CN112550227A - 用于清洁传感器设备的表面的清洁设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学、空气动力学和经济上优化的以及特别对风不敏感的清洁设备(1)，用于以流体状的清洁剂(4)来清洁车辆的传感器设备(3)的表面(2)，其中，表面(2)通过环绕的外边缘(7)界定，该外边缘与周围的外表面区域(6)基本上表面齐平地布置，清洁设备(1)包括固定不动的导流体(10)，该导流体用于引导从喷射喷嘴(5)流向表面(2)并从表面(2)流出的流体流(9)，其中，导流体(10)至少在部分区段上邻接于表面(2)的外边缘(7)，特别是完全包围该外边缘，导流体(10)的外表面在外边缘(7)处定向成与邻接的表面(2)基本上相切。

Description

用于清洁传感器设备的表面的清洁设备

技术领域

本发明涉及一种用于清洁传感器设备(特别是摄像机透镜或光学雷达的外部盖板)的表面的清洁设备，以及一种包括清洁设备和传感器设备的结构单元和一种用于检测车辆周围环境的包括至少一个前述部件的传感器系统。

背景技术

在机动车中当今越来越多地装配有具有传感器的辅助系统，该辅助系统在车辆行驶时辅助车辆用户并且在此应该在任何时候都可靠地检测和监控车辆的周围环境。这种辅助系统为此包含光学的或光电的设备，例如摄像机、基于激光的传感器或红外传感器。这些设备具有透明元件，如透镜或盖板，其根据应用情况不限制地或在确定的限制的波范围内使光透过。这种透明元件经常向外凸出地或拱起地形成，以便例如对于摄像机实现特别宽的检测范围，例如所谓的鱼眼摄像机透镜。此外，这些透明元件根据功能布置在车辆的外部区域中并且因此受到污染和外部的天气影响并且必须为了确保功能而按需清洁。

已知的清洁系统中的不期望的伴随现象可以看到以下事实：经常用作清洁剂的、含有乙二醇和表面活性剂的水混合物可能在从喷嘴中喷出之后不受控制地流到车身部件上并且变干，使得留下可见的痕迹，这导致污迹和在美观直至功能方面的缺陷。

此外，对于客户可接受的光学或光电设备的功能保障的持续时间来说，必须随身携带大储备量的清洁剂，这附带有利用车辆中狭窄可用结构空间以及运行成本方面的缺点。

因此存在以下期望：减少消耗量和需要的储备量。已知的是这样解决所述问题，即，在清洁设备中设置有用于收集和必要时回收利用所喷射的清洁剂的装置。

由文献WO 2018/188822 A1例如已知了一种用于摄像机透镜的清洁设备，具有侧向地、相对于传感器轴线偏心地并且超出透镜定位的喷射喷嘴。在壳体表面中，在透镜后面与喷射喷嘴相对地布置有用于清洁流体的收集狭槽。

另一个方面是以下事实：为了检测车辆的周围环境，摄像机大多时候具有特别宽的、180°或更大的视角。突出的结构可能遮盖视野的一部分，因此可能的危险源会未被检测到。此外，空气动力学被不利地影响，行驶迎面风会产生不期望的涡流，其干扰清洁射流。此外，可见的未被遮蔽的清洁部件此外由于设计原因是不期望的。

作为补救措施已知的是，应用像活塞一样可动的提升喷嘴，其仅在需要时才从收回的隐藏的停放位置伸出/向外移动到突出的工作位置中。

由文献DE 10 2014 117 165 A1已知了一种清洁设备，其中提升喷嘴是可向外伸出的环形活塞的一部分，其相对于喷嘴开口形成半壳形的挡体，该挡体使喷出的清洁液体向位于内部的收集腔转向。

这种系统然而是复杂的、昂贵的、易于磨损的、相对于环境影响敏感的并且此外需要更多的安装空间。在此，视野至少在喷射过程中部分地受到很大妨碍。

此外，对于所有已知的清洁系统来说共同的问题是风敏感性。由于行驶迎面风，清洁射流可能被这样剧烈地转向，使得待清洁的表面被清洁液体不完全地润湿至完全没有被润湿。

为了减轻这种效果，已知的是，提高在每次清洁过程时的压力和清洁液体量。这使得系统的效率变低，需要更大的清洁剂供给量和更大尺寸的且因此更昂贵的系统部件。

发明内容

在这种背景下，本发明的目的是，提供一种改进的清洁设备，该清洁设备克服前述的缺点并且在此能尽可能成本有利地制造和安装。

所述目的借助于根据独立权利要求的特征组合来实现。本发明的其它实施方案和改进方案由从属权利要求以及下面的说明和附图中得出。

本发明规定，清洁设备包括固定不动的导流体(

流动体)，该导流体至少用于导出从表面流走的流体流，其中，导流体至少在部分区段上邻接于待清洁的表面的外边缘，优选地完全包围该外边缘。导流体的外表面在外边缘的区域中在此定向成与邻接的待清洁的表面基本上相切。

根据一个优选的改进方案，导流体同时用于引导从喷射喷嘴流向表面的流体流。

借助于这种构造，通常已知为康达效应和伯努利效应的物理效应即使在相对低的流体速度下也可被利用。这些效应导致，清洁剂被抽吸到表面上以及跟随其轮廓。由此清洁过程变得对风不敏感，清洁作用即使在高速时也是可靠的，在每次清洁循环时清洁剂的供给压力和供给量能被降低。此外，消耗的清洁流体被定向地且无损耗地以及强制性地收集，由此有利于有效的回收。避免了在周围的车身表面上的无吸引力的排出轨迹。

本发明还规定，喷嘴相对于包围待清洁的表面的外表面区域下沉地定位，使得在外表面区域下方实现清洁剂的喷射。

通过下沉地装配喷嘴，传感器设备的检测范围或测量区即使在约180°或更大的大开启角度的情况下也不会在任何运行时刻由于任何突出部或干扰轮廓而受到妨碍或限制。传感器设备的功能在任何时刻不会受损。

为了灵活地定位和简单地制造和在必要时安装，导流体可以以流动有利的方式基本上穹顶形地

拱起或锥形地形成。

本发明在其优选的实施方案中规定，待清洁的表面的外边缘与周围的外表面区域基本上表面齐平地布置，导流体因此布置在外表面区域下方。由此，仅传感器设备的功能相关的部分位于周围的外部区域上方。可以实现不包括突出的元件的光学和空气动力学高度优化的表面。清洁元件既对于外部观察者是不可见的，又不会形成空气动力学的干扰源，所述干扰源是空气流的不期望的涡流以及噪声的原因。

对于清洁流体的特别有效的和光学上令人满意的收集来说在避免光学或功能性的损坏的情况下，清洁设备可以包括具有前表面的壳体，该前表面与周围的外表面区域表面齐平地构造，其中，待清洁的表面至少局部地和优选完全地被前表面包围，其中，在表面的外边缘与前表面之间存在有环形间隙，该环形间隙至少在部分区段上和优选沿着外边缘延伸地完全地围绕该表面。

通过以下方式能实现有效收集和集中返回消耗的清洁流体，即，在壳体中在前表面下方设置有用于收集清洁剂的收集腔，其中，通过环形间隙形成收集腔的进入口。

特别地，收集腔可以构造为一种槽池，在该槽池中安装有导流体。

根据本发明的另一个有利的改进方案，清洁设备可以包括至少一个吹气喷嘴，用于朝向表面的方向吹出空气流，所述至少一个吹气喷嘴以固定不动的方式同样布置在外表面区域下方。在此能实现例如在清洁过程之后、在雨、水沫或雾的情况下快速且有效地从待清洁的表面上去除水滴或水汽。

本发明的另一个实施方式规定，多个喷射喷嘴和/或吹气喷嘴可以在围绕传感器轴线的周向方向上彼此间隔开地安装或集成在清洁设备中。

由此例如可以实现，清洁设备特别灵活地、最佳地适配于相应的使用目的或使用地点。因此例如可以使用具有不同特征或喷束形状的喷射喷嘴，但也可以简单地提高清洁设备的功率。

特别有效地，根据本发明的清洁设备可以和数字摄像机或光学雷达一起使用。

本发明同样要求保护一种结构单元，其包括至少一个根据本发明的清洁设备和至少一个传感器设备。

本发明还要求保护一种用于检测车辆周围环境的传感器系统，所述传感器系统包括至少一个根据本发明的清洁设备和/或根据本发明的结构单元。

本发明还要求保护一种用于运行清洁设备的有利的方法，该清洁设备包括多个喷射喷嘴。根据所述方法，喷射喷嘴应该在清洁运行中被交替地并且不同时地启用。由此避免了以下情况：不同的流体流彼此妨碍并且在此然而降低了清洁效率和特别是收集效率。相反地，吹气喷嘴可以并行地运行。

附图说明

下面根据不同的实施例详细说明本发明。图中示出：

图1示出第一个根据本发明的实施方式的简化的横剖面视图。

图2在俯视图中示出不带前表面的根据图1的实施方式。

图3在俯视图中示出带有前表面的根据图1的实施方式。

图4示出在存在行驶迎面风的情况下的根据图1的实施方案的工作模式的简化视图。

图5示出具有拱起的导流体和集成的喷射喷嘴的另一个根据本发明的实施方式。

图6示出用于检测车辆周围环境的传感器系统的高度简化的视图。

在所有附图中，除非另有说明，否则相同的或者说相当的元件和设备都用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1

图1示出用于清洁车辆的传感器设备3的表面2的根据本发明的清洁设备1的第一个实施方式。在示出的实施例中，传感器设备3是数字摄像机，表面2是摄像机透镜25的外表面。如每个摄像机透镜那样，其具有中央的光学轴线或传感器轴线15。

摄像机透镜25的表面2的拱形结构略微在周向上环绕它的外表面区域6上方凸出并且在外边缘7处与该外表面区域分开。外边缘7在此与外表面区域6基本上表面齐平地定位。

外表面区域6在实践中例如可以是车辆车身或车辆部件的外表面，在其中安装有结构单元。

为了实现简化的操纵和可安装性，清洁设备1和传感器设备3一起被组合在共同的壳体12中以形成共同的结构单元。壳体12的指向外侧的前表面11与周围的外表面区域6表面齐平地构造并且因此结合在该外表面区域中。

用于射出可通过输入管路14输送的流体状的清洁剂4的喷射喷嘴5固定不动地且相对于传感器轴线15侧向错开地在外表面区域6下方下沉地布置。

同样在外表面区域6下方，在壳体12中布置有基本上旋转对称的、穹顶状的导流体10。该导流体在外部径向地包围表面2并且在外边缘处邻接于该表面。导流体10用于引导从喷射喷嘴5流向表面2的并从表面2流出的流体流9。为此目的，导流体10的外表面这样倾斜或弯曲，即，该导流体的外表面定向成在外边缘7处与邻接的表面2基本上相切。

喷射喷嘴5的喷嘴口与导流体10的外表面尽可能接近地、特别是表面齐平地构造，而喷射方向8相切于或者在该实施例中平行于该外表面构造。

由此，从喷射喷嘴5中射出的流体流9跟随导流体10的表面轮廓并且切向地在表面的外边缘处延伸/撞击到表面2上。由此得到的撞击角度16理想地等于0°或至少特别平坦地趋向于0°。

在示出的实施方案中，导流体10基本上构造为锥形的，其中，在本发明内，另外的对于流动有利的、例如球体的外部轮廓也是允许的。

除了喷射喷嘴5之外，清洁设备1也包括吹气喷嘴23，该吹气喷嘴同样固定不动地布置在外表面区域6下方。吹气喷嘴23用于朝向表面2的方向吹出空气流24(见图4)并且该吹气喷嘴具有吹走附着的水滴的功能，然而也将水沫或雨滴从表面2上移除，不必为此操纵喷射喷嘴5且在此不必消耗清洁流体4。

吹气喷嘴23在所示出的实施方式中与导流体10的外表面间隔开地、接近于外表面区域6地定位。因此例如避免了吹气喷嘴23由于在流出的流体流9中的可能的污垢残留物而堵塞。

表面2在外部径向地被壳体12的前表面11包围。在外边缘7与前表面11之间然而留下了环形间隙17，该环形间隙沿着外边缘7延伸地邻接/围绕表面2。

在前表面11下方，在壳体12的内部集成有收集腔22。该收集腔用于收集清洁剂4，该清洁剂在清洁完表面2之后从该表面2在导流体10上排出。导流体10的外表面在此在所示出的实施例中形成收集腔22的其中一个边界。环形间隙17用作通向收集腔22的进入口。通过排出管接头28将所收集的液体从收集腔22中导出以实现更新的制备或经控制的废物处理。

图2

图2在俯视图中示出清洁设备1的一个实施方式。壳体12的前表面11为了实现更好的可显示性而未示出。整个清洁设备1和特别是导流体10基本上旋转对称地构造，由此能够实现在车辆中的和方向无关的安装。仅仅排出管接头28的位置为此必须被合理地调整或转动，以使得该排出管接头以对于收集腔的排空有利的倾斜角度定位。

所示出的实施方式具有两个喷射喷嘴5、5'和两个吹气喷嘴23、23'，所述喷嘴在围绕传感器轴线15的周向方向上彼此间隔开地定位。

为了使得通过相应的喷射喷嘴5、5'产生的流体流9、9'在清洁运行中不会彼此妨碍并且在此特别是不会降低收集效率，喷射喷嘴5、5'应该被交替操纵。吹气喷嘴23、23'相反地也可以同时运行，这是因为射出的空气不必被重新收集。

图3

图3示出根据图2的实施方式，然而包括前表面11。位于其下方的喷嘴仅以虚线表示。值得注意的特别是清洁设备1的在光学/视觉方面减少的(optisch reduziertr)和空气动力学优化的外部区域，在该外部区域上绝对不会存在干扰性的结构。仅摄像机透镜25和围绕该摄像机透镜的环形间隙17出现在另外的空的、平坦的前表面11上。

图4

图4示出根据图1的实施方式并且尤其用于说明清洁设备1的工作模式。

清洁流体4从这里未示出的供给装置中通过输入口在压力下被输送到喷射喷嘴5。接着从喷射喷嘴5中射出的流体流9沿着导流体10的外表面流向表面2，经过该表面并且随后再次沿着导流体10的外表面在其相对侧流到收集腔22中。

对于这种与表面接近地以及相对于该表面相切地取向的流体流9，物理效应即使在相对低的流体速度的情况下开始起作用，该物理效应通常已知为康达效应和伯努利效应。这种效应导致，流体流9被抽吸到拱起的表面上并且强制性地跟随拱形结构。清洁剂4在一定程度上附着在表面上。由此一方面实现了高的清洁效果，另一方面实现了相对于行驶迎面风的高的不敏感性。

流入的行驶迎面风26由此不能有效地在流体流9下方起作用并且无法这样显著地引开、吹散或吹开流体流(即，清洁效果可能被减弱)。整体的表面2保持被润湿。

图5

在图5中示出清洁设备1的另一个高度集成的实施方式。壳体12的前表面11与车身壳体齐平地取向。导流体10被设计为壳体12的集成的组成部分并且具有像穹顶一样拱起的外部轮廓。此外，导流体10附加地用作接纳和紧固传感器设备3的支架元件并且为此具有相应的接纳座29。

喷射喷嘴5作为输入口14的适配地形成的喷嘴口同样被一件式地集成到壳体12中。

图6

在图6中示例性地和高度简化地示出本发明在用于检测车辆周围环境的传感器系统13内的一个优选应用可能性。

分别包括一个清洁设备和传感器设备1&3；1'&3'；1”&3”；1”'&3”'的多个结构单元被安设在车辆的未被遮蔽的部位上，以便能实现在周向上180°的可见性/视野。

中央供给装置18借助于未示出的输送泵通过相应的供给线路19-19”'为清洁设备1-1”'供给清洁剂4。中央控制装置20借助于专用的控制线路21-21”'与相应的传感器设备3-3”'连接，由此为该传感器设备3-3”'供给电流，发射和接收电信号以实现进一步处理。

附图标记列表：

1 清洁设备

2 表面

3 传感器设备

4 清洁剂

5 喷射喷嘴

6 外表面区域

7 外边缘

8 喷射方向

9 流体流

10 导流体

11 前表面

12 壳体

13 传感器系统

14 输入口

15 传感器轴线

16 撞击角度

17 环形间隙

18 供给装置

19 供给线路

20 控制装置

21 控制线路

22 收集腔

23 吹气喷嘴

24 空气流

25 摄像机透镜

26 行驶迎面风

27 切线

28 排出管接头

29 接纳座

Claims (14)

1.一种用于清洁车辆的传感器设备(3)的表面(2)的清洁设备(1)，所述清洁设备包括用于射出流体状的清洁剂(4)的至少一个喷射喷嘴(5)，其中，所述表面(2)通过环绕的外边缘(7)界定，其特征在于，所述清洁设备(1)包括固定不动的导流体(10)，该导流体至少用于导出从所述表面(2)流走的流体流(9)，其中，所述导流体(10)至少在部分区段上邻接于所述表面(2)的外边缘(7)，特别是完全包围该外边缘，所述导流体(10)的外表面在所述外边缘(7)处定向成与邻接的所述表面(2)基本上相切。

2.根据权利要求1所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述导流体(10)同时用于引导从所述喷射喷嘴(5)流向所述表面(2)的流体流(9)。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述喷射喷嘴(5)相对于外表面区域(6)下沉地、固定不动地定位成，使得在所述外表面区域(6)下方实现所述清洁剂(4)的射出。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述导流体(10)基本上呈穹顶状地拱起或锥形地形成。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述外边缘(7)与周围的外表面区域(6)基本上表面齐平地定向，所述导流体(10)布置在所述外表面区域(6)下方。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述清洁设备(1)包括具有前表面(11)的壳体(12)，该前表面与周围的外表面区域(6)表面齐平地构造，其中，所述表面(2)至少局部地被所述前表面(11)包围，其中，在所述外边缘(7)与所述前表面(11)之间存在有环形间隙(17)，该环形间隙至少在部分区段上沿着外边缘(7)延伸地围绕所述表面(2)。

7.根据权利要求6所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述壳体(12)在所述前表面(11)下方具有用于收集清洁剂(4)的收集腔(22)，其中，通过环形间隙(17)形成所述收集腔(22)的进入口。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述清洁设备(1)包括至少一个吹气喷嘴(23)，该吹气喷嘴用于朝向所述表面(2)的方向吹出空气流(24)，所述吹气喷嘴固定不动地布置在所述外表面区域(6)下方。

9.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，在所述外表面区域(6)下方，至少两个喷射喷嘴(5、5')在围绕传感器轴线(15)的周向方向上彼此间隔开地、固定不动地布置。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述传感器设备(3)是数字摄像机，所述表面(2)是摄像机透镜(25)的外表面。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的清洁设备(1)，其特征在于，所述清洁设备(1)和所述传感器设备(3)一起被组合在共同的壳体(12)中以形成共同的结构单元。

12.一种根据权利要求11所述的结构单元。

13.一种用于检测车辆周围环境的传感器系统(13)，所述传感器系统包括至少一个根据权利要求1至11中至少一项所述的清洁设备(1)和/或至少一个根据权利要求12所述的结构单元。

14.一种用于运行根据权利要求9至11中至少一项所述的清洁设备(1)的方法，其特征在于，所述喷射喷嘴(5、5')在清洁运行中被不同时地、特别是交替地启用。

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