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Stand der Technik
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Eine Effizienz und/oder eine Genauigkeit der durch den Trend zum autonomen Fahren immer wichtiger werdenden LiDAR-Fahrzeugsensoren hängt sehr stark von dem Zustand, insbesondere der Sauberkeit, der Oberflächen ab, die vom LiDAR-Laser durchstrahlt werden. Dreck, Regentropfen, Schnee o.dgl. auf dieser Oberfläche können die ordnungsgemäße Funktion der LiDAR-Sensoren stark beeinträchtigen. Es sind auch bereits erste Reinigungsvorrichtungen für LiDAR-Sensoren u.dgl. vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Sensorreinigungsvorrichtung, insbesondere einer LiDAR-Sensor-Reinigungsvorrichtung, zumindest zur Reinigung einer Sensoroberfläche oder einer Sensorsichtfeldabdeckung eines Sensors, insbesondere eines LiDAR-Sensors, mit zumindest einer Fluidausgabeeinheit zu einem Aufbringen eines Reinigungsfluids auf die Sensoroberfläche oder die Sensorsichtfeldabdeckung und mit einer Wischereinheit zu einem Wischen der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung durch ein zumindest teilweises Überstreichen der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung durch zumindest einen Wischer der Wischereinheit.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Sensorreinigungsvorrichtung ein Schienenelement aufweist, entlang welchem der Wischer während einer Wischerbewegung geführt ist und welches zugleich eine Reinigungsfluid-Zuleitung der Fluidausgabeeinheit ausbildet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sensorreinigungsvorrichtung kann vorteilhaft eine besonders gründliche und zuverlässige Reinigung der LiDAR-Sensoren erreicht werden. Die vorgeschlagene Lösung bietet zudem auch eine besonders vorteilhafte Kompaktheit und/oder Einfachheit. Vorteilhaft können durch eine Reduzierung einer Anzahl von benötigten Bauteilen zugleich auch Kosten gering gehalten werden.
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Unter dem Kürzel LiDAR (englisch Light Detection And Ranging) soll insbesondere eine dem Radar verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung verstanden werden. Insbesondere werden LiDAR-Sensoren in Kraftfahrzeugen zur Umgebungserkennung und/oder -überwachung eingesetzt. In der Regel umfasst ein LiDAR-Sensor ein Lasersystem, welches ein Lasersignal aussendet und ein Detektionssystem, welches ein Reflexionssignal der ausgesandten Lasersignale empfängt und auswertet. Das Lasersignal wird dabei insbesondere durch eine Sensoroberfläche und/oder durch eine Sensorsichtfeldabdeckung abgestrahlt und/oder empfangen. Die Sensorsichtfeldabdeckung ist vorzugsweise transparent. Die Sensorsichtfeldabdeckung kann beispielsweise aus Glas oder aus einem transparenten Kunststoff ausgebildet sein. Die Sensorsichtfeldabdeckung dient vorzugsweise zu einem Schutz von Sensorkomponenten des LiDAR-Sensors. Die Sensorsichtfeldabdeckung ist insbesondere in einem Sichtfeld des LiDAR-Sensors angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise zumindest über einen Großteil des Sichtfelds des LiDAR-Sensors. Die Fluidausgabeeinheit kann insbesondere als eine Benetzungseinheit zu einer Benetzung der Sensoroberfläche oder die Sensorsichtfeldabdeckung mit dem Reinigungsfluid, als eine Sprüheinheit zu einem Besprühen der Sensoroberfläche oder die Sensorsichtfeldabdeckung mit dem Reinigungsfluid oder als eine Blaseinheit zu einem Abblasen der Sensoroberfläche oder die Sensorsichtfeldabdeckung mit dem Reinigungsfluid ausgebildet sein. Die Fluidausgabeeinheit ist zu einem Ausgeben des Reinigungsfluids in Richtung der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung vorgesehen. Das Reinigungsfluid kann als eine Reinigungsflüssigkeit, z.B. Wasser, oder als ein Reinigungsgas, z.B. Luft ausgebildet sein. Die Fluidausgabeeinheit kann eine Pumpe und/oder einen Kompressor zu einer Erhöhung des Ausgabedrucks des Reinigungsfluids umfassen. Die Pumpe und/oder der Kompressor können jeweils dazu vorgesehen sein, zur Umsetzung verschiedener spezifischer Waschprogramme steuerbar / regelbar zu sein. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Unter einer Wischereinheit soll eine Vorrichtung zur mechanischen Säuberung der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung des Sensors verstanden werden. Die Wischereinheit umfasst insbesondere einen Wischer mit einem Wischerarm und einem Wischerblatt. Die Wischereinheit umfasst insbesondere einen Wischerantrieb. Der Wischerantrieb ist insbesondere als ein Linearantrieb, z.B. Spindelantrieb, ein Rollringantrieb oder ein Linearaktuator, etc. ausgebildet. Der Wischerantrieb ist vorzugsweise ein elektrischer Antrieb. Das Wischerblatt kann mit einem Gummi-Profil (Wischergummi) bestückt sein, welches dazu vorgesehen ist, die störende Feuchtigkeit oder den störenden Schmutz von der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung zu schieben. Insbesondere führt der Wischer im Betrieb eine repetitive Wischbewegung durch. Insbesondere wird der Wischer im Betrieb translatorisch bewegt, vorzugsweise hin und her bewegt. Der Wischer bewegt sich dabei vorzugsweise geradlinig und/oder parallel zu der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung des Sensors. Insbesondere ist das Schienenelement gerade ausgebildet. Insbesondere ist das Schienenelement länglich, d.h. vorzugsweise mit einer maximalen Längserstreckung, welche eine maximale Quererstreckung um zumindest das Dreifache, bevorzugt das Fünffache übersteigt, ausgebildet. Insbesondere ist das Schienenelement röhrenförmig ausgebildet. Insbesondere weist das Schienenelement eine Zylindermantelfläche auf, entlang der die Wischerbewegung geführt ist. Alternativ sind jedoch auch von der Röhrenform / Zylinderform abweichende Formen des Schienenelements, wie eine Rechteckform o.dgl. denkbar. Insbesondere ist ein Teil der Wischereinheit, z.B. der Wischarm, an einer Außenseite des Schienenelements gelagert und geführt. Insbesondere ist die Reinigungsfluid-Zuleitung in einem Inneren des Schienenelements angeordnet. Insbesondere bildet die Reinigungsfluid-Zuleitung einen Kanal im Inneren des Schienenelements aus. Insbesondere ist das Schienenelement zumindest teilweise hohl ausgebildet. Insbesondere weist das Schienenelement ein Schlauchanschlusselement auf, welches vorzugsweise dazu vorgesehen ist, einen Schlauch mit der Reinigungsfluid-Zuleitung zu verbinden. Das Schlauchanschlusselement kann dabei plug-and-play-kompatibel ausgebildet sein, z.B. als Schnellverschluss oder als eine Perrot-Cardan-Kopplung, etc.
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Die Sensorreinigungsvorrichtung kann an einem Gehäuse des LiDAR-Sensors oder aber auch an einem Teil einer Fahrzeugkarosserie, welche z.B. den LiDAR-Sensor umgibt, angeordnet / befestigt sein. Insbesondere ist das Schienenelement oberhalb oder unterhalb der Sensoroberfläche, über welche das Lasersignal den LiDAR-Sensor verlässt, und/oder oberhalb oder unterhalb der Sensorsichtfeldabdeckung angeordnet. Das Schienenelement verläuft dabei insbesondere parallel zu der Sensoroberfläche, über welche das Lasersignal den LiDAR-Sensor verlässt und/oder parallel zu einer Oberfläche der Sensorsichtfeldabdeckung. Insbesondere ist das Schienenelement in einem Nahbereich der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung angeordnet, welcher aus Punkten gebildet ist, die von der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung maximal 30 mm, vorzugsweise maximal 20 mm, entfernt sind. Die Sensorreinigungsvorrichtung weist insbesondere eine Steuer- und/oder Regeleinheit auf, welche zumindest dazu vorgesehen ist, die Sensorreinigungsvorrichtung (die Wischeinheit und/oder die Fluidausgabeeinheit) zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Aktivierung und/oder die Deaktivierung kann dabei nutzergesteuert oder automatisiert sein. Vorzugsweise empfängt die Steuer- und/oder Regeleinheit zumindest ein Sensor- und/oder Steuersignal von dem Fahrzeug oder von einem mit der Steuer- und/oder Regeleinheit verbundenen Sensor und aktiviert und/oder deaktiviert auf Basis des Sensor- und/oder Steuersignals die Sensorreinigungsvorrichtung. Beispielsweise kann die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen sein, die Sensorreinigungsvorrichtung zu aktivieren / deaktivieren, wenn ein Scheibenwischer des Fahrzeugs aktiviert / deaktiviert wird. Beispielsweise kann die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen sein, die Sensorreinigungsvorrichtung abhängig davon zu aktivieren / deaktivieren, ob ein Niederschlagssensor des Fahrzeugs momentan einen Niederschlag (Regen, Schnee, etc.) detektiert. Beispielsweise kann die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen sein, die Sensorreinigungsvorrichtung abhängig davon zu aktivieren / deaktivieren, ob der LiDAR-Sensor eine Verschmutzung der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung (z.B. über eine Signalqualität) detektiert. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit“ soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Schienenelement zumindest eine, insbesondere integrierte, Düse aufweist, welche dazu vorgesehen ist, das Reinigungsfluid aus der Reinigungsfluid-Zuleitung auf die Sensoroberfläche oder auf die Sensorsichtfeldabdeckung aufzubringen, insbesondere aufzusprühen. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders gründliche und zuverlässige Reinigung der LiDAR-Sensoren erreicht werden. Zudem kann eine vorteilhafte Kompaktheit und/oder Einfachheit der Sensorreinigungsvorrichtung erreicht werden. Die Düse kann als eine einfache Öffnung in dem Schienenelement, insbesondere in dem in dem Schienenelement angeordneten Kanal der Reinigungsfluid-Zuleitung, ausgebildet sein. Alternativ können auch speziell ausgebildete Düsen und/oder Düsenformen, wie z.B. eine sogenannte (flat) „fan spray nozzle“, vorgesehen sein. Die Öffnung(en) / Düse(n) können zylindrisch (als Bohrungen), länglich (langlochförmig), oder mit weiteren Geometrien ausgebildet sein. Insbesondere kann das Schienenelement mehr als eine Öffnung / Düse aufweisen. Vorzugsweise sind mehrere Düsen gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Düsen entlang einer Linie angeordnet. Bevorzugt sind die Öffnung(en) / Düse(n) derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass eine möglichst vollständige Benetzung der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung erreicht werden kann, beispielsweise länglich und sich über einen Großteil einer Längserstreckung des Schienenelements erstreckend oder zentral in der Mitte mit Flat-Fan-Spray-Funktion. Unter einer „integrierten Düse“ soll insbesondere eine einstückig mit dem Schienenelement ausgebildete Düse (z.B. eine in das Schienenelement gebohrte Öffnung) verstanden werden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Schienenelement entlang einer Sensorblickrichtung des zu reinigenden Sensors gesehen, insbesondere entlang einer von der Sensoroberfläche und/oder der Oberfläche der Sensorsichtfeldabdeckung wegzeigende Normalenrichtung der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung gesehen, hinter der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung angeordnet ist. Dadurch können vorteilhafte Reinigungseigenschaften erreicht werden, insbesondere kann vorteilhaft eine direkte Benetzung der zu reinigenden Oberfläche erreicht werden. Insbesondere ist das Schienenelement derart oberhalb (unterhalb) und hinter der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung angeordnet, dass das Reinigungsfluid mittels der Düse von schräg oben (schräg unten) auf die zu reinigende Oberfläche aufgebracht wird.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass das Schienenelement entlang einer Sensorblickrichtung des zu reinigenden Sensors gesehen, insbesondere entlang einer von der Sensoroberfläche und/oder der Oberfläche der Sensorsichtfeldabdeckung wegzeigenden Normalenrichtung der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung gesehen, vor der Sensoroberfläche oder der Sensorsichtfeldabdeckung angeordnet ist. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Kompaktheit der Sensorreinigungsvorrichtung, insbesondere der Kombination aus Sensor und Sensorreinigungsvorrichtung, erreicht werden.
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In diesem Fall wird zudem vorgeschlagen, dass die Sensorreinigungsvorrichtung ein Umlenkelement aufweist, welches dazu vorgesehen ist, das von der Fluidausgabeeinheit ausgegebene Reinigungsfluid in Richtung der Sensoroberfläche oder in Richtung einer Oberfläche der Sensorsichtfeldabdeckung umzulenken. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Kompaktheit der Sensorreinigungsvorrichtung, insbesondere der Kombination aus Sensor und Sensorreinigungsvorrichtung, erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine bessere Integration der Sensorreinigungsvorrichtung in ein Karosseriedesign ermöglicht werden. Insbesondere ist die Düse in diesem Fall dazu vorgesehen, das Reinigungsfluid in Richtung des Umlenkelements auszugeben, so dass das Reinigungsfluid von dem Umlenkelement in Richtung der zu reinigenden Oberfläche reflektiert wird („abprallt“). Zudem ist alternativ auch denkbar, dass auf das Umlenkelement verzichtet wird und ein bei einer Bewegung des Fahrzeugs auftretender Fahrtwind eingesetzt wird, um die Umlenkung des Reinigungsfluids auf die zu reinigende Oberfläche zu erreichen. Insbesondere kann in diesem Fall die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen sein, einen Druck, mit dem das Reinigungsfluid aus der Düse austritt, in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit, welche z.B. aus einem Tachometer des Fahrzeugs ausgelesen werden kann, einzustellen.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Schienenelement zur Variation einer Ausgaberichtung des Reinigungsfluids rotierbar gelagert ist. Dadurch kann vorteilhaft eine Benetzung der zu reinigenden Oberfläche und somit auch eine Gesamtreinigungsleistung der Sensorreinigungsvorrichtung optimiert werden. Insbesondere kann durch die rotierbare Lagerung des Schienenelements ein Winkel relativ zu der zu reinigenden Oberfläche, unter dem das Reinigungsfluid die Düse verlässt (d.h. ein Winkel zwischen der Ausgaberichtung und der zu reinigenden Oberfläche), variiert werden. Diese Winkelvariation kann beispielsweise zu einer Durchführung spezieller Reinigungsprogramme, zu einer Anpassung der Ausgaberichtung an Fahrgeschwindigkeiten und/oder zu einer Maximierung einer benetzbaren Fläche dienen. Beispielsweise kann ein die Düse verlassender Reinigungsfluid-Strom dadurch vorteilhaft über die zu reinigende Oberfläche bewegt werden. Insbesondere weist die Sensorreinigungsvorrichtung eine Lagereinheit auf. Die Lagereinheit kann beispielsweise ein oder mehrere Kugellager und/oder Gleitlager aufweisen, welche die Schieneneinheit vorzugsweise am Außenumfang lagern. Vorzugsweise ist die Lagereinheit dabei neben einem Umkehrpunkt des Wischers der Wischereinheit angeordnet. Insbesondere ist in diesem Fall das Schlauchanschlusselement derart ausgebildet, dass eine Rotation der Schieneneinheit von den Schläuchen entkoppelt ist, so dass vorteilhaft ein Verdrillen der Schläuche vermieden werden kann. Insbesondere umfasst das Schlauchanschlusselement ein sogenanntes „quick connect fitting“ (Schnellverschlusskupplung) für Fluidleitungen. Außerdem weist das Schlauchanschlusselement vorzugsweise eine Dichtung auf, welche ein Auslaufen von Reinigungsfluid, insbesondere auch bei Rotation des Schienenelements, verhindert. Vorzugsweise ist ein maximaler Schwenkwinkel des Schienenelements kleiner als 90°. In bestimmten Anwendungsfällen kann jedoch der Schwenkwinkel die 90° auch übersteigen. Insbesondere weist die Sensorreinigungsvorrichtung eine Rotationsantriebseinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, die Rotationsbewegung der Schieneneinheit zu erzeugen. Es ist denkbar, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit, die die Bewegungen des Wischers steuert, auch dazu vorgesehen ist, die Rotation des Schienenelements zu steuern. Alternativ können auch getrennte Steuer- und/oder Regeleinheiten vorgesehen sein.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, die Rotationsposition des Schienenelements in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit eines die Sensorreinigungsvorrichtung aufweisenden Fahrzeugs zu ändern. Dadurch kann vorteilhaft eine optimale, insbesondere zumindest im Wesentlichen fahrgeschwindigkeitsunabhängige, Benetzung der zu reinigenden Oberfläche erreicht werden. Insbesondere ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, die Rotationsposition des Schienenelements in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs derart auszurichten, dass bei einer ersten Fahrgeschwindigkeit die Düse(n) des Schienenelements zumindest teilweise auf die zu reinigenden Oberfläche hinweisend ausgerichtet sind und dass bei einer zweiten Fahrgeschwindigkeit, die höher ist als die erste Fahrgeschwindigkeit, die Düse(n) des Schienenelements zumindest teilweise von der zu reinigenden Oberfläche wegzeigend ausgerichtet sind. Wenn die Fahrgeschwindigkeit einen bestimmten Wert überschreitet (z.B. 50km/h), übernimmt ein Fahrtwind die Funktion des Umlenkelements und lenkt das Reinigungsfluid in Richtung der zu reinigenden Oberfläche um. Ein Beibehalten einer zu der zu reinigenden Oberfläche weisenden Ausgaberichtung bei höheren Geschwindigkeiten könnte dazu führen, dass der Reinigungsfluid-Strahl nicht mehr die gesamte zu reinigende Oberfläche bedecken kann, da der Fahrtwind ihn zu früh ablenkt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Sensorreinigungsvorrichtung eine Heizeinrichtung zu einem Erwärmen des Reinigungsfluids aufweist. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Einsatzbereitschaft und/oder eine besonders hohe Reinigungsleistung erreicht werden. Insbesondere kann dadurch eine Vereisung des Reinigungsfluids und/oder eine Vereisung einer Außenseite des Schienenelements, welche zu einer Behinderung der Wischerbewegung führen könnte, vermieden werden. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise Heizelemente in einem Inneren der Reinigungsfluid-Zuleitung, wie Heizfolien, Widerstandsdrähte, etc., aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können auch auf einer Außenseite des Schienenelements Heizelemente der Heizeinrichtung angeordnet sein. Des Weiteren ist auch eine Anordnung von durch ein Heizfluid durchströmbaren Heizkanälen der Heizeinrichtung innerhalb oder außerhalb der Reinigungsfluid-Zuleitung denkbar.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Heizeinrichtung einen Temperatursensor zu einer Detektion einer Außentemperatur oder einer Reinigungsfluidtemperatur aufweist, wobei insbesondere die Heizeinrichtung in Abhängigkeit von einem Messergebnis des Temperatursensors gesteuert ist. Dabei ist denkbar, dass der Temperatursensor als ein Temperatursensor des Fahrzeugs, dessen Daten für weitere Funktionen des Fahrzeugs verwendet werden, ausgebildet ist, oder dass der Temperatursensor speziell für die Sensorreinigungsvorrichtung vorgesehen ist. Es ist denkbar, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit, die die Bewegungen des Wischers, die Drücke der Pumpe / des Kompressors und/oder die Rotation des Schienenelements steuert, auch zu einer Steuerung / Regelung der Heizeinrichtung vorgesehen ist. Alternativ können auch getrennte Steuer- und/oder Regeleinheiten vorgesehen sein.
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Zusätzlich werden ein Sensor, insbesondere ein LiDAR-Sensor, mit der Sensorsichtfeldabdeckung und mit der Sensorreinigungsvorrichtung und ein Fahrzeug mit dem Sensor, sowie ein Verfahren zu einer Reinigung des Sensors, insbesondere des LiDAR-Sensors, mittels einer Sensorreinigungsvorrichtung vorgeschlagen.
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Die erfindungsgemäße Sensorreinigungsvorrichtung, der erfindungsgemäße Sensor, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Sensorreinigungsvorrichtung, der erfindungsgemäße Sensor, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Vorderansicht eines Fahrzeugs mit einem Sensor mit einer erfindungsgemäßen Sensorreinigungsvorrichtung,
- 2 einen Ausschnitt einer schematischen perspektivischen Ansicht des Sensors mit der Sensorreinigungsvorrichtung,
- 3 eine schematische Seitenansicht des Sensors mit der Sensorreinigungsvorrichtung,
- 4a eine erste mögliche Schienenquerschnittsgeometrie eines Schienenelements der Sensorreinigungsvorrichtung,
- 4b eine zweite mögliche Schienenquerschnittsgeometrie eines Schienenelements der Sensorreinigungsvorrichtung,
- 4c eine dritte mögliche Schienenquerschnittsgeometrie eines Schienenelements der Sensorreinigungsvorrichtung,
- 5a eine schematische Seitenansicht des Schienenelements mit einer Fluidausgabeeinheit der Sensorreinigungsvorrichtung und mit einer Heizeinrichtung,
- 5b eine schematische Seitenansicht des Schienenelements mit der Fluidausgabeeinheit der Sensorreinigungsvorrichtung und mit einer alternativen Heizeinrichtung,
- 6 eine schematische Seitenansicht des Schienenelements mit einer Lagereinheit der Sensorreinigungsvorrichtung zur rotatorischen Lagerung des Schienenelements,
- 7a eine schematische Vorderansicht des rotierbar gelagerten Schienenelements in einer ersten Rotationsposition,
- 7b eine schematische Vorderansicht des rotierbar gelagerten Schienenelements in einer zweiten Rotationsposition,
- 8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reinigung des Sensors mittels der Sensorreinigungsvorrichtung und
- 9 eine schematische Seitenansicht eines Sensors mit einer alternativen Sensorreinigungsvorrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 40a aus einer Vorderansicht. Das Fahrzeug 40a weist einen Sensor 14a auf. Der Sensor 14a ist als ein LiDAR-Sensor ausgebildet. Das Fahrzeug 40a kann weitere nicht explizit in der 1 dargestellte LiDAR-Sensoren aufweisen. Der LiDAR-Sensor kann während des Betriebs durch Verschmutzung, Regen, etc. Leistungseinbußen aufweisen, so dass eine Reinigung erforderlich wird. Der Sensor 14a ist in eine Sensorblickrichtung 30a ausgerichtet. Der Sensor 14a ist zu einer Sensierung von Objekten vorgesehen, die in Sensorblickrichtung 30a in einem Sensorblickfeld liegen. Die Reinigung soll vorzugsweise auch während der Fahrt des Fahrzeugs 40a erfolgen. Der Sensor 14a weist dazu eine Sensorreinigungsvorrichtung 38a auf. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a bildet eine LiDAR-Sensor-Reinigungsvorrichtung aus.
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Die 2 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Ansicht des Sensors 14a mit der Sensorreinigungsvorrichtung 38a. Der Sensor 14a weist eine Sensorsichtfeldabdeckung 12a auf. Die Sensorsichtfeldabdeckung 12a ist dazu vorgesehen, Sensorfunktionsbauteile vor Verschmutzung und/oder Beschädigung zu schützen. Die Sensorsichtfeldabdeckung 12a bildet eine Sensoroberfläche 10a aus. Alternativ kann auch ein Sensorfunktionsbauteil direkt die Sensoroberfläche 10a ausbilden. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a ist zur Reinigung der Sensoroberfläche 10a vorgesehen. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a weist eine Fluidausgabeeinheit 16a auf. Die Fluidausgabeeinheit 16a ist zu einem Aufbringen eines Reinigungsfluids 18a (vgl. auch 4a bis 4c) auf die Sensoroberfläche 10a vorgesehen. Das Reinigungsfluid 18a ist als eine Reinigungsflüssigkeit, z.B. mit Reinigungsmittel versetztes Wasser, ausgebildet.
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Die 3 zeigt eine schematische Seitenansicht des Sensors 14a mit der Sensorreinigungsvorrichtung 38a. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a weist eine Wischereinheit 26a auf (in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt).
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Die Wischereinheit 26a weist einen Wischer 20a auf. Die Wischereinheit 26a weist einen Wischarm 46a auf. Die Wischereinheit 26a ist zu einem Wischen der Sensoroberfläche 10a mittels Überstreichens durch den Wischer 20a vorgesehen. Der Wischer 20a überstreicht die Sensoroberfläche 10a durch ein lineares Hin- und Herbewegen entlang einer Wischerbewegungsrichtung 48a (siehe 2). Der Wischer 20a weist einen Wischergummi 78a auf, welcher dazu vorgesehen ist, die Sensoroberfläche 10a zumindest während einer Wischerbewegung zu kontaktieren. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a weist ein Schienenelement 22a auf (siehe auch 2). Das Schienenelement 22a dient zu einem Führen des Wischers 20a während der Wischerbewegung. Das Schienenelement 22a dient zu einem Führen der Wischerbewegung entlang der Wischerbewegungsrichtung 48a. Die Wischereinheit 26a weist eine (nicht dargestellte) Wischerantriebseinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, die Linearbewegung des Wischers 20a zu erzeugen. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a weist eine Steuer- und/oder Regeleinheit 36a auf. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 36a ist dazu vorgesehen, die Wischereinheit 26a, insbesondere die Bewegung des Wischers 20a, zu steuern. Das Schienenelement 22a ist innen hohl ausgebildet. Das Schienenelement 22a weist einen Fluidkanal auf. Das Schienenelement 22a bildet neben der Führung für den Wischer 20a zugleich auch eine Reinigungsfluid-Zuleitung 24a der Fluidausgabeeinheit 16a aus. Im in der 3 dargestellten Beispiel ist das Schienenelement 22a entlang der Sensorblickrichtung 30a des zu reinigenden Sensors 14a gesehen hinter der Sensoroberfläche 10a angeordnet. Im in der 3 dargestellten Beispiel ist das Schienenelement 22a entlang der Sensorblickrichtung 30a des zu reinigenden Sensors 14a gesehen hinter der Sensorsichtfeldabdeckung 12a angeordnet.
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Die 4a bis 4c zeigen Ausführungsformen des Schienenelements 22a mit verschiedenen Schienenquerschnittsgeometrien 52a, 52'a, 52''a. Das Schienenelement 22a weist zumindest eine Düse 28a, 28'a, 28''a auf. Die Düse 28a, 28'a, 28''a ist dazu vorgesehen, das Reinigungsfluid 18a aus der Reinigungsfluid-Zuleitung 24a auf die Sensoroberfläche 10a aufzusprühen. Die Düse 28a, 28'a, 28" gibt das Reinigungsfluid 18a in eine (mittlere) Ausgaberichtung 34a aus. Das Schienenelement 22a aus der 4a weist eine einzelne Düse 28a auf. Das Schienenelement 22a aus der 4b weist zwei aufeinander zugerichtete und sich kreuzende Düsen 28'a auf. Das Schienenelement 22a aus der 4c weist zwei parallel zueinander ausgerichtete Düsen 28''a auf. Das Schienenelement 22a weist zudem zwei voneinander getrennte Fluidkanäle auf, welche beispielsweise unterschiedliche Reinigungsfluide 18a, 18'a aufweisen können oder welche unabhängig voneinander ansteuerbar sein können.
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Die in der 3 eingezeichneten Winkel 70a, 72a geben eine beispielhafte Ausdehnung des die Düsen 28a, 28'a, 28''a verlassenden Reinigungsfluid-Strahls an. Ein am weitesten oben auf der Sensoroberfläche 10a auftreffender / am nächsten zu dem Schienenelement 22a angeordneter Teil des Reinigungsfluid-Strahls spannt zur Sensoroberfläche 10a den Winkel 70a auf, welcher bevorzugt zwischen 33,7° und 45° beträgt. Ein am weitesten unten auf der Sensoroberfläche 10a auftreffender / am weitesten von dem Schienenelement 22a entfernt angeordneter Teil des Reinigungsfluid-Strahls spannt zur Sensoroberfläche 10a den Winkel 72a auf, welcher bevorzugt zwischen 1,85° und 10° beträgt.
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Die 5a zeigt eine schematische Seitenansicht des Schienenelements 22a mit der Fluidausgabeeinheit 16a. Beispielhaft sind drei verschiedene Typen von Düsen 28a gezeigt, welche allesamt für alle dargestellten Schienenelemente 22a realisierbar sind: eine erste Düse 28a, die einen nadelförmigen Strahl 54a ausgibt, eine zweite Düse 28a, die einen aufgefächerten Sprühstrahl 54'a ausgibt und eine dritte Düse 28a, die einen ebenen ausgedehnten Strahl 54''a ausgibt. Die Fluidausgabeeinheit 16a weist ein Schlauchanschlusselement 50a auf. Das Schlauchanschlusselement 50a ist dazu vorgesehen, mit einem Schlauch 56a, insbesondere Reinigungsfluid-Zuleitungsschlauch, des Fahrzeugs 40a zu koppeln. Die Fluidausgabeeinheit 16a weist zudem einen Kompressor 58a auf. Der Kompressor 58a ist dazu vorgesehen, das Reinigungsfluid 18a der Reinigungsfluid-Zuleitung 24a zuzuführen. Der Kompressor 58a ist dazu vorgesehen, das Reinigungsfluid 18a unter Druck zu setzen. Der Kompressor 58a kann durch eine Pumpe ersetzt oder ergänzt sein. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 36a ist zu einer Steuerung und/oder Regelung des Kompressors 58a vorgesehen.
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Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a weist eine Heizeinrichtung 42a auf. Die Heizeinrichtung 42a ist zu einem Erwärmen des Reinigungsfluids 18a vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizeinrichtung 42a zu einem Erwärmen des Schienenelements 22 und/oder der Reinigungsfluid-Zuleitung 24a vorgesehen sein. Die Heizeinrichtung 42a der 5a umfasst Widerstandsdrähte 60a. Die Widerstandsdrähte 60a sind im Inneren der Reinigungsfluid-Zuleitung 24a angeordnet. Die Heizeinrichtung 42a weist einen Temperatursensor 64a auf. Der Temperatursensor 64a ist im Inneren der Reinigungsfluid-Zuleitung 24a angeordnet. Der Temperatursensor 64a ist zu einer Detektion der Reinigungsfluidtemperatur vorgesehen. Alternativ kann der Temperatursensor 64a auch außerhalb der Reinigungsfluid-Zuleitung 24a angeordnet und zur Messung der Außentemperatur vorgesehen sein. Die Heizeinrichtung 42a ist in Abhängigkeit von einem Messergebnis des Temperatursensors 64a gesteuert. In der 5b ist eine alternative Heizeinrichtung 42a dargestellt, welche anstatt der Widerstandsdrähte 60a einen Heizflüssigkeitskreislauf 62a aufweist. Der Heizflüssigkeitskreislauf 62a ist zumindest teilweise im Inneren der Reinigungsfluid-Zuleitung 24a angeordnet. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 36a ist zu einer Steuerung und/oder Regelung der Heizeinrichtung 42a vorgesehen.
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Das Schienenelement 22a ist zur Variation der Ausgaberichtung 34a des Reinigungsfluids 18a rotierbar gelagert (siehe 6). Das Schienenelement 22a weist eine Längsachse 66a auf, um die es rotierbar gelagert ist. Die Längsachse 66a verläuft parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Schienenelements 22a. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Objekts soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten geometrischen Quaders verläuft, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt. Das Schienenelement 22a ist um eine Rotationssymmetrieachse des Schienenelements 22a rotierbar gelagert. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a weist eine Lagereinheit 44a auf. Die Lagereinheit 44a umfasst Kugel- oder Gleitlager, über welche das Schienenelement 22a rotierbar gelagert ist. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38a weist eine Rotationsantriebseinheit 68a auf. Die Rotationsantriebseinheit 68a ist dazu vorgesehen, die Rotationsbewegung des Schienenelements 22a zu erzeugen. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 36a ist zu einer Steuerung der Rotationsantriebseinheit 68a vorgesehen.
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Die 7a und 7b zeigen eine schematische Vorderansicht des rotierbaren Schienenelements 22a in zwei unterschiedlichen Rotationspositionen 88a, 90a. In der 7a ist eine erste Rotationsposition 88a des Schienenelements 22a gezeigt, in der die Ausgaberichtung 34a der Düse 28a auf die Sensoroberfläche 10a hinweisend ausgerichtet ist. In der 7b ist eine zweite Rotationsposition 90a des Schienenelements 22a gezeigt, in der die Ausgaberichtung 34a der Düse 28a von der Sensoroberfläche 10a wegweisend ausgerichtet ist. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 36a ist dazu vorgesehen, die Rotationsposition 88a, 90a des Schienenelements 22a in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des die Sensorreinigungsvorrichtung 38a aufweisenden Fahrzeugs 40a zu ändern. In der ersten Rotationsposition 88a aus der 7a ist das Fahrzeug 40a unbewegt oder nur langsam bewegt. Die Strahlrichtung des Reinigungsfluid-Strahls ist nur unwesentlich durch Fahrtwinde beeinflusst. In der zweiten Rotationsposition 90a aus der 7b ist das Fahrzeug 40a schnell bewegt (z.B. >50 km/h). Die Strahlrichtung des Reinigungsfluid-Strahls ist wesentlich durch Fahrtwinde beeinflusst. Alle zwischen den beiden Rotationspositionen 88a, 90a der 7a und 7b möglichen weiteren Rotationsstellungen des Schienenelements 22a sind möglich. Umso schneller das Fahrzeug 40a bewegt ist, umso weiter ist das Schienenelement 22a an die zweite Rotationsposition 90a aus der 7b angenähert.
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Die 8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Reinigung des Sensors 14a mittels der Sensorreinigungsvorrichtung 38a. In einem Verfahrensschritt 74a wird das Reinigungsfluid 18a über die Düse 28a auf die Sensoroberfläche 10a aufgebracht. In einem Verfahrensschritt 76a wird die Sensoroberfläche 10a von der Wischereinheit 26a mechanisch abgewischt. In dem Verfahrensschritt 76a wird der Wischer 20a derart linear hin und her bewegt, dass der Wischergummi 78a des Wischers 20a Flüssigkeit und Schmutz von der Sensoroberfläche 10a schiebt. Die Verfahrensschritte 74a, 76a des Benetzens und des Wischens können dabei zeitgleich oder zeitlich aufeinanderfolgend stattfinden. In zumindest einem Verfahrensschritt 80a wird eine Außentemperatur und/oder eine Temperatur des Reinigungsfluids 18a gemessen. In einem Verfahrensschritt 82a wird die Heizeinrichtung 42a in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur aktiviert oder deaktiviert. In einem Verfahrensschritt 84a wird eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs 40a, welches die Sensorreinigungsvorrichtung 38a aufweist, bestimmt. In einem Verfahrensschritt 86a wird das Schienenelement 22a und damit die Düse 28a rotiert. In dem Verfahrensschritt 86a wird bei steigender Geschwindigkeit die Düse 28a von der Sensoroberfläche 10a wegrotiert und/oder bei sinkender Geschwindigkeit die Düse 28a zu der Sensoroberfläche 10a hin rotiert. In dem Verfahrensschritt 86a wird das Schienenelement 22a und damit die Düse 28a derart rotiert, dass ein von der Geschwindigkeit abhängiger Fahrtwind den aus der Düse 28a austretenden Reinigungsfluid-Strahl derart ablenkt / umlenkt, dass dieser auf einen möglichst großen Bereich der Sensoroberfläche 10a auftrifft.
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In der 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 8, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 8 nachgestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 9 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
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Die 9 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Sensors 14b mit einer alternativen Sensorreinigungsvorrichtung 38b. Der Sensor 14b weist eine Sensorsichtfeldabdeckung 12b auf. Die Sensorsichtfeldabdeckung 12b bildet eine Sensoroberfläche 10b aus. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38b ist zur Reinigung der Sensoroberfläche 10b vorgesehen. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38b weist eine Wischereinheit 26b auf. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38b weist ein Schienenelement 22b auf. Das Schienenelement 22b dient zu einem Führen eines Wischers 20b der Wischereinheit 26b während einer Wischerbewegung. Das Schienenelement 22b bildet neben der Führung für den Wischer 20b zugleich auch eine Reinigungsfluid-Zuleitung 24b einer Fluidausgabeeinheit 16b der alternativen Sensorreinigungsvorrichtung 38b aus. Im in der 9 dargestellten Beispiel ist das Schienenelement 22b entlang einer Sensorblickrichtung 30b des zu reinigenden Sensors 14b gesehen vor der Sensoroberfläche 10b angeordnet. Im in der 9 dargestellten Beispiel ist das Schienenelement 22b entlang der Sensorblickrichtung 30b des zu reinigenden Sensors 14b gesehen vor der Sensorsichtfeldabdeckung 12b angeordnet. Die Sensorreinigungsvorrichtung 38b weist zudem ein Umlenkelement 32b auf. Das Umlenkelement 32b ist dazu vorgesehen, das von der Fluidausgabeeinheit 16b ausgegebene Reinigungsfluid 18b in Richtung der Sensoroberfläche 10b umzulenken. Das Umlenkelement 32b ist dazu vorgesehen, das von der Fluidausgabeeinheit 16b ausgegebene Reinigungsfluid 18b in Richtung einer Oberfläche der Sensorsichtfeldabdeckung 12b umzulenken. Alternativ kann auf das Umlenkelement 32b verzichtet werden und lediglich ein Fahrtwind zur Umlenkung des Reinigungsfluids 18b auf die Sensoroberfläche 10b verwendet werden. In diesem Fall muss die Ausgabe des Reinigungsfluids 18b fahrtgeschwindigkeitsabhängig gesteuert sein.
