CN118139766A - 基于所需清洁强度的改进的传感器清洁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了根据权利要求1所述的传感器清洁装置(4)。该传感器清洁装置(4)用于清洁在汽车应用中使用的传感器(2)(具体为光学相机或激光雷达)的外部传感器表面(3)，包括：‑至少一个擦拭器元件(5)，和‑擦拭器装备(6)，该擦拭器装备支承该至少一个擦拭器元件(5)，并且该擦拭器装备是能够移动的，以使得该至少一个擦拭器元件(5)移动跨过该外部传感器表面(3)。该传感器清洁装置(4)的特征在于，‑该传感器清洁装置(4)是能够调节的，以基于清洁该外部传感器表面(3)所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面(3)的清洁强度。本发明还公开了根据权利要求18所述的传感器单元(1)。该传感器单元(1)包括在汽车应用中使用的具有外部传感器表面(3)的传感器(2)(具体为光学相机或激光雷达)和根据权利要求1至17中任一项所述的传感器清洁装置(4)。

Description

基于所需清洁强度的改进的传感器清洁

技术领域

本发明涉及一种传感器清洁装置，用于清洁在汽车应用中使用的传感器(具体为光学相机或激光雷达)的外部传感器表面，包括：

-至少一个擦拭器元件，和

-擦拭器装备，该擦拭器装备支承该至少一个擦拭器元件，并且该擦拭器装备是能够移动的，以使得该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面。

本发明还涉及一种传感器单元，该传感器单元包括在汽车应用中使用的传感器(具体为光学相机或激光雷达)和上述传感器清洁装置。

背景技术

在当前的车辆中，提供了越来越多的传感器来监测车辆周围的环境。此类传感器具体包括光学相机(包括立体相机)、激光雷达以及类似雷达传感器和超声传感器的其他传感器。

基于对环境的认知，可以识别车辆(即主体车辆)以及其他交通参与者的可能的危险情况，并且可以生成相应的警告，或者可以开始采取对策，例如制动该主体车辆或者采取转向动作以避免与该主体车辆前方的物体碰撞。这在实现驾驶辅助系统(其例如被称为ADAS(高级驾驶辅助系统)或自主驾驶功能)时尤其重要。

在所有情况下，需要传感器连续且正确地操作以提供可靠的传感器信息。这可能需要干净的外部传感器表面。外部传感器表面是指作为传感器与环境相互作用以收集传感器信息的界面的表面。然而，特别是当涉及汽车应用时，传感器频繁暴露于包括雨雪的环境条件下，这可能是导致水滴残留在外部传感器表面上的原因。此外，固体颗粒可能沉积在外部传感器表面上，例如灰尘颗粒、泥浆、飞溅物、煤尘等。因此，外部传感器表面的清洁已经成为重要的问题。

在汽车应用中，例如已知使用擦拭器来清洁相应车辆的挡风玻璃或前灯以去除诸如雨、雪、灰尘等杂物，改善驾驶员的视野或车辆环境的照明，从而确保安全驾驶。此类擦拭器包括擦拭器马达、擦拭器传动连接杆、擦拭器臂和擦拭器刮片。

在这种情况下，US2019 0361227A1公开了激光雷达传感器，该激光雷达传感器包括壳体、安装在该壳体上的窗口盖、安装在该壳体中的马达、由该马达旋转的旋转轴、连接到该旋转轴并且沿着该窗口盖的表面旋转的引导件以及安装在该引导件上以便面对该窗口盖、与该窗口盖接触并且利用该引导件的旋转清洗该窗口盖的表面的刷。该引导件可包括：第一引导部，该第一引导部连接到该旋转轴；第二引导部，该第二引导部可旋转地连接到该壳体；和第三引导部，该第三引导部连接到该第一和第二引导部，形成为U形以便面对该窗口盖并且具有安装在其上的刷。

高效的清洁需要将相应的擦拭器推向待清洁的表面。清洁效率通常通过抵靠该待清洁表面推动该擦拭器元件的强度来改进。然而，增大强度会增大该擦拭器刮片在该待清洁表面处的摩擦，这会导致该擦拭器刮片的磨损增加、擦拭噪音增大以及需要更强的擦拭器马达来克服摩擦力以移动该擦拭器元件。磨损会随着时间降低该擦拭器的清洁效率。通过降低将该擦拭器推向该待清洁表面的强度来减少磨损通常会降低清洁效率。因此，需要在不同的优点和缺点之间进行权衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传感器清洁装置和一种包括传感器和传感器清洁装置的传感器单元，其克服了现有技术的至少部分问题，并且使得能够高效并且持久地清洁该外部传感器表面。

该目的通过本权利要求1所述的传感器清洁装置实现。

该传感器清洁装置的有利实施方案在从属权利要求2至17中给出。

具体地，该目的通过一种传感器清洁装置实现，该传感器清洁装置用于清洁在汽车应用中使用的传感器(具体为光学相机或激光雷达)的外部传感器表面，包括：

-至少一个擦拭器元件，和

-擦拭器装备，该擦拭器装备支承该至少一个擦拭器元件，并且该擦拭器装备是能够移动的，以使得该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面。

本发明传感器清洁装置的特征在于，该传感器清洁装置是能够调节的，以基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度。

根据本发明的传感器清洁装置使得能够基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调整清洁该外部传感器表面的清洁强度。因此，该清洁强度可以被选择为尽可能低的清洁强度以充分地清洁该外部传感器表面并且克服传统清洁装置的至少部分问题，这些问题可包括该至少一个擦拭器元件的磨损、当将该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面时的擦拭声音。然而，当需要并由清洁该外部传感器表面所需清洁强度指示时，可以根据需要增大清洁强度，以便增大的清洁强度的缺点仅适用于有限时间。因此，可以提高该传感器清洁装置的整体性能。此外，减少的磨损使得能够延长清洁该外部传感器表面的高清洁强度的持续时间。要注意的是，磨损会导致该至少一个擦拭器元件的损坏，使得该至少一个擦拭器元件表现出较差的性能。可以减少在不同的优点和缺点之间进行权衡的需要。

所需的清洁强度提供用于控制该传感器清洁装置的控制信息。所需的清洁强度可由该传感器清洁装置的控制单元基于提供给该传感器清洁装置的信息来确定。该控制单元控制该传感器清洁装置的部件，具体为该擦拭器装备。

另选地，远离该传感器清洁装置计算所需的清洁强度并且所需的清洁强度可以被提供给该传感器清洁装置的控制单元以执行对该传感器清洁装置的部件(具体为该擦拭器装备)的控制。该控制单元可以位于远离该传感器装备的位置。

进一步另选地，该传感器清洁装置不包括控制单元，并且接收控制命令或者甚至模拟控制电压以调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度。该控制命令或模拟控制电压是基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度，并且由该传感器清洁装置的相应部件直接接收以调节该清洁强度。

该传感器清洁装置可用于清洁任何种类的传感器的外部传感器表面。由于通常暴露放置以及不同类型传感器的工作原理，该传感器清洁装置最有利于与基于光的光学相机或激光雷达(光检测和测距)一起使用。在汽车应用中使用是颗粒和液滴沉积在该外部传感器表面上的典型原因。

外部传感器表面是指作为传感器与环境相互作用以收集传感器信息的界面的表面。特别是当涉及汽车应用时，传感器频繁暴露于包括雨雪的环境条件下，这可能是导致颗粒和液滴沉积在该外部传感器表面上并且降低该传感器的性能的原因。每个传感器均可具有单独的外部传感器表面。然而，由于在现有技术车辆中使用的传感器数量的增加，多个传感器可以设有单个外部传感器表面，使得该外部传感器表面的清洁可以提高位于该外部传感器表面后面的多个传感器的性能。

该外部传感器表面具有覆盖相应传感器或者甚至多个传感器的视场的尺寸。通常，该外部传感器表面的尺寸足够大以允许在不使用时定位该至少一个擦拭器元件和/或该擦拭器装备的一些余量。类似地，可以利用足够大的外部传感器表面来避免干扰该擦拭器装备。

该至少一个擦拭器元件与该外部传感器表面接触以从该外部传感器表面移除颗粒、液滴、杂质或其它种类的污垢。

该擦拭器装备提供对该擦拭器元件的支承。该擦拭器装备是能够移动的，以使得该擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面。该擦拭器装备使得该擦拭器元件能够相对该外部传感器表面进行相对移动。多个擦拭器元件可单独或一起移动。该传感器清洁装置，具体为该擦拭器装备，可以为该传感器提供支承以形成该传感器单元。在另一实施方案中，该传感器清洁装置和该传感器单独安装在车辆上。在设置多个擦拭器元件的情况下，该擦拭器元件优选地布置成彼此接近，使得它们可由该擦拭器装备共同地移动。因此，该多个擦拭器元件使得仅通过由该擦拭器装备执行的单次擦拭移动就能够实现该外部传感器表面的多次清洁。

该传感器清洁装置基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来执行对其清洁强度的调节。不同种类的调节是有可能的，如下面详细描述。可以单独或组合地执行不同种类的调节。

在该传感器的操作期间，该传感器清洁可能干扰该传感器的连续操作，并且优选地被执行以最小化清洁该外部传感器表面所需的持续时间。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置包括由该擦拭器装备支承的多个擦拭器元件，其中该多个擦拭器元件相对于彼此偏置以对该外部传感器表面施加不同的接触压力。该多个擦拭器元件使得能够仅通过由该擦拭器装备执行的单次擦拭操作来多次清洁该外部传感器表面，由此该不同的擦拭器元件由于不同的接触压力而施用不同的清洁强度。因此，可以同时获得不同接触压力的优点。此外，由于该擦拭器元件受到不同的磨损，因此可以实现高清洁效率的延长持续时间。因此，当施加较高接触压力的擦拭器元件例如由于磨损而不再提供足够高的清洁性能时，其它擦拭器元件还未经受相同程度的磨损，并且应该能够高效地清洁该外部传感器表面。优选地，该多个擦拭器元件的接触压力可由该擦拭器装备共同地调节，使得在第一或多个擦拭器元件失效之后，剩余的擦拭器元件也可维持与该第一或多个擦拭器元件失效之前的清洁效率类似的期望清洁效率。该偏置可以以不同的方式实现，例如通过设置多个擦拭器元件，这些擦拭器元件由该擦拭器装备支承在距该外部传感器表面相同的距离处，但是具有不同的刚度，并且由此对该外部传感器表面施加不同的接触压力。实现该偏置的另一种方式包括设置多个擦拭器元件，这些擦拭器元件由该擦拭器装备支承在距该外部传感器表面不同的距离处并且具有相同的刚度，并且由此对该外部传感器表面施加不同的接触压力。此外，可以应用上述构造的组合来实现该偏置。在擦拭器刮片的情况下，该擦拭器刮片可以具有相同或不同的构造。在擦拭器刷的情况下，该擦拭器刷可以具有不同数量的刷毛和/或不同的刷毛布置和/或刷毛具有不同的构造，例如刷毛具有不同的长度、刚度、直径等。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置包括定位构件，该定位构件用于基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度相对于该外部传感器表面定位该至少一个擦拭器元件。因此，可以改变该外部传感器表面与该至少一个擦拭器元件之间的距离，以便改变该清洁强度。该定位构件因此使得该至少一个擦拭器元件能够在垂直于该外部传感器表面的z轴方向上移动。通常，该至少一个擦拭器元件与该外部传感器表面永久接触，并且可以使用该定位构件调节该至少一个擦拭器元件对该外部传感器表面的接触压力。例如在擦拭器刮片作为擦拭器元件的情况下，这导致该擦拭器刮片在该外部传感器表面处的不同变形。具体地，该擦拭器装备可包括该定位构件。另选地，该定位构件可以被设置成使得该擦拭器装备完全移动，以便相对于该外部传感器表面定位该至少一个擦拭器元件。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置包括多个擦拭器元件，并且

-该传感器清洁装置包括多个定位构件，该多个定位构件用于基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度相对于该外部传感器表面单独定位每个擦拭器元件，和/或

-该传感器清洁装置包括定位构件，该定位构件用于基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度相对于该外部传感器表面共同定位该擦拭器元件，并且该擦拭器装备包括调节构件，该调节构件用于基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度相对于该外部传感器表面以及相对于彼此调节该擦拭器元件的位置。

在这两种情况下，实现对该擦拭器元件中的每个擦拭器元件的接触压力的单独压力控制以精确地控制该清洁强度。通常，该多个擦拭器元件可以是相同类型的，例如为多个擦拭器刮片或多个擦拭器刷。在这种情况下，优选的是，相同类型的该多个擦拭器元件具有不同的特性，例如擦拭器刮片具有不同的弹性。在相同类型的该多个擦拭器元件具有类似特性的情况下，一个擦拭器元件可替代另一擦拭器元件，例如在其已经达到其寿命终点的情况下。然而，也可以设置具有相同或不同特性的不同类型的多个擦拭器元件。当组合不同的擦拭器元件时，单独的控制尤其合适，并且可以利用不同擦拭器元件中的每个擦拭器元件的不同特性。

根据优选实施方案，

-该传感器清洁装置被控制以经由该定位构件和/或该调节构件以相对于该外部传感器表面针对不同擦拭方向不同地定位该至少一个擦拭器元件，和/或

-该传感器清洁装置控制该定位构件和/或该调节构件相对于该外部传感器表面针对不同擦拭方向不同地定位该至少一个擦拭器元件，和/或

-该传感器清洁装置包括机械联接构件，该机械联接构件用于相对于该外部传感器表面针对不同擦拭方向不同地自动定位该至少一个擦拭器元件。

具体地，当使用擦拭器刮片作为擦拭器元件并且取决于该擦拭器刮片相对于该外部传感器表面的具体位置(z位置)时，该擦拭器刮片将弯曲或变形到一定程度。然而，这种弯曲或变形仅发生在该擦拭器刮片的一个横侧上，使得该擦拭器刮片在一个擦拭方向上被向后“拉动”而在另一擦拭方向上被推动。推动被证明为效率较低。因此，优选的是，基于用于该擦拭方向的擦拭器元件的相应位置以减小的接触压力来执行推动。当被去除的污垢自动地向下并且远离该至少一个擦拭器元件落下时，还可以选择该至少一个擦拭器元件的不同位置从而例如在垂直向下的方向上移动时施用增大清洁强度，而当将该至少一个擦拭器元件向垂直向上移动时情况则并非如此。该传感器清洁装置可包括电驱动单元，即电驱动马达，该电驱动单元可移动该定位构件和/或该调节构件以相对于该外部传感器表面针对不同擦拭方向不同地定位该至少一个擦拭器元件。

根据优选实施方案，该定位构件进一步适于使得该至少一个擦拭器元件在其用于清洁该外部传感器表面的操作位置与维护位置之间移动，在该维护位置中，该至少一个擦拭器元件被定位成远离该外部传感器表面。因此，该操作位置和该维护位置在垂直于该外部传感器表面的z方向上区分开来。该操作位置包括该至少一个擦拭器元件与该外部传感器表面接触的位置，使得该传感器表面可被清洁。在该维护位置中，该至少一个擦拭器元件不与该外部传感器表面接触。因此，该擦拭器装备的移动将不会导致该外部传感器表面的清洁操作。具体地，该维护位置允许更换该至少一个擦拭器元件。

根据优选实施方案，该擦拭器装备将该至少一个擦拭器元件能够移动地支承在、具体为在垂直于该外部传感器表面的方向上能够移动地支承在其操作位置中，并且该擦拭器装备包括偏置构件，具体为至少一个弹簧，该偏置构件朝向该操作位置偏置该至少一个擦拭器元件。该偏置构件可包括一个或多个弹簧元件或可弹性变形的元件。该至少一个擦拭器元件的可移动支承促进该至少一个擦拭器元件在该外部传感器表面上的移动，尤其是在大量污垢沉积于其上的情况下。因此，该偏置指的是在垂直于该外部传感器表面的z方向上的移动。

根据优选实施方案，该至少一个擦拭器元件被设置为擦拭器刮片和/或该至少一个擦拭器元件被设置为擦拭器刷。擦拭器刮片已被证明为高效地清洁例如液滴或湿润/潮湿污垢。擦拭器刷已被证明为高效地清洁例如灰尘。擦拭器刷通常较不易于磨损。相同或不同种类的多个擦拭器元件可以以任何合适的方式组合。相同类型的擦拭器元件可以具有不同的构造，例如具有不同长度、刚度或结构等的擦拭器刮片。单个擦拭器刮片可以具有一个或多个擦拭器唇部。类似地，擦拭器刷可以具有不同数量的刷毛和/或不同的刷毛布置和/或刷毛具有不同的构造，例如刷毛具有不同的长度、刚度、直径等。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置包括清洁液分配单元，该清洁液分配单元用于分配清洁液，以基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度。潮湿已被证明为有益于提高清洁效率，特别是当污垢牢固地粘附到该外部传感器表面时。因此，清洁液的分配可以促进污垢的去除。优选地，使用水作为清洁液。可以设置该清洁液分配单元的一个或多个清洁液出口。例如，该清洁液分配单元可设有其安装在该擦拭器装备和/或该至少一个擦拭器元件处的清洁液出口。该清洁液出口优选地安装在该至少一个擦拭器元件附近。该清洁液出口优选地设置为喷嘴，从而从该清洁液分配单元以增强的压力释放清洁液。进一步优选的是，该清洁液分配单元可以将清洁液直接分配到该外部传感器表面上。进一步优选的是，该清洁液分配单元被设置成在该至少一个擦拭器元件的移动方向上在该至少一个擦拭器元件前方分配清洁液。因此，在该至少一个擦拭器元件经过之前，该外部传感器表面已经是湿润的，从而可以实现对该外部传感器表面的高效湿式清洁。附加地或另选地，所分配的清洁液至少部分地被导向该至少一个擦拭器元件。因此，该清洁液可以清洁该至少一个擦拭器元件以避免污垢从该至少一个擦拭器元件沉积到该外部传感器表面。即使当该清洁液在朝向该至少一个擦拭器元件的方向上被分配时，该擦拭器元件也可以在其自身前方的移动方向上形成清洁液波，以在经过该外部传感器表面之前润湿该外部传感器表面，使得该外部传感器表面的高效湿式清洁可以与该至少一个擦拭器元件的清洁一起实现。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置包括空气排放单元，该空气排放单元用于排放压缩空气，以基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度。空气的排放可以从该外部传感器表面去除污垢颗粒并且额外地对该外部传感器表面进行干燥。该空气排放单元可设有一个或多个空气喷嘴。例如，该空气排放单元可设有其安装在该擦拭器装备和/或该至少一个擦拭器元件处的空气喷嘴。该一个或多个空气喷嘴优选地安装在该至少一个擦拭器元件附近。进一步优选的是，该空气排放单元直接朝向该外部传感器表面排放空气。进一步优选的是，该空气排放单元被设置成在该至少一个擦拭器元件的移动方向上在该至少一个擦拭器元件前方排放空气。因此，在该至少一个擦拭器元件经过之前，已经可以从该外部传感器表面去除污垢，从而可以实现对该外部传感器表面的高效清洁。附加地或另选地，该空气排放单元可将所排放的空气至少部分地朝向该至少一个擦拭器元件引导。因此，该压缩空气可以清洁该至少一个擦拭器元件以避免污垢从该至少一个擦拭器元件沉积到该外部传感器表面。

根据优选实施方案，该擦拭器装备适于执行轴向移动以使得该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面，具体为使得该至少一个擦拭器元件平行于该外部传感器表面的边界移动。该轴向移动是沿着直轴线的移动，这可以通过该擦拭器装备轻松实现。该轴向移动使得能够可靠并均匀地清洁整个外部传感器表面。此外，对于该至少一个擦拭器元件的所有区域，擦拭速度都是相同的。优选地，该至少一个擦拭器元件由该擦拭器装备保持在两个端部处，从而可以从该至少一个擦拭器元件对该外部传感器表面施加均匀的接触压力。例如，该擦拭器装备可以具有能够沿着该外部传感器表面的两个相对侧平行地移动的两个臂，从而实现该至少一个擦拭器元件的轴向移动。

根据优选实施方案，

-该擦拭器装备在水平方向上支承该至少一个擦拭器元件并且在垂直方向上使得该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面，或者

-该擦拭器装备在垂直方向上支承该至少一个擦拭器元件并且在水平方向上使得该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面。

该水平和垂直位置是指当安装在车辆上时该擦拭器元件的方向。在该至少一个擦拭器元件在该垂直方向上被支承并且在该水平方向上移动的情况下，污垢不能例如处于该擦拭器元件上方并且将在重力的帮助下垂直向下掉落。这允许更快和更高效的清洁。在该至少一个擦拭器元件在该水平方向上被支承并且在该垂直方向上移动的情况下，重力可用于促进该至少一个擦拭器元件的向下移动。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置包括控制单元，该控制单元基于以下至少一个参数来确定用于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度：

-位于该外部传感器表面处的污垢的数量或水平，

-位于该外部传感器表面处的污垢的类型，

-在该外部传感器表面处的污垢的位置，

-该污垢保留在该外部传感器表面处的持续时间，

-环境温度，

-车辆速度，

-清洁液可用性，和/或

-先前清洁操作的数据。

该至少一个参数可由该传感器清洁装置的控制单元或独立的控制单元处理。所需的清洁强度可由控制单元仅基于上述参数中的一个参数或基于多个参数的组合来确定。污垢的数量、类型和位置可以基于例如相应的传感器的传感器信息来确定。例如，对于相机，不随时间变化的像素可以基于位于该外部传感器表面处的灰尘。另一种方法可以包括例如附加传感器，该附加传感器用于例如基于侧向引入到该外部传感器表面中的光来检测污垢。可以基于对污垢的连续监测来确定该污垢保留在该外部传感器表面处的持续时间。此外，可以设想在车辆起动时粘附到该外部传感器表面的污垢已经在那里保留很长时间。高环境温度可以对该污垢进行干燥，使得该污垢将粘附到该外部传感器表面。车辆速度可能意味着该污垢的不同冲击速度，导致该污垢更牢固地粘附到该外部传感器表面或者不粘附到该外部传感器表面。在液滴位于该外部传感器表面处的情况下，这可以表明在车辆处于高速时不需要擦拭，因为风将会冲走该液滴。该清洁液可用性可以帮助规划该外部传感器表面的清洁，例如通过在低可用性的情况下减少清洁液的使用。该先前清洁操作的数据可以表明例如在先前的清洁操作(即擦拭)没有成功地去除污垢时所要求的清洁强度是否必须(进一步)增大。因此，除了擦拭该至少一个擦拭器元件之外，还可以额外地分配清洁液。还可以相对于该外部传感器表面定位该至少一个擦拭器元件以施加增大的接触压力。可以多次增大该接触压力。

该控制单元确定所需的清洁强度并执行对该传感器清洁装置的部件(特别是该擦拭器装备)的控制，以调节其清洁强度。另选地，该控制单元接收信息并且处理该信息以确定上述参数。该信息可以包括该传感器或任何其他传感器(例如用于检测在该外部传感器表面处的污垢的传感器)的任何种类的传感器信息。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置是能够调节的，以基于污垢在该外部传感器表面处的位置、基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度。当该外部传感器表面上的污垢的位置已知时，可以针对该具体位置局部地增大清洁强度。例如，可以例如通过刚好在该至少一个擦拭器元件到达该污垢的位置之前操作该液体分配装置来将清洁液分配在该污垢的位置处。另选地或附加地，当该至少一个擦拭器元件到达该污垢的位置时，可以增大该至少一个擦拭器元件的接触压力。

根据优选实施方案，

-该擦拭器装备包括齿轮驱动机构，该齿轮驱动机构用于使得该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面，和/或

-该擦拭器装备包括导轨和滑动元件，该导轨和滑动元件用于使得该至少一个擦拭器元件移动跨过该外部传感器表面。

优选地，该齿轮驱动机构和/或该导轨和滑动元件与该定位构件一体设置，用于基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度相对于该外部传感器表面定位该至少一个擦拭器元件。优选地，在任一情况下均设置了用于驱动该至少一个擦拭器元件的电动马达。

根据优选实施方案，

-该传感器清洁装置是能够调节的，以通过调节擦拭频率基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度，和/或

-该传感器清洁装置是能够调节的，以通过调节擦拭速度基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度，和/或

-该传感器清洁装置是能够调节的，以通过调节擦拭间隔长度基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度。

对该擦拭频率、擦拭速度和/或擦拭间隔长度的调节指的是调节或另外的清洁参数，这可以提高清洁效率。可基于所需的清洁强度单独地或组合地调节这些清洁参数。

根据优选实施方案，该传感器清洁装置包括多个擦拭器元件，并且

-该传感器清洁装置是能够调节的，以通过在清洁位置和缩回位置之间单独地或成组地移动该多个擦拭器元件来基于清洁该外部传感器表面所需的清洁强度来调节其清洁该外部传感器表面的清洁强度，在该清洁位置中，该相应擦拭器元件能够移动跨过该外部传感器表面，在该缩回位置中，该相应擦拭器元件不与该外部传感器表面接触。

该清洁位置对应于上述操作位置。该擦拭器元件在该清洁位置和该缩回位置之间的移动使得能够根据所需的清洁强度单独地或以任何组合地独立使用该擦拭器元件中的每个擦拭器元件。因此，所需的清洁强度可以通过适当选择用于擦拭该外部传感器表面的擦拭器元件来实现。这进一步提高了该传感器清洁装置的清洁效率并降低了弄脏的风险。

该目的还通过本权利要求18的传感器单元来实现。

具体地，该目的通过一种传感器单元实现，该传感器单元包括在汽车应用中使用的具有外部传感器表面的传感器(具体为光学相机或激光雷达)和上述传感器清洁装置。

该传感器单元由该传感器和上述传感器清洁装置的组合形成。该传感器单元可设置为整体装置，其可以在单个安装步骤中安装到车辆上。

关于该传感器单元所描述的特征、详细实施方案和优点可直接应用于该传感器清洁装置，反之亦然。

附图说明

结合以下描述的实施方案，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得到阐明。在实施方案中公开的个体特征可以单独地或组合地构成本发明的方面。不同实施方案的特征可以从一个实施方案延续到另一实施方案。

在附图中：

图1：示出了根据第一优选实施方案的具有传感器和传感器清洁装置的传感器单元的示意图；

图2：示出了根据第二优选实施方案的具有传感器和传感器清洁装置的传感器单元的示意图；

图3：示出了根据第三优选实施方案的具有传感器和传感器清洁装置的传感器单元的示意图；

图4：示出了根据第四优选实施方案的具有传感器和传感器清洁装置的传感器单元的示意图；

图5：示出了传感器清洁装置的总体清洁效率的示图，该总体清洁效率取决于沉积在传感器的外部传感器表面上的污垢的种类和被指示为擦拭器干扰的接触压力；并且

图6：示出了传感器清洁装置的总体清洁效率的示图，该总体清洁效率取决于分配到传感器的外部传感器表面上的清洁液的数量和被指示为擦拭器干扰的接触压力。

具体实施方式

在以下实施方案的描述中，相同的特征或部件由相同的附图标记表示。关于这些附图中的一个附图对部件的描述也适用于其它附图，以避免对其的重复描述。此外，关于一个实施方案描述的个体特征还可在其他实施方案中单独使用。类似地，关于方法描述的特征可以应用于相应的设备，反之亦然。

图1示出了根据第一优选实施方案的传感器单元1。

传感器单元1包括在汽车应用中使用的具有外部传感器表面3的传感器2(具体为光学相机或激光雷达)。

传感器单元1还包括传感器清洁装置4。如图1中可以看到的，传感器清洁装置4包括擦拭器元件5和支承擦拭器元件5的擦拭器装备6根据第一实施方案，传感器清洁装置4包括作为擦拭器元件5的擦拭器刮片。

擦拭器装备6是能够移动的，以使得擦拭器元件5移动跨过传感器2的外部传感器表面3。在该移动期间，擦拭器元件5与外部传感器表面3接触，并且当被擦拭器装备6移动时清洁外部传感器表面3。

外部传感器表面3是指作为传感器2与环境相互作用以收集传感器信息的界面的表面。在该实施方案中，外部传感器表面3是传感器2的组成部分。在另选的实施方案中，多个传感器2设有单个外部传感器表面3。外部传感器表面3具有比在外部传感器表面3的位置处的传感器2的视场更大的尺寸。外部传感器表面3的尺寸足够大以允许在不使用时定位至少一个擦拭器元件5和擦拭器装备6的一些余量，而不阻挡视场。

为了移动擦拭器刮片5，擦拭器装备6包括两条导轨7和两个滑动元件8。导轨7在y方向上沿着传感器2的两个横侧延伸，如图1中所指示的。滑动元件8能够在导轨7上沿y方向移动。因此，擦拭器装备6自身执行轴向移动以使得擦拭器元件5移动跨过外部传感器表面3并且平行于外部传感器表面3的横向边界移动。

如图1中可以进一步看到的，擦拭器装备6包括两个轴9，其中一个轴从每个滑动元件8沿z方向向上延伸，如图1中所指示的。擦拭器元件5被保持在轴9的上端部节段之间，使得擦拭器元件5在x方向上延伸，如图1中所指示的。虽然在图1中不可见，但擦拭器装备6将擦拭器元件5能够移动地支承在其操作位置中，这在图1中可见，其中擦拭器元件5与外部传感器表面3接触。详细地说，擦拭器元件5可在垂直于外部传感器表面3的方向上移动，该方向为图1中所指示的z方向。另外，擦拭器装备6包括偏置构件，该偏置构件朝向该操作位置抵靠外部传感器表面3偏置擦拭器元件5。该偏置构件包括弹簧元件以朝向压擦拭器元件5的操作位置偏置该擦拭器元件。

传感器清洁装置4进一步包括定位构件10，该定位构件用于相对于外部传感器表面3定位擦拭器元件5。定位构件10是擦拭器装备6的一部分并且安装在滑动元件8的顶部上。定位构件10执行轴9在z方向上的移动，以便使得擦拭器元件5也在z方向上相对于外部传感器表面3移位。因此，可以调节擦拭器元件5对外部传感器表面3的接触压力。定位构件10实现了一种调节，该调节优于擦拭器元件5朝向其操作位置的偏置。

对擦拭器元件5的位置的调节调节了传感器清洁装置4的清洁强度。该调节是基于用于清洁外部传感器表面3所需的清洁强度。

在该实施方案中，基于以下的一个或多个参数来执行对清洁强度的调节：

-位于该外部传感器表面处的污垢11的数量或水平，

-位于外部传感器表面3处的污垢的类型，

-在外部传感器表面3处的污垢的位置，

-污垢11保留在外部传感器表面3处的持续时间，

-环境温度，

-车辆速度，

-清洁液可用性，和/或

-先前清洁操作的数据。

这些参数被处理以确定所需的清洁强度，该清洁强度然后被用作确定擦拭器元件5相对于外部传感器表面3的优化位置的基础。因此，在该实施方案中，没有考虑该清洁液可用性参数。所确定的位置通过定位构件10施用到擦拭器元件5上。根据第一实施方案，远离传感器清洁装置4确定所需的清洁强度或者所需的清洁强度由传感器清洁装置4的控制单元确定。在图3中以示例方式描绘了污垢11，其同样适用于第一实施方案的传感器单元1。

此外，基于在外部传感器表面3处的污垢11的位置，该控制单元针对擦拭器元件5沿着其移动方向(即，y方向)的每个位置确定用于清洁外部传感器表面3所需的单独清洁强度。因此，当擦拭器元件5到达污垢11的位置时擦拭器元件5对外部传感器表面3的接触压力增大，否则减小，同时擦拭器元件5正由擦拭器装备6在外部传感器表面3上移动。

定位构件10进一步适于使得擦拭器元件5在其用于清洁外部传感器表面3的操作位置与维护位置之间移动，在该维护位置中，擦拭器元件5被定位成远离外部传感器表面3。当擦拭器元件5不是正由擦拭器装备6在外部传感器表面3上移动时，优选地执行该移动。因此，该操作位置和该维护位置在垂直于外部传感器表面3的z方向上区分开来，如图1中所指示的。该操作位置包括擦拭器元件5与外部传感器表面3接触的位置，使得传感器表面3可被清洁。在该维护位置中，擦拭器元件5不与外部传感器表面3接触。该维护位置允许更换擦拭器元件5。

图2示出了根据第二实施方案的传感器单元1。第二实施方案的传感器单元1与上述第一实施方案的传感器单元1相同。因此，第二实施方案的传感器单元1的描述集中于第一和第二实施方案的传感器单元1之间的差异。

第二实施方案的传感器单元1包括具有外部传感器表面3的传感器2和传感器清洁装置4。如图2中可以看到的，传感器清洁装置4包括两个擦拭器元件5，其通常由单个擦拭器装备6支承。如图2所指示的，传感器清洁装置4包括作为擦拭器元件5的一个擦拭器刮片和一个擦拭器刷。

作为与第一实施方案的传感器清洁装置4相比的进一步区别，第二实施方案的传感器清洁装置4包括齿轮驱动机构12，该齿轮驱动机构用于使得擦拭器元件5移动跨过外部传感器表面3。根据第二实施方案，齿轮驱动机构12与定位构件10一体地设置，该定位构件用于基于清洁外部传感器表面3所需的清洁强度来相对于外部传感器表面3定位擦拭器元件5。

在具有这两个擦拭器元件5的情况下，定位构件10一起调节这两个擦拭器元件5的位置。

图3示出了根据第三实施方案的传感器单元1。第三实施方案的传感器单元1与上述第一实施方案的传感器单元1相同。因此，第三实施方案的传感器单元1的描述集中于第一和第三实施方案的传感器单元1之间的差异。

此外，第三实施方案的传感器单元1包括在汽车应用中使用的具有外部传感器表面3的传感器2(具体为光学相机或激光雷达)。

传感器单元1还包括传感器清洁装置4。如图1中可以看到的，传感器清洁装置4包括擦拭器元件5和支承擦拭器元件5的擦拭器装备6根据第一实施方案，传感器清洁装置4包括作为擦拭器元件5的擦拭器刮片。尽管在图3中未详细示出，第三实施方案的传感器清洁装置4的结构和功能与第一实施方案的传感器清洁装置4的结构和功能基本相同。

第三实施方案的传感器单元1在图3中示出为当安装在车辆上时处于其垂直安装位置，其中外部传感器表面3垂直延伸。因此，擦拭器元件5在水平方向(根据第三实施方案，其为x方向)上延伸，并且擦拭器元件5在垂直方向(即，y方向)上移动跨过外部传感器表面3。

如图3中可以进一步看到的，传感器清洁装置4包括清洁液分配单元13，该清洁液分配单元用于分配清洁液，以基于清洁外部传感器表面3所需的清洁强度来调节其清洁外部传感器表面3的清洁强度。在该实施方案中，使用水作为清洁液。设置了清洁液分配单元13的多个清洁液出口，其在图3中不可见。详细地说，清洁液分配单元13平行于擦拭器元件5安装，并且被附接到擦拭器元件5或用于安装擦拭器元件5的擦拭器装备6的安装结构。

该清洁液出口设置为喷嘴，从而从清洁液分配单元13以增强的压力释放清洁液。该喷嘴安装在擦拭器元件5附近，并且沿擦拭器元件5的移动方向在擦拭器元件5前方将清洁液直接分配到外部传感器表面3上。另外，部分喷嘴将所分配的清洁液引导向擦拭器元件5以清洁擦拭器元件5。

图4示出了根据第四实施方案的传感器单元1。第四实施方案的传感器单元1与上述第三实施方案的传感器单元1几乎相同。因此，第四实施方案的传感器单元1的描述集中于第四和第三实施方案的传感器单元1之间的差异。

第三和第四实施方案的传感器单元1之间的主要区别在于，第四实施方案的传感器单元1包括用于排放压缩空气的空气排放单元14来代替第三实施方案的清洁液分配单元13，该空气排放单元用于基于清洁外部传感器表面3所需的清洁强度来调节其清洁外部传感器表面3的清洁强度。空气排放单元14设有多个空气喷嘴，这些空气喷嘴在图4中不可见。

空气排放单元14在擦拭器元件5的移动方向上在擦拭器元件5的前方经由其部分空气喷嘴将空气直接朝向外部传感器表面3排放。另外，空气排放单元14经由其部分空气喷嘴部分地朝向擦拭器元件5排放空气。

图5指示了基于清洁外部传感器表面3所需的清洁强度来调整清洁外部传感器表面3的清洁强度的部分效果。图5的示图示出了清洁效率，在图5中针对擦拭器元件5对外部传感器表面3的不同接触压力被称为“清洁％”。不同的接触压力由擦拭器元件5的不同定位产生，这在图5中作为“擦拭器干扰”以毫米指示，也就是说擦拭器元件被调节到4毫米。该示图包含用于比较传感器清洁装置对湿污垢11和干污垢11的清洁效率的两条曲线。第三曲线指示擦拭器元件5在外部传感器表面3处的摩擦，其在图5中被称为“移动难度”。

如图5中可以看到的，清洁效率和摩擦随着接触压力的增强而升高。此外，对于干、湿污垢11，清洁效率不同。当以最高的接触压力清洁湿污垢11时实现了最高效率。基于图5，清洁外部传感器表面3的清洁强度可以基于清洁外部传感器表面3所需的清洁强度而增大/减小，例如通过增大/减小与定位构件10的接触压力和/或通过分配/不分配清洁液来润湿污垢11。分配清洁液有利于去除污垢11，其会转化为湿污垢11。

图6指示了基于清洁外部传感器表面3所需的清洁强度来调整清洁外部传感器表面3的清洁强度的部分进一步效果。图6的示图示出了清洁效率，在图6中针对擦拭器元件5对外部传感器表面3的不同接触压力被称为“清洁％”。不同的接触压力由擦拭器元件5的不同定位产生，这在图6中作为“擦拭器干扰”以毫米指示。该示图包含三列，其指示针对每个不同的“擦拭器干扰”分配到外部传感器表面3上的清洁液的不同数量。

如图6中可以看到的，对于朝向外部传感器表面3分配的较大量的清洁液，清洁效率通常较高。然而，当分配清洁液时，接触压力的增强并不总会提高清洁效率。

附图标记列表

1 传感器单元

2 传感器

3 外部传感器表面

4 传感器清洁装置

5 擦拭器元件

6 擦拭器装备

7 导轨

8 滑动元件

9 轴

10 定位构件

11 污垢

12 齿轮驱动机构

13 清洁液分配单元

14空气排放单元

Claims (18)

1.一种传感器清洁装置(4)，所述传感器清洁装置用于清洁在汽车应用中使用的传感器(2)的外部传感器表面(3)，所述传感器特别是光学相机或激光雷达，所述传感器清洁装置包括：

-至少一个擦拭器元件(5)，以及

-擦拭器装备(6)，所述擦拭器装备支承所述至少一个擦拭器元件(5)，并且所述擦拭器装备是能够移动的，以使得所述至少一个擦拭器元件(5)移动跨过所述外部传感器表面(3)，

其中，所述传感器清洁装置(4)的特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)是能够调节的，以基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度。

2.根据权利要求1所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)包括由所述擦拭器装备(6)支承的多个擦拭器元件(5)，其中，所述多个擦拭器元件(5)相对于彼此偏置，以对所述外部传感器表面(3)施加不同的接触压力。

3.根据权利要求1或2所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，-所述传感器清洁装置(4)包括定位构件(10)，所述定位构件用于基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，相对于所述外部传感器表面(3)定位所述至少一个擦拭器元件(5)。

4.根据权利要求3所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

所述传感器清洁装置(4)包括多个擦拭器元件(5)，以及

-所述传感器清洁装置(4)包括多个定位构件(10)，所述多个定位构件用于基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，相对于所述外部传感器表面(3)单独定位每个擦拭器元件(5)，和/或

-所述传感器清洁装置(4)包括定位构件(10)，所述定位构件用于基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，相对于所述外部传感器表面(3)共同定位所述擦拭器元件(5)，并且所述擦拭器装备(6)包括调节构件，所述调节构件用于基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，相对于所述外部传感器表面(3)以及相对于彼此调节所述擦拭器元件(5)的位置。

5.根据权利要求3或4所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)被控制以经由所述定位构件(10)和/或所述调节构件相对于所述外部传感器表面(3)针对不同擦拭方向不同地定位所述至少一个擦拭器元件(5)，和/或

-所述传感器清洁装置(4)控制所述定位构件(10)和/或所述调节构件，以相对于所述外部传感器表面(3)针对不同擦拭方向不同地定位所述至少一个擦拭器元件(5)，和/或

-所述传感器清洁装置(4)包括机械联接构件，所述机械联接构件用于相对于所述外部传感器表面(3)针对不同擦拭方向不同地自动定位所述至少一个擦拭器元件(5)。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述定位构件(10)进一步适于使得所述至少一个擦拭器元件(5)在其用于清洁所述外部传感器表面(3)的操作位置与维护位置之间移动，在所述维护位置中，所述至少一个擦拭器元件(5)被定位成远离所述外部传感器表面(3)。

7.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述擦拭器装备(6)将所述至少一个擦拭器元件(5)能够移动地支承在其操作位置中，特别地将所述至少一个擦拭器元件在垂直于所述外部传感器表面(3)的方向上能够移动地支承在其操作位置中，以及

-所述擦拭器装备(6)包括偏置构件，所述偏置构件朝向所述操作位置偏置所述至少一个擦拭器元件(5)，所述偏置构件特别是至少一个弹簧。

8.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述至少一个擦拭器元件(5)被设置为擦拭器刮片，和/或

-所述至少一个擦拭器元件(5)被设置为擦拭器刷。

9.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)包括清洁液分配单元(13)，所述清洁液分配单元用于分配清洁液，以基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度。

10.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)包括空气排放单元(14)，所述空气排放单元用于排放压缩空气，以基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度。

11.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述擦拭器装备(6)适于执行轴向移动，以使得所述至少一个擦拭器元件(5)移动跨过所述外部传感器表面(3)，特别地使得所述至少一个擦拭器元件(5)平行于所述外部传感器表面(3)的边界移动。

12.根据前述权利要求11所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述擦拭器装备(6)在水平方向上支承所述至少一个擦拭器元件(5)，并且在垂直方向上使得所述至少一个擦拭器元件(5)移动跨过所述外部传感器表面(3)，或

-所述擦拭器装备(6)在垂直方向上支承所述至少一个擦拭器元件(5)，并且在水平方向上使得所述至少一个擦拭器元件(5)移动跨过所述外部传感器表面(3)。

13.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)包括控制单元，所述控制单元基于以下至少一个参数来确定用于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度：

-位于所述外部传感器表面(3)处的污垢(11)的数量或水平，

-位于所述外部传感器表面(3)处的污垢(11)的类型，

-在所述外部传感器表面(3)处的污垢(11)的位置，

-所述污垢(11)保留在所述外部传感器表面(3)处的持续时间，

-环境温度，

-车辆速度，

-清洁液可用性，和/或

-先前清洁操作的数据。

14.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)是能够调节的，以基于污垢(11)在所述外部传感器表面(3)处的位置、基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度。

15.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述擦拭器装备(6)包括齿轮驱动机构(12)，所述齿轮驱动机构用于使得所述至少一个擦拭器元件移动跨过所述外部传感器表面(3)，和/或

-所述擦拭器装备(6)包括导轨(7)和滑动元件(8)，所述导轨和所述滑动元件用于使得所述至少一个擦拭器元件(5)移动跨过所述外部传感器表面(3)。

16.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)是能够调节的，以通过调节擦拭频率基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度，和/或

-所述传感器清洁装置(4)是能够调节的，以通过调节擦拭速度基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度，和/或

-所述传感器清洁装置(4)是能够调节的，以通过调节擦拭间隔长度基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度。

17.根据任一前述权利要求所述的传感器清洁装置(4)，其特征在于，

-所述传感器清洁装置(4)包括多个擦拭器元件(5)，以及

-所述传感器清洁装置(4)是能够调节的，以通过在清洁位置和缩回位置之间单独地或成组地移动所述多个擦拭器元件(5)，基于清洁所述外部传感器表面(3)所需的清洁强度，来调节其清洁所述外部传感器表面(3)的清洁强度，在所述清洁位置中，一个或多个相应的擦拭器元件能够移动跨过所述外部传感器表面(3)，在所述缩回位置中，一个或多个相应的擦拭器元件不与所述外部传感器表面(3)接触。

18.一种传感器单元(1)，所述传感器单元包括在汽车应用中使用的具有外部传感器表面(3)的传感器(2)和根据权利要求1至17中任一项所述的传感器清洁装置(4)，所述传感器特别是光学相机或激光雷达。