CN106323917A - 具有霜感测功能的雨水传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雨水传感器，其具有霜感测功能，并且安装于车辆的挡风玻璃。霜传感器包括设有霜感测区域的外壳，该霜感测区域通过使外壳的一部分凹陷而形成以接触室内空气；发光单元，其发出光使得光入射在挡风玻璃上；光接收单元，其接收从发光单元发出并且从挡风玻璃和霜感测区域反射的光；以及控制单元，其把由光接收单元接收的光作为控制信号输出，并且激活车辆的刮水器和空调器。

Description

具有霜感测功能的雨水传感器

技术领域

本发明涉及具有霜感测功能的雨水传感器，更具体地涉及安装于车辆的挡风玻璃以检测玻璃表面上的雨滴和霜并且根据检测到的物质的类型和量以及雨滴的下落周期输出用于控制车辆的刮水器和空调系统的信号的雨水传感器。

背景技术

在某些雨水感测刮水器系统中，当在车辆中设置的雨水传感器检测到车辆挡风玻璃上的雨滴和异物时，输出控制信号以操作车辆的刮水器，使得车辆的挡风玻璃上的雨滴和异物被移除。

然而，在寒冷天气条件下，由于车辆内部与外部之间的温差，通常在车辆的挡风玻璃内侧表面上形成霜，这可阻挡驾驶者的视野。然而，当前的系统缺乏以便利的方式将霜移除的功能。

即，虽然驾驶者可通过空调系统诸如加热器和/或加热丝将霜移除，但因为通常一旦开始生成霜，即使在移除之后仍继续生成霜，所以其不便之处在于驾驶者每次都手动操作空调系统。

因此，期望提供具有霜感测功能的雨水传感器，该传感器可帮助驾驶车辆，使得将霜感测功能添加到雨水传感器，以检测降雨和/或霜生成，从而自动操作空调系统。

另一方面，关于用于移除车辆玻璃上生成的霜的技术，韩国专利公开第10-2011-0068307号(“′307公开文本”)公开了一种用于将霜从车窗移除的装置和方法，并且韩国专利公开第10-0229772号(“′772公开文本”)公开了一种用于在挡风玻璃上检测到冰时生成语音报警的装置。

在′307公开文本中，如果室外空气传感器检测到的室外空气温度和当前设置的加热模式类型满足预定的确定条件，则与当前室外空气温度相对应的流电压(flow voltage)的值自动传送到鼓风机的驱动单元，并且最终可通过从加热器排出的空气的流速和排出强度将霜移除。

在′772公开文本中，当车辆的发动机不起动时，分析由挡风玻璃重量传感器和室外空气温度传感器检测到的值，并且如果确定冰存在于挡风玻璃上，则激活空调系统然后输出当前状况的语音消息。即，如果挡风玻璃的重量增加并且室外空气温度对应于冰形成温度，则空调系统激活，使得挡风玻璃上的冰可被移除。

上述公开文本各自公开了通过使用室外空气温度传感器将霜移除，其由于温度预测的误差和温度分布的不均匀性具有发生故障的可能性。

因此，期望开发一种可直接检测霜使得可以检测雨滴和/或霜生成两者的技术，而不是通过利用用于通过室外空气温度预测霜生成并且感测霜的方法。

在该背景部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此其可包含不形成在该国家中对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供具有霜感测功能的雨水传感器，其安装于车辆的挡风玻璃，并且能够感测挡风玻璃表面上的雨滴和霜两者，其中雨水传感器包括：外壳，其具有霜感测区域，该霜感测区域通过使外壳的一部分凹陷而形成以与车辆的室内空气接触；发光单元，其用于发光使得光入射到挡风玻璃上；光接收单元，其用于接收从发光单元发出的光和从挡风玻璃与霜感测区域反射的光；以及控制单元，其将通过光接收单元接收的光作为控制信号输出，并且激活车辆的刮水器和空调系统。

用于实现以上目的的根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器包括外壳、发光单元、光接收单元和控制单元，并且该传感器安装于车辆的挡风玻璃并能够感测落在挡风玻璃上的雨滴和在挡风玻璃内侧表面上生成的霜，其中外壳设有霜感测区域，该霜感测区域通过使安装于挡风玻璃的外壳的表面的一部分凹陷而形成以与车辆的室内空气接触；发光单元将光发射到挡风玻璃；光接收单元接收从发光单元发出并且从挡风玻璃和霜感测区域全反射的光，并输出接收到的光的信号；并且控制单元分析从光接收单元输出的信号，然后根据检测到的雨滴和霜的状况输出用于控制车辆的刮水器和空调系统的控制信号。

由于根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器安装于车辆的挡风玻璃以检测挡风玻璃表面上的雨滴和霜，并且根据检测到的物质的类型和量以及雨滴周期输出用于控制车辆的刮水器和空调系统的信号，所以该传感器具有使刮水器和空调系统的不必要操作最小化的显著效果。

另外，本发明还具有不引起额外成本的显著效果，因为雨水传感器的配置修改成检测霜并且因此无需单独的霜感测传感器。

在下文讨论本发明的其他方面和优选实施例。

附图说明

现在将参考由附图所示的某些示例性实施例来详细描述本发明的以上和其他特征，该示例性实施例仅以示例说明的方式在下文给出，并且因此并不限制本发明，并且其中：

图1为说明根据本发明实施例的安装于车辆的具有霜感测功能的雨水传感器的示例的视图。

图2为说明根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器的主要元件的示意图。

图3为示出根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器的内部配置和操作的光移动路径的示意图。

图4为示出根据本发明另一个实施例的具有霜感测功能的雨水传感器的内部配置和操作的光移动路径的示意图。

图5a至图5d为示出在根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器在各个感测区域处进行检测时发生变化的光的示意图。

图6a至图6d为示出在根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器在多个感测区域处进行检测时发生变化的光的示意图。

应当理解到，所附的附图并非必然是按比例的，其说明了本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的代表。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体大小、方向、位置和形状将部分取决于具体的既定用途和使用环境。

在附图中，附图标记在几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合动力电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明特定实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。在整个说明书中，除非有明确的相反说明，术语“包括(comprise)”及其各种变形(comprises，comprising)应当被理解为包括所陈述的元件而不是排除其它元件。另外，说明书中描述的“-器(-er，-or)”、“模块(module)”指的是用于处理至少一个功能或操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件和其组合来进行实施。

进一步地，本发明的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在网络耦合的计算机系统中分布计算机可读记录介质，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分散的方式存储并且执行计算机可读介质。

应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语或词语，不应被理解为限于常规采用的含义或词典定义，而应基于发明者能适当地定义术语的概念以便最好地解释其发明的原理而理解为与本发明的技术理念相应的意思和概念。

因此，本文描述的实施例和在附图中说明的配置仅为本发明的优选示例，而不涵盖本发明的所有技术理念，所以应当理解，在未背离本发明精神和范围的情况下可对其做出各种等效方式和修改。

本发明涉及具有霜感测功能的雨水传感器，其安装于车辆的挡风玻璃以检测玻璃表面上的雨滴和霜，并且根据检测到的物质的类型和量以及雨滴的下落周期输出用于控制车辆的刮水器和空调系统的信号。

根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器安装于车辆挡风玻璃的示例性示例将参考附图的图1进行描述。

图1说明根据本发明实施例的安装于车辆的具有霜感测功能的雨水传感器的示例。

如图1所示，雨水传感器100安装于车辆的挡风玻璃，但本发明的范围并不受附图限制或因附图变窄。在不同类型的车辆玻璃(例如，后玻璃)以及车辆的挡风玻璃中，根据本发明的雨水传感器可安装于任何装备有刮水器的玻璃。如本文所用，术语“挡风玻璃”指的是车辆的前挡风玻璃，或车辆的可容纳刮水器的任何其他玻璃表面。

具体地，由于雨水传感器100安装于挡风玻璃，所以其可设计成符合挡风玻璃表面的曲率。然而，由于根据本发明的雨水传感器100被设计得较为紧凑，所以其可通过安装于挡风玻璃而加以使用而不用被设计成符合挡风玻璃表面的曲率。

图2示意性说明根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器的主要元件。

如图2所示，雨水传感器100可包括外壳110、发光单元120、光接收单元130和控制单元140。

外壳110保护雨水传感器100的内部部件，并且其一侧表面安装于车辆10的挡风玻璃。外壳110包括霜感测区域111和气道112。

霜感测区域111由可通过使安装于挡风玻璃的外壳110的表面的一部分凹陷而形成的空间形成，即，其中霜可在位于霜感测区域111处的挡风玻璃上生成霜的空间。

气道112通过使与霜感测区域111相同的表面凹陷而形成，使得室内空气可被引入到霜感测区域111中，并且气道112将车辆10的内部与霜感测区域111连接。

发光单元120配置成发光，光接收单元130接收从发光单元120发出的光并且将接收到的光作为信号输出，而控制单元140安装在雨水传感器100中，并且分析和确定从光接收单元130输出的信号，然后输出用于控制车辆10的刮水器和空调系统的控制信号。

在这种情况下，优选的是，在从发光单元120发出的光可从挡风玻璃和霜感测区域111全反射然后被光接收单元130接收的位置设置根据本发明实施例的雨水传感器100的霜感测区域111、发光单元120和光接收单元130。

图3示意性说明根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器的内部配置和操作的光移动路径。

如图3所示，雨水传感器100安装于挡风玻璃，其中粘合表面20插入并且结合到其间，以检测落到挡风玻璃上的雨滴。在这种情况下，落到挡风玻璃上的物质不仅有雨滴而且还有类似于雨滴的任何物质。

更优选地，粘合表面20通过使用硅粘合剂而结合。

另外，根据图3，雨水传感器100可包括霜感测区域111、发光模块121、发光抛物面镜模块122、发光锯齿旋转棱镜组123、光接收模块131、光接收锯齿旋转棱镜组132以及控制单元140。

霜感测区域111通过使安装于挡风玻璃的雨水传感器100的部分表面凹陷而形成，使得在挡风玻璃内侧表面上生成的霜F可被检测到。因此，由于霜感测区域111可接触室内空气，所以霜F可在位于霜感测区域111处的挡风玻璃上形成。

图2所示的发光单元120可包括用于发光的发光模块121、发光抛物面镜模块122以及发光锯齿旋转棱镜组123。

发光模块121配置成发光，其中虽然发光模块可采用各种类型的光源，但优选采用红外线光源。另外，发光模块121配置成将光发射到发光抛物面镜模块122。

另外，当发光模块121根据本发明的设计条件由两个或更多个模块组成时，此类发光模块可设计成分别发射不同波长区域的光，使得光接收单元130可区别从两个或更多个发光模块121发出的光。

发光抛物面镜模块122可配置成具有如图3所示的抛物面形状的反射表面，以使从发光模块121发出的光入射到挡风玻璃。通常，具有平行波长的光可通过抛物面表面而聚集。通过将此原理相反地应用到根据本发明的雨水传感器100，雨水传感器可以配置成使得从发光模块121发出的光可通过发光抛物镜模块122平行反射。

因此，发光抛物面镜模块122优选地设计成具有抛物面的曲率，其使得从发光模块121发出的光被平行反射。

发光锯齿旋转棱镜组123配置成传送从发光抛物面镜模块122反射的光。

发光锯齿旋转棱镜组123可配置成使得棱镜在向内方向上突出，该棱镜可保持从发光抛物面镜模块122反射的光的平行状态。

因此，可通过发光锯齿旋转棱镜组123保持从发光抛物面镜模块122反射的光的平行状态和入射角。

另外，由于发光模块121可根据本发明的设计条件由两个或更多个模块组成，所以发光锯齿旋转棱镜组123可配置成旋转(或控制)棱镜的方向，使得从各个发光模块121发出的光可由单个光接收模块131接收。在此，“旋转”意为“方向的控制”而不是“绕轴转动”。

而且，使用从发光模块121发出的光来感测雨滴W和霜F，其中雨滴W和霜F可基于从车辆10的玻璃和霜感测区域111全反射的光量进行检测。此时，为使光通过特定介质全反射，光必须以超过出现全反射的临界角的角度入射。当光从高折射率的介质行进到低折射率的介质时，并且当入射到介质上的光达到等于或大于预定角度的入射角时，发生全反射，发生光不能自介质中出来的现象，其中预定角度被称为临界角。

在本发明中，发光锯齿旋转棱镜组123控制光的角度，使得被传送的光可以以允许全反射的角度入射到挡风玻璃上。

通常，已知车辆玻璃的折射率为1.5至1.51，而空气的折射率为1。为基于这些折射率值估计车辆10的玻璃的临界角，使用以下等式。

(其中，n₁＞n₂)

其中，n₁表示车辆玻璃的折射率，而n₂表示空气的折射率。因此，通过使用以上等式1获得的临界角为大约41.4度。将通过发光抛物面镜模块122传送的光控制成以等于或大于大约41.4度的角度入射，使得光从车辆10的玻璃中全反射。

光接收单元130可包括用于接收光的光接收模块131和光接收锯齿旋转棱镜组132。

光接收模块131为用于接收光的装置，其中所述光对应从挡风玻璃和霜感测区域111反射的光，并且光接收模块接收光且将与接收到的光相对应的信号输送到控制单元140。

为使从车辆10的玻璃全反射的光被光接收模块131接收，光接收锯齿旋转棱镜组132使光偏转到光接收模块131以被接收。

即，光接收锯齿旋转棱镜组132引导平行入射的光，使得光通过其棱镜传送，然后光最大程度地聚集到一点。因此，光接收锯齿旋转棱镜组132优选设计成使得通过棱镜聚集光的区域变成光接收模块131。

在这种情况下，光接收锯齿旋转棱镜组132配置成基于任何垂直方向上的中心线与发光锯齿旋转棱镜组123对称。

另外，由于发光模块121可根据本发明的设计条件由两个或更多个模块组成，所以光接收锯齿旋转棱镜组132可配置成旋转(或控制)棱镜的方向，使得从各个发光模块121发射的光可从车辆10的玻璃全反射，并且由单个光接收模块131接收。在此，“旋转”意为“方向的控制”而不是“绕轴转动”。

控制单元140接收从光接收模块131输出的信号，并且可通过与车辆的通信将控制信号发送到车辆。

在这种情况下，与车辆的通信可通过LIN通信进行。

由于LIN(局域互连网络)通信用于车辆的ECU与有源传感器和有源致动器之间的数据传输，所以优选将其应用到本发明，以用于感测雨滴并且积极地操作车辆的刮水器和空调系统。

另外，通过基于检测到的物质的类型和量以及雨滴的周期分析接收到的信号，并且将适当的控制信号发送到车辆，控制单元能够识别雨滴W和霜F是否存在。控制单元控制车辆的刮水器和空调系统，以移除雨滴W和霜F。

空调系统能够移除霜F，并且可以包括车辆中的加热器和嵌入挡风玻璃中的加热丝。因此，控制单元响应于从光接收模块131输出的信号激活空调系统以移除霜F。

另外，控制单元可基于因雨滴W和霜F而接收到的光量的数据设置阈值，并且基于阈值确定从光接收模块131接收的信号，并输出用于激活刮水器或空调系统的控制信号。

在这种情况下，阈值表示关于用于激活刮水器和空调系统的雨滴和霜的量的最小值。即，如果雨滴W和霜F的量小于预定阈值，则控制单元不激活车辆的刮水器和空调系统，使得刮水器的不必要操作最小化。

图4示意性地示出根据本发明另一个实施例的具有霜感测功能的雨水传感器的内部配置和操作的光移动路径。

参考图4，光接收单元130还可包括光接收抛物面镜模块133。

光接收抛物面镜模块133具有抛物面形状的反射表面，从而将在从发光模块121发出之后从车辆10的玻璃和霜感测区域111全反射的光中没有到达光接收模块131的光反射到光接收模块131。

如图4所示，本发明配置成能够更高效地接收从车辆10的玻璃全反射的光，使得感测功能得以增强。

图5a至图5d为示出在根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器在各个感测区域处进行检测时发生变化的光的示意图，并且图6为示出在根据本发明实施例的具有霜感测功能的雨水传感器在多个感测区域处进行检测时发生变化的光的示意图。

在这种情况下，关于图5a至图5d和图6a至图6d中示出的箭头线，实心箭头线意为从发光模块121发出的光量，一点链箭头线意为损失了一些由实心线指示的光的光量，而虚箭头线意为损失了一些由一点链线指示的光的光量。在此，箭头线中的各个虚线之间的距离越短且虚线越密，光量就越少。

附图中的图5a说明光的移动路径，其中当在挡风玻璃上未检测到物质时，从发光模块121发出的光从挡风玻璃和霜感测区域111全反射，然后由光接收模块131接收。

此时，当从发光模块121发出的光以超过临界角的角度入射到挡风玻璃上时，入射光从挡风玻璃和霜感测区域111全反射，然后由光接收模块131接收。在这种情况下，由于由光接收模块131接收的光通过全反射接收，所以光量等于从发光模块121发出的光量。

因此，当由光接收模块131接收的光量等于从发光模块121发出的光量时，不输出控制信号，使得车辆的刮水器和空调系统不工作。

参考附图的图5b至图5d，当感测雨滴W或霜F时，如果从发光模块121发出的光以等于或大于临界角的角度入射到附着有雨滴W或霜F的区域时，一些光就传送到外部或者通过折射率大于空气折射率的雨滴W或霜F而损失。

因此，光接收模块131分析接收到的光量，并且检测到雨滴W和霜F，然后相应地输出信号。

此时，虽然在图5b和5d中接收到的光量和图5c中接收的光量显示为相同的一点链线，但由于通过实际的雨滴W和霜F而损失的光量不同，因此光接收模块131因这样的量之间的差异而不同地输出信号。

参考附图的图6a，其示意性地说明在感测大量雨滴W1和W2时光量的变化。

当从发光模块121发出的光被雨滴W1反射时，一些光传送到外部或者损失，而其他光被反射到霜感测区域111。光从霜感测区域111全反射，然后朝向雨滴W2的方向反射，而一些光因雨滴W2而损失，其他光由光接收模块131接收。

因此，光接收模块131分析被接收的光量，检测到大量雨滴W1和W2，然后相应地输出信号。

参考附图的图6b和图6c，它们示意性地说明在感测雨滴W和霜F时光量的变化。

在通过从发光模块121发出的光检测雨滴W和霜F时，一些光损失，而其他光由光接收模块131接收。

因此，光接收模块131分析被接收的光量，并且检测到雨滴W和霜F，然后相应地输出信号。

此时，虽然在图6a中接收到的光量和图6b和6c中接收的光量显示为相同的虚线，但由于通过实际的雨滴W、W1和W2以及霜F而损失的光量不同，因此光接收模块131因这样的量之间的差异而不同地输出信号。

参考附图的图6d，其示意性地说明在感测大量雨滴W1和W2以及霜F时光量的变化。

在借助于从发光模块121发出的光在每个感测区域处检测大量雨滴W1和W2以及霜F时，一些光损失，而剩余的光由光接收模块131接收。

因此，光接收模块131分析被接收的光量，并且检测大量雨滴W1和W2以及霜F，然后相应地输出信号。

上文讨论的根据雨滴W和霜F对信号幅度进行分类仅为示例性示例。另选地或另外地，可以针对各种状况建立数据库并且在信号分析中进一步利用数据库。

通过以上提到的配置和过程，仅通过修改雨水传感器的结构而无需另外地包括单独的传感器，根据本发明的雨水传感器就具有检测霜的功能，因此无额外成本。

本发明已经参考其优选实施例进行了详细描述。然而，本领域的技术人员应当认识到，本发明的范围不限于如上所提到的实施例，并且可以在不背离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例作出变化，本发明的范围由随附权利要求以及它们的等效方式限定。

Claims (7)

1.一种具有霜感测功能的雨水传感器，所述雨水传感器安装于车辆的挡风玻璃，其包括：

外壳，其设有通过使安装于所述挡风玻璃的所述外壳的表面的一部分凹陷而形成能够与车辆的室内空气接触的霜感测区域；

发光单元，其配置成发光，使得所述光从所述挡风玻璃的外侧表面和所述霜感测区域全反射；

光接收单元，其接收所全反射的光并且输出信号；以及

控制单元，其接收来自所述光接收单元的信号，并且分析所述玻璃的外侧表面上的雨滴的状况和所述挡风玻璃的内侧表面上生成的霜的状况。

2.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述控制单元根据雨滴和霜的状况的分析结果输出用于控制车辆的刮水器和空调系统的控制信号。

3.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述发光单元包括：

发光模块，其用于发光；

发光抛物面镜模块，其具有抛物面形状的反射表面以平行反射从所述发光模块发出的光，并且使所述光反射到所述挡风玻璃；以及

发光锯齿旋转棱镜组，其使从所述发光抛物面镜模块反射的光平行传送。

4.根据权利要求3所述的雨水传感器，其中所述发光抛物面镜模块反射从所述发光模块发出的光，使得所述光以使所述光从所述挡风玻璃全反射的角度入射到所述挡风玻璃上。

5.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述光接收单元包括：

光接收模块，其用于接收从所述发光模块发出然后从所述挡风玻璃全反射的光；以及

光接收锯齿旋转棱镜组，通过所述光接收锯齿旋转棱镜组传送从所述挡风玻璃全反射的光。

6.根据权利要求5所述的雨水传感器，其中所述光接收单元包括具有抛物面形状的反射表面的光接收抛物面镜模块。

7.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述发光单元包括两个或更多个发光单元，使得存在两个或更多个用于感测雨滴的感测区域。