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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Sichtfensters eines Lidars gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der
CN 1 11 429 400 A bekannt. Bei diesem Verfahren werden Verunreinigungen auf einem Sichtfenster eines Lidars durch Auswertung von Intensitäten und Reflexionsorten von reflektierten Laserimpulsen ermittelt. Dabei werden auch die Abmessungen und die Transparenz der Verunreinigungen ermittelt und in Abhängigkeit dieser Eigenschaften wird eine Reinigung des Sichtfensters initiiert.
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Aus der
DE 10 2019 215 017 A1 ist ein Verfahren zur Reinigung eines Sichtfensters eines Lidars eines Fahrzeugs bekannt, wobei ein Verschmutzungsgrad des Sichtfensters mittels eines Sensors anhand eines Reflexionsverhaltens erkannt wird und Reinigungsflüssigkeit sowie Druckluft in einen Durchgang von Laserimpulsen auf das Sichtfenster durch eine Reinigungsdüseneinrichtung injiziert werden.
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Aus der
EP 4 049 906 A1 und der hierzu korrespondierenden
WO 2021 / 079 911 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Sensorsystem bekannt, wobei das Sensorsystem ein Gehäuse umfasst, in dem ein Lidar und eine Kamera angeordnet sind, und wobei das Sensorsystem eine Düse zum gleichzeitigen Aufbringen von Reinigungsmittel auf ein Sichtfenster des Lidars und ein Sichtfenster der Kamera umfasst.
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Aus der
DE 10 2018 209 020 A1 und der
DE 10 2018 209 015 A1 sind jeweils ein Verfahren zum Erkennen einer Verschmutzung auf einem Sichtfenster eines optischen Sensors bekannt, bei dem über das Sichtfenster einfallende Lichtstrahlen mittels einer Hologrammstruktur auf einen zusätzlich zum optischen Sensor vorgesehenen Detektor umgelenkt werden und bei dem die Verschmutzung durch Auswertung der vom Detektor detektierten Lichtstrahlen erkannt wird.
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Aus der
US 2020 / 0 023 814 A1 ist ein Glasreinigungssystem zum Reinigen eines Fensters eines Gehäuses bekannt, wobei das Gehäuse an einem Fahrzeug angeordnet ist und im Gehäuse ein Sensor angeordnet ist. Zum Reinigen des Fensters wird dieses mit einer Reinigungslösung oder einem Reinigungsschaum besprüht und zum Inneren des Gehäuses gekippt.
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Aus der
US 2019 / 0 202 407 A1 ist eine Steuervorrichtung für ein automatisiert fahrendes Fahrzeug bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass eine Degradation der Leistungsfähigkeit einer Vorrichtung zur Umgebungsbeobachtung prädiziert wird und abhängig hiervon ein Fahrbetrieb des Fahrzeugs bestimmt wird.
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Aus der
DE 10 2017 118 538 A1 ist ein Fahrzeugsystem bekannt, bei dem Sensorsignale von einem Lidar empfangen werden und bei dem aus den empfangenen Sensorsignalen eine Frostansammlung auf einem Sichtfenster des Lidars geschätzt werden.
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Aus der
DE 10 2017 221 522 A1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen eines Sichtfensters eines Sensorgehäuses bekannt, wobei die Vorrichtung eine Reinigungseinheit umfasst, die entlang des Sichtfensters bewegbar ist und wobei die Reinigungseinheit ein Gehäuse umfasst, das mit dem Sichtfenster einen abgeschlossenen Raum bildet, in dem Reinigungsmittel angeordnet ist.
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Aus der
DE 11 2020 000 849 T5 ist ein Sensorsystem zur Detektion von Verunreinigungen auf einer Abdeckung einer Fahrzeugbeleuchtung bekannt.
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Aus der
DE 10 2020 100 255 A1 ist ein Verfahren zum Vorhersagen eines Weges eines Flüssigkeitstropfens auf einem Sichtfenster eines optischen Sensors bekannt.
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Aus der
DE 10 2019 215 017 A1 ist eine Reinigungsvorrichtung für einen Lidar bekannt, die eingerichtet ist, Reinigungsmittel und Druckluft in einem Durchgang von Laserimpulsen auf ein Sichtfenster des Lidars zu injizieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Reinigung eines Sichtfensters eines Lidars anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Reinigung eines Sichtfensters eines Lidars wird ein Verschmutzungsgrad des Sichtfensters anhand von Reflexionen mittels des Lidars ausgesendeter Laserimpulse ermittelt und die Reinigung wird in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrads durchgeführt.
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Erfindungsgemäß werden Reflexionsorte von am Sichtfenster reflektierten Laserimpulsen und Intensitäten dieser reflektierten Laserimpulse ermittelt und anhand der Reflexionsorte und Intensitäten werden eine Art und Stärke einer gegebenenfalls auf dem Sichtfenster befindlichen, insbesondere einen Signalpfad der Laserimpulse beeinträchtigenden Verschmutzung ermittelt. In Abhängigkeit von der Art und Stärke der Verschmutzung wird eine Größe eines Reinigungsbedarfs des Sichtfensters ermittelt und in Abhängigkeit der Größe des Reinigungsbedarfs wird eine Menge eines Reinigungsmittels bestimmt, welche zur Reinigung auf das Sichtfenster aufgebracht wird.
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Unter einer Verschmutzung wird dabei vorliegend jede Anhaftung auf dem Sichtfenster verstanden, welche zu einer Beeinträchtigung des Signalpfads der Laserimpulse führt. Verschmutzungen können dabei beispielsweise Insekten, Wasser, Schnee, Eis, Salzbeläge, Staub, Schmutzpartikel oder Mischungen aus diesen sein.
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Das Verfahren ermöglicht eine an den Verschmutzungsgrad angepasste Einstellung der Menge des Reinigungsmittels. Somit kann einerseits eine optimierte Reinigung des Lidars realisiert werden und andererseits die Menge an erforderlichem Reinigungsmittel reduziert werden. Auch können bei Verunreinigungen durch Eis und Schnee ein gezieltes Auftauen mittels des Reinigungsmittels und gegebenenfalls zusätzlich eine Beheizung des Sichtfensters erfolgen. Die optimierte Reinigung bewirkt dabei eine größere Verfügbarkeit mittels des Lidars erfasster Daten. Auch können aus der Reinigung des Sichtfensters resultierende Fehlauslösungen vermieden werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Art der Verschmutzung anhand einer Intensität der reflektierten Laserimpulse ermittelt. Dies stellt eine besonders zuverlässige Ermittlung dar.
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In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Art und Stärke einer gegebenenfalls auf dem Sichtfenster befindlichen Verschmutzung basierend auf einem maschinellen Lernverfahren ermittelt. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit der Ermittlung weiter erhöht werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird die Größe eines Reinigungsbedarfs des Sichtfensters in Abhängigkeit von der Art und Stärke der Verschmutzung aus einer Look-up-Tabelle ermittelt. Eine solche Ermittlung ist besonders einfach und zuverlässig realisierbar.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird in Abhängigkeit der Größe des Reinigungsbedarfs eine Häufigkeit bestimmt, mit welcher das Reinigungsmittel auf das Sichtfenster aufgebracht wird. Hierdurch kann ein Reinigungsergebnis bei gleichzeitiger Minimierung des Verbrauchs an Reinigungsmittel optimiert werden.
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Erfindungsgemäß wird nach einer durchgeführten Reinigung ein Reinigungsergebnis überprüft. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt dies dadurch, dass Reflexionsorte von am Sichtfenster reflektierten Laserimpulsen und Intensitäten dieser reflektierten Laserimpulse ermittelt werden. Anhand der Reflexionsorte und Intensitäten wird zumindest eine Stärke einer gegebenenfalls auf dem Sichtfenster befindlichen Verschmutzung ermittelt. Diese Überprüfung des Reinigungsergebnisses ermöglicht es, gegebenenfalls weitere Reinigungsschritte oder andere Maßnahmen bei ungenügender Reinigung durchzuführen oder eine erfolgreiche Reinigung zu bestätigen. Auch kann die Überprüfung zu einer lembasierten Ausführung der Reinigung verwendet werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird dann, wenn bei der Prüfung des Reinigungsergebnisses ermittelt wird, dass eine vorgegebene Stärke der Verschmutzung unterschritten wird, die Reinigung gestoppt. Somit kann eine nicht erforderliche Verwendung von weiterem Reinigungsmittel vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird dann, wenn bei der Prüfung des Reinigungsergebnisses ermittelt wird, dass eine vorgegebene Stärke der Verschmutzung überschritten wird, die Verschmutzung hinsichtlich ihrer Art und Stärke neu bewertet. Somit können ein Reinigungsprozess und die Menge an Reinigungsmittel gegebenenfalls angepasst werden und das Reinigungsergebnis kann optimiert werden.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird nach der Neubewertung der Verschmutzung erneut Reinigungsmittel zur Reinigung auf das Sichtfenster aufgebracht, um das Reinigungsergebnis zu verbessern.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird nach der Neubewertung der Verschmutzung die Reinigung gestoppt und eine Information wird an einen Fahrzeugnutzer ausgegeben. Das kann beispielsweise dann erfolgen, wenn eine Art der Verschmutzung erkannt wird, die nicht oder nur ungenügend mittels Aufbringen von Reinigungsmittel entfernt werden kann. Dadurch kann Reinigungsmittel gespart werden und der Fahrzeugnutzer kann eine Entfernung der Verschmutzung in anderer Art und Weise durchführen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Ablauf eines Verfahrens zur Reinigung eines Sichtfensters eines Lidars,
- 2 schematisch eine vollständig verschmutzte Oberfläche eines Sichtfensters eines Lidars,
- 3 schematisch eine mit einer Salzkruste bedeckte Oberfläche eines Sichtfensters eines Lidars,
- 4 schematisch eine abschnittsweise verschmutzte Oberfläche eines Sichtfensters eines Lidars,
- 5 schematisch eine mit Wassertropfen bedeckte Oberfläche eines Sichtfensters eines Lidars,
- 6 schematisch eine mit Schnee bedeckte Oberfläche eines Sichtfensters eines Lidars,
- 7 schematisch eine mit Eis bedeckte Oberfläche eines Sichtfensters eines Lidars und
- 8 schematisch eine durch eine Wand verdeckte Oberfläche eines Sichtfensters eines Lidars.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ablauf eines Verfahrens zur Reinigung eines in den 2 bis 8 dargestellten Sichtfensters 1.1 eines Lidars 1 eines Fahrzeugs dargestellt.
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Liegt eine Blockierung B des Sichtfensters 1.1 aufgrund einer in den 2 bis 7 dargestellten Verschmutzung V1 bis V6 desselben vor, wird dieses in einem Verfahrensschritt VS erfasst. Hierzu sendet das Lidar 1 Laserimpulse aus und empfängt diese wieder. Liegt eine Verschmutzung V1 bis V6 auf der Oberfläche des Sichtfensters 1.1 vor, wird ein Laserimpuls teilweise oder vollständig reflektiert.
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Anhand einer Laufzeit des Laserimpulses kann eine Reflexion an der Verschmutzung V1 bis V6 eindeutig von Reflexionen an in einer Umgebung des Fahrzeugs befindlichen Objekten unterschieden werden. Gleichzeitig werden eine Position der Reflexion und eine Intensität des reflektierten Laserimpulses erfasst. Anhand der Intensität wird dann auf eine Art A1 bis An und eine Stärke S1 bis Sm der jeweiligen Verschmutzung V1 bis V6 geschlossen. Beispielsweise kann aus der Intensität eine Dichte von Partikeln auf dem Sichtfenster 1.1 abgeleitet werden. Weiterhin können auch vollständige Verdeckungen VD des Sichtfensters 1.1, beispielsweise bei einem dichten Parken vor einer Betonwand oder einer Verdeckung VD des Sichtfensters 1.1 mit Klebeband oder Papier, erfasst werden.
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Insbesondere sind in einer als sensorindividuelle Matrix ausgebildeten Look-up-Tabelle verschiedene Arten A1 bis An von Verschmutzungen V1 bis V6, Stärken S1 bis Sm der Verschmutzungen V1 bis V6 und zugehörige Mengen von Reinigungsmittel, welche zur Entfernung der Verschmutzungen V1 bis V6 von dem Sichtfenster 1.1 auf dieses aufgebracht werden, hinterlegt. In Abhängigkeit von der Art A1 bis An und Stärke S1 bis Sm der Verschmutzung V1 bis V6 wird eine Größe eines Reinigungsbedarfs des Sichtfensters 1.1 aus der Look-up-Tabelle ermittelt und in Abhängigkeit der Größe des Reinigungsbedarfs wird eine Menge eines Reinigungsmittels bestimmt, welches zur Reinigung auf das Sichtfenster 1.1 aufgebracht wird. Diese Aufbringung kann beispielsweise vollflächig mittels Düsen erfolgen.
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In den folgenden 2 bis 8 ist jeweils ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1 und unterschiedlichen Verschmutzungen V1 bis V6 dargestellt, wobei anhand dieser Darstellungen mögliche Beispiele von Verschmutzungen V1 bis V6 und deren Reinigung erläutert werden. Dabei genannte Mengen von Reinigungsmittel stellen lediglich Beispielwerte dar, welche fahrzeug- und/oder sensorspezifisch angepasst werden. Ebenfalls kann eine Anzahl an Reinigungs-Wiederholung individuell festgelegt werden oder in Abhängigkeit der Art A1 bis An und Stärke S1 bis Sm der jeweiligen Verschmutzung V1 bis V6 festgelegt sein.
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So zeigt 2 ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1, dessen Außenfläche vollständig mit einer Verschmutzung V1 überzogen ist. In Abhängigkeit eines Verschmutzungsgrads, welcher durch die Stärke S1 bis Sm wiedergegeben ist, wird die Menge von Reinigungsmittel gewählt, welche auf das Sichtfenster 1.1 zur Entfernung der Verschmutzung V1 aufgebracht wird. Die Verschmutzungsgrade sind beispielsweise in leicht, mittel und stark unterteilt, wobei beispielsweise bei einer leichten vollflächigen Verschmutzung V1 20 ml Reinigungsmittel, bei einer mittleren vollflächigen Verschmutzung V1 40 ml Reinigungsmittel und bei einer starken vollflächigen Verschmutzung V1 60 ml Reinigungsmittel aufgebracht werden.
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In 3 ist ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1 dargestellt, dessen Außenfläche vollständig mit einer als Salzkruste ausgebildeten Verschmutzung V2 überzogen ist. In Abhängigkeit eines Verschmutzungsgrads, welcher durch die Stärke S1 bis Sm wiedergegeben ist, wird die Menge von Reinigungsmittel gewählt, welche auf das Sichtfenster 1.1 zur Entfernung der Verschmutzung V2 aufgebracht wird. Die Verschmutzungsgrade sind bei einer Salzkruste beispielsweise in leicht und stark unterteilt, wobei beispielsweise bei einer leichten vollflächigen Verschmutzung V2 30 ml Reinigungsmittel und bei einer starken vollflächigen Verschmutzung V2 100 ml Reinigungsmittel aufgebracht werden.
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4 zeigt ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1, dessen Außenfläche punktuell mit einer Verschmutzung V3 bedeckt ist. Eine solche Verschmutzung V3 umfasst beispielsweise Vogelkot oder Insektenreste und wird ebenfalls in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrads mit einer entsprechenden Menge von Reinigungsmittel behandelt. Beispielsweise wird zur Entfernung der Verschmutzung V3 eine Menge von 50 ml Reinigungsmittel aufgebracht.
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In 5 ist ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1 dargestellt, dessen Außenfläche mit einer aus Wassertropfen ausgebildeten Verschmutzung V4 überzogen ist. In Abhängigkeit eines Verschmutzungsgrads, welcher durch die Stärke S1 bis Sm, das heißt eine Menge von Wassertropfen auf der Oberfläche des Sichtfensters 1.1 wiedergegeben ist, wird die Menge von Reinigungsmittel gewählt, welche auf das Sichtfenster 1.1 zur Entfernung der Verschmutzung V4 aufgebracht wird. Ist die Oberfläche des Sichtfensters 1.1 nicht vollständig von Wassertropfen bedeckt, findet keine Reinigung statt und es erfolgt nach beispielsweise einer Minute eine Neu-Bewertung des Verschmutzungsgrads. Ist beispielsweise die Oberfläche des Sichtfensters 1.1 vollständig von einer Wasserschicht bedeckt, findet auch keine Reinigung statt und es erfolgt nach beispielsweise drei Minuten eine Neu-Bewertung des Verschmutzungsgrads, wenn das Fahrzeug sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 20 km/h bewegt.
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6 zeigt ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1, dessen Außenfläche mit einer als Schnee ausgebildeten Verschmutzung V5 bedeckt ist. In Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur und eines Verschmutzungsgrads, welcher durch die Stärke S1 bis Sm, das heißt eine Dicke einer Schneeschicht auf dem Sichtfenster 1.1 wiedergegeben ist, wird die Menge von Reinigungsmittel gewählt, welche auf das Sichtfenster 1.1 zur Entfernung der Verschmutzung V5 aufgebracht wird. Auch kann zusätzlich zur Verwendung des Reinigungsmittels eine Beheizung des Sichtfensters 1.1 erfolgen.
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Beträgt die Umgebungstemperatur beispielsweise weniger als 5 °C und tritt an dem Sichtfenster 1.1 eine 100 %ige Reflexion von Laserimpulsen auf und weisen die an dem Sichtfenster 1.1 reflektierten Laserimpulse eine sehr hohe Intensität auf, wird auf eine Verdeckung des Sichtfensters 1.1 mit Schnee geschlossen. Beispielsweise erfolgt dann eine Beheizung des Sichtfensters 1.1 für eine Dauer von 10 Minuten und anschließend werden 50 ml Reinigungsmittel auf das Sichtfenster 1.1 aufgebracht.
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In 7 ist ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1, dessen Außenfläche mit einer als Eis ausgebildeten Verschmutzung V6 bedeckt ist, dargestellt. In Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur und eines Verschmutzungsgrads, welcher durch die Stärke S1 bis Sm, das heißt eine Dicke einer Eisschicht auf dem Sichtfenster 1.1 wiedergegeben ist, wird die Menge von Reinigungsmittel gewählt, welche auf das Sichtfenster 1.1 zur Entfernung der Verschmutzung V6 aufgebracht wird. Auch kann zusätzlich zur Verwendung des Reinigungsmittels eine Beheizung des Sichtfensters 1.1 erfolgen.
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Beträgt die Umgebungstemperatur beispielsweise weniger als 5 °C und tritt an dem Sichtfenster 1.1 eine 50 %ige Reflexion von Laserimpulsen auf und weisen die an dem Sichtfenster 1.1 reflektierten Laserimpulse eine sehr hohe Intensität auf, wird auf eine Verdeckung des Sichtfensters 1.1 mit Eis geschlossen. Beispielsweise erfolgt dann eine Beheizung des Sichtfensters 1.1 für eine Dauer von 5 Minuten und anschließend werden 20 ml Reinigungsmittel auf das Sichtfenster 1.1 aufgebracht.
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8 zeigt ein Lidar 1 mit einem Sichtfenster 1.1, dessen Sichtbereich beispielsweise aufgrund einer durch dichtes Parken vor einer Betonwand oder durch aufgebrachtes Klebeband oder Papier erzeugten Verdeckung VD beeinträchtigt ist. Dies kann durch Messung der Laufzeit der reflektierten Laserimpulse von den Verschmutzungen V1 bis V6 unterschieden werden. Eine Reinigung des Sichtfensters 1.1 findet in einem solchen Fall nicht statt.
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Nach einer in Abhängigkeit des Verschmutzungsgrads und gegebenenfalls weiterer Faktoren, beispielsweise der Umgebungstemperatur, durchgeführten Reinigung des Sichtfensters 1.1 wird das Reinigungsergebnis analysiert. Dabei werden eine vor der Reinigung ermittelte Art A1 bis An und Stärke S1 bis Sm der Verschmutzung V1 bis V6 mit einer nach der durchgeführten Reinigung ermittelten Art A1 bis An und Stärke S1 bis Sm der Verschmutzung V1 bis V6 verglichen. Dies erfolgt insbesondere durch einen Vergleich der jeweils vor und nach der Reinigung erfassten Intensitäten der an dem Sichtfenster 1.1 reflektierten Laserimpulse. In der Look-up-Tabelle sind Erwartungswerte hinterlegt. Wenn diese Werte nach der Reinigung erreicht werden, wird die Reinigung als erfolgreich beendet.
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Treten jedoch Abweichungen zwischen den Erwartungswerten und den nach der Reinigung ermittelten realen Werten auf, kann die Verschmutzung V1 bis V6 neu bewertet und gegebenenfalls einer anderen Kategorie, das heißt einer anderen Art A1 bis An und/oder Stärke S1 bis Sm zugeordnet werden.
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Beispielsweise kann bei einer vollflächigen Verschmutzung V1 gemäß 2 mit einem mittleren Verschmutzungsgrad als Soll-Wert eine Reduktion der Intensität der an dem Sichtfenster 1.1 reflektierten Laserimpulse um mindestens 40 % vorgegeben sein. Beträgt eine solche Intensität vor Reinigung beispielsweise 60 % und nach einer Reinigung mit 40 ml Reinigungsmittel 17 %, wird die Reinigung als „erfolgreich“ eingestuft.
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Beträgt die Intensität nach der Reinigung jedoch mehr als 20 %, beispielsweise 59 %, wird die Reinigung als „nicht erfolgreich“ eingestuft und es kann eine Neubewertung der Verschmutzung V2 erfolgen. Ist das Ergebnis der Bewertung, dass es sich bei der Verschmutzung V2 um eine vollflächige Salzkruste mit starkem Verschmutzungsgrad handelt, erfolgt beispielsweise ein erneutes Aufbringen von Reinigungsmittel auf das Sichtfenster 1.1 in einer Menge von 100 ml.
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Weist die Intensität nach dieser Reinigung unverändert einen Wert von 59 % auf, erfolgt wieder eine Neubewertung der Verschmutzung V2. Dann wird beispielsweise auf eine komplette Verdeckung VD geschlossen und es erfolgt keine weitere Reinigung. In diesem Fall wird in einer möglichen Ausgestaltung eine entsprechende Information an einen Fahrzeugnutzer ausgegeben.
