CN113165605A - 清洁车辆视觉传感器表面或信号传输表面的系统和方法 - Google Patents

Abstract

利用合成射流致动器对光学表面和传感器表面的传输表面进行清洁的系统和方法，以便在各种天气条件和环境条件下保持最佳性能。所述致动器可以根据环境条件发出水射流或空气射流，可以根据颗粒的特性和传输信号质量调整致动器的波形、频率、振幅，以便更好地清洁所述表面。

Description

清洁车辆视觉传感器表面或信号传输表面的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2018年7月27日提交的第62/711,037号美国临时专利申请的权益和优先权，所述美国临时专利申请以整体引用的方式纳入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于防止由于环境条件而造成的无线电和光穿过传输表面的传输损耗的系统和方法，更具体地，涉及使用一个或多个致动器产生空气和/或液体射流以清洁表面并且去除积聚在传输表面上的任何颗粒和环境污染物。

背景技术

近几十年来，在无数旨在增强人类活动的应用中，光波和无线电波的使用取得了重大进展，如使用各种类型的传感器感应车辆周围的物体、使用光伏面板收集太阳能、以及使用大型周边幕墙来保持建筑物地面的自然照明。对于这些应用，通常存在介于外部环境条件(从其接收光或雷达或传输光或雷达的位置)和内部空间或内部容积(发生与信号和无线电的接收或传输相关的活动的位置)之间的表面。

所述表面通常是透明或半透明的，由玻璃、聚碳酸酯、塑料或其他材料制成。在大多数情况下，所述表面旨在作为免受外部环境影响的保护层。在某些情况下，所述表面在信号接收和/或信号传输中起作用，如聚光、反射等。

这些应用中的关键担忧是在各种天气条件下保持信号传输通过表面。表面的外部部分的灰尘、雪和冰所造成的颗粒积累和污染会显著地降低光信号和雷达信号通过所述表面的能力。此外，降水期间在表面上形成的水膜也会使信号恶化，使得所述信号不再可靠，并且所述信号携带的数据也不再足以执行视觉传感器被指派的基本功能(诸如物体检测)，从而确保车辆安全。

在汽车工业中，维护清洁的表面是非常重要的，因为在汽车工业中，为了控制机动车辆并且安全地为所述机动车辆进行导航，检测物体(通过人或设备/传感器)是非常重要的。汽车雷达传感器在20世纪80年代首次用于巡航控制系统。最近，汽车雷达传感器的使用已扩展到自主智能巡航控制(AICC)系统和撞击缓解(CM)系统中，以便提高车辆的安全性、有效性和经济性，这致使各种类型的汽车传感器被开发，包括微波雷达和毫米波雷达。

与毫米波雷达传感器类似，基于红外线的传感器(诸如激光雷达) 也被用于环境识别，考虑到所需的性能和可行性，特别是用于自适应巡航控制(ACC)系统。基于红外线的雷达传感器和毫米波雷达传感器均能提供车辆前方目标的范围信息、速度信息和角度信息。这些信息与车辆动态数据一起使用，以使预测的车辆路径和检测到的障碍物位置相关联。产生的数据被用来控制车辆的油门、刹车、转向以及车辆的传动。 ACC系统根据前方车辆的速度调整车辆的速度，以便保持两车辆之间的恒定距离。驾驶员设定所需的最大速度和最小间距。两种传感器系统还可以用来定位和跟踪前方道路上的多个目标，以预测行驶车道上的交通状况。当前，毫米波传感器和基于红外线的传感器在ACC系统中的应用是作为一种舒适和便利的选择而推向市场的，而并不是作为安全的选择推向市场的。其在汽车上的应用仍然存在安全风险。由于雷达传感器和激光雷达传感器对ACC系统的影响至关重要，因此在开发、生产和安装的各个阶段中对系统进行准确的校验和校准是重要的。

新一代的系统利用多个传感器将ACC系统延伸至城市行驶或走走停停的行驶、预碰撞感应、碰撞预警和预防系统(CWAS)应用中。这些都是典型的短范围应用，并且可以使用各种类型的传感器，包括红外传感器、视觉传感器、超声波传感器和微波雷达传感器。对于高速公路 ACC系统以外的大多数应用，必须将多个传感器系统与远距离ACC激光雷达传感器或毫米波雷达传感器结合使用。这些技术的结合是实现高层次环境识别和推进自动驾驶目标的关键。

这些未来面向安全的应用中的大多数与在任何交通和天气情况下提高环境识别传感器的更高性能和可靠性的需求有关。

不幸的是，恶劣的天气条件对成功地运行CWAS所需的大多数传感器提出了挑战。在恶劣的天气条件下，CWAS传输和接收的电磁波既与水汽凝结体(大气中固态或液态的水颗粒)相互作用，也与传感器表面或其保护外壳上形成的材料相互作用。水汽凝结体的例子包括但不限于薄雾、雨、冻雨、冰粒、雪、冰雹和雾。传感器表面或其保护外壳上的示例性预期材料包括但不限于砂砾和尘土以及干雪和水膜，所述示例性预期材料可以通过水颗粒的凝结、撞击和附着而形成。

不同形式的水颗粒(薄雾、雨、冻雨、冰粒、雪、冰雹和雾)对红外线传播和毫米波传播产生不均等的影响。其原因是水颗粒的吸收和总散射横截面取决于颗粒尺寸和波长之间的关系，以及所述颗粒的密度和范围。

几乎所有这些水颗粒的尺寸都大于红外线波长。因此，它们可能在红外光和可见光范围内产出最大散射横截面。这导致相当大的衰减和反向散射信号，特别是在水颗粒密集时(如大雨和雾滴)。激光雷达传感器的性能的这种降低不仅将最大检测范围限制在了人眼能达到的检测范围，而且还增加了处理过程，所述处理过程占用不小的内存量和计算吞吐量，以过滤掉水颗粒引起的不相关检测。

在毫米波范围内，只有降雨强度大于4毫米的雨滴才能获得最大吸收和总散射横截面。这可能会引入强雨衰减和反向散射。由于雪和冰雹的含水量差异显著，因此难以精确评估其影响。一般来说，冰引起的损耗要比相同质量的水小得多，因此干雪中的毫米波衰减可以忽略。然而，如果雪是湿的，则衰减会大大增加，但通常预计所述衰减会比中等雨水小。

在天线或天线雷达罩(即透镜、天线或覆盖件)表面有水膜的情况下，特别是对于毫米波来说，天线透镜或天线雷达罩表面较少水平的水分会对波的传播产生不利影响，并引起毫米波雷达运行中断。

激光雷达透镜上的尘状材料，如干雪、砂砾和尘土，也可能因衰减现象和衍射现象而损害测量灵敏度。

此外，在传输表面允许倒车摄像机向驾驶员显示周围环境的情况下，如果表面被颗粒遮挡得太严重，则会导致摄像机失灵而触发警报，并且迫使车辆停车。当所述车辆以低速行驶(诸如在市区行驶)并且暴露在雨中时，摄像机以及其他传感器不能依靠车辆运动引起的气流来扫水。

现有技术中存在用于去除这些表面上的积累的颗粒的技术，但它们均具有各自的局限性。例如，通过热力手段(即使用加热器)去除雪通常会影响传输表面材料的传输性能、传输表面材料的寿命、清洁系统成本、车辆能耗曲线、甚至是影响乘客安全。通过对表面进行处理，使其不润湿或防水，可显著地降低因水膜存在而造成的信号损失。当将这种方法应用于机场监视微波雷达和用于卫星通信的地面雷达时，已经显示出了积极的效果。然而，当应用该方法于诸如使用毫米波雷达的汽车应用时，这种方法具有缺点。在这样的环境中，由于车辆在运行时所施加的空气动力，雨水可能不会形成均匀的膜，而是形成许多小纹路，以狭窄的水道迅速地从天线表面和雷达罩表面流下。此外，冻雪和冰冻雨很容易造成天线表面或雷达罩表面的潮湿和/或斑点。在这样的环境条件下，应用防水或使用不润湿表面不足以清洁表面，因为它们不能有效地去除颗粒，具有高磨损和撕裂，而且在防水的情况下，具有有时间限制的处理周期。此外，将汽车雷达传感器传统地放置在车辆的前格栅区域 (在该区域处老化问题和灰尘问题显著)对该防水材料产生影响。

根据理论研究和实验研究，不显著量的潮湿会导致毫米波雷达传感器性能大幅下降。因此，有必要使这些传感器表面不受潮湿影响。

维护表面清洁至关重要的另一个行业是太阳能发电行业，在该行业中太阳能光伏面板阵列上的表面必须保持清洁，以便有效地产生电力。太阳能设施容易受到经常被忽视的现场无处不在的实际情况影响，如沉积的灰尘、鸟粪、沙子、树叶和盐水渍，这些情况都会显著降低太阳热能设施的效率。最近的研究揭示了光伏(PV)模块的污垢引起的性能损失是多么显著。(参见 https://renewablesnow.com/news/dust-pollution-buildup-can-cut-pv-out put-by-up-to-35-study-573691/.)。污垢包括PV模块表面上的尘土、雪和其他异物，这些异物防止了太阳辐射到达太阳能电池。尘土的积累既取决于地点，也取决于天气。

在太阳能模块使用寿命期间，污垢会导致其电力生产损失。尘土的积累至关重要，因为降低PV系统效率的因素会使所述PV系统成为缺乏吸引力或经济上不可行的替代能源。

根据当地的实际情况，PV发电产品因污垢造成的损失在5.2％至 17％之间。在极端情况下，可能会出现更高的值(25％)。因此，定期清洁太阳能模块是必要的。如果不进行适当的表面清洁，长期来讲太阳能电站的性能和其所有者的利润可能会下降15％至17％。

在清洁雨水稀少的极端且非常干燥的沙尘气候下，不能清洁PV面板会导致更大的损失。太阳能设施的所有者或运营者无法再改变任何结构特征，诸如导线电阻，或逆变器的效率。换句话说，依靠雨水作为清洁PV面板的手段会导致效率的严重损失。

因此，需要保持太阳能电池表面的清洁。禁止使用高压水或蒸汽清洁技术来清洗PV面板，以免损坏所述面板的外层。也不能依靠雨水来有效地清洁PV面板，因为雨水不一定能提供100％的清洁效果，而且根据雨和面板角度，面板的一部分可能无法得到完全清洁。此外，也不一定会在合适的时间下雨来清洁PV面板。

还需要能够适应于传输表面处的动态条件(即干扰类型)的适应性系统，所述动态条件会影响通过传输表面的透射率。

主动式流量控制致动器(如合成射流器、等离子射流器和其他类型射流器)在一定频率或频率范围内产生不稳定的空气射流。与压缩空气致动器、风扇、鼓风机和其他稳定形式的空气供应相比，不稳定的射流在诸如热传递、混合和喷洒控制等空气输送应用中显示出了包括涡流和其他流动模式的更有效的结构。(参见 http://www.cds.caltech.edu/～murray/courses/cds101/fa04/caltech/collis- etal-pas-2004.pdf.)

通常，这类致动器被用作改善围绕钝体形状(翼形、机翼、风轮叶片、车辆扰流板、建筑物护栏等)的气流的装置，并且不作为独立设备使用。其次，迄今为止，它们的使用都是使空气发生偏转以便处理出现空气现象。关于致动器的更详细的讨论可以在美国专利号9,567,017中找到，所述美国专利以整体引用的方式纳入本文。

发明内容

提供了通过使用用于产生空气射流或液体射流的一个致动器或致动器阵列来清洁表面的系统和方法。

在实施方案中，致动器产生局部空气射流，所述空气射流从传输表面直接地去除颗粒。在致动器与移动的车辆一起使用的实施方案中，局部空气射流与由于车辆的运动而产生的横穿传输表面的气流相互作用。因此，在高速公路速度下，与传输表面仅暴露于致动器空气射流或仅暴露于进气气流的情况相比，致动器空气射流和进气气流之间的协同作用进一步提高了清洁性能。

本发明提出了使用致动器的新方法。根据本发明的实施方案，(1) 致动器被用于去除水或其它颗粒，以改善穿过传输表面的光学性能；(2) 所述致动器以机械方式或作为控制反馈环路的一部分与视觉传感器集成或附接到视觉传感器上；以及(3)所述致动器与控制其温度和释放角度的装置相结合。

在实施方案中，所述致动器的功率振幅、波形和频率由环境因素(例如沉淀、水基颗粒和灰尘类颗粒)和传输表面造成的干扰得出。在一个优选的实施方案中，当车辆传感器或视觉传感器识别出通过传输表面的传输质量不足时，车辆传感器或视觉传感器将启动清洁系统以清洁传输表面，直到传输信号质量增加至预定阈值以上。

在本发明的一个示例性实施方案中，该系统包括至少一个致动器，所述至少一个致动器被设置成通过产生一个或多个空气射流来清洁作为车辆一部分的一个或多个表面，以便清洁一个或多个表面并且去除颗粒和环境污染物，从而使得能在各种环境条件下保持所述表面的光传输性能和能量传输特性。

在一个实施方案中，该系统包括一个致动器。在另一个实施方案中，使用致动器阵列。在使用致动器阵列的实施方案中，所述致动器可以用相同的输入诸如电压、致动频率来运行，或彼此独立地运行，使得每个致动器基于其在车辆上的位置、指派其清洁任务的视觉传感器的要求、其所需要去除的颗粒的类型以及局部的气流条件来接收不同的输入。例如，如果系统包括至少一个安装在车顶的激光雷达和至少一个安装在车辆后保险杠的后部摄像机，则由于车顶和后保险杠之间的气流条件的差异，每个致动器在运动时将接收不同的输入，而在静止时接收相同的输入。

在实施方案中，所述致动器可以包括合成射流致动器或其他主动式流量控制致动器。所述致动器可以是独立的致动器，该致动器递送空气射流以清洁表面。在其它实施方案中，所述致动器可以与液体结合，所述液体可以是水或在较冷的气候条件下优选地是具有低于预期的环境空气条件的冻结温度的液体，以便提供加压空气和加压液体。在实施方案中，一个或多个致动器与加热和冷却元件结合使用，以改变空气和/ 或液体温度，从而用于诸如除冰的应用。

在实施方案中，操作所述致动器使得其产生具有涡流结构的空气射流，所述具有涡流结构的空气射流有效地去除了停留在光学表面上的液滴。所进行的实验表明，致动频率和液滴尺寸之间存在着联系，即，不同的液滴尺寸可以通过与其相关的致动频率来更有效地去除。换句话说，与处于不同频率的较强空气射流相比，某一频率的空气射流可以更有效地去除液滴。

在一个优选实施方案中，为了解决多样的环境条件，传感器清洁系统以类似于标准的挡风玻璃雨刷系统的方式将气流和水喷雾结合，其中微流喷嘴用水喷洒挡风玻璃以软化诸如泥土或灰尘等介质，而同时雨刷器则机械地去除任何残留物以及去除水喷雾干燥挡风玻璃。类似地，所述传感器清洁系统结合了空气射流和水喷雾，以及使两者有效协同的能力。这种效率归功于合成射流致动器产生“干”和“湿”两种模式的运行方式。所述合成射流致动器集泵、压力调节器和喷嘴于一体，位于待清洁的光学表面旁。由于靠近所述表面，使得能够使用本地小型水储存器供应水，该小型水储存器通过重力或以低压向致动器提供水。水被供应到致动器(进入腔体、适配器，在离喷嘴一定距离处释放或直接释放至光学表面上)。合成射流致动器在“干”和“湿”模式之间切换。当空气射流连续吹出时，通过限制对致动器的水供应来实现切换。这是通过控制水容器的阀门来实现的。当切换至“湿”模式时，阀门打开使得水从容器中释放，并由空气射流喷洒。有效地喷洒取决于几个参数，诸如波形、致动频率和水暴露至被空气射流吹(距离合成射流致动器的喷嘴)的距离。

进一步实验发现，信号调节参数诸如波形(正弦波、梯形波、方波)、调制频率、工作周期等，对合成射流致动器清洁表面的效果有影响。例如，使用具有快速上升的斜率的梯形波形提供了强烈的空气爆发，这有助于在短距离和时间段内将致动器喷嘴附近的小液滴凝聚成较大的液滴。凝聚是去除液滴的关键。这对清洁性能来说是有利的，因为与去除较小的液滴相比，将较大的液滴运输通过光学表面更容易。

本发明的一个方面是调制致动频率，从而影响激发传输表面上的颗粒的空气射流的结构类型。这些结构与颗粒和传输表面相互作用并且使颗粒和传输表面振动。已经发现的是，诸如水滴这样的颗粒，根据它们的结构、密度、接触角等会被不同频率的空气射流结构所激发。

在50Hz至1500Hz范围内的致动频率已显示出与直径尺寸0.01mm 至4mm之间的液滴有不同的相互作用，直径尺寸0.01mm至4mm之间的液滴代表了从车辆喷雾飞溅(0.01mm或细小)到撞击挡风玻璃的大雨(4mm或粗糙)范围内的液滴尺寸。例如，与360Hz的空气射流相比，1040Hz的空气射流能更好地去除4mm的液滴(两者都使用相同的致动器、波形和电压来操作)。对于去除0.01mm(细小)的液滴，360Hz 的空气射流比1040Hz的空气射流性能更好，尽管事实上1040Hz的空气射流由于具有更高的速度而更强力。

还发现，与纯正弦波形(频率＝360Hz)相比，使用比较脉冲波调制(PWM)信号(载波频率＝360Hz，调制频率＝30Hz，工作周期50％) 时，也能达到类似的液滴去除性能，尽管事实上后者消耗的功率只有前者的一半。还被发现的是，更突变的空气射流脉冲往往会促进邻近空气射流和传输表面接触点的液滴之间的凝聚。一旦液滴凝聚并长大，就更容易将它们在传输表面上更快地运输更远的距离。

在实施方案中，所述系统至少包括供电单元、控制单元、致动单元、供水单元、软件和封装。在实施方案中，所述致动单元包括致动器、适配器、控制空气射流温度的加热元件和冷却元件。在实施方案中，所述供水单元包括容器、导管，该导管将水供应到适配器、致动器或致动器附近或供应至传输表面或传输表面附近。

在实施方案中，所述致动单元被封装成独立的单元。在致动单元与机动车辆上的视觉传感器一同使用的实施方案中，所述致动单元可以被集成到车辆上的汽车部件中，或者集成到视觉传感器中作为其封装的一部分。

在实施方案中，本系统的致动器安装在车辆上或传感器壳体上，使用安装在车辆(如地面车辆、海上车辆和航空器)上的致动器来保持以下一个或多个表面的清洁：(1)视觉和位置传感器(如雷达、激光雷达、摄像机等)和(2)视觉辅助装置(如镜子和挡风玻璃)。在一个优选的实施方案中，通过使用视觉传感器诊断代码来动态控制传感器，或通过警示清洁系统并命令所述清洁系统启动或停止操作的装置来动态控制传感器。在另一个实施方案中，所述致动器由车辆电子控制单元 (ECU)控制。所述ECU可以专用于传感器清洁性能，或者专用于另一个车辆活动。

除了车辆之外，本领域的普通技术人员应认识到的是，可以使用致动器清洁的表面可以是需要清洁的任何表面，以便保持光和能量到设备的传输特性。例如，所述表面可以是太阳能阵列中的PV电池的表面。

待清洁的表面可能具有多种水平的透明度，并且由多种材料制成，诸如玻璃、聚碳酸酯等。所述表面可以有不同的用途，诸如保护设备不受环境条件的影响、增加光学特征(诸如聚光、反射等)，或者是出于美观或造型目的的覆盖件。

在被清洁的表面是车辆的一部分的实施方案中，所述表面可以是车辆外部的一部分或者是车辆的附加物的表面。作为设备的一部分，所述表面可以是激光雷达透镜、摄像机透镜、雷达天线透镜、激光雷达雷达罩、雷达罩、设备包装物或影响设备光学性能的任何组件。所述表面也可以是用于物体条件和环境条件检测和识别、测绘、地理定位和移动平台导航的设备的表面。所述设备可以是传感器，诸如雷达、激光雷达、摄像机或是使用光波、无线电波和电磁波作为传感输入或输出或是依赖于光学作为其性能的一部分(诸如天线透镜)的任何其他设备。

在实施方案中，该系统用于清洁摄像机(即前置摄像机、后置摄像机或其他摄像机)的传输表面，该摄像机的传输表面经受了多种问题，诸如雨天液滴积累、结冰、盐分、积雪和其他使图像不能以足够分辨率的清晰度来识别物体和驾驶安全的问题。

在实施方案中，所述系统借助于平台的电源(电池)供电，或者借助于辅助供电单元供电。

在实施方案中，所述系统由控制器控制，该控制器通过使用程序以电子地方式命令各个系统部件。所述程序使用由系统提供的输入、由系统的外部提供的输入或上述两者的组合。所述控制器基于系统、车辆、用户的偏好、以及环境条件来调整所述系统的性能，以达到期望的性能。所述系统的输入包括风速和风向、车速、传感器灵敏度和液滴尺寸。所述控制器无线地记录和播送系统诊断数据和系统的输入数据和输出数据。

在实施方案中，所述控制器向多个致动器提供命令，所述致动器专用于清洁位于车辆的不同位置(例如车顶前部、车顶侧、前保险杠和后保险杠)处的多种类型视觉传感器(例如激光雷达、雷达和摄像机)。每个传感器专用的致动单元均需要其他命令(诸如致动频率、波形、振幅和时间点)，以便满足当视觉传感器暴露于不同颗粒(如雨水、泥浆、泥沙)、空气动力学条件和性能要求时的视觉传感器要求。

所述控制器基于ECU、视觉传感器相关设备、或其他设备向每个致动器提供不同的命令。在另一个实施方案中，所述控制器依靠系统程序来产生这些命令。在该实施方案中，所述控制器从车辆和传感器接收数据，从而基于车辆、环境和视觉传感输入来建立清洁要求。所述控制器还基于地理空间法律要求和车辆位置的地理围栏来提供命令。这种要求基于适用的行驶法则指定了物体类型检测范围和质量、车辆速度、能见度和其他参数。

所述控制器向供水单元提供输入，并且所述致动器产生一定密度和扩散的水喷雾，并且使提供的水的量和空气射流的量同步，以便有效地和节约水地去除传输表面的颗粒。在一些实施方案中，所述控制器向集成至致动器、适配器或封装中的加热元件提供数据，从而基于颗粒的密度(诸如冰、泥沙、雪)、环境温度和目标除冻时间来控制空气射流的温度。在另一个实施方案中，所述控制器根据预先编程的查找表格来操作。所述传感器清洁系统将环境参数和致动参数之间的这些关系匹配，从而优化对光学表面的清洁性能。基于实时输入或预先编程的查找表格，除了光学相关的输入(诸如通过传输表面的透射率)外，控制器和软件还响应于降水条件(诸如液滴尺寸)、行驶条件(诸如车速)、横风和其他环境参数来修改致动特性(诸如频率、振幅、波形等)。

在实施方案中，所述传感器清洁系统用作车辆安装的视觉传感器的使能器。因此，在一个优选的实施方案中，所述传感器清洁系统被集成在视觉传感器的封装内，从视觉传感器接收命令。

在实施方案中，所述控制器包括允许更改程序设置的用户界面。

在一个实施方案中，用于清洁车辆视觉传感器表面的系统包括：传感器清洁单元，所述传感器清洁单元安装在车辆上，具有被配置为将流体射流引导到车辆视觉传感器上的至少一个致动器；传感器清洁单元传感器，所述传感器清洁单元传感器安装在车辆上，具有被配置为捕获车辆附近的环境传感器数据的至少一个环境传感器；清洁电子控制单元，所述清洁电子控制单元被配置为接收来自传感器清洁单元传感器的环境传感器数据，并且基于接收到的环境数据确定用于控制所述传感器清洁单元的至少一个致动器的驱动频率和驱动振幅中的至少一个。

在实施方案中，所述环境传感器包括降水传感器或配置为确定表观风速度和风向的气流传感器中的至少一个。在实施方案中，所述降水传感器被配置为确定降水事件期间雨滴直径的尺寸。

在优选的实施方案中，所述清洁控制单元设定360Hz至1040Hz 范围内的驱动频率，对于0.01mm的雨滴直径尺寸，驱动频率为360Hz，对于4mm的雨滴的直径尺寸，驱动频率为1040Hz。在实施方案中，所述致动器采用脉冲波调制的方式运行，并且在实施方案中，所述致动器包括与传感器清洁单元连接的水源，其中所述清洁电子控制单元还被配置为基于接收到的环境数据来选择来自水源的水或环境空气之一，以用于与传感器清洁单元的致动器一起使用。

在实施方案中，用于清洁车辆视觉传感器表面的系统包括：传感器清洁单元，所述清洁单元安装在车辆上，具有被配置为将流体射流引导到车辆视觉传感器上的至少一个致动器，以及清洁电子控制单元，所述清洁电子控制单元被配置为接收来自车辆视觉传感器的视觉传感器传输表面阻挡水平数据，所述传输表面阻挡水平数据指示对穿过车辆视觉传感器传输表面的传输信号的阻挡量，其中当对传输信号的阻挡量超过预定阈值时，所述清洁电子控制单元确定用于控制传感器清洁单元的至少一个致动器的驱动频率和驱动振幅中的至少一个。

本发明还包括一种用于清洁车辆视觉传感器表面的方法，包括以下步骤：(1)从安装在车辆上的传感器清洁单元传感器捕获所述车辆附近的环境传感器数据；(2)通过清洁电子控制单元确定驱动频率和驱动振幅中的至少一个，以用于控制安装在车辆上的传感器清洁单元的至少一个致动器；以及(3)通过传感器清洁单元的至少一个致动器产生流体射流，以清洁车辆视觉传感器表面。

在其他实施方案中，本发明包括用于清洁太阳能光伏面板表面的系统，所述系统包括：传感器清洁单元，该传感器清洁单元安装在太阳能光伏面板的外围边缘上，具有被配置为将流体射流引导到太阳能光伏面板上的至少一个致动器；清洁电子控制单元，该清洁电子控制单元被配置为从与太阳能光伏面板相关联的控制单元、或与清洁系统相关联的储能测量装置接收发电效率数据，所述发电效率数据指示光伏面板受到的阻挡，当发电效率的值低于预定阈值时，所述清洁电子控制单元确定驱动频率和驱动振幅中的至少一个，从而控制传感器清洁单元的至少一个致动器。

在实施方案中，所述致动器包括至少一个加热元件，以便控制流体射流的温度。所述致动器还可以包括一个排放装置和一个打开或封堵喷嘴的电子控制的喷嘴盖，从而在不使用时防止污染物进入致动器。

在实施方案中，水被供应至致动器，当所述水与流体射流结合时，产生水喷雾。所述致动器可以安装在电动挡板上或安装在电动挡板下方，以便从传输表面上去除颗粒，该传输表面围绕安装在车辆上的视觉传感器包覆360度。在实施方案中，所述致动器还在围绕传输表面的圆周旋转的同时产生流体射流，并且旋转挡板由与视觉传感器、清洁系统或车辆系统中的一个或多个相关联的电子控制单元所控制，以便将流体射流定位在传输表面的圆周上被附着的颗粒阻挡视觉的位置。

在实施方案中，所述致动器与视觉传感器集成，并且所述流体射流被导引通过传输表面，所述传输表面被成形为弯曲的表面，以便覆盖用于空气动力学、光学、环境或其他原因的视觉传感器。

在实施方案中，所述传感器清洁单元包括两个流体射流喷嘴，其中一个水喷嘴位于所述两个流体射流喷嘴之间，以用于释放水，所述水喷嘴被配置成使得从流体射流喷嘴中分配的流体射流与来自水喷嘴的水相结合，从而产生水喷雾。在实施方案中，所述两个流体射流分别以不同的电压振幅运行，使得每个空气射流以交替的方式在不同的时间达到最大振幅。

在实施方案中，通过水喷嘴释放的水的流量与所述两个流体射流的峰值电压振幅同步，以便产生具有横向运动的水喷雾。

可预见的并且在本发明的范围内的是，本发明适用于在需要清洁以便保持通过该表面的最佳透射性的任何表面上使用。还可预见的是，所述传输表面可以在移动平台上，诸如地面、海上、空中或地外运载工具。所述传输表面可以在固定平台上，举例说明，诸如安防和交通安全视觉传感器(摄像机)、能源评估和监测视觉传感器(风电场中的激光雷达)、制造工艺优化和质量控制(诸如用于视频分析的红外摄像机、热成像摄像机)。例如，除了与车辆以及PV电池一起使用外，本发明还可以被应用为用于固定传感器和移动传感器，如用于地球、太空、月球、火星或其他地外星球探测上的环境监测的传感器站；本发明可用于固定传感器，如测速摄像机、边境控制视觉传感器、安防摄像机、用于工业过程监控和视频分析的视觉传感器；用于可穿戴设备如套装和头盔中的视觉传感器；用于汽车挡风玻璃；用于难以维护和接近的建筑物镶有玻璃的表面；以及用于卫星的能量收集表面(诸如光伏箔或光伏帆)。

通过下面对本发明的各种示例性实施方案的详细描述将描述或显现本发明的上述特征和其它特征将。

附图说明

本发明的特征和优点将通过参考本发明的说明性实施方案的以下详细描述并且同时结合以下附图来得到更充分的理解，其中：

图1是例示了本发明的传感器清洁系统在与机动车辆视觉传感器共同使用时的实施方案的示意图。

图2是例示了传感器清洁单元的实施方案的示意图，所述传感器清洁单元是本发明的传感器清洁系统的一个部件。

图3A是根据本发明的一个实施方案的与具有弯曲表面的视觉传感器一同使用传感器清洁单元的示例。

图3B是根据本发明的一个实施方案的与具有平坦表面的视觉传感器一同使用的传感器清洁单元的示例。

图4A、图4B、图4C和图4D示出了根据本发明的实施方案的与具有平坦表面的视觉传感器一同使用时的传感器清洁单元的多种空气和水喷雾配置。

图5A和图5B示出了根据本发明的一个实施方案的与机动车辆一同使用的传感器清洁单元和视觉传感器的封装配置。

图6A、图6B、和图6C示出了根据本发明的实施方案的与360度视觉传感器一同使用时的传感器清洁单元。

图7是根据本发明的一个实施方案的与移动车辆一同使用的传感器清洁系统集成配置的示例。

图8是根据本发明的一个实施方案的与移动车辆一同使用传感器清洁系统的操作的示例性示例。

图9A、图9B、图9C、图9D、图9E和图9F示出了使用根据本发明的实施方案的致动器的水滴尺寸和致动频率之间的依赖关系。

图10A、图10B、图10C、图10D和图10E示出了使用根据本发明的实施方案的致动器的空气射流与各种直径的水滴之间的相互作用。

图11是根据本发明的一个实施方案的与光伏面板一同使用的光伏清洁系统的示例。

需要强调的是，根据通常的做法，附图中的各种特征/元件可能不按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征/元件的尺寸可以任意地放大或缩小。

具体实施方式

首先参照图1，示出了本发明的传感器清洁系统100的一个实施方案的示意图。传感器清洁系统100(SCS)由电子供电单元101(EPSU)、清洁电子控制单元102(CECU)和传感器清洁单元103(SCU)组成。 EPSU 101和CECU 102分别向SCU 103提供功率和信号，以便清洁视觉传感器105(VS)的传输表面104。

例如，在一个优选实施方案中，其中SCS 100从CECU 102接收到指示需要开始清洁传输表面104的输入，EPSU调节向SCU 103发送的功率的量。CECU 102根据其从车辆电子控制单元(VECU)(未示出) 或VS电子控制单元(VSECU)(未示出)接收到的输入来确定输出何种类型的信号。

为了说明实施方案的实施，在一个实施例中，车辆在大雨(约为4 毫米直径的液滴尺寸)期间在高速公路上以50mph的速度移动。为了在行车路径上有障碍物的情况下为车辆提供足够的刹车时间，车顶安装的激光雷达(LiDAR)在一定的视野内保持一定的检测距离。当视野、检测距离和通常检测物体的能力降到所需的阈值以下时(通常是由于信号强度的降低，这在被检测的物体上转化成较少的点)，电子控制单元 (所述车辆的视觉传感器或清洁系统)命令致动器以一定的致动频率运行，该致动频率已经经过测试，并且被发现是对去除4mm的液滴最为有效。

在另一个实施例中，可能不再有大雨，但是所述传输表面可以被来自过往车辆的喷雾飞溅覆盖(大约0.01毫米的液滴尺寸)。相对于先前下雨的情况，液滴尺寸的改变被传感器检测到，并且发出命令以将致动频率更改为另一个频率，该频率被发现对于较小的液滴更加有效。

为了向SCU 103提供功率，EPSU 101可以从独立于车辆的电源中，诸如电池或发电机，或者从车辆电池中(上述两者均未示出)接收功率。为了向SCU提供数据，CECU从车辆电子控制单元(VECU)或VS电子控制单元(VSECU)接收数据。EPSU和CECU可以如图1所示操作单个SCU，或同时地操作一个SCU阵列(未示出)。

图2提供了包括传感器清洁单元的子系统的细节，诸如在SCU 103 中所建立的。SCU从EPSU 240接收功率，并且从CECU 250接收数据。所述SCU包括致动器200、加热元件210和水喷雾单元220。在实施方案中，加热元件210用于提高通过致动器外部的喷嘴排出的温度，以加速传输表面的除冰过程。致动器200包括排放开口204，以用于放出在不工作时进入到所述致动器中的颗粒(例如水或融化的冰)。喷嘴盖 203在喷嘴201不工作时覆盖喷嘴201，以防止污染物进入到所述致动器中。

在实施方案中，当使用SCU时，EPSU 240为致动器200提供动力以产生指向视觉传感器(VS)230的传输表面231的空气射流202。空气射流202从传输表面231去除颗粒。在实施方案中，CECU向SCU 发送信号以激活水喷雾单元220。在这种情况下，EPSU 240向水喷雾单元220提供动力，所述水喷雾单元220通过供水导管221向致动器200附近的开口供水从而产生水喷雾222。通过向传输表面231上提供水喷雾222，所述SCU从传输表面231上洗去诸如灰尘、泥浆、冰等颗粒，这些颗粒可能无法通过单独使用空气射流202有效地洗去。通过交替使用水喷雾222和空气射流202，所述SCU可以同时去除传输表面上的湿颗粒和干颗粒，就像现有车辆中的挡风玻璃雨刷和水喷雾的组合功能一样。

在实施方案中(未示出)，SCU包括一对或更多致动器以产生空气射流202和水喷雾222。CECU 250控制致动器200的参数，诸如频率、波形、工作周期、开/关和功率振幅。CECU250控制水喷雾单元 220的参数，诸如开/关和流量。水喷雾向水导管221提供水，所述水导管221将水带到喷嘴201，在喷嘴201处水和空气射流202之间的结合形成水喷雾222。

在图2中被示出为未使用的适配器260可用于以下实施方案：由于 SCU相对于传输表面231的定位限制而使空气射流202的原始接合方式对于去除传输表面231上的颗粒不是最佳的。在这样的情况下，将适配器260连接至致动器200，使得空气射流202a通过适配器260重新定向，以使所述空气射流202a以用于去除颗粒的最佳角度到达传输表面231(使用适配器260的情况未示出)。在该实施方案中，空气射流 202a的角度可以通过经由适配器260的导引而修改，直到获得最佳角度。

在其他情况下，适配器260用于影响空气喷气流202的其他参数，诸如射流扩散角，以覆盖传输表面231的更大区域。通过使用适配器 260，扩散角度也可以类似地通过使用适配器260的导引进行调整，直到达到最佳角度。

在用适配器260(未示出)产生水喷雾的实施方案中，通过以下方式产生水喷雾222a(示意性地示出)：将水通过导管221提供到适配器中，利用所述适配器的内部通道作为混合室从而产生水喷雾222a，或将水通过导管221提供至导管的开口的旁边，如具有喷嘴201，将水和空气射流202a结合以产生水喷雾222a。

转至图3A，图3A示出了传感器清洁单元与具有弯曲表面的视觉传感器一起使用的实施方案。在实施方案中，视觉传感器320的传输表面321出于空气动力学、光学、环境或其他目的而被成形为弯曲的表面。在这样的实施方案中，致动器300的喷嘴301可以集成在传输表面321 中，使得空气射流310被导引，以覆盖传输表面321，从而实现在传输表面321上去除颗粒。在实施方案中，致动器300被集成到视觉传感器 320的封装中，致动器300的尺寸可由制定视觉传感器320的尺寸所提出的约束条件而指定。在实施方案中(未示出)，致动器300可以是独立SCU的一部分，而不是集成到视觉传感器320中。在致动器和视觉传感器共享封装的实施方案中，所述致动器可专用于特定的视觉传感器。在这种情况下，CECU和VSECU是相同的，并且所述视觉传感器直接控制清洁过程的操作。换句话说，所述致动器是视觉传感器的一部分，并且所述视觉传感器为致动器提供功率和数据从而命令其操作。

转至图3B，图3B示出了传感器清洁单元与具有平坦表面的视觉传感器一起使用的实施方案。在该实施方案中，致动器300位于视觉传感器320的封装的外部。在其他实施方案中(未示出)，致动器300可以被集成到视觉传感器320的封装中。转至致动器300的操作，致动器 300产生空气射流310和311，以便保持传输表面321没有颗粒，使得视觉传感器320可以以为维持车辆安全所需的方式检测物体。在一个实施方案中，颗粒350接近传输表面321并附着在其表面上。在这种情况下，致动器300通过喷嘴301产生空气射流310，该空气射流310通过将颗粒351从传输表面吹走从而去除颗粒。可以基于各种环境因素，诸如沉淀、水基颗粒和灰尘类颗粒，以及对传输表面造成的干扰，使致动器300被SCU(未示出)占用。在替代实施方案中，致动器300可以被编程为以定时的周期致动，或者在另一个实施方案中以连续工作周期致动。

在替代实施方案中，当致动器300以连续工作周期(未示出)运行时，致动器300通过喷嘴301产生空气射流311。空气射流311被引导远离传输表面321，从而产生气幕，该气幕使颗粒352偏离传输表面321，使它们不能到达传输表面321。在该实施方案中，空气射流311是通过一个附加的致动器创建的。在这样的实施方案中，每个致动器将被不同地定向。一个致动器将朝向传输表面，而第二个致动器将以0度至45 度的角度远离传输表面。

图4A至图4D示出了根据本发明的实施方案的、与具有平坦表面的视觉传感器一同使用时的传感器清洁单元的空气和水喷雾配置的各种配置。

在图4A示出的实施方案中，水通过喷嘴401a释放。空气射流404a 由致动器400通过喷嘴401a产生。当空气射流404a通过喷嘴401a与水结合时，水喷雾402a得以产生，以便清洁视觉传感器410的传输表面411。在实施方案中，空气射流404a由CECU控制，以便修改水喷雾402a的特性，诸如水喷雾的扩散、距离和颗粒尺寸。

在图4B所示的实施方案中，水通过位于空气射流403b和405b之间的喷嘴401b释放。空气射流404b和406b分别地由致动器400通过喷嘴403b和405b产生。当空气射流404b和406b与通过喷嘴401b的水结合时，水喷雾402b得以产生，以便清洁视觉传感器410的传输表面411。在该实施方案中，空气射流404b和406b以不同的相位角和不同的电压振幅进行工作，使得每个空气射流以交替的方式在不同时间达到最大振幅。在实施方案中，相位角范围为0度至180度，电压范围为 20Vrms至200Vrms。在优选的实施方案中，通过喷嘴401b释放的水的流量与空气射流404b和406b中的一个或两个的峰值电压振幅同步，以便提供具有横向运动407b的水喷雾402b，与没有横向运动分量的水喷雾相比，具有横向运动的水喷雾示出了改进的颗粒去除能力。

在图4C所示的实施方案中，空气射流404c由致动器400通过喷嘴 403c产生，以便从视觉传感器410的传输表面411去除颗粒。在实施方案中，致动器400及其相应的空气射流404c可以是包括SCU的更大的致动器阵列的一部分。

在图4D所示的实施方案中，水喷雾402d由致动器400通过喷嘴 401d产生，以便从视觉传感器410的传输表面411去除颗粒。在这种情况下，水被供应至致动器400的内部(未示出)，并与通过喷嘴401d 排出的空气一起被推出。在另一个实施方案中(未示出)，水被供应到附接至喷嘴401d的适配器中。在另一个实施方案中(未示出)，水被供应至喷嘴401d的旁边，使得由通过喷嘴401d的空气射流产生水雾 402d。

转到图5A和图5B，图5A和图5B示出了根据本发明的实施方案、与机动车共同使用时的传感器清洁单元和视觉传感器的各种封装配置的实施方案。在图5A中描绘的实施方案中，封装壳体530同时包括致动器500a和带有传输表面520a的视觉传感器510a。致动器喷嘴501a 构建在壳体530中。在该实施方案中，致动器500a和视觉传感器510a 被设计成一同工作，其中视觉传感器510a通过与其相关的控制硬件和控制软件命令致动器500a，控制硬件和拉制软件确定导航性能何时低于一定的安全阈值，并且何时需要通过使用致动器501a来清洁传输表面520a。

在图5B描绘的实施方案中，致动器500b和视觉传感器510b关于封装壳体相互独立。在该实施方案中，致动器适配器501b附接至致动器500b，从而引导空气射流502b更有效地去除传输表面520b上的颗粒。

图6A至图6C示出了根据本发明的实施方案、与360度视觉传感器一同使用时的传感器清洁单元。在图6A描述的实施方案中，致动器 603a安装在视觉传感器600a上或安装在其下方，以便从围绕视觉传感器600a 360度延伸的传输表面610a中去除颗粒。在该实施方案中，致动器603a包括沿视觉传感器600a的圆周分布的多个喷嘴602a，以便围绕视觉传感器600a的整个圆周释放空气射流601a。

在图6B描绘的实施方案中，致动器603b安装在视觉传感器600b 上或安装在其下方，以便从围绕视觉传感器600b 360度延伸的传输表面610b中去除颗粒。在该实施方案中，致动器堆叠603b包括多个致动器，其中极性喷嘴阵列602b围绕视觉传感器600a的整个圆周释放空气射流601b。

在图6C描述的实施方案中，致动器603c安装在电动挡板604c上方或安装在其下方，以便从围绕视觉传感器600c 360度延伸的传输表面 610c中去除颗粒。在该实施方案中，致动器603c在围绕传输表面610 的圆周旋转时，通过喷嘴602c产生空气射流601c。在实施方案中，旋转挡板604c由CECU、VSECU或VECU控制，以便将喷嘴602c定位成在传输表面610c的圆周上受到附着至传输表面的颗粒视觉阻挡的位置处产生空气射流601c。

图7是根据本发明的一个实施方案、与移动车辆一同使用时的传感器清洁系统集成配置的示例。在该实施方案中，车辆700可以是自动驾驶车辆或者辅助驾驶车辆。在实施方案中，车辆700配备有车辆电子传感器701(VES)，其任务是将用于传感器清洁目的的所需输入提供至以下元件：作为车辆系统(不是清洁系统)一部分的车辆电子控制单元 702(VECU)、清洁电子控制单元705(CECU)、视觉传感器710、 720、730、740、750(VS)。在实施方案中，VS 710、VS 720、VS 730、 VS 740、VS 750可以利用视觉传感技术，诸如雷达、激光雷达，或视觉光谱(诸如通过摄像机)。

在实施方案中，VS 710、VS 720、VS 730、VS 740、VS 750被集成到车辆外部表面，诸如前保险杠和后保险杠、车门、轮罩、车顶和引擎盖。在替代实施方案中，VS 710、VS 720、VS 730、VS 740、VS 750 可以作为独立的安装件与车辆车身的外部分开安装，例如安装在车辆车顶行李架或车辆车身底部的舱。在实施方案中，某些VS集成到车辆的外部表面中，而其他则VS作为独立安装件被安装。

在实施方案中，车辆700还配备有专用于清洁相应的VS的传感器清洁单元715、725、735、745、755(SCU)，；在实施方案中，传感器清洁单元传感器716(SCUS)包括诸如摄像机、降水传感器、气流传感器等的传感器，所述传感器提供CECU所需的输入以用于命令SCUS。在实施方案中，车辆700还配备有视觉传感器721(VSS)和视觉传感器电子控制单元722(VSECU)。

图7描述的传感器清洁系统的实施方案可以以多种配置操作。在一个实施方案中(“独立系统法”)所述清洁系统的控制权独立于车辆 700或VS 710、VS 720、VS 730、VS740、VS 750。在这种情况下， CECU 705从SCUS 716接收清洁所需的数据。从SCUS 716接收的数据包括在传输表面上被颗粒阻挡的区域的尺寸。CECU 705分析数据，并向SCU 715、SCU725、SCU 735、SCU 745、SCU 755的阵列提供诸如启动/关闭、电压振幅、致动频率、工作周期以及波形类型的命令， SCU 715、SCU 725、SCU 735、SCU 745、SCU 755的阵列在车辆700 的不同位置处与它们的相应的视觉传感器相关联。根据该实施方案， CECU 705命令整个SCU阵列、或命令SCU阵列的一部分、或命令单个SCU。当控制一个以上的SCU时，CECU 705根据诸如VS被指派任务的类型、车辆周围的位置、以及所述VS所暴露的本地气流条件等参数，同时向各个SCU提供不同的命令。

在一个实施方案中(“第二层法”)，SCU 715、SCU 725、SCU 735、 SCU 745、SCU 755分别由被指派为清洁任务的VS 710、VS 720、VS 730、 VS 740、VS 750控制。每个SCU通过包括VSSCU 721和VSECU 722 的VS系统接收命令。根据该实施方案，VSS 721或VS 720向VSECU722 提供清洁所需的数据。VSECU 722命令专用的SCU 725。SCU 725执行清洁动作，并且一旦VSS 721或VS 720向VSECU 722提供已达到所需的视觉水平或与VS 720相关联的有关性能的输入，SCU 725就可以停止工作。

在一个实施方案中(“OEM法”)，所述清洁系统由包括VES 721 和VECU 702的车辆系统所控制。VECU 702从VES 721接收清洁请求。 VECU 702命令SCU 715、SCU 725、SCU735、SCU 745、SCU 755阵列或SCU 715、SCU 725、SCU 735、SCU 745、SCU 755中的一个或多个SCU。

在控制SCU阵列的一个实施方案中(“混合法”)，SCU阵列中的个体或SCU阵列的一部分由上述讨论的方法之一(例如，独立系统法、第二层法、或OEM法)控制，而所述阵列的一个或多个部分由上述讨论的其他方法操作，使得整个阵列由所提供的至少两种方法控制。

图8是根据本发明的一个实施方案、与移动车辆一同使用时的传感器清洁系统的操作的示意性示例。在该实施方案中，传感器清洁系统使清洁性能适应于动态车辆条件。在该实施方案中，向清洁电子控制单元 835(CECU)提供一系列的外部环境输入、操作输入、机械输入(诸如液滴尺寸840、行驶速度845、表观风方向速度850和传输表面800 的物体检测状态855)。

CECU 835提供输入，诸如具有短上升和长下降的某一频率的梯形波形810、低频正弦波形820、高频正弦波形830，并且还可以包括额外的信号调节参数，诸如调制频率和工作周期，以便控制一个或多个传感器清洁单元致动器815来去除颗粒801、802、或803，诸如不同直径、接触角和密度的液滴；这些颗粒位于对视觉传感器的性能来说具有不同的重要性的传输表面804、805、806的不同位置。

已经发现的是，清洁性能是致动参数(诸如致动频率和波形)的函数。因此，在一个实施方案中，当所述控制系统感应到某一尺寸的颗粒时，那么其就会传输具有短上升和下降的梯形波形指令。从无电压急剧增加到峰值电压的波形形状转变为由致动器产生的突然的空气射流。当所述空气射流在很短的时间段内高速撞击传输表面时，位于被空气射流撞击的区域附近的液滴受激发而丧失平衡，并且与邻近的液滴凝聚在一起，进而形成更大的润湿区域。

已经发现的是，与小得多的液滴相比，空气射流能更有效地将这些凝聚的湿润区域在传输表面上运输更远的距离。还发现的是，同一种波形(诸如纯正弦波)的不同致动频率能在传输表面上更好地运输不同尺寸的液滴。在优选的实施方案中，使用了预先设计的信号。这些预先设计的信号被构造成包括具有频率范围内的具体频率的波形序列，该具体频率被定制为用于某一场景。例如，预先设计的信号可能从一定数量的梯形波开始，以便打破和凝聚液滴，随后是低频正弦波周期，以便在传输表面上运输液滴，同时降低致动器消耗的功率。一旦从表面上去除了液滴，作为维持模式，所述信号可能会变为工作周期为25％的脉宽调制，这意味着并不能完全去除颗粒，但是能延缓颗粒的积累的低功率消耗空气射流。

表1表示了实验数据，所述实验数据示出了应用清洁周期时在传输表面上看到的情况。Y轴示出了传输表面的阻挡水平评估。换句话说，清洁系统(通过其传感器)记录有多少传输表面被水滴阻挡。X轴是时间。从左开始到右侧，在水滴降落到表面之前传输表面上没有阻挡。一旦应用致动器，所述阻挡水平下降，这意味着致动器正在去除部分水滴并且清洁部分表面。曲线表示了传输表面上的液滴具有尺寸不同的情况。

如表1所示，所述致动器对不同尺寸的液滴有不同的影响。

图9A、图9B、图9C、图9D、图9E和图9F示出了使用根据本发明的实施方案的致动器的致动频率和水滴尺寸之间的依赖关系。图9A、图9B和图9C示出了从传输表面分别地去除直径为4mm、0.1mm、 0.01mm的水滴的高频率(1040Hz)致动器。图9D、图9E和图9F示出了从传输表面分别地去除直径为4mm、0.1mm、0.01mm的水滴的低频率(360Hz)致动器。

从图9A至图9F可以看出，虽然高频率致动器具有较高的速度，但致动频率对去除不同尺寸的液滴有更大的影响。因此，高频率致动器在去除大液滴方面非常有效但对较小的液滴效果较差，而低频率致动器具有相反的效果。因此，在实施方案中，致动器使用高频率来去除较大尺寸的液滴(例如，约4mm的液滴)，而使用低频率来去除较小尺寸的液滴(例如，约0.01mm的液滴)。在实施方案中，选择中间频率来去除中等尺寸的液滴(例如，在约0.01mm至约4mm之间的液滴)。

图10A、图10B、图10C、图10D和图10E示出了使用根据本发明的实施方案的致动器的空气射流与多种直径的水滴之间的相互作用。具体来说，图10A、图10B、图10C、图10D和图10E示出了空气射流与覆盖传输表面的4mm液滴之间的相互作用。空气射流的初始冲击导致附近的液滴与附近的其他液滴凝聚在一起。

此外，如图10所示，使用特定的波形在空气射流最初撞击的光学表面处产生凝聚。图10A至图10E示出了短时间内的致动的情况。图 10A示出了致动0.7秒的情况下的传输表面。图10B示出了致动0.95 秒的情况下的传输表面。图10C示出了致动1.24秒的情况下的传输表面。图10D显示了致动1.4秒的情况下的传输表面。图10E显示了致动 4.51秒的情况下的传输表面。如图10E所示，在4.51秒后，液滴已经凝聚并且表面得到了清洁。

图11示出了与光伏面板1100一同使用、使用合成射流致动器的传感器清洁单元。在实施方案中，致动器1110安装在太阳能光伏面板1100 的外围边缘上。在一个实施方案中，清洁电子控制单元(未示出)被配置为接收指示光伏面板1100的表面1111受到阻挡的发电效率数据。当阻挡水平达到一定阈值时，启动致动器1110以创建射流1115，所述射流1115被引导横跨光伏面板1100的表面1111，以清洁表面1111上的诸如灰尘、花粉等的阻挡物。

Claims (18)

1.一种用于清洁车辆视觉传感器表面的系统，所述系统包括：

传感器清洁单元，所述传感器清洁单元安装在车辆上，具有被配置为将流体射流引导到车辆视觉传感器上的至少一个致动器；

传感器清洁单元传感器，所述传感器清洁单元传感器安装在车辆上，具有被配置为捕获车辆附近的环境传感器数据的至少一个环境传感器；

清洁电子控制单元，所述清洁电子控制单元被配置为接收来自传感器清洁单元传感器的环境传感器数据，并且基于接收到的环境数据确定用于控制所述传感器清洁单元的至少一个致动器的驱动频率和驱动振幅中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述环境传感器包括降水传感器或配置为确定表观风速和风向的气流传感器中的至少一个。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述降水传感器被配置为确定降水事件期间雨滴直径的尺寸。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述清洁控制单元设定有从用于0.01mm直径尺寸雨滴的360Hz至用于4mm直径尺寸雨滴的1040Hz范围内的驱动频率。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述致动器采用脉冲波调制的方式运行。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括与所述传感器清洁单元连接的水源，其中，

所述清洁电子控制单元还被配置为基于接收到的环境数据来选择来自水源的水或环境空气之一，以用于与传感器清洁单元的致动器一起使用。

7.一种用于清洁车辆视觉传感器表面的系统，所述系统包括：

传感器清洁单元，所述传感器清洁单元安装在车辆上，具有被配置为将流体射流引导到车辆视觉传感器上的至少一个致动器。

8.根据权利要求6所述的系统，还包括：

清洁电子控制单元，所述清洁电子控制单元被配置为接收来自车辆视觉传感器的视觉传感器传输表面阻挡水平数据，所述视觉传感器传输表面阻挡水平数据指示对穿过车辆视觉传感器传输表面的传输信号的阻挡量，其中

当对传输信号的阻挡量超过预定阈值时，所述清洁电子控制单元确定用于控制传感器清洁单元的至少一个致动器的驱动频率和驱动振幅中的至少一个。

9.一种用于清洁车辆视觉传感器表面的方法，所述方法包括：

从安装在车辆上的传感器清洁单元传感器捕获车辆附近的环境传感器数据；

通过清洁电子控制单元确定驱动频率和驱动振幅中的至少一个，以用于控制安装在车辆上的传感器清洁单元的至少一个致动器；

通过传感器清洁单元的至少一个致动器产生流体射流，以清洁车辆视觉传感器表面。

10.一种用于清洁太阳能光伏面板表面的系统，所述系统包括：

传感器清洁单元，该传感器清洁单元安装在太阳能光伏面板的外围边缘上，具有被配置为将流体射流引导到太阳能光伏面板上的至少一个致动器；

清洁电子控制单元，该清洁电子控制单元被配置为从与太阳能光伏面板相关联的控制单元、或与储能测量装置相关联的控制单元接收发电效率数据，所述储能测量装置与清洁系统相关联，所述发电效率数据指示光伏面板受到的阻挡，

当发电效率的值低于预定阈值时，所述清洁电子控制单元确定驱动频率和驱动振幅中的至少一个，从而控制传感器清洁单元的至少一个致动器。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述致动器包括至少一个加热元件，以便控制流体射流的温度。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述致动器包括一个排放装置和一个打开或封堵喷嘴的电子控制的喷嘴盖，从而在不使用时防止污染物进入致动器。

13.根据权利要求1所述的系统，其中水被供应至所述致动器，当水与流体射流结合时，产生水喷雾。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述致动器安装在电动挡板上或安装在其下方，以便从传输表面上去除颗粒，该传输表面围绕车辆安装的视觉传感器包覆360度，其中，

所述致动器在围绕传输表面的圆周旋转的同时产生流体射流；

并且旋转挡板由与视觉传感器、清洁系统或车辆系统中的一个或多个相关联的电子控制单元所控制，以便将流体射流定位在传输表面的圆周上被附着的颗粒阻挡视觉的位置。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述致动器与视觉传感器集成，并且所述流体射流被导引通过传输表面，所述传输表面被成形为弯曲的表面，以便覆盖用于空气动力学、光学、环境或其他目的的视觉传感器。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器清洁单元还包括两个流体射流喷嘴，其中，

一个水喷嘴位于所述两个流体射流喷嘴之间，以用于释放水，所述水喷嘴被配置成使得从流体射流喷嘴中分配的流体射流与来自水喷嘴的水相结合，从而产生水喷雾。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述两个流体射流分别以不同的电压振幅运行，使得每个空气射流以交替的方式在不同的时间达到最大振幅。

18.根据权利要求17所述的系统，其中通过水喷嘴释放的水的流量与所述两个流体射流的峰值电压振幅同步，以便产生具有横向运动的水喷雾。

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