CN112449516B - 传感器壳体 - Google Patents

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Abstract

本说明书中描述的主题是指用于消散来自支持自主运载工具系统的传感器的热的系统和方法。特别地，本说明书描述包围安装到运载工具的外部的传感器的壳体可以如何包括诸如冷却片等的散热组件，其中经调节的舱室空气和/或周围空气可被驱动穿过这些散热组件从而以对流方式消散传感器所产生的热。

Description

传感器壳体
技术领域
本说明涉及如下的系统，该系统用于冷却与运载工具的自主驾驶系统相关联的传感器，并且特别是用于以对流方式消散传感器所产生的热。
背景技术
自主运载工具可用于将人和/或货物(例如，包裹、对象或其它物品)从一个地点运输到另一地点。例如，自主运载工具可以导航到某人的地点，等待该人登上该自主运载工具，并导航到所指定的目的地(例如，由该人选择的地点)。为了在环境中导航，这些自主运载工具配备有在内部和/或外部安装的各种传感器以及电子器件，以检测并表征周围的对象。
发明内容
安装到运载工具的外部的自主驾驶传感器没有受益于运载工具的HVAC系统所提供的运载工具的内部的温度调控。由于该原因，期望用于保持自主驾驶传感器在固定温度范围内操作的系统和方法。
本说明书中描述的主题涉及用于消散位于安装到运载工具的外表面的传感器壳体中的自主驾驶传感器所产生的热的系统和方法。在一些实施例中，可以通过从运载工具的内部经由通道通向传感器壳体的周围空气或经调节空气来从传感器壳体以对流方式消散传感器所产生的热。
一种用于控制布置在外部安装的传感器外壳内的支持自主驾驶的传感器的温度的示例性系统，包括：第一安装支架，其包括第一管道路径，所述第一安装支架被配置为安装到运载工具的内表面，并且将来自所述运载工具的舱室区域的空气导向通过所述第一管道路径；风扇，其耦接至所述第一安装支架，所述风扇位于所述舱室区域和所述第一安装支架之间，其中所述风扇被配置为：提供来自所述舱室区域的空气，并且将所提供的空气导向通过所述第一管道路径以及所述运载工具的本体部分中的管道路径这两者；第二安装支架，其包括第二管道路径、被配置为安装到传感器(例如，LiDAR传感器)的上部、以及下部，其中所述第二安装支架被配置为：安装到所述运载工具的外表面，从所述运载工具的本体部分中的管道路径接收所提供的空气，并且沿第二方向将所提供的空气导向通过所述第二管道路径，其中所述第一管道路径和所述第二管道路径位于所述本体部分中的管道路径的相对侧；以及散热器，其被配置为附接至所述第二安装支架的所述下部以及所述传感器的下方，其中所述第二安装支架被配置为将所提供的空气经由所述第二管道路径导向至所述散热器。
一种用于使用经调节空气来调控外部安装的传感器的温度的示例性系统，包括：外壳，其被配置为包围并支撑传感器(例如，LiDAR传感器)；散热器，其耦接至所述外壳的基部，并且被配置为接收所述传感器所产生的热；安装支架组件，其被配置为将所述外壳固定到运载工具的外表面，所述安装支架组件包括管道，所述管道被配置为限定从所述运载工具的内部穿过所述运载工具的舱壁延伸到所述散热器的气道的一部分；以及风扇，其被配置为从所述运载工具的舱室区域内吸引空气，推送该空气通过所述管道并穿过所述散热器，以控制所述传感器的温度。
一种用于维持传感器(例如，LiDAR传感器)的操作温度的示例性系统，包括：安装支架，其被配置为安装至运载工具的外表面；散热器，其被配置为将所述安装支架耦接至所述传感器并且支撑所述传感器的重量，所述散热器包括冷却片，所述冷却片限定包括第一开口端和第二开口端的管道的至少一部分，其中所述管道被配置为将空气经由所述第一开口端提供到所述管道中，并且将所提供的空气从所述第一开口端导向至所述第二开口端，以将热从所述散热器以对流方式消散到所提供的空气。
这些和其它方面、特征和实现可被表示为方法、设备、系统、组件、程序产品、用于进行功能的方法或步骤以及其它方式。
从以下的包括权利要求书的说明书，这些和其它方面、特征和实现将变得明显。
附图说明
图1示出具有自主能力的自主运载工具的示例。
图2例示示例“云”计算环境。
图3例示计算机系统。
图4示出自主运载工具的示例架构。
图5示出感知模块可以使用的输入和输出的示例。
图6示出LiDAR系统的示例。
图7示出操作中的LiDAR系统。
图8示出LiDAR系统的操作的附加细节。
图9示出规划模块的输入和输出之间的关系的框图。
图10示出路径规划中所使用的有向图。
图11示出控制模块的输入和输出的框图。
图12示出控制器的输入、输出和组件的框图。
图13示出具有支持自主驾驶操作的多个传感器的运载工具的顶视图。
图14示出被配置为将传感器组件安装到运载工具的外部的安装支架组件的分解图。
图15示出安装到运载工具的本体部分的凹进区域的图14所示的传感器组件的横截面图。
图16示出贴附至本体部分的外表面且靠近车牌区域的传感器组件的立体图。
图17A示出传感器组件的底视图。
图17B示出图17A所示的传感器组件的侧视图。
图17C示出图17A-17B所示的传感器组件的根据图17A的剖面线A-A的横截面侧视图。
图17D示出具有示例性径向冷却片结构的散热器的立体图。
图18示出贴附至运载工具的图17A-17D所示的传感器组件的立体图。
具体实施方式
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节。然而，显而易见的是，所公开的技术可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中，众所周知的构造和装置是以框图形式示出的，以避免不必要地使所公开的技术模糊。
在附图中，为了便于描述，显示了示意要素的具体安排或次序，例如表示设备、模块、指令块和数据要素的那些要素。然而，本领域技术人员应当理解，附图中示意要素的具体排序或安排并不意味着要求特定的处理顺序或序列、或处理过程的分离。此外，在附图中包含示意性要素并不意味着在所有实施例中都需要这种要素，也不意味着由这种要素表示的特征不能包括在一些实施例中或不能在一些实施例中与其它要素结合。
此外，在附图中，连接要素、例如实线或虚线或箭头用于说明两个或两个以上其它示意要素之间的连接、关系或关联，没有任何此类连接要素并不意味着不能存在连接、关系或关联。换句话说，一些要素之间的连接、关系或关联未在附图中显示，以便不掩盖本发明。此外，为了便于说明，使用单个连接要素来表示要素之间的多个连接、关系或关联。例如，如果连接元件代表信号、数据或指令的通信，本领域技术人员应理解，该元件代表影响通信可能需要的一个或多个信号路径(例如，总线)。
现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出。在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对所描述的各种实施例的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施所描述的各种实施例。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序、组件、电路和网络，以便不会不必要地掩盖实施例的方面。
下面描述的若干特征可以彼此独立地使用，也可以与其它特征的任何组合一起使用。但是，任何个别特征可能不能解决上述任何问题，或者只能解决上述问题之一。上文讨论的一些问题可能不能通过本文所述的任何一个特征得到充分解决。虽然提供了标题，但在本说明的其它地方也可以找到与某一标题有关但在该标题部分未找到的信息。本文根据以下概要描述实施例：
1.总体概述
2.硬件概述
3.自主运载工具架构
4.自主运载工具输入
5.自主运载工具规划
6.自主运载工具控制
7.使用柱(pillar)的对象检测所用的计算系统
8.示例点云和柱
9.用于检测对象并基于对象的检测来操作运载工具的示例处理
总体概述
在复杂环境(例如，城市环境)中驾驶的自主运载工具带来巨大的技术挑战。为了使自主运载工具在这些环境中导航，运载工具使用诸如LiDAR或RADAR等的传感器来实时地检测诸如运载工具、行人和自行车等的各种对象。在某些情形中，这些传感器可能需要安装在外部，其中在这种情况下，这些传感器有时可以受益于热调控。
特别地，本文所描述的系统和技术是使用包括诸如一系列冷却片等的对流传热机构的外壳来实现的。在一些实施例中，外壳配置有风扇，以从运载工具内吸引舱室空气穿过冷却片来调控外壳内的传感器的温度。在其它实施例中，外壳包括引导周围空气穿过冷却片的一个或多个引入口。除了传感器外壳之外，还描述了便于将外壳附接到运载工具的外部的各种不同类型的安装支架。
硬件概述
图1示出具有自主能力的自主运载工具100的示例。
如本文所使用的，术语“自主能力”是指一种功能、特征或设施，该功能、特征或设施使运载工具能够部分地或完全地运行，而无需实时的人类干预，包括但不限于完全自主运载工具、高度自主运载工具、部分自主运载工具和有条件自主运载工具。
如本文所使用的，自主运载工具(AV)是一种具有自主能力的运载工具。
如本文所使用的，“运载工具”包括货物或人员的运输方式。例如，小汽车、公共汽车、火车、飞机、无人机、卡车、船只、舰艇、潜水器、飞船等。无人驾驶的小汽车是运载工具的示例。
如本文所使用的，“轨迹”是指从第一时空地点导航到第二时空地点的路径或路线。在实施例中，第一时空地点被称为初始地点或起始地点，第二时空地点被称为目的地、最终地点、目标、目标位置或目标地点。在一些示例中，轨迹由一个或多个路段(例如，道路的数段)组成，并且各路段由一个或多个块(例如，车道或交叉路口的一部分)组成。在实施例中，时空地点对应于真实世界地点。例如，时空地点是上车或下车地点，以使人员或货物上车或下车。
如本文所使用的，“(一个或多个)传感器”包括一个或多个硬件组件，用于检测与传感器周围环境有关的信息。一些硬件部件可包括感测部件(例如，图像传感器、生物测量传感器)、发送和/或接收部件(例如，激光或射频波发射器和接收器)、电子部件(例如，模数转换器)、数据存储装置(例如，RAM和/或非易失性存储器)、软件或固件部件和数据处理部件(例如，专用集成电路)、微处理器和/或微控制器。
如本文所使用的，“场景描述”是一种数据结构(例如，列表)或数据流，其包括由AV运载工具上的一个或多个传感器检测到的一个或多个分类或标记的对象，或由AV外部的源提供的一个或多个分类或标记的对象。
如本文所使用的，“道路”是一个可以被运载工具穿过的物理区域，并且可以对应于已命名的通道(例如，城市街道、州际高速公路等)或可对应于未命名的通道(例如，房屋或办公楼内的行车道、停车场的一段、空置停车场的一段、乡村地区的污物通道等)。因为有些运载工具(如四轮驱动的小卡车、越野车(SUV)等)能够穿越各种不特别适合运载工具行驶的物理区域，因此“道路”可以是任何市政当局或其它政府或行政机构没有正式界定为一条通道的物理区域。
如本文所使用的，“车道”是道路的可被运载工具穿过的部分，并且可对应于车道标记之间的大部分或全部空间，或仅对应于车道标记之间的部分空间(例如，小于50％)。例如，具有相距很远的车道标记的道路可能容纳两个或两个以上的运载工具，使得一个运载工具可以在不穿过车道标记的情况下超过另一个运载工具，因此可被解释为车道比车道标记之间的空间窄，或车道之间有两个车道。在没有车道标记的情况下，也可以对车道进行解释。例如，可以基于环境的物理特征(例如，农村地区的岩石和沿着大道的树木)来定义车道。
“一个或多个”包括由一个要素执行的功能，由多个要素执行的功能、例如以分布式的方式，由一个要素执行的几个功能，由几个要素执行的几个功能，或上述的任意组合。
还将理解的是，尽管在某些情况下，术语“第一”、“第二”等是用来描述各种要素的，但这些要素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素与另一个要素。例如，在未背离各种所述实施例的范围的情况下，第一触点可被称为第二触点，并且同样，第二触点可被称为第一触点。除非另外说明，否则第一触点和第二触点都是触点，但这两者不是相同触点。
此处描述的各种实施例的描述中使用的术语仅用于描述特定实施例，而不是意在限制。正如在所描述的各种实施例和所附权利要求书的描述中所使用的，单数形式“a”、“an”和“the”也意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还应理解，本文所用的"和/或"一词是指并且包括一个或多个相关清单项目的任何和所有可能的组合。还应理解的是，在本说明中使用的术语“包括”、“包含”、“具备”和/或“具有”具体说明存在所述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组成部分，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组成部分、和/或上述的组。
如本文所使用的，“如果”一词可选择地理解为在该情况下、在当时、或者响应于检测到、或响应于确定为，视上下文而定。同样，“如果已确定”或“如果[所述条件或事件]已被检测到”这一短语，视情境而定，可以理解为“在确定时”或“响应于确定为“或”在检测到[所述条件或事件]时”或“响应于检测到[所述条件或事件]”。
如本文所使用的，AV系统是指AV以及实时生成的支持AV操作的硬件、软件、存储的数据和实时生成的支持AV运作的数据。在实施例中，AV系统并入在AV内。在实施例中，AV系统跨多个地点分布。例如，AV系统的一些软件是在类似于下面结合图2描述的云计算环境200的云计算环境中实现的。
一般而言，本文件描述了适用于任何具有一种或多种自主能力的运载工具的技术，包括完全自主运载工具、高度自主运载工具和有条件自主运载工具，如所谓的第5级、第4级和第3级运载工具(见SAE国际标准J3016：道路上机动车自动驾驶系统相关术语的分类和定义，通过引用将其全部内容纳入本说明，以了解运载工具自主权等级的更多详细信息)。本说明所述技术也适用于部分自主运载工具和驾驶员辅助运载工具，如所谓的2级和1级运载工具(见SAE国际标准J3016：道路上机动车自动驾驶系统相关术语的分类和定义)。在实施例中，一个或多个1级、2级、3级、4级和5级运载工具系统可根据对传感器输入的处理，在某些操作条件下自动执行某些运载工具操作(例如，转向、制动和使用地图)。本文件中所述的技术可以使从完全自主运载工具到人类操作的运载工具的各级运载工具受益。
参考图1，AV系统120使AV 100沿着轨迹198运行，穿过环境190至目的地199(有时称为最终地点)，同时避开对象(例如，自然障碍物191、运载工具193、行人192、骑车者和其它障碍物)和遵守道路规则(例如，操作规则或驾驶偏好)。
在实施例中，AV系统120包括用于从计算机处理器146接收操作命令并对其进行操作的装置101。在实施例中，计算处理器146与下面参考图3描述的处理器304相似。装置101的示例包括转向控制器102、制动器103、挡位、加速踏板或其它加速控制机构、挡风玻璃雨刮器、侧门锁、窗控器和转向指示器。
在实施例中，AV系统120包括用于测量或推断AV 100的状态或条件的属性的传感器121，这些属性例如是AV的位置、线速度和加速度及角速度和加速度、以及航向(例如，AV100的前端的方向)。传感器121的示例包括GPS、以及测量运载工具线性加速度和角速率的惯性测量单元(IMU)、用于测量或估计车轮滑移率的车轮速率传感器、车轮制动压力或制动扭矩传感器、引擎扭矩或车轮扭矩传感器以及转向角度和角速率传感器。
在实施例中，传感器121还包括用于感测或测量AV的环境的属性的传感器。例如，可见光、红外或热(或两者兼有)光谱的单目或立体摄像机122、LiDAR 123、RADAR、超声波传感器、飞行时间(TOF)深度传感器、速率传感器、温度传感器、湿度传感器和降水传感器。
在实施例中，AV系统120包括数据存储单元142和存储器144，用于存储与计算机处理器146或由传感器121收集的数据相关的机器指令。在实施例中，数据存储单元142与以下结合图3描述的ROM 308或存储装置310类似。在实施例中，存储器144与下面描述的主存储器306类似。在实施例中，数据存储单元142和存储器144存储有关环境190的历史、实时和/或预测性信息。在实施例中，存储的信息包括地图、驾驶性能、交通拥堵更新或天气条件。在实施例中，与环境190有关的数据通过来自远程数据库134的通信通道传输到AV100。
在实施例中，AV系统120包括通信装置140，用于将对其它运载工具的状态和条件(诸如位置、线性和角速度、线性和角加速度以及线性和角航向等)的测量到或推断的属性传送到AV 100。这些装置包括运载工具到运载工具(V2V)和运载工具到基础设施(V2I)通信装置以及用于通过点对点或自组织(ad hoc)网络或两者兼而有之进行无线通信的装置。在实施例中，通信装置140跨电磁频谱(包括无线电和光通信)或其它介质(例如，空气和声学介质)进行通信。运载工具对运载工具(V2V)、运载工具对基础设施(V2I)通信(以及在一些实施例中为一种或多种其它类型的通信)的组合有时被称为运载工具对所有事物(V2X)通信。V2X通信通常符合一个或多个通信标准，用于与自主运载工具进行的和在自主运载工具之间的通信。
在实施例中，通信装置140包括通信接口。例如，有线、无线、WiMAX、WiFi、蓝牙、卫星、蜂窝、光、近场、红外或无线电接口。通信接口将数据从远程数据库134传输到AV系统120。在实施例中，远程数据库134嵌入云计算环境200中，如图2中所述。通信接口140将从传感器121收集的数据或与AV100操作有关的其它数据传输到远程数据库134。在实施例中，通信接口140向AV 100传输与远程操作有关的信息。在一些实施例中，AV 100与其它远程(例如，“云”)服务器136通信。
在实施例中，远程数据库134还存储和传输数字数据(例如，存储道路和街道地点等的数据)。这些数据存储在AV 100上的存储器144中，或者通过通信通道从远程数据库134传输到AV 100。
在实施例中，远程数据库134存储和传输与以前在一天中类似时间沿着轨迹198行驶的运载工具的驾驶属性有关的历史信息(例如，速率和加速率分布)。在一个实现中，这种数据可以存储在AV 100上的存储器144中，或者通过通信通道从远程数据库134传输到AV100。
位于AV 100上的计算装置146基于实时传感器数据和先验信息以算法方式生成控制动作，使得AV系统120能够执行其自主驾驶能力。
在实施例中，AV系统120包括连接到计算装置146的计算机外围设备132，用于向AV100的用户(例如，乘员或远程用户)提供信息和提醒并接收来自该用户的输入。在实施例中，外围设备132类似于下面参考图3讨论的显示器312、输入装置314和光标控制器316。连接是无线的或有线的。任意两个或更多的接口设备可以集成到单个设备中。
图2例示示例“云”计算环境。云计算是一种服务交付模式，可以方便、按需地在网络上访问共享的可配置计算资源池(例如网络、网络带宽、服务器、处理、内存、存储、应用程序、虚拟机和服务)。在典型的云计算系统中，一个或多个大型云数据中心容纳用于递送云所提供的服务的机器。现在参考图2，云计算环境200包括通过云202互连的云数据中心204a、204b和204c。数据中心204a、204b和204c为连接到云202的计算机系统206a、206b、206c、206d、206e和206f提供云计算服务。
云计算环境200包括一个或多个云数据中心。通常，云数据中心(例如图2中所示的云数据中心204a)是指构成云(例如图2中所示的云202或云的特定部分)的服务器的物理排列。例如，服务器在云数据中心中物理排列成房间、组、行和机架。云数据中心有一个或多个区域，其中包括一个或多个服务器房间。每个房间有一行或多行服务器，每行都包括一个或多个机架。每个机架包括一个或多个单独的服务器节点。在一些实现中，区域、房间、机架和/或行中的服务器根据数据中心设施的物理基础设施要求(包括电力、能源、热力、热源和/或其它要求)分为若干组。在实施例中，服务器节点类似于图3中描述的计算机系统。数据中心204a具有许多分布在多个机架上的计算系统。
云202包括云数据中心204a、204b和204c以及用于连接云数据中心204a、204b和204c并有助于促进计算系统206a-f对云计算服务的访问的网络和网络资源(例如，网络设备、节点、路由器、交换机和网络电缆)。在实施例中，该网络表示一个或多个本地网络、广域网或通过使用地面或卫星连接部署的有线或无线链路连接的网际网络的任意组合。通过网络交换的数据采用多种网络层协议(如Internet协议(IP)、多协议标签交换(MPLS)、异步传输模式(ATM)、帧中继(FrameRelay)等)进行传输。此外，在网络代表多个子网络的组合的实施例中，在每个底层子网络上使用不同的网络层协议。在一些实施例中，网络代表一个或多个互连网际网络(例如公共互联网等)。
计算系统206a-f或云计算服务消费者通过网络链路和网络适配器连接到云202。在实施例中，计算系统206a-f被实现为各种计算装置，例如服务器、台式机、膝上型计算机、平板电脑、智能手机、物联网(IoT)设备、自主运载工具(包括小汽车、无人机、航天飞机、火车、公共汽车等)和消费电子产品。在实施例中，计算系统206a-f在其它系统中实现或作为其它系统的一部分实现。
图3例示计算机系统300。在实现中，计算机系统300是一种专用计算装置。专用计算装置被硬连线以执行这些技术，或包括诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)等的被持久编程为进行上述技术的数字电子装置，或可包括一个或多个通用硬件处理器，这些硬件处理器经编程以根据固件、存储器、其它存储器、或者组合中的程序指令执行这些技术。这种专用的计算装置还可以将定制的硬线逻辑、ASIC或FPGA与定制的编程相结合来完成这些技术。在各种实施例中，专用计算装置是台式计算机系统、便携式计算机系统、手持设备、网络设备或包含硬线和/或程序逻辑以实现这些技术的任何其它设备。
在实施例中，计算机系统300包括总线302或用于通信信息的其它通信机制、以及与总线302连接以处理信息的硬件处理器304。硬件处理器304是例如通用微处理器。计算机系统300还包括主存储器306，例如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储装置，连接到总线302以存储信息和指令，该信息和指令由处理器304执行。在一个实现中，主存储器306用于在执行要由处理器304执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。当这些指令存储在处理器304可访问的非暂时性存储介质中时，使计算机系统300变成一个专用机器，该机器被定制以执行指令中指定的操作。
在实施例中，计算机系统300还包括只读存储器(ROM)308或连接到总线302的其它静态存储装置，用于存储处理器304的静态信息和指令。提供诸如磁盘、光盘、固态驱动器或三维交叉点存储器等的存储装置310，并连接到总线302以存储信息和指令。
在实施例中，计算机系统300通过总线302连接到诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器或用于向计算机用户显示信息的有机发光二极管(OLED)显示器等的显示器312。包括字母数字键和其它键的输入装置314连接到总线302，用于向处理器304传送信息和命令选择。另一种类型的用户输入装置是光标控制器316，例如鼠标、轨迹球、触控显示器或光标方向键，用于将方向信息和命令选择传送到处理器304，并用于控制光标在显示器312上的移动。这种输入装置通常具有两个轴线上的两个自由度，第一轴线(例如，x轴)和第二轴线(例如，y轴)，这两个轴线允许装置指定平面上的位置。
根据一个实施例，这里的技术由计算机系统300执行，以响应处理器304执行主存储器306中包含的一个或多个指令的一个或多个序列。这些指令从诸如存储装置310等的另一存储介质读入主存储器306。执行主存储器306中包含的指令序列使处理器304执行本文所述的处理步骤。在替代实施例中，使用硬连线电路代替或与软件指令结合使用。
此处使用的术语“存储介质”是指存储数据和/或指令的任何非暂时性介质，这些数据和/或指令使机器以特定方式运行。这种存储介质包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质例如包括诸如存储装置310等的光盘、磁盘、固态驱动器或三维交叉点存储器。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器306等。存储介质的常见形式包括例如软盘、软盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其它磁数据存储介质、CD-ROM、任何其它光数据存储介质、任何具有孔型的物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、NV-RAM、或任何其它存储芯片或存储盒。
存储介质有别于传输介质，但可以与传输介质相结合使用。传输介质参与存储介质之间的信息传输。例如，传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，其包括具备总线302的电线。传输介质也可以采取声波或光波的形式，如在无线电波和红外数据通信过程中产生的声波或光波。
在实施例中，各种形式的介质涉及向处理器304携带一个或多个指令序列以供执行。例如，这些指令最初是在远程计算机的磁盘或固态驱动器上执行的。远程计算机将指令加载到其动态存储器中，并使用调制解调器通过电话线路发送指令。计算机系统300的本地调制解调器接收电话线路上的数据，并使用红外发射机将数据转换为红外信号。红外检测器接收红外信号中携带的数据，并且适当的电路将数据放置在总线302上。总线302将数据承载到主存储器306，处理器304从主存储器306检索并执行指令。主存储器306接收的指令可以任选地在处理器304执行之前或之后存储在存储装置310上。
计算机系统300还包括连接到总线302的通信接口318。通信接口318提供耦合到连接至本地网络322的网络链路320多双向数据通信。例如，通信接口318是综合业务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或用以提供与相应类型电话线路的数据通信连接的调制解调器。作为另一示例，通信接口318是局域网(LAN)卡，用于提供与兼容LAN的数据通信连接。在一些实现中，无线链路也被实现。在任何这种实现中，通信接口318发送和接收承载代表各种信息的数字数据流的电、电磁或光信号。
网络链路320通常通过一个或多个网络向其它数据装置提供数据通信。例如，网络链路320通过本地网络322提供与主计算机324或与由因特网服务提供商(ISP)326运营的云数据中心或设备的连接。ISP 326又通过现在通常称为“因特网”的世界范围分组数据通信网络来提供数据通信服务。本地网络322和因特网328都使用携带数字数据流的电、电磁或光信号。通过各种网络的信号以及网络链路320上并通过通信接口318的信号是传输介质的示例形式，其中通信接口318承载了进出计算机系统300的数字数据。在实施例中，网络320包含上述云202或云202的一部分。
计算机系统300通过(一个或多个)网络、网络链路320和通信接口318发送消息和接收包括程序代码的数据。在实施例中，计算机系统300接收用于处理的代码。接收到的代码在接收到时由处理器304执行，和/或存储在存储装置310中，或存储在其它非易失性存储装置中以便以后执行。
自主运载工具架构
图4示出用于自主运载工具(例如，图1所示的AV 100)的示例架构400。架构400包括感知模块402(有时称为感知电路)、规划模块404(有时称为规划电路)、控制模块406(有时称为控制电路)、定位模块408(有时称为定位电路)和数据库模块410(有时称为数据库电路)。各模块在AV 100的操作中发挥作用。共同地，模块402、404、406、408和410可以是图1所示的AV系统120的一部分。在一些实施例中，模块402、404、406、408和410中的任何模块是计算机软件(例如，计算机可读介质上所存储的可执行代码)和计算机硬件(例如，一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路[ASIC]、硬件存储器装置、其它类型的集成电路、其它类型的计算机硬件、或者这些硬件中的任何或所有的组合)的组合。
在使用中，规划模块404接收表示目的地412的数据，并且确定表示AV100为了到达(例如，抵达)目的地412而可以行驶的轨迹414(有时称为路线)的数据。为了使规划模块404确定表示轨迹414的数据，规划模块404从感知模块402、定位模块408和数据库模块410接收数据。
感知模块402使用例如也如图1所示的一个或多个传感器121来识别附近的物理对象。将对象分类(例如，分组成诸如行人、自行车、汽车、交通标志等的类型)，并且将包括经分类的对象416的场景描述提供至规划模块404。
规划模块404还从定位模块408接收表示AV位置418的数据。定位模块408通过使用来自传感器121的数据和来自数据库模块410的数据(例如，地理数据)以计算位置来确定AV位置。例如，定位模块408使用来自GNSS(全球导航卫星系统)传感器的数据和地理数据来计算AV的经度和纬度。在实施例中，定位模块408所使用的数据包括具有行车道几何属性的高精度地图、描述道路网络连接属性的地图、描述行车道物理属性(诸如交通速率、交通量、运载工具和自行车车道的数量、车道宽度、车道交通方向、或车道标记类型和地点，或者它们的组合)的地图、以及描述道路特征(诸如十字路口、交通标志或各种类型的其它行驶信号等)的空间地点的地图。
控制模块406接收表示轨迹414的数据和表示AV位置418的数据，并且以将使得AV100行驶轨迹414到达目的地412的方式来操作AV的控制功能420a～420c(例如，转向、油门、制动、点火)。例如，如果轨迹414包括左转，则控制模块406将以如下方式操作控制功能420a～420c：转向功能的转向角度将使得AV 100左转，并且油门和制动将使得AV 100在进行转弯之前暂停并等待经过的行人或运载工具。
自主运载工具输入
图5示出感知模块402(图4)所使用的输入502a-502d(例如，图1中所示的传感器121)和输出504a-504d(例如，传感器数据)的示例。一个输入502a是LiDAR(光检测和测距)系统(例如，图1所示的LiDAR 123)。LiDAR是使用光(例如，诸如红外光等的一道光)来获得与其视线中的物理对象有关的数据的技术。LiDAR系统产生LiDAR数据作为输出504a。例如，LiDAR数据是用于构造环境190的表现的3D或2D点(也称为点云)的集合。
另一输入502b是RADAR(雷达)系统。RADAR是使用无线电波来获得与附近的物理对象有关的数据的技术。RADAR可以获得与不在LiDAR系统的视线内的对象有关的数据。RADAR系统502b产生RADAR数据作为输出504b。例如，RADAR数据是用于构造环境190的表现的一个或多个射频电磁信号。
另一输入502c是照相机系统。照相机系统使用一个或多个照相机(例如，使用诸如电荷耦合器件[CCD]等的光学传感器的数字照相机)来获取与附近的物理对象有关的信息。照相机系统产生照相机数据作为输出504c。照相机数据通常采用图像数据的形式(例如，诸如RAW、JPEG、PNG等的图像数据格式的数据)。在一些示例中，照相机系统具有例如为了立体影像(立体视觉)的目的的多个独立照相机，这使得照相机系统能够感知深度。尽管照相机系统所感知的对象在这里被描述为“附近”，但这是相对于AV而言的。在使用中，照相机系统可被配置为“看见”远处的(例如，AV前方的远至1公里以上的)对象。因此，照相机系统可以具有为了感知遥远的对象而优化的诸如传感器和透镜等的特征。
另一输入502d是交通灯检测(TLD)系统。TLD系统使用一个或多个照相机来获得与交通灯、街道标志和提供视觉导航信息的其它物理对象有关的信息。TLD系统产生TLD数据作为输出504d。TLD数据经常采用图像数据的形式(例如，诸如RAW、JPEG、PNG等的图像数据格式的数据)。TLD系统与包含照相机的系统的不同之处在于：TLD系统使用具有宽视场(例如，使用广角镜头或鱼眼镜头)的照相机，以获得与尽可能多的提供视觉导航信息的物理对象有关的信息，使得AV 100有权访问这些对象所提供的所有相关导航信息。例如，TLD系统的视角可以为约120度以上。
在一些实施例中，使用传感器融合技术来组合输出504a-504d。因而，将个体输出504a-504d提供至AV 100的其它系统(例如，提供至如图4所示的规划模块404)，或者采用相同类型(例如，使用相同组合技术或组合相同输出或者这两者)或不同类型(例如，使用不同的各个组合技术或组合不同的各个输出或者这两者)的单个组合输出或多个组合输出的形式，可以将组合输出提供至其它系统。在一些实施例中，使用早期融合技术。早期融合技术的特征在于：将输出组合，之后将一个或多个数据处理步骤应用到组合输出。在一些实施例中，使用后期融合技术。后期融合技术的特征在于：在将一个或多个数据处理步骤应用到个体输出之后，将输出组合。
图6示出LiDAR系统602的示例(例如，图5所示的输入502a)。LiDAR系统602从发光器606(例如，激光发射器)发射光604a-604c。LiDAR系统所发射的光通常不在可见光谱中；例如，经常使用红外光。所发射的光604b中的一些光遇到物理对象608(例如，运载工具)并且反射回到LiDAR系统602。(从LiDAR系统发射的光通常不会穿透物理对象，例如，实心形式的物理对象。)LiDAR系统602还具有用于检测反射光的一个或多个光检测器610。在实施例中，与LiDAR系统相关联的一个或多个数据处理系统生成表示LiDAR系统的视场614的图像612。图像612包括表示物理对象608的边界616的信息。这样，图像612用于确定AV附近的一个或多个物理对象的边界616。
图7示出操作中的LiDAR系统602。在该图所示的情境中，AV 100接收采用图像702的形式的照相机系统输出504c和采用LiDAR数据点704的形式的LiDAR系统输出504a。在使用中，AV 100的数据处理系统将图像702与数据点704进行比较。特别地，在数据点704中也识别出在图像702中识别出的物理对象706。这样，AV 100基于数据点704的轮廓和密度来感知物理对象的边界。
图8示出LiDAR系统602的操作的附加细节。如上所述，AV 100基于LiDAR系统602所检测到的数据点的特性来检测物理对象的边界。如图8所示，诸如地面802等的平坦对象将以一致的方式反射从LiDAR系统602发射的光804a-804d。换句话说，由于LiDAR系统602使用一致的间隔发射光，因此地面802将以相同的一致间隔将光反射回到LiDAR系统602。在AV100在地面802上行驶时，在没有东西阻挡道路的情况下，LiDAR系统602将继续检测到由下一个有效地面点806反射的光。然而，如果对象808阻挡道路，则LiDAR系统602所发射的光804e-804f将以不符合预期一致方式的方式从点810a-810b反射。根据该信息，AV 100可以确定为存在对象808。
路径规划
图9示出(例如，如图4所示的)规划模块404的输入和输出之间的关系的框图900。通常，规划模块404的输出是从起点904(例如，源地点或初始地点)到终点906(例如，目的地或最终地点)的路线902。路线902通常由一个或多个路段定义。例如，路段是指要行驶经过街道、道路、公路、行车道或适合汽车行驶的其它物理区域的至少一部分的距离。在一些示例中，例如，如果AV 100是诸如四轮驱动(4WD)或全轮驱动(AWD)小汽车、SUV或小型卡车等的越野运载工具，则路线902包括诸如未铺面道路或开阔田野等的“越野”路段。
除路线902之外，规划模块还输出车道级路线规划数据908。车道级路线规划数据908用于在特定时间基于路线902的路段的条件来驶过这些路段。例如，如果路线902包括多车道公路，则车道级路线规划数据908包括轨迹规划数据910，其中AV 100可以使用该轨迹规划数据910以例如基于出口是否临近、多个车道中的一个以上的车道是否存在其它运载工具、或者在几分钟或更少时间的过程中变化的其它因素，来从这多个车道中选择某车道。同样地，在一些实现中，车道级路线规划数据908包括路线902的某路段特有的速率约束912。例如，如果该路段包括行人或非预期交通，则速率约束912可以将AV 100限制到比预期速率慢的行驶速率，例如基于该路段的限速数据的速率。
在实施例中，向规划模块404的输入包括(例如，来自图4所示的数据库模块410的)数据库数据914、当前地点数据916(例如，图4所示的AV位置418)、(例如，用于图4所示的目的地412的)目的地数据918和对象数据920(例如，如图4所示的感知模块402所感知的经分类的对象416)。在一些实施例中，数据库数据914包括规划时所使用的规则。规则是使用形式语言(例如，使用布尔逻辑)指定的。在AV 100所遇到的任何给定情形中，这些规则中的至少一些规则将适用于该情形。如果规则具有基于AV 100可用的信息(例如，与周围环境有关的信息)所满足的条件，则该规则适用于给定情形。规则可以具有优先级。例如，“如果公路是高速公路，则移动到最左侧车道”这一规则与“如果出口在一英里内临近，则移动到最右侧车道”相比可以具有更低的优先级。
图10示出在路径规划中(例如，由规划模块404(图4))使用的有向图1000。通常，如图10所示的有向图那样的有向图1000用于确定任何起点1002和终点1004之间的路径。在现实世界中，分隔起点1002和终点1004的距离可能相对较大(例如，在两个不同的都市区域中)，或者可能相对较小(例如，毗邻城市街区的两个十字路口或多车道道路的两条车道)。
在实施例中，有向图1000具有表示起点1002和终点1004之间的AV 100可能占用的不同地点的节点1006a-1006d。在一些示例中，例如，在起点1002和终点1004表示不同的都市区域时，节点1006a-1006d表示道路的路段。在一些示例中，例如，在起点1002和终点1004表示相同道路上的不同地点时，节点1006a-1006d表示该道路上的不同位置。这样，有向图1000包括不同粒度级别的信息。在实施例中，具有高粒度的有向图也是具有更大规模的另一有向图的子图。例如，起点1002和终点1004相距远(例如，相距许多英里)的有向图的大部分信息处于低粒度，并且该有向图是基于所存储的数据，但该有向图还包括供该有向图中的表示AV 100的视场中的物理地点的一部分用的一些高粒度信息。
节点1006a-1006d不同于无法与节点重叠的对象1008a-1008b。在实施例中，在粒度低时，对象1008a-1008b表示汽车不能驶过的地区，例如无街道或道路的区域。在粒度高时，对象1008a-1008b表示AV 100的视场中的物理对象，例如其它汽车、行人、或AV 100不能与之共用物理空间的其它实体。在实施例中，对象1008a-1008b的一部分或全部是静态对象(例如，不改变位置的对象，诸如街灯或电线杆等)或动态对象(例如，能够改变位置的对象，诸如行人或其它小汽车等)。
节点1006a-1006d通过边缘1010a-1010c连接。如果两个节点1006a-1006b通过边缘1010a连接，则AV 100可以在一个节点1006a和另一节点1006b之间行驶，例如，而不必在到达另一节点1006b之前行驶到中间节点。(当提到AV100在节点之间行驶时，意味着AV 100在由相应节点表示的两个物理位置之间行驶。)边缘1010a-1010c通常是双向的，从某种意义上，AV 100从第一节点行驶到第二节点，或者从第二节点行驶到第一节点。在实施例中，边缘1010a-1010c是单向的，从某种意义上，AV 100可以从第一节点行驶到第二节点，然而AV 100不能从第二节点行驶到第一节点。在边缘1010a-1010c表示例如单向街道、街道、道路或公路的单独车道、或者由于法律或物理约束因而仅能沿一个方向驶过的其它特征的情况下，边缘1010a-1010c是单向的。
在实施例中，规划模块404使用有向图1000来识别由起点1002和终点1004之间的节点和边缘组成的路径1012。
边缘1010a-1010c具有关联成本1014a-1014b。成本1014a-1014b是表示在AV 100选择该边缘的情况下将花费的资源的值。典型的资源是时间。例如，如果一个边缘1010a所表示的物理距离是另一边缘1010b所表示的物理距离的两倍，则第一边缘1010a的关联成本1014a可以是第二边缘1010b的关联成本1014b的两倍。影响时间的其它因素包括预期交通、十字路口的数量、限速等。另一典型的资源是燃料经济性。两个边缘1010a-1010b可以表示相同的物理距离，但例如由于道路条件、预期天气等，因此一个边缘1010a与另一边缘1010b相比需要更多的燃料。
在规划模块404识别起点1002和终点1004之间的路径1012时，规划模块404通常选择针对成本优化的路径，例如，在将边缘的各个成本相加到一起时具有最小总成本的路径。
自主运载工具控制
图11示出(例如，如图4所示的)控制模块406的输入和输出的框图1100。控制模块根据控制器1102而工作，该控制器1102例如包括：与处理器304类似的一个或多个处理器(例如，诸如微处理器或微控制器或这两者等的一个或多个计算机处理器)；与主存储器306、ROM 308和存储装置310类似的短期和/或长期数据存储装置(例如，存储器随机存取存储器或闪速存储器或这两者)；以及存储器中所存储的指令，这些指令在(例如，由一个或多个处理器)执行时执行控制器1102的操作。
在实施例中，控制器1102接收表示期望输出1104的数据。期望输出1104通常包括速度，例如速率和航向。期望输出1104例如可以基于从(例如，如图4所示的)规划模块404接收到的数据。根据期望输出1104，控制器1102产生可用作油门输入1106和转向输入1108的数据。油门输入1106表示例如通过接合转向踏板或接合另一油门控件来接合AV 100的油门(例如，加速控制)以实现期望输出1104的大小。在一些示例中，油门输入1106还包括可用于接合AV100的制动器(例如，减速控制)的数据。转向输入1108表示转向角度，例如AV的转向控制(例如，方向盘、转向角致动器或用于控制转向角度的其它功能)应被定位成实现期望输出1104的角度。
在实施例中，控制器1102接收在调整提供至油门和转向的输入时使用的反馈。例如，如果AV 100遇到诸如山丘等的干扰1110，则AV 100的测量速率1112降至低于期望输出速率。在实施例中，任何测量输出1114均被提供至控制器1102，使得例如基于测量速率和期望输出之间的差分1113来进行所需的调整。测量输出1114包括测量位置1116、测量速度1118(包括速率和航向)、测量加速度1120和AV 100的传感器可测量的其它输出。
在实施例中，例如通过诸如照相机或LiDAR传感器等的传感器预先检测与干扰1110有关的信息，并且该信息被提供至预测性反馈模块1122。然后，预测性反馈模块1122将控制器1102可用于相应地调整的信息提供至控制器1102。例如，如果AV 100的传感器检测到(“看见”)山丘，则控制器1102可以使用该信息来准备在适当时间接合油门，以避免显著减速。
图12示出控制器1102的输入、输出和组件的框图1200。控制器1102具有影响油门/制动器控制器1204的操作的速率分析器1202。例如，速率分析器1202根据例如由控制器1102接收到并由速率分析器1202处理后的反馈，来指示油门/制动器控制器1204使用油门/制动器1206进行加速或进行减速。
控制器1102还具有影响方向盘控制器1210的操作的横向跟踪控制器1208。例如，横向跟踪控制器1208根据例如由控制器1102接收到并由横向跟踪控制器1208处理后的反馈，来指示方向盘控制器1210调整转向角致动器1212的位置。
控制器1102接收用于确定如何控制油门/制动器1206和转向角致动器1212的多个输入。规划模块404提供控制器1102例如选择AV 100开始操作时的航向并确定在AV 100到达十字交叉路口时驶过哪个道路路段所使用的信息。定位模块408例如将描述AV 100的当前地点的信息提供至控制器1102，使得控制器1102可以确定AV 100是否处于基于正控制油门/制动器1206和转向角致动器1212的方式而预期所处的地点。在实施例中，控制器1102接收来自其它输入1214的信息，例如从数据库、计算机网络等接收到的信息。
传感器结构
图13示出配置有多个传感器组件的AV 100的顶视图，这些传感器组件用于支持AV100在各种类型的环境中的自主引导。描述了与各个传感器组件1302、1304、1310和1314相关联的示例性视场(用虚线表示)，以示出各种安装位置如何允许相对于运载工具的更大或更小量的可视性。例如，传感器组件1302可以采取扫描LiDAR传感器的形式，该扫描LiDAR传感器被配置为监视AV 100的正前方和侧方的交通以及其它潜在的阻挡对象。扫描LiDAR传感器示例仅是为了示例性目的而提供的，并且应当理解，诸如超声波传感器、麦克风、传统的照相机/摄像机、以及雷达传感器等的支持自主驾驶的其它发热传感器可以从放置在类似结构的外壳中受益。在一些实施例中，将传感器组件1302安装在AV 100的保险杠上或正上方允许传感器组件1302有效地监视和表征另一方面从AV 100的较高位置可能难以检测或适当地表征的不引人注意的道路危险。传感器组件1304被示出安装到位于AV 100的挡风玻璃1308左侧的柱1306。以这种方式，传感器组件1304可以共享驾驶员的眼睛通常定位于的高度，并且可以位于如下的地点，该地点基本上不阻挡坐在驾驶员座椅并且如果需要则在一些情况下准备好接管AV 100的操作的乘员的视野。传感器组件1310可以安装在挡风玻璃1308右侧的柱1312上。传感器组件1304和1310一起可以协同监视AV 100的前方和两侧的、可以包括通常在AV100的驾驶员的盲区内的区域的对象。传感器组件1314可以安装在靠近AV100的车牌的AV 100的后保险杠附近。在一些实施例中，AV 100可以仅包括允许表征AV100的前方和后方这两者中的对象的传感器组件1302和1314。最后，AV 100可以包括安装在AV 100顶上的允许360度视场的传感器组件1316。在一些实施例中，可以通过使得传感器组件1316能够具有对位于AV 100附近的更多对象的直接视线的支撑结构或脚手架将AV 100升高到AV 100的车顶1318的上方，从而允许实现光学传感器的有所提高的可视性以及非成像传感器或声传感器的更好信号返回。
使用经调节的舱室空气的传感器冷却
图14示出被配置为将传感器组件1314安装到AV 100的外部的安装支架组件1402的分解图。尽管在图13中传感器组件1314位于AV 100的后方，但以下所述的结构可以贴附至AV 100的任何其它部分，从而允许根据传感器组件的位置而使用来自AV 100的舱室的不同区域的经调节空气来控制传感器组件的温度。安装支架组件1402包括第一安装支架1404和第二安装支架1406。第一安装支架1404和第二安装支架1406这两者都包括紧固件开口1408，这些紧固件开口1408使得能够将安装支架1404和1406紧固在一起以形成管道路径，其中风扇1410可以经由该管道路径提供来自AV 100内的经调节空气，并且将该经调节空气驱动经过传感器组件1314的壳体。在一些实施例中，支撑结构1412可以是与第二安装支架1406一体地形成的，并且提供具有传感器组件1314可贴附至的第一面的支撑板1414。可选地并且如图所示，支撑结构1412可以采取紧固至第二安装支架1406的第三支架的形式。散热器1416包括多个冷却片1417，并且可以贴附至支撑板1414的与第一面相对的第二面。
液体护罩1418位于风扇1410的后面，并且可以耦接至风扇1410。这样，经由由第一安装支架1404和第二安装支架1406限定的管道而侵入的水可以被液体护罩1418阻挡。液体护罩1418包括排出口1420，该排出口1420使得水能够被重新导向到AV 100的排出通道或开口以将液体返回到AV 100的外部。还描述了传感器组件1314的立体图。特别地，传感器组件1314可以是包括传感器窗口1422、顶盖1424和位于传感器窗口1422后面的电出口导管1426的扫描LiDAR传感器，其中经由电出口导管1426，可以将电力和/或数据提供至扫描LiDAR传感器或者从该扫描LiDAR传感器接收电力和/或数据。传感器窗口1422对扫描LiDAR传感器所发射的光的波长可以是光学透明的。例如，在一些实施例中，传感器窗口1422对光的红外波长是透明的。
图15示出安装到AV 100的外部蒙皮部分1502的凹进区域的传感器组件1314的横截面图。特别地，图15描述可以如何将第一安装支架1404和第二安装支架1406紧固在一起以压缩外部蒙皮部分1502的相对侧并抵靠这些相对侧而被固定。第一安装支架1404和第二安装支架1406还限定穿过AV 100的舱壁的外部蒙皮部分1502中的开口而延伸的管道路径1504。风扇1410被描述为且耦接至液体护罩1418和第一安装支架1404这两者。液体护罩1418通过将残渣或液体向下重新导向并且在外部蒙皮部分1502和内部蒙皮部分1503之间离开AV 100以及经由排出口1420离开液体护罩1418，来阻止残渣或液体进入AV 100的内部舱室。风扇1410的操作有助于提供经调节空气1506通过管道路径1504，使经调节空气1506到达支撑板1414的下方，通过由冷却片1417限定的通道，然后从由壳体盖1510限定的一个或多个通风口1508离开。壳体盖1510与传感器窗口1422、顶盖1424和支撑板1414协作地形成遮挡和保护LiDAR传感器1512免于外部环境的影响的外壳。被驱动通过管道的经调节空气1506能够以对流方式与散热器1416的冷却片1417交换热能，从而有助于调控LiDAR传感器1512的温度。监视系统可被配置为确定何时外部温度高，然后提供来自AV 100的舱室区域内的冷的经调节空气，以消散LiDAR传感器1512所产生的热。当监视系统确定外部温度低时，提供来自AV 100的舱室内温暖的经调节空气以向散热器1416传递热，然后该热经由支撑板1414热传导至LiDAR传感器1512。风扇1410的操作还在一个或多个通风口1508附近产生了压力增加的区域。该压力增加的区域有助于防止不想要的残渣或液体进入壳体盖1510。
图16示出贴附至外部蒙皮部分1502的外表面且靠近车牌区域1602的传感器组件1314的立体图。外部蒙皮部分1502可以是至少稍微凹进的，这进一步有助于降低残渣或液体进入壳体盖1510内的可能性。可以在壳体盖1510和外部蒙皮部分1502之间的界面1604处放置阻挡液体经由界面1604侵入的环境密封件。
使用结构散热器的传感器冷却
图17A示出传感器组件1304的底视图。传感器组件1304被示出为附接至支架1702，该支架1702可用于将传感器组件1304附接至柱1306，如图13所示。图17A还示出传感器组件1304可被配置成使得周围空气1704能够从多个不同的径向方向进入并以对流方式消散来自散热器的热。出口开口1706布置在传感器组件1304的面向下的表面的中央部分。
图17B示出附接至支架1702的传感器组件1304的散热器1708的侧视图。在将传感器组件1304所产生的热从散热器1708消散之后，周围空气1704经由由散热器盖1710限定的出口开口1706离开传感器组件1304。散热器盖1710与散热器1708协作以限定周围空气为了消散来自传感器组件1304的热而流动通过的分立管道。
图17C示出传感器组件1304的根据图17A的剖面线A-A的横截面侧视图。特别地，光学传感器1712和传感器窗口1714被示出为由散热器1708支撑，从而使得散热器1708能够用作散热机构和结构支撑构件这两者。在一些实施例中，光学传感器1712采取LiDAR传感器的形式，并且散热器盖1710被紧固至散热器1708的一个或多个冷却片。风扇1716可以位于散热器盖1710的出口开口1706处。由散热器1708和散热器盖1710协作地限定多个管道。这样，风扇1716能够从各个管道的第一开口端向着各个管道的由出口开口1706限定的第二开口端向内径向吸引周围空气1704。周围空气1704通过由风扇1716和散热器1708的中央突起1718产生的压力梯度而被重新导向成垂直向下，该中央突起1718也有助于引导周围空气1704通过出口开口1706。
在一些实施例中，风扇1716可能仅需在AV 100停止、或者以不足以驱动大量周围空气穿过散热器1708的慢速行驶时操作，以保持光学传感器1712在操作温度的安全范围内操作。在一些实施例中，风扇1716的操作与来自如下的温度传感器的温度数据相关联，该温度传感器合并在光学传感器1712内或者与散热器1708热耦接。例如，温度传感器可以采用热电偶、电阻温度计或硅带温度传感器的形式。
图17D示出具有示例性径向冷却片结构的散热器1708的立体图。如图所示，各个冷却片1720可以是与散热器1708的基部1722一体地形成的。散热器1708可以由诸如不锈钢或铝等的导热材料形成。在一些实施例中，冷却片1720熔接至基部1722，并且在其它实施例中，冷却片1720和中央突起1718可以通过减材制造工艺来形成，其中在该减材制造工艺中，加工机床从单块导热材料中去除材料以形成散热器1708。除了提供可以以对流方式消散热的增加量的表面积以外，冷却片1720还可用作提高散热器1708的总强度的结构肋。散热器1708的基部1722还包括具有紧固件开口1726的附件特征1724。紧固件可以延伸穿过紧固件开口1726以将散热器1708直接固定至支架1702。散热器1708的冷却片1720可以包括片紧固件开口1728，该片紧固件开口1728可用于附接散热器盖1710以选择冷却片1720。如图所示，片紧固件开口可以沿着散热器1708的外围或者在散热器1708的中央区域附近定位。通过改变片紧固件开口1728相对于其关联的冷却片的位置，散热器盖1710的中央部分和外围部分这两者都可被固定到散热器1708。尽管未具体描述，但片紧固件开口1728也可以位于一个或多个冷却片1720的中央部分。应当注意，尽管在先前的附图中气流被描述为从侧向进入然后被重新导向成向下，但当AV 100正以高速行驶时，流经散热器1708的周围空气中的至少一些周围空气可以围绕并通过中央突起1718流动，并且经由散热器1708的相对侧从侧向离开。这是通过冷却片1720和中央突起1718之间的间隙来实现的。此外，尽管图17D示出特定的冷却片结构，但可以应用其它的片结构。例如，散热器可以作为代替具有平行冷却片结构，该平行冷却片结构将使得进入散热器1708的所有周围空气都能够在未被重新导向成向下的情况下从散热器1708的一侧流向另一侧。
图18示出贴附至AV 100的传感器组件1304的立体图。AV 100是用虚线示出的，以强调传感器组件1304的特征。在一些实施例中，支架1702被隐藏在AV 100的外装或装饰盖的下方。装饰盖可以采取罩、保险杠装饰件、挡泥板、后挡板/行李箱盖等的形式。传感器组件1304还可以包括布线导管1802，该布线导管1802也被隐藏在外装板的下方，并且被配置为相对于传感器组件1304的传感器传输电力和数据。在一些实施例中，布线导管1802被配置为从周围空气不太可能受到干扰的外装盖的下方收集该空气。然后，布线导管1802可被配置为引导所收集的空气穿过散热器1708的冷却片1720。以这种方式收集空气降低了湍流气流干扰空气穿过冷却片1720的流动的可能性。在一些实施例中，通过引导布线导管1802所收集的空气穿过散热器盖1710中的开口来将该空气导向穿过散热器1708的冷却片。这样的结构可以包括本质上不是径向的冷却片结构，并且开口可以位于散热器的前端附近，以允许空气通过布线导管1802并侧向经由散热器1708所限定的导管的开口端而进入散热器1708。这两个进气机构被定位成使得积雨或积雪不会大量进入散热器1708，由此防止任何空气路径的堵塞。外装板以及布线导管1802的向下取向防止了大量的水或雪进入散热器1708的管道。此外，传感器窗口1714和盖1804的存在保护了散热器的管道的侧向朝向的开口端免于被雨或积雪阻挡。
图18还示出风扇1716的外观，其可以通过阻止水溅入到散热器1708的空气出口中来提供保护措施。当风扇1716在操作时，旋转的风扇叶片以及由风扇1716的操作而产生的压力梯度进一步阻止了残渣或水经由空气出口流动。图18还示出可以如何沿着传感器组件1304的侧面配置附加的散热机构。在一些实施例中，冷却片1806沿着传感器窗口1714的基部定位，并且被配置为接收光学传感器1712(未示出，参见图17C)所产生的热。这样，可以从光学传感器1712以垂直向下和侧向向外这两种方式传导热能。
在先前描述中，已经参考许多具体细节描述了实施例，这些具体细节可因实现而不同。因此，说明书和附图应被视为说明性的，而非限制性意义的。权利要求书范围的唯一且排他的指示、以及申请人期望是权利要求书范围的内容是以授权权利要求的具体形式从本申请授权的权利要求书的字面和等同范围，包括任何后续修正。本文中明确阐述的用于被包括在此类权利要求中的术语的任何定义应当以此类术语如在权利要求书中所使用的意义为准。另外，当在先前的说明书或所附权利要求书使用术语“还包括”时，该短语的下文可以是附加的步骤或实体、或先前所述的步骤或实体的子步骤/子实体。
在一些实施例中，一种系统包括：第一安装支架，其包括第一管道路径，所述第一安装支架被配置为安装到运载工具的内表面并且将来自所述运载工具的舱室区域的空气导向通过所述第一管道路径；风扇，其耦接至所述第一安装支架，所述风扇位于所述舱室区域和所述第一安装支架之间，其中所述风扇被配置为：提供来自所述舱室区域的空气，并且将所提供的空气导向通过所述第一管道路径和所述运载工具的本体部分中的管道路径这两者；第二安装支架，其包括第二管道路径、被配置为安装到传感器的上部、以及下部，其中所述第二安装支架被配置为：安装到所述运载工具的外表面，从所述运载工具的本体部分中的管道路径接收所提供的空气，并且沿第二方向将所提供的空气导向通过所述第二管道路径，其中所述第一管道路径和所述第二管道路径位于所述本体部分中的管道路径的相对侧；以及散热器，其被配置为附接至所述第二安装支架的所述下部以及所述传感器的下方，其中所述第二安装支架被配置为将所提供的空气经由所述第二管道路径导向至所述散热器。
在一些实施例中，所述系统还包括壳体盖，所述壳体盖与所述第二管道路径协作地引导所提供的空气穿过所述散热器。
在一些实施例中，所述壳体盖保护管道路径免受水入侵。
在一些实施例中，所述系统还包括液体护罩，所述风扇布置在所述液体护罩和所述第一安装支架之间。
在一些实施例中，所述液体护罩被配置为将进入所述舱室区域的水重新导向成朝向排出口，其中水被配置为经由所述排出口离开所述运载工具。
在一些实施例中，所述系统还包括控制系统，所述控制系统被配置为根据所述传感器的热输出来改变所述风扇的操作状态，其中所述传感器是LiDAR传感器。
在一些实施例中，所述系统还包括监视系统，所述监视系统耦接至所述散热器，并且被配置为将所述传感器的热输出提供至所述控制系统。
在一些实施例中，一种系统包括：外壳，其被配置为包围并支撑传感器；散热器，其耦接至所述外壳的基部，并且被配置为接收所述传感器所产生的热；安装支架组件，其被配置为将所述外壳固定到运载工具的外表面，所述安装支架组件包括管道，所述管道被配置为限定从所述运载工具的内部穿过所述运载工具的舱壁并延伸到所述散热器的气道的至少一部分；以及风扇，其被配置为从所述运载工具的舱室区域内吸引空气，推动所述空气通过所述管道并穿过所述散热器，以控制所述传感器的温度。
在一些实施例中，所述安装支架组件包括：第一安装支架，其被配置为安装到所述运载工具的内表面，所述第一安装支架限定所述管道的第一部分；以及第二安装支架，其配置为耦接至运载工具的外表面以及所述外壳，所述第二安装支架由所述舱壁的外部蒙皮部分与所述第一安装支架分离，并且限定所述管道的第二部分，其中所述管道的所述第一部分和所述第二部分被配置为与由所述舱壁的所述外部蒙皮部分限定的开口对齐以限定所述气道的一部分。
在一些实施例中，所述第一安装支架布置在所述舱壁的所述外部蒙皮部分与内部蒙皮部分之间的、所述舱壁的内部。
在一些实施例中，所述系统还包括液体护罩，所述液体护罩被配置为将通过所述管道进入所述舱室区域的水引导至所述舱壁内的用于将该水引导到所述运载工具的外部的排出口。
在一些实施例中，所述风扇安装到所述第一安装支架，并且布置在所述液体护罩和所述第一安装支架之间。
在一些实施例中，所述散热器包括多个冷却片。
在一些实施例中，所述系统还包括外装盖，所述外装盖遮挡所述外壳的基部以及所述散热器，所述外装盖限定被推送穿过所述散热器的空气离开所述系统所经由的多个通风口。
在一些实施例中，所述传感器是LiDAR传感器。
在一些实施例中，一种运载工具包括以下组件：传感器；外壳，其包围并支撑所述传感器，所述外壳包括传感器窗口，所述传感器窗口被配置为容纳进出所述传感器的电磁波的通路；散热器，其耦接至所述外壳的基部，并且被配置为接收所述传感器所产生的热；运载工具本体，其限定舱室区域；安装支架组件，其将所述外壳固定到所述运载工具本体的外表面，所述安装支架包括管道，所述管道限定从所述运载工具本体的内部穿过所述运载工具本体的舱壁而延伸到所述散热器的气道的至少一部分；风扇，其被配置为从所述运载工具本体内的所述舱室区域吸引空气，推送该空气通过所述管道并穿过所述散热器，以控制所述传感器的温度。
在一些实施例中，所述散热器包括多个平行的冷却片。
在一些实施例中，所述传感器是光学传感器。
在一些实施例中，所述运载工具还包括液体护罩，所述液体护罩被配置为将通过所述管道进入所述舱室区域的水重新导向成向着该水被配置为离开所述运载工具所经由的排出口。
在一些实施例中，所述安装支架组件包括：第一安装支架，其安装到所述运载工具的内表面，所述第一安装支架限定所述管道的第一部分；以及第二安装支架，其被配置为耦接至所述运载工具的外表面、以及所述外壳，所述第二安装支架由所述舱壁的外部蒙皮部分与所述第一安装支架分开，并且限定所述管道的第二部分，其中所述管道的所述第一部分和所述第二部分被配置为与由所述舱壁的所述外部蒙皮部分限定的开口对齐以限定所述气道的一部分。

Claims (20)

1.一种散热系统，包括：
安装支架，其被配置为安装到运载工具的外表面；
散热器，其被配置为将所述安装支架耦接至传感器，并且支撑所述传感器的重量，所述散热器包括冷却片；以及
第一管道，其在第一开口端和第二开口端之间延伸，其中所述冷却片位于在所述第一开口端和所述第二开口端之间的所述第一管道内，
其中，所述安装支架包括第二管道，所述第二管道被配置为将所述运载工具的舱室区域内的经调节空气从所述舱室区域内推送穿过所述散热器；
其中，所述第一管道被配置为将所述经调节空气经由所述第一开口端提供到所述第一管道中，并且将所提供的空气从所述第一开口端导向到所述第二开口端以将热从所述散热器以对流方式消散到所提供的空气。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一管道的所述第一开口端被配置成位于所述运载工具的装饰盖的下方。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括外壳，所述外壳被配置为围绕所述传感器，其中所述散热器形成所述外壳的基部，所述第一管道的所述第一开口端位于所述外壳的侧面，以及所述第一管道的所述第二开口端位于所述外壳的所述基部的中央区域。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述散热器的所述冷却片径向地分布在所述散热器的表面上。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器是LiDAR传感器即光检测和测距传感器。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述散热器包括沿着所述散热器的基部的表面配置的多个径向分布的冷却片。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述径向分布的冷却片被配置为限定多个管道，将进来的空气引导到所述散热器的中央区域中，然后将该空气轴向向下重新导向通过与所述多个管道中的各管道相关联的相应第二开口端。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括液体护罩，所述液体护罩布置在所述第一管道的所述第二开口端处，并且被配置为遮挡该管道免于液体经由所述第二开口端进入，其中所述散热器布置在所述液体护罩与所述系统的安装地点之间。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括风扇，所述风扇布置在所述液体护罩和所述散热器之间，所述风扇被配置为将空气从所述管道的所述第一开口端吸引到所述第二开口端。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括监视系统，所述监视系统被配置为测量所述散热器的温度，并且根据所测量到的所述散热器的温度来改变所述风扇的操作状态。
11.一种散热系统，包括：
安装支架，其配置成固定到运载工具的外部；以及
壳体，其被配置成包围传感器，所述壳体包括：
散热器，其形成所述壳体的基部并且被配置为消散所述传感器所发出的热，所述散热器将所述壳体耦接至所述安装支架并且被配置为支撑所述系统的重量，所述散热器包括多个冷却片，所述多个冷却片位于被配置为提供穿过所述散热器流动并消散来自所述散热器的热的空气的第一管道的第一开口端和第二开口端之间的第一管道内；以及
光学透明的传感器窗口，其被配置为容纳进出所述传感器的电磁波的通路，
其中，所述安装支架包括第二管道，所述第二管道被配置为将所述运载工具的舱室区域内的经调节空气从所述舱室区域内推送穿过所述散热器。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述散热器直接耦接至所述安装支架，并且被配置为容纳所述系统与所述散热器的直接附接。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其中，所述光学透明的传感器窗口包括圆柱体，所述圆柱体和所述散热器耦接在一起以限定大小适合容纳所述传感器的内部容积。
14.根据权利要求11或12中任一项所述的系统，还包括风扇，所述风扇被配置为将空气吸引通过所述第一管道。
15.根据权利要求11或12中任一项所述的系统，其中，所述多个冷却片以径向图案配置在所述散热器的面上。
16.根据权利要求11或12中任一项所述的系统，其中，所述散热器的第一端耦接至所述安装支架，以形成悬臂式支撑结构，所述悬臂式支撑结构被配置为支撑所述传感器的重量。
17.一种散热系统，包括：
运载工具；
安装支架，其被配置为将所述系统固定到所述运载工具的外部；
传感器；以及
壳体，其包围所述传感器，所述壳体包括：
散热器，其形成所述壳体的基部并且被配置为消散所述传感器所发出的热，所述散热器将所述壳体耦接至所述安装支架并且支撑所述传感器的重量，所述散热器包括多个冷却片，所述多个冷却片位于被配置为提供穿过所述散热器流动并消散来自所述散热器的热的空气的第一管道的第一开口端和第二开口端之间的第一管道内；以及
光学透明的窗口，其被配置为容纳进出所述传感器的电磁波的通路，
其中，所述安装支架包括第二管道，所述第二管道被配置为将所述运载工具的舱室区域内的经调节空气从所述舱室区域内推送穿过所述散热器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述安装支架固定到所述运载工具的前部。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述传感器是LiDAR传感器即光检测和测距传感器。
20.根据权利要求17或18所述的系统，还包括风扇，所述风扇被配置为将空气吸引通过所述第一管道，以从所述散热器以对流方式消散所述传感器所产生的热。
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