除发送/接收窗的遮盖件的污染。根据本发明，清洁单元具有壳体，所述壳体与遮盖件形成相对于外部环境基本上封闭的空间。在此，封闭的空间应理解为这种空间区域：所述空间区域由壳体的壁以及遮盖件限界并且因此受保护以防环境影响。在此，该封闭的空间不必强制性地以气体密封、液体密封或甚至密闭的方式封闭。因此，可以在壳体中设置例如用于液体的出口孔。此外，必须能够实现壳体沿着遮盖件的运动。

因此，根据本发明，设置被机械式驱动的、尤其构造为刮-清洗-加热系统的清洁单元，所述清洁单元的在很大程度上封闭的空间经过所述构造为用于环境感测的设备的发送/接收窗被导向。为了清洁，清洁单元可以具有喷嘴或者说喷射装置和/或一个或多个刮片。

优选地，清洁单元在壳体内部具有至少一个刮片，所述刮片与遮盖件处于摩擦接触中。特别优选，清洁单元具有至少两个这类刮片。这些刮片构造为用于通过遮盖件和清洁单元的相对运动来剥除污染物并且这些刮片可以为此例如具有一个或多个橡胶唇。在此，这些刮片也可以构成壳体边缘的一部分。

优选地，清洁单元在壳体内部具有至少一个喷嘴，所述喷嘴构造为用于，将清洁液体、例如水喷射到遮盖件上以剥离污染物。喷嘴例如通过一个或者多个软管与具有清洁液体的储备器连接。优选地，可以附加地在需要时加热清洁液体，例如其方式是加热储备器和/或其方式是加热喷嘴。通过加热清洁液体可以直接去除在遮盖件上由冰造成的污染。此外，可以避免清洁液体在外界温度低的情况下结冰并且因此堵塞第一喷嘴。

封闭的空间有利地减少清洁液体的消耗，因为该清洁液体更集中地作用于较小的面积，该清洁液体可以在空间中作用一段时间并且不会流走。

在本发明的一个可能的实施方式中，清洁液体可以在刮片内部被导向并且借助刮片的表面被排出。因此，可以省去单独的喷嘴。

替代地或者附加地，清洁单元可以在壳体以外具有一个或多个另外的喷嘴，所述另外的喷嘴在一个或多个刮片之前喷湿外侧上的污染物。

在本发明的一个优选实施方式中，清洁单元具有至少一个加热设备，所述加热设备构造为用于加热遮盖件和/或封闭的空间。为了除冰，清洁单元包含加热设备、例如加热导线。为了优化对加热装置运行的调节，清洁单元优选包含用于测量遮盖件的表面温度的温度传感器。壳体将封闭的空间与环境分隔开，使得加热导线不会由于空气运动/行驶风(Fahrtwind)而从遮盖件的表面被去除。在本发明的一个可能的实施方式中，加热设备可以集成到刮片中。

在本发明的一个优选实施方式中，清洁单元具有探测器单元，所述探测器单元构造为用于，感测遮盖件的污染。为此，探测器单元例如可以构造为光学传感器，例如构造为摄像机或者反射光栅。探测器单元例如可以构造为用于，以规律的时间间隔感测遮盖件的图像。借助于已知的数字图像处理方法可以从所感测的图像确定：遮盖件的污染是否存在。替代地或者附加地，可以感测：在清洁单元前进时是否出现由污染所造成的增大的摩擦。因此，如果识别到污染，则可以激活清洁单元。因此，我们实现了以下技术优点：清洁单元仅在需要时、即仅在遮盖件存在实际污染的情况下投入运行并且运动。这能够特别有效地使用该设备。

在本发明的另一优选实施方式中，构造为用于环境感测的设备具有温度感应器，所述温度感应器构造和布置为用于感测遮盖件和/或由清洁单元的壳体和遮盖件形成的封闭空间的温度。

在一个优选实施方式中，传感器壳体具有至少一个导向轨。清洁单元借助于导向轨布置在传感器壳体的外侧上并且可以借助于驱动单元沿着导向轨运动，尤其是在遮盖件前面来回运动。

驱动单元例如可以包括步进电机和/或齿轮传动机构。替代地或者附加地，驱动单元的替代实施方式例如也可以具有齿轮传动机构和/或皮带传动机构和/或杠杆传动机构和/或偏心轮传动机构。优选，对驱动单元进行调节，使得清洁过程的前进或者重复率适配于污染程度或者结冰程度。为此，优选存在一种探测器单元：所述探测器单元例如以光学方式识别污染或者感测在前进时由污染所造成的提高的摩擦并且因此推断出污染/结冰。该探测器单元可以安装在清洁单元中或者位于清洁单元以外、例如在激光雷达传感器中。

清洁单元可以构造为用于，向驾驶员辅助系统报告当前清洁状态和/或清洁进展，使得可以将激光雷达传感器的测量结果的潜在退化考虑到驾驶辅助功能中。清洁单元可以构造为用于，向驾驶员辅助系统报告在发送/接收窗上的当前位置，使得驾驶员辅助系统可以考虑对视野范围的遮挡。清洁单元例如可以由激光雷达传感器的控制器借助于软件来控制，所述软件对清洁单元和其它系统的测量数据进行处理。因此，例如可以在识别到机械式阻塞的情况下关断清洁单元。此外，可以在大量、持续的使用中执行最重要清洁区域的优先权。

清洁单元可以在完成了清洁之后被带到停放位置中，使得该清洁单元不会对激光雷达传感器的调节运行产生消极影响。

有利地，清洁单元构造为全部或部分可维护，或者全部或部分可更换。

根据本发明的另一方面，说明一种用于清洁用于环境感测的设备的遮盖件的方法，其中，所述设备如前面所说明那样构造。所述设备具有清洁单元，所述清洁单元借助于驱动单元沿着壳体运动，其中，通过清洁单元去除遮盖件的污染。

优选地，清洁单元可以向驾驶员辅助系统报告当前清洁状态和/或清洁进展，并且可以将传感器测量结果的由当前污染所造成的退化考虑到驾驶辅助功能中。

优选地，清洁单元可以向驾驶员辅助系统报告该清洁单元相对于发送-接收窗的当前位置，使得可以将由于清洁单元对传感器视野范围造成的遮挡考虑到驾驶辅助功能中。

根据本发明的设备和根据本发明的方法提供以下优点：可以将不同的清洁手段或者说清洁原理组合到紧凑的单个系统中。有利地实现高清洁功率与快速除霜或除冰的结合。由于清洁单元的封闭构造，清洁液体的低消耗以及低加热功率可以足够用于有效的清洁。通过使用附加的传感器、如温度感应器和/或针对污染的探测器单元，可以实现尽可能快速的清洁和对清洁单元的针对性调节。本发明仅需要对车辆外观设计的少量干预并且能针对不同的表面形状来实现，尤其是能针对例如经常在激光雷达传感器的传感器壳体中使用的柱形表面来实现。清洁单元构造为能直接装配或集成在传感器壳体上并且因此不需要附加的校正。

附图说明

图1以俯视图示意性地示出根据本发明的一个实施例的设备。

图2以侧视图示意性地示出图1的设备。

图3以截面示出根据本发明的一个实施例的设备。

具体实施方式

在下面对本发明实施例的说明中，以相同的附图标记表示相同的元件，其中，必要时省去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。

图1和2示出设备1，所述设备构造为用于车辆的环境感测，并且在该示例中构造为激光雷达传感器系统。设备1包括传感器壳体10，在所述传感器壳体内部布置有至少一个激光雷达传感器(未示出)。传感器壳体10具有发送/接收窗20和遮盖件22，其中，遮盖件构造为对激光雷达传感器的传感器信号的运行波长而言可透过。遮盖件22、例如玻璃板构造为用于，相对于设备1的外部环境70遮盖发送/接收窗20。传感器壳体10在发送/接收窗20的区域中基本上构造为柱形。遮盖件22适配于该柱形形状。

根据本发明，设备1具有清洁单元30(刮-清洗-加热系统)。清洁单元30具有在其形状上与遮盖件22的表面相适配的壳体40，所述壳体借助驱动单元35在遮盖件22的表面上被导向。可能的运动方向由双箭头80标明。壳体40例如具有敞开侧并且以该敞开侧的棱边齐平地贴靠在遮盖件22上，使得壳体40与遮盖件22形成相对于外部环境70封闭的空间45。在壳体40内布置有一个或多个清洁器件，这些清洁器件用于清除遮盖件的污染。与图3相关联地详细说明这些清洁器件。

驱动单元35可以装入到设备1的缺口中。替代地，驱动单元35可以作为盖被放置到传感器壳体10上或者作为传感器壳体10的一部分固定地集成。驱动单元35可以构造在一侧或者两侧。设置停放位置60，在清洁单元30不运行期间，该清洁单元可以“停放”在所述停放位置上。

图3以截面示出根据本发明的一个实施例的设备。在清洁单元30的壳体40内部设置不同的清洁器件以及不同的传感器：用于去除水或者被污染的清洁液体的两个刮片38垂直于运动方向80地布置在壳体内。为此，刮片38的橡胶唇与遮盖件22处于摩擦接触中。此外，有两个喷射喷嘴32布置在壳体40内，这两个喷射喷嘴中的每个借助于供给软管33与清洁系统132连接。清洁系统132例如包括具有清洁液体的储备器、用于产生压力的器件和可电控的阀。借助于喷射喷嘴32用清洁液体44湿润或者以压力清洁遮盖件22的表面。此外，在壳体内设置加热设备50。通过外部的加热调节器150操控该加热设备。此外，在壳体40内布置温度感应器54以及用于测量污染程度的测量装置52。这些测量分别通过配属的测量器具152和154进行。温度测量器具154接收温度感应器54的数据并且由此求取在壳体40内部的当前温度。测量器具152接收探测器单元52的数据并且由此求取：当前是否存在对遮盖件22的污染。

此外，壳体40可以具有用于位于内部的液体的出口孔(未示出)。

壳体可以借助于驱动单元35沿着遮盖件在方向80上来回运动。为此，驱动单元35包括驱动系统、例如齿轮传动机构以及包括借助于马达调节单元135被调节的马达。借助于附加的测量装置136可以附加地或者替代地感测污染，例如通过感测摩擦系数或者感测阻塞，例如借助于力矩测量来进行。此外，设置行程或者角度测量装置36用于控制马达并且求取清洁单元30的当前位置。

具有软件程序的中央控制器200处理所有测量数据并且控制加热调节器150、清洁系统132和驱动单元35。软件方面的控制尤其允许使清洁速度适配于污染程度以及使清洁频率适配于污染程度。此外，在遮盖件22局部污染的情况下可以有针对性地进行局部适配的清洁。此外，该系统的当前位置和因此对传感器视野的当前遮挡和其它状态可以公布给上级系统、例如驾驶员辅助系统，该上级系统可以相应地考虑这些信息。此外，在清洁反复失败的情况下，可以中断清洁过程。

由在封闭的空间45、即受保护且相对较小的容积内运行清洁过程得出本发明的特别优点：为有效清洁遮盖件所必须的清洁液体量小，因为可以优化在壳体内的作用时长和作用效率。此外，能够以相对较小的功率或者更迅速地进行除冰，因为要加热的容积小并且壳体40保护所述容积抵抗外界冷却。

Claims (12)

1.一种设备(1)，其构造为用于环境感测、尤其用于车辆的环境感测，所述设备具有传感器壳体(10)、布置在所述传感器壳体(10)内的至少一个传感器，其中，所述传感器壳体具有发送/接收窗(20)和遮盖件(22)，其中，所述遮盖件(22)构造为对所述传感器的传感器信号而言是可透过的，并且其中，所述遮盖件(22)构造为用于，相对于所述设备(1)的外部环境(70)遮盖所述发送/接收窗(20)，其特征在于，

所述设备具有清洁单元(30)，所述清洁单元布置在所述传感器壳体(10)的外侧上并且借助于驱动单元(35)沿着所述遮盖件(22)能运动，其中，所述清洁单元(30)构造为用于，去除所述遮盖件(22)的污染，并且其中，所述清洁单元(30)具有壳体(40)，所述壳体与所述遮盖件(22)形成相对于所述外部环境(70)封闭的空间(45)，其中，在所述壳体内布置有一个或者多个清洁器件(32，38)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体(10)具有至少一个导向轨(15，16)，其中，所述清洁单元(30)借助于所述导向轨布置在所述壳体(10)的外侧并且借助于所述驱动单元(35)能沿着所述导向轨(15，16)运动。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述清洁单元(30)具有至少一个刮片(38)作为清洁器件，所述刮片与所述遮盖件(22)处于摩擦接触中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述清洁单元(30)具有至少一个加热元件(50)，所述加热元件构造为用于，加热所述遮盖件(22)和/或所述封闭的空间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述清洁单元(30)具有至少一个喷嘴(32)作为清洁器件，所述喷嘴构造为用于将清洁液体、尤其是水喷射到所述遮盖件(22)上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述驱动单元(35)包括步进电机和/或齿轮传动机构和/或皮带传动机构和/或杠杆传动机构和/或偏心轮传动机构。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述清洁单元具有探测器单元(52)，所述探测器单元构造用于感测所述遮盖件(22)的污染。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述清洁单元具有温度感应器(54)，所述温度感应器构造和布置为用于，感测所述遮盖件(22)的温度和/或感测所述封闭的空间(45)内的温度。

9.一种用于清洁根据权利要求1至10中任一项所述的设备(1)的遮盖件(22)的方法，其中，所述清洁单元(30)借助于所述驱动单元(35)沿着所述遮盖件(22)运动，其中，所述清洁单元(30)具有壳体(40)，所述壳体与所述遮盖件(22)形成相对于所述外部环境(70)封闭的空间(45)，其中，在所述壳体内布置有一个或者多个清洁器件(32，38)，并且其中，通过所述清洁单元(30)的所述清洁器件去除所述遮盖件(22)的污染。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述清洁单元(30)在完成清洁之后被带到停放位置(60)中。

11.根据权利要求9或10中所述的方法，其特征在于，所述清洁单元(30)向驾驶员辅助系统报告当前清洁状态和/或清洁进展，并且将所述传感器测量结果的由当前污染所造成的退化考虑到驾驶辅助功能中。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述清洁单元(30)向驾驶员辅助系统报告所述清洁单元相对于所述发送-接收窗(20)的当前位置，并且将由于所述清洁单元(30)对所述传感器视野范围造成的遮挡考虑到驾驶辅助功能中。

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