CN112114297A

CN112114297A - 机动车辆激光雷达保护设备

Info

Publication number: CN112114297A
Application number: CN202010046738.7A
Authority: CN
Inventors: 尤奈斯·卡达哈
Original assignee: Plastic Omnium SE
Current assignee: Plastic Omnium SE
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-12-22
Also published as: FR3097495A1; CN212181013U; FR3097495B1

Abstract

本发明涉及一种机动车辆激光雷达(2)保护设备(1A、1B)，包括用于被激光雷达(2)所发射的波穿过的壁(11)，其显著之处在于，该壁(11)包括至少一层能够限制所述激光雷达(2)的波在所述壁(11)上的反射的防反射覆盖物(14、15)。

Description

机动车辆激光雷达保护设备

技术领域

本发明涉及配备有激光雷达的机动车辆的领域，更具体地说，涉及用于遮挡和保护这样的激光雷达的设备(也称作“雷达罩”或“激光雷达罩”)的领域。在本说明书下文中，“雷达罩”这个词用作“保护设备”的同义词。

背景技术

激光遥感探测即LiDAR(英文表达Light Detection and Ranging的首字母缩写)或LaDAR(英文表达Laser Detection and Ranging的首字母缩写)或Laser Radar是一种基于对返回光束发射器的光束的特性分析的远程测量技术。在下文中，使用“激光雷达(LiDAR)”这个术语来表示激光雷达类型的设备。

与使用无线电波的雷达或使用声波的声呐不同的是，激光雷达使用光(可见光、红外线或紫外线光谱)。该光几乎总是来自激光器，因此是相干的。作为无法回避的主动远程检测仪器，激光雷达应用于非常多的领域，例如地形测量，地球科学，考古，航空交通管制，地面或空间交通工具自动引导，或道路安全或国防。特别地，能够以自主模式或ACC(英文为“Adaptative Cruise Control”)模式行驶的机动车辆可配备有激光雷达。这样的激光雷达尤其用于根据道路上的障碍物和/或交通情况来调节车速。激光雷达检测承载该激光雷达的车辆的前方的物体的速度和距离，从而尤其是在车辆之间维持安全距离。

根据它们的功能，激光雷达安装在车辆的前脸或后脸，最经常在保险杠后方。据本发明人所知，目前不存在能够保护这样的激光雷达且同时确保其最佳性能、尤其是激光雷达的波的良好透射的解决方案。

在现有技术中，这样的激光雷达、尤其是它的激光发射器/接收器要么完全不受保护，即暴露于外部环境，要么由塑料遮挡物或雷达罩覆盖。在第一种情况下，存在激光雷达暴露于外部侵扰(雨、冰、霜、污泥、昆虫、树叶等)的风险，并且不符合车辆美观标准。在第二种情况下，根据形成遮挡物的塑料材料的特性，没有经受过专门处理的塑料遮挡物会或多或少地减弱激光雷达的波的透射。激光雷达的波的透射的减弱尤其与激光雷达的波在两种不同介质(空气/塑料，塑料/空气)的界面处的反射和遮挡物的塑料材料对激光雷达的波的吸收相关。

发明内容

本发明的目的尤其在于通过提供一种能够保护激光雷达且同时确保激光雷达的波的良好透射的激光雷达罩来弥补上述缺陷。换句话说，这样的雷达罩以尽可能小的衰减让激光雷达的波通过，以免干扰激光雷达本身的工作。

为此，本发明的主题在于一种机动车辆激光雷达保护设备，包括用于被激光雷达所发射的波穿过的壁，其特征在于，该壁包括至少一层能够限制激光雷达的波在壁上的反射的防反射覆盖物。

“能够限制激光雷达的波的反射”指的是能够将激光雷达的波的反射限制于激光雷达的入射波的最多4％。在本说明书下文中，使用“防反射”这个术语来形容这样的能力。

一旦安装在车辆上之后，设置在激光雷达前方的根据本发明的保护设备使得该激光雷达从外部不可见，车辆因此具有更佳的美观外观。而且，该设备保护激光雷达免受外部侵扰(雨、冰、霜、污泥、昆虫、树叶等)，使得激光雷达具有更长的使用寿命。此外，由于保护设备的壁上存在覆盖物，激光雷达的波在壁处的反射被限制为小于或等于入射波的4％的水平，这能够改善激光雷达的波穿过该设备的壁的透射。作为例子，在壁的两个面(内部面和外部面)都覆盖有能够将激光雷达的波的反射限制于0.5％的覆盖物的情况下，假设与壁本身对激光雷达的波的吸收相关的损失是1％，则激光雷达的波的透射率升高到98％。要指出的是，对于被选择用于制造壁的材料而言，所述与吸收相关的损失一般非常小(<入射波的1％)。激光雷达的波穿过保护壁的透射率的升高能够通过确保波的更佳的发射和接收而改善位于壁后方的激光雷达的性能。

所述保护设备可以另外还包括一个或多个单独或组合地采用的以下特征：

所述壁由两种不同的塑料材料制成，一种包覆模制在另一种上方，并且至少在设备使用位置上面对激光雷达的那种材料对于激光雷达的波是透明的。“对于光是透明的材料”指的是被波长为10nm到0.1mm的电磁辐射入射流穿过的材料让穿过它的辐射流的高于90％的部分透射。由这样的塑料材料制成的壁成本不高，容易制造(例如通过注射模制)，即使没有防反射覆盖物就已经能实现令人满意的激光雷达的波的透射。在将防反射覆盖物施加在塑料壁的一个或两个面上之后，可实现更佳的透射，例如高于94.5％或高于98％。

所述壁的厚度为2到3mm。一方面，为了确保令人满意的刚性和机械强度，该壁不应具有过小的厚度。另一方面，尤其是为了不吸收过多量的激光雷达入射波并且不使得制造成本升高，它不应具有过大的厚度。本发明人观察到，上述区间中的厚度提供良好的折中。

所述覆盖物层的厚度小于或等于200nm。由于实现该较小厚度而使用较小量的覆盖物，这尤其能够有利于对激光雷达的波的透明性和限制施加覆盖物的成本和时间。

所述壁的折射率高于1.43且小于1.56。这允许获得最佳的激光雷达的波在壁中的透射。

所述壁包括外部面和在设备使用位置上面对激光雷达的内部面，壁的两个面的粗糙度小于或等于0.02微米。要指出的是，激光雷达的波所射到的表面如果具有过大的粗糙度，则尤其会导致增大激光雷达的波的反射，这会影响该激光雷达的性能。本发明人确定出0.02微米的粗糙度数值是优选的最大数值。

所述壁由两种不同的塑料材料制成，一种包覆模制在另一种上方，并且至少在设备使用位置上面对激光雷达的那种材料对于激光雷达的波是透明的。该解决方案是有利的，尤其是因为可确保与其上安装有根据本发明的保护设备的车辆的相邻蒙皮的美观连续性。

激光雷达的波的波长为800到1600nm，优选地为850nm，905nm，1050nm或1550nm。

所述覆盖物是折射率小于所述壁的折射率或小于1.57的防反射清漆，例如

清漆。

本发明的主题还在于一种机动车辆，该机动车辆包括至少一个上述的激光雷达保护设备。

附图说明

阅读以下仅作为例子提供的参照附图做出的说明，将更好地理解本发明，在附图中：

图1作为非限制性例子示出了一个在车辆前脸上就位的激光雷达保护设备。

图2是一个根据本发明的第一实施方式的激光雷达保护设备的侧视图。

图3是一个根据本发明的第二实施方式的激光雷达保护设备的侧视图。

具体实施方式

以下参照图1至3来说明本发明。

图1作为非限制性例子示出了一个用于保护在车辆3的前脸上就位的激光雷达2的保护设备，它也称作雷达罩1或激光雷达罩。在该例子中，在雷达罩1后方布置有激光雷达2，以使得激光雷达2所发射或接收的电磁波(可见光、红外线或紫外线光谱的光)穿过雷达罩1。本领域的技术人员会理解，根据其功能，激光雷达2可安装在车辆的其它位置，例如后脸。

图2以侧视图示意性地示出了一个根据本发明的第一实施方式的用于保护激光雷达2的雷达罩1A。雷达罩1A包括壁11，该壁具有外部面13和在雷达罩1的使用位置上面对激光雷达2的内部面12。外部面13从外部可见，因此形成车辆外观元件的一部分。必须对外部面13处理以使得它符合美观标准。作为例子，可以用满足机动车辆外部部件技术要求书的清漆覆盖外部面13。此外，雷达罩1A在其内部面12上包括一层或多层能够限制激光雷达2的波的反射的覆盖物14。根据一个变型，雷达罩1A在其外部面13上包括这样的覆盖物。

图3以侧视图示意性地示出了一个根据第二实施方式的用于保护激光雷达2的雷达罩1B。雷达罩1B与雷达罩1A的不同之处在于，它在其两个主要面(即外部面13和内部面12)上都包括一层或多层能够限制激光雷达2的波的反射的覆盖物15和14。

在这两个实施方式中，壁11由对于光、尤其是激光雷达的波透明的塑料材料制成，例如基于聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和环烯烃共聚物(COC)的材料。使用塑料具有一些优点，包括：透明塑料壁重量轻，制造起来容易且成本不高；它的透明性有利于激光雷达的波的透射。

有利地，壁11可以由两种不同的塑料材料制成，例如通过包覆模制一种附接到另一种上。当然，至少在雷达罩使用位置上面对激光雷达的那种材料对于激光雷达的波是透明的。该解决方案允许雷达罩具有更大的灵活性、多样性、和复杂性。特别地，由于第二塑料材料的存在，可以确保与其上安装有雷达罩的车辆的相邻蒙皮的美观连续性。

壁11可以具有与它的安装位置(例如：车辆的前脸或后脸)相适应的形状。优选地，壁11的形状使得它确保与相邻部件的美观连续性。

而且，壁11的厚度可以为2到3mm，以实现在机械性能、成本和对激光雷达的波的吸收之间的折中。显然，本领域技术人员能够根据实际需求选择厚度的合适数值。

有利地，壁的两个面的粗糙度小于或等于0.02微米。要指出的是，小的粗糙度本身也有助于限制激光雷达的波的反射。0.02微米是本发明人确定出的优选的最大数值。

在一个有利例子中，所述覆盖物是折射率小于壁的折射率或小于1.57、优选地小于1.33的防反射清漆，例如

清漆，它能够将可见光的波(波长为400nm到800nm)的反射限制到2％以下，但事实表明它对限制激光雷达的波(波长一般介于800nm到1600nm，优选地为850nm、905nm、1050nm或1550nm)的反射也是有效的。

一般，在壁11的所述一个或多个面上最多施加厚度为200nm的清漆。这导致合理的成本和令人满意的激光雷达的波的透射。

优选地，壁11的折射率大于1.43且小于1.56。具有这样的折射率的壁11允许其对于激光雷达的波的良好的透明性。借助于防反射覆盖物，会获得激光雷达的波的更佳的透射。

由于在壁11的内部面和/或外部面上存在这样的清漆，激光雷达的波穿过该壁的透射得到增强，因为在被清漆覆盖的表面处反射的比例显著地减小，根据一个非限制性例子从4％减小到0.5％。在该例子中，假设与壁本身对激光雷达的波的吸收相关的损失为1％(在大多数情况下，该损失小于1％)，如果清漆仅施加在壁11的一个面上，则壁让94.5％(＝1-0.5％-4％-1％)的激光雷达的入射波透射，即相对于壁11在其任何面上都没有防反射清漆的情况(透射率为91％(＝1-4％-4％-1％))增大3.5％；如果清漆施加在壁11的两个面上，则壁让98％(＝1-0.5％-0.5％-1％)的激光雷达的入射波透射，即相对于壁11完全没有防反射清漆的情况(透射为91％(＝1-4％-4％-1％))增大7％。

在这两个实施方式中，所述一层或多层覆盖物可通过本领域技术人员已知的任何合适方式施加在所述面上。例如，在制造壁11本身(例如通过注射模制)之后，通过将壁11放入清漆浴中或通过喷射喷雾将清漆施加到壁11的一个或两个面上。喷雾可通过超声波或借助于“旋转碗”来实现。

本发明还涉及一种机动车辆，该机动车辆包括至少一个上述雷达罩。该雷达罩布置在激光雷达前方，激光雷达本身则安装在车辆的前脸或后脸处或其它位置上。雷达罩构造为至少部分地遮挡激光雷达以保护该激光雷达(免受外部侵扰、UV等)而不因此影响其性能。

Claims

1.一种机动车辆的激光雷达(2)保护设备(1A、1B)，包括用于被激光雷达(2)所发射的波穿过的壁(11)，其特征在于，该壁(11)包括至少一层防反射覆盖物(14、15)，所述防反射覆盖物能够限制所述激光雷达(2)的波在所述壁(11)上的反射。

2.如权利要求1所述的设备(1A、1B)，其中，所述壁(11)由对于所述激光雷达的波透明的塑料材料制成，例如基于聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或环烯烃共聚物(COC)的材料。

3.如上述权利要求中任一项所述的设备(1A、1B)，其中，所述壁(11)的厚度为2到3mm。

4.如上述权利要求中任一项所述的设备(1A、1B)，其中，所述覆盖物层的厚度小于或等于200nm。

5.如上述权利要求中任一项所述的设备(1A、1B)，其中，所述壁(11)的折射率大于1.43且小于1.56。

6.如上述权利要求中任一项所述的设备(1A、1B)，其中，所述壁(11)包括外部面(13)和在所述设备(1A、1B)使用位置上面对所述激光雷达(2)的内部面(12)，所述壁(11)的两个面(12、13)的粗糙度小于或等于0.02微米。

7.如上述权利要求中任一项所述的设备(1A、1B)，其中，所述壁(11)由两种不同的塑料材料制成，一种材料包覆模制在另一种材料上，并且至少在所述设备使用位置上面对所述激光雷达(2)的那种材料对于所述激光雷达的波是透明的。

8.如上述权利要求中任一项所述的设备(1A、1B)，其中，所述激光雷达的波的波长为800到1600nm，优选地为850nm，905nm，1050nm或1550nm。

9.如上述权利要求中任一项所述的设备(1A、1B)，其中，所述覆盖物是折射率小于所述壁的折射率或小于1.57的防反射清漆，例如

清漆。

10.一种机动车辆(3)，该机动车辆包括至少一个如上述权利要求中任一项所述的激光雷达(2)保护设备(1A、1B)。