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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor eines autonomen Fahrzeugs.
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Unter einem autonomen Fahrzeug ist ein Fahrzeug zu verstehen, dass zumindest teilweise also teilautonom fahren kann, somit ein Fahrzeug das zumindest unter Anwesenheit eines Fahrers autonom fahren kann. Eine solche Betriebsart ist auch als Autopilot bekannt. Ferner kann das Fahrzeug in einem vollautonomen Betrieb auch ohne Fahrer vollständig selbständig fahren. Das Fahrzeug kann grundsätzlich jedes Mittel zum Transportieren von Personen oder Gütern sein, insbesondere eine Landmaschine, beispielsweise ein Traktor, ein PKW, ein Nutzfahrzeug, beispielsweise ein LKW, oder eine Baumaschine, beispielsweise ein Radlader, sein.
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Die
DE 10 2014 213 282 A1 offenbart ein Kamerasystem für ein Fahrzeug, mit einer an einem Kameragehäuse angebrachten Optik, die eine nach außen weisende und Umwelteinflüssen ausgesetzte Oberfläche umfasst, und mit einer Reinigungsvorrichtung. Die Reinigungsvorrichtung umfasst eine Kombidüse, die sowohl zur Förderung von Druckluft als auch einer Reinigungsflüssigkeit ausgelegt ist und eine Auslassöffnung aufweist zur Beaufschlagung der Oberfläche wahlweise mit Druckluft oder mit der Reinigungsflüssigkeit. Das Kamerasystem umfasst auch eine Steuerungsvorrichtung, welche bei einer Verschmutzung der Oberfläche die Reinigungsvorrichtung derart umschaltet, dass diese die Oberfläche zunächst mit der Reinigungsflüssigkeit beaufschlagt und anschließend mit Druckluft. Die Reinigungsvorrichtung weist eine Heizung auf, die zur Erwärmung der Druckluft vorgesehen ist. Des Weiteren wird auch ein Verfahren zur Reinigung des Kamerasystems offenbart.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives System und ein alternatives Verfahren zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 8. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein System zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor, wobei der optische Sensor dazu eingerichtet ist, an einem autonomen Fahrzeug angeordnet und mit einer Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs verbunden zu sein, umfasst mehrere optische Sensoren zur Erfassung von Sensordaten über eine Umgebung des autonomen Fahrzeugs. Es umfasst außerdem mindestens einen Reinigungsaktuator zur Reinigung eines jeweiligen optischen Sensors. Es umfasst außerdem mindestens einen Behälter mit einer Füllstandsensorik zur Aufnahme eines Reinigungsmittels und Erfassen eines Reinigungsmittelfüllstandes in dem mindestens einen Behälter. Es umfasst außerdem mindestens eine Leitung zum Führen des Reinigungsmittels. Es umfasst außerdem mindestens eine Pumpe zur Förderung des Reinigungsmittels aus dem mindestens einen Behälter über die jeweilige Leitung zu dem jeweiligen Reinigungsaktuator. Es umfasst außerdem mindestens ein Heizelement, das dazu eingerichtet ist, ein Gefrieren des Reinigungsmittels zu verhindern. Es umfasst außerdem eine Steuereinrichtung zur Auswertung von Sensordaten, Erkennung einer Verschmutzung am optischen Sensor und Einleitung der Reinigung des optischen Sensors.
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Mit anderen Worten steuert die Steuereinrichtung das erfindungsgemäße System, insbesondere den mindestens einen Reinigungsaktuator, die mindestens eine Pumpe sowie das mindestens eine Heizelement derart, dass eine Funktionsfähigkeit des autonomen Fahrzeugs ermöglicht wird. Die Funktionsfähigkeit das autonome Fahrzeug basiert im Wesentlichen auf die erfassten Sensordaten der optischen Sensoren, die zur Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs übertragen werden und in Abhängigkeit derer das autonome Fahrzeug bewegt wird.
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Unter einem optischen Sensor ist ein LIDAR Sensor, ein Infrarotsensor oder eine optische Kamera zu verstehen. Optische Sensoren weisen zumindest teilweise transparente Bereiche zum Ein- bzw. Austritt von Licht bzw. optischer Strahlung auf. Die optischen Sensoren sind derart am autonomen Fahrzeug angeordnet, dass eine Umgebung des autonomen Fahrzeugs erfasst wird. Mithin generieren die optischen Sensoren Sensordaten, die die Umgebung des Fahrzeugs erfassen. Diese Sensordaten werden nicht nur an die Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs übermittelt, sondern gleichzeitig auch an die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Systems. Diese Sensordaten werden in der Steuereinrichtung ausgewertet. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, verschiedene Sensordaten auszuwerten.
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Im Betrieb der optischen Sensoren wirken Umwelteinflüsse auf die optischen Sensoren ein, sodass die transparenten Bereiche der optischen Sensoren Verschmutzen. Unter einer Verschmutzung ist eine Ablagerung bzw. Benetzung einer Sensorfläche durch Partikeln oder anderen Mitteln zu verstehen, die den Ein- bzw. Austritt von Licht bzw. optischer Strahlung mindern oder verhindern. Durch Verschmutzung und Ablagerungen kann die Funktion bzw. das Sichtfeld der optischen Sensoren stark beeinträchtigt werden und somit ein sicherer Betrieb des autonomen Fahrzeugs nicht mehr gewährleistet werden.
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Nach dem Verfahren zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, an einem autonomen Fahrzeug angeordnet und mit einer Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs verbunden zu werden, werden Sensordaten über eine Umgebung des autonomen Fahrzeugs mittels mehrerer optischer Sensoren erfasst, wobei kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen ein Reinigungsmittelfüllstand in mindestens einem Behälter von einer Füllstandsensorik erfasst wird, wobei eine Reinigung eines jeweiligen Sensors eingeleitet wird, wenn ein Resultat einer Auswertung von Sensordaten durch eine Steuereinrichtung ein Verschmutzungswert ist, der größer als ein Verschmutzungsgrenzwert ist, wobei dann mittels mindestens einer Pumpe Reinigungsmittel aus dem mindestens einen Behälter über mindestens eine Leitung zu mindestens einem Reinigungsaktuator am jeweiligen optischen Sensor gefördert wird, um den jeweiligen optischen Sensor zu reinigen, wobei ein Gefrieren des Reinigungsmittels mittels mindestens eines Heizelements verhindert wird.
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Mit anderen Worten bewertet die Steuereinrichtung die empfangenen Sensordaten, wobei der Verschmutzungswert an dem jeweiligen optischen Sensor in Abhängigkeit der empfangenen Sensordaten berechnet wird. Beispielsweise wird dazu eine Lichtmenge, ein Brechungsindex und/oder eine Streuung der optischen Signale an dem jeweiligen optischen Sensor bestimmt. Sobald ein Verschmutzungsgrenzwert überschritten wird, steuert die Steuereinrichtung die mindestens eine Pumpe, den jeweiligen Reinigungsaktuator am verschmutzten optischen Sensor und ggf. auch das mindestens eine Heizelement an. Das mindestens eine Heizelement verhindert das Gefrieren des Reinigungsmittels, das vorzugsweise eine Reinigungsflüssigkeit ist. Dazu ist das mindestens eine Heizelement oder eine Vielzahl von Heizelementen bevorzugt an allen das Reinigungsmittel führenden Komponenten angeordnet. Alternativ wirkt das mindestens eine Heizelement derart mit dem Reinigungsmittel zusammen, dass das Reinigungsmittel so stark erwärmt wird, dass es beim Durchfluss durch die Reinigungsmittel führenden Komponenten nicht gefrieren kann. Das mindestens eine Heizelement ist beispielsweise eine Heizspirale oder ein Induktionselement.
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Es wird mittels einer Kommunikationseinrichtung zumindest der Reinigungsmittelfüllstand in dem mindestens einen Behälter an eine Fernzugriffszentrale übermittelt. Mithin umfasst das erfindungsgemäße System vorzugsweise eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Übermittlung zumindest des Reinigungsmittelfüllstandes in dem mindestens einen Behälter an eine Fernzugriffszentrale. Dadurch kann frühzeitig auf einen absinkenden Reinigungsmittelfüllstand reagiert werden, wobei beispielsweise frühzeitig eine Wartung des autonomen Fahrzeugs geplant werden kann oder eine Priorisierung der Reinigung der verschmutzten optischen Sensoren eingestellt werden kann. Insbesondere werden Funktionen in der Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs eingeschränkt, sobald ein Reinigungsmittelfüllstand in dem mindestens einen Behälter unter einem Reinigungsmittelfüllstandgrenzwert sinkt. Beispielsweise kann das Fahrzeug aus einem vollautonomen Betrieb in einem teilautonomen Betrieb wechseln. Alternativ kann das autonome Fahrzeug bis zum Auffüllen des Reinigungsmittels stillgelegt werden.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass mindestens einer der optischen Sensoren eine Linse aufweist. Insbesondere ist die Linse gekrümmt ausgebildet und schützt einen Detektor bzw. eine Kamera des optischen Sensors hinter der Linse. Der Reinigungsaktuator ist derart zur Linse positionierte, dass ein Versprühen des Reinigungsmittels und Reinigen der Linse des jeweiligen optischen Sensors ermöglicht wird.
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Vorzugsweise ist das Heizelement dazu eingerichtet, auch die Linse des jeweiligen optischen Sensors zu beheizen. Beispielsweise ist das mindesten eine Heizelement in oder an der Linse angeordnet. Alternativ ist die Linse zumindest mittelbar mit dem mindestens einen Heizelement gekoppelt oder über ein Medium, insbesondere einem Fluid mit dem mindestens einen Heizelement wirksam verbunden, dass eine Erwärmung der Linse ermöglicht wird.
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Des Weiteren ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, in der Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs angeordnet zu sein. Mithin ist die Steuereinrichtung in der Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs integriert und somit Bestandteil der Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs. Alternativ kann die Steuereinrichtung in oder an einem optischen Sensor angeordnet sein.
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Weiterhin weist der Reinigungsaktuator ein Ventil zum Versprühen des Reinigungsmittels auf. Insbesondere ist das Ventil elektrisch betätigbar und zum Zerstäuben des Reinigungsmittels auf den verschmutzten Sensor eingerichtet. Vorzugsweise tritt das Reinigungsmittel unter einem Hochdruck der mindestens einen Pumpe durch eine an die Verschmutzung angepasste Austrittsöffnung am Ventil aus.
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Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße System einen Temperatursensor zum Erfassen einer Umgebungstemperatur am autonomen Fahrzeug. Der Temperatursensor ist zur Übermittlung von Sensordaten zumindest mit der Steuereinrichtung verbunden. Alternativ werden der Steuereinrichtung Sensordaten zur Umgebungstemperatur am autonomen Fahrzeug von der Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs übermittelt, wobei die Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs die Umgebungstemperatur am autonomen Fahrzeug von eigenen Sensoren oder einer Fernzugriffszentrale erhält.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines autonomen Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen System zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor, und
- 2 ein Blockschaltbild zur Visualisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor des autonomen Fahrzeugs gemäß 1.
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Gemäß 1 weist ein autonomes Fahrzeug 2 mit einem erfindungsgemäßen System zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor 1 mehrere optische Sensoren 1 zur Erfassung von Sensordaten über eine Umgebung des autonomen Fahrzeugs 2. Ferner umfasst das System für jeden optischen Sensor 1 einen Reinigungsaktuator 4 zur Reinigung des jeweiligen optischen Sensors 1, einen Behälter 5 zur Aufnahme eines Reinigungsmittels mit einer Füllstandsensorik 6 zum Erfassen eines Reinigungsmittelfüllstandes in dem Behälter 5, mehrere Leitungen 7 zum Führen des Reinigungsmittels von dem Behälter 5 zu dem jeweiligen Reinigungsaktuator 4. Zudem umfasst es eine Pumpe 8, die in dem Behälter 5 angeordnet und zur Förderung des Reinigungsmittels aus dem Behälter 5 über die jeweilige Leitung 7 zu dem jeweiligen Reinigungsaktuator 4 vorgesehen ist, sowie mehrere Heizelemente 9, die dazu eingerichtet sind, ein Gefrieren des Reinigungsmittels zu verhindern. Vorliegend ist ein Temperatursensor 14 zum Erfassen einer Umgebungstemperatur am autonomen Fahrzeug 2 eingerichtet, wobei die Temperatursensordaten an die Steuereinrichtung 10 übermittelt werden, um bei einem Temperaturabfall im Bereich einer Gefriertemperatur die Heizelemente 9 zu betätigen.
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Der jeweilige Reinigungsaktuator 4 weist ein Ventil 13 zum Versprühen des Reinigungsmittels auf den jeweiligen Sensor 1. Das jeweilige Ventil 13 ist elektrisch über die Steuereinrichtung 10 betätigbar. Das erfindungsgemäße System umfasst auch eine Kommunikationseinrichtung 12 zur drahtlosen Übermittlung zumindest des Reinigungsmittelfüllstandes in dem mindestens einen Behälter 5 an eine nicht näher dargestellte Fernzugriffszentrale.
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Gesteuert wird das erfindungsgemäße System mittels einer Steuereinrichtung 10, die vorliegend in einer Steuervorrichtung 3 des autonomen Fahrzeugs 2 angeordnet ist und ebenfalls Bestandteil des erfindungsgemäßen Systems ist. Die Steuereinrichtung 10 ist zur Auswertung von Sensordaten, zur Erkennung einer Verschmutzung am optischen Sensor 1 und zur Einleitung der Reinigung des optischen Sensors 1 anhand von Sensordaten des jeweiligen optischen Sensors 1 eingerichtet. Zumindest die optischen Sensoren 1, die Pumpe 8, die Heizelemente 9, der Temperatursensor 14, die Reinigungsaktuatoren 4 mit den Ventilen 13, die Steuereinrichtung 10, die Steuervorrichtung 3 des autonomen Fahrzeugs 2 und die Kommunikationseinrichtung 12 sind zur Wechselwirkung untereinander über nicht näher dargestellte elektrische Leitungen miteinander verbunden. Alternativ können zumindest diese Bestandteile des Systems drahtlos miteinander in Wirkverbindung stehen und somit miteinander kommunizieren.
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Vorliegend sind optische Sensoren 1 im Bereich einer Frontstoßstange, im Bereich einer Heckstoßstange sowie im Dachbereich des Fahrzeugs 2 angeordnet. Alle optischen Sensoren 1 weisen vorliegend eine jeweilige Linse 11 auf, wobei die Heizelemente 9 dazu eingerichtet sind, auch die Linse 11 des jeweiligen optischen Sensors 1 zu beheizen. Die Heizelemente 9 sind im Bereich einer Frontstoßstange, im Bereich einer Heckstoßstange sowie im Behälter 5 angeordnet.
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In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen und Reinigen einer Verschmutzung an einem optischen Sensor 1 in einem Blockschaltbild dargestellt. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 100 werden Sensordaten über eine Umgebung des autonomen Fahrzeugs 2 mittels der am autonomen Fahrzeug 2 angeordneten optischen Sensoren 1 erfasst. Gleichzeitig wird der Reinigungsmittelfüllstand in dem Behälter 5 von der Füllstandsensorik 6 erfasst.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 200 werden die Sensordaten an die Steuereinrichtung 10 übermittelt und von dieser ausgewertet. Im Wesentlichen bestimmt die Steuereinrichtung 10 anhand der empfangenen Sensordaten einen Verschmutzungswert. Der Verschmutzungswert nimmt mit zunehmender Verschmutzung des jeweiligen optischen Sensors 1 zu, wobei die Reinigung des jeweiligen Sensors 1 eingeleitet wird, wenn der Verschmutzungswert größer als ein Verschmutzungsgrenzwert ist. Der Verschmutzungsgrenzwert stellt eine maximal tolerierbare Verschmutzung bzw. Ablagerung auf der Linse 11 am jeweiligen optischen Sensors 1 dar. Ab einer Überschreitung des Verschmutzungsgrenzwerts ist ein sicherer Betrieb des autonomen Fahrzeugs 2 nicht mehr gewährleistet.
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In einem dritten Verfahrensschritt 300 wird dann mittels der Pumpe 8 Reinigungsmittel aus dem Behälter 5 über die Leitungen 7 zu dem Reinigungsaktuator 4 am jeweiligen optischen Sensor 1 gefördert, um den jeweiligen optischen Sensor 1 zu reinigen. Das Reinigungsmittel wird unter Druck aus dem jeweiligen Ventil 13 auf die jeweilige Linse 11 gespritzt.
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Nach jeder Reinigung wird gemäß einem vierten Verfahrensschritt 400 mittels Füllstandsensorik 6 der Reinigungsmittelfüllstand in dem Behälter 5 erfasst und an die Steuereinrichtung 10 sowie mittels der Kommunikationseinrichtung 12 an die Fernzugriffszentrale übermittelt.
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Sobald der Reinigungsmittelfüllstand in dem Behälter 5 unter einem Reinigungsmittelfüllstandgrenzwert sinkt, wobei dies vorliegend in einem fünften Verfahrensschritt 500 dargestellt ist, werden die Funktionen in der Steuervorrichtung 3 des autonomen Fahrzeugs 2 eingeschränkt. Insbesondere erfolgt eine Priorisierung der Reinigung der wichtigsten optischen Sensoren 1 sowie die Einleitung einer Wartung des autonomen Fahrzeugs, insbesondere zum Auffüllen von Reinigungsmittel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optischer Sensor
- 2
- autonomes Fahrzeug
- 3
- Steuervorrichtung des autonomen Fahrzeugs
- 4
- Reinigungsaktuator
- 5
- Behälter
- 6
- Füllstandsensorik
- 7
- Leitung
- 8
- Pumpe
- 9
- Heizelement
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Linse
- 12
- Kommunikationseinrichtung
- 13
- Ventil
- 14
- Temperatursensor
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- 300
- dritter Verfahrensschritt
- 400
- vierter Verfahrensschritt
- 500
- fünfter Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014213282 A1 [0003]
