CN114640778B - 一种自动驾驶车辆相机清洁系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种自动驾驶车辆相机清洁系统，包括：壳体，作为清洁系统的支撑构件；光学视窗，配置在壳体的前部，且具有一旋转轴线，在壳体的前部绕自身的旋转轴线旋转设置；相机，配置在壳体的内部，且与光学视窗的旋转轴线重合，所述相机面向光学视窗与其共同参与成像的道路场景；及旋转清洁机构，配置在壳体的内部，且与相机相对分离设置，用于驱动光学视窗在壳体的前部相对相机高速旋转以能够通过离心效应清洁光学视窗表面。本申请将相机和旋转清洁机构相对分离，结构简单可靠，零件数量少，可以快速适应各类不同性能，尺寸要求相机的通用性传感器清洁方案，从而在保证了清洁能力的同时，提高了方案的适应性。

Description

一种自动驾驶车辆相机清洁系统

技术领域

本申请涉及自动驾驶领域，尤其涉及一种自动驾驶车辆相机清洁系统。

背景技术

近年来，自动驾驶，辅助驾驶等技术得到了业界的关注，并得到了长足的发展和广泛的应用，而相机是这些技术和应用所需要的核心传感器之一。然而，在实际的使用中，雨水，雾气，灰尘，碎片，或是其他污染物，都会附着在相机上，影响相机的视场角和清晰度，进而会影响相应的自动驾驶/辅助驾驶功能，严重情况下，会可能使整个功能失效，危及到乘客和车辆的安全。

现有技术中往往采用高速旋转技术来清洁相机表面，该技术通过将相机集成或安装到电机的内部主轴上，实现相机镜头的高速旋转，或者有的将相机整体包裹在传动机构之内，且机构较为复杂，当相机或机构出现问题后，可能需要更换整套系统，其更换和修理的费用和代价相对较高。

发明内容

本申请的目的在于克服现有技术中相机集成或安装到电机的内部主轴上或者整体包裹在传动机构之内时，所带来的更换和修理的费用和代价相对较高的缺陷。

为此，本发明提供一种自动驾驶车辆相机清洁系统，采用该装置可以实现相机和旋转清洁机构相对分离，且维修和更换都更加简单，其技术方案如下：

一种自动驾驶车辆相机清洁系统，包括：壳体，作为清洁系统的装配构件；光学视窗，配置在壳体的前部，且具有一旋转轴线，在壳体的前部绕自身的旋转轴线旋转设置；相机，配置在壳体的内部，且与光学视窗的旋转轴线重合，所述相机面向光学视窗与其共同参与成像的道路场景；及旋转清洁机构，配置在壳体的内部，且与相机相对分离设置，用于驱动光学视窗在壳体的前部相对相机高速旋转以能够通过离心效应清洁光学视窗表面。

可选的，所述壳体包括齿轮箱壳、中心板以及后壳，三者依次拆卸式组装；所述齿轮箱壳的前部开设有窗口，所述光学视窗配置在窗口处且相对齿轮箱壳旋转设置，所述相机配置在所述后壳和中心板之间以相对光学视窗设置。

可选的，所述旋转清洁机构包括传动装置和驱动装置，所述传动装置设置在所述齿轮箱壳和中心板之间，所述驱动装置设置在所述后壳和中心板之间，所述驱动装置驱动传动装置带动光学视窗相对齿轮箱壳和相机旋转以能够通过离心效应清洁光学视窗表面。

可选的，所述光学视窗包括相机镜片和密封轴套，所述相机镜片拆卸安装在所述密封轴套上，所述密封轴套背离相机镜片的端部伸入至齿轮箱壳的窗口内，且与所述齿轮箱壳的接触部位采用迷宫式密封结构旋转连接。

可选的，所述迷宫式密封结构包括设于齿轮箱壳的前部上的多组且呈同心圆设置的第一插环，所述密封轴套与相机镜片接触安装的端部边缘设有多组第二插环，多组所述第二插环呈同心圆设置，所述第一插环和第二插环相互错位插接。

可选的，相邻两个所述第一插环之间的间距以及相邻两个所述第二插环之间的间距依次按照宽窄结构的规律变化设置。

可选的，所述传动装置包括空心齿轮轴和用于在驱动装置的驱动下带动空心齿轮轴旋转的传动部，所述相机面向光学视窗的端部伸入至空心齿轮轴内且与相机镜片相对设置，所述密封轴套的端部伸入至齿轮箱壳和中心板之间且与空心齿轮轴的端部拆卸连接以保持同步旋转。

可选的，所述空心齿轮轴的外壁上设有多个连通内外且以用于供相机和壳体内部之间气体流通的透气孔，多个所述透气孔围绕所述空心齿轮轴周向等间隔设置。

可选的，所述齿轮箱壳上连通内外且以用于供壳体内部和外界气体流通的螺孔，所述螺孔内螺纹连接有设有单向膜设置的透气阀。

可选的，所述清洁系统还包括喷头装置，所述喷头装置安装在中心板上以对相机镜片进行喷射清洗液。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明将相机和旋转清洁机构相对分离，并且结构简单可靠，零件数量少，可以快速适应各类不同性能，尺寸要求相机的通用性传感器清洁方案，从而在保证了清洁能力的同时，提高了方案的适应性；同时在清洁的过程中，不会遮挡相机的视场角，相对于传统的使用雨刮等其他常见清洁方式在工作过程中，会遮挡相机视场角，可能会错过某些重要的物体，容易导致安全事故；

2、本发明将相机和旋转清洁机构相对分离，当其中一部分出现问题后，其维修和更换都更加简单、方便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实施例一中一种自动驾驶车辆相机清洁系统的结构示意图；

图2为本实施例一中一种自动驾驶车辆相机清洁系统的爆炸示意图；

图3为本实施例一中一种自动驾驶车辆相机清洁系统的剖面示意图；

图4为本实施例一中显示密封轴套和齿轮箱壳之间的迷宫式密封结构的示意图；

图5为本实施例一中显示齿轮箱壳、中心板和后壳三者之间显示密封圈位置的示意图；

图6为本实施例一中显示齿轮箱壳上螺孔特征的示意图；

图7为本实施例一中显示空心齿轮轴上透气孔特征的示意图；

图8为本实施例一中显示喷头装置的位置示意图；

图9为本实施例二中一种自动驾驶车辆相机清洁系统的结构示意图；

图10为本实施例二中显示壳体内部多个空心齿轮轴传动的示意图。

附图标记说明：

100、光学视窗；101、相机镜片；102、密封轴套；1021、通孔；200、齿轮箱壳；201、窗口；202、螺孔；300、中心板；301、型面定位件；302、第一密封圈；400、后壳；401、第二密封圈；500、相机；600、传动装置；601、空心齿轮轴；6011、透气孔；602、齿轮传动轴；6021、顶丝联轴器；603、轴承；700、驱动装置；701、驱动电机；702、电机支架；800、控制板；801、控制板支架；802、防水连接器；901、第一插环；902、第二插环；1000、透气阀；1001、干燥剂；1002、喷头装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参照图1、图2所示，本申请实施例提供了一种自动驾驶车辆相机清洁系统，包括：壳体、光学视窗100、相机500以及旋转清洁机构，壳体作为清洁系统的装配构件，在本实施例中主要包括齿轮箱壳200、中心板300以及后壳400，三者依次组装成一个整体；在齿轮箱壳200的中间位置处开通有窗口201，光学视窗100配置在齿轮箱壳200的窗口201处，且具有一旋转轴线，在齿轮箱壳200的前部绕自身的旋转轴线旋转设置，即光学视窗100被约束为旋转设置在齿轮箱壳200上。相机500设置在中心板300以及后壳400之间，且与光学视窗100的旋转轴线重合，也即相机500和光学视窗100被约束为居中设置，相机500面向光学视窗100与其共同参与成像的道路场景；旋转清洁机构配置在壳体的内部，且与相机500相对分离设置，旋转清洁机构包括传动装置600和驱动装置700，传动装置600安装在在齿轮箱壳200和中心板300之间，驱动装置700安装在后壳400和中心板300之间，驱动装置700驱动传动装置600带动光学视窗100相对齿轮箱壳200和相机500旋转以能够通过离心效应清洁光学视窗100的表面。

将相机500以及光学视窗100均与旋转清洁机构分离开来，互相不影响，结构简单可靠，零件数量少，可以快速适应各类不同性能、尺寸要求的通用性传感器清洁方案，从而在保证了清洁能力的同时，提高了方案的适应性，且通过高速旋转产生的离心惯性力，将如水滴，灰尘，碎片等脏污，甩离光学视窗100表面，在此过程中，无任何其他物体和光学视窗100接触，不会对光学视窗100表面产生二次损伤，也不会在清洁过程中引入对相机500视野的额外影响；同理，由于相机500以及光学视窗100和旋转清洁机构相对分离，当其中一部分出现问题后，其维修和更换都更加简单。

在本实施例中，需要说明的是，该相机500还可以是其他替代的传感器，如摄像机，它还可以是CCD(电荷耦合器件)传感器或包括微型光电二极管矩阵的CMOS传感器。在本实施例中还是以为相机500为例进行说明。

请继续参考图2，光学视窗100在本实施例中包括两部分，分别为相机镜片101和密封轴套102，相机镜片101拆卸安装在密封轴套102上，优选的，相机镜片101可以粘接固定在密封轴套102的端部上。密封轴套102大小与齿轮箱壳200上开设的窗口201相适配，密封轴套102背离相机镜片101的端部从窗口201伸入至齿轮箱壳200的内部，且密封轴套102被约束为旋转连接于齿轮箱壳200上。

另外，相机镜片101外侧可以替代地或另外具有以下一种或多种性能：疏水、红外线过滤、光催化、超疏水、疏脂、亲水或超亲水、抗砾石或能够降低污垢粘附的任何其他表面处理。特别地，由于相机镜片101的外侧的疏水性，任何水滴都会在外表面上滴流而不留下痕迹，因为水不能粘附到该外表面上。可选的，可以在相机镜片101的外侧镀一层疏水膜，以增强旋转离心的清洁效果。而内侧镀有增透膜和防雾膜，可以增强其透光度，减少潜在的炫光影响，并增强其防雾性能。

继续参考图2、图3所示，在一个例子中，传动装置600包括传动部和空心齿轮轴601，传动部用于在驱动装置700的驱动下带动空心齿轮轴601进行旋转，空心齿轮轴601设置在相机500和相机镜片101之间，密封轴套102伸入至齿轮箱壳200内的端部通过螺钉连接的方式固定在空心齿轮轴601的端部上，如在密封轴套102上开设多个通孔1021，在通孔1021内螺纹连接螺钉等以螺接的方式固定在空心齿轮轴601上，因此在空心齿轮轴601旋转的时候，密封轴套102连同粘接其上面的相机镜片101也会以相同速度转动，继而通过1000~10000RPM或更高转速的高速转动，附着在相机镜片101上的各类脏污会被甩离镜片，从而实现对于相机镜片101的清洁。

请继续参考图2，相机500设置在空心齿轮轴601的轴线上，如此设置能够缩短整体机构的长度，使整体机构更紧凑。相机500面向相机镜片101的端部伸入至空心齿轮轴601内且与其共同参与成像的道路场景。其中相机500通过设置于中心板300上的型面定位件301进行定位后，再通过后壳400压紧，使整体装配更简单。

在另一个例子中，传动部可以是齿轮传动组、弹性传动辊，或滚子或者带轮组或者链轮组，在本实施例中以齿轮传动组为例进行说明，具体包括齿轮传动轴602，在齿轮传动轴602上可以设置主动齿轮，在空心齿轮轴601上可以设置从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮相互啮合连接。当然还可以是在齿轮传动轴602上设置主动带轮，在空心齿轮轴601上设置从动带轮，两者之间通过皮带实现传动。具体的传动形式不做限制，任何能够实现两者同步传动的均可。

请继续参考图2、图3所示，驱动装置700包括驱动电机701，驱动电机701设置在中心板300和后壳400之间，驱动电机701通过电机支架702固定安装在中心板300上，齿轮传动轴602的端部穿设中心板300后与驱动电机701的输出轴固定连接。可选的，在齿轮传动轴602的外壁上集成有顶丝联轴器6021，用于和驱动电机701的输出轴相连。在工作时，由驱动电机701带动齿轮传动轴602旋转，通过主动齿轮和从动齿轮的啮合或者带轮之间的传动，齿轮传动轴602会带动空心齿轮轴601转动，从而实现对于相机镜片101的清洁。可选的，为了使齿轮传动轴602和空心齿轮轴601的旋转更加的灵活，空心齿轮轴601和齿轮传动轴602均由不同尺寸的各类轴承603固定在齿轮箱壳200和中心板300之间。

在其他例子中，清洁系统还包括控制板800，控制板800设置于中心板300和后壳400之间，且通过控制板支架801固定在中心板300上。

请继续参考图2、图4以及图5所示，在本实施例中，还需要说明的是，为了保证相机镜片101的内侧不会起雾，从而保证相机500的成像效果，本实施例采用了对整体结构进行密封，其中包括静密封和动密封两种相结合的方式。对于静密封，在齿轮箱壳200和中心板300相互接触安装的部位设置有第一密封圈302，第一密封圈302位于中心板300上。中心板300和后壳400相互接触安装的部位设置有第二密封圈401，第二密封圈401设置于后壳400上，第一密封圈302和第二密封圈401均采用成熟的O型圈进行密封，可以起到很好的密封效果。同时由于本申请是应用相机500参与成像，可能会存在进出线的地方，因此还在有进出线的地方采用防水连接器802进行连接，能够起到很好的密封防水效果。

对于动密封，为了整体结构的密封性，在密封轴套102和齿轮箱壳200的接触部分采用迷宫式密封结构旋转连接，采用迷宫式密封结构在保障密封能力的同时，又能极大减小了密封轴套102和齿轮箱壳200之间的旋转负载，使方案整体的功耗明显变小。迷宫式密封结构包括第一插环901和第二插环902，第一插环901和第二插环902均设置为多组，其中多组设置的第一插环901在齿轮箱壳200的前部呈同心圆设置，另外，第一插环901还可以是类似呈环形状齿的形状，相邻的两个第一插环901之间的宽窄呈一定的规律进行变化。多组第二插环902设置在密封轴套102与相机镜片101接触安装的端部边缘，同时也呈同心圆设置，另外第二插环902也可以是与第一插环901类似齿的结构相互配合的沟或者槽的形状，相邻的两个第二插环902之间的宽窄与相邻的两个第一插环901之间的宽窄的规律进行变化相同设置。在将密封轴套102安装在齿轮箱壳200上时，第一插环901和第二插环902相互错位插接，从而能够形成缝隙宽窄规律变化的迷宫式密封结构。

请参考图2、图6以及图7所示，在本实施例中，还需要说明的是，由于使用的是相机500系统，为了保证相机500的使用正常，还需要对整体结构的透气以及湿度进行控制，在基于整体结构密封的情况下，本清洁系统还设置有用于气压平衡的透气结构和用于控制湿度的干燥剂1001。对于气压平衡的透气结构具体设置如下：首先是对相机500内部透气的设置，在空心齿轮轴601上设有多个连通内外且以用于相机500处空气和壳体内部气体相互流通的透气孔6011，采用透气孔6011的设置可以保证相机500处空气和壳体内部气体的流通，可以有效控制空心齿轮轴601内侧的空气湿度，从而有效控制相机镜片101上的起雾可能。可选的，多个透气孔6011围绕空心齿轮轴601周向等间隔设置，等间隔设置的透气孔6011可以让相机500处空气和壳体内部气体流通的更加均匀。其次是在针对整个系统与外界的气体流通，齿轮箱壳200的侧壁上设有螺孔202，螺孔202连通齿轮箱壳200的内外设置，用于齿轮箱壳200的内部和外界气体相互进行流通。在螺孔202的位置处螺纹连接有带有单向膜设置的透气阀1000，透气阀1000安装在齿轮箱壳200上的螺孔202上，主要用于和外界做气体交换，保证内外气压平衡和密封的有效性，且透气阀1000的单向膜可以保证外界的水汽不会进入到壳体的内部，从而避免起雾的可能。

另外，为了控制壳体内部的湿度，使用了干燥剂1001，将装有干燥剂1001的袋状或者块状物品通过胶水分别粘合在齿轮箱壳200和中心板300的中间，用于吸收壳体内部的水汽，从而达到控制内部湿度的目的。

因此本实施例中通过采用对整体壳体进行密封，并且使用透气阀1000和空心齿轮轴601上的透气孔6011特征平衡潜在的内外气压差，结合干燥剂1001控制壳体内部湿度的起雾防控手段。

请参考图8所示，清洁系统还包括喷头装置1002，喷头装置1002安装在中心板300上以对相机镜片101进行喷射清洗液。进一步提升了方案整体的脏污清除能力，且通过调整喷头装置1002喷射的时机，旋转转速等方面的配合，可以针对不同程度脏污的相机镜片101实施多种清洁策略，在有效清洁脏污的同时，使整体能耗最小，清洁时间最短。

本实施例原理：针对相机镜片101清洁时，通过驱动电机701带动齿轮传动轴602进行旋转，齿轮传动轴602通过齿轮啮合或者带轮传动带动空心齿轮轴601和密封轴套102同步高速旋转，在高速旋转的同时，相机镜片101上的脏污便会在离心效应下被甩出光学视窗100的表面，从而达到清洁的目的。

实施例二

实施例二与实施例一的区别之处仅在于：参照图9和图10所示，针对多种相机镜片101集成的情况，通过增加空心齿轮轴601的数量，通过齿轮传动轴602和空心齿轮轴601之间的齿轮啮合，即可拓展相机集成的数量。

以上所述仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，包括：

壳体，作为清洁系统的装配构件；

光学视窗(100)，配置在壳体的前部，且具有一旋转轴线，在壳体的前部绕自身的旋转轴线旋转设置，所述光学视窗(100)包括相机镜片(101)和密封轴套(102)，所述相机镜片(101)拆卸安装在所述密封轴套(102)上；

相机(500)，配置在壳体的内部，且与光学视窗(100)的旋转轴线重合，所述相机(500)面向光学视窗(100)与其共同参与成像的道路场景；及

旋转清洁机构，配置在壳体的内部，且与相机(500)相对分离设置，用于驱动光学视窗(100)在壳体的前部相对相机(500)高速旋转以能够通过离心效应清洁光学视窗(100)表面；所述旋转清洁机构包括传动装置(600)和驱动装置(700)；

所述传动装置(600)包括空心齿轮轴(601)和用于在驱动装置(700)的驱动下带动空心齿轮轴(601)旋转的传动部，所述相机(500)面向光学视窗(100)的端部伸入至空心齿轮轴(601)内且与相机镜片(101)相对设置，所述密封轴套(102)的端部与空心齿轮轴(601)的端部拆卸连接以保持同步旋转。

2.根据权利要求1所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述壳体包括齿轮箱壳(200)、中心板(300)以及后壳(400)，三者依次拆卸式组装；所述齿轮箱壳(200)的前部开设有窗口(201)，所述光学视窗(100)配置在窗口(201)处且相对齿轮箱壳(200)旋转设置，所述相机(500)配置在所述后壳(400)和中心板(300)之间以相对光学视窗(100)设置。

3.根据权利要求2所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述传动装置(600)设置在所述齿轮箱壳(200)和中心板(300)之间，所述驱动装置(700)设置在所述后壳(400)和中心板(300)之间，所述驱动装置(700)驱动传动装置(600)带动光学视窗(100)相对齿轮箱壳(200)和相机(500)旋转以能够通过离心效应清洁光学视窗(100)表面。

4.根据权利要求3所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述密封轴套(102)背离相机镜片(101)的端部伸入至齿轮箱壳(200)的窗口(201)内，且与所述齿轮箱壳(200)的接触部位采用迷宫式密封结构旋转连接。

5.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述迷宫式密封结构包括设于齿轮箱壳(200)的前部上的多组且呈同心圆设置的第一插环(901)，所述密封轴套(102)与相机镜片(101)接触安装的端部边缘设有多组第二插环(902)，多组所述第二插环(902)呈同心圆设置，所述第一插环(901)和第二插环(902)相互错位插接。

6.根据权利要求5所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，相邻两个所述第一插环(901)之间的间距以及相邻两个所述第二插环(902)之间的间距依次按照宽窄结构的规律变化设置。

7.根据权利要求4所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述密封轴套(102)的端部伸入至齿轮箱壳(200)和中心板(300)之间且与空心齿轮轴(601)的端部拆卸连接以保持同步旋转。

8.根据权利要求7所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述空心齿轮轴(601)的外壁上设有多个连通内外且以用于供相机(500)和壳体内部之间气体流通的透气孔(6011)，多个所述透气孔(6011)围绕所述空心齿轮轴(601)周向等间隔设置。

9.根据权利要求8所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述齿轮箱壳(200)上连通内外且以用于供壳体内部和外界气体流通的螺孔(202)，所述螺孔(202)内螺纹连接有设有单向膜设置的透气阀(1000)。

10.根据权利要求2所述的自动驾驶车辆相机清洁系统，其特征在于，所述清洁系统还包括喷头装置(1002)，所述喷头装置(1002)安装在中心板(300)上以对相机镜片(101)进行喷射清洗液。

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