Die Erfindung betrifft ein autonomes Reinigungssystem für ein Fahrzeug, zum Reinigen von transparenten Elementen unter- schiedlichen Verwendungszwecks wie Windschutzscheiben,

Scheinwerferstreuscheiben und insbesondere von optischen Komponenten der optischen oder optoelektronischen Erfassungsvorrichtungen wie Kameras, LiDARs und vergleichbaren optischen Sensoren, sowie ein mit dem Reinigungssystem aus- gestattetes Fahrzeug.

Die meisten Reinigungsvorrichtungen auf dem Markt sind für die Reinigung von Windschutz- und Rückscheiben ausgelegt, wobei einige weitere Komponenten zusätzlich einfach mitgereinigt werden können. Ebenso sind spezialisierte Reinigungsvorrich- tungen bekannt welche speziell zur Reinigung einzelner Komponenten, wie beispielsweise Streuscheibenreinigungsanlagen angepasst sind.

Eine wichtige Entwicklungsrichtung bei modernen Kraftfahrzeigen ist das autonome, computergesteuerte Fahren. Eine Voraussetzung dafür sind vielfältige Assistenzsysteme, welche den Fahr ^¬ zeugnutzer beim Fahren des Fahrzeuges unterstützen und diverse Funktionen übernehmen. Hierfür ist es erforderlich, die Umgebung des Fahrzeugs automatisiert und jederzeit zuverlässig zu er ^¬ fassen und zu überwachen. Einige Assistenzsysteme beziehen die Informationen über die Fahrzeugumgebung aus optischen oder optoelektronischen Erfassungsvorrichtungen wie beispielsweise Kameras, laserbasierten Abstandssensoren (LiDARs) oder Infrarotsensoren. Derartige Vorrichtungen verfügen über transparente Elemente wie Objektivlinsen oder Abdeckungen, welche das Licht je nach Anwendungsfall uneingeschränkt oder in einem bestimmten eingeschränkten Wellenbereich durchlassen. Weil oft im Außenbereich des Fahrzeugs angeordnet sind, sind sie Ver- schmutzungen und äußeren Witterungseinflüssen ausgesetzt und müssen zur Funktionsgewährleistung bei Bedarf durch ein Reinigungssystem gereinigt oder enteist werden.

Beim autonomen oder teilautonomen Fahren müssen die Erfas- sungsvorrichtungen stets ohne einen Fahrereingriff funktionsfähig sein, diese Forderung überträgt sich zwangsweise an das entsprechende Reinigungssystem, welches ebenfalls stets be ^¬ triebsbereit sein muss. Dies betrifft auch die Vorratsmenge und die ausreichende Frostbeständigkeit des Reinigungsmittels. Im Hinblick auf die aus dem autonomen Fahren erwachsenen Anforderungen bieten die bekannten Reinigungssysteme viele Nachteile oder sind schlicht ungeeignet. Beispielsweise kann der Fahrer alleine nicht den Verschmutzungsgrad einzelner Sensoren oder Kameras bewerten, da er im Wesentlichen lediglich die Windschutzscheibe und gegebenenfalls die Rückscheibe im Blick hat. Wird jedoch der Reinigungsbedarf aller Komponenten alleine vom Fahrer gesteuert, kann es vorkommen, dass manche Verbraucher, insbesondere im Heckbereich, wegen nicht erkannter stärkerer Verschmutzung ausfallen. Bekannte Reinigungssysteme sind nicht oder nur ungenügend erweiterungsfähig, um beispielsweise je nach Fahrzeug und dessen Konfiguration unterschiedliche Anzahl von Kameras und anderen Verbrauchern zu reinigen und dadurch nur aufwändig an spezifische Kundenwünsche anpassbar. Werden mehrere Komponenten zusammen geschaltet, werden einige Komponenten unnötig zwangsgereinigt, obwohl es nicht explizit erforderlich wäre.

Wird der Reinigungsbedarf aller Komponenten sicherheitshalber an den Bedarf der verschmutzungsanfälligsten Komponente wie beispielsweise Heckkamera angepasst, wird ein überproportional hoher Reinigungsmittelverbrauch die Folge sein, welcher nur uneffektiv durch das Mitführen von Mehrmengen des Reini- gungsmittels und dadurch Reduzierung des Nutzvolumens zu kompensieren .

Wenn das Reinigungsmittel beispielsweise, aufgrund von uner ^¬ warteten Wetterereignissen, insbesondre während der Fahrt eingefroren oder frühzeitig verbraucht wird, ist die Funktion der Reinigung nicht gegeben und die der Kameras und Sensoren höchst gefährdet .

Auch andere Betriebsszenarien stelle erhöhte Anforderung an eine zuverlässige Verfügbarkeit des Reinigungssystems wie bei- spielsweise beim Caresharing, mit häufig und oft hoch fre ^¬ quentiert wechselnden Fahrern.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besonders effektives Reinigungssystem mit einem verringerten Reinigungsmittelverbrauch anzubieten, welches sich möglichst fahrerunabhängig sowie adaptiv auf die stets veränderlichen Betriebsbedingungen einstellt und somit besonders gut für das autonome Fahren geeignet ist, zusätzlich effektive konstruktive Erweiterungs- und Anpassungsmöglichkeiten bietet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen und verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung und Figuren.

Mit den Merkmalen nach dem Unabhängigen Anspruch 1 wird es möglich, ein intelligentes, aktiv geregeltes, adaptives Rei ^¬ nigungssystem zu gestalten, das sich als integrativer Bestandteil des Fahrzeuges integrieren lässt und Mittel bietet, welche mit Ausnutzung diverser im modernen Fahrzeug verfügbaren Informationsquellen eine vorausschauende Adaption an Änderungen der Betriebsbedingungen reagier und einwandfreie Funktion aller optischer Erfassungsvorrichtungen unter allen Witterungsbedingungen sicherstellt.

Der individuelle reinigungsbedarf einzelner Scheiben, Kameras, Sensoren und anderer Verbraucher kann individuell bestimmt und die Reinigung bedarfsoptimiert sparsam erfolgen.

Durch die Verknüpfung der Informationen in der Steuereinheit ist ein zuverlässiges Funktionieren des Reinigungssystems unter den verschiedensten Betriebszuständen gegeben. Durch die indivi- duelle Reinigung von jedem einzelnen Verbraucher wird mit dem zur Verfügung stehenden Reinigungsmittelvorrat eine größere Anzahl von Reinigungsvorgängen und längere Betriebsdauer ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Reinigungssystem kann Hauptpumpen in Verbindung mit einem individualisierten Verteilsystem mit zusätzlichen Druckverstärkungspumpen und diversen elektrisch ansteuerbaren Komponenten realisieren um optimal den speziellen Bedarf einzelner Verbraucher zu bedienen. Beispielsweise kann eine Hochdruck lediglich unmittelbar vor der Austrittsöffnung erzeugt werden und so die Systemträgheit verringert und

Hochdruckleitungen eingespart werden.

Bestimmte hierzu befähigte optische oder optoelektronische Erfassungsvorrichtungen können ihren Verschmutzungsgrad selbständiges erkennen, beispielsweise durch Analyse der Lichtstreuung und/oder Lichtbrechung an transparenten Kompo- nenten oder der einfallenden Lichtmenge, und an die elektronische Steuereinrichtung übermitteln. Daraufhin kann die Reinigung des betroffenen Verbrauchers durch die Steuereinrichtung gezielt initiiert werden, indem die entsprechenden Pumpen und/oder Ventile angesteuert werden.

Um den Wasserverbrauch weiter zu senken kann eine Dosierung des Reinigungsmittels durch Mengenbegrenzungsvorrichtungen erfolgen. Diese kann entweder durch konstruktiv programmierten Zwangsportionierungsvorrichtungen, aber auch durch Schaltventile oder das zeitdiskrete Ansteuern von Verdrängerpumpen, beispielsweise Zahnradpumpen geschehen.

Vervollständigt wird das System durch eine Multileveldetektion der Flüssigkeitsstände der Reinigungsflüssigkeit und von Ad ^¬ ditiven wie beispielsweise Frostschutz- oder Reinigungskonzentrat, sowie gleichzeitiger Detektion der Frostbeständigkeit der Reinigungsmittelst durch einen Gefrierpunktsensor. Bei sinkenden Temperaturen kann somit automatisch aus einem ge- sonderten Behältnis Frostschutzkonzentrat in der Behälter der Reinigungsflüssigkeit umgefüllt werden um das Einfrieren sicher zu verhindern. Ein automatisches Spülen, bzw. Verbrauchen der in den Leitungen stehenden Reinigungsflüssigkeit kann durch Evakuierungsvorrichtung erfolgen, beispielsweise sobald die Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts des in der Leitung befindlichen Reinigungsmittelgemisches sinken.

Ein weiterer Vorteil eines intelligenten Reinigungssystems besteht darin, bei sinkendem Flüssigkeitsstand im Reini ^¬ gungsmittelbehältnis Prioritäten bei der Komponentenreinigung durchzuführen. So wäre es denkbar, die reinigungsintensive

Heckkamera bei Vorwärtsfahrt abzuschalten, den Fahrer zu warnen und die verbleibende Flüssigkeitsmenge auf wichtigere Ver ^¬ braucher solange „umzuleiten", bis eine Wiederauffüllung des Reinigungsmittels erfolgt ist. Ein weiterer Vorteil ist bei Kennen des Gefrierpunktes und des verwendeten Additivs ist die Berechnung der Viskosität des Reinigungsmittels. So kann die Pumpenansteuerungszeit angepasst und bei Kälte verlängert werden.

Das Reinigungsmittelbehältnis kann je nach Bedarf als Ein- zelbehälter- oder als ein Doppelbehälter für Reinigungsmittel und Additiv oder als ein Behälter mit Kartuschenoption gestaltet sein, wobei das Additiv als eine leicht wechselbare Kartusche beziehungsweise Wechseleinsatz dem Reinigungssystem zugeführt werden kann.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug in dem das erfindungsgemäße Reinigungssystem verbaut ist.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig.l eine vereinfachte Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßem Reinigungssystems.

Fig.2 eine beispielhafte Ausführung eines Verbrauchermo ^¬ duls .

Fig.3 eine prinzipielle stark vereinfachte Übersicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Reinigungssystems, wobei die elektronische Steuereinheit und elektrische Anschlusseitigen nicht dargestellt sind.

Fig.4 eine stark vereinfachte Prinzipskizze einer Sys ^¬ temkonfiguration einer möglichen Ausführungsform des Reini- gungssystems .

Fig.5 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung in einem gemeinsamen Behältergehäuse kombinierten Reinigungsmittelbe ^¬ hältnis und Additivbehältnis.

In allen Figuren sind die gleichen bzw. äquivalenten Elemente und Vorrichtungen, sofern nichts anderes angegeben, mit denselben Bezugszeichen versehen. Fig.1

Fig.l zeigt stark vereinfacht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektronisch geregelten Reinigungssystems 1. Das Reinigungssystem 1 ist zum Einbau in einem Fahrzeug und zum Reinigen eines oder mehreren transparenten Elemente 2 durch eine oder mehrere Austrittsöffnung 4 vorgesehen. Als transparentes Element 2 ist insbesondere eine Komponente wie eine Objek ^¬ tivlinse oder Abdeckglas einer optischen oder optoelektronischen Erfassungsvorrichtung 20 wie beispielsweise einer Kamera oder eines LiDARs geeignet, wobei auch die Sichtscheiben oder Scheinwerfergläser ebenso zulässig sind.

Die Reinigung erfolgt mit einem fluiden Reinigungsmittel, insbesondere einem Wassergemisch aus Wasser und einem oder mehreren Additiven wie Frostschutz- oder Reinigungsmittel- konzentrat. Das gebrauchsfertig gemischte Reinigungsmittel ist im Fahrzeug in einem Reinigungsmittelbehältnis 3 aufbewahrt.

Eine elektrisch ansteuerbare, vorzugsweise als eine elektro ^¬ motorisch angetriebene Strömungspumpe ausgebildete Hauptpumpe 6 fördern das Reinigungsmittel aus dem Reinigungsmittelbehält- nis 3 unter Druck durch die hydraulischen Leitungen 5,-5 ^{λ λ λ} zu den Austrittsöffnungen 4, 4 ^λ , 4 ^{λ λ} , welche das Reinigungsmittel auf die transparenten Elemente 2, 2 ^λ , 2 ^{λ λ} versprühen. Eine Austrittsöffnung 4 kann innerhalb der Erfindung beliebig gestaltet werden - beispielsweise als eine Bohrung, eine Düse, ein Deflektor und Dergleichen.

Ein für das Beimischen zum Reinigungsmittel vorgesehene Additiv wird in einem Additivbehältnis 7 aufbewahrt.

Eine elektrisch schaltbare Dosiervorrichtung 8 dient zum kontrollierten Beimischung des Additivs zum Reinigungsmittel. Innerhalb der Erfindung kann die Dosiervorrichtung 8 beispielsweise als ein Schaltventil ausgebildet sein, welches zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Stellung ₀

o schaltbar ist und in der geöffneten Stellung die hydraulische Verbindung zwischen dem Additivbehältnis 7 und dem Reinigungsmittelbehältnis 3 freigibt.

Ebenso kann die Dosiervorrichtung 8 als eine Verdrängerpumpe ausgebildet sein, welche aus einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand einschaltbar ist, wobei sie im deaktivierten Zustand nicht durchströmbar ist und im aktivierten Zustand eine definierte Menge Additiv pro Zeiteinheit in das Reinigungs ^¬ mittelbehältnis fördert. Eine elektronische Steuereinheit 9, steuert sämtliche

elektrisch steuerbaren Komponenten des Reinigungssystem 1 und ist mit diesen über elektrische Verbindungsleitungen 22 verbunden .

Ein Reinigungsmittelfüllstandsensor 10, und ein Additivfüll- standsensor 13 überwachen die Füllstände in den jeweiligen Behältnissen und übermitteln diese an die elektronische

Steuereinheit 9.

Mithilfe eines Gefrierpunktsensors 11, wird der mischungsab ^¬ hängige Gefrierpunkt des Reinigungsmittels im Reinigungsmit- telbehältnis 3 gemessen und an die elektronische Steuereinheit 9 übermittelt .

Die Umgebungstemperatur außerhalb des Fahrzeugs wird durch ein Umgebungstemperatursensor 12 gemessen und ebenfalls an die elektronische Steuereinheit 9 übertragen Das Additivbehältnis 7 ist bei der dargestellten Ausführung als eine Wechseleinsatzeinheit beziehungsweise eine Wechselkar ^¬ tusche ausgebildet ist, welche über eine Kupplungsschnitt ^¬ stelle 14 an das Reinigungssystem 1 angeschlossen ist.

Innerhalb der Erfindung kann ein wechselbares Additivbehältnis 7 auch in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Reinigungsmittel ^¬ behältnis 3 angeordnet werden, so dass die erforderliche _

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Kupplungsschnittstelle 14 in oder am Gehäuse vom Reinigungs ^¬ mittelbehältnis 3 angeordnet wäre.

In der hydraulischen Leitung 5 zwischen der Hauptpumpe 6 und der Austrittsöffnung 4 ist eine elektrisch steuerbare Druckver- stärkungspumpe 16 angeordnet. Hierdurch wird der Druck in der hydraulischen Leitung 5 lokal zwischen der Druckverstärkungspumpe 16 und Austrittsöffnung 4 erhöht.

In der gezeigten Ausführungsform sind unmittelbar hinter der Hauptpumpe 6 beziehungsweise Druckverstärkungspumpe 16 elektrisch steuerbare Evakuierungsvorrichtungen 17 angeordnet. Sie dient zum Evakuieren des Reinigungsmittels im Abschnitt der hydraulischen Leitung zwischen der Evakuierungsvorrichtung 17 und der Austrittsöffnung 4 um beispielsweise dessen Einfrieren und die damit einhergehende Verstopfung der Leitung 5 zu vermeiden.

Innerhalb der Erfindung kann die Evakuierungsvorrichtung 17 als ein elektrisch schaltbares Drosselventil ausgebildet sein, welches seiner geöffneten Stellung das Reinigungsmittel aus der hydraulischen Leitung 5 ablässt. Ebenso kann die Evakuie- rungsvorrichtung 17 als eine elektrisch ansteuerbare, beispielsweise mit einem Kompressor verbundene Lufteinblasvor- richtung ausgebildet ist, welche bei Bedarf Luft mit Überdruck in die hydraulische Leitung 5 einbläst und so das Reini ^¬ gungsmittel durch die Austrittsöffnung 4 herausdrängt. Eine Fahrzeugintegrierte Positionserkennungseinheit 19 wie beispielsweise ein GPS-Sensor, übermittelt die aktuelle Position des Fahrzeugs an die elektronische Steuereinheit übermittelt. In Verbindung mit beispielsweise im Fahrzeug gespeicherten Kartendaten kann beispielsweise die Entfernung zu nächsten Ser- vicestation berechnet und eine kontextbezogene Warnung bei niedrigen Füllständen in den Behältnissen 3,7 abgegeben werden. Wenn das Fahrzeug über einen mobilen Internetzugang verfügt konnten beispielsweise Wetterdaten abgegriffen werden und in Verbindung mit Positionsinformationen vorsorglich dem Reinigungsmittel Frostschutzkonzentrat beigemischt werden und die hydraulische Leitungen evakuiert werden.

In der gezeigten Ausführung sind die zu reinigende Verbraucher als optische Komponenten einer Erfassungsvorrichtung 20 dargestellt, welche in einem gemeinsamen Gehäuse mit der Aus ^¬ trittsöffnung 4 positioniert ist und so ein einfach handhabbares Verbrauchermodul 21 bildet.

Fig.2

Ein derartiges Verbrauchermodul 21 ist in der Fig.2 beispielhaft dargestellt. Das zu reinigende transparente Element 2 ist eine Komponente einer optischen oder optoelektronischen Erfas- sungsvorrichtung 20, beispielsweise die Linse einer Kamera. Die Erfassungsvorrichtung 20 ist zur beidseitigen Daten- und Informationsübertragung mit der elektronischen Steuereinheit 9 geeignet und kann so durch relativ einfache Überwachung vom Verhalten des Lichts am transparenten Element 2 seinen Ver- schmutzungsgrad erkennen und an die elektronischen Steuereinheit 9 übermitteln, welche dann bei Bedarf die zur gezielten Reinigung ebendieser Erfassungsvorrichtung benötigte Menge des Reinigungsmittels berechnet und die erforderlichen Komponenten für die berechnete Zeit aktiviert.

Fig.3

In der Fig.3 ist der hydraulische Anteil eine weiteren möglichen erfindungsgemäße Ausführungsform des Reinigungssystems 1 vereinfacht dargestellt. Zusätzlich zu den vier Verbraucher- modulen 21 werden hier auch die Windschutzscheibe 23, die

Heckscheibe 24 sowie die Scheinwerferscheiben 25 gereinigt. Als eine Besonderheit bei dieser Ausführung sind an diversen Stellen der hydraulischen Leitung 5 zwischen einer der Pumpen 6,16 Austrittsöffnungen 4 eine Mengenbegrenzungsvorrichtung 8 angeordnet. Durch diese kann der Durchfluss durch die hydraulische Leitung 5 nach einer definierten durchflossenen Fluidmenge definiert unterbrochen werden um dadurch beispielsweise kurze, intensive Sprühstöße zu realisieren oder das Reinigungsmittel einzusparen.

Innerhalb der Erfindung kann die Mengenbegrenzungsvorrich- tung 18 beispielsweise als ein elektrisch schaltbares, ins ^¬ besondere stromlos geschlossenes Ventil ausgebildet sein, welches, durch die Steuereinheit 9 angesteuert, den Durchfluss durch die hydraulische Leitung 5 nur für kurze Zeitabstände freigibt und ansonsten sperrt.

Ebenso kann die Mengenbegrenzungsvorrichtung 18 wie gezeigt als eine Zwangsportionierungsvorrichtung mit einem druckgesteuert verschiebbares Trennelement ausgebildet sein, welche die hydraulische Leitung 5 hach dem Passieren einer konstruktiv vorgegebenen Fluidmenge zwangsweise sperrt.

Fig.4

Um die Anpassbarkeit des erfindungsgemäßen Reinigungssystems 1 zu verdeutlichen wird hier eine der vielen möglichen Konfigurationen prinzipiell dargestellt. Von einer Hauptpumpe 6 gehen vier hydraulisch stränge ab, von denen jeder unterschiedlich konfiguriert ist. So enden zwei der Stränge jeweils mit Ver ^¬ brauchermodulen 21, wobei bei einem diese Stränge dem Verbrauchermodul eine Mengenbegrenzungsvorrichtung 18 und dem anderen eine Druckverstärkungspumpe 16 vorgesetzt ist. Die Anderen zwei Stränge, ebenfalls einer mit der Mengenbegrenzungsvorrichtung 18 und der andere mit Druckverstärkungspumpe 16 enden an einfachen Austrittsöffnungen 4 um beispielsweise die Windschutzscheibe zu reinigen. Jedes dieser Stränge kann jedoch mit dem erfindungsgemäßen Reinigungssystem individuell angesteuert werden.

Fig.5 zeigt beispielhaft eine weitere erfindungsgemäße Ausführung, bei der das Reinigungsmittelbehältnis 3 als eine Reinigungsmit ^¬ telkammer für das gebrauchsfertige Reinigungsmittel und das Additivbehältnis 7 als eine Additivkammer untrennbar in einem gemeinsamen Behältergehäuse 15 ausgebildet sind.

Bezugszeichenliste

1 Reinigungssystem

2 Transparentes Element

3 Reinigungsmittelbehältnis

4 Austrittsöffnung

5 Hydraulische Leitung

6 Hauptpumpe

7 Additivbehältnis

8 Dosiervorrichtung

9 Elektronische Steuereinheit

10 Reinigungsmittelfüllstandsensor

11 Gefrierpunktsensor

12 Umgebungstemperatursensor

13 Additivfüllstandsensor

14 Kupplungsschnittstelle

15 Behältergehäuse

16 Druckverstärkungspumpe

17 Evakuierungsvorrichtung

18 Mengenbegrenzungsvorrichtung

19 Positionserkennungseinheit

20 Optische oder optoelektronische Erfassungsvorrichtung

21 Verbrauchermodul

22 Elektrische Verbindungsleitung

23 Windschutzscheibe

24 Heckscheibe œcheinwerferscheibe