WO2017102545A1 - Feinstaubsensor für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug und verfahren zum bestimmen einer feinstaubkonzentration - Google Patents

Feinstaubsensor für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug und verfahren zum bestimmen einer feinstaubkonzentration Download PDF

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WO2017102545A1
WO2017102545A1 PCT/EP2016/080270 EP2016080270W WO2017102545A1 WO 2017102545 A1 WO2017102545 A1 WO 2017102545A1 EP 2016080270 W EP2016080270 W EP 2016080270W WO 2017102545 A1 WO2017102545 A1 WO 2017102545A1
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WO
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housing
fine dust
receiving unit
electromagnetic radiation
dust sensor
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PCT/EP2016/080270
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Dieter HENZ
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Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh
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    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • Fine dust sensor for a motor vehicle, motor vehicle and method for determining a fine dust concentration
  • the invention relates to a particulate matter sensor for a motor vehicle with a housing.
  • a transmitting unit for emitting an electromagnetic radiation
  • a receiving unit for receiving the emitted
  • the fine dust sensor is configured to determine a fine dust concentration in an interior of the motor vehicle and / or in an environmental region of the motor vehicle depending on a parameter ratio, a parameter characterizing the electromagnetic radiation, of the emitted electromagnetic radiation to the received electromagnetic radiation.
  • the invention also relates to a motor vehicle having a fine dust sensor and to a method for determining a fine dust concentration in an interior of a motor vehicle and / or in an environmental region of the motor vehicle. It is emitted with a transmitting unit, an electromagnetic radiation and the emitted electromagnetic radiation is received after the radiation through an air space of a housing of a receiving unit.
  • the fine dust concentration is determined as a function of a parameter ratio, a parameter characterizing the electromagnetic radiation, of the emitted electromagnetic radiation to the received electromagnetic radiation.
  • Particulate matter sensors are known from the prior art.
  • the motor vehicle from DE 10 2008 014 401 A1 has a sensor for detecting the air quality
  • fine dust sensors for example, fine dust with a particle size between 5 nm and 2500 nm can be detected.
  • Fine dust concentration in an interior of a motor vehicle and / or in a surrounding area of the motor vehicle can be determined more precisely and reliably.
  • An inventive fine dust sensor for a motor vehicle comprises a housing.
  • a transmitting unit for emitting an electromagnetic radiation and a receiving unit for receiving the emitted
  • the fine dust sensor is designed to determine a fine dust concentration in an interior of the motor vehicle and / or in an environmental region of the motor vehicle depending on a parameter ratio, a parameter characterizing the electromagnetic radiation, the emitted electromagnetic radiation to a received electromagnetic radiation.
  • the particulate matter sensor in addition to at a first position in the housing
  • first receiving unit has at least one arranged at a different position from the first position second position in the housing second receiving unit for receiving the emitted electromagnetic radiation.
  • the fine dust concentration in the interior of the motor vehicle and / or in the surrounding area of the motor vehicle can be determined more precisely and reliably.
  • the emitted electromagnetic radiation is received by the first receiving unit. If no free dust particles are present between the transmitting unit and the first receiving unit, substantially all of the emitted electromagnetic radiation is received by the first receiving unit. Are particulate matter between the transmitting unit and the first
  • Transmitting unit and the first receiving unit the emitted electromagnetic radiation from the transmitting unit is at least partially by the
  • the parameter ratio would be a photon ratio of the emitted electromagnetic radiation to the received electromagnetic radiation.
  • the second receiving unit By the second receiving unit, the fine dust concentration can now be determined more accurately and reliably.
  • the second receiving unit is so in the housing arranged that in an ideally particle-free airspace of the housing no emitted electromagnetic radiation is received by the second receiving unit. Only in the presence of fine dust particles between the transmitting unit and the first receiving unit, in particular in the air space of the housing, the emitted electromagnetic radiation is deflected by the particulate matter that at least a portion of the emitted
  • electromagnetic radiation is received by the second receiving unit.
  • the particulate matter concentration in the air space of the housing can be determined as follows. Receives only the first receiving unit, the emitted electromagnetic radiation and not the second receiving unit, it can be assumed that a fine dust particle-free air space of the housing. This in turn allows a conclusion on an air quality of the interior and / or the
  • the first receiving unit receives less than is the case with particle-free air space
  • the second receiving unit receives more of the emitted electromagnetic radiation, as is the case with particle-free air space of the housing.
  • Fine dust particles with the size of 5 nm to 2500 nm are determined.
  • air flowing into the air space from the interior and / or the surrounding area for example by means of a filter, pretreated or filtered such that another maximum size of
  • Fine dust particles which are the basis of the measurement of fine dust concentration, determined. As a result, the air quality in the interior and / or in the
  • the first receiving unit viewed in the direction of rotation about a longitudinal axis of the housing by 180 ° to the transmitting unit in the
  • Housing is arranged offset, and the electromagnetic radiation with a main emission of the transmitting unit in the direction of the first receiving unit is sent out.
  • the first receiving unit and the transmitting unit are thus in particular opposite, in particular diametrically, arranged to each other.
  • the first receiving unit is arranged in particular in the main emission direction of the transmitting unit.
  • the electromagnetic radiation which is emitted by the transmitting unit thus hits, in particular directly, in particular without being deflected, on the first receiving unit.
  • a presence of the particulate matter in the air space of the housing can be detected when passing through the first
  • Receiving unit is less received by the electromagnetic radiation, as is the case with a particle-free airspace.
  • the fine dust concentration can be determined more precisely.
  • the second position of the second receiving unit is arranged at an angle, in particular 90 ° in the circumferential direction e iner longitudinal axis of the housing to the first position of the first receiving unit.
  • the second receiving unit is preferably not arranged in the region of the undeflected emitted electromagnetic radiation.
  • the second receiving unit thus receives in particular no electromagnetic radiation when the air space is fine dust particles free.
  • the second receiving unit can be used independently next to the first receiving unit for determining the fine dust concentration.
  • a fine dust concentration determined by the first receiving unit can be checked by the second receiving unit. Is the parameter ratio between the emitted electromagnetic
  • Fine dust concentration can be determined more accurately and reliably.
  • the fine dust sensor has a third receiving unit arranged in the housing at a third position different from the first position and the second position for receiving the emitted electromagnetic radiation.
  • the third receiving unit may in particular be characterized by the characteristics of the second receiving unit.
  • the third receiving unit is in particular likewise arranged in the housing in such a way that the emitted electromagnetic radiation is not received by the third receiving unit in the fine dust particle-free air space.
  • the third receiving unit can also be used again in order to more accurately and reliably determine the fine dust concentration in the interior space and / or the surrounding area. Furthermore, the third receiving unit is advantageous because a further working on the principle of the second receiving unit receiving unit is provided and overall reliability of the particulate matter sensor can be increased.
  • the third receiving unit in the direction of rotation about a longitudinal axis of the housing considered between 160 ° and 200 °, in particular offset by 180 ° to the second receiving unit in the housing.
  • the third receiving unit is arranged as far away as possible from the second receiving unit in the housing.
  • the air space of the housing is characterized uniformly for receiving the emitted and deflected by particulate matter
  • the fine dust concentration can in turn be determined more precisely than if the second receiving unit and the third receiving unit were arranged directly next to one another in the housing.
  • the housing has a radially extending to a longitudinal axis of the housing, in particular completely from a first housing side of the housing to a second housing side of the housing
  • the housing has through, the first air passage through which air from the interior and / or the surrounding area in an air space of the housing can be flowed.
  • the air from the interior and / or the housing has through, the first air passage through which air from the interior and / or the surrounding area in an air space of the housing can be flowed.
  • the first air duct is designed, in particular, as a channel that runs completely through the housing and can be used, for example, for systems with constant air flow in a specific direction, such as ventilation ducts. Through the first air duct, the air exchange between the interior and / or the surrounding area with the air space
  • the housing has a second air passage, in particular completely through from a third housing side of the housing to a fourth housing side of the housing, through which air from the interior and / or the surrounding area into an airspace of the air Housing can be flowed.
  • the air space of the housing is open in particular to all sides of the housing. This allows a better circulation than with only the first air duct within the airspace.
  • the air exchange between the interior and / or the surrounding area with the air space can be made more effective and faster.
  • a first longitudinal axis of the first air channel and a second longitudinal axis of the second air channel are arranged perpendicular to each other.
  • the arrangement of the longitudinal axes perpendicular to each other, the inflow of air into the airspace can be further improved.
  • the particulate matter sensor can also be arranged at locations of the motor vehicle, which are irregular or flowed from different directions with air. The fine dust concentration can therefore be determined more precisely and reliably again.
  • the first air channel and the second air channel intersect thereby.
  • the fine dust sensor has at least one fan, through which an air flow can be generated, which actively supports the inflow of air from the interior and / or the surrounding area into an air space of the housing.
  • the fan openings of the first air duct and / or the second air duct can be made smaller, for example, than would be the case without the fan. Due to the smaller openings on the respective sides of the housing can turn the incidence of stray light
  • the fan can sufficiently allow the exchange of air between the air space and the interior and / or the surrounding area even in rooms with low air circulation. This allows the particulate matter sensor again on low-air installation positions on the
  • the fine dust concentration can in turn be determined more precisely and reliably by the fan.
  • an axis of the fan about which a fan of the fan rotates is arranged coaxially to a longitudinal axis of the housing.
  • the air is in particular flowed axially into the air space to the longitudinal axis. It is advantageous in that the housing with a small width, relative to a plane in which the transmitting unit and the
  • Receiving units extend, can be formed. By coaxial with the Longitudinally arranged fan, the housing extends rather further in a height perpendicular to this plane.
  • a fan of the fan is arranged in the radial direction to a longitudinal axis of the housing laterally next to the air space, in particular the fan is arranged in a plane in which the transmitting unit and the respective receiving unit are arranged.
  • the air is preferably flowed radially into the air space.
  • the lateral fan located adjacent the air space causes the housing to extend more in width and be formed with a small height with respect to the plane.
  • the housing can also be provided on the housing several fans.
  • the coaxially arranged fan and the fan arranged laterally next to the air space can also be arranged together in the housing. As a result, the inflow behavior of the air into the air space can be further improved.
  • a light-collecting lens is arranged in front of the first receiving unit and / or in front of the second receiving unit.
  • a light-scattering lens may be arranged in front of the first receiving unit.
  • the light-scattering lens is preferably arranged in front of the first receiving unit in order not to come into a saturation region in the evaluation of the first receiving unit. It is therefore intended that no more photons radiate to the first receiving unit, as this can process metrologically. The parameter ratio can thereby be determined more accurately.
  • a light-collecting lens is arranged in front of the first receiving unit and / or the second receiving unit and / or the third receiving unit.
  • the light-collecting lens as far as possible scattered light, so received by particulate matter in the airspace deflected emitted electromagnetic radiation.
  • a reception area of the second reception unit and / or of the third reception unit for the electromagnetic radiation which is deflected by the fine dust particles can be enlarged by the light-collecting lens. This makes it possible, for example, for the second receiving unit and / or the third receiving unit to be operated above a minimum detection limit of incident electromagnetic radiation.
  • the fine dust concentration can thus be more precise and accurate
  • the fine dust sensor can be operated, for example, in the infrared range of the electromagnetic radiation or else in the range of the visible light of the electromagnetic radiation or else in the ultraviolet range of the electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation for example due to the lower wavelength, can be more scattered at the particulate matter particles and the particulate matter concentration can be more accurately determined.
  • the focus of the fine dust detection can be set to a specific particle size. Small particles, such as cigarette smoke, may then be less considered than large particles, such as vehicle exhaust.
  • the invention also relates to a motor vehicle with an inventive
  • the motor vehicle may also have several of the particulate matter sensors.
  • the particulate matter sensor has in particular
  • the particulate matter sensor can be mounted in an interior of the motor vehicle to determine the fine dust concentration in the interior.
  • the fine dust sensor can also be arranged on the motor vehicle such that the fine dust concentration in an ambient region of the motor vehicle and thus the fine dust concentration of an outer ambient air of the motor vehicle is determined.
  • the fine dust sensor may be arranged, for example, on a roof lining of the motor vehicle.
  • the particulate matter sensor is designed as a separate module or as a module that can be integrated into other components of the motor vehicle.
  • the particulate matter sensor can be arranged as a stand-alone separate module on the motor vehicle, or the particulate matter sensor can be integrated into an already existing component of the motor vehicle.
  • the particulate matter sensor can be arranged on a component on an inner side of a vehicle windshield of the motor vehicle, such as a rain sensor and / or an electrically dimming rearview mirror and / or a front camera of the motor vehicle or can be integrated with these components together in a common housing.
  • the invention also relates to a method for determining a fine dust concentration in an interior of a motor vehicle and / or in an environmental region of the motor vehicle.
  • a transmitting unit an electromagnetic Radiation emitted and the emitted electromagnetic radiation is received after the radiation through an air space of a housing of a receiving unit.
  • the fine dust concentration is determined as a function of a parameter ratio, a parameter characterizing the electromagnetic radiation, of the emitted electromagnetic radiation to a received electromagnetic radiation.
  • the fine dust concentration is additionally determined as a function of an electromagnetic radiation received by at least one second receiving unit.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an inventive motor vehicle with a fine dust sensor.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the particulate matter sensor with a
  • Transmitting unit a first receiving unit, a second receiving unit and a third receiving unit
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the fine dust sensor analogous to FIG. 2, in which an air space of a housing of the fine dust sensor has fine dust particles;
  • Fig. 4 is a schematic representation of the particulate matter sensor with a first
  • Fig. 5 is a schematic representation of the particulate matter sensor with the first
  • Fig. 6 is a schematic representation of the particulate matter sensor with a fan with a fan wheel which rotates coaxially to a longitudinal axis of the housing;
  • Fig. 7 is a schematic representation of the particulate matter sensor with a fan with an air wheel, which is arranged laterally next to the air space.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a motor vehicle 1 with a
  • Fine dust sensor 2 shown.
  • the fine dust sensor 2 is arranged according to the embodiment in an interior 3 of the motor vehicle 1.
  • the particulate matter sensor 2 is possible in many ways, preferably such that a fine dust concentration in the interior 3 and / or in a
  • the fine dust sensor 2 can be designed as a separate module or as an integrable into other components of the motor vehicle module.
  • the other components of the motor vehicle 1 can in this case, for example, be designed as a rain sensor, electrically dimming interior mirror or front camera.
  • the fine dust sensor 2 is at a
  • Inner side 6 of a vehicle windscreen 7 of the motor vehicle 1 is arranged.
  • the fine dust sensor 2 is designed to a fine dust concentration in the
  • the fine dust sensor 2 for example, in the infrared region of the electromagnetic radiation or in the visible light or in the ultraviolet range of the
  • FIG. 2 shows the fine dust sensor 2.
  • the fine dust sensor 2 has a housing 8.
  • a transmitting unit 9, a first receiving unit 10, a second receiving unit 1 1 and a third receiving unit 12 are arranged.
  • the housing 8 has an air space 13 in its center.
  • an electromagnetic radiation 14a is emitted.
  • the electromagnetic radiation 14a can be generated either in the infrared spectral range, which is for example between 780 nm and 1 mm wavelength, or the visible spectral range or the ultraviolet spectral range.
  • the electromagnetic radiation 14a is emitted by the transmitting unit 9 via the air space 13 along a main emission direction 15 to the first receiving unit 10 and received there as received electromagnetic radiation 14b. If the air space 13 is free of fine dust particles, the emitted electromagnetic radiation 14a is received unhindered by the first receiving unit 10.
  • a collimator 16 may be arranged in front of the transmitting unit 9. The collimator 16 serves to generate a parallel beam path of the emitted electromagnetic radiation 14a.
  • the first receiving unit 10 is in the circumferential direction about a longitudinal axis 17 of the
  • the first receiving unit 10 is located at a first position 18 and is configured to receive the emitted electromagnetic radiation 14a. Also designed to receive the electromagnetic radiation 14a are arranged at a second position 19 second receiving unit 1 1 and at a Third position 20 arranged third receiving unit 12. The second position 19 of the second receiving unit 1 1 is arranged at an angle 21 in the direction of rotation of the longitudinal axis 17 to the first position 18. The angle 21 is according to the
  • the third receiving unit 12 at the third position 20 is viewed in the direction of rotation about the longitudinal axis 17 according to the embodiment by 180 ° to the second receiving unit 1 1 in the hous se 8 arranged offset.
  • the second receiving unit 1 1 and the third receiving unit 12 are thus arranged in the housing 8 opposite.
  • Receiving unit 12 impinges.
  • the second receiving unit 1 1 By the first receiving unit 10, the second receiving unit 1 1 and third
  • Fine dust concentration can be increased with the fine dust sensor 2.
  • the fine dust sensor 2 is thus more robust and can dissolve finer.
  • FIG. 3 shows the fine dust sensor 2 with fine dust particles 22 in the air space 13.
  • the fine dust particles 22 deflect the emitted electromagnetic radiation 14a from the direction of the main emission direction 15.
  • fewer photons of the emitted electromagnetic radiation 14a reach the first receiving unit 10 and, on the other hand, more photons of the electromagnetic radiation 14a reach the second receiving unit 11 and / or the third receiving unit 12 than if the fine dust particles 22 did not exist in the air space 13 would be present.
  • Receiving unit 1 1 and / or the third receiving unit 12 are detected, the more particulate matter 22 are assumed in the air space 13.
  • the number of photons of the electromagnetic radiation 14b detected by the first receiving unit 10 drops.
  • the number of photons of the electromagnetic radiation 14a, 14b can be described, for example, as parameters characterizing the electromagnetic radiation 14a, 14b.
  • a parameter ratio can be determined which, for example, relates the number of photons emitted by the transmitting unit 9 to the number of photons received by the respective receiving unit 10, 11, 12.
  • Fine dust concentration in the air space 13 can be determined.
  • the air, which is present in the air space 13, is preferably continuously exchanged with air from the interior 3 and / or the surrounding area 5 and therefore can thus in the
  • the receiving units 10, 1 1, 12 can be mutually checked with the respective receiving unit 10. 1 1, 12 specific result of fine dust concentration. For example, defective receiving units 10, 11, 12 can also be detected.
  • a light-scattering lens 23 may be arranged in addition to the first receiving unit 10.
  • a light-scattering lens 23 By the light-scattering lens 23, a supersaturation of the first receiving unit 10 with respect to the incident electromagnetic radiation 14 b can be prevented.
  • a light-collecting lens may be arranged in front of the first receiving unit 10, in particular instead of the light-scattering lens 23. Equally optionally complementary, in front of the second receiving unit 1 1 and / or the third receiving unit 12 a
  • the light-collecting lens 24 may be arranged. By the light-collecting lens 24, a larger number of photons of the electromagnetic radiation 14a from the air space 13 to the second receiving unit 1 1 and / or the third receiving unit 12 is passed. It is thus achieved by the light-collecting lens 24 that even a smaller number of fine dust particles 22 can be detected in the air space 13 than would be the case without the light-collecting lens 24.
  • the 4 shows the fine dust sensor 2 with the housing 8 with a first air duct 25.
  • the first air duct 25 extends radially to the longitudinal axis 17 in the housing 8. Furthermore, the first air duct 25 through the housing 8 is completely continuous and thus extends from a first housing side 26 of the housing 8 to a second housing side 27 of the housing 8. The first housing side 26 is the second housing side 27 opposite. Through the first air channel 25 flows according to the
  • Air inlet opening 29 is arranged and on the second side of the housing 27, a first Heilausströmö réelle 30 is arranged to the through the first air inlet opening 29 in the air 13 flowed in air 28 to be able to flow out of the air space 13 again.
  • FIG. 5 shows the fine dust sensor 2 with the housing 8 with the first air duct 25 and a second air duct 31.
  • a first longitudinal axis 32 of the first air channel 25 is aligned perpendicular to a second longitudinal axis 33 of the second air channel 31.
  • the second air duct 31 also extends completely through the housing 8. However, the second air duct 31 extends from a third one
  • a second Lufteinströmö réelle 36 on the third housing side 34 and there is a second Heilausströmö réelle 37 formed on the fourth side of the housing 35.
  • the air inflow openings 29, 36 can each also be used for the outflow of the air 28 and the air outflow openings 30, 37 can also be used for the inflow of the air 28.
  • Fig. 6 shows the particulate matter sensor 2 with a fan 38.
  • the fan 38 is to
  • the fan 38 is arranged in the housing 8 such that an axis 39 of the fan 38 about which a fan wheel 40 of the fan 38 rotates is arranged coaxially with the longitudinal axis 17.
  • the axis 39 and the longitudinal axis 17 are therefore in particular congruent.
  • the air 28 is preferably axially flowed axially with respect to the longitudinal axis 17 in the air space 13.
  • FIG. 7 shows the fine dust sensor 2 with the fan 38 arranged in the housing 8.
  • the fan 38 is arranged in the housing 8 in such a way that a fan wheel 41 of the fan 38 extends in the radial direction to the longitudinal axis 17 of the housing 8 considered to be arranged laterally next to the air space 13.
  • the fan 41 is arranged in a plane in which the transmitting unit 9 and the receiving units 10, 1 1, 12 are arranged.
  • the air 28 is therefore preferably flowed radially to the longitudinal axis 17 in the air space 13.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feinstaubsensor (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Gehäuse (8) und einer in dem Gehäuse (8) angeordneten Sendeeinheit (9) zum Aussenden einer elektromagnetischen Strahlung (14a) und einer in dem Gehäuse (8) angeordneten Empfangseinheit (10) zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (14a), wobei der Feinstaubsensor (2) ausgebildet ist, eine Feinstaubkonzentration in einem Innenraum (3) des Kraftfahrzeugs (1) und/oder in einem Umgebungsbereich (5) des Kraftfahrzeugs (5) abhängig von einem Parameterverhältnis, eines die elektromagnetische Strahlung (14a, 14b) charakterisierenden Parameters, der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (14a) zu der empfangenen elektromagnetischen Strahlung (14b) zu bestimmen, wobei der Feinstaubsensor (2) zusätzlich zu der an einer ersten Position (18) in dem Gehäuse (8) angeordneten ersten Empfangseinheit (10) zumindest eine an einer von der ersten Position (18) unterschiedlichen zweiten Position (19) in dem Gehäuse (8) angeordnete zweite Empfangseinheit (11) zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (14a) aufweist.

Description

Feinstaubsensor für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Bestimmen einer Feinstaubkonzentration
Die Erfindung betrifft einen Feinstaubsensor für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse. In dem Gehäuse sind eine Sendeeinheit zum Aussenden einer elektromagnetischen Strahlung und eine Empfangseinheit zum Empfangen der ausgesendeten
elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Der Feinstaubsensor ist ausgebildet, eine Feinstaubkonzentration in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs und/oder in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs abhängig von einem Parameterverhältnis, eines die elektromagnetische Strahlung charakterisierenden Parameters, der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zu der empfangenen elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem Feinstaubsensor sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Feinstaubkonzentration in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs und/oder in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Es wird mit einer Sendeeinheit eine elektromagnetische Strahlung ausgesandt und die ausgesandte elektromagnetische Strahlung wird nach dem Strahlen durch einen Luftraum eines Gehäuses von einer Empfangseinheit empfangen. Die Feinstaubkonzentration wird abhängig von einem Parameterverhältnis, eines die elektromagnetische Strahlung charakterisierenden Parameters, der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zu der empfangenen elektromagnetischen Strahlung bestimmt.
Feinstaubsensoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. So weist das Kraftfahrzeug aus der DE 10 2008 014 401 A1 einen Sensor zur Erfassung der Luftgüte
beziehungsweise der Feinstaubkonzentration der Luft im Fahrzeuginnenraum auf. Durch Feinstaubsensoren kann beispielsweise Feinstaub mit einer Partikelgröße zwischen 5 nm und 2500 nm erfasst werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Feinstaubsensor, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem beziehungsweise bei welchem eine
Feinstaubkonzentration in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs und/oder in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs präziser und zuverlässiger bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Feinstaubsensor, durch ein
Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Ein erfindungsgemäßer Feinstaubsensor für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Gehäuse. In dem Gehäuse sind eine Sendeeinheit zum Aussenden einer elektromagnetischen Strahlung und eine Empfangseinheit zum Empfangen der ausgesendeten
elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Der Feinstaubsensor ist dazu ausgebildet, eine Feinstaubkonzentration in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs und/oder in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs abhängig von einem Parameterverhältnis, eines die elektromagnetische Strahlung charakterisierenden Parameters, der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zu einer empfangenen elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen. Als ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist vorgesehen, dass der Feinstaubsensor zusätzlich zu der an einer ersten Position in dem Gehäuse
angeordneten ersten Empfangseinheit zumindest eine an einer von der ersten Position unterschiedlichen zweiten Position in dem Gehäuse angeordnete zweite Empfangseinheit zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung aufweist.
Durch den erfindungsgemäßen Feinstaubsensor kann die Feinstaubkonzentration in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs und/oder in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs präziser und zuverlässiger bestimmt werden.
Bei dem Feinstaubsensor wird die ausgesendete elektromagnetische Strahlung von der ersten Empfangseinheit empfangen. Sind zwischen der Sendeeinheit und der ersten Empfangseinheit keine freien Staubpartikel vorhanden, so wird im Wesentlichen die gesamte ausgesendete elektromagnetische Strahlung von der ersten Empfangseinheit empfangen. Sind Feinstaubpartikel zwischen der Sendeeinheit und der ersten
Empfangseinheit, insbesondere in einem Luftraum des Gehäuses zwischen der
Sendeeinheit und der ersten Empfangseinheit, so wird die von der Sendeeinheit ausgesendete elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durch die
Feinstaubpartikel abgelenkt und die ausgesendete elektromagnetische Strahlung wird nur noch teilweise von der ersten Empfangseinheit empfangen. Dies wird durch das
Parameterverhältnis quantitativ beschrieben. So kann der die elektromagnetische
Strahlung charakterisierende Parameter beispielsweise Photonen der
elektromagnetischen Strahlung beschreiben. Damit wäre das Parameterverhältnis ein Photonenverhältnis der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zu der empfangenen elektromagnetischen Strahlung.
Durch die zweite Empfangseinheit kann die Feinstaubkonzentration nun genauer und zuverlässiger bestimmt werden. So ist die zweite Empfangseinheit derart in dem Gehäuse angeordnet, dass bei einem idealerweise partikelfreien Luftraum des Gehäuses keinerlei ausgesendete elektromagnetische Strahlung durch die zweite Empfangseinheit empfangen wird. Lediglich bei Vorhandensein von Feinstaubpartikeln zwischen der Sendeeinheit und der ersten Empfangseinheit, insbesondere in dem Luftraum des Gehäuses, wird die ausgesendete elektromagnetische Strahlung derart durch die Feinstaubpartikel abgelenkt, dass zumindest ein Teil der ausgesendeten
elektromagnetischen Strahlung von der zweiten Empfangseinheit empfangen wird.
Die Feinstaubkonzentration in dem Luftraum des Gehäuses kann folgendermaßen bestimmt werden. Empfängt lediglich die erste Empfangseinheit die ausgesendete elektromagnetische Strahlung und nicht die zweite Empfangseinheit, so kann von einem feinstaubpartikelfreien Luftraum des Gehäuses ausgegangen werden. Dies lässt wiederum einen Rückschluss auf eine Luftqualität des Innenraums und/oder des
Umgebungsbereichs bezüglich der Feinstaubbelastung zu. Sind allerdings
Feinstaubpartikel in dem Luftraum des Gehäuses vorhanden, so empfängt die erste Empfangseinheit weniger, als dies bei partikelfreiem Luftraum der Fall ist, und die zweite Empfangseinheit empfängt mehr der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, als dies bei partikelfreiem Luftraum des Gehäuses der Fall ist. Es lässt sich damit also allgemein sagen, dass je mehr Photonen der ausgesendeten Strahlung von der zweiten Empfangseinheit empfangen werden, desto mehr Feinstaubpartikel werden in dem Luftraum als vorhanden angenommen und folglich wird dadurch auch auf eine schlechtere Luftqualität bezüglich der Feinstaubbelastung rückgeschlossen.
Durch den Feinstaubsensor kann insbesondere die Feinstaubkonzentration von
Feinstaubpartikeln mit der Größe von 5 nm bis 2500 nm bestimmt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass in den Luftraum einströmende Luft aus dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich, beispielsweise mittels eines Filters, derart vorbehandelt beziehungsweise gefiltert wird, dass eine andere Höchstgröße der
Feinstaubpartikel, welche der Messung der Feinstaubkonzentration zugrunde gelegt werden, bestimmt wird. Dadurch kann die Luftqualität im Innenraum und/oder im
Umgebungsbereich abhängig von der Größe der Feinstaubpartikel vielfältig bestimmt werden.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste Empfangseinheit in Umlaufrichtung um eine Längsachse des Gehäuses betrachtet um 180°zu der Sendeeinheit in dem
Gehäuse versetzt angeordnet ist, und die elektromagnetische Strahlung mit einer Hauptabstrahlrichtung der Sendeeinheit in Richtung der ersten Empfangseinheit ausgesendet wird. So sind die erste Empfangseinheit und die Sendeeinheit also insbesondere gegenüber, insbesondere diametral, zueinander angeordnet. Dadurch ist die erste Empfangseinheit insbesondere in der Hauptabstrahlrichtung der Sendeeinheit angeordnet. Die elektromagnetische Strahlung, welche durch die Sendeeinheit ausgesendet wird, trifft also, insbesondere direkt, insbesondere ohne abgelenkt zu werden, auf die erste Empfangseinheit. Es kann ein Vorhandensein der Feinstaubpartikel in dem Luftraum des Gehäuses festgestellt werden, wenn durch die erste
Empfangseinheit weniger von der elektromagnetischen Strahlung empfangen wird, als dies bei einem partikelfreien Luftraum der Fall ist. Die Feinstaubkonzentration kann dadurch präziser bestimmt werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die zweite Position der zweiten Empfangseinheit in einem Winkel, insbesondere 90° in Umlaufrichtung e iner Längsachse des Gehäuses zu der ersten Position der ersten Empfangseinheit angeordnet ist. Dadurch ist die zweite Empfangseinheit vorzugsweise nicht im Bereich der unabgelenkten ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung angeordnet. Die zweite Empfangseinheit empfängt dadurch also insbesondere keine elektromagnetische Strahlung, wenn der Luftraum feinstaubpartikelfrei ist. Dadurch kann die zweite Empfangseinheit eigenständig neben der ersten Empfangseinheit zum Bestimmen der Feinstaubkonzentration verwendet werden. Weiterhin kann dadurch beispielsweise eine mit der ersten Empfangseinheit bestimmte Feinstaubkonzentration durch die zweite Empfangseinheit überprüft werden. Wird das Parameterverhältnis zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen
Strahlung und der durch die erste Empfangseinheit empfangenen elektromagnetischen Strahlung größer, so ist es insbesondere vorgesehen, dass das Parameterverhältnis zwischen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung und der durch die zweite Empfangseinheit empfangenen elektromagnetischen Strahlung kleiner wird. Vorteilhaft ist also, dass durch die Anordnung der zweiten Empfangseinheit in dem Winkel die
Feinstaubkonzentration genauer und zuverlässiger bestimmt werden kann.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Feinstaubsensor eine an einer von der ersten Position und der zweiten Position unterschiedlichen dritten Position in dem Gehäuse angeordnete dritte Empfangseinheit zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung aufweist. Die dritte Empfangseinheit kann insbesondere durch die Eigenschaften der zweiten Empfangseinheit charakterisiert sein. So ist die dritte Empfangseinheit insbesondere ebenfalls derart in dem Gehäuse angeordnet, dass die ausgesendete elektromagnetische Strahlung bei dem feinstaubpartikelfreien Luftraum nicht von der dritten Empfangseinheit empfangen wird. Vorzugsweise wird also lediglich durch Feinstaubpartikel innerhalb des Luftraums des Gehäuses abgelenkte
ausgesendete elektromagnetische Strahlung von der dritten Empfangseinheit
empfangen. Dadurch kann die dritte Empfangseinheit auch wieder genutzt werden, um die Feinstaubkonzentration in dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich präziser und zuverlässiger zu bestimmen. Weiterhin ist die dritte Empfangseinheit vorteilhaft, da eine weitere nach dem Prinzip der zweiten Empfangseinheit arbeitende Empfangseinheit bereitgestellt wird und eine gesamte Zuverlässigkeit des Feinstaubsensors erhöht werden kann.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die dritte Empfangseinheit in Umlaufrichtung um eine Längsachse des Gehäuses betrachtet zwischen 160° und 200° insbesondere um 180°zu der zweiten Empfangseinheit in dem Gehäuse versetzt angeordnet ist. Dadurch ist die dritte Empfangseinheit möglichst weit von der zweiten Empfangseinheit entfernt in dem Gehäuse angeordnet. Der Luftraum des Gehäuses wird dadurch gleichmäßig für das Empfangen der ausgesendeten und durch Feinstaubpartikel abgelenkten
elektromagnetischen Strahlung abgedeckt. Die Feinstaubkonzentration kann dadurch wiederum präziser bestimmt werden, als wenn die zweite Empfangseinheit und die dritte Empfangseinheit unmittelbar nebeneinander in dem Gehäuse angeordnet wären.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen sich radial zu einer Längsachse des Gehäuses erstreckenden, insbesondere vollständig von einer ersten Gehäuseseite des Gehäuses zu einer zweiten Gehäuseseite des Gehäuses
durchgehenden, ersten Luftkanal aufweist, durch welchen Luft von dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich in einen Luftraum des Gehäuses einströmbar ist. Durch den ersten Luftkanal kann die Luft von dem Innenraum und/oder dem
Umgebungsbereich in den Luftraum des Gehäuses einströmen und es kann dort dann die Feinstaubkonzentration bestimmt werden. Der erste Luftkanal ist insbesondere als vollständig durch das Gehäuse durchgängiger Kanal ausgebildet und kann beispielsweise für Systeme mit konstantem Luftfluss in eine bestimmte Richtung, wie beispielsweise Belüftungsschächte, genutzt werden. Durch den ersten Luftkanal kann der Luftaustausch zwischen dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich mit dem Luftraum
zuverlässiger bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen, insbesondere vollständig von einer dritten Gehäuseseite des Gehäuses zu einer vierten Gehäuseseite des Gehäuses durchgehenden, zweiten Luftkanal aufweist, durch welchen Luft von dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich in einen Luftraum des Gehäuses einströmbar ist. Durch den zweiten Luftkanal ist der Luftraum des Gehäuses insbesondere nach allen Seiten des Gehäuses geöffnet. Dadurch kann eine bessere Zirkulation als mit lediglich dem ersten Luftkanal innerhalb des Luftraums ermöglicht werden. Durch den ersten Luftkanal und den zweiten Luftkanal kann der Luftaustausch zwischen dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich mit dem Luftraum effektiver und schneller erfolgen.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass eine erste Längsachse des ersten Luftkanals und eine zweite Längsachse des zweiten Luftkanals senkrecht zueinander angeordnet sind. Durch die Anordnung der Längsachsen senkrecht zueinander kann das Einströmen der Luft in den Luftraum weiterhin verbessert werden. So kann der Feinstaubsensor auch an Orten des Kraftfahrzeugs angeordnet werden, welche unregelmäßig oder von unterschiedlichen Richtungen aus mit Luft beströmt werden. Die Feinstaubkonzentration kann dadurch also wieder präziser und zuverlässiger bestimmt werden. Insbesondere kreuzen sich der erste Luftkanal und der zweite Luftkanal dadurch.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass der Feinstaubsensor zumindest einen Lüfter aufweist, durch welchen eine Luftströmung erzeugbar ist, welche das Einströmen von Luft von dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich in einen Luftraum des Gehäuses aktiv unterstützt. Durch den Lüfter können Öffnungen des ersten Luftkanals und/oder des zweiten Luftkanals beispielsweise kleiner ausgebildet werden, als dies ohne den Lüfter der Fall wäre. Durch die kleineren Öffnungen an den jeweiligen Gehäuseseiten des Gehäuses kann wiederum das Einfallen von Störlicht
beziehungsweise unerwünschter elektromagnetischer Strahlung in den Luftraum von außerhalb des Gehäuses reduziert werden. Auch kann der Lüfter den Luftaustausch zwischen dem Luftraum und dem Innenraum und/oder dem Umgebungsbereich auch bei Räumen mit geringer Luftzirkulation ausreichend ermöglichen. Dadurch kann der Feinstaubsensor auch wieder an wenig luftdurchströmten Einbaulagen an dem
Kraftfahrzeug angeordnet werden. Die Feinstaubkonzentration kann durch den Lüfter wiederum präziser und zuverlässiger bestimmt werden.
In einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass eine Achse des Lüfters, um welcher ein Lüfterrad des Lüfters rotiert, koaxial zu einer Längsachse des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch wird die Luft insbesondere axial zu der Längsachse in den Luftraum eingeströmt. Vorteilhaft ist dadurch, dass das Gehäuse mit einer geringen Breite, bezogen auf eine Ebene in welcher sich die Sendeeinheit und die
Empfangseinheiten erstrecken, ausgebildet werden kann. Durch den koaxial zu der Längsachse angeordneten Lüfter erstreckt sich das Gehäuse eher weiter in eine Höhe senkrecht zu dieser Ebene.
In einer weiteren Ausführungsform kann es vorgesehen, dass ein Lüfterrad des Lüfters in radialer Richtung zu einer Längsachse des Gehäuses betrachtet seitlich neben dem Luftraum angeordnet ist, insbesondere ist das Lüfterrad in einer Ebene angeordnet, in welcher die Sendeeinheit und die jeweilige Empfangseinheit angeordnet sind. Durch den seitlich neben dem Luftraum angeordneten Lüfter wird die Luft vorzugsweise radial in den Luftraum eingeströmt. Der seitliche neben dem Luftraum angeordnete Lüfter führt dazu, dass das Gehäuse sich eher in die Breite erstreckt und mit einer geringen Höhe bezüglich der Ebene ausgebildet werden kann.
Es können auch mehrere Lüfter an dem Gehäuse vorgesehen sein. So können beispielsweise auch der koaxial angeordnete Lüfter und der seitlich neben dem Luftraum angeordnete Lüfter gemeinsam in dem Gehäuse angeordnet sein. Dadurch kann das Einströmverhalten der Luft in den Luftraum weiterhin verbessert werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass vor der ersten Empfangseinheit und/oder vor der zweiten Empfangseinheit eine lichtsammelnde Linse angeordnet ist. Ergänzend oder alternativ kann vor der ersten Empfangseinheit auch eine lichtzerstreuende Linse angeordnet sein. So ist die lichtzerstreuende Linse vor der ersten Empfangseinheit vorzugsweise angeordnet, um bei der Auswertung der ersten Empfangseinheit nicht in einen Sättigungsbereich zu kommen. Beabsichtigt ist also, dass dadurch nicht mehr Photonen auf die erste Empfangseinheit einstrahlen, als diese messtechnisch verarbeiten kann. Das Parameterverhältnis kann dadurch genauer bestimmt werden. Ergänzend oder alternativ ist vor der ersten Empfangseinheit und/oder der zweiten Empfangseinheit und/oder der dritten Empfangseinheit eine lichtsammelnde Linse angeordnet. Durch die lichtsammelnde Linse wird möglichst viel Streulicht, also durch Feinstaubpartikel in den Luftraum abgelenkte ausgesendete elektromagnetische Strahlung empfangen. Ein Empfangsbereich der zweiten Empfangseinheit und/oder der dritten Empfangseinheit für die durch die Feinstaubpartikel abgelenkte ausgesendete elektromagnetische Strahlung kann durch die lichtsammelnde Linse vergrößert werden. Es wird dadurch beispielsweise ermöglicht, dass die zweite Empfangseinheit und/oder die dritte Empfangseinheit oberhalb einer Mindestdetektionsgrenze von einfallender elektromagnetischer Strahlung betrieben wird. Die Feinstaubkonzentration kann dadurch wieder präziser und
zuverlässiger bestimmt werden. Der Feinstaubsensor kann beispielsweise im infraroten Bereich der elektromagnetischen Strahlung oder aber im Bereich des sichtbaren Lichts der elektromagnetischen Strahlung oder aber im ultravioletten Bereich der elektromagnetischen Strahlung betrieben werden. Durch das Betreiben des Feinstaubsensors mit sichtbarem Licht oder ultravioletter elektromagnetischer Strahlung, kann die elektromagnetische Strahlung, beispielsweise durch die geringere Wellenlänge, stärker an den Feinstaubpartikeln gestreut werden und die Feinstaubkonzentration kann genauer bestimmt werden. Damit kann der Fokus der Feinstauberkennung auf eine bestimmte Partikelgröße gelegt werden. Es können dann kleine Partikel, beispielsweise von Zigarettenrauch, weniger in Betracht gezogen werden als große Partikel, beispielsweise von Fahrzeugabgasen.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen
Feinstaubsensor. Das Kraftfahrzeug kann auch mehrere der Feinstaubsensoren aufweisen. Der Feinstaubsensor weist insbesondere ein
Kraftfahrzeugbefestigungselement auf, um an dem Kraftfahrzeug befestigt zu werden. Der Feinstaubsensor kann in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs angebracht werden, um die Feinstaubkonzentration in dem Innenraum zu bestimmen. Alternativ kann der Feinstaubsensor aber auch derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden, dass die Feinstaubkonzentration in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs und somit die Feinstaubkonzentration einer äußeren Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. In dem Innenraum des Kraftfahrzeugs kann der Feinstaubsensor beispielsweise an einer Dachverkleidung des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Feinstaubsensor als separates Modul oder als in andere Bauteile des Kraftfahrzeugs integrierbares Modul ausgebildet ist. So kann der Feinstaubsensor beispielsweise als alleinstehendes separates Modul an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden oder der Feinstaubsensor kann in ein bereits vorhandenes Bauteil des Kraftfahrzeugs integriert werden. So kann der Feinstaubsensor beispielsweise an ein Bauteil an einer Innenseite einer Fahrzeugfrontscheibe des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einem Regensensor und/oder einem elektrisch abblendbaren Innenspiegel und/oder einer Frontkamera des Kraftfahrzeugs angeordnet werden beziehungsweise mit diesen Bauteilen zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse integriert werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen einer Feinstaubkonzentration in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs und/oder in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Bei dem Verfahren wird mit einer Sendeeinheit eine elektromagnetische Strahlung ausgesandt und die ausgesandte elektromagnetische Strahlung wird nach dem Strahlen durch einen Luftraum eines Gehäuses von einer Empfangseinheit empfangen. Die Feinstaubkonzentration wird abhängig von einem Parameterverhältnis, eines die elektromagnetische Strahlung charakterisierenden Parameters, der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zu einer empfangenen elektromagnetischen Strahlung bestimmt. Als ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Feinstaubkonzentration zusätzlich abhängig von einer von zumindest einer zweiten Empfangseinheit empfangenen elektromagnetischen Strahlung bestimmt wird.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Feinstaubsensor vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Mit Angaben„oben",„unten",„vorne",„hinten",„horizontal",„vertikal" etc. sind die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch und bestimmungsgemäßem Anordnen des
Feinstaubsensors gegebenen Positionen und Orientierungen angegeben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem Feinstaubsensor; Fig. 2 eine schematische Darstellung des Feinstaubsensors mit einer
Sendeeinheit, einer ersten Empfangseinheit, einer zweiten Empfangseinheit und einer dritten Empfangseinheit;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Feinstaubsensors analog zu Fig. 2, bei welchem ein Luftraum eines Gehäuses des Feinstaubsensors Feinstaubpartikel aufweist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Feinstaubsensors mit einem ersten
Luftkanal;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Feinstaubsensors mit dem ersten
Luftkanal und einem zweiten Luftkanal;
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Feinstaubsensors mit einem Lüfter mit einem Lüfterrad, welches koaxial zu einer Längsachse des Gehäuses rotiert; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Feinstaubsensors mit einem Lüfter mit einem Luftrad, welches seitlich neben dem Luftraum angeordnet ist.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1 mit einem
Feinstaubsensor 2 gezeigt. Der Feinstaubsensor 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel in einem Innenraum 3 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. In dem Innenraum 3 ist der Feinstaubsensor 2 in einem vorderen Bereich einer Dachinnenseite 4 des Kraftfahrzeugs
1 angeordnet, dort wo üblicherweise ein Innenspiegel des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Die Anordnung des Feinstaubsensors 2 ist allerdings vielfältig möglich, vorzugsweise so, dass eine Feinstaubkonzentration in dem Innenraum 3 und/oder in einem
Umgebungsbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 bestimmt werden kann. Der Feinstaubsensor
2 kann dabei als separates Modul oder als in andere Bauteile des Kraftfahrzeugs integrierbares Modul ausgebildet sein. Die anderen Bauteile des Kraftfahrzeugs 1 können dabei beispielsweise als Regensensor, elektrisch abblendbarer Innenspiegel oder Frontkamera ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Feinstaubsensor 2 an einer
Innenseite 6 einer Fahrzeugfrontscheibe 7 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet.
Der Feinstaubsensor 2 ist dazu ausgebildet, eine Feinstaubkonzentration in dem
Innenraum 3 und/oder dem Umgebungsbereich 5 des Kraftfahrzeugs 1 abhängig von einem Parameterverhältnis, eines eine elektromagnetische Strahlung charakterisierenden Parameters, von einer ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung zu einer empfangenen elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen. Der Feinstaubsensor 2 kann beispielsweise im infraroten Bereich der elektromagnetischen Strahlung oder aber im Bereich des sichtbaren Lichts oder aber im ultravioletten Bereich der
elektromagnetischen Strahlung betrieben werden.
Fig. 2 zeigt den Feinstaubsensor 2. Der Feinstaubsensor 2 weist ein Gehäuse 8 auf. In dem Gehäuse sind eine Sendeeinheit 9, eine erste Empfangseinheit 10, eine zweite Empfangseinheit 1 1 und eine dritte Empfangseinheit 12 angeordnet. Weiterhin weist das Gehäuse 8 in seiner Mitte einen Luftraum 13 auf.
Durch die Sendeeinheit 9 wird eine elektromagnetische Strahlung 14a ausgesendet. Die elektromagnetische Strahlung 14a kann dabei entweder im infraroten Spektralbereich, welcher sich beispielsweise zwischen 780 nm und 1 mm Wellenlänge befindet, oder dem sichtbaren Spektralbereich oder dem ultravioletten Spektralbereich erzeugt werden. Die elektromagnetische Strahlung 14a wird von der Sendeeinheit 9 über den Luftraum 13 entlang einer Hauptabstrahlrichtung 15 zu der ersten Empfangseinheit 10 ausgesendet und dort als empfangene elektromagnetische Strahlung 14b empfangen. Falls der Luftraum 13 feinstaubpartikelfrei ist, wird die ausgesendete elektromagnetische Strahlung 14a ungehindert von der ersten Empfangseinheit 10 empfangen. Vor der Sendeeinheit 9 kann beispielsweise, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, ein Kollimator 16 angeordnet sein. Der Kollimator 16 dient zur Erzeugung eines parallelen Strahlenverlaufs der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 14a.
Die erste Empfangseinheit 10 ist in Umlaufrichtung um eine Längsachse 17 des
Gehäuses 8 betrachtet um 180°zu der Sendeeinheit 9 in dem Gehäuse 8 versetzt angeordnet. Die erste Empfangseinheit 10 befindet sich an einer ersten Position 18 und ist dazu ausgebildet, die ausgesendete elektromagnetische Strahlung 14a zu empfangen. Ebenfalls zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung 14a ausgebildet sind die an einer zweiten Position 19 angeordnete zweite Empfangseinheit 1 1 und die an einer dritten Position 20 angeordnete dritte Empfangseinheit 12. Die zweite Position 19 der zweiten Empfangseinheit 1 1 ist in einem Winkel 21 in Umlaufrichtung der Längsachse 17 zu der ersten Position 18 angeordnet. Der Winkel 21 beträgt gemäß dem
Ausführungsbeispiel 90°. Die dritte Empfangseinheit 12 an der dritten Position 20 ist in Umlaufrichtung um die Längsachse 17 betrachtet gemäß dem Ausführungsbeispiel um 180°zu der zweiten Empfangseinheit 1 1 in dem Gehäu se 8 versetzt angeordnet. Die zweite Empfangseinheit 1 1 und die dritte Empfangseinheit 12 sind also in dem Gehäuse 8 gegenüber angeordnet. Insbesondere ist es vorgesehen, dass, falls der Luftraum 13 feinstaubpartikelfrei ist, im Wesentlichen keinerlei elektromagnetische Strahlung 14a von der Sendeeinheit 9 auf die zweite Empfangseinheit 1 1 und/oder die dritte
Empfangseinheit 12 auftrifft.
Durch die erste Empfangseinheit 10, die zweite Empfangseinheit 1 1 und dritte
Empfangseinheit 12 kann die Empfindlichkeit für das Erkennen der
Feinstaubkonzentration mit dem Feinstaubsensor 2 erhöht werden. Der Feinstaubsensor 2 wird also robuster und kann dadurch feiner auflösen.
Fig. 3 zeigt den Feinstaubsensor 2 mit Feinstaubpartikeln 22 in dem Luftraum 13. Durch die Feinstaubpartikel 22 wird die ausgesendete elektromagnetische Strahlung 14a von der Richtung der Hauptabstrahlrichtung 15 abgelenkt. Dadurch gelangen zum einen weniger Photonen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung 14a zu der ersten Empfangseinheit 10 und zum anderen gelangen mehr Photonen der elektromagnetischen Strahlung 14a zu der zweiten Empfangseinheit 1 1 und/oder der dritten Empfangseinheit 12, als wenn die Feinstaubpartikel 22 in dem Luftraum 13 nicht vorhanden wären. Je mehr Photonen der elektromagnetischen Strahlung 14a also von der zweiten
Empfangseinheit 1 1 und/oder der dritten Empfangseinheit 12 detektiert werden, desto mehr Feinstaubpartikel 22 werden in dem Luftraum 13 angenommen. Gleichzeitig fällt bei wachsender Anzahl der Feinstaubpartikel 22 in dem Luftraum 13 die durch die erste Empfangseinheit 10 detektierte Anzahl an Photonen der elektromagnetischen Strahlung 14b. Die Anzahl der Photonen der elektromagnetischen Strahlung 14a, 14b kann beispielsweise als die elektromagnetische Strahlung 14a, 14b charakterisierender Parameter beschrieben werden. Dadurch kann dann ein Parameterverhältnis bestimmt werden, welches beispielsweise die durch die Sendeeinheit 9 ausgesandte Anzahl der Photonen zu der durch die jeweilige Empfangseinheit 10, 1 1 , 12 empfangene Anzahl der Photonen in Verhältnis setzt. Durch die zweite Empfangseinheit 1 1 und/oder dritte Empfangseinheit 12 kann also zusätzlich zu einer Auswertung der ersten Empfangseinheit 10 die
Feinstaubkonzentration in dem Luftraum 13 bestimmt werden. Die Luft, welche in dem Luftraum 13 vorhanden ist, wird vorzugsweise kontinuierlich mit Luft aus dem Innenraum 3 und/oder dem Umgebungsbereich 5 ausgetauscht und kann daher damit im
Wesentlichen bezüglich der Feinstaubkonzentration beziehungsweise einer Belastung mit den Feinstaubpartikeln 22 gleichgesetzt werden.
Durch die Mehrzahl der Empfangseinheiten 10, 1 1 , 12 kann ein mit der jeweiligen Empfangseinheit 10. 1 1 , 12 bestimmtes Ergebnis der Feinstaubkonzentration gegenseitig überprüft werden. Es können dadurch beispielsweise auch defekte Empfangseinheiten 10, 1 1 , 12 erkannt werden.
Optional ergänzend kann vor der ersten Empfangseinheit 10 eine lichtzerstreuende Linse 23 angeordnet sein. Durch die lichtzerstreuende Linse 23 kann eine Übersättigung der ersten Empfangseinheit 10 bezüglich der eintreffenden elektromagnetischen Strahlung 14b verhindert werden. In einem nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel kann vor der ersten Empfangseinheit 10, insbesondere anstatt der lichtzerstreuenden Linse 23, auch eine lichtsammelnde Linse angeordnet sein. Ebenso optional ergänzend kann vor der zweiten Empfangseinheit 1 1 und/oder der dritten Empfangseinheit 12 eine
lichtsammelnde Linse 24 angeordnet sein. Durch die lichtsammelnde Linse 24 wird eine größere Anzahl von Photonen der elektromagnetischen Strahlung 14a aus dem Luftraum 13 auf die zweite Empfangseinheit 1 1 und/oder die dritte Empfangseinheit 12 geleitet. Es wird durch die lichtsammelnde Linse 24 also erreicht, dass schon eine geringere Anzahl von Feinstaubpartikeln 22 in dem Luftraum 13 detektiert werden kann, als dies ohne die lichtsammelnde Linse 24 der Fall wäre.
Fig. 4 zeigt den Feinstaubsensor 2 mit dem Gehäuse 8 mit einem ersten Luftkanal 25. Der erste Luftkanal 25 erstreckt sich radial zu der Längsachse 17 in dem Gehäuse 8. Weiterhin ist der erste Luftkanal 25 durch das Gehäuse 8 vollständig durchgehend und erstreckt sich somit von einer ersten Gehäuseseite 26 des Gehäuses 8 zu einer zweiten Gehäuseseite 27 des Gehäuses 8. Die erste Gehäuseseite 26 liegt dabei der zweiten Gehäuseseite 27 gegenüber. Durch den ersten Luftkanal 25 strömt gemäß dem
Ausführungsbeispiel Luft 28 von dem Innenraum 3 des Kraftfahrzeugs 1 in den Luftraum 13 des Gehäuses 8. An der ersten Gehäuseseite 26 ist dazu eine erste
Lufteinströmöffnung 29 angeordnet und an der zweiten Gehäuseseite 27 ist eine erste Luftausströmöffnung 30 angeordnet, um die durch die erste Lufteinströmöffnung 29 in den Luftraum 13 eingeströmte Luft 28 wieder aus dem Luftraum 13 ausströmen zu können.
Fig. 5 zeigt den Feinstaubsensor 2 mit dem Gehäuse 8 mit dem ersten Luftkanal 25 und einem zweiten Luftkanal 31 . Eine erste Längsachse 32 des ersten Luftkanals 25 ist senkrecht zu einer zweiten Längsachse 33 des zweiten Luftkanals 31 ausgerichtet. Der zweite Luftkanal 31 erstreckt sich ebenfalls wie der erste Luftkanal 25 vollständig durch das Gehäuse 8. Jedoch erstreckt sich der zweite Luftkanal 31 von einer dritten
Gehäuseseite 34 des Gehäuses 8 zu einer vierten Gehäuseseite 35 des Gehäuses 8. Für den zweiten Luftkanal 31 ist dadurch analog eine zweite Lufteinströmöffnung 36 an der dritten Gehäuseseite 34 ausgebildet und es ist eine zweite Luftausströmöffnung 37 an der vierten Gehäuseseite 35 ausgebildet. Die Lufteinströmöffnungen 29, 36 können jeweils auch für das Ausströmen der Luft 28 verwendet werden und die Luftausströmöffnungen 30, 37 können auch für das Einströmen der Luft 28 verwendet werden.
Fig. 6 zeigt den Feinstaubsensor 2 mit einem Lüfter 38. Der Lüfter 38 ist dazu
ausgebildet, einen Luftaustausch zwischen dem Innenraum 3 und dem Luftraum 13 bereitzustellen. Der Lüfter 38 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 derart in dem Gehäuse 8 angeordnet, dass eine Achse 39 des Lüfters 38, um welche ein Lüfterrad 40 des Lüfters 38 rotiert, koaxial zu der Längsachse 17 angeordnet. Die Achse 39 und die Längsachse 17 sind vorliegend also insbesondere deckungsgleich. Durch den Lüfter 38 gemäß dem Ausführungsbeispiel 6 wird die Luft 28 vorzugsweise axial bezüglich der Längsachse 17 in den Luftraum 13 aktiv eingeströmt.
Durch den Lüfter 38 können die Lufteinströmöffnungen 29, 36 und/oder die
Luftausströmöffnungen 30, 37 kleiner, als dies bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 beispielsweise der Fall ist, ausgebildet werden, um einen Luftaustausch in dem Luftraum 13 auf gleichem Niveau bereitstellen zu können. Weiterhin kann durch den Lüfter 38 bei kleineren Lufteinströmöffnungen 29, 36 beziehungsweise kleineren
Luftausströmöffnungen 30, 37 ein gleicher Luftstrom durch den Luftraum 13 wie bei größeren Lufteinströmöffnungen 29, 36 beziehungsweise Luftausströmöffnungen 30, 37 ohne den Lüfter 38 erzeugt werden und zusätzlich der Einfall von Fremdlicht in den Luftraum 13 minimiert werden.
Fig. 7 zeigt den Feinstaubsensor 2 mit dem in dem Gehäuse 8 angeordneten Lüfter 38. Der Lüfter 38 ist gemäß Fig. 7 jedoch derart in dem Gehäuse 8 angeordnet, dass ein Lüfterrad 41 des Lüfters 38 in radialer Richtung zu der Längsachse 17 des Gehäuses 8 betrachtet seitlich neben dem Luftraum 13 angeordnet ist. Weiterhin ist das Lüfterrad 41 in einer Ebene angeordnet, in welcher die Sendeeinheit 9 und die Empfangseinheiten 10, 1 1 , 12 angeordnet sind. Die Luft 28 wird also vorzugsweise radial zu der Längsachse 17 in den Luftraum 13 eingeströmt.

Claims

Patentansprüche
1 . Feinstaubsensor (2) für ein Kraftfahrzeug (1 ), mit einem Gehäuse (8) und einer in dem Gehäuse (8) angeordneten Sendeeinheit (9) zum Aussenden einer elektromagnetischen Strahlung (14a) und einer in dem Gehäuse (8) angeordneten Empfangseinheit (10) zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (14a), wobei der Feinstaubsensor (2) ausgebildet ist, eine
Feinstaubkonzentration in einem Innenraum (3) des Kraftfahrzeugs (1 ) und/oder in einem Umgebungsbereich (5) des Kraftfahrzeugs (1 ) abhängig von einem
Parameterverhältnis, eines die elektromagnetische Strahlung (14a, 14b) charakterisierenden Parameters, der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (14a) zu einer empfangenen elektromagnetischen Strahlung (14b) zu bestimmen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Feinstaubsensor (2) zusätzlich zu der an einer ersten Position (18) in dem Gehäuse (8) angeordneten ersten Empfangseinheit (10) zumindest eine an einer von der ersten Position (18) unterschiedlichen zweiten Position (19) in dem Gehäuse (8) angeordnete zweite Empfangseinheit (1 1 ) zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (14a) aufweist.
2. Feinstaubsensor (2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Empfangseinheit (10) in Umlaufrichtung um eine Längsachse (17) des Gehäuses (8) betrachtet um 180°zu der Sendeeinheit (9) in dem Gehäuse (8) versetzt angeordnet ist, und die elektromagnetische Strahlung (14a) mit einer Hauptabstrahlrichtung (15) der Sendeeinheit (9) in Richtung der ersten
Empfangseinheit (10) ausgesendet wird.
3. Feinstaubsensor (2) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Position (19) der zweiten Empfangseinheit (1 1 ) in einem Winkel (21 ), insbesondere 90° in Umlaufrichtung einer Längsachs e (17) des Gehäuses (8) zu der ersten Position (18) der ersten Empfangseinheit (10) angeordnet ist.
4. Feinstaubsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Feinstaubsensor (2) eine an einer von der ersten Position (18) und der zweiten Position (19) unterschiedlichen dritten Position (20) in dem Gehäuse (8) angeordnete dritte Empfangseinheit (12) zum Empfangen der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung (14a) aufweist.
5. Feinstaubsensor (2) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dritte Empfangseinheit (12) in Umlaufrichtung um eine Längsachse (17) des Gehäuses (8) betrachtet zwischen 160° und 200° ins besondere um 180° zu der zweiten Empfangseinheit (1 1 ) in dem Gehäuse (8) versetzt angeordnet ist.
6. Feinstaubsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (8) einen sich radial zu einer Längsachse (17) des Gehäuses (8) erstreckenden, insbesondere vollständig von einer ersten Gehäuseseite (26) des Gehäuses (8) zu einer zweiten Gehäuseseite (27) des Gehäuses (8)
durchgehenden, ersten Luftkanal (25) aufweist, durch welchen Luft (28) von dem Innenraum (3) und/oder dem Umgebungsbereich (5) in einen Luftraum (13) des Gehäuses (8) einströmbar ist.
7. Feinstaubsensor (2) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (8) einen, insbesondere vollständig von einer dritten Gehäuseseite (34) des Gehäuses (8) zu einer vierten Gehäuseseite (35) des Gehäuses (8) durchgehenden, zweiten Luftkanal (31 ) aufweist, durch welchen Luft von dem Innenraum (3) und/oder dem Umgebungsbereich (5) in einen Luftraum (13) des Gehäuses (8) einströmbar ist.
8. Feinstaubsensor (2) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste Längsachse (32) des ersten Luftkanals (25) und eine zweite Längsachse (33) des zweiten Luftkanals (31 ) senkrecht zueinander angeordnet sind.
9. Feinstaubsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Feinstaubsensor (2) zumindest einen Lüfter (38) aufweist, durch welchen eine Luftströmung erzeugbar ist, welche das Einströmen von Luft (28) von dem
Innenraum (3) und/oder dem Umgebungsbereich (5) in einen Luftraum (13) des Gehäuses (8) aktiv unterstützt.
10. Feinstaubsensor (2) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Achse (39) des Lüfters (38), um welche ein Lüfterrad (40) des Lüfters (38) rotiert, koaxial zu einer Längsachse (17) des Gehäuses (8) angeordnet ist.
1 1 . Feinstaubsensor (2) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Lüfterrad (41 ) des Lüfters (38) in radialer Richtung zu einer Längsachse (17) des Gehäuses (8) betrachtet seitlich neben dem Luftraum (13) angeordnet ist, insbesondere das Lüfterrad (41 ) in einer Ebene angeordnet ist, in welcher die Sendeeinheit (9) und die jeweilige Empfangseinheit (10, 1 1 , 12) angeordnet sind.
12. Feinstaubsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor der ersten Empfangseinheit (10) und/oder vor der zweiten Empfangseinheit (1 1 ) eine lichtsammelnde Linse (24) angeordnet ist.
13. Kraftfahrzeug (1 ) mit einem Feinstaubsensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Kraftfahrzeug (1 ) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Feinstaubsensor (2) als separates Modul oder als in andere Bauteile des Kraftfahrzeugs (1 ) integrierbares Modul ausgebildet ist.
15. Verfahren zum Bestimmen einer Feinstaubkonzentration in einem Innenraum (3) eines Kraftfahrzeugs (1 ) und/oder in einem Umgebungsbereich (5) des
Kraftfahrzeugs (1 ), wobei mit einer Sendeeinheit (9) eine elektromagnetische Strahlung (14a) ausgesandt wird und die ausgesandte elektromagnetische Strahlung (14a) nach dem Strahlen durch einen Luftraum (13) eines Gehäuses (8) von einer Empfangseinheit (10) empfangen wird, und die Feinstaubkonzentration abhängig von einem Parameterverhältnis, eines die elektromagnetische Strahlung (14a, 14b) charakterisierenden Parameters, der ausgesendeten
elektromagnetischen Strahlung (14a) zu einer empfangenen elektromagnetischen Strahlung (14b) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feinstaubkonzentration zusätzlich abhängig von einer von zumindest einer zweiten Empfangseinheit (1 1 ) empfangenen elektromagnetischen Strahlung (14b) bestimmt wird.
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