DE102019134043A1

DE102019134043A1 - Sensorheizung

Info

Publication number: DE102019134043A1
Application number: DE102019134043.8A
Authority: DE
Inventors: Segundo Baldovino; Prashant Dubey; Venkatesh Krishnan; Mahmoud Yousef Ghannam
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-12-12
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US20200189531A1; US11597354B2; CN111315042A

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine Sensorheizung bereit. Eine Vorrichtung beinhaltet eine Außenfläche einschließlich einer Öffnung, einen Sensor, der ein durch die Öffnung ausgerichtetes Sichtfeld definiert, eine Düsenschale an der Außenfläche und eine Düsenplatte beinhaltend, die der Öffnung zugewandt ist, sowie ein Heizelement, das in oder an der Düsenplatte angeordnet ist. Die Düsenplatte beinhaltet eine Düse.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Fahrzeugsensoren und insbesondere eine Fahrzeugsensorheizung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge beinhalten typischerweise Sensoren. Die Sensoren können Daten über den Betrieb des Fahrzeugs bereitstellen, zum Beispiel die Raddrehzahl, Radausrichtung und Motor- und Getriebedaten (z. B. Temperatur, Kraftstoffverbrauch usw.). Die Sensoren können den Standort und/oder die Ausrichtung des Fahrzeugs detektieren. Bei den Sensoren kann es sich um Sensoren eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS); Beschleunigungsmesser, wie etwa piezoelektrische oder mikroelektromechanische Systeme (MEMS); Kreisel, wie etwa Wende-, Ringlaser- oder Faseroptikkreisel; inertiale Messeinheiten (IME); und/oder Magnetometer handeln. Die Sensoren können die Außenwelt detektieren, z. B. Objekte und/oder Merkmale von Umgebungen des Fahrzeugs, wie etwa andere Fahrzeuge, Fahrspurmarkierungen, Ampeln und/oder Verkehrszeichen, Fußgänger usw. Die Sensoren können Radarsensoren, Abtastlaserentfernungsmesser, Light-Detection-and-Ranging(LIDAR)-Vorrichtungen und Bildverarbeitungssensoren, wie etwa Kameras, sein.
KURZDARSTELLUNG
Eine Vorrichtung beinhaltet eine Außenfläche einschließlich einer Öffnung, einen Sensor, der ein durch die Öffnung ausgerichtetes Sichtfeld definiert, eine Düsenschale an der Außenfläche und eine Düsenplatte beinhaltend, die der Öffnung zugewandt ist, sowie ein Heizelement, das in oder an der Düsenplatte angeordnet ist. Die Düsenplatte beinhaltet eine Düse.
Das Heizelement kann ein Widerstandsheizelement sein. Das Heizelement kann einen Widerstand aufweisen, der positiv mit der an das Heizelement angelegten Spannung korreliert ist.
Das Heizelement kann ein Dünnfilm sein. Das Heizelement kann Kohlenstofftinte beinhalten. Das Heizelement kann eine Vielzahl von elektrisch verbundenen Kohlenstofftinte-Patches beinhalten.
Die Vorrichtung kann ferner eine externe Platte beinhalten, welche die Außenfläche beinhaltet, und der Sensor kann an einer der Außenfläche gegenüberliegenden Seite der externen Platte angeordnet sein.
Das Heizelement kann sich vollständig um die Düse erstrecken.
Bei der Düse kann es sich um eine Luftdüse handeln und die Düsenschale kann eine Flüssigkeitsdüse beinhalten. Das Heizelement kann sich um die Luftdüse und um die Flüssigkeitsdüse erstrecken.
Die Düse kann schlitzförmig sein. Die Düse kann im Wesentlichen parallel zu der Außenfläche ausgerichtet sein.
Die Düsenschale kann eine abgerundete Düsenplatte beinhalten, die an die Düsenplatte und die Außenfläche angrenzt. Die Schalenplatte kann eine Kante, die sich entlang der Düsenplatte von der Außenfläche zu der Außenfläche erstreckt, und eine zweite Kante beinhalten, die sich entlang der Außenfläche von der Düsenplatte zu der Düsenplatte erstreckt.
Die Vorrichtung kann ferner einen thermoelektrischen Kühler beinhalten, der thermisch an das Heizelement gekoppelt ist.
Die Vorrichtung kann ferner eine Spannungsquelle, die elektrisch an das Heizelement gekoppelt ist, und eine Steuerung beinhalten, die kommunikativ an die Spannungsquelle gekoppelt ist. Die Steuerung kann dazu programmiert sein, die Spannungsquelle für eine vorher festgelegte Zeitspanne als Reaktion auf den Empfang von Daten, die angeben, dass die Umgebungstemperatur unter einem Temperaturschwellenwert liegt, anzuschalten.
Die Steuerung kann dazu programmiert sein, die Spannungsquelle für eine vorher festgelegte Zeitspanne als Reaktion auf den Empfang von Daten, die das Vorhandensein von Eis angeben, anzuschalten. Die Steuerung kann kommunikativ an den Sensor gekoppelt sein und kann dazu programmiert sein, basierend auf den von dem Sensor empfangenen Daten das Vorhandensein von Eis zu bestimmen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs.
2 ist eine Vorderansicht eines beispielhaften Gehäuses an dem Fahrzeug.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Gehäuses.
4 ist ein Diagramm eines beispielhaften Reinigungssystems für einen Sensor in dem Gehäuse.
5 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Düsenschale.
6 ist eine Querschnittsansicht einer anderen beispielhaften Düsenschale.
7 ist eine Draufsicht auf ein Heizelement.
8 ist ein Schaltplan einer beispielhaften Schaltung für ein Heizelement der Düsenschale.
9 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Steuersystems für das Heizelement.
10 ist ein Prozessablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Steuern des Heizelements.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren beinhaltet eine Vorrichtung 32 an einem Fahrzeug 30 eine Außenfläche 34 einschließlich mindestens einer Öffnung 36, mindestens einen Sensor 38, der ein durch die jeweilige Öffnung 36 ausgerichtetes Sichtfeld definiert, mindestens eine Düsenschale 40 an der Außenfläche 34 und eine Düsenplatte 42 beinhaltend, die der jeweiligen Öffnung 36 zugewandt ist, sowie mindestens ein Heizelement 44, das in oder an der jeweiligen Düsenplatte 42 angeordnet ist. Jede Düsenplatte 42 beinhaltet eine Luftdüse 46.
Die Vorrichtung 32 stellt Erhitzung und Eisentfernung für den Sensor 38 bereit. Die Vorrichtung 32 kann die bereitgestellte Wärmemenge selbst regulieren, z.B. eine hohe Wärmemenge am Anfang und eine reduzierte Menge, nachdem der Sensor 38 erwärmt wurde. Die Anordnung 32 kann eine gleichmäßige Erhitzung bereitstellen, d. h. mit einer geringen Wahrscheinlichkeit für Hot-Spots. Die Vorrichtung 32 kann die Bildung von Eisschichten verhindern, wodurch der Sensor 38 sauber gehalten wird und in der Lage ist, genaue Daten bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 1 kann das Fahrzeug 30 ein beliebiges Personen- oder Nutzkraftfahrzeug sein, wie etwa ein Auto, ein Truck, eine Geländelimousine, ein Crossover-Fahrzeug, ein Van, ein Minivan, ein Taxi, ein Bus usw.
Bei dem Fahrzeug 30 kann es sich um ein autonomes Fahrzeug handeln. Ein Computer kann dazu programmiert sein, das Fahrzeug 30 vollständig oder in geringerem Maße unabhängig von dem Eingreifen eines menschlichen Fahrers zu betreiben. Der Computer kann dazu programmiert sein, den Antrieb, das Bremssystem, die Lenkung und/oder andere Fahrzeugsysteme basierend auf den von den Sensoren 38 empfangenen Daten zu betreiben. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist unter einem autonomen Betrieb zu verstehen, dass der Computer den Antrieb, das Bremssystem und die Lenkung ohne Eingabe von einem menschlichen Fahrer steuert; ist unter einem halbautonomen Betrieb zu verstehen, dass der Computer ein oder zwei von dem Antrieb, dem Bremssystem und der Lenkung steuert und der menschliche Fahrer den Rest steuert; und ist unter einem nichtautonomen Betrieb zu verstehen, dass der menschliche Fahrer den Antrieb, das Bremssystem und die Lenkung steuert.
Das Fahrzeug 30 beinhaltet eine Karosserie 48. Das Fahrzeug 30 kann mit einer selbsttragenden Bauweise hergestellt sein, wobei ein Rahmen und die Karosserie 48 des Fahrzeugs 30 eine einzelne Komponente sind. Das Fahrzeug 30 kann alternativ dazu eine Rahmenbauweise aufweisen, wobei der Rahmen die Karosserie 48 abstützt, die eine zu dem Rahmen separate Komponente ist. Der Rahmen und die Karosserie 48 können aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein, zum Beispiel Stahl, Aluminium usw. Die Karosserie 48 beinhaltet Karosserieverkleidungen 50, 52, die teilweise eine Außenseite des Fahrzeugs 30 definieren. Die Karosserieverkleidungen 50, 52 können eine Class-A-Fläche bereitstellen, z. B. eine endbearbeitete Fläche, die für den Kunden sichtbar ist und frei von unästhetischen Makeln und Defekten ist. Die Karosserieverkleidungen 50, 52 beinhalten z. B. ein Dach 52 usw.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 kann ein Gehäuse 54 für die Sensoren 38 an dem Fahrzeug 30 angebracht werden, z. B. an einer der Karosserieverkleidungen 50, 52 des Fahrzeugs 30, z. B. dem Dach 52. Zum Beispiel kann das Gehäuse 54 derart geformt sein, dass es an dem Dach 52 angebracht werden kann, z. B. kann es eine Form aufweisen, die mit der Kontur des Daches 52 übereinstimmt oder ihr folgt. Das Gehäuse 54 kann an dem Dach 52 angebracht sein, das den Sensoren 38 ein uneingeschränktes Sichtfeld eines Bereiches um das Fahrzeug 30 bereitstellen kann. Das Gehäuse 54 kann z. B. aus Kunststoff oder Metall gebildet sein.
Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet das Gehäuse 54 eine externe Platte 56. Die externe Platte 56 dient als in Umfangsrichtung verlaufene Außenwand für das Gehäuse 54 und die externe Platte 56 weist eine zylindrische Form auf, die eine vertikal ausgerichtete Achse definiert. Die externe Platte 56 beinhaltet die Außenfläche 34. Bei der Außenfläche 34 handelt es sich um die nach außen gewandte Fläche der externen Platte 56. Die Außenfläche 34 ist der Umgebung ausgesetzt.
Das Gehäuse 54 beinhaltet die Öffnungen 36. Bei den Öffnungen 36 handelt es sich um Löcher in dem Gehäuse 54, die vom Inneren des Gehäuses 54 zur Umgebung führen. Die externe Platte 56, d. h. die Außenfläche 34, beinhaltet die Öffnungen 36. Die Öffnungen 36 verlaufen durch die externe Platte 56 und die Außenfläche 34. Die Öffnungen 36 sind kreisförmig. Das Gehäuse 54 beinhaltet eine Vielzahl von Öffnungen 36, d. h. eine Öffnung 36 für jeden der jeweiligen Sensoren 38. Jeder Sensor 38 weist ein Sichtfeld auf, das durch die jeweilige Öffnung 36 empfangen wird. Die Sensoren 38 können sich in die jeweiligen Öffnungen 36 erstrecken. Zum Beispiel kann die Öffnung 36 konzentrisch um einen Abschnitt des Sensors 38 angeordnet sein.
Die Sensoren 38 können den Standort und/oder die Ausrichtung des Fahrzeugs 30 detektieren. Die Sensoren 38 können zum Beispiel Folgendes beinhalten: Sensoren eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS); Beschleunigungsmesser, wie etwa piezoelektrische oder mikroelektromechanische Systeme (MEMS); Kreisel, wie etwa Wende-, Ringlaser- oder Faseroptikkreisel; inertiale Messeinheiten (IME); und Magnetometer. Die Sensoren 38 können die Außenwelt detektieren, z. B. Objekte und/oder Merkmale von Umgebungen des Fahrzeugs 30, wie etwa andere Fahrzeuge, Fahrspurmarkierungen, Ampeln und/oder Verkehrszeichen, Fußgänger usw. Zum Beispiel können die Sensoren 38 Radarsensoren, Abtastlaserentfernungsmesser, Light-Detection-and-Ranging(LIDAR)-Vorrichtungen und Bildverarbeitungssensoren, wie etwa Kameras, beinhalten.
Insbesondere können die in dem Gehäuse 54 angeordneten Sensoren 38 eine oder mehrere Kameras sein, die dazu angeordnet sind, zusammen ein Sichtfeld von 360° in Bezug auf eine horizontale Ebene abzudecken. Die Sensoren 38 sind direkt oder indirekt fest an dem Gehäuse 54 angebracht. Die Sensoren 38 sind im Inneren des Gehäuses 54 befestigt. Die Sensoren 38 sind an einer der Außenfläche 34 gegenüberliegenden Seite der externen Platte 56 angeordnet. Jeder Sensor 38 definiert ein durch die jeweilige Öffnung 36 ausgerichtetes Sichtfeld und das Sichtfeld eines der Sensoren 38 kann die Sichtfelder der Sensoren 38 überlappen, die in Umfangsrichtung einander benachbart sind, d. h., die unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
Die Düsenschalen 40 sind an der Außenfläche 34 der externen Platte 56 angeordnet. Das Gehäuse 54 beinhaltet eine Düsenschale 40 für jede Öffnung 36, d. h. für jeden Sensor 38. Jede Düsenschale 40 ist nahe der jeweiligen Öffnung 36 angeordnet und ist horizontal von der jeweiligen Öffnung 36 positioniert. Jede Düsenschale 40 ist in einer Fahrzeugvorwärtsrichtung von der jeweiligen Öffnung 36 angeordnet, d. h. stromaufwärts der jeweiligen Öffnung 36 in Bezug auf eine Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs 30. Jede Düsenschale 40 ist derart ausgerichtet, dass die jeweilige Düsenplatte 42 der jeweiligen Öffnung 36 zugewandt ist.
Unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet jede Düsenschale 40 eine Schalenplatte 58 und die jeweilige Düsenplatte 42. Die Schalenplatten 58 weisen jeweils eine abgerundete Form auf. Jede Schalenplatte 58 grenzt an die Außenfläche 34 und die jeweilige Düsenplatte 42 an. Die Schalenplatte 58 beinhaltet eine erste Kante 60, die sich entlang der Düsenplatte 42 von der Außenfläche 34 zu der Außenfläche 34 erstreckt, und eine zweite Kante 62, die sich entlang der Außenfläche 34 von der Düsenplatte 42 zu der Düsenplatte 42 erstreckt. Die erste Kante 60 und die zweite Kante 62 definieren zusammen die Begrenzung der Schalenplatte 58.
Die Düsenplatte 42 weist eine flache Form auf. Die Düsenplatte 42 grenzt an die Außenfläche 34 und die jeweilige Schalenplatte 58 an. Die Düsenplatte 42 beinhaltet eine erste Kante 60, die sich entlang der Schalenenplatte 58 von der Außenfläche 34 zu der Außenfläche 34 erstreckt, und eine dritte Kante 64, die sich entlang der Außenfläche 34 von der Schalenplatte 58 zu der Schalenplatte 58 erstreckt. Die erste Kante 60 und die dritte Kante 64 definieren zusammen die Begrenzung der Düsenplatte 42.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet eine Luftreinigungsvorrichtung 66 einen Verdichter 68, ein Filter 70, Luftversorgungsleitungen 72 und die Luftdüsen 46. Der Verdichter 68, das Filter 70 und die Luftdüsen 46 sind durch die Luftversorgungsleitungen 72 in Reihe fluidisch miteinander verbunden (d. h., Fluid kann von einem zu dem anderen strömen).
Der Verdichter 68 erhöht den Druck eines Gases durch Verringern eines Volumens des Gases oder durch Drängen von zusätzlichem Gas in ein konstantes Volumen. Bei dem Verdichter 68 kann es sich um eine beliebige Art von Verdichter handeln, z. B. einen Verdrängerverdichter, wie etwa einen Hubkolben-, Ionenflüssigkeitskolben-, Rotationsschrauben-, Rotationsschaufel-, Walzkolben-, Spiral- oder Membranverdichter; einen dynamischen Verdichter, wie etwa einen Luftblasen-, Kreisel-, Diagonal-, Mischstrom- oder Axialverdichter; oder um eine beliebige andere geeignete Art.
Das Filter 70 entfernt Festkörperpartikel, wie etwa Staub, Pollen, Schimmel, Schmutz und Bakterien aus der durch das Filter 70 strömenden Luft. Bei dem Filter 70 kann es sich um eine beliebige Art von Filter handeln, z. B. Papier, Schaum, Baumwolle, Edelstahl, Ölbad usw.
Die Luftversorgungsleitungen 72 erstrecken sich von dem Verdichter 68 zu dem Filter 70 und von dem Filter 70 zu den Luftdüsen 46. Die Luftversorgungsleitungen 72 können z. B. flexible Schläuche sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 beinhalten die Düsenplatten 42 die Luftdüsen 46. Jede Düsenplatte 42 beinhaltet eine jeweilige Luftdüse 46. Jede Luftdüse 46 ist auf die jeweilige Öffnung 36 und den jeweiligen Sensor 38 gerichtet, d. h. dazu ausgerichtet oder positioniert, sich an dieser/diesem zu entladen. Jede Luftdüse 46 ist schlitzförmig und weist eine Länge auf, die mehr als doppelt so groß ist, wie ihre Breite, und jede Luftdüse 46 ist im Wesentlichen parallel zu der Außenfläche 34 ausgerichtet. Jede Luftdüse 46 ist vertikal in Bezug auf das Fahrzeug 30 ausgerichtet. Jede Luftdüse 46 ist vertikal zentriert in Bezug auf die jeweilige Düsenplatte 42.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet eine Flüssigkeitsreinigungsvorrichtung 74 des Fahrzeugs 30 einen Behälter 76, eine Pumpe 78, Flüssigkeitsversorgungsleitungen 80 und Flüssigkeitsdüsen 82. Der Behälter 76, die Pumpe 78 und die Flüssigkeitsdüsen 82 sind fluidisch miteinander verbunden (d. h. Fluid kann von einem zum anderen strömen). Die Flüssigkeitsreinigungsvorrichtung 74 verteilt Waschfluid, das in dem Behälter 76 aufbewahrt wird, an die Düsen 82. „Waschfluid“ bezieht sich auf eine beliebige Flüssigkeit, die in dem Behälter 76 zum Reinigen aufbewahrt wird. Das Waschfluid kann Lösungsmittel, Reinigungsmittel, Verdünnungsmittel, wie etwa Wasser usw., beinhalten.
Der Behälter 76 kann ein Tank sein, der mit Flüssigkeit gefüllt werden kann, z.B. mit Waschfluid zum Reinigen von Fenstern. Der Behälter 76 kann in einem vorderen Teil des Fahrzeugs 30 angeordnet sein, insbesondere in einem Motorraum vor einer Fahrgastkabine. Der Behälter 76 kann das Waschfluid lediglich zum Versorgen der Sensoren 38 oder außerdem für andere Zwecke aufbewahren, wie etwa zum Versorgen einer Windschutzscheibe.
Die Pumpe 78 kann das Waschfluid mit ausreichendem Druck durch die Flüssigkeitsversorgungsleitungen 80 zu den Flüssigkeitsdüsen 82 drängen, sodass das Waschfluid aus den Flüssigkeitsdüsen 82 gesprüht wird. Die Pumpe 78 ist fluidisch mit dem Behälter 76 verbunden. Die Pumpe 78 kann an dem Behälter 76 angebracht oder in demselben angeordnet sein.
Die Flüssigkeitsversorgungsleitung 80 erstreckt sich von der Pumpe 78 zu den Flüssigkeitsdüsen 82. Die Flüssigkeitsversorgungsleitungen 80 können z. B. flexible Schläuche sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 beinhalten die Düsenschalen 40 die Flüssigkeitsdüsen 82. Jede jeweilige Düsenschale 40 beinhaltet eine jeweilige Flüssigkeitsdüse 82. Jede Flüssigkeitsdüse 82 ist auf die jeweilige Öffnung 36 und den jeweiligen Sensor 38 gerichtet, d. h. dazu ausgerichtet, sich an dieser/diesem zu entladen. Jede Flüssigkeitsdüse 82 ist vertikal oberhalb oder unterhalb der jeweiligen Luftdüse 46 angeordnet.
In Bezug auf die 5-7 sind die Heizelemente 44 in oder an den Düsenplatten 42 angeordnet. Jedes Heizelement 44 ist in oder an der jeweiligen Düsenplatte 42 angeordnet. Jedes Heizelement 44 erstreckt sich vollständig um die jeweilige Luftdüse 46 und jedes Heizelement 44 erstreckt sich um die jeweilige Flüssigkeitsdüse 82. Das Heizelement 44 ist ein Dünnfilm. Zum Beispiel ist das Heizelement 44 eine Beschichtung an der Düsenplatte 42, z. B. kann sie auf der Fläche der Düsenplatte 42 mit einem thermisch leitfähigen Klebstoff aufgebracht sein, wie in 5 gezeigt. In einem anderen Beispiel ist das Heizelement 44 in der Düsenplatte 42 eingebettet, z. B. kann es in eine Gußform eingesetzt werden, bevor die Düsenschale 40 in der Form spritzgegossen wird, wie in 6 gezeigt. Wie in 7 gezeigt, beinhaltet das Heizelement 44 eine Vielzahl von elektrisch verbundenen Patches 84 aus z. B. leitfähiger Kohlenstofftinte oder Silber-Nanodrähten.
Die Heizelemente 44 sind Widerstandsheizelemente. Anders ausgedrückt generieren die Heizelemente 44 Hitze über elektrischen Strom, der durch ein leitfähiges Material fließt. Konkret gesagt weisen die Heizelemente 44 einen positiven Temperaturkoeffizienten (positive temperature coefficient - PTC) auf, d. h. einen Widerstand, der positiv mit der an das Heizelement 44 angelegten Spannung korreliert ist. Zum Beispiel können die Heizelemente 44 ein dotiertes polykristallines Keramikmaterial, wie etwa Bariumtitanat (BaTiO₃), enthalten. Wenn eine konstante Spannung bei einer anfänglichen kühlen Temperatur an das Heizelement 44 angelegt wird, ist der Widerstand anfangs gering und ist der Strom anfangs hoch; während das Heizelement 44 Hitze erzeugt, steigt die Temperatur des Heizelements 44 an und nimmt der Widerstand zu und nimmt der Strom ab, bis die Temperatur, der Widerstand und der Strom allesamt einen stabilen Zustand erreichen. Die Temperatur im stabilen Zustand des Heizelements 44 kann daher gesteuert werden, indem eine an das Heizelement 44 angelegte Spannung ausgewählt wird.
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Spannungsquelle 86 elektrisch an das Heizelement 44 gekoppelt. Bei der Spannungsquelle 86 kann es sich um eine beliebige Art handeln, die zum Erzeugen einer auswählbaren oder konstanten Spannung an Anschlüssen geeignet ist, z. B. Batterien, wie etwa Lithium-Ionen oder Bleisäure, Kondensatoren usw.
Ein thermoelektrischer Kühler 88 ist thermisch an das Heizelement 44 gekoppelt. Für die Zwecke dieser Offenbarung bedeutet „thermisch gekoppelt“ derart angebracht, dass Wärme wirksam strömen kann und beide Enden der thermischen Kupplung (falls separat) innerhalb eines kurzen Zeitraums im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweisen. Der thermoelektrische Kühler 88 wird gemäß dem Peltier-Effekt betrieben, um einen Wärmefluss von einer „kühlen“ Seite zu einer „heißen“ Seite zu generieren. Die kühle Seite des thermoelektrischen Kühlers 88 ist thermisch an das Heizelement 44 gekoppelt. Der thermoelektrische Kühler 88 kann angeschaltet werden, um zu verhindern, dass die Heizelemente 44 und/oder die Sensoren 38 überhitzen.
Unter Bezugnahme auf 9 beinhaltet die Vorrichtung 32 eine Steuerung 90. Die Steuerung 90 ist eine mikroprozessorbasierte Steuerung. Die Steuerung 90 beinhaltet einen Prozessor, einen Speicher usw. Der Speicher der Steuerung 90 beinhaltet Medien zum Speichern von Anweisungen, die durch den Prozessor ausführbar sind, sowie zum elektronisches Speichern von Daten und/oder Datenbanken.
Die Steuerung 90 kann Daten über ein Kommunikationsnetzwerk 92 übertragen und empfangen, wie etwa einen Controller-Area-Network(CAN)-Bus, Ethernet, WiFi, ein Local Interconnect Network (LIN), einen On-Board-Diagnoseanschluss (OBD-II) und/oder über ein beliebiges anderes drahtgebundenes oder drahtloses Kommunikationsnetzwerk. Die Steuerung 90 kann über das Kommunikationsnetzwerk 92 kommunikativ an die Spannungsquelle 86, die Sensoren 38, die Luftreinigungsvorrichtung 66, die Flüssigkeitsreinigungsvorrichtung 74, den thermoelektrischen Kühler 88 und andere Komponenten gekoppelt sein.
10 ist ein Prozessablaufdiagramm, das einen beispielhaften Prozess 1000 zum Steuern des Heizelements 44 veranschaulicht. Der Speicher der Steuerung 90 speichert ausführbare Anweisungen zum Durchführen der Schritte des Prozesses 1000. In einem allgemeinen Überblick des Prozesses 1000 ist die Steuerung 90 dazu programmiert, die Spannungsquelle 86, und dadurch das Heizelement 44, anzuschalten wenn eine Wettervariable jenseits eines Schwellenwertes liegt, wenn eine Anforderung von einem anderen Steuermodul empfangen wird oder wenn Daten von den Sensoren 38 das Vorhandensein von Eis angeben. Die Steuerung 90 führt den Prozess 1000 jeweils für jeden Sensor 38 und jedes Heizelement 44 unabhängig durch.
Der Prozess 1000 beginnt in einem Block 1005, in dem die Steuerung 90 die Luftreinigungsvorrichtung 66, z. B. den Verdichter 68, dazu veranlasst, Luft durch die Luftdüse 46 zu blasen. Somit wird ein kontinuierlicher Luftstrom über die Öffnung 36 und den Sensor 38 erzeugt.
Als Nächstes empfängt die Steuerung 90 in einem Block 1010 Wetterdaten. Die Wetterdaten können durch die Sensoren 38 generiert werden, von einem entfernten Server an die Steuerung 90 gesendet werden oder beides. Die Wetterdaten können Wettervariablen, wie etwa Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, barometrischen Druck usw., beinhalten.
Als Nächstes empfängt die Steuerung 90 in einem Block 1015 Daten von den Sensoren 38. Die Daten von den Sensoren 38 können Video- oder Bilddaten von Kameras, dreidimensionale Kartendaten von LIDAR oder Radar usw. beinhalten.
Als nächstes bestimmt die Steuerung 90 in einem Entscheidungsblock 1020, ob die Daten, z. B. die Wetterdaten, angeben, dass eine Wettervariable oder eine Kombination aus Wettervariablen jenseits eines Schwellenwertes liegt. Zum Beispiel kann die Steuerung 90 bestimmen, ob die Umgebungstemperatur unter einem Temperaturschwellenwert liegt. Der Temperaturschwellenwert kann derart gewählt werden, dass er über einer Temperatur liegt, bei der die Sensoren 38 eine Beeinträchtigung erfahren oder beschädigt werden würden, und zwar in Höhe eines Sicherheitsfaktors, wie er z. B. durch einen Sensorhersteller spezifiziert und/oder durch empirische Tests bestimmt wurde. Als Reaktion darauf, dass die Daten angeben, dass die Wettervariable jenseits des Schwellenwertes liegt (z. B. dass die Umgebungstemperatur unter dem Temperaturschwellenwert liegt), geht der Prozess 1000 zu einem Block 1035 über. Als Reaktion darauf, dass die Daten angeben, dass die Wettervariable nicht jenseits des Schwellenwertes liegt, geht der Prozess 1000 zu einem Entscheidungsblock 1025 über.
In dem Entscheidungsblock 1025 bestimmt die Steuerung 90, ob eine Anforderung zum Erhitzen von einem anderen Steuermodul in dem Fahrzeug 30 empfangen wurde. Zum Beispiel kann das Steuermodul eine Anforderung zum Erhitzen an die Steuerung 90 als Reaktion darauf senden, dass ein Insasse des Fahrzeugs 30 eine Heckscheibenheizung anschaltet. Der Satz von Auslösern kann basierend darauf gewählt werden, welche Handlungen durch andere Steuermodule mit den kalten Bedingungen korreliert sind. Als Reaktion auf eine Anforderung zum Erhitzen geht der Prozess 1000 zum Block 1035 über. Als Reaktion darauf, dass keine Anforderung zum Erhitzen gefunden wird, geht der Prozess 1000 zu einem Entscheidungsblock 1030 über.
Im Entscheidungsblock 1030 bestimmt die Steuerung 90, ob die Sensordaten das Vorhandensein von Eis angeben. Die Steuerung 90 bestimmt das Vorhandensein von Eis basierend auf Daten, die von den Sensoren 38, z. B. von dem jeweiligen Sensor 38, empfangen werden. Zum Beispiel kann die Steuerung 90 bekannte Algorithmen verwenden, um zu bestimmen, dass sich ein Pixelstreifen in den von dem Sensor 38 empfangenen Bilddaten im Vergleich zu dem Rest der Pixel im Laufe der Zeit nicht verändert, was nahelegt, dass ein Abschnitt des Sichtfeldes des Sensors 38 durch Eis bedeckt wurde. Die Steuerung 90 kann zusätzlich dazu die Farbe oder Helligkeit des sich nicht verändernden Pixelstreifens analysieren, um zwischen Eis und anderen Arten von Ablagerungen zu unterscheiden, da Eis weißer und heller als andere Arten von Ablagerungen ist. Als Reaktion darauf, dass kein Eis detektiert wird, kehrt der Prozess 1000 zum Block 1005 zurück, um weiter auf Auslöser zum Anschalten der Spannungsquelle 86 zu überwachen. Als Reaktion auf das Bestimmen, dass Eis vorhanden ist, geht der Prozess 1000 zum Block 1035 über.
Im Block 1035 schaltet die Steuerung 90 die Spannungsquelle 86 für eine vorher festgelegte Zeitspanne an. Die vorher festgelegte Zeitspanne kann so gewählt werden, dass sie ausreichend lang ist, um Eis von dem Sensor 38 abzuschmelzen, basierend auf Leistungsdaten, z. B. Zeitdauer zum Enteisen unter verschiedenen Bedingungen, für das Heizelement 44. Wenn die Spannung der Spannungsquelle auswählbar ist, wählt die Steuerung 90 die Spannung basierend auf den Daten aus, die zum Auslösen der Anschaltung der Spannungsquelle 86 verwendet werden, z. B. Wettervariablen, Anzahl der Pixel des Sensors 38, die durch Eis blockiert sind usw. Die auszuwählenden Spannungen können in einer Lookup-Tabelle zusammen mit entsprechenden Bedingungen zum Auswählen dieser Spannung gespeichert werden, z. B. mit entsprechenden Umgebungstemperaturen. Die Bedingungen, z. B. die Umgebungstemperaturen, können für die Lookup-Tabelle basierend auf Experimenten unter verschiedenen Bedingungen gewählt werden, um die Spannungen, die eine annehmbar kurze Zeitspanne zum Enteisen für den Sensor 38 erzielen, zu bestimmen. Nach dem Block 1035 kehrt der Prozess zum Block 1005 zurück, um weiter auf Auslöser zum Anschalten der Spannungsquelle 86 zu überwachen.
Im Allgemeinen können die beschriebenen Rechensysteme und/oder -vorrichtungen ein beliebiges aus einer Reihe von Computerbetriebssystemen einsetzen, einschließlich unter anderem Versionen und/oder Varianten der Anwendung Ford Sync®, der Middleware AppLink/Smart Device Link, des Betriebssystems Microsoft® Automotive, des Betriebssystems Microsoft Windows®, des Betriebssystems Unix (z. B. des Betriebssystems Solaris®, vertrieben durch die Oracle Corporation in Redwood Shores, Kalifornien), des Betriebssystems AIX UNIX, vertrieben durch International Business Machines in Armonk, New York, des Betriebssystems Linux, der Betriebssysteme Mac OSX und iOS, vertrieben durch die Apple Inc. in Cupertino, Kalifornien, des BlackBerry OS, vertrieben durch Blackberry, Ltd. in Waterloo, Kanada, und des Betriebssystems Android, entwickelt durch Google, Inc. und die Open Handset Alliance, oder der QNX® CAR Platform for Infotainment, angeboten durch QNX Software Systems. Zu Beispielen für Rechenvorrichtungen gehören unter anderem ein bordeigener Fahrzeugcomputer, ein Computerarbeitsplatz, ein Server, ein Desktop-, Notebook-, Laptop- oder Handcomputer oder ein anderes Rechensystem und/oder eine andere Rechenvorrichtung.
Rechenvorrichtungen beinhalten im Allgemeinen computerausführbare Anweisungen, wobei die Anweisungen durch eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, wie etwa die vorstehend aufgeführten, ausführbar sein können. Computerausführbare Anweisungen können von Computerprogrammen zusammengestellt oder ausgewertet werden, die unter Verwendung vielfältiger Programmiersprachen und/oder -technologien erstellt wurden, einschließlich unter anderem und entweder für sich oder in Kombination Java™, C, C++, Matlab, Simulink, Stateflow, Visual Basic, Java Script, Perl, HTML usw. Einige dieser Anwendungen können auf einer virtuellen Maschine zusammengestellt und ausgeführt werden, wie etwa der Java Virtual Machine, der Dalvik Virtual Machine oder dergleichen. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, z. B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw., und führt diese Anweisungen aus, wodurch er einen oder mehrere Abläufe durchführt, einschließlich eines oder mehrerer der in dieser Schrift beschriebenen Abläufe. Derartige Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung vielfältiger computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden. Eine Datei in einer Rechenvorrichtung ist im Allgemeinen eine Sammlung von Daten, die auf einem computerlesbaren Medium, wie etwa einem Speichermedium, einem Direktzugriffsspeicher usw., gespeichert sind.
Ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet) beinhaltet ein beliebiges nichttransitorisches (z. B. physisches) Medium, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die durch einen Computer (z. B. durch einen Prozessor eines Computers) ausgelesen werden können. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich unter anderem nichtflüchtiger Medien und flüchtiger Medien. Nichtflüchtige Medien können zum Beispiel optische Platten oder Magnetplatten und andere dauerhafte Speicher beinhalten. Zu flüchtigen Medien kann zum Beispiel ein dynamischer Direktzugriffsspeicher (dynamic random access memory - DRAM) gehören, der typischerweise einen Hauptspeicher darstellt. Derartige Anweisungen können durch ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, die Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser beinhalten, zu denen die Drähte gehören, die einen an einen Prozessor einer ECU gekoppelten Systembus umfassen. Zu gängigen Formen computerlesbarer Medien gehören zum Beispiel eine Diskette, eine Folienspeicherplatte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein beliebiges anderes physisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASH-EEPROM, ein beliebiger anderer Speicherchip oder eine beliebige andere Speicherkassette oder ein beliebiges anderes Medium, das durch einen Computer ausgelesen werden kann.
Zu in dieser Schrift beschriebenen Datenbanken, Datenbeständen oder sonstigen Datenspeichern können verschiedene Arten von Mechanismen zum Speichern von, Zugreifen auf und Abrufen von verschiedenen Arten von Daten gehören, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, einer Gruppe von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (relational database management system - RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher ist im Allgemeinen in einer Rechenvorrichtung beinhaltet, welche ein Computerbetriebssystem, wie etwa eines der vorstehend aufgeführten, verwendet, und es wird auf eine oder mehrere mögliche Weisen über ein Netzwerk darauf zugegriffen. Auf ein Dateisystem kann von einem Computerbetriebssystem zugegriffen werden, und es kann in verschiedenen Formaten gespeicherte Dateien beinhalten. Ein RDBMS setzt im Allgemeinen die strukturierte Abfragesprache (Structured Query Language - SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Abläufe ein, wie etwa die vorstehend erwähnte PL/SQL-Sprache.
In einigen Beispielen können Systemelemente als computerlesbare Anweisungen (z. B. Software) auf einer oder mehreren Rechenvorrichtungen (z. B. Servern, PCs usw.) umgesetzt sein, die auf diesen zugeordneten computerlesbaren Speichermedien (z. B. Platten, Speicher usw.) gespeichert sind. Ein Computerprogrammprodukt kann derartige Anweisungen, die auf computerlesbaren Medien gespeichert sind, zum Ausführen der in dieser Schrift beschriebenen Funktionen umfassen.
In den Zeichnungen geben die gleichen Bezugszeichen die gleichen Elemente an. Ferner könnten einige oder alle dieser Elemente geändert werden. Hinsichtlich der in dieser Schrift beschriebenen Medien, Prozesse, Systeme, Verfahren, Heuristiken usw. versteht es sich, dass die Schritte derartiger Prozesse usw. zwar als gemäß einer bestimmten Abfolge erfolgend beschrieben worden sind, derartige Prozesse jedoch so umgesetzt werden könnten, dass die beschriebenen Schritte in einer anderen Reihenfolge als der in dieser Schrift beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Es versteht sich ferner, dass bestimmte Schritte gleichzeitig durchgeführt, andere Schritte hinzugefügt oder bestimmte in dieser Schrift beschriebene Schritte weggelassen werden könnten. Anders ausgedrückt dienen die Beschreibungen von Prozessen in dieser Schrift dem Zwecke der Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen und sollten keinesfalls dahingehend ausgelegt werden, dass sie die Patentansprüche einschränken.
Dementsprechend versteht es sich, dass die vorstehende Beschreibung als veranschaulichend und nicht einschränkend gedacht ist. Viele Ausführungsformen und Anwendungen, bei denen es sich nicht um die bereitgestellten Beispiele handelt, werden dem Fachmann beim Lesen der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Der Umfang der Erfindung sollte nicht unter Bezugnahme auf die vorstehende Beschreibung, sondern stattdessen unter Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche gemeinsam mit dem vollständigen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Patentansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. Es wird erwartet und ist beabsichtigt, dass es hinsichtlich der in dieser Schrift erörterten Fachgebiete künftige Entwicklungen geben wird und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in derartige künftige Ausführungsformen aufgenommen werden. Insgesamt versteht es sich, dass die Erfindung modifiziert und variiert werden kann und ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche eingeschränkt wird.
Allen in den Patentansprüchen verwendeten Ausdrücken soll deren allgemeine und gewöhnliche Bedeutung zukommen, wie sie vom Fachmann verstanden wird, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Insbesondere ist die Verwendung der Singularartikel, wie etwa „ein“, „einer“, „eine“, „der“, „die“, „das“ usw., dahingehend auszulegen, dass ein oder mehrere der aufgeführten Elemente genannt werden, es sei denn, ein Anspruch enthält eine ausdrücklich gegenteilige Einschränkung. Die Adjektive „erster“, „zweiter“ und „dritter“ werden in dieser Schrift als Identifikatoren verwendet und sind nicht dazu gedacht, eine Bedeutung hervorzuheben oder eine Reihenfolge anzuzeigen.
Die Offenbarung wurde auf veranschaulichende Weise beschrieben und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie vielmehr der Beschreibung als der Einschränkung dienen soll. In Anbetracht der vorstehenden Lehren sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung möglich und die Offenbarung kann anders als konkret beschrieben umgesetzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung bereitgestellt, aufweisend: eine Außenfläche einschließlich einer Öffnung; einen Sensor, der ein durch die Öffnung ausgerichtetes Sichtfeld definiert; eine Düsenschale an der Außenfläche und eine Düsenplatte beinhaltend, einschließlich einer Düse, die der Öffnung zugewandt ist; sowie ein Heizelement, das in oder an der Düsenplatte angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Heizelement ein Widerstandsheizelement.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Heizelement einen Widerstand auf, der positiv mit der an das Heizelement angelegten Spannung korreliert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Heizelement ein Dünnfilm.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Heizelement Kohlenstofftinte.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Heizelement eine Vielzahl von elektrisch verbundenen Kohlenstofftinte-Patches.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine externe Platte, welche die Außenfläche beinhaltet, wobei der Sensor an einer der Außenfläche gegenüberliegenden Seite der externen Platte angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich das Heizelement vollständig um die Düse.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der Düse um eine Luftdüse und beinhaltet die Düsenschale eine Flüssigkeitsdüse.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich das Heizelement um die Luftdüse und um die Flüssigkeitsdüse.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Düse schlitzförmig.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Düse im Wesentlichen parallel zu der Außenfläche ausgerichtet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Düsenschale eine abgerundete Schalenplatte, die an die Düsenplatte und die Außenfläche angrenzt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Schalenplatte eine Kante, die sich entlang der Düsenplatte von der Außenfläche zu der Außenfläche erstreckt, und eine zweite Kante, die sich entlang der Außenfläche von der Düsenplatte zu der Düsenplatte erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen thermoelektrischen Kühler, der thermisch an das Heizelement gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle, die elektrisch an das Heizelement gekoppelt ist, und eine Steuerung, die an die Spannungsquelle gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu programmiert, die Spannungsquelle für eine vorher festgelegte Zeitspanne als Reaktion auf den Empfang von Daten, die angeben, dass die Umgebungstemperatur unter einem Temperaturschwellenwert liegt, anzuschalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu programmiert, die Spannungsquelle für eine vorher festgelegte Zeitspanne als Reaktion auf den Empfang von Daten, die das Vorhandensein von Eis angeben, anzuschalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung kommunikativ an den Sensor gekoppelt und dazu programmiert, basierend auf den von dem Sensor empfangenen Daten das Vorhandensein von Eis zu bestimmen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Außenfläche, die eine Öffnung beinhaltet; einen Sensor, der ein durch die Öffnung ausgerichtetes Sichtfeld definiert; eine Düsenschale an der Außenfläche und eine Düsenplatte beinhaltend, einschließlich einer Düse, die der Öffnung zugewandt ist; und ein Heizelement, das in oder an der Düsenplatte angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Heizelement ein Widerstandsheizelement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Heizelement einen Widerstand aufweist, der positiv mit der an das Heizelement angelegten Spannung korreliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Heizelement ein Dünnfilm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Heizelement eine Vielzahl von elektrisch verbundenen Kohlenstofftinte-Patches beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine externe Platte, welche die Außenfläche beinhaltet, wobei der Sensor an einer der Außenfläche gegenüberliegenden Seite der externen Platte angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich das Heizelement vollständig um die Düse erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Düse um eine Luftdüse handelt und die Düsenschale eine Flüssigkeitsdüse beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich das Heizelement um die Luftdüse und um die Flüssigkeitsdüse erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Düse schlitzförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Düsenschale eine abgerundete Schalenplatte beinhaltet, die an die Düsenplatte und die Außenfläche angrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Schalenplatte eine Kante, die sich entlang der Düsenplatte von der Außenfläche zu der Außenfläche erstreckt, und eine zweite Kante beinhaltet, die sich entlang der Außenfläche von der Düsenplatte zu der Düsenplatte erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, ferner umfassend eine Spannungsquelle, die elektrisch an das Heizelement gekoppelt ist, und eine Steuerung, die kommunikativ an die Spannungsquelle gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerung dazu programmiert ist, die Spannungsquelle für eine vorher festgelegte Zeitspanne als Reaktion auf den Empfang von Daten, die angeben, dass die Umgebungstemperatur unter einem Temperaturschwellenwert liegt, anzuschalten.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuerung kommunikativ an den Sensor gekoppelt und dazu programmiert ist, die Spannungsquelle für eine vorher festgelegte Zeitspanne als Reaktion auf den Empfang von Daten, die basierend auf den von dem Sensor empfangenen Daten das Vorhandensein von Eis angeben, anzuschalten.