DE102017126770A1

DE102017126770A1 - System und verfahren zum wischen einer kreisförmigen oberfläche

Info

Publication number: DE102017126770A1
Application number: DE102017126770.0A
Authority: DE
Inventors: Brian R. Wachter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: DE102017126770B4; US20180134259A1; US9969363B1; CN108067450A

Abstract

Ein Wischsystem ist zur Verwendung mit einem kreisförmigen Sensor mit einer kreisförmigen Linse offenbart. Das System kann einen Elektromotor mit einem Anker und ein Wischuntersystem zum Wischen der Linse in einer kreisförmigen Bewegung aufweisen. Das Wischsystem kann rotatorisch durch den Anker des Elektromotors angetrieben werden und so ausgerichtet sein, dass ein Sichtfeld des kreisförmigen Sensors nicht behindert wird. Der Motoranker kann mit einer Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer kreisförmigen Abtastgeschwindigkeit des Sensors gedreht werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Wischen einer kreisförmigen Oberfläche und insbesondere ein System und Verfahren, das in der Lage ist, eine kreisförmige Sensoroberfläche über einen vollen 360-Grad-Bewegungsweg zu wischen.
HINTERGRUND
Die hier bereitgestellte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Zusammenhangs der Offenbarung. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung ansonsten nicht als Stand der Technik gelten, gelten gegenüber der vorliegenden Offenbarung weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik.
Zurzeit gibt es ein wachsendes Interesse an der Entwicklung und der Verwendung von autonomen Fahrzeugen. Autonome Fahrzeuge verwenden typischerweise einen oder mehrere LIDAR-Sensoren (Lichterfassungs- und Entfernungssensoren), um während der Verwendung des Fahrzeugs eine Echtzeiterfassung von Objekten um den Umfang des Fahrzeugs herum zu ermöglichen. Typischerweise ist ein kreisförmiger LIDAR-Sensor auf einer Oberfläche des Fahrzeugs angeordnet und enthält ein Laserlicht-erzeugendes Untersystem, das Laserlichtimpulse über einen vorbestimmten Bogen, zum Beispiel 30-75 Grad, erzeugt und das über ein 360-Grad-Sichtfeld um den Umfang des Fahrzeugs herum abgetastet wird. Der LIDAR-Sensor verwendet typischerweise auch ein Gehäuse mit einer kreisförmigen Linse, durch die die Laserlichtimpulse emittiert und empfangen werden. Es ist wichtig, dass die kreisförmige Linse sauber gehalten wird, damit der LIDAR-Sensor in der beabsichtigten Weise funktioniert. Staub, Schmutz, Schlamm, Schneematsch, Graupel, Regenwasser und andere Verschmutzungen, die sich auf der Linse des LIDAR-Sensors ansammeln, können seine Funktion beeinträchtigen. Dementsprechend besteht ein Bedürfnis nach einem System und/oder Verfahren, das in der Lage ist, einen wesentlichen Teil einer kreisförmigen Linse eines kreisförmigen LIDAR-Sensors zu reinigen, während das Fahrzeug in Gebrauch ist, und das ansonsten den Betrieb des LIDAR-Sensors nicht beeinträchtigt oder die Übertragung oder den Empfang von Laserlichtimpulsen, die von dem LIDAR-Sensor erzeugt werden, nicht behindert.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Wischsystem zur Verwendung mit einem kreisförmigen Sensor mit einer kreisförmigen Linse. Das System kann einen Elektromotor mit einem Anker und ein Wischuntersystem zum Wischen der Linse in einer kreisförmigen Bewegung umfassen. Das Wischsystem kann rotatorisch durch den Anker des Elektromotors angetrieben werden und so ausgerichtet sein, dass ein Sichtfeld des kreisförmigen Sensors nicht behindert wird. Der Motoranker kann mit einer Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer kreisförmigen Abtastgeschwindigkeit des Sensors gedreht werden.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Wischsystem zur Verwendung mit einem kreisförmigen LIDAR-Sensor mit einer kreisförmigen Linse. Das System kann einen Elektromotor umfassen, der angrenzend an den kreisförmigen LIDAR-Sensor angeordnet ist, und ein Wischuntersystem mit einem Wischerblatt zum Wischen der Linse des kreisförmigen LIDAR-Sensors in einer kreisförmigen Bewegung. Das Wischsystem kann durch den Elektromotor mit der gleichen Drehgeschwindigkeit rotatorisch angetrieben werden, wie der LIDAR-Sensor abgetastet wird. Das Wischerblatt kann mindestens etwa 0,5 Grad vor einem Sichtfeld des LIDAR-Sensors angeordnet sein.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und schränken den Umfang der Offenbarung nicht ein.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin gilt:

1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einem LIDAR-Sensor, der an einem Fahrzeug montiert ist, und zeigt ferner eine Ausführungsform eines Wischsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Wischen einer kreisförmigen Linsenoberfläche des LIDAR-Sensors;
2 ist eine Querschnittsseitenansicht des Wischsystems von 1 auf hohem Niveau, die auch den LIDAR-Sensor in vereinfachter Querschnittsform zeigt; und
3 ist eine Draufsicht von oben auf das Wischsystem auf hohem Niveau.

In den Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen für ähnliche und/oder identische Elemente verwendet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Ausführungsform eines Wischsystems 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Wischsystem 10 in diesem Beispiel ist angrenzend an einen LIDAR-Sensor (Lichterfassungs- und Entfernungssensor) 12 angeordnet und in diesen integriert. Der LIDAR-Sensor 12 ist so gezeigt, dass er auf einer Oberfläche 14 eines Fahrzeugs 16 positioniert ist, obwohl zu beachten ist, dass das Wischsystem 10 die Verwendung des LIDAR-Sensors 12 nicht zur Verwendung auf der Oberfläche 14 beschränkt. Das Wischsystem 10 kann bei Bedarf mit dem LIDAR-Sensor 12 an anderen Stellen des Fahrzeugs 16 verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 2 kann das Wischsystem 10 einen Motor 18, zum Beispiel einen gleichstrombetriebenen Motor, mit einem Anker 20 umfassen, der sich durch eine Öffnung 22a in einen unteren Gehäuseabschnitt 22 und durch eine Öffnung 24a in einen oberen Gehäuseabschnitt 24 des LIDAR-Sensors 12 erstreckt. Alternativ kann der Motor 18 sogar in dem einen oder dem anderen der Gehäuseabschnitte 22 und 24 untergebracht sein, wenn der Gehäuseabschnitt 22 oder 24 ausreichende Abmessungen aufweist. In diesem Beispiel ist der Motor 18 jedoch außerhalb des LIDAR-Sensors 12 etwas unterhalb der Oberfläche 14 des Fahrzeugs 16 montiert gezeigt. Ein distales Ende 26 des Ankers 20 kann fest mit einem freitragenden Element 28 verbunden sein, das wiederum fest mit einem Wischerrahmenelement 30 verbunden sein kann. Das Wischerrahmenelement 30 kann an ein Wischerblatt 32 gekoppelt sein, zum Beispiel ein flexibles Gummi oder ein synthetisches Wischerblatt ähnlich einem herkömmlichen Scheibenwischerblatt. Das freitragende Element 28 hat eine Länge, die das Wischerblatt 32 in Kontakt mit einer kreisförmigen Linse 34 des LIDAR-Sensors 12 bringt, wenn das Wischerblatt mit dem freitragenden Element verbunden ist. Der Anker 20 des Elektromotors 18 kann sich allgemein parallel zu der Linse 34 erstrecken, und daher erzeugt eine Drehung des Ankers eine entsprechende Drehung des Wischerblatts 32, die das Wischerblatt in konstantem Kontakt mit der Linse hält. Das Wischerblatt 32 weist vorzugsweise eine Länge auf, die ähnlich einer Höhe der kreisförmigen Linse 34 ist, die es ermöglicht, den gesamten oder wesentlich gesamten Oberflächenbereich der kreisförmigen Linse zu wischen. Zusammen können das freitragende Element 28, das Wischerrahmenelement 30 und das Wischerblatt 32 so betrachtet werden, dass sie ein Wischuntersystem 33 bilden. Alternativ kann das freitragende Element 28 mit dem Anker 20 unterhalb des LIDAR-Sensors 12 verbunden sein. In diesem Beispiel ist jedoch das freitragende Element 28 über dem LIDAR-Sensor 12 verbunden gezeigt.
Der Motoranker 20 wird rotatorisch angetrieben, beispielsweise gemäß dem gestrichelten Pfeil 36, der das freitragende Element 28, das Wischerrahmenelement 30 und das Wischblatt 32 in einer Kreisbahn über die Linse 34 des LIDAR-Sensors 12 antreibt. Wenn der Motor 18 ein reversibler Schrittmotor ist, könnte auch ein oszillierendes, kreisförmiges Wischmuster erzeugt werden. Unabhängig davon, ob eine kontinuierliche Kreisbewegung oder eine oszillierende Kreisbewegung verwendet wird, wischt das Wischerblatt 32 im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Linse 34. Der Motor 18 steht vorzugsweise mit einem Kabelbaum (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 16 in Verbindung, der es dem Motor ermöglicht, mit einer elektronischen Steuerung des Fahrzeugs 16 zu kommunizieren und durch diese gesteuert zu werden, wie beispielsweise ein Fahrzeugbordcomputer. Auf diese Weise kann der Motor 18 automatisch in Übereinstimmung mit dem Betrieb des Fahrzeugs gesteuert werden. Es ist auch möglich, dass der Motoranker 20 verwendet werden könnte, um das/die Sensorelement(e) des LIDAR-Sensors 12 zu drehen, wodurch die Notwendigkeit eines separaten Motors zum Drehen des Sensorelements/der Sensorelemente entfällt. Es ist auch möglich, dass der Motoranker 20 dazu verwendet werden könnte, die Linse 34 gegen ein stationäres Wischelement, wie zum Beispiel ein stationär angebrachtes Wischerblatt 32, zu drehen. Dieses stationäre Wischelement könnte innerhalb einer Blindzone des LIDAR-Sensors 12 positioniert sein.
Unter Bezugnahme auf 3 muss ein Sichtfeld 38 des LIDAR-Sensors 12, das sich in Übereinstimmung mit dem Richtungspfeil 40 dreht, während des Betriebs des LIDAR-Sensors immer frei bleiben, damit der LIDAR-Sensor ordnungsgemäß arbeitet. Dementsprechend ist in diesem Beispiel das freitragende Element 28 so ausgerichtet, dass es nur geringfügig (z. B. mindestens etwa 0,5-1,0 Grad) einem führenden Rand 42 des Sichtfeldes 38 des LIDAR-Sensors 12 vorausgeht, wenn der Sensor auf einer kreisförmigen Bahn abtastet. Alternativ könnte das freitragende Element 28 an einem hinteren Rand 44 des Sichtfeldes 38 positioniert sein. In jeder Position behindert das freitragende Element 28 keinen Abschnitt des Sichtfeldes 38 des LIDAR-Sensors 12 während seines Betriebs. Vorzugsweise wird der Motoranker 20 mit der gleichen Geschwindigkeit rotatorisch angetrieben, mit der der LIDAR-Sensor 12 abgetastet wird, sodass das Wischerblatt 32 das Sichtfeld 38 des LIDAR-Sensors während seines Betriebs niemals behindert.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein aktives Wischsystem dargestellt, wobei das Wischerblatt 32 die Linse 34 berührt. Da das Fahrzeug 16 nicht immer erfordert, dass die Linse 34 gewischt wird, könnte ein Verfahren zum Ausrücken und/oder Einrücken des Wischerblatts 32 zu der Linse 34 implementiert werden. Das freitragende Element 28 könnte einen Mechanismus verwenden, wie z. B. Teleskopelemente oder Scharniere, um das Wischerblatt 32 auf der Linse 34 anzuwenden oder von ihr zu entfernen. Dieser Mechanismus könnte durch die Drehgeschwindigkeit des Ankers 20 oder durch externe Betriebskräfte wie Pneumatik, Hydraulik oder zusätzliche Motoren gesteuert werden. Das Wischerblatt 28 könnte sich weiterdrehen, während es von der Linse 34 gelöst ist, oder es könnte stationär in einer Blindzone des Sichtfeldes 34 bleiben. Dieser Mechanismus wird dazu beitragen, die Funktionslebensdauer des Wischerblatts 32 zu verlängern und trockene Wischgeräusche zu vermeiden.
Die vorhergehende Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen hervor. Es sei darauf hingewiesen, dass einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Ferner, obwohl jede der Ausführungsformen oben dahingehend beschrieben ist, dass sie bestimmte Merkmale aufweist, kann/können eines oder mehrere dieser Funktionen, die in Bezug auf jede Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in jeder der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, schließen sich die beschriebenen Ausführungsformen nicht gegenseitig aus, und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen gegeneinander bleiben innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltkreiselementen, Halbleiterschichten usw.) werden unter Verwendung von verschiedenen Begriffen beschrieben, einschließlich „verbunden“, „eingerastet“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „oben auf, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Sofern nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann eine Beziehung eine direkte Beziehung sein, wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und zweiten Element in der oben genannten Offenbarung beschrieben wird, wenn keine anderen intervenierenden Elemente zwischen dem ersten und zweiten Element vorhanden sind, kann jedoch auch eine indirekte Beziehung sein, wenn ein oder mehrere intervenierende(s) Element(e) (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und zweiten Element vorhanden ist/sind. Wie hierin verwendet, sollte der Satz „zumindest eines von A, B und C“ so zu verstehen sein, dass damit eine Logik gemeint ist (A ODER B ODER C), unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen ODER, und sollte nicht dahingehend zu verstehen sein, dass gemeint ist „zumindest eines von A, zumindest eines von B und zumindest eines von C.“
Keines der in den Ansprüchen genannten Elemente ist als Mittel für eine Funktion (sog. „means plus function“) nach 35 U.S.C. §112(f) zu verstehen, es sei denn, ein Element wird ausdrücklich unter Verwendung des Begriffes „means for“ (Mittel für) beschrieben oder falls in einem Verfahrensanspruch die Begriffe „Vorgang für“ oder „Schritt für“ verwendet werden.

Claims

Wischersystem zur Verwendung mit einem kreisförmigen Sensor mit einer kreisförmigen Linse, das System umfassend: einen Elektromotor mit einem Anker; ein Wischuntersystem zum Wischen der Linse in einer kreisförmigen Bewegung, wobei das Wischsystem durch den Anker des Elektromotors rotatorisch angetrieben wird und so ausgerichtet ist, dass ein Sichtfeld des kreisförmigen Sensors nicht behindert wird; und den Motoranker, der mit einer Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer kreisförmigen Abtastgeschwindigkeit des Sensors gedreht wird.
Wischsystem nach Anspruch 1, worin sich der Anker durch den Sensor erstreckt.
Wischsystem nach Anspruch 1, worin das Wischuntersystem beinhaltet: einen freitragenden Arm, der mit dem Anker verbunden ist; ein Wischerrahmenelement, das durch den freitragenden Arm angrenzend an die Linse des Sensors gestützt wird; und ein Wischerblatt, das von dem Wischerrahmenelement getragen wird und die Linse des Sensors wischt.
Wischsystem nach Anspruch 3, worin das Wischerrahmenelement mindestens etwa 0,5 Grad vor einem Sichtfeld des Sensors positioniert ist.
Wischsystem nach Anspruch 1, worin das Wischsystem angeordnet ist, um sich teilweise über einen oberen Gehäuseabschnitt des Sensors zu erstrecken.
Wischsystem nach Anspruch 1, worin der Elektromotor unter einem unteren Gehäuseabschnitt des Sensors positioniert ist und sich der Anker im Wesentlichen parallel zu der Linse des Sensors vollständig durch den Sensor erstreckt.
Wischersystem zur Verwendung mit einem kreisförmigen LIDAR-Sensor mit einer kreisförmigen Linse, das System umfassend: einen Elektromotor, der angrenzend an den kreisförmigen LIDAR-Sensor angeordnet ist; ein Wischuntersystem mit einem Wischerblatt zum Wischen der Linse des kreisförmigen LIDAR-Sensors in einer kreisförmigen Bewegung, worin das Wischsystem durch den Elektromotor mit der gleichen Drehgeschwindigkeit rotatorisch angetrieben wird, wie der LIDAR-Sensor abgetastet wird; und worin das Wischerblatt mindestens etwa 0,5 Grad vor einem Sichtfeld des LIDAR-Sensors angeordnet ist.
Wischsystem nach Anspruch 7, worin der Elektromotor einen Anker beinhaltet und der Elektromotor angrenzend an den LIDAR-Sensor angeordnet ist, jedoch derart, dass sich der Anker durch einen inneren Bereich des LIDAR-Sensors erstreckt.
Wischsystem nach Anspruch 7, worin das Wischuntersystem ein freitragendes Element beinhaltet, das einen Abschnitt des LIDAR-Sensors überragt.
Wischsystem nach Anspruch 9, worin das freitragende Element mit einem Wischerrahmenelement verbunden ist, worin das Wischerrahmenelement das Wischerblatt trägt.