CN109141494A - 传感器设备 - Google Patents

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Abstract

一种设备包括传感器窗口、固定地定位成将沿与传感器窗口的行进方向相反的方向行进的第一气流偏转到与传感器窗口相切的一个或多个方向的导向器以及固定地定位成将第二气流引导通过喷嘴到达传感器窗口和导向器之间的空间的喷嘴。

Description

传感器设备
技术领域
本发明涉及一种传感器设备。
背景技术
诸如自主车辆的车辆通常包括各种传感器。一些传感器检测车辆的内部状态，例如，车轮速度、车轮方向以及发动机和变速器变量。一些传感器检测车辆的位置和/或定向，例如，全球定位系统(GPS)传感器；诸如压电或微机电系统(MEMS)的加速度计；诸如速率陀螺仪、环形激光陀螺仪或光纤陀螺仪的陀螺仪；惯性测量单位(IMU)；以及磁力仪。一些传感器检测外部世界，例如，雷达传感器、扫描激光测距仪、光检测和测距(LIDAR)装置以及诸如摄像机的图像处理传感器。LIDAR装置通过发射激光脉冲以及测量脉冲行进到物体并且返回的飞行时间来检测与物体的距离。一些传感器是通信装置，例如，车辆到基础设施(V2I)或车辆到车辆(V2V)装置。
发明内容
根据本发明，提供一种设备，包括：
传感器窗口；
导向器，该导向器固定地定位成将沿与传感器窗口的行进方向的相反方向行进的第一气流偏转到与传感器窗口相切的一个或多个方向；以及
喷嘴，该喷嘴固定地定位成将第二气流引导通过喷嘴到达传感器窗口和导向器之间的空间。
根据本发明的一个实施例，导向器具有外表面和内表面，并且外表面被成形为将气流从该相反方向偏转到一个或多个切线方向。
根据本发明的一个实施例，喷嘴被定位成将第二气流引导到内表面处，并且内表面被成形为将第二气流偏转到传感器窗口和导向器之间的空间。
根据本发明的一个实施例，导向器被定位成将第二气流引导到传感器窗口和第一气流之间。
根据本发明的一个实施例，导向器是楔形的。
根据本发明的一个实施例，导向器包括边缘和从边缘彼此横向延伸的两个侧面。
根据本发明的一个实施例，侧面各自具有三角形形状并且关于边缘反射对称。
根据本发明的一个实施例，传感器窗口是圆柱形的并且限定轴线，并且边缘限定延伸穿过轴线的线。
根据本发明的一个实施例，设备还包括流体地连接到喷嘴的过滤器，以及流体地连接到喷嘴的压缩机。
根据本发明的一个实施例，设备还包括与压缩机通信的计算机，其中计算机被编程为指示压缩机来生成以基于传感器窗口沿行进方向的速度的气流速度通过喷嘴的第二气流。
根据本发明的一个实施例，喷嘴是空气喷嘴，设备还包括相对于传感器窗口固定并且定位成将液体喷射到第二气流中的液体喷嘴。
根据本发明的一个实施例，液体喷嘴被定位成将液体喷射到传感器窗口和导向器之间的空间中。
根据本发明的一个实施例，设备还包括附接到传感器窗口的传感器，其中传感器具有穿过传感器窗口的视场，并且导向器被定位在视场之外。
根据本发明的一个实施例，导向器是第一导向器，设备还包括第二导向器，第二导向器被固定地定位成将沿与传感器窗口的行进方向的相反方向行进的第三气流偏转到与传感器窗口相切的一个或多个方向，其中第二导向器被定位在视场之外，并且视场位于第一导向器和第二导向器之间。
根据本发明，提供一种设备，包括：
限定了行进方向的传感器窗口；
楔形件，该楔形件与传感器窗口间隔开并且定位在传感器窗口的行进方向上并且位于传感器窗口上方和下方之一，楔形件包括面向行进方向的外表面和背向行进方向的内表面；以及
指向内表面的喷嘴。
根据本发明的一个实施例，传感器窗口是圆柱形的并且限定了垂直延伸的轴线。
根据本发明的一个实施例，设备还包括流体地连接到喷嘴的过滤器，以及流体地连接到喷嘴的压缩机。
根据本发明的一个实施例，设备还包括与压缩机通信的计算机，其中计算机被编程为指示压缩机生成以基于传感器窗口沿行进方向的速度的气流速度通过喷嘴的气流。
根据本发明的一个实施例，喷嘴是空气喷嘴，设备还包括指向楔形件和传感器窗口之间的空间的液体喷嘴。
根据本发明的一个实施例，设备还包括附接到传感器窗口的传感器，其中传感器具有穿过传感器窗口的视场，并且楔形件被定位在视场之外。
附图说明
图1是示例性车辆的透视图；
图2是车辆的示例性控制系统的框图；
图3是车辆的示例性传感器总成的侧视图；
图4是传感器总成的俯视图；
图5是沿着图3中的线5-5的剖视图；
图6是用于传感器总成的示例性清洁系统的图；
图7是车辆的另一示例性传感器总成的侧视图。
具体实施方式
一种设备包括传感器窗口、固定地定位成将沿与传感器窗口的行进方向相反的方向行进的第一气流偏转到与传感器窗口相切的一个或多个方向的导向器以及固定地定位成将第二气流引导通过喷嘴到达传感器窗口和导向器之间的空间的喷嘴。
导向器可以具有外表面和内表面，并且外表面可以被成形为将气流从相反方向偏转到一个或多个切线方向。喷嘴可以被定位成将第二气流引导到内表面处，并且内表面可以被成形为将第二气流偏转到传感器窗口和导向器之间的空间。导向器可以被定位成将第二气流引导到传感器窗口和第一气流之间。
导向器可以是楔形的。
导向器可以包括边缘和从边缘彼此横向延伸的两个侧面。侧面可以各自具有三角形形状并且可以关于边缘反射对称。传感器窗口可以是圆柱形的并且可以限定轴线，并且边缘可以限定延伸穿过轴线的线。
设备可以包括流体地连接到喷嘴的过滤器，以及流体地连接到喷嘴的压缩机。设备可以包括与压缩机通信的计算机，并且计算机可以被编程为指示压缩机生成以基于传感器窗口沿行进方向的速度的气流速度通过喷嘴的第二气流。
喷嘴可以是空气喷嘴，设备可以包括相对于传感器窗口固定并且定位成将液体喷射到第二气流中的液体喷嘴。液体喷嘴可以被定位成将液体喷射到传感器窗口和导向器之间的空间中。
设备可以包括附接到传感器窗口的传感器，并且传感器可以具有穿过传感器窗口的视场，并且导向器可以被定位在视场之外。导向器可以是第一导向器，并且设备可以包括第二导向器，该第二导向器被固定地定位成将沿与传感器窗口的行进方向的相反方向行进的第三气流偏转到与传感器窗口相切的一个或多个方向，并且第二导向器可以被定位在视场之外，并且视场可以位于第一导向器和第二导向器之间。
一种设备包括限定了行进方向的传感器窗口；楔形件，该楔形件与传感器窗口间隔开并且定位在传感器窗口的行进方向上并且在传感器窗口上方和下方之一，楔形件包括面向行进方向的外表面和背向所述行进方向的内表面；以及指向内表面的喷嘴。
传感器窗口可以是圆柱形的并且限定了垂直延伸的轴线。
设备可以包括流体地连接到喷嘴的过滤器，以及流体地连接到喷嘴的压缩机。设备可以包括与压缩机通信的计算机，并且计算机可以被编程为指示压缩机生成以基于传感器窗口沿行进方向的速度的气流速度通过喷嘴的气流。
喷嘴可以是空气喷嘴，并且设备可以包括指向楔形件和传感器窗口之间的空间的液体喷嘴。
设备可以包括附接到传感器窗口的传感器，其中传感器可以具有穿过传感器窗口的视场，并且楔形件可以被定位在视场之外。
本文描述的清洁系统清洁传感器总成的传感器窗口并且因此可以允许传感器在被污垢、水、冰、冷凝物等完全或部分弄脏或覆盖之后继续提供有用的数据和/或更准确地检测车辆移动通过的外部环境。清洁系统相对于车辆的其余部分定位使得清洁系统将不会阻挡传感器的视野也不会阻挡透过挡风玻璃或车窗观察的车辆的人类驾驶员的视野。因为清洁系统利用了车辆行驶产生的气流，所以清洁系统效率高，这减少了使用液体和/或压缩气体清洁传感器窗口的需要。
参考图1，车辆30可以是自主、半自主或非自主车辆。计算机32可以被配置为完全或以稍小的程度独立于人类驾驶员的干预而操作车辆30。计算机32可以被编程为操作推进装置、制动系统、转向装置和/或其它车辆系统。为了本发明的目的，自主操作意指计算机32控制推进装置、制动系统以及转向装置；半自主操作意指计算机32控制推进装置、制动系统以及转向装置中的一个或两个，并且人类驾驶员控制其余部分；非自主操作意指人类驾驶员控制推进装置、制动系统以及转向装置。
参考图1，车辆30的车身34可以包括A柱36、B柱38、C柱40以及车顶纵梁42。A柱36可以在挡风玻璃44和车窗46之间延伸并且从在挡风玻璃44的底部处的第一端部48延伸到在挡风玻璃44的顶部处的第二端部50。B柱38可以在邻近车门52的车窗46之间延伸。C柱40可以在车窗46和后窗玻璃54之间延伸。如果车辆30是例如多功能车(SUV)、跨界车、小型货车或旅行车，则车身34还可以包括D柱(未示出)，在这种情况下，C柱40在后车门52的车窗46和左后和右后车窗46之间延伸，并且D柱在右后和左后车窗46与后窗玻璃54之间延伸。车顶纵梁42沿着车窗46从A柱36延伸到B柱38直到C柱40。
挡风玻璃44和车窗46可以由任何合适的耐用透明材料形成，该材料包括诸如层压钢化玻璃之类的玻璃或诸如有机玻璃或聚碳酸酯之类的塑料。挡风玻璃44位于A柱36附近。
继续参考图1，车辆30可以包括侧视镜56。侧视镜56可以位于前车门52上或靠近挡风玻璃44的底部的车身34上。侧视镜56可以通过车窗46对于人类驾驶员可见，并且将车辆向后方向的反射视图提供给驾驶员。
参考图1和图4，传感器臂58从车辆30的柱36、38、40中的一个(例如A柱36)延伸到传感器总成60。传感器臂58可以位于A柱36的端部48、50之间，即与挡风玻璃44的底部和挡风玻璃44的顶部间隔开，即与第一端部48和第二端部50间隔开。传感器臂58可以被附接到支撑传感器64的传感器总成60的安装件62。传感器臂58可以具有管状或其他空心形状，即，空腔可以延伸穿过传感器臂58。空腔可以允许布线，管等穿过传感器臂58同时与外部环境屏蔽。
参考图1-4，传感器总成60由传感器臂58支撑。传感器总成60可以具有带有顶表面66和侧表面68的圆柱形形状。顶表面66面向上，即在车辆向上的方向上(即，朝向车辆30的车顶或顶部)。侧视镜56可以位于传感器总成60的下方，即，从传感器总成60向车辆下方(即，朝向车辆30的底板或底部)。传感器总成60的圆柱形形状限定了轴线A，该轴线A穿过传感器总成60的中心。轴线A相对于车辆30垂直定向。
参考图2-4，传感器总成60的传感器64可以设置在传感器总成60的其余部分内。传感器64可以被设计为检测外界的特征；例如，传感器64可以是雷达传感器、扫描激光测距仪、光检测和测距(LIDAR)装置或诸如摄像机的图像处理传感器。特别地，传感器64可以是LIDAR装置。LIDAR装置通过发射激光脉冲并且测量脉冲传播到物体和返回的飞行时间来检测与物体的距离。
参考图3和图4，安装件62可以被定位在传感器64下方并且可以支撑传感器64和传感器总成60的其余部分。安装件62可以在侧表面68下方并且从侧表面68向前延伸。安装件62可以是中空的以允许布线、管等穿过安装件62同时与外部环境屏蔽。
参考图3，侧表面68可以包括传感器窗口70。传感器窗口70还可以限定轴线A。传感器窗口70围绕轴线A周向地延伸。传感器窗口70可以完全(即360°)围绕轴线A或部分围绕轴线A延伸。传感器窗口70沿着轴线A从底部边缘72延伸到顶部边缘74。底部边缘72可以位于安装件62处或者可以沿着侧表面68与安装件62间隔开。顶部边缘74可以在顶表面66处或者可以沿着侧表面68与顶表面66间隔开。传感器窗口70经由安装件62和/或侧表面68间接地附接到传感器64。
传感器窗口70具有直径。传感器窗口70的直径(如果有的话)可以与侧表面68的其余部分相同；换言之，传感器窗口70可以与侧表面68齐平或基本上齐平。“基本上齐平”意指传感器窗口70与侧表面68的其余部分之间的接缝不会导致沿着侧表面68流动的空气中的湍流。
传感器窗口70中的至少一些相对于传感器64能够检测到的任何现象而言是透明的。例如，如果传感器64是LIDAR装置，则传感器窗口70相对于由LIDAR装置的激光器发射的可见光的波长是透明的。
继续参考图3，传感器64具有穿过传感器窗口70的视场。传感器窗口70具有遮挡部分和可视部分。遮挡部分面向车辆30，并且可视部分背向车辆30。换言之，遮挡部分是传感器窗口70的传感器64被车辆30阻止检测外部环境的区域。可视部分是传感器窗口70的传感器64能够通过其检测外部环境而不受车辆30的阻碍的区域。如果传感器臂58从A柱36的端部48、50之间延伸(如如图1所示)，则可视部分可以近似等于或大于270°。可视部分包括向前的方向，即车辆30的行进方向D。传感器窗口70被定位在传感器总成60中或者相对于传感器64定位，这限定行进方向D。
参考图1和图3-5，导向器76被定位在视场之外。导向器76可以由安装件62支撑。导向器76可以与侧表面68和传感器窗口70间隔开。导向器76可以沿传感器窗口70的行进方向D定位，并且导向器76可以被定位在传感器窗口70的下方，即，从传感器窗口70向车辆下方。
参考图3和图4，导向器76可以指向前方，即沿行进方向D。导向器76可以是楔形的，即可以是楔形件；为了本发明的目的，“楔形件”被定义为从较厚端部到薄边逐渐收缩的元件。导向器76因此可以沿行进方向D向下成角度。
导向器76包括面向行进方向D的外表面78。导向器76的外表面78可以包括贯穿导向器76的中间的边缘80。边缘80可以限定延伸穿过轴线A的线。可替选地，边缘80可以限定凹向上的曲线，并且曲线和轴线A可以处于同一平面中。边缘80可以沿行进方向D向下和向前指向。导向器76可以具有由边缘80分开的两个侧面82。侧面82可以关于边缘80反射对称。侧面82可以各自具有三角形形状。侧面82可以是平面的或弯曲的。
导向器76被固定地定位在安装件62上，以将沿与传感器窗口70的行进方向D的相反方向行进的第一气流F1偏转到与传感器窗口70相切的一个或多个方向。(贯穿本文使用的形容词“第一”和“第二”用作标识符，并且不旨在表示重要性或顺序)。特别地，导向器76的外表面78成形为将第一气流F1偏转到一个或多个切线方向。第一气流F1是相对于导向器76的环境气流。在本文中“环境”意指第一气流F1源自车辆30的外部。例如，如果车辆30以每小时60英里迎着每小时10英里的逆风行进，则第一气流F1以70英里每小时到达导向器76。导向器76(例如导向器76的侧面82和边缘80)沿行进方向D成向下角度，因此当第一气流F1到达传感器窗口70时向上推动第一气流F1。导向器76的外表面78也被成形为沿着传感器窗口70侧向推动第一气流F1。
参考图3和5，导向器76具有内表面84。内表面84面向与行进方向D相反的方向。内表面84可以基本平行于外表面78。内表面84可以与行进方向D相反地向上和向后成角度，即，沿行进方向D向前和向下成角度。
参考图7，传感器总成60可以包括第二导向器86，该第二导向器86被固定地定位成将在与车辆30的行进方向D的相反方向上行进的第三气流F3偏转到与传感器窗口70相切的一个或多个方向。第二导向器86可以被定位在视场之外，并且视场可以处于导向器76和第二导向器86之间。第二导向器86可以对应于导向器76成形。第二导向器86可以关于垂直于轴线A的平面与导向器76反射对称。可替选地，代替包括第二导向器86，导向器76可以被定位在传感器总成60上方的图7中的第二导向器86的位置中。
参考图6，车辆30的空气系统88包括压缩机90、过滤器92、空气供应管线94以及空气喷嘴96。压缩机90、过滤器92以及空气喷嘴96依次通过空气供应管线94彼此流体连接(即，流体可以从一个流向另一个)。
压缩机90通过减小气体体积或通过强制附加气体进入恒定体积来增加气体的压力。压缩机90可以是任何合适类型的压缩机，例如，诸如往复式、离子液体活塞、旋转螺杆、旋转叶片、滚动活塞、涡旋或隔膜压缩机的容积式压缩机；诸如气泡式、离心式、对角线式、混流式或轴流式压缩机的动态压缩机；或任何其它合适的类型。
过滤器92从流过过滤器92的空气中去除诸如灰尘、花粉、霉菌、灰尘以及细菌的固体颗粒。过滤器92可以是任何合适类型的过滤器(例如纸、泡沫、棉花、不锈钢、油槽(oilbath)等)。
继续参考图6，空气供应管线94从压缩机90延伸到过滤器92并且从过滤器92延伸到空气喷嘴96。空气供应管线94可以是例如柔性管。
参考图3-6，传感器总成60包括一个或多个空气喷嘴96。空气喷嘴96被固定地定位成将第二气流F2引导通过空气喷嘴96到达传感器窗口70和导向器76之间的空间。空气喷嘴96可由安装件62支撑并且从安装件62突出。空气喷嘴96指向导向器76的内表面84。内表面84被成形为将第二气流F2偏转到传感器窗口70和导向器76之间的空间。导向器76因此被定位成将第二气流F2引导到传感器窗口70和第一气流F1之间。第二气流F2形成第一气流F1和传感器窗口70之间的边界层，从而防止第一气流F1中携带的碎片撞击传感器窗口70。
参考图6，车辆30的液体系统98包括储液器100、泵102、液体供应管线104以及液体喷嘴106。液体系统98将储存在储液器100中的清洗流体分配到液体喷嘴106。“清洗流体”是指储存在储液器100中用于清洁的任何液体。清洗流体可以包括溶剂、清洁剂、诸如水的稀释剂等。
储液器100可以是可用液体填充的罐，例如用于车窗清洁的清洗流体。储液器100可以设置在车辆30的前方，特别地，设置在乘客舱前方的发动机舱中。储液器100可以存储仅用于供应传感器总成60或者也用于其它目的(诸如供应至挡风玻璃44)的清洗流体。
继续参考图6，泵102可以用使清洗流体从液体喷嘴106喷射的足够压力迫使清洗流体通过液体供应管线104到达液体喷嘴106。泵102被流体连接到储液器100。泵102可以被附接到或设置在储液器100中。
参考图3-6，传感器总成60包括一个或多个液体喷嘴106。液体喷嘴106被固定地定位成将液体喷射到传感器窗口70和导向器76之间的空间中，这可以通过将液体喷射到第二气流F2中来实现。液体喷嘴106可由安装件62支撑并且从安装件62突出。液体喷嘴106可以指向导向器76和传感器窗口70之间的空间。第二气流F2可以吸入从液体喷嘴喷射的清洗流体并且将清洗流体分配到传感器窗口70上。当液体喷嘴106不再喷射清洗流体时，第二气流F2可以干燥留在传感器窗口70上的清洗流体。
参考图2，计算机32是基于微处理器的计算机。计算机32包括处理器、存储器等。计算机32的存储器包括用于存储可由处理器执行的指令以及用于电子存储数据和/或数据库的存储器。计算机32可以是单个计算机或者可以是彼此通信的多个计算机。
计算机32可以通过诸如控制器局域网(CAN)总线、以太网、无线网络(WiFi)、局部互连网络(LIN)、车载诊断连接器(OBD-II)的通信网络108和/或通过其它有线或无线通信网络传输信号。计算机32可以经由通信网络108与传感器64、压缩机90以及泵102通信。
计算机32可以被编程为指示压缩机90当车辆30运行时通过空气喷嘴96产生第二气流F2。计算机32可以被编程为指示压缩机90以气流速度产生第二气流F2。气流速度可以基于传感器窗口70沿行进方向D的速度，即车辆30的速度。计算机32的存储器可以存储将车辆30的多个速度与多个气流速度相关联的表格。气流速度可以通过例如风洞测试来确定以针对车辆30的给定速度确定产生边界层并且使边界层与传感器窗口70的分离最小化的气流速度。
已经以说明性方式描述了本发明，并且可以理解的是，已使用的术语旨在说明词语的本质是说明性的而非限制性的。根据上述教导，本发明的很多修改和变形是可能的，并且本发明可以通过除了具体的描述之外的方式实践。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
传感器窗口；
导向器，所述导向器固定地定位成将沿与所述传感器窗口的行进方向的相反方向行进的第一气流偏转到与所述传感器窗口相切的一个或多个方向；以及
喷嘴，所述喷嘴固定地定位成将所述第二气流引导通过所述喷嘴到达所述传感器窗口和所述导向器之间的空间。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述导向器具有外表面和内表面，并且所述外表面被成形为将气流从所述相反方向偏转到一个或多个切线方向。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述喷嘴被定位成将所述第二气流引导到内表面，并且所述内表面被成形为将所述第二气流偏转到所述传感器窗口和所述导向器之间的所述空间。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述导向器被定位成将所述第二气流引导到所述传感器窗口和所述第一气流之间。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述导向器是楔形的。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述导向器包括边缘和从所述边缘彼此横向延伸的两个侧面。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述侧面各自具有三角形形状并且关于所述边缘反射对称。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述传感器窗口是圆柱形的并且限定轴线，并且所述边缘限定延伸穿过所述轴线的线。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括流体地连接到所述喷嘴的过滤器，以及流体地连接到所述喷嘴的压缩机。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括与所述压缩机通信的计算机，其中所述计算机被编程为指示所述压缩机生成以基于所述传感器窗口沿所述行进方向的速度的气流速度通过所述喷嘴的所述第二气流。
11.根据权利要求1所述的设备，还包括附接到所述传感器窗口的传感器，其中所述传感器具有穿过所述传感器窗口的视场，并且所述导向器被定位在所述视场之外。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述导向器是第一导向器，所述设备还包括第二导向器，所述第二导向器被固定地定位成将沿与所述传感器窗口的所述行进方向的所述相反方向行进的第三气流偏转到与所述传感器窗口相切的一个或多个方向，其中所述第二导向器被定位在所述视场之外，并且所述视场位于所述第一导向器和所述第二导向器之间。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的设备，其中所述喷嘴是空气喷嘴，所述设备还包括相对于所述传感器窗口固定并且定位成将液体喷射到所述第二气流中的液体喷嘴。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述液体喷嘴被定位成将液体喷射到所述传感器窗口和所述导向器之间的所述空间中。
15.一种设备，包括：
限定了行进方向的传感器窗口；
楔形件，所述楔形件与所述传感器窗口间隔开并且定位在所述传感器窗口的行进方向上并且处于所述传感器窗口的上方和下方之一，所述楔形件包括面向所述行进方向的外表面和背向所述行进方向的内表面；以及
指向所述内表面的喷嘴。
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