WO2023036380A1 - Pneumatische vorrichtung für eine sensorvorrichtung eines fahrzeugs - Google Patents

Pneumatische vorrichtung für eine sensorvorrichtung eines fahrzeugs Download PDF

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WO2023036380A1
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nozzle
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compressed air
vehicle
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Stefan DURAS
Petr Novak
Dirk Ringler
Michael Beuschel
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/56—Cleaning windscreens, windows or optical devices specially adapted for cleaning other parts or devices than front windows or windscreens
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/54—Cleaning windscreens, windows or optical devices using gas, e.g. hot air

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic cleaning device for cleaning and drying optical surfaces of various sensor devices in the exterior of a vehicle, in particular cover plates of LiDAR (Light Detection And Ranging) sensors.
  • LiDAR Light Detection And Ranging
  • Such combined cleaning devices are highly complex and error-prone, require a comparatively large space in the immediate vicinity of the sensor and cause high manufacturing and assembly costs due to a large number of individual components and assembly operations.
  • Such pneumatic devices have individual, selective nozzles or sources of the compressed air jets and can therefore only reliably apply a sufficiently strong air flow to comparatively small surface areas. They are not optimally suited for a satisfactory treatment of large surfaces such as LiDAR cover plates in particular.
  • LiDARe Due to their function, LiDARe have transmitter and receiver units arranged side by side. For this reason, they require comparatively large, stretched-out cover plates, which are often 10-30 times larger than, for example, the lens of an average camera. Such large surfaces to be cleaned pose particularly great challenges for associated pneumatic devices.
  • the object is therefore to propose a pneumatic device which, while avoiding the aforementioned disadvantages, can apply an air flow efficiently and uniformly, in particular to larger surfaces.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device in an installed position next to a sensor device in plan view.
  • FIG. 2 shows a front view of a longitudinal section view of the device according to FIG.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of a cross section of the device according to FIG.
  • Fig.1 in Fig.1 is an example and greatly simplified of a LiDAR sensor device 3 with an associated pneumatic device 1 according to the invention Installed state shown in a plan view along a vertical axis H of the vehicle.
  • the device serves to dry the surface 2 with a controlled stream of air after a cleaning process with a separate cleaning device, not shown here, after driving through water or in the rain and, if necessary, for blowing away loose dirt particles.
  • the surface 2 to be cleaned of the illustrated sensor device 3 or of the LiDAR has the shape of a rounded rectangle.
  • cover plates can often also be trapezoidal in shape.
  • the narrow, elongated, U-shaped housing 4 of the device 1 runs in a frame-like manner along the longer edge 5 of the surface 2 and extends over the entire surface 2 and beyond.
  • An internal channel 10 is formed in the housing 4 (see FIGS. 2, 3) which has a connection 14 at each of its two opposite ends.
  • the two connections 14 are used to simultaneously supply the channel 10 with compressed air from an external compressed air source, not shown here.
  • a compressor a compressed air reservoir or other pneumatic sources can be used as the compressed air source.
  • the device 1 can be activated briefly after each liquid-based cleaning process in order to be able to remove the remaining residues of the cleaning liquid from the surface 2 as quickly and evenly as possible. However, it can also be used in continuous operation, for example to form a protective air film over the surface 2 in wet weather conditions, which deflects the approaching water droplets and prevents them from striking the surface 2 .
  • the attachment interfaces 16, which are designed as three tabs with eyelets in this exemplary embodiment, serve to fix the cleaning device 1 in the vehicle or the sensor device 3, depending on the specific configuration of the product.
  • FIG. 2 shows the pneumatic device 1 together with the sensor device 3 in a front view along the longitudinal axis L of the vehicle.
  • the housing 4 is shown in a sectional view through an internal channel 10 .
  • the channel 10 extends along the entire housing 4 and is connected at each of its two ends to a pneumatic connection 14 (see Figure 1).
  • a plurality of nozzles 6 which are arranged in a row along the housing 4 or the surface edge 5 at a distance from one another open into the channel 10 .
  • a compressed air source not shown here
  • jets of compressed air 9 are ejected from the nozzles 6 onto the surface 2 at the same time.
  • the number and distances between the nozzles 6 depends on the size of the surface 2 under the premise that it is covered as completely and evenly as possible with an air flow resulting from individual compressed air jets 9 .
  • an embodiment with a single pneumatic connection 14 on the housing 4 would also be conceivable within the invention, which would then preferably be placed centrally in relation to the extension of the duct 10 for uniform air distribution.
  • the nozzles 6 are designed as simple bores or openings in the housing wall 13 of the housing 4, other and more complex nozzle designs also remaining permissible within the scope of the invention.
  • the cumulative cross-sectional area of nozzle outlets 8 of all nozzles 6 should be less than half an average cross-section of the duct 10 if possible.
  • the device 1 is here arranged in the preferred position above the surface 2 in relation to the vertical axis H of the vehicle. A positioning on the side or below the surface 2 is also permissible within the invention.
  • the pneumatic device 1 is shown in cross section through the center plane M (see Figures 1, 2). In relation to the vertical axis H of the vehicle, the device 1 is arranged in the area of an upper end of the vertically positioned surface 2 .
  • the housing 4 is made up of two housing parts 11 , 12 which are preferably welded to one another or alternatively also tightly connected in some other way.
  • the channel 10 is formed in the housing 4 .
  • Each nozzle 6 opens into the channel 10 with a nozzle inlet 7 and tapers, in the example shown conically, along the nozzle axis 15 in the direction of the nozzle outlet 8, whereby the air speed at the outlet is additionally increased according to the Venturi effect.
  • the nozzles 6 open into the duct 10 at its lowest point, as a result of which condensed water is removed particularly effectively from the duct 10 and the risk of icing is thereby reduced.
  • the device 1 is designed in such a way that the nozzle outlets 8 of the nozzles 6 are positioned as close as possible to the surface 2 .
  • the ejection direction R of a jet of compressed air 9 ejected from the nozzle 6 should preferably be aligned parallel to the surface 2 or, depending on the distance therefrom, at an angle W between 0° and 30° to the surface 2 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Nozzles (AREA)

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

Beschreibung
Pneumatische Vorrichtung für eine Sensorvorrichtung eines Fahrzeugs
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:
Fig.1 eine Ausführungsform der Vorrichtung in einer Einbauposition neben einer Sensorvorrichtung in Draufsicht.
Fig.2 eine frontale Ansicht auf eine Längsschnitt-Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig.1.
Fig.3 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts der Vorrichtung gemäß Fig.1 .
Fig.1 in der Fig.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 Fig.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
Fig.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 Fig.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 Fig.3 ist die pneumatische Vorrichtung 1 im Querschnitt durch die Mittelebene M (siehe Fig.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 unm ittelbar 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

Claims

7 Patentansprüche
1. 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 Ausstößen von Druckluft in Richtung Oberfläche (2) eingerichtet sind.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenauslass (8) in einer unmittelbaren Nähe zu der Oberfläche (2) positioniert ist.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2 d a d u rch gekennzeichnet, dass 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.
4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2 d a d u rch gekennzeichnet, dass eine Ausstoßrichtung (R) eines aus der Düse (6) ausgestoßenen Druckluftstrahls (9) parallel zu der Oberfläche (2) ausgerichtet ist.
5. 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.
6. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 5 d ad u rch gekennzeichnet, dass eine kumulierte Querschnittsfläche aller Düsenauslässe (8) kleiner als die Hälfte eines gemittelten Querschnitts des Kanals (10) ist. 8
7. Vorrichtung (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 oder 6 d a d u rch 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.
8. Vorrichtung (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis / dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils einen Anschluss (14) zum Versorgen mit Druckluft aufweist.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
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