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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung eines Sensors eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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Vorrichtungen und Verfahren zum Kühlen von Vorrichtungen, insbesondere Sensoren, eines Fahrzeugs sind prinzipiell bekannt. In autonom fahrenden Fahrzeugen werden verschiedene Sensoren zur Wahrnehmung der Umgebung verwendet. Dabei kommen auch verschiedene optische Systeme, wie beispielsweise LIDAR-Sensoren, zum Einsatz. Die entsprechende Steuerungs- und Auswerteelektronik solcher Sensoren erzeugt eine erhebliche Menge an Abwärme, welche nicht immer durch eine Luftkühlung, insbesondere passiv, abgeführt werden kann. Häufig müssen komplexe Kühlkreisläufe eingerichtet werden, welche ein Kühlmittel im Kreis führen, sodass aktiv mittels einer Flüssigkeitskühlung ein entsprechender Sensor beziehungsweise auch die Steuerungs- und Auswerteelektronik gekühlt werden kann. Alternativ oder zusätzlich einer passiven Kühlung mittels Luft kann die kühlende Luft auch aktiv zu einem Sensor geführt werden.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass solche optischen Sensoren an einer Außenhaut des Fahrzeugs angebracht sind, weswegen sie Umwelteinflüssen ausgesetzt sind und entsprechend verunreinigt werden können. Falls entsprechende Sensoren verunreinigt sind, ist ein autonom fahrendes Fahrzeug „blind“, da die entsprechenden Sensoren keine plausiblen Daten mehr liefern können. Um die Problematik der Verschmutzung der Sensoren zu beheben, kann beispielsweise eine rotierbar gelagerte Optik für den Sensor verwendet werden, welche bei einer Verschmutzung in Rotation versetzt wird, sodass der Schmutz entfernt wird. Es bleibt jedoch dabei, dass für die Kühlung von Sensoren eines Fahrzeugs zusätzliche Einrichtungen geschaffen werden müssen, weswegen dies teuer und aufwendig ist. Des Weiteren entsteht bei passiv gekühlten Sensoren wie auch aktiv gekühlten Sensoren mit Luftführung das Problem der Verschmutzung und Beeinträchtigung der Kühlleistung.
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Aus der
DE 10 2019 100 127 A1 ist ein System zur Sensorreinigung und -kühlung bekannt. Dieses beinhaltet Pumpen für eine Flüssigkeit und für Luft, die zur Reinigung des Sensors in Abhängigkeit von einem ermittelten Verschmutzungsgrad verwendet werden. Die Bereitstellung der Flüssigkeit wird dabei durch die Ansteuerung eines Ventils geregelt.
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Weiterhin zeigt die WO 2020 / 006 320 A1 ein System, bei dem von einer Pumpe Wischflüssigkeit aus einem Reservoir gefördert wird, welches von entsprechend angesteuerten Ventilen zu Sensoren geleitet wird und dort zu deren Reinigung eingesetzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung eines Sensors eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug zum Reinigen eines Sensors eines Fahrzeugs zu schaffen, wobei die genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll erreicht werden, dass auf einfache Art und Weise ein Sensor gereinigt und gekühlt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die technische Lehre des Hauptanspruchs 1 und des Nebenanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Vorrichtung zur Kühlung und Reinigung eines Sensors, manchmal auch als Sensormodul bezeichnet, eines Fahrzeugs geschaffen wird, aufweisend einen Flüssigkeitstank, eine Pumpe, ein Mehrwegeventil, einen Kühlkörper sowie eine Waschdüse. Das Mehrwegeventil ist eingangsseitig mittels der Pumpe mit dem Flüssigkeitstank fluidleitend verbunden, und das Mehrwegeventil ist ausgangsseitig - jeweils - mit dem Kühlkörper und mit der Waschdüse fluidleitend verbunden. Der Kühlkörper weist einen Rücklauf zum Flüssigkeitstank auf. Das Mehrwegeventil ist dazu eingerichtet, in einer ersten Schaltstellung die Pumpe fluidleitend mit dem Kühlkörper zu verbinden und in einer zweiten Schaltstellung die Pumpe fluidleitend mit der Waschdüse zu verbinden. Der Kühlkörper ist dazu eingerichtet, um mit einem Sensor derart verbunden zu werden, dass der Kühlkörper den Sensor kühlen kann, wobei die Waschdüse dazu eingerichtet ist, den Sensor mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank zu beaufschlagen, insbesondere zu bespritzen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise die Flüssigkeit sowohl für die Reinigung als auch zur Kühlung des Sensors verwendet werden kann. Mit dem Mehrwegeventil kann zwischen zwei Schaltstellungen gewechselt werden, wobei in der ersten Schaltstellung die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank über die Pumpe zum Kühlkörper und vom Kühlkörper wieder zurück zum Flüssigkeitstank befördert und somit eine Kühlung des Sensors erzielt wird. In der zweiten Schaltstellung des Mehrwegeventils wird die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank über die Pumpe und das Mehrwegeventil zur Waschdüse geleitet, und von dort wird der Sensor mit der Flüssigkeit beaufschlagt. Hierdurch ist eine Reinigung des Sensors möglich. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das Mehrwegeventil in einer vierten, im Folgenden auch als vierte Schaltstellung bezeichneten Schaltstellung, keinerlei Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite hat, insbesondere bereitstellt. Insbesondere wird bei der Kühlung der Sensoren vorzugsweise maximal eine Temperatur von 60 °C erzielt, weswegen der Flüssigkeit keine Kühlmitteladditive beigemengt werden müssen. Weiterhin wird durch die Vorrichtung eine akustische Beeinträchtigung durch Lärm erzeugende aktive Luftkühler für die Sensoren vermieden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rücklauf vom Kühlkörper zum Flüssigkeitstank eine aktive oder passive Kühleinrichtung aufweist, vorzugsweise einen Kühler, insbesondere einen Luft-Kühler. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die über den Rücklauf in den Flüssigkeitstank zurückgeführte Flüssigkeit gekühlt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rücklauf - zusätzlich oder alternativ - einen Wärmetauscher aufweist, welcher mit einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf des Fahrzeugs verbindbar ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, dass die Flüssigkeit, welche von dem Kühlkörper zurück in den Flüssigkeitstank befördert wird, zusätzlich gekühlt wird.
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Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass der Flüssigkeitstank einen Flüssigkeitstank-Wärmetauscher aufweist, welcher mit dem Niedertemperatur-Kreislauf des Fahrzeugs verbindbar ist. Hierdurch kann insbesondere der Vorteil erzielt werden, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitstanks auf einer maximalen Temperatur, insbesondere einer Temperatur von maximal 60 °C, gehalten wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mehrwegeventil auf der Eingangsseite zusätzlich mit einer Drucklufteinrichtung verbunden ist, und weiterhin das Mehrwegeventil dazu eingerichtet ist, in einer dritten Schaltstellung die Drucklufteinrichtung fluidleitend mit der Waschdüse derart zu verbinden, dass mittels Druckluft, welche durch die Drucklufteinrichtung bereitgestellt wird, aus der Waschdüse ein Sensor beaufschlagbar ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass der Sensor nicht nur mit einer Flüssigkeit, sondern auch mit Druckluft beaufschlagbar ist, sodass zunächst ein Reinigen und anschließend ein Trocknen stattfinden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pumpe mittels eines weiteren, zweiten Mehrwegeventils mit einem weiteren, zweiten Kühlkörper verbunden ist, welcher ebenfalls einen Rücklauf in den Flüssigkeitstank aufweist, und wobei der zweite Kühlkörper dazu eingerichtet ist, mit einem zweiten Sensor derart verbunden zu werden, dass der zweite Kühlkörper den zweiten Sensor kühlen kann, wobei das zweite Mehrwegeventil weiterhin mit einer zweiten Waschdüse verbunden ist, welche dazu eingerichtet ist, den zweiten Sensor mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank zu beaufschlagen, insbesondere zu bespritzen. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise ein weiterer, zweiter Sensor gereinigt und gekühlt sowie vorzugsweise getrocknet werden. So können auch mehrere Sensoren in einem Kreislauf vorgesehen werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung zur bereits vorhandenen Pumpe - manchmal auch als erste Pumpe bezeichnet - eine weitere, zweite Pumpe aufweist, wobei das weitere, zweite Mehrwegeventil mit der zweiten Pumpe statt der ersten Pumpe verbunden ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Vorrichtung lediglich einen Flüssigkeitstank aufweist. Mit anderen Worten, entnehmen die erste und die zweite Pumpe jeweils die Flüssigkeit aus ein und demselben Flüssigkeitstank. Hierdurch wird es ermöglicht, dass eine Redundanz geschaffen wird. Unter der Voraussetzung, dass der erste Sensor und der zweite Sensor die gleiche sensorische Aufgabe erfüllen können, wird durch die Redundanz erreicht, dass bei einem Ausfall des erstens Sensors an sich oder einer der für den ersten Sensor zuständigen Komponenten, wie beispielsweise die erste Pumpe oder das erste Mehrwegeventil, mit dem zweiten Sensor ein noch funktionsfähiges System bereitsteht, welches insbesondere funktioniert und dabei gereinigt und gekühlt werden kann. Auch ist es nicht direkt möglich, gleichzeitig beide Sensoren zu reinigen, wodurch damit beide Sensoren blind wären. Ferner wird vermieden, dass beide Sensoren nicht reinigbar sind. Besonders bevorzugt sind beide Pumpen jeweils mit verschiedenen, voneinander unabhängigen elektrischen Bordnetzen verbunden.
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Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung eine zweite Pumpe aufweist, wobei die zweite Pumpe mittels eines weiteren, zweiten Mehrwegeventils mit einem weiteren, zweiten Kühlkörper verbunden ist, welcher ebenfalls einen Rücklauf - vorzugsweise durch das zweite Mehrwegeventil - in den Flüssigkeitstank aufweist. Der zweite Kühlkörper ist dazu eingerichtet, mit einem zweiten Sensor derart verbunden zu werden, dass der zweite Kühlkörper den zweiten Sensor kühlen kann, wobei das zweite Mehrwegeventil weiter mit einer zweiten Waschdüse verbunden ist, welche dazu eingerichtet ist, den zweiten Sensor mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank zu beaufschlagen, vorzugsweise zu bespritzen, sodass der zweite Sensor gereinigt wird. Ferner weist das zweite Mehrwegeventil eingangsseitig eine fluidleitende Verbindung mit der Drucklufteinrichtung auf, wodurch der zweite Sensor - wie der erste Sensor - mit Druckluft beaufschlagt werden kann, sodass der zweite Sensor getrocknet werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Waschdüse zusätzlich mittels eines Steuerventils mit dem Kühlkörper fluidleitend verbunden ist. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass die im Kühlkörper erwärmte Flüssigkeit - da die Flüssigkeit gerade durch die Abwärme des Sensors im Kühlkörper aufgewärmt wurde - über die Waschdüse auf den Sensor aufgebracht werden kann. Durch die erwärmte Flüssigkeit ist insbesondere eine deutlich verbesserte Reinigungswirkung zu erzielen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Fahrzeug geschaffen wird, aufweisend eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Zusammenhang mit dem Fahrzeug verwirklichen sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile. Insbesondere wird hierdurch der Vorteil erzielt, dass sich ein Fahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung auf einfache Art und Weise bereitstellen lässt. In einem Fahrzeug kann somit eine Flüssigkeit zum Kühlen des Sensors wie auch zum Reinigen des Sensors verwendet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flüssigkeitstank ein Wischwassertank des Fahrzeugs ist. Mit anderen Worten, es sich bei dem Flüssigkeitstank um einen Wischwassertank des Fahrzeugs handelt. Hierdurch kann an kalten Tagen auf eine Beheizung des Wischwassertanks verzichtet werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Reinigen eines Sensors eines Fahrzeugs geschaffen wird, wobei ein Fahrzeug gemäß der Erfindung verwendet wird, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:
- a) Überwachen, ob der Sensor verschmutzt ist, wenn ja,
- b) Erhöhen einer Förderleistung der Pumpe,
- c) Ansteuern des Mehrwegeventils in die zweite Schaltstellung,
- d) Reinigen des Sensors,
- e) Deaktivieren der Pumpe.
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Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein Sensor eines Fahrzeugs gereinigt werden kann, wobei insbesondere auch eine Kühlung des Sensors möglich ist.
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Vorzugsweise wird in Verfahrensschritt c) vor dem Ansteuern des Mehrwegeventils geprüft, ob das Mehrwegeventil sich in der zweiten Schaltstellung befindet, und falls nein, wird das Mehrwegeventil in die zweite Schaltstellung umgestellt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Verfahrensschritt e) in einem Verfahrensschritt e1) das Mehrwegeventil in die dritte Schaltstellung versetzt wird, und in einem Verfahrensschritt e2) mittels der Drucklufteinrichtung der Sensor mit Druckluft beaufschlagt, insbesondere getrocknet wird.
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Gemäß einer Weiterbildung des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass das Fahrzeug ein Steuergerät aufweist, welches zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung eingerichtet ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung;
- 2 ein Ausführungsbeispiels des Kühlkörpers der Vorrichtung, und
- 3 einen schematischen Ablaufplan eines Verfahrens zum Reinigen eines Sensors eines Fahrzeugs.
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Der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Kühlung und Reinigung eines Sensors 3 eines Fahrzeugs 4 zu entnehmen, aufweisend einen Flüssigkeitstank 5, eine Pumpe 7, ein Mehrwegeventil 9, einen Kühlkörper 11 sowie eine Waschdüse 13, wobei das Mehrwegeventil 9 eingangsseitig mittels der Pumpe 7 mit dem Flüssigkeitstank 5 fluidleitend verbunden ist und das Mehrwegeventil 9 ausgangsseitig mit dem Kühlkörper 11 und mit der Waschdüse 13 fluidleitend verbunden ist, wobei der Kühlkörper 11 einen Rücklauf 15 zum Flüssigkeitstank 5 aufweist.
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Das Mehrwegeventil 9 ist dazu eingerichtet, in einer ersten Schaltstellung die Pumpe 7 fluidleitend mit dem Kühlkörper 11 zu verbinden, und in einer zweiten Schaltstellung die Pumpe 7 fluidleitend mit der Waschdüse 13 zu verbinden.
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Der Kühlkörper 11 ist dazu eingerichtet, um mit einem Sensor 3 derart verbunden zu werden, dass der Kühlkörper 11 den Sensor 3 kühlen kann. Die Waschdüse 13 ist dazu eingerichtet, den Sensor 3 mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank 5 zu beaufschlagen, insbesondere zu reinigen, vorzugsweise zu bespritzen.
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1 ist zu entnehmen, dass der Rücklauf 15 eine Kühleinrichtung 17 aufweist, vorzugsweise einen aktiven oder passiven Kühler.
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Ferner ist der 1 zu entnehmen, dass der Rücklauf 15 - zusätzlich - einen Wärmetauscher 19 aufweist, welcher mit einem Niedertemperatur-Kreislauf 21 des Fahrzeugs 4 verbindbar ist. Von dem Niedertemperatur-Kreislauf 21 ist in der 1 lediglich ein kurzes Anschlussstück gezeigt.
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Ebenfalls ist es der 1 zu entnehmen, dass der Flüssigkeitstank 5 einen Flüssigkeitstank-Wärmetauscher 22 aufweist, welcher mit dem Niedertemperatur-Kreislauf 21 des Fahrzeugs 4 verbindbar ist.
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Ferner ist der 1 zu entnehmen, dass das Mehrwegeventil 9 auf der Eingangsseite zusätzlich mit einer Drucklufteinrichtung 23 verbunden ist und weiterhin das Mehrwegeventil 9 dazu eingerichtet ist, in einer dritten Schaltstellung die Drucklufteinrichtung 23 fluidleitend mit der Waschdüse 13 derart zu verbinden, dass mittels Druckluft, welche durch die Drucklufteinrichtung 23 bereitgestellt wird, aus der Waschdüse 13 der Sensor 3 beaufschlagbar ist.
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Ferner ist der 1 zu entnehmen, dass die Vorrichtung 1 eine zweite Pumpe 25 aufweist, wobei die zweite Pumpe 25 mittels eines weiteren, zweiten Mehrwegeventils 27 mit einem weiteren, zweiten Kühlkörper 29 verbunden ist, welcher ebenfalls einen Rücklauf 31 in den Flüssigkeitstank 5 aufweist.
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Der zweite Kühlkörper 29 ist dazu eingerichtet, mit einem zweiten Sensor 33 derart verbunden zu werden, dass der zweite Kühlkörper 29 den zweiten Sensor 33 kühlen kann, wobei das zweite Mehrwegeventil 27 weiter mit einer zweiten Waschdüse 35 verbunden ist, welche dazu eingerichtet ist, den zweiten Sensor 33 mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitstank 5 zu beaufschlagen, vorzugsweise zu bespritzen, sodass der zweite Sensor 33 gereinigt wird.
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Ferner ist der 1 zu entnehmen, dass das zweite Mehrwegeventil 27 eingangsseitig eine fluidleitende Verbindung mit der Drucklufteinrichtung 23 aufweist, wodurch der zweite Sensor 33 - wie der erste Sensor 3 - mit Druckluft beaufschlagt werden kann, sodass der zweite Sensor 33 getrocknet werden kann.
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Der 2 ist zu entnehmen, dass die Waschdüse 13 zusätzlich mittels eines Steuerventils 37 mit dem Kühlkörper 11 fluidleitend verbunden ist. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass die im Kühlkörper 11 erwärmte Flüssigkeit - da die Flüssigkeit gerade durch die Abwärme des Sensors 3 im Kühlkörper 11 aufgewärmt wurde - über die Waschdüse 13 auf den Sensor 3 aufgebracht werden kann.
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Ferner ist den 1 und 2 lediglich eine Außenhaut 39 des Fahrzeugs 4 zu entnehmen.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem Flüssigkeitstank 5 um einen Wischwassertank des Fahrzeugs 4 handelt.
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Der 3 ist ein schematischer Ablaufplan eines Verfahrens zum Reinigen eines Sensors 3 des Fahrzeugs 4 zu entnehmen, wobei ein Fahrzeug gemäß der Erfindung verwendet wird, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:
- a) Überwachen, ob der Sensor 3 verschmutzt ist, wenn ja,
- b) Erhöhen einer Förderleistung der Pumpe 7,
- c) Ansteuern des Mehrwegeventils 9 in die zweite Schaltstellung,
- d) Reinigen des Sensors 3,
- e) Deaktivieren der Pumpe 7.
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Vorzugsweise wird in Verfahrensschritt c) vor dem Ansteuern des Mehrwegeventils 9 geprüft, ob das Mehrwegeventil 9 sich in der zweiten Schaltstellung befindet, und falls nein, wird das Mehrwegeventil 9 in die zweite Schaltstellung umgestellt.
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Sollten mehrere Sensoren 3 von einer Pumpe versorgt werden, müssen die Ventile auf eine Schaltstellung schalten, in der die Sensoren 3 nicht gereinigt werden sollen.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Verfahrensschritt e) in einem Verfahrensschritt e1) das Mehrwegeventil 9 in die dritte Schaltstellung versetzt wird, und in einem Verfahrensschritt e2) mittels der Drucklufteinrichtung 23 der Sensor 3 mit Druckluft beaufschlagt, insbesondere getrocknet, wird.
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Neben der in den Ausführungsbeispielen dargestellten Verwendung zur Reinigung eines Sensors 3 eines Fahrzeugs 4 kann das Verfahren und die Vorrichtung 1 auch in anderen Systemen, in denen Sensoren verwendet werden, in Flugzeugen oder in Drohnen zur Personenbeförderung, eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 3
- Sensor
- 4
- Fahrzeug
- 5
- Flüssigkeitstank
- 7
- Pumpe
- 9
- Mehrwegeventil
- 11
- Kühlkörper
- 13
- Waschdüse
- 15
- Rücklauf
- 17
- Kühleinrichtung
- 19
- Wärmetauscher
- 21
- Niedertemperatur-Kreislauf
- 22
- Flüssigkeitstank-Wärmetauscher
- 23
- Drucklufteinrichtung
- 25
- zweite Pumpe
- 27
- zweites Mehrwegeventil
- 29
- zweiter Kühlkörper
- 31
- Rücklauf
- 33
- zweiter Sensor
- 35
- zweite Waschdüse
- 37
- Steuerventil
- 39
- Außenhaut
