WO2007134993A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen eines auf elektromagnetischer strahlung beruhenden sensors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum reinigen eines auf elektromagnetischer strahlung beruhenden sensors Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for cleaning a sensor based on electromagnetic radiation, in particular a radar sensor or an optical sensor of a rail vehicle.
  • sensors can pollute such that disturbances of the sensor occur. So z. B. Slush such attach to a housing or a sensor surface of the sensor that the beam path is impaired.
  • the sensor may be, for example, a radar sensor or optical sensor for measuring the speed of a rail vehicle relative to the ground.
  • ETCS European Train Control System
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device by means of which the influence of environmental conditions, in particular weather conditions, on the functionality of the sensor is reduced.
  • the object is achieved in that compressed air surges are directed to the sensor surface or in the beam path of the sensor.
  • a single blast of compressed air or a few pulsed blasts of compressed air are sufficient to prevent the sensor surface from completely icing or dripping in time, so that the sensor threatened by the failure continues to function.
  • the disturbing layer on the sensor surface can be pomt in this way with relatively little expenditure of energy be ⁇ .
  • the compressed air cleaning which is preferably triggered only in the event of pollution, the agreed and proven safety objectives, especially in ETCS, even in adverse environmental conditions can be achieved more reliable. Downtime of the sensors is reduced so that their availability is increased.
  • the blasts of compressed air are cycled periodically.
  • the pause time can be in the minute range, while the duration of the compressed air surges in the order of several ⁇ rer milliseconds.
  • Vorzugswiese the compressed air surges are delivered according to claim 3 as a function of the ambient temperature of the sensor surface.
  • the activation can be carried out, for example, at temperatures below 3 0 C.
  • the cleaning of the sensor is in contrast to manual cleaning during the journey of the vehicle, in particular rail vehicle, possible.
  • a dependency of at least one parameter of at least one measuring signal of the sensor can also be provided according to claim 4.
  • This parameter can be, for example, the intensity of the measurement signal, so that a cleaning action is triggered already at the beginning of attenuation of the signal, in particular radar signal. In this way results in a very favorable energy ⁇ solution, since the blast of compressed air is activated only when actually needed.
  • the blasts of compressed air are generated pneumatically or electrically.
  • the pneumatic variant can be constructed in the manner of an air pump.
  • An electric pressure ⁇ air shock generation may include an electrically controlled fan.
  • An apparatus for carrying out the method is characterized in claim 6.
  • first means for the generation ⁇ supply of blasts of compressed air, and second means to the direction of compressed air pulses on the sensor surface or in the beam path of the sensor is provided.
  • the device is - like the procedure - suitable for cleaning a wide range of sensor types with regard to various types of soiling. Although the description mainly refers to the weather-related contamination of radar sensors in rail vehicles, it is not limited to this particular application.
  • an air pump device for generating the compressed air surges, which is connected via a compressed air line to a compressed air tank.
  • the pressure is air boiler is usually so diverted in rail vehicles EXISTING ⁇ of this, only the compressed air line with the air pump device for the purpose of pulsing the compressed air.
  • At least one compressed air nozzle is provided, which ent ⁇ neither faces the sensor surface or opens into a tubular path surrounds the optical path housing.
  • FIG. 1 shows a first embodiment
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a cleaning device for radar sensors of a rail vehicle.
  • FIG. 1 shows two adjacent sensor surfaces 1 a and 1 b of a radar device 2, wherein radiation lobes (not shown) extend from the sensor surfaces 1 a and 1 b.
  • the Sensorflä ⁇ Chen Ia and Ib are due to their skew compared to a horizontal plane, ie exposed to the weather, strong weather conditions. It has been shown that anhaf ⁇ tend aqueous particles, for example aqueous snow, dew and ice, particularly in the temperature range between 0 ° C and -2 0 C, a stronger damping effect with respect to the radiation intensity than relatively dry, persistent snow at lower temperatures.
  • a compressed air device 3 In order to counteract the damping-caused failure of one or both sensor surfaces Ia and Ib, a compressed air device 3 is provided with at least one compressed air nozzle 4 for generating compressed air surges 5, which are directed to both sensor surfaces Ia and Ib.
  • the supply of compressed air via a compressed air line, not shown, starting from an existing on the rail vehicle compressed air tank.
  • the pulsation of the compressed air is preferably temperature-controlled and / or damping controlled.
  • the compressed-air blasts are not directed directly onto a sensor surface 5 6, special countries in the interior of the sensor face 6 to tubusartig ⁇ imaging housing. 7
  • the beam path 8 is kept free of interfering particles, in particular slush 9, as can be seen from the flowcharts a) to d).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen eines auf elektromagnetischer Strahlung beruhenden Sensors, insbesondere eines Radarsensors oder eines optischen Sensors eines Schienenfahrzeugs. Ein besonders effektives und energiesparendes Reinigungsverfahren ist dadurch gekennzeich- net, dass Druckluftstöße (5) auf eine Sensorfläche (1a, 1b) oder in einen Strahlengang (8) des Sensors gerichtet werden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen eines auf elektromagnetischer Strahlung beruhenden Sensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen eines auf elektromagnetischer Strahlung beruhenden Sensors, insbesondere eines Radarsensors oder eines optischen Sensors eines Schienenfahrzeugs.
Durch widrige Umweltbedingungen, z. B. Schnee oder Staub, können Sensoren derart verschmutzen, dass Störungen des Sensors auftreten. So kann sich z. B. Schneematsch derart an ein Gehäuse oder eine Sensorfläche des Sensors anlagern, dass der Strahlengang beeinträchtigt ist.
Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Radarsensor oder optischen Sensor zur Messung der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs relativ zu dem Boden handeln.
Bei Radarsensoren tritt das Problem auf, dass die nach unten geneigten Sensorflächen Umweltbelastungen, insbesondere Witterungseinflüssen, ausgesetzt sind, welche durch Dämpfung der Radarstrahlen zum Ausfall des Radarsensors führen können. Be- sonders prekär tritt dieser Effekt bei verschneiten oder vereisten Sensorflächen auf. Bei Ausfall des Radarsensors muss auf ein zweites, üblicherweise odometrisches Messverfahren zurückgegriffen werden, welches einen größeren Messfehler als der Radarsensor aufweist. Insbesondere bei modernen Zugsiche- rungssystemen auf der Basis von ETCS (European Train Control System) kann es dabei zu unzulässig großen Messfehlern kommen. Die vereinbarte und nachgewiesene Sicherheit des ETCS kann folglich nicht garantiert werden. Eine automatische Re¬ aktivierung des ausgefallenen Radarsensors ist nicht möglich, solange die Verschmutzung, insbesondere Vereisung, der Sensorfläche andauert. Die Reinigung der Sensorflächen erfolgt üblicherweise manuell, was im laufenden Eisenbahnbetrieb nicht durchführbar ist, so dass bei widrigen Witterungsver- hältnissen lange Ausfallzeiten des Radarsensors und damit des Zugsicherungssystems ETCS in Kauf genommen werden müssen.
Bekannt sind Versuche, das Vereisungsproblem durch kontinu¬ ierliche Druckluftbeaufschlagung oder Beheizung der Sensor- flächen zu lösen. Diese Lösungsansätze sind jedoch wegen des erheblichen Energiebedarfs und des großen infrastrukturellen Aufwandes unpraktikabel.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah- ren und eine Vorrichtung anzugeben, durch welche der Einfluss von Umweltbedingungen, insbesondere Witterungsbedingungen, auf die Funktionsfähigkeit des Sensors reduziert ist.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass Druck- luftstöße auf die Sensorfläche oder in den Strahlengang des Sensors gerichtet werden. Ein einzelner Druckluftstoß oder wenige gepulste Druckluftstöße genügen, um eine vollständige Vereisung oder Verwehung der Sensorfläche rechtzeitig zu verhindern, so dass der vom Ausfall bedrohte Sensor weiterhin funktionsfähig ist. Die störende Schicht auf der Sensorfläche kann auf diese Weise mit relativ geringem Energieaufwand be¬ seitigt werden. Durch die Druckluftsäuberung, die vorzugsweise nur im Falle einer Verschmutzung ausgelöst wird, können die vereinbarten und nachgewiesenen Sicherheitsziele, insbe- sondere bei ETCS, auch bei widrigen Umweltbedingungen zuverlässiger erreicht werden. Ausfallzeiten der Sensoren werden reduziert, so dass deren Verfügbarkeit erhöht wird. Letztlich ergibt sich eine verbesserte Akzeptanz des ETCS. Gemäß Anspruch 2 werden die Druckluftstöße periodisch getaktet. Die Pausenzeit kann dabei im Minutenbereich liegen, während die Dauer der Druckluftstöße in der Größenordnung mehre¬ rer Millisekunden liegt.
Vorzugswiese werden die Druckluftstöße gemäß Anspruch 3 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Sensorfläche abgegeben. Die Aktivierung kann beispielsweise bei Temperaturen unter 30C erfolgen. Die Reinigung des Sensors ist dabei im Gegensatz zur manuellen Reinigung auch während der Fahrt des Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, möglich.
Zusätzlich oder alternativ zu der temperaturabhängigen Aktivierung der Druckluftstöße kann gemäß Anspruch 4 auch eine Abhängigkeit von mindestens einem Parameter mindestens eines Messsignals des Sensors vorgesehen sein. Dieser Parameter kann beispielsweise die Intensität des Messsignals sein, so dass bereits bei beginnender Dämpfung des Signals, insbesondere Radarsignals, eine Reinigungsaktion ausgelöst wird. Auf diese Weise ergibt sich eine energetisch sehr günstige Lö¬ sung, da der Druckluftstoß ausschließlich bei tatsächlichem Bedarf aktiviert wird.
Gemäß Anspruch 5 werden die Druckluftstöße pneumatisch oder elektrisch erzeugt. Die pneumatische Variante kann dabei nach Art einer Luftpumpe aufgebaut sein. Eine elektrische Druck¬ luftstoßerzeugung kann ein elektrisch angesteuertes Gebläse umfassen .
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 6 gekennzeichnet. Dabei sind erste Mittel zur Erzeu¬ gung von Druckluftstößen und zweite Mittel zur Richtung der Druckluftstöße auf die Sensorfläche oder in den Strahlengang des Sensors vorgesehen. Die Vorrichtung ist - wie das Verfah- ren - zur Reinigung verschiedenster Sensortypen hinsichtlich verschiedenster Verschmutzungsarten geeignet. Obwohl sich die Beschreibung überwiegend auf witterungsbedingte Verschmutzung von Radarsensoren bei Schienenfahrzeugen bezieht, ist damit keine Beschränkung auf diese spezielle Anwendung verbunden.
Gemäß Anspruch 7 ist zur Erzeugung der Druckluftstöße eine Luftpumpeinrichtung vorgesehen, welche über eine Druckluftleitung mit einem Druckluftkessel verbunden ist. Der Druck- luftkessel ist bei Schienenfahrzeugen üblicherweise vorhan¬ den, so dass von diesem lediglich die Druckluftleitung mit der Luftpumpeinrichtung zwecks Pulsgebung der Druckluft abgezweigt ist.
Zur Richtungsgebung der Druckluftstöße ist gemäß Anspruch 8 sowie 9 mindestens eine Druckluftdüse vorgesehen, welche ent¬ weder der Sensorfläche zugewandt ist oder in ein den Strahlengang tubusförmig umschließendes Gehäuse einmündet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform und
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung für Radarsensoren eines Schienenfahrzeugs.
Figur 1 zeigt zwei benachbarte Sensorflächen Ia und Ib einer Radareinrichtung 2, wobei von den Sensorflächen Ia und Ib nicht dargestellte Strahlungskeulen ausgehen. Die Sensorflä¬ chen Ia und Ib sind aufgrund ihrer Schräglage gegenüber einer horizontalen Ebene, d. h. gegenüber dem Boden, starken Witterungseinflüssen ausgesetzt. Es hat sich gezeigt, dass anhaf¬ tende wässrige Partikel, beispielsweise wässriger Schnee, Tau und Eis, insbesondere im Temperaturbereich zwischen O0C und -20C, einen stärkeren Dämpfungseffekt bezüglich der Strah- lungsintensität haben als relativ trockener, verharschter Schnee bei niedrigeren Temperaturen. Um dem dämpfungsbedingten Ausfall einer oder beider Sensorflächen Ia und Ib entgegen zu wirken, ist eine Drucklufteinrichtung 3 mit mindestens einer Druckluftdüse 4 zur Erzeugung von Druckluftstößen 5 vorgesehen, welche auf beide Sensorflächen Ia und Ib gerichtet sind. Die Zufuhr der Druckluft erfolgt über eine nicht dargestellte Druckluftleitung, ausgehend von einem auf dem Schienenfahrzeug vorhandenen Druckluftkessel. Die Pulsgebung der Druckluft erfolgt vorzugsweise temperaturgesteuert und/oder dämpfungsgesteuert.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform werden die Druckluftstöße 5 nicht direkt auf eine Sensorfläche 6, son- dern in den Innenraum eines die Sensorfläche 6 tubusartig um¬ gebenden Gehäuses 7 gerichtet. Dadurch wird der Strahlengang 8 von störenden Partikeln, insbesondere Schneematsch 9 freigehalten, wie aus den AblaufSchemata a) bis d) ersichtlich.
Durch die bei beiden Ausführungsbeispielen geringere Wahrscheinlichkeit der Anhaftung störender Partikel ergibt sich eine höhere Verfügbarkeit des Sensors, insbesondere bei win¬ terlichen Verhältnissen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Reinigen eines auf elektromagnetischer Strahlung beruhenden Sensors, insbesondere eines Radarsensors oder eines optischen Sensors eines Schienenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass Druckluftstöße (5) auf eine Sensorfläche (Ia, Ib) oder in einen Strahlengang (8) des Sensors gerichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftstöße (5) periodisch getaktet werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftstöße (5) in Abhängigkeit von der Umge¬ bungstemperatur der Sensorfläche (Ia. Ib; 6) erfolgen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftstöße (5) in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter mindestens eines Messsignals des Sensors er¬ folgen .
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftstöße (5) pneumatisch oder elektrisch erzeugt werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Mittel zur Erzeugung von Druckluftstößen (5) und zweite Mittel zur Richtung der Druckluftstöße (5) auf eine Sensorfläche (Ia, Ib) oder in einen Strahlengang (8) des Sensors vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine Luftpumpeinrichtung umfassen, welche über eine Druckluftleitung mit einem Druckluftkessel verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel mindestens eine der Sensorfläche (Ia, Ib) zugewandte Druckluftdüse (4) umfassen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel mindestens eine in ein den Strahlen¬ gang (8) tubusförmig umschließendes Gehäuse (7) einmündende Druckluftdüse (4) umfassen.
PCT/EP2007/054598 2006-05-19 2007-05-11 Verfahren und vorrichtung zum reinigen eines auf elektromagnetischer strahlung beruhenden sensors WO2007134993A1 (de)

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