DE102019125970A1

DE102019125970A1 - Sensorreinigungssystem für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102019125970A1
Application number: DE102019125970.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gulde; Christian Scheibe; Ralph Bühler
Original assignee: Joma Polytec GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: DE102019125970B4; CN112550229A; US20220017047A1

Abstract

Sensorreinigungssystem (10) zur Reinigung von Sensoren (16), insbesondere von Fahrzeugsensoren, und zugehöriges Verfahren, mit einem Flüssigkeitsspeicher (12) zur Aufnahme einer Reinigungsflüssigkeit (14), mit einer Steuereinheit (22) zur Ansteuerung einer Schalteinheit (20, 120, 220) und mit wenigstens einer Düse (18) zum Besprühen wenigstens eines Sensors (16), wobei die Schalteinheit (20, 120, 220) zwischen dem Flüssigkeitsspeicher (12) und der wenigstens einen Düse (18) vorgesehen ist, wobei eine Flüssigkeitsleitung (24) zwischen dem Flüssigkeitsspeicher (12) und der Schalteinheit (20, 120, 220) und wenigstens eine Düsenleitung (26) zwischen der Schalteinheit (20, 120, 220) und der wenigstens einen Düse (18) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Flüssigkeitsspeicher (12) fluidisch verbundener Gasspeicher (28) zur Aufnahme eines Reinigungsgases (30) vorgesehen ist, dass eine Gasleitung (32) zwischen dem Gasspeicher (28) und der Schalteinheit (20, 120, 220) vorgesehen ist, dass die Reinigungsflüssigkeit (14) und das Reinigungsgas (30) im Betrieb derart druckbeaufschlagt sind, dass die Reinigungsflüssigkeit (14) und/oder das Reinigungsgas (30) hin zur jeweiligen Düse (16) förderbar sind, und dass die Schalteinheit (20, 120, 220) so eingerichtet ist, dass der wenigstens eine Sensor (16) über die wenigstens eine Düsenleitung (26) mit der aus der wenigstens einen Düse (18) austretenden Reinigungsflüssigkeit (14) und/oder dem aus der wenigstens einen Düse (18) austretenden Reinigungsgas (30) reinigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorreinigungssystem, welches insbesondere im Umfeld von Fahrzeugen zum Einsatz kommt. Ein solches Sensorreinigungssystem umfasst einen Flüssigkeitsspeicher zur Aufnahme einer Reinigungsflüssigkeit, eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Schalteinheit und wenigstens eine Düse zum Besprühen wenigstens eines Sensors, wobei die Schalteinheit zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und der wenigstens einen Düse vorgesehen ist, wobei eine Flüssigkeitsleitung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und der Schalteinheit und wenigstens eine Düsenleitung zwischen der Schalteinheit und der wenigstens einen Düse vorgesehen sind. Dabei wird eine Reinigungsflüssigkeit, welche in dem Flüssigkeitsspeicher bereitgestellt ist, zum Besprühen der Sensoren verwendet. Die Steuereinheit steuert die Schalteinheit im Betrieb, so dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und der Düse entsteht. Die Reinigungsflüssigkeit wird durch die Flüssigkeitsleitung und die Düsenleitung gefördert und tritt aus der Düse aus, sodass der Sensor besprüht wird. Letztlich wird die Oberfläche der Sensoren durch Besprühen mit der Reinigungsflüssigkeit gereinigt.
Derartige Sensorreinigungssysteme sind aus der DE 10 2018 106 483 A1 bekannt.
Die Reinigung von Sensoren, insbesondere in der Fahrzeugumgebung, ist erforderlich, da die Sensoren insbesondere während des Fahrzeugbetriebs äußeren Einflüssen wie Schmutz, Ölen, Matsch, Schnee etc. ausgesetzt sind. Beim Einsatz von Sensoren in Fahrzeugen, welche beispielsweise autonom gesteuert werden, ist die Zuverlässigkeit der Sensoren von wesentlicher Bedeutung. Diese wird unter anderem durch den Reinigungszustand der Oberfläche des Sensors bestimmt. Daher ist insbesondere für ein sicheres autonomes Fahren zu gewährleisten, dass durch ein Sensorreinigungssystem Verschmutzungen, insbesondere stark anhaftende Verschmutzungen, am Sensor zuverlässig gereinigt werden können. Darüber hinaus sollte die Verwendung des Sensorreinigungssystems unter ökologischen und ökonomischen Aspekten betrachtet werden. Eine ausreichende Menge an Reinigungsflüssigkeit ist notwendig, um einen ausreichenden Reinigungszustand der Sensoren wiederherzustellen. Je weniger Reinigungsflüssigkeit verwendet wird, desto günstiger kann das Sensorreinigungssystem betrieben werden und desto geringer ist der negative Einfluss auf die Umwelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorreinigungssystem bereitzustellen, mit dem eine zuverlässige Reinigung der Sensoren erreicht werden kann, insbesondere unter Verwendung möglichst wenig Reinigungsflüssigkeit.
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorreinigungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Insbesondere ist also vorgesehen, dass ein mit dem Flüssigkeitsspeicher fluidisch verbundener Gasspeicher zur Aufnahme eines Reinigungsgases und dass eine Gasleitung zwischen dem Gasspeicher und der Schalteinheit vorgesehen sind. Die Reinigungsflüssigkeit und das Reinigungsgas sind dabei im Betrieb derart druckbeaufschlagt, dass die Reinigungsflüssigkeit und/oder das Reinigungsgas hin zur jeweiligen Düse und damit zum jeweiligen Sensor förderbar sind. Die Schalteinheit ist so eingerichtet, dass der wenigstens eine Sensor über die wenigstens eine Düsenleitung mit der aus der wenigstens einen Düse austretenden Reinigungsflüssigkeit und/oder dem aus der wenigstens einen Düse austretenden Reinigungsgas reinigbar ist. Die Oberfläche der Sensoren kann also durch Reinigungsflüssigkeit, Reinigungsgas und/oder einem Gemisch aus der Reinigungsflüssigkeit und dem Reinigungsgas besprüht und damit gereinigt werden. Aufgrund der Druckbeaufschlagung der Reinigungsflüssigkeit und des Reinigungsgases ist eine aktive Pumpe bei der Förderung nicht zwingend erforderlich. Die Steuereinheit steuert die Schalteinheit insbesondere derart, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und/oder dem Gasspeicher mit der Düse hergestellt wird, sodass je nach Verschmutzungsart und Verschmutzungsgrad die Sensoren mit dem geeigneten Fluid, also mit Reinigungsflüssigkeit, Reinigungsgas oder einem Gemisch daraus, besprüht werden. Dabei können eine Vielzahl von Sensoren am Fahrzeug gereinigt werden, wobei für jeden Sensor zur Reinigung eine Düse und eine zugehörige Düsenleitung vorgesehen ist.
Folglich ist ein gezielter Einsatz der Reinigungsflüssigkeit und des Reinigungsgases zur Reinigung der Sensoren möglich. Außerdem ermöglicht die Bereitstellung der druckbeaufschlagten Reinigungsflüssigkeit und dem druckbeaufschlagten Reinigungsgas eine schnellere Verfügbarkeit des Reinigungsdrucks, als dies bei Fördermechanismen durch reines Pumpen gegeben ist. Eine hohe Zuverlässigkeit des Systems ist darin begründet, dass durch die druckbeaufschlagte Reinigungsflüssigkeit und das druckbeaufschlagte Reinigungsgas das System ohne zugeführte Energie arbeiten kann und selbst bei Energieabfall, beispielsweise bei leeren Fahrzeugbatterien, ein Ausfall des Systems nicht erfolgt. Ein Reinigen der Sensoren ist auch bei einem Pumpenausfall weiterhin möglich. Durch die gezielte Verwendung von Reinigungsflüssigkeit und/oder Reinigungsgas ist ein sparsamer Umgang mit den Fluiden möglich. Bei stärker anhaftenden Verschmutzungen, z.B. Ölen, kann der Sensor mit der Reinigungsflüssigkeit besprüht werden. Bei mittel anhaftenden Verschmutzungen, z. B. Matsch, kann ein Gemisch aus der Reinigungsflüssigkeit und dem Reinigungsgas verwendet werden. Bei leicht anhaftenden Verschmutzungen, z.B. Staub und Schnee, und zum Trocknen kann das Reinigungsgas zum Besprühen der Sensoren verwendet werden.
Vorteilhafter Weise steuert die Steuereinheit die Dauer der Schaltstellungen, sodass ein Sensor alternierend mit der Reinigungsflüssigkeit und dem Reinigungsgas und/oder pulsierend mit der Reinigungsflüssigkeit und/oder dem Reinigungsgas gereinigt werden kann. Beim alternierenden Reinigen eines Sensors wird der Sensor beispielsweise zunächst mit einer Reinigungsflüssigkeit und anschließend mit einem Reinigungsgas besprüht. Beide Fluide können dabei unmittelbar hintereinander den Sensor besprühen oder es kann eine Wartezeit zwischen dem Wechsel vorgesehen sein. Alternativ kann beispielsweise beim alternierenden Reinigen eine Reinigungsflüssigkeit und ein Gemisch aus der Reinigungsflüssigkeit und dem Reinigungsgas Verwendung finden. Eine weitere Alternative besteht beim Reinigen der Sensoren in der Verwendung zunächst von Reinigungsgas und anschließend der Reinigungsflüssigkeit. Hierbei kann bereits vorteilhafterweise nach dem ersten Intervall mit der Reinigung durch das Reinigungsgas der Reinigungszustand der zu reinigenden Sensoren überprüft werden. Sollte bereits ein ausreichender Reinigungszustand erreicht sein, kann auf das anschließende Intervall der Reinigung mit der Reinigungsflüssigkeit und somit ein Verbrauch der Reinigungsflüssigkeit verzichtet werden. Beim pulsierenden Reinigen wird beispielsweise die Reinigungsflüssigkeit mit einer Dauer von einem Puls gefördert und anschließend die Förderung wieder gestoppt. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, sodass insbesondere hohe Frequenzen eingestellt werden können. Dies ist durch die schnelle Verfügbarkeit des Reinigungsdrucks möglich.
Sowohl beim alternierenden als auch beim pulsierenden Verfahren sind unterschiedliche Intervalldauern bei der Reinigung mit den verschiedenen Fluiden möglich. An ein Intervall mit alternierendem Reinigen kann sich ein Intervall mit pulsierendem Reinigen anschließen und umgekehrt.
Vorteilhafter Weise kann zur Bereitstellung des verdichteten Reinigungsgases im Gasspeicher eine von der Steuereinheit gesteuerte Druckgasquelle verwendet werden. Beispielhaft kann eine Hochdruckpumpe, wie sie in Fahrzeugen zur Luftfederung bzw. Niveauregulierung zum Einsatz kommt, verwendet werden. Folglich ist dann für den Einsatz des Sensorreinigungssystems keine zusätzliche Pumpe als Förderereinheit erforderlich. Außerdem kann zum Verdichten des Reinigungsgases eine kleine und leistungsschwache, und damit energiesparende, Pumpe verwendet werden, da der Gasspeicher nicht schlagartig gefüllt werden muss.
Dabei ist vorteilhaft, wenn der Gasspeicher in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Fahrzeuges befüllt wird. Folglich kann dann die Steuereinheit so eingerichtet sein, dass die Druckgasquelle in Phasen von Energieüberschuss und/oder lauten Phasen betrieben wird, um das Reinigungsgas zu verdichten. Ein Energieüberschuss kann beispielsweise bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen beim Bergabfahren erzielt werden. Lautere Phasen des Fahrbetriebs können beispielsweise das Anfahren, Bergauffahren oder Beschleunigungsphasen umfassen. In diesen Fällen würde die Druckaufladung des Reinigungsgases für Fahrzeuginsassen nicht wahrzunehmen sein, da freie Kapazitäten genutzt werden und der Betrieb der Pumpe von typischen Fahrgeräuschen überlagert wird.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Gasspeicher in einem Behälter und der Flüssigkeitsspeicher in einem anderen Behälter angeordnet sind. Zwischen den beiden Behälter ist eine Speicherleitung angeordnet, über welche die beiden Behälter miteinander verbunden sind. Hierbei ist eine zusätzliche Schalteinheit zwischen den Behältern vorteilhaft. Ein druckloses Befüllen der Reinigungsflüssigkeit ist dann einfacher zu realisieren, da nur die Schalteinheit zwischen dem Gasspeicher und dem Flüssigkeitsspeicher geschlossen werden muss.
Eine kompaktere Ausführungsform des Sensorreinigungssystems kann durch die Aufnahme der Reinigungsflüssigkeit und des Reinigungsgases in einem gemeinsamen Behälter erzielt werden. Die Reinigungsflüssigkeit und das Reinigungsgas grenzen dabei unmittelbar aneinander an. Hierbei wird beim Verdichten des sich insbesondere oberhalb der Reinigungsflüssigkeit befindlichen Reinigungsgases simultan die Reinigungsflüssigkeit mittels dem Reinigungsgas druckbeaufschlagt, so dass letztlich die Reinigungsflüssigkeit und auch das Reinigungsgas druckgeladen vorliegen. Auf eine Schalteinheit zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und dem Gasspeicher kann dann verzichtet werden. Jedoch muss dann zum drucklosen Befüllen der Reinigungsflüssigkeit der Behälter zuvor entlüftet werden.
Ferner ist vorteilhaft, wenn im Behälter ein Anschluss zum Füllen der Reinigungsflüssigkeit und ein Anschluss zum Füllen des Reinigungsgases oder ein gemeinsamer Anschluss zum Füllen der Reinigungsflüssigkeit und des Reinigungsgases vorgesehen sind. Im Behälter kann zusätzlich ein Füllstandssensor, ein Qualitätssensor und/oder ein Drucksensor vorgesehen sein. Die Steuereinheit ist dann so eingerichtet, dass mit dem Füllstandssensor der Füllstand der Reinigungsflüssigkeit im Behälter überwacht wird. Wenn der Füllstand der Reinigungsflüssigkeit einen unteren Grenzwert unterschreitet, dann wird das Befüllen des Behälters mit Reinigungsflüssigkeit eingefordert oder eingeleitet. Mit dem Qualitätssensor ist eine Überwachung der Reinigungsflüssigkeit hinsichtlich Mischungsverhältnis, Verschmutzungsgrad, Reinheit etc. möglich. Die Reinigungsflüssigkeit kann auf Wasserbasis mit Additiven, zum Beispiel Reinigungsmittel und Frostschutzmittel, gemischt sein. Das Reinigungsgas kann beispielsweise Luft sein. Außerdem ist die Steuereinheit vorzugsweise derart eingerichtet, dass mit dem Drucksensor der Druck im Behälter überwacht werden kann. Bei Überschreiten eines oberen Grenzwertes kann der Behälter über ein Entlüftungsventil entlüftet werden, sodass sich ein geeigneter Druck einstellt. Bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes kann in der nächsten geeigneten Phase das Reinigungsgas im Speicher verdichtet werden.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn ein Wärmetauscher am Behälter oder an den Leitungen des Sensorreinigungssystems vorgesehen ist. Die Wärmetauscher können elektrisch und/oder mit Wärme eines Kühlkreislaufes betrieben werden. Bei Verwendung der Wärme des Kühlkreislaufes werden freie Kapazitäten genutzt. Durch den Betrieb von Wärmetauschern im System kann ein Einfrieren der Reinigungsflüssigkeit verhindert werden und zusätzlich günstigere Strömungsbedingungen für die Reinigungsflüssigkeit und das Reinigungsgas beim Fördern und beim Besprühen des Sensors erzielt werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Schalteinheit durch die Steuereinheit steuerbare Schaltventile. Die Schaltventile sind in unterschiedliche Schaltstellungen schaltbar. Eine Schaltstellung sieht alle Schaltventile in Schließstellung vor, sodass keine Förderung von Reinigungsflüssigkeit und/oder Reinigungsgas möglich ist. In dieser Schaltstellung würde sich beispielsweise das Sensorreinigungssystem befinden, wenn keine Reinigung vorgenommen werden soll. Eine weitere Schaltstellung ermöglicht die Förderung der Reinigungsflüssigkeit, in dem das Schaltventil, welches dem Flüssigkeitsspeicher zugeordnet ist, eine fluidische Verbindung zwischen der Flüssigkeitsleitung und der Düsenleitung herstellt. Somit wird der zu reinigende Sensor mit der Reinigungsflüssigkeit besprüht. Eine weitere Schaltstellung dient zur Förderung des Reinigungsgases. In dieser Schaltstellung besteht eine fluidische Verbindung zwischen der Gasleitung und der Düsenleitung. Eine weitere Schaltstellung sieht vor, dass sowohl eine fluidische Verbindung zwischen der Flüssigkeitsleitung und der Düsenleitung als auch zwischen der Gasleitung und der Düsenleitung besteht, sodass der zu reinigende Sensor mit einem Gemisch aus der Reinigungsflüssigkeit und dem Reinigungsgas besprüht wird. Die Auswahl des geeigneten Fluids zur Reinigung des Sensors kann beispielsweise in Abhängigkeit der Verschmutzungsart und des Verschmutzungsgrads getroffen werden. Die Steuereinheit ist so eingerichtet, dass der Volumenstrom der Fluide und das Mischungsverhältnis des Gemisches aus Reinigungsflüssigkeit und Reinigungsgas durch den geöffneten Querschnitt der Schaltventile gesteuert werden kann.
Zum Betrieb des Sensorreinigungssystems mittels rein alternierendem Besprühen der Sensoren kann ein vorgelagertes 2/2-Wegeventil mit der Flüssigkeitsleitung und Gasleitung als Eingang und für jede Düse ein 2/2-Wegeventil mit der Düsenleitung als Ausgang vorgesehen sein. Alternativ kann die Schalteinheit für jede Düse ein 3/2 Wegeventil mit der Flüssigkeitsleitung und der Gasleitung als Eingang und mit der Düsenleitung als Ausgang aufweisen.
Zum alternierenden und pulsierenden Besprühen des Sensors mit der Reinigungsflüssigkeit und/oder dem Reinigungsgas können für jede Düse zwei 2/2-Wegeventile mit jeweils der Flüssigkeitsleitung oder der Gasleitung als Eingang und der Düsenleitung als Ausgang vorgesehen sein. Beim gleichzeitigen Öffnen beider 2/2-Wegeventile einer Düse kommt es zur Vermischung der Reinigungsflüssigkeit und des Reinigungsgases im Bereich der Düse, sodass der Sensor mit einem Gemisch aus der Reinigungsflüssigkeit und des Reinigungsgases besprühbar ist.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass die Sensoren in definierten Zeitabständen in Abhängigkeit der Jahreszeit, des Wetters und des Fahrzeugorts und/oder aufgrund eines Reinigungssignals der zu reinigenden Sensoren und/oder eines Schmutzsensors am Sensor reinigbar sind. Somit kann sichergestellt werden, dass die Sensoren einen geeigneten Reinigungszustand aufweisen und eine hohe Zuverlässigkeit der Datenerfassung durch die Sensoren möglich ist.
Ferner ist vorteilhaft, wenn die zu reinigenden Sensoren den eigenen Verschmutzungsgrad ermitteln oder wenn Schmutzsensoren vorgesehen sind, mittels welchen ein Verschmutzungsgrad der zu reinigenden Sensoren bestimmt werden kann. Je nach detektiertem Verschmutzungsgrad kann dann ein automatisiertes Reinigen der Sensoren mit dem Sensorreinigungssystem erfolgen.
Die eingangsgestellte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Reinigung von Sensoren durch Besprühen eines Sensors mit Reinigungsflüssigkeit und/oder Reinigungsgas mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:

a. Bereitstellung von druckbeaufschlagter Reinigungsflüssigkeit in einem Flüssigkeitsspeicher;
b. Bereitstellung von verdichtetem Reinigungsgas in einem Gasspeicher; und
c1. Alternierendes besprühen des Sensors mit der Reinigungsflüssigkeit und dem Reinigungsgas; und/oder
c2. Pulsierendes Besprühen der Sensoren mit der Reinigungsflüssigkeit und/oder dem Reinigungsgas.

Es wird folglich in Verfahrensschritt a. eine Reinigungsflüssigkeit in einem Flüssigkeitsspeicher druckbeaufschlagt. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt b., bei dem ein verdichtetes Reinigungsgas in einem Gasspeicher bereitgestellt wird. Die weiteren Verfahrensschritte c1. und c2. können alternativ oder abwechselnd zueinander Verwendung finden. In Verfahrensschritt c1. wird der Sensor alternierend mit der Reinigungsflüssigkeit und dem Reinigungsgas besprüht. Zwischen dem Wechsel der Fluide kann eine Wartezeit vorgesehen sein oder beide Fluide unmittelbar nacheinander abgewechselt. Verfahrensschritt c2. sieht ein pulsierendes Besprühen der Sensoren mit der Reinigungsflüssigkeit und/oder dem Reinigungsgas vor. Folglich kann der zu reinigende Sensor in einem Pulsbetrieb mit der Reinigungsflüssigkeit und/oder der dem Reinigungsgas besprüht werden. Vorteilhafterweise kann eine hohe Pulsfrequenz eingestellt werden, mit welcher stärker anhaftende Verschmutzungen gereinigt werden können.
Weiterhin vorteilhaft ist es, dass das Verdichten des Reinigungsgases gemäß Verfahrensschritt b. in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Fahrzeuges und/oder des Sensorreinigungssystems und oder des Reinigungszustandes der Sensoren durchgeführt werden kann. Somit können freie Kapazitäten des Fahrzeuges zum Verdichten des Reinigungsgases verwendet werden und die Schallemission der Pumpe durch Fahrgeräusche überlagert werden. Außerdem kann beispielsweise das Reinigungsgas verdichtet werden, um eine intensive Nutzung durch einen zu erwartenden hohen Verschmutzungsgrad vorzubereiten.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer eine in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Sensorreinigungssystems mit den zu reinigenden Sensoren;
2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Flüssigkeitsspeichers und Gasspeichers;
3a eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Schalteinheit; und
3b eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform der Schalteinheit.

Das in 1 dargestellte Sensorreinigungssystem 10 zur Reinigung von drei in der 1 gezeigten Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 umfasst einen Flüssigkeitsspeicher 12 zur Aufnahme einer Reinigungsflüssigkeit 14, einen Gasspeicher 28 zur Aufnahme eines Reinigungsgases 30, eine Schalteinheit 20, eine Steuereinheit 22 zur Ansteuerung der Schalteinheit 20 und drei Düsen 18.1, 18.2, 18.3 zur Reinigung der jeweiligen Sensoren 16.1, 16.2, 16.3. Der Flüssigkeitsspeicher 12 ist in einem Flüssigkeitsbehälter 50A und der Gasspeicher 28 ist in einem Gasbehälter 50B angeordnet.
Am Flüssigkeitsbehälter 50A ist ein Eingang 52 zum Füllen der Reinigungsflüssigkeit 14 und ein Ausgang 56 zur Förderung der Reinigungsflüssigkeit 14 vorgesehen. Am Eingang 52 ist ein Füllstandssensor 60 und ein Schaltventil 61 vorgesehen, sodass die Reinigungsflüssigkeit 14 händisch oder automatisiert einfüllbar ist. Das Schaltventil 61 ist durch die Steuereinheit 22 steuerbar. Die Ausgangssignale des Füllstandssensors 60 werden zur Bildung eines Regelkreises der Steuereinheit 22 zugeführt.
Am Gasbehälter 50B ist ein Eingang 54 zum Füllen des Reinigungsgases 30 und ein Ausgang 58 zur Förderung des Reinigungsgases 30 vorgesehen. Am Eingang 54 ist eine Druckluftpumpe 34 zum Verdichten des Reinigungsgases 30 und am Ausgang 58 ein Drucksensor 64 sowie ein Überdruckventil 68 vorgesehen. Am Flüssigkeitsbehälter 50A ist ein Qualitätssensor 62 und am Gasbehälter 50B ist ein Qualitätssensor 63 angeordnet. Die Druckluftpumpe 34 wird von der Steuereinheit 22 angesteuert; die Ausgangssignale des Qualitätssensors 62 und Drucksensors 64 werden zur Bildung von Regelkreisen der Steuereinheit 22 mitgeteilt.
Zwischen dem Flüssigkeitsbehälter 50A und dem Gasbehälter 50B sind eine Speicherleitung 35 und eine Ventileinheit 36 angeordnet. Die Ventileinheit 36 ist durch die Steuereinheit 22 in eine Schaltstellung schaltbar, sodass eine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 und dem Gasspeicher 28 hergestellt werden kann.
Zwischen dem Flüssigkeitsbehälter 50A und der Schalteinheit 20 ist eine Flüssigkeitsleitung 24 und zwischen dem Gasbehälter 50B und der Schalteinheit 20 ist eine Gasleitung 32 angeordnet. Die Flüssigkeitsleitung 24 ist am Ausgang 56 des Flüssigkeitsbehälters 50A und die Gasleitung 32 ist am Ausgang 58 des Gasbehälters 50B angebracht.
Die Steuereinheit 22 steuert die an den Gasspeicher 28 angeschlossenen Druckluftquelle 34 derart, dass der Gasspeicher 28 in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Fahrzeuges mit dem Reinigungsgas 30 befüllt wird.
Wenn die fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 und dem Gasspeicher 28 über die Speicherleitung 35 hergestellt ist, sind durch das verdichtete Reinigungsgas 30 im Gasspeicher 28 sowohl die Reinigungsflüssigkeit 14 als auch das Reinigungsgas 30 unter Überdruck bereitgestellt, also durckbeaufschlagt bzw. druckgeladen. Der Überdruck ermöglicht die Förderung der Reinigungsflüssigkeit 14 und des Reinigungsgases 30. Die Schalteinheit 20 ist derart eingerichtet, dass die zu reinigenden Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 mit aus den Düsen 18.1, 18.2, 18.3 austretender Reinigungsflüssigkeit 14 und/oder austretendem Reinigungsgas 30 gereinigt werden können.
Im Betrieb kann das Reinigungsgas 30 durch die Ansteuerung der Luftdruckquelle 34 im Gasbehälter 50B unter Überdruck bereitgestellt werden. Die Reinigungsflüssigkeit 14 kann über den Eingang 52 in den Flüssigkeitsbehälter 50A gefüllt werden. Durch Sperren der fluidischen Verbindung über die Speicherleitung 35 durch Schalten der Ventileinheit 36 ist ein druckloses Füllen der Reinigungsflüssigkeit 14 in den Flüssigkeitsbehälter 50A über den Eingang 52 möglich.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform des Flüssigkeitsspeichers 12 und des Gasspeichers 28 dargestellt. Die Reinigungsflüssigkeit 14 und das Reinigungsgas 30 sind dort in einem gemeinsamen Behälter 50, aneinander angrenzend bereitgestellt. Der Behälter 50 umfasst einen Eingang 52 als Anschluss zum Befüllen der Reinigungsflüssigkeit 14 und einen Eingang 54 als Anschluss für die Druckluftquelle 34. Ferner ist ein Ausgang 56 zum Anschließen der Flüssigkeitsleitung 24 und ein Ausgang 58 zum Anschließen der Gasleitung 32 vorgesehen.
Wie aus 1 deutlich wird, sind zwischen der Schalteinheit 20 und den drei Düsen 18.1, 18.2, 18.3 jeweils zwei Düsenleitungen 26.1A, 26.1B, 26.2A, 26.2B, 26.3A, 26.3B angeordnet, welche im jeweiligen Knotenpunkt 86.1, 86.2, 86.3 zusammenführen und in den jeweiligen Düsen 18.1, 18.2, 18.3 münden. Durch die Steuereinheit 22 ist die Schalteinheit 20 derart schaltbar, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 bzw. dem Gasspeicher 28 und den Düsen 18.1, 18.2, 18.3 hergestellt werden kann.
Die Schalteinheit 20 ist durch die Steuereinheit 22 in verschiedene Schaltstellungen steuerbar. Durch die Steuerung der Schaltstellung und deren Dauer wird der Reinigungsmodus zur Reinigung der Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 eingestellt. Somit können die zu reinigenden Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 alternierend mit der Reinigungsflüssigkeit 14 und dem Reinigungsgas 30 und/oder pulsierend mit der Reinigungsflüssigkeit 14 und/oder dem Reinigungsgas 30 besprüht werden.
An den Behältern 50, 50A, 50B können jeweils ein Wärmetauscher 66, insbesondere elektrisch und/oder mit Wärme eines Kühlkreislaufes betrieben, vorgesehen sein.
In 1, 3, und 4 sind verschiedene Ausführungsformen der Schalteinheiten 20, 120, 220 dargestellt. Die Schalteinheiten 20, 120, 220 umfassen Schaltventile 80.1A, 80.1B, 80.2A, 80.2B, 80.3A, 80.3B, 180.1, 180.2, 180.3, 270, 280.1, 280.2, 280.3, welche in unterschiedliche Stellungen schaltbar sind. Eine Schaltstellung dient als Schließstellung und trennt die fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 und dem Gasspeicher 28 mit den Düsen 18.1, 18.2, 18.3. Eine weitere Schaltstellung dient zur Förderung der Reinigungsflüssigkeit 14, indem eine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 und der Düse 18 hergestellt ist. Eine weitere Schaltstellung dient zur Förderung des Reinigungsgases 30. Eine letzte Schaltstellung dient zur Förderung eines Gemisches aus Reinigungsflüssigkeit 14 und Reinigungsgas 30.
Die Schalteinheit 20 der 1 umfasst für jeweilige Düse 18.1, 18.2, 18.3 jeweils ein 2/2-Wegeventil 80.1A, 80.2A, 80.3A für die Reinigungsflüssigkeit 14 und ein 2/2-Wegeventil 80.1B, 80.2B, 80.3B für das Reinigungsgas 30. An den 2/2-Wegeventilen 80.1A, 80.2A, 80.3A sind jeweils ein Eingang 82A für die Flüssigkeitsleitung 24 und ein Ausgang 84A für die Düsenleitung 26 vorgesehen. An den 2/2-Wegeventilen 80.1B, 80.2B, 80.3B sind Eingang 82B für die Gasleitung 32 und ein Ausgang 84B für die Düsenleitung 26 vorgesehen. An einem Knotenpunkt 86 treffen die Düsenleitung 26.1A, 26.1B; 26.2A, 26.2B; 26.3A, 26.3B der Reinigungsflüssigkeit 14 und des Reinigungsgases 28 jeweils zusammen und führen dort jeweils zu den jeweiligen Düsen 18.1, 18.2, 18.3.
Die beiden 2/2-Wegeventile 80.1A, 80.1B sind in einer Stellung gezeigt, so dass der Sensor 16.1 nur mit Reinigungsflüssigkeit 14 besprüht wird. Dazu befindet sich das 2/2-Wegeventil 80.1A in geöffneter Stellung und das 2/2-Wegeventil 80.1B in geschlossener Stellung. In diesem Fall ist eine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 und der Düse 18.1 hergestellt, wohingegen keine fluidische Verbindung zwischen dem Gasspeicher 28 und der Düse 18.1 über die Düsenleitung 26.1B besteht.
Die beiden 2/2-Wegeventile 80.2A, 80.2B sind in einer Stellung gezeigt, so dass der Sensor 16.2 nur mit Reinigungsgas 30 besprüht wird. Dazu befindet sich das 2/2-Wegeventil 80.2A in geschlossener Stellung und das 2/2-Wegeventil 80.2B in geöffneter Stellung. In diesem Fall ist eine fluidische Verbindung zwischen dem Gasspeicher 28 und der Düse 18.1 hergestellt, wohingegen keine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 und der Düse 18.1 über die Düsenleitung 26.1A besteht.
Die beiden 2/2-Wegeventile 80.3A, 80.3B sind in einer Stellung gezeigt, so der Sensor 16.3 mit Reinigungsflüssigkeit 14 und Reinigungsgas 30 besprüht wird. Dazu befinden sich die 2/2-Wegeventile 80.3A, 80.3B in geöffneter Stellung. In diesem Fall sind eine fluidische Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher 12 und dem Gasspeicher 28 mit der Düse 18.3 über die Düsenleitungen 26.3A, 26.3B hergestellt.
Die Schalteinheit 120 gemäß 3a umfasst für jede Düse 18.1, 18.2, 18.3 ein 3/2-Wegeventil 180.1, 180.2, 180.3, welches in drei Stellung schaltbar ist. An den 3/2-Wegeventilen 180.1, 180.2, 180.3 sind jeweils ein Eingang 182A für die Flüssigkeitsleitung 24 und ein Eingang 182B für die Gasleitung 32 sowie ein Ausgang 184 für die Düsenleitung 26 vorgesehen. Ein Sensorreinigungssystem 10 mit der Schalteinheit 120 ermöglicht die Reinigung des jeweiligen Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 mit der Reinigungsflüssigkeit 14 oder dem Reinigungsgas 30.
Die Schalteinheit 220 gemäß 3b umfasst ein vorgelagertes 2/2-Wegeventil 270 mit einem Eingang 272A für die Flüssigkeitsleitung 24 und einem Eingang 272B für die Gasleitung 32 sowie einem Ausgang 274 zum Knotenpunkt 276, welcher die fluidische Verbindung zu den nachgelagerten 2/2-Wegeventilen 280.1, 280.2, 280.3 herstellt. Die 2/2-Wegeventile 280.1, 280.2, 280.3 umfassen jeweils einen Eingang 282 zum Anschluss der Leitung vom Knotenpunkt 276 kommend und einen Ausgang 284 für die Düsenleitungen 26.1, 26.2, 26.3. Ein Sensorreinigungssystem 10 mit der Schalteinheit 220 ermöglicht die Reinigung der Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 mit der Reinigungsflüssigkeit 14 oder dem Reinigungsgas 30.
Gemäß der Erfindung sind weitere, nicht gezeigte Schalteinheiten mit einer beliebigen Anordnung von Schaltventilen denkbar. Entscheidend ist, dass Flüssigkeitsleitung 24 und die Gasleitung 32 jeweils derart in die Schaltventile münden, bzw. die Schaltventile derart von der Steuereinheit 22 in Stellungen geschaltet werden können, dass über die wenigstens Düsenleitungen 26 mit der aus den Düsen 18 austretenden Reinigungsflüssigkeit 14 und/oder dem aus der wenigstens einen Düse 18 austretenden Reinigungsgas 30 reinigbar sind.
Die Steuereinheit 22 ist insbesondere derart eingerichtet, dass die Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 in definierten Zeitabständen in Abhängigkeit der Jahreszeit, des Wetters und des Fahrzeugortes und/oder aufgrund eines Reinigungssignals der zu reinigenden Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 und/oder eines Schmutzsensors 70 an den Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 gereinigt werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zu reinigenden Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 ihren eigenen Verschmutzungszustand ermitteln. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass Schmutzsensoren vorgesehen sind, mittels welchen der jeweilige Verschmutzungsgrad der zu reinigenden Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 bestimmt werden kann. Je nach detektiertem Verschmutzungsgrad kann dann ein automatisiertes Reinigen der Sensoren 16.1, 16.2, 16.3 mit dem Sensorreinigungssystem 10 erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018106483 A1 [0002]

Claims

Sensorreinigungssystem (10) zur Reinigung von Sensoren (16), insbesondere von Fahrzeugsensoren, mit einem Flüssigkeitsspeicher (12) zur Aufnahme einer Reinigungsflüssigkeit (14), mit einer Steuereinheit (22) zur Ansteuerung einer Schalteinheit (20, 120, 220) und mit wenigstens einer Düse (18) zum Besprühen wenigstens eines Sensors (16), wobei die Schalteinheit (20, 120, 220) zwischen dem Flüssigkeitsspeicher (12) und der wenigstens einen Düse (18) vorgesehen ist, wobei eine Flüssigkeitsleitung (24) zwischen dem Flüssigkeitsspeicher (12) und der Schalteinheit (20, 120, 220) und wenigstens eine Düsenleitung (26) zwischen der Schalteinheit (20, 120, 220) und der wenigstens einen Düse (18) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Flüssigkeitsspeicher (12) fluidisch verbundener Gasspeicher (28) zur Aufnahme eines Reinigungsgases (30) vorgesehen ist, dass eine Gasleitung (32) zwischen dem Gasspeicher (28) und der Schalteinheit (20, 120, 220) vorgesehen ist, dass die Reinigungsflüssigkeit (14) und das Reinigungsgas (30) im Betrieb derart druckbeaufschlagt sind, dass die Reinigungsflüssigkeit (14) und/oder das Reinigungsgas (30) hin zur jeweiligen Düse (16) förderbar sind, und dass die Schalteinheit (20, 120, 220) so eingerichtet ist, dass der wenigstens eine Sensor (16) über die wenigstens eine Düsenleitung (26) mit der aus der wenigstens einen Düse (18) austretenden Reinigungsflüssigkeit (14) und/oder dem aus der wenigstens einen Düse (18) austretenden Reinigungsgas (30) reinigbar ist.
Sensorreinigungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (20, 120, 220) durch die Steuereinheit (22) in Schaltstellungen derart steuerbar ist, dass über die Dauer der Schaltstellung der mindestens eine Sensor (16) alternierend mit der Reinigungsflüssigkeit (14) und dem Reinigungsgas (30) und/oder pulsierend mit der Reinigungsflüssigkeit (14) und/oder dem Reinigungsgas (30) besprühbar ist.
Sensorreinigungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Steuereinheit (22) gesteuerte Druckgasquelle (34), insbesondere Hochdruckpumpe, zum Verdichten des Reinigungsgases (30) im Gasspeicher (28) vorgesehen ist.
Sensorreinigungssystem (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) die Druckgasquelle (34) steuert, sodass der Gasspeicher (28) in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Fahrzeuges befüllt wird.
Sensorreinigungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der Reinigungsflüssigkeit (14) und des Reinigungsgases (30) ein gemeinsamer Behälter (50) vorgesehen ist.
Sensorreinigungssystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (50) einen Eingang (52) zum Befüllen der Reinigungsflüssigkeit (14) und einen Eingang (54) zum Befüllen des Reinigungsgases (30) oder einen gemeinsamen Eingang (52, 54) zum Befüllen der Reinigungsflüssigkeit (14) und des Reinigungsgases (30), sowie einen Füllstandssensor (60), einen Qualitätssensor (62) und/oder einen Drucksensor (64) aufweist.
Sensorreinigungssystem (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (66), insbesondere elektrisch und/oder mit Wärme eines Kühlkreislaufes betrieben, am Behälter (50) vorgesehen ist.
Sensorreinigungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (20, 120, 220) durch die Steuereinheit (22) steuerbare Schaltventile (80A, 80B, 180, 270, 280) umfasst, wobei die Schaltventile (80A, 80B, 180, 270, 280) in unterschiedliche Schaltstellungen schaltbar sind, wobei eine Schaltstellung als Schließstellung des Flüssigkeitsspeichers (12) und des Gasspeichers (28), eine Schaltstellung zur Förderung der Reinigungsflüssigkeit (14), eine Schaltstellung zur Förderung des Reinigungsgases (30) und eine Schaltstellung zur Förderung eines Gemisches aus Reinigungsflüssigkeit (14) und Reinigungsgas (30) vorgesehen ist.
Sensorreinigungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (22) derart eingerichtet ist, dass die Sensoren (16) in definierten Zeitabständen in Abhängigkeit der Jahreszeit, des Wetters und des Fahrzeugorts und/oder aufgrund eines Reinigungssignals der zu reinigenden Sensoren und/oder eines Schmutzsensors (70) am Sensor (16) reinigbar sind.
Verfahren zur Reinigung von Sensoren (16), insbesondere von Fahrzeugsensoren, durch Besprühen eines Sensors (16), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a. Bereitstellung von druckbeaufschlagter Reinigungsflüssigkeit (14) in einem Flüssigkeitsspeicher (12); b. Bereitstellung von verdichtetem Reinigungsgas (30) in einem Gasspeicher (28); und cl.Alternierendes Besprühen des Sensors (16) mit der Reinigungsflüssigkeit (14) und dem Reinigungsgas (30); und/oder c2.Pulsierendes Besprühen der Sensoren (16) mit der Reinigungsflüssigkeit (14) und/oder dem Reinigungsgas (30) .
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsgas (30) in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Fahrzeuges und/oder des Sensorreinigungssystems (10) und/oder des Reinigungszustandes der Sensoren (16) verdichtet wird.
Verwendung eines Sensorreinigungssystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 10 oder 11.