DE102021210086A1

DE102021210086A1 - Pneumatische Vorrichtung für eine Sensorvorrichtung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021210086A1
Application number: DE102021210086.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Duras; Petr Novak; Dirk Ringler; Michael Beuschel
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2023-03-16
Also published as: WO2023036380A1; CN117897315A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Vorrichtung (1) zum Beaufschlagen einer exponierten Oberfläche (2) einer Sensorvorrichtung (3) eines Fahrzeugs mit einem Luftstrom. Um eine pneumatische Vorrichtung (1) anzubieten, welche insbesondere größere Oberflächen effizient und gleichmäßig mit einem Luftstrom beaufschlagen kann wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (4) umfasst, welches derart ausgebildet ist, dass es sich im Einbauzustand entlang wenigstens einer Kante (5) der Oberfläche (2) erstreckt und wenigstens eine Reihe zueinander beabstandeten Düsen (6) mit jeweils einem Düseneinlass (7) und einem Düsenauslass (8) aufweist, welche zum simultanen Ausstoßen von Druckluft in Richtung Oberfläche (2) eingerichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Reinigungsvorrichtung zum Reinigen und Trocknen von optischen Oberflächen diverser Sensorvorrichtungen im Außenbereich eines Fahrzeugs, insbesondere Abdeckscheiben von LiDAR (Light Detection And Ranging) Sensoren.
Oberflächen von Abdeckscheiben, Linsen und Dergleichen von optischen Sensoren eines Fahrzeugs müssen für eine optimale Funktionalität stets sauber gehalten werden. Wenn solche Oberflächen im Außenbereich des Fahrzeugs exponiert angeordnet werden, sind sie den Umwelteinflüssen stark ausgesetzt, verschmutzen regelmäßig und müssen durch besondere Reinigungsvorrichtung gereinigt werden.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, Reinigungsvorrichtungen mit Düsen nach Art von Scheinwerfer- oder Scheibenreinigungsanlagen zu verwenden, welche einer Reinigungsflüssigkeit unter Druck auf die zu reinigende Oberfläche sprühen.
Hierbei ist es wichtig, die Reinigungsflüssigkeit möglichst schnell und vollständig von der Oberfläche zu entfernen, denn anhaftende Flüssigkeitstropfen können die Funktion von optischen Sensoren ebenfalls negativ beeinträchtigen, beispielsweise durch Umlenkung und Streuung des Lichts.
Eine unkontrollierte Trocknung der Oberfläche durch natürliche Umwelteinflüsse wie Fahrtwind, Sonneneinstrahlung etc. ist langsam und unzuverlässig. Darüber hinaus kann die Reinigungsflüssigkeit nach dem Trocknen Flecken hinterlassen, welche sowohl aus denn funktionellen als auch ästhetischen Gründen vermieden werden sollten.
Um dies zu vermeiden ist es bekannt, flüssigkeitsbasierte Reinigungsvorrichtungen mit pneumatischen Vorrichtungen zu kombinieren, welche mittels eines definierten Luftstroms die Oberfläche kontrolliert sowie schneller von Flüssigkeitsresten befreien. Zum relevanten Stand der Technik wird beispielhaft auf EP 2 949 520 A1 verwiesen.
Derartige kombinierten Reinigungsvorrichtungen sind jedoch hochkomplex und fehleranfällig, benötigen einen vergleichsweise großen Bauraum in unmittelbarer Nähe des Sensors und verursachen hohe Herstell- und Montagekosten durch eine große Anzahl von Einzelkomponenten und Montageoperationen.
Solche pneumatischen Vorrichtungen verfügen über einzelne, punktuelle Düsen bzw. Quellen der Druckluftstrahlen und können dadurch lediglich vergleichsweise kleine Oberflächenbereiche mit einem ausreichend starken Luftstrom zuverlässig beaufschlagen. Für eine zufriedenstellende Behandlung von großen Oberflächen wie insbesondere LiDAR-Abdeckscheiben sind sie nicht optimal geeignet.
LiDARe weisen funktionsbedingt nebeneinander angeordnete Sende- und Empfangseinheiten. Aus diesem Grund benötigen sie vergleichsweise große, weitgestreckte Abdeckscheiben, welche oft um den Faktor 10-30 oder noch größer sind als beispielsweise eine Linse einer durchschnittlichen Kamera. Derart große zu reinigende Oberflächen stellen für zugeordnete pneumatischen Vorrichtungen besonders große Herausforderungen dar.
Es stellt sich somit die Aufgabe, eine pneumatische Vorrichtung vorzuschlagen, welche unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile insbesondere größere Oberflächen effizient und gleichmäßig mit einem Luftstrom beaufschlagen kann.
Die Aufgabe wird durch eine pneumatische Vorrichtung mit Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung und Figuren.
Die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine Ausführungsform der Vorrichtung in einer Einbauposition neben einer Sensorvorrichtung in Draufsicht.
2 eine frontale Ansicht auf eine Längsschnitt-Ansicht der Vorrichtung gemäß 1.
3 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts der Vorrichtung gemäß 1.

Fig.1
in der 1 ist beispielhaft und stark vereinfacht eine LiDAR-Sensorvorrichtung 3 mit einer zugeordneten erfindungsgemäßen pneumatischen Vorrichtung 1 in Einbauzustand, in einer Draufsicht entlang einer Hochachse H des Fahrzeugs dargestellt.
Die Vorrichtung dient zum Abtrocknen der Oberfläche 2 mit einem kontrollierten Luftstrom nach einem Reinigungsvorgang mit einer gesonderten hier nicht gezeigten Reinigungsvorrichtung, nach einer Wasserdurchfahrt oder bei Regen sowie gegebenenfalls zum Wegblasen von losen und lockeren Schmutzpartikel.
Die zu reinigende Oberfläche 2 der dargestellten Sensorvorrichtung 3 bzw. des LiDARs besitzt die Form eines abgerundeten Rechtecks In der Praxis können derartige Abdeckscheiben oft auch trapezförmig gestaltet sein.
Das schmale langgestreckte, U-förmig gestaltete Gehäuse 4 der Vorrichtung 1 verläuft rahmenartig entlang der längeren Kante 5 der Oberfläche 2 und erstreckt sich über die gesamte Oberfläche 2 sowie darüber hinaus.
In dem Gehäuse 4 ist ein interner Kanal 10 ausgebildet (siehe 2,3) welcher an seinen beiden gegenüberliegenden Enden jeweils einen Anschluss 14 aufweist. Die beiden Anschlüsse 14 dienen zum simultanen Versorgen des Kanals 10 mit Druckluft von einer externen, hier nicht dargestellten Druckluftquelle.
Als Druckluftquelle können je nach Anwendungsfall beispielsweise ein Kompressor, ein Druckluftspeicher oder andere pneumatische Quellen dienen.
Die Vorrichtung 1 kann nach jedem flüssigkeitsbasierten Reinigungsvorgang kurz aktiviert werden, um die verbleibenden Reste der Reinigungsflüssigkeit möglichst schnell und gleichmäßig von der Oberfläche 2 entfernen zu können. Sie kann jedoch ebenfalls in einem Dauerbetrieb eingesetzt werden, um beispielsweise bei nassen Wetterverhältnissen einen schützenden Luftfilm über der Oberfläche 2 zu bilden, welcher die anfliegenden Wassertropfen umgelenkt und deren Auftreffen auf die Oberfläche 2 verhindert.
Die in diesem Ausführungsbeispiel als drei Laschen mit Ösen ausgebildete Befestigungsschnittstellen 16 dienen zur Fixierung der Reinigungsvorrichtung 1 Fahrzeug oder der Sensorvorrichtung 3, je nach konkreter Ausgestaltung des Produkts.
Fig.2
2 zeigt die pneumatische Vorrichtung 1 zusammen mit der Sensorvorrichtung 3 in einer Frontansicht entlang der fahrzeug-Längsachse L. Hierbei ist Gehäuse 4 in einer Schnittansicht durch einen innenliegenden Kanal 10 abgebildet. Der Kanal 10 erstreckt sich entlang des gesamten Gehäuses 4 und ist an jedem seiner beiden Enden jeweils mit einem pneumatischen Anschluss 14 verbunden (siehe 1).
In den Kanal 10 münden mehrere Düsen 6, welche entlang des Gehäuses 4 beziehungsweise der Oberflächenkante 5 in einer Reihe zueinander beabstandet angeordnet sind. Bei Betätigung der pneumatischen Vorrichtung 1, beispielsweise durch Aktivierung einer hier nicht dargestellten Druckluftquelle, werden aus den Düsen 6 Druckluftstrahlen 9 gleichzeitig auf die Oberfläche 2 ausgestoßen. Die Anzahl und Abstände zwischen den Düsen 6 richtet sich nach der Größe der Oberfläche 2 unter der Prämisse, dass diese möglichst vollständig und gleichmäßig mit einer aus einzelnen Druckluftstrahlen 9 resultierenden Luftströmung bedeckt wird.
Durch die gleichzeitige Verwendung von zwei endseitigen, gegenüberliegenden Anschlüssen 14, wird der notwendige Innendruck dem langgestreckter Kanal 10 schneller und gleichmäßiger aufgebaut. Der vergleichsweise große Abstand zwischen der jeweils ersten und der letzten Düse 6 in der Reihe wirkt sich nicht negativ aus auf die zeitliche und räumliche Gleichmäßigkeit bei Aufbau der Luftströmung an der Oberfläche 2.
Für kürzere Ausführungen der pneumatischen Vorrichtung 1 wäre innerhalb der Erfindung auch eine Ausführungsform mit einem einzigen pneumatischen Anschluss 14 am Gehäuse 4 vorstellbar, welcher dann für eine gleichmäßige Luftverteilung vorzugsweise mittig in Bezug auf die Streckung des Kanals 10 zu platzieren wäre.
Die Düsen 6 sind in der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform als einfache Bohrungen beziehungsweise Durchbrüche in der Gehäusewandung 13 des Gehäuses 4 ausgebildet, wobei innerhalb der Erfindung auch andere und komplexere Düsenkonstruktionen ebenfalls zulässig bleiben.
Um Druckverluste in dem Kanal 10 zu reduzieren und die Luftströmung an der Oberfläche 2 effizienter aufzubauen, sollte die kumulierte Querschnittsfläche von Düsenauslässen 8 aller Düsen 6 möglichst kleiner als die Hälfte eines gemittelten Querschnitts des Kanals 10 sein.
Die Vorrichtung 1 ist hier in der bevorzugten Position oberhalb der Oberfläche 2 in Bezug auf die Fahrzeug-Hochachse H angeordnet. Eine Positionierung seitlich oder unterhalb der Oberfläche 2 bleibt innerhalb der Erfindung jedoch ebenfalls zulässig.
Fig.3
In der 3 ist die pneumatische Vorrichtung 1 im Querschnitt durch die Mittelebene M (siehe 1, 2) dargestellt. In Bezug zu der Hochachse H des Fahrzeugs ist die Vorrichtung 1 im Bereich eines oberen Endes der senkrecht aufgestellten Oberfläche 2 angeordnet.
Das Gehäuse 4 ist aus zwei vorzugsweise miteinander verschweißten oder alternativ auch andersartig dicht verbundenen Gehäuseteilen 11, 12 aufgebaut. Beim Verbinden der beiden Gehäuseteile 11 und 12 wird in dem Gehäuse 4 der Kanal 10 gebildet. Jede Düse 6 mündet mit einem Düseneinlass 7 in den Kanal 10 und verjüngt sich, im gezeigten Beispiel konisch, entlang der Düsenachse 15 in Richtung Düsenauslass 8, wodurch die Luftgeschwindigkeit am Auslass gemäß dem Venturi-Effekt zusätzlich erhöht wird.
In Bezug zur Hochachse H münden die Düsen 6 an einer tiefsten Stelle des Kanals 10 in diesen ein, wodurch Kondenswasser besonders effektiv aus dem Kanal 10 abgeführt und Vereisungsgefahr dadurch reduziert wird.
Die Vorrichtung 1 ist derart gestaltet, dass die Düsenauslässe 8 der Düsen 6 möglichst nahe der Oberfläche 2 positioniert sind. Die Ausstoßrichtung R eines aus der Düse 6 ausgestoßenen Druckluftstrahls 9 sollte dabei vorzugsweise parallel zu der Oberfläche 2, oder, je nach Abstand von dieser in einem Winkel W zwischen 0° und 30° zu Oberfläche 2 ausgerichtet sein.
Durch die Reduzierung des Abstandes zwischen dem Düsenauslass 8 und der Oberfläche 2 und einen flachen Winkel W wird der Luftstrom unmittelbar entlang der Oberfläche 2 geführt, wodurch der Bernoulli- beziehungsweise Venturi-Effekt begünstigt wird und der Strömungsabriss später erfolgt. Dadurch kann mit einem geringeren Energieaufwand ein größerer Oberflächenbereich effektiv umströmt werden.
Bezugszeichenliste

1: Pneumatische Vorrichtung
2: Oberfläche
3: Sensorvorrichtung
4: Gehäuse
5: Kante
6: Düse
7: Düseneinlass
8: Düsenauslass
9: Druckluftstrahl
10: Kanal
11: Gehäuseteil
12: Gehäuseteil
13: Gehäusewandung
14: Anschluss
15: Düsenachse
16: Befestigungsschnittstelle
H: Hochachse
L: Längsachse
M: Mittelebene
Q: Querachse
R: Ausstoßrichtung
W: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2949520 A1 [0006]

Claims

Pneumatische Vorrichtung (1) zum Beaufschlagen einer exponierten Oberfläche (2) einer Sensorvorrichtung (3) eines Fahrzeugs mit einem Luftstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (4) umfasst, welches derart ausgebildet ist, dass es sich im Einbauzustand entlang wenigstens einer Kante (5) der Oberfläche (2) erstreckt und wenigstens eine Reihe zueinander beabstandeten Düsen (6) mit jeweils einem Düseneinlass (7) und einem Düsenauslass (8) aufweist, welche zum simultanen Ausstoßen von Druckluft in Richtung Oberfläche (2) eingerichtet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenauslass (8) in einer unmittelbaren Nähe zu der Oberfläche (2) positioniert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, das s eine Ausstoßrichtung (R) eines aus der Düse (6) ausgestoßenen Druckluftstrahls (9) in einem Winkel (W) zwischen 0° und 30° zu der Oberfläche (2) ausgerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, das s eine Ausstoßrichtung (R) eines aus der Düse (6) ausgestoßenen Druckluftstrahls (9) parallel zu der Oberfläche (2) ausgerichtet ist.
Vorrichtung (1) wenigstens nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) einen innenliegenden Kanal (10) aufweist, welcher sich entlang des Gehäuses (4) erstreckt, wobei die Düsen (6) in den Kanal (10) münden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine kumulierte Querschnittsfläche aller Düsenauslässe (8) kleiner als die Hälfte eines gemittelten Querschnitts des Kanals (10) ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) ein erstes Gehäuseteil (11) und ein zweites Gehäuseteil (12) umfasst und der Kanal (10) durch das Verbinden der beiden Gehäuseteile (11,12) miteinander gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils einen Anschluss (14) zum Versorgen mit Druckluft aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (6) als ein Durchbruch in einer Gehäusewandung (4) des Gehäuses (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (6) einen sich vom Düseneinlass (7) zum Düsenauslass (8) verjüngenden Querschnitt aufweist.
Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) in Bezug zu einer Hochachse (H) des Fahrzeugs im Bereich eines oberen Endes der Oberfläche (2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) wenigstens nach Ansprüchen 5 und 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (6) in Bezug zur Hochachse (H) an einer tiefsten Stelle des Kanals (10) in diesen einmünden.