CN112298107A - 具有清洁功能的传感器组件 - Google Patents

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阿什利·卢卡斯
拉肖恩·菲尼塞
詹尼弗·A·赫尔-拉特克
文卡特什·克里希南
拉古·拉曼·苏里尼迪
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Abstract

本公开提供了“具有清洁功能的传感器组件”。一种传感器组件包括：入口通道，所述入口通道具有细长入口段和从所述细长入口段向上延伸的细长第二段；水分离器，所述水分离器在所述细长第二段中；排水口，所述排水口在所述入口通道中在所述水分离器的下方；以及弯头，所述弯头在所述细长入口段和所述细长第二段之间。

Description

具有清洁功能的传感器组件
技术领域
本公开总体上涉及车辆传感器，并且更具体地，涉及车辆传感器清洁。
背景技术
自主车辆包括多种传感器。一些传感器检测车辆的内部状态，例如车轮转速、车轮取向以及发动机和变速器变量。一些传感器检测车辆的位置或取向，这些传感器例如全球定位系统(GPS)传感器；加速度计，诸如压电或微机电系统(MEMS)；陀螺仪，诸如速率、环形激光或光纤陀螺仪；惯性测量单元(IMU)；以及磁力计。一些传感器检测外部环境，这些传感器例如雷达传感器、扫描激光测距仪、光探测和测距(激光雷达)装置以及图像处理传感器(诸如相机)。激光雷达装置通过发射激光脉冲并测量脉冲行进至物体并返回的飞行时间来检测距物体的距离。一些传感器是通信装置，例如车辆对基础设施(V2I)或车辆对车辆(V2V)装置。
发明内容
一种传感器组件包括：入口通道，所述入口通道具有细长入口段和从所述细长入口段向上延伸的细长第二段；水分离器，所述水分离器在所述细长第二段中；以及排水口，所述排水口在所述入口通道中在所述水分离器的下方。
所述传感器组件还可包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头(elbow)，并且所述弯头可相对连续笔直具有大于或等于90°的角度。
所述传感器组件还可包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，并且所述弯头可相对连续笔直具有大约90°的角度。
所述传感器组件还可包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，并且所述排水口可在所述弯头中。
所述传感器组件还可包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，并且所述细长第二段从所述弯头到所述水分离器可以是笔直且竖直的。所述弯头可具有底部，并且所述排水口可在所述弯头的所述底部中。所述弯头可具有大约90°的角度。
所述水分离器可以是疏水材料网。
所述传感器组件还可包括图像传感器和支撑所述图像传感器的壳体，并且所述入口通道可在所述壳体中。所述壳体可具有与所述入口通道流体连通的空气出口，并且所述空气出口可对准所述图像传感器。所述传感器组件还可包括在所述入口通道和所述空气出口之间的风扇。所述水分离器可在所述风扇和所述细长入口段之间。
所述壳体可具有前面，并且所述图像传感器和所述入口通道的入口开口都可在所述前面上。所述传感器组件还可包括在所述入口开口处的格栅。
所述图像传感器可包括照明器。
所述排水口可被定位成接收在重力作用下从所述水分离器除去的水。
所述传感器组件还可包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，并且所述弯头可被配置为收集从所述细长入口段流向所述细长第二段的空气中的水滴。所述排水口可被定位成接收所述弯头中收集的水。所述排水口可被定位成接收由所述水分离器除去的水。
附图说明
图1是示例性车辆的透视图。
图2是车辆的传感器组件的透视图。
图3是传感器组件的平面图。
图4是传感器组件的横截面侧视图。
具体实施方式
参考附图，用于车辆30的传感器组件32包括：入口通道34，所述入口通道具有细长入口段36和从细长入口段36向上延伸的细长第二段38；水分离器40，所述水分离器在细长第二段38中；以及排水口42，所述排水口在入口通道34中在水分离器40的下方。
传感器组件32可提供传感器44和用于传感器44的组合式清洁和冷却设备的有效包装的集合。传感器组件32可提供用于既清洁又冷却传感器44的单个机构。因此，传感器组件32可提供低的复杂度、少量的部件以及小的占用体积(即，小的包装尺寸)。传感器组件32提供可互换设计，所述可互换设计可位于车辆30上的多个位置。
参考图1，车辆30可以是任何乘用车或商用车，诸如轿车、卡车、运动型多用途车、跨界车、货车、小型货车、出租车、公共汽车等。
车辆30可以是自主车辆。计算机可被编程为完全地或较小程度地独立于人类驾驶员的干预来操作车辆30。计算机可被编程为基于来自例如传感器组件32的传感器44的数据来操作推进、制动系统、转向和/或其他车辆系统。出于本公开的目的，自主操作意指计算机在没有来自人类驾驶员的输入的情况下控制推进、制动系统和转向；半自主操作意指计算机控制推进、制动系统和转向中的一者或两者，而人类驾驶员控制其余部分；并且非自主操作意指人类驾驶员控制推进、制动系统和转向。
车辆30包括车身46。车辆30可以是一体式构造，其中车辆30的车架和车身46是单个部件。可替代地，车辆30可以是车身车架分离式构造，其中车架支撑车身46，所述车身是与车架分开的部件。车架和车身46可由任何合适的材料(例如，钢、铝等)形成。车身46包括部分地限定车辆30的外部的车身面板48。车身面板48可呈现A级表面，例如，暴露在客户的视线之下并且无不美观的瑕疵和缺陷的精制表面。
壳体50设置在车身面板48中的一个上。壳体50可附接到车身面板48中的一个的外部上，或者可延伸穿过车身面板48。例如，壳体50可在车辆30腰线以下设置车辆30的前端上，如图1所示。虽然下面的讨论是关于单个传感器组件32的，但车辆30也可包括多个传感器组件32，其各自具有设置在车身面板48中的一个上的一个壳体50。壳体50可布置为提供具有完全围绕车辆30前端的总体视场的各个传感器44。
参考图2至图4，壳体50包括前壁52、两个侧壁54、后壁56、底板58和顶板60。壁52、54、56从底板58竖直地延伸到顶板60。壁52、54、56、底板58和顶板60形成壳体50的外部。前壁52具有前面62，所述前面背向车辆30的车身46(即，背向壳体50所安装到的车身面板48)，并且后壁56面向车辆30的内部(即，面向壳体50所安装到的车身面板48)，或者如果后壁56设置在车身面板48的内部，则所述后壁背向车身面板48，面向车辆30的内部。侧壁54从前壁52延伸到后壁56。前壁52和后壁56各自从侧壁54中的一个延伸到侧壁54中的另一个。底板58和顶板60彼此平行，并且侧壁54彼此平行。
传感器44可检测外部世界，例如车辆30的周围环境的物体和/或特征，诸如其他车辆、道路车道标记、交通信号灯和/或标志、行人等。例如，传感器44可以是雷达传感器、扫描激光测距仪、光探测和测距(激光雷达)装置或图像处理传感器(诸如相机)。具体地，传感器44可以是图像传感器(诸如相机)。传感器组件32还可包括照明器64。照明器64可输出传感器44可检测到的波长的光以照亮环境并使传感器44更容易检测到环境。例如，传感器44可以是红外相机，并且照明器64可以是红外照明器。
壳体50支撑传感器44和照明器64。例如，传感器44和照明器64可通过前壁52固定地安装，即，安装在面向外的前面62上。传感器44的视场向外(即，沿前面62所面向的方向)远离壳体50延伸。传感器44和照明器64可设置在同一水平面上。传感器组件32可包括两个传感器44，并且照明器64可设置在两个传感器44之间。
参考图4，入口通道34设置在壳体50内部，并且壳体50可形成入口通道34的一部分。入口通道34包括入口开口66、细长入口段36、弯头68和细长第二段38。入口通道34限定了气流路径P的从入口开口66到空气出口70的一部分。气流路径P依次延伸穿过入口开口66、细长入口段36、弯头68、细长第二段38、风扇72、出口通道74和空气出口70。
参考图3和图4，入口开口66在前面62上，即，延伸穿过前壁52。入口开口66可设置在照明器64的正下方。入口开口66可设置在传感器44下方并且沿着水平维度直接在传感器44之间。格栅76设置在入口开口66处并且覆盖入口开口66。格栅76是丝网，所述丝网足够窄地间隔开以防止固体物体进入入口通道34；例如，格栅76的丝可比典型的昆虫或卵石的宽度在一起靠得更近。
参考图4，细长入口段36从入口开口66笔直地延伸到弯头68。细长入口段36具有从入口开口66到弯头68的恒定横截面面积的恒定横截面。壳体50的底板58部分地形成细长入口段36。细长入口段36沿着穿过细长入口段36的气流方向的长度大于垂直于气流方向的宽度或高度。
弯头68从细长入口段36延伸到细长段；即，弯头68沿着气流路径P在细长入口段36和细长第二段38之间。弯头68具有由壳体50的底板58形成的底部78。弯头68相对连续笔直形成大于或等于90°的角度θ。在一个示例中，弯头68相对连续笔直具有大约90°的角度θ，其中“大约”考虑到了制造和/或包装限制。角度θ是从细长入口段36的笔直连续部到细长第二段38测得的；换句话讲，角度θ介于行进穿过细长入口段36的笔直气流的矢量和行进穿过细长第二段38的笔直气流的矢量之间。弯头68被配置为收集从细长入口段36流到细长第二段38的空气中存在的水滴。例如，角度θ限定了足够急剧的转弯，使得一些水滴往往会撞击后壁56，而不是能够跟随气流向上进入细长第二段38，因为水滴的密度高于空气。换句话讲，随着气流向上转弯进入细长第二段38，沿着细长入口段36的水滴的动量会将水滴带到后壁56。撞击后壁56的水滴凝结并向下流到弯头68的底部78。
细长第二段38从弯头68向上笔直地(即，沿着直线竖直地)延伸到顶板60。细长第二段38可具有从弯头68到顶板60的恒定横截面面积的恒定横截面。壳体50的后壁56部分地形成细长第二段38。细长第二段38在细长第二段38的与后壁56相对的一侧上对风扇72敞开。细长第二段38沿着竖直方向的长度大于垂直于竖直方向的宽度或高度。
在细长第二段38中设置有水分离器40。细长第二段38从弯头68到水分离器40是笔直的。水分离器40沿着气流路径P在细长入口段36和风扇72之间。水分离器40在从细长第二段38进入风扇72的开口的下方。水分离器40跨细长第二段38的整个横截面延伸；即，无路径供空气穿过细长第二段38并围绕水分离器40流动。
水分离器40可以是疏水过滤器。水分离器40可包括疏水材料网。所述网可包括多根纤维。纤维可以是连续纤维和/或短纤维。纤维可被编织和/或缠结。纤维可以是聚合物聚合物纤维，例如聚酯。纤维可以是整体的。纤维可排斥水和/或可涂覆有排斥水的涂层。网允许网的纤维之间的气流，但阻止水滴和灰尘行进穿过网。受阻的水滴沿细长第二段38向下流回弯头68的底部78。作为示例，水分离器40可以是可从美国明尼苏达州Minnetonka的GTL公司以商品名Frogzskin商购的类型。
入口通道34包括排水口42。排水口42被定位成接收弯头68中收集的水，包括由水分离器40除去的水(所述水在重力作用下沿细长第二段38向下流动)。具体地，排水口42在弯头68的底部78中并且延伸穿过壳体50的底板58。排水口42位于水分离器40的正下方。
风扇72沿着气流路径P在入口通道34和空气出口70之间。风扇72被定位成直接从细长第二段38吸入空气并且将空气直接吹到出口通道74中。风扇72是水平取向的轴流式风扇。风扇72沿垂直于穿过细长第二段38的气流方向(即，垂直于细长第二段38延伸的竖直方向)的方向吹气。风扇72沿与穿过细长入口段36的气流路径P的方向成180°的方向吹气。
减震构件80将风扇72连接到壳体50。选择减震构件80以吸收并衰减由风扇72的操作引起的振动。减震构件80可以是诸如天然橡胶或合成橡胶的缓冲材料。
出口通道74沿着气流路径P从风扇72延伸到空气出口70。顶板60可部分地形成出口通道74。中间壁82可部分地形成出口通道74并且部分地形成细长入口段36。中间壁82可以是出口通道74的底部和细长入口段36的顶部。可在出口通道74中设置有诸如照明器64的电子器件。空气可流过并因此冷却照明器64以及出口通道74中的任何其他电子器件。
参考图3和图4，空气出口70被安装在壳体50的前面62上。空气出口70对准传感器44和照明器64。空气出口70从出口通道74接收空气并将空气引导到传感器44和照明器64处。空气出口70沿着前面62大致平行于前面62来引导空气。跨传感器44和照明器64的气流可阻止碎屑接触传感器44和照明器64并且可将碎屑吹离传感器44和照明器64。
入口唇缘84围绕入口开口66延伸。入口唇缘84从壳体50的前面62向外延伸。例如，入口唇缘84可形成从前面62升高并围绕入口开口66和格栅76延伸的斜面。入口唇缘84可有助于防止从传感器44和照明器64吹出的水和碎屑进入入口开口66。入口唇缘84还可有助于阻止离开空气出口70的空气再循环回到入口开口66。离开空气出口70的空气通常比周围环境中的空气更热，因此阻止再循环可更好地冷却壳体50中的电子器件，诸如照明器64。
已经以说明性方式描述了本公开，并且应理解，已经使用的术语旨在具有描述性词语而非限制性词语的性质。形容词“第一”和“第二”贯穿本文档用作标识符，并且不意图表示重要性、次序或数量。鉴于以上教示，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以不同于具体描述的其他方式来实践。
根据本发明，提供一种传感器组件，所述传感器组件具有：入口通道，所述入口通道具有细长入口段和从所述细长入口段向上延伸的细长第二段；水分离器，所述水分离器在所述细长第二段中；以及排水口，所述排水口在所述入口通道中在所述水分离器的下方。
根据实施例，本发明的特征还在于在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述弯头相对连续笔直具有大于或等于90°的角度。
根据实施例，本发明的特征还在于在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述弯头相对连续笔直具有大约90°的角度。
根据实施例，本发明的特征还在于在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述排水口在所述弯头中。
根据实施例，本发明的特征还在于在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述细长第二段从所述弯头到所述水分离器是笔直且竖直的。
根据实施例，所述弯头具有底部，并且所述排水口在所述弯头的所述底部中。
根据实施例，所述弯头具有大约90°的角度。
根据实施例，所述水分离器为疏水材料网。
根据实施例，本发明的特征还在于图像传感器和支撑所述图像传感器的壳体，所述入口通道在所述壳体中。
根据实施例，所述壳体具有与所述入口通道流体连通的空气出口，所述空气出口对准所述图像传感器。
根据实施例，本发明的特征还在于在所述入口通道和所述空气出口之间的风扇。
根据实施例，所述水分离器在所述风扇和所述细长入口段之间。
根据实施例，所述壳体具有前面，所述图像传感器和所述入口通道的入口开口都在所述前面上。
根据实施例，本发明的特征还在于在所述入口开口处的格栅。
根据实施例，所述图像传感器包括照明器。
根据实施例，所述排水口被定位成接收在重力作用下从所述水分离器除去的水。
根据实施例，本发明的特征还在于在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述弯头被配置为收集从所述细长入口段流向所述细长第二段的空气中的水滴。
根据实施例，所述排水口被定位成接收所述弯头中收集的水。
根据实施例，所述排水口被定位成接收由所述水分离器除去的水。

Claims (15)

1.一种传感器组件，其包括：
入口通道，所述入口通道具有细长入口段和从所述细长入口段向上延伸的细长第二段；
水分离器，所述水分离器在所述细长第二段中；以及
排水口，所述排水口在所述入口通道中在所述水分离器的下方。
2.如权利要求1所述的传感器组件，其还包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述弯头相对连续笔直具有大于或等于90°的角度。
3.如权利要求1所述的传感器组件，其还包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述弯头相对连续笔直具有大约90°的角度。
4.如权利要求1所述的传感器组件，其还包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述排水口在所述弯头中。
5.如权利要求1所述的传感器组件，其还包括在所述细长入口段和所述细长第二段之间的弯头，所述细长第二段从所述弯头到所述水分离器是笔直且竖直的。
6.如权利要求5所述的传感器组件，其中所述弯头具有底部，并且所述排水口在所述弯头的所述底部中。
7.如权利要求1所述的传感器组件，其中所述水分离器是疏水材料网。
8.如权利要求1所述的传感器组件，其还包括图像传感器和支撑所述图像传感器的壳体，所述入口通道在所述壳体中。
9.如权利要求8所述的传感器组件，其中所述壳体具有与所述入口通道流体连通的空气出口，所述空气出口对准所述图像传感器。
10.如权利要求9所述的传感器组件，其还包括在所述入口通道和所述空气出口之间的风扇。
11.如权利要求10所述的传感器组件，其中所述水分离器在所述风扇和所述细长入口段之间。
12.如权利要求8所述的传感器组件，其中所述壳体具有前面，所述图像传感器和所述入口通道的入口开口都在所述前面上。
13.如权利要求12所述的传感器组件，其还包括在所述入口开口处的格栅。
14.如权利要求8所述的传感器组件，其中所述图像传感器包括照明器。
15.如权利要求1至14中的一项所述的传感器组件，其中所述排水口被定位成接收在重力作用下从所述水分离器除去的水。
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