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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme eines LiDAR-Sensors in einem Fahrzeug, mit einer Luftfördereinrichtung.
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Der Einsatz von LiDAR-Sensoren in Fahrzeugen ist so weit aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Über solche LiDAR-Sensoren im Rahmen der Umfeldsensorik eines Fahrzeugs lassen sich Objekte im Umfeld des Fahrzeugs erfassen. Hierfür wird ein Laserstrahl ausgesendet und die reflektierte Strahlung dient zur Modellierung eines dreidimensionalen Abbilds der Umgebung.
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LiDAR-Sensoren benötigen bei bestimmten Betriebs- und Umgebungsbedingungen eine Kühlung, welche bei einem Einbau, beispielsweise im Frontbereich eines Fahrzeugs, oft schwierig umzusetzen ist. Im Allgemeinen wird hierfür ein Lüfter verwendet, welcher Kühlrippen am Gehäuse des LiDAR-Sensors mit Luft versorgt. Die
DE 10 2018 215 142 A1 beschreibt einen derartigen Aufbau mit einer aktiven Kühlung eines Sensorgehäuses für einen optischen Sensor, wie beispielsweise einen LiDAR-Sensor. Auf das Sensorgehäuse wird dazu ein Luftführungskanal aufgesetzt, durch welchen über eine Luftfördereinrichtung Luft über Kühlrippen des Gehäuses geleitet wird.
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Die
DE 10 2018 203 075 A1 beschreibt ein weiteres Gehäuse, in welchem über einen Lüfter oder einen Ventilator einen aktiven Kühlluftstrom erzeugt werden kann, welcher als durch Zwangskonfektion erzeugter Kühlluftstrom Kühlrippen in dem Gehäuse überströmen kann. Dabei strömt quer zur Ansaugrichtung des Lüfters ein passiver Luftstrom durch das Gehäuse, beispielsweise aufgrund eines Fahrtwinds.
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Ferner ist aus der
US 2022/0221560 A1 ein LiDAR-System bekannt, welches auf dem Dach eines Fahrzeugs positioniert werden kann und dort entsprechend rotiert. Es hat zwei Sichtfenster und einen großen passiven Kühlkörper, welcher vom Fahrtwind des Fahrzeugs gekühlt wird.
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Eine solche passive Kühlung wie im zuletzt genannten Stand der Technik ist bei einem Einbau eines LiDAR-Sensors beispielsweise im Frontbereich eines Fahrzeugs aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums im Allgemeinen nicht möglich, weshalb im Allgemeinen auf den Aufbau mit einem Lüfter, wie im zuerst genannten Stand der Technik beschrieben, gesetzt wird. Dennoch ist es so, dass auch hier die Kühlung vergleichsweise schlecht ist und der LiDAR-Sensor in bestimmten Situationen aufgrund einer nicht ausreichenden Kühlung nicht vollumfänglich genutzt werden kann.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin eine verbesserte Vorrichtung zur Aufnahme eines LiDAR-Sensors in einem Fahrzeug mit einer Luftfördereinrichtung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen einer solchen Vorrichtung sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es so, dass Luftleitelemente vorgesehen sind, welche dazu eingerichtet sind, einen von der Luftfördereinrichtung geförderten Luftstrom entlang von zu kühlenden Strukturen und entlang eines freizuhaltenden Sichtbereichs für den LiDAR-Sensor zu führen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht einen Lüfter vor, welcher einerseits Kühlluft fördert und andererseits Luft über den Sichtbereich des LiDAR-Sensors hinweg fördert, um diesen entsprechend frei von einem Beschlagen, frei von Schmutz oder dergleichen zu halten. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer sogenannten Freihaltung. Bisher wird diese Freihaltung mit einem eigenen Lüfter unabhängig von der Kühlung realisiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nun in der Lage mit einer einzigen Luftfördereinrichtung sowohl die Kühlung als auch die Freihaltung des LiDAR-Sensors umzusetzen. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass bei vergleichbarem Bauraum eine größere Luftfördereinrichtung zum Einsatz kommen kann, sodass ein größerer Luftstrom gefördert werden kann, ohne dass hierfür im Bereich, in dem der LiDAR-Sensor eingebaut werden soll, mehr Bauvolumen benötigt wird. Durch diesen Aufbau kann aufgrund der größeren über diese Luftfördereinrichtung förderbaren Luftmenge nun sowohl die Kühlung als auch die Freihaltung realisiert werden. Dies führt insgesamt zu einer verbesserten Kühlung einerseits und aufgrund des höheren Luftstroms zu einer verbesserten Freihaltung andererseits. Die Verfügbarkeit des LiDAR-Sensors sowohl hinsichtlich eines freien Sichtbereichs als auch hinsichtlich der thermischen Verfügbarkeit wird somit deutlich verbessert.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung kann es dabei vorgesehen sein, dass die zu kühlenden Strukturen und der freizuhaltende Sichtbereich nacheinander in der Luftströmung angeordnet sind. Vorzugsweise sind sie gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung hiervon in genau dieser Reihenfolge hintereinander angeordnet, sodass also die zu kühlenden Strukturen zuerst und der freizuhaltende Sichtbereich danach überströmt werden. Über den Luftstrom kann also zuerst die Kühlung und im Anschluss daran die Freihaltung realisiert werden. Die durch die Kühlung bereits vorgewärmte Luft hat für die Freihaltung zumindest in einigen Situationen den Vorteil, dass ein potenzielles Beschlagen mit Wasserdampf oder Feuchtigkeit leichter aufgelöst werden kann als im Falle von direkt angesaugter Luft bei Umgebungstemperatur.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es ferner vorsehen, dass die Luftleitelemente mit wenigstens einem düsenförmigen Auslass im freizuhaltenden Sichtbereich enden. Die Luftleitelemente können also, nachdem sie die Luft über die zu kühlenden Strukturen geleitet haben, im Bereich des freizuhaltenden Sichtbereichs entsprechend enden, beispielsweise entlang einer der Seitenkanten eben dieses freizuhaltenden Sichtbereichs. Sie können im Bereich ihrer Enden in Form von einer oder mehreren Luftdüsen ausgebildet sein, um den Luftstrom hier nochmals zu beschleunigen und die Funktionalität der Freihaltung hierdurch zu verbessern.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es außerdem vorsehen, dass in der Luftströmung zum freizuhaltenden Sichtbereich Düsen für eine Flüssigkeit angeordnet sind. Über solche Düsen kann beispielsweise Wasser oder ein, insbesondere frostbeständiges, Reinigungsgemisch auf den Sichtbereich mit der Luftströmung aufgebracht werden. Insbesondere werden die Düsen dabei aktiv so angesteuert, dass sie nur zeitweise die Reinigungsflüssigkeit bzw. Flüssigkeit auftragen, um den Sichtbereich anschließend über die Luftströmung ohne zugeführte Flüssigkeit frei zu blasen und/oder zu trocknen.
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Die Luftleitelemente können dabei gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein auf einem Sensorgehäuse des LiDAR-Sensors aufliegenden in Richtung des Sensorgehäuses offenen Luftkanal umfassen oder als solcher ausgebildet sein. Ein solcher Luftkanal ist auch im Stand der Technik, sofern eine Freihaltung mittels eines Luftstroms vorgesehen wird, typischerweise vorhanden. Der Luftkanal ist dafür allseitig geschlossen, sodass nun durch einen in Richtung des Sensorgehäuses offenen Luftkanal die Hälfte des Luftkanals eingespart werden kann. Dies spart Bauraum, Kosten und Gewicht ein. In dieser in Richtung des Sensorgehäuses offenen Hälfte kann der Luftkanal dann auf dem Sensorgehäuse aufliegen, welches in diesem Bereich vorzugsweise die zu kühlenden Strukturen aufweist, welche gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung als Kühlrippen in verschiedenen geometrischen Strukturen, wie es prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist, ausgeführt sein können. Die Luft strömt dann durch den nur noch „halben“ Luftkanal entlang der zu kühlenden Strukturen des Gehäuses und dann weiter zu einem Auslass für die Luft benachbart zu dem Sichtbereich, sodass die geförderte Luft neben der Kühlung auch die bereits mehrfach angesprochene Freihaltung mit übernehmen kann.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung sieht es dabei vor, dass der Sichtbereich und die zu kühlenden Strukturen an verschiedenen Seiten des LiDAR-Sensors angeordnet sind. So kann beispielsweise auf der einen Seite die Kühlung über die zu kühlenden Strukturen erfolgen und auf einer anderen Seite, welche beispielsweise bei einem quaderförmigen Gehäuse in einem 90° Winkel dazu stünde, der Sichtbereich angeordnet sein, welcher von dem Luftstrom, insbesondere nachdem dieser die zu kühlenden Strukturen gekühlt hat, überströmt wird, um den Sichtbereich freizuhalten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung eine weitere Luftfördereinrichtung zur Erzeugung eines weiteren Luftstroms aufweisen, welcher weitere zu kühlende Strukturen überströmt. Der Aufbau kann also mit einem herkömmlichen aktiv gekühlten Aufbau entsprechend kombiniert werden, wenn der zur Verfügung stehende Bauraum dies hergibt. In diesem Fall kann über die beiden Lüfter ein erster Luftstrom zur Kühlung und Freihaltung einerseits und ein zweiter Luftstrom - wie bisher auch - ausschließlich zur Kühlung andererseits erzeugt werden. Eine solche Variante ließe sich auch bei einem bestehenden Aufbau nachrüsten, um dessen thermische Verfügbarkeit zu verbessern.
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Vorzugsweise können die weiteren zu kühlenden Strukturen und die zu kühlenden Strukturen dabei an verschiedenen Seiten des LiDAR-Sensors angeordnet sein, besonders bevorzugt befindet sich der Sichtbereich dann an einer weiteren - dritten - Seite des LiDAR-Sensors. Bei einem solchen Aufbau wäre man dann in der Lage, durch eine vergleichsweise geringe Modifikation des Aufbaus, nämlich durch das Weglassen eines Teils eines Luftkanals für den zur Freihaltung genutzten Luststrom und die Implementierung von Kühlrippen an dem LiDAR-Sensor in dem Bereich, in dem der Luftkanal für den Luftstrom zur Freihaltung aufliegt, in bestehenden Aufbauten die Kühlung bei vergleichbarer Freihaltung wie bisher zu verbessern.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt sind.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten möglichen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung; und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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In der Darstellung der 1 ist in einer schematischen Seitenansicht, welche teilweise als Schnittansicht dargestellt ist, eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erkennen.
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Die Vorrichtung 1 umfasst dabei einen mit 2 bezeichneten LiDAR-Sensor, welcher hier innerhalb eines mit 3 bezeichneten Sensorgehäuses, welches beispielsweise in etwa quaderförmig ausgebildet sein kann, angeordnet ist. In der Darstellung der 1 seitlich neben diesem Sensorgehäuse 3 befindet sich eine mit 4 bezeichnete Luftfördereinrichtung. Diese Luftfördereinrichtung 4, welche beispielsweise als Lüfter oder Gebläse ausgebildet sein kann, kann hier insbesondere als Radialgebläse realisiert sein. Sie kann unmittelbar an dem Sensorgehäuse 3 mit angebracht werden oder wäre auch an einer anderen Stelle denkbar, wenn sie mit einem Leitungselement, beispielsweise einem Schlauch oder Kanal, mit den nachfolgend beschriebenen Elementen verbunden ist.
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Ungeachtet der genauen Anordnung dieser Luftfördereinrichtung 4 erzeugt diese einen hier durch die Pfeile angedeuteten Luftstrom L, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ausgehend von der Luftfördereinrichtung 4 zuerst nach oben strömt und dann durch Luftleitelemente 5, welche hier als Luftkanal ausgebildet sind, entlang des Sensorgehäuses 3, in der Darstellung der 1 von rechts nach links, geführt wird. In diesem Bereich sind zu kühlende Strukturen 6 angeordnet, welche vorzugsweise als Kühlrippen ausgebildet sein können, die hier ebenfalls von rechts nach links verlaufend angeordnet sein sollen, weshalb in der Darstellung lediglich eine dieser Kühlrippen zu erkennen ist. Nachdem der Luftstrom L die zu kühlenden Strukturen 6 überströmt hat, wird er durch die Luftleitelemente 5 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten umgeleitet. Die Luftleitelemente 5 bilden hier zusammen mit dem den Luftkanal ebenfalls begrenzenden Sensorgehäuse 3 eine Luftdüse 7 aus, welche den Luftstrom L auf die hier nach links gerichtete Seite des Sensorgehäuses 3 bläst. Diese Seite umfasst einen Sichtbereich 8 des LiDAR-Sensors, welcher ein für seine Funktionalität entscheidendes Sichtfeld beinhaltet. Der Sichtbereich 8 ist daher während des Betriebs nach Möglichkeit sauber zu halten und soll frei von Verschmutzungen, sich niederschlagender Feuchtigkeit und dergleichen bleiben. Der über die Luftdüse 7 ausströmende Luftstrom L trägt dazu bei, indem er Feuchtigkeit und Schmutz aus dem Sichtbereich 8 bläst und diesen damit freihält. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Freihaltung.
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Zusätzlich zu der Freihaltung über den Luftstrom L aus der Luftdüse 7 können Wasserdüsen 9 vorgesehen werden, welchen Wasser und/oder eine Reinigungsflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 10 zugeführt werden kann. Um dies bedarfsgerecht steuern zu können, kann eine Ventileinrichtung 11, beispielsweise ein elektromagnetisches Ventil, vorgesehen werden. Die Flüssigkeit wird von dem Luftstrom L mitgerissen und gelangt so in den Sichtbereich 8, um dessen Reinigung bzw. Freihaltung zu unterstützen.
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Dieser Aufbau ermöglicht es nun sowohl die Freihaltung als auch die Kühlung mit einem einzigen Luftstrom L effizient zu realisieren. Dieser Luftstrom L kann dabei größer dimensioniert werden als bisher, da der ansonsten für mehrere Luftströmungen und mehrere Gebläse benötigte Bauraum zusammengelegt werden kann.
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Prinzipiell wäre es dennoch möglich einen weiteren Luftstrom ausschließlich zur Kühlung mit vorzusehen. In der Darstellung der 2 ist vergleichbar zur Darstellung in der 1 ein solcher Aufbau grundlegend gezeigt. Die Darstellung weicht dabei lediglich im unteren Bereich des Sensorgehäuses 3 von der Darstellung in 1 ab, sodass auch nur dieser Bereich entsprechend erläutert wird. Über eine zusätzliche weitere Luftfördereinrichtung 12 kann ein weiterer Luftstrom L' gefördert werden, welcher beispielsweise auf der Unterseite des Sensorgehäuses 3 entlang strömt, hier rein beispielhaft in die Bildebene hinein, um dort angeordnete zu kühlende Strukturen 13, welche als in der Blickrichtung des Betrachters verlaufende Kühlrippen ausgeführt sind, zu kühlen. Hierdurch können mehrere Seiten des Sensorgehäuses 3 gekühlt werden, sodass Abwärme noch besser abgeführt werden kann, wofür dann allerdings zusätzlicher Bauraum benötigt wird, sodass hier auf einen Teil der oben genannten Vorteile verzichtet werden muss. Andererseits lässt somit sich der in 1 beschriebene Aufbau so bei einem herkömmlichen System nachrüsten, um die Kühlung zu optimieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018215142 A1 [0003]
- DE 102018203075 A1 [0004]
- US 2022/0221560 A1 [0005]
