CN115179899A - 一种全天候视野清洁装置 - Google Patents

Abstract

一种全天候视野清洁装置，属于车辆清洁技术领域。所述的全天候视野清洁装置由前风挡、超声波换能器阵列、激光发生器、雨量传感器、摄像头、颗粒物传感器、红外成像仪、控制系统、电子仪表屏幕及中控屏幕组成。其目的是以低能耗的方式，快速实现驾驶员的无障碍的前视野，提供全天候的无阻碍的视距，极大的保障安全行车。此装置可以实现前风挡的快速除雨、除水、除冰、除霜除雾、除雾，并能够在低能见度环境下的提供正常视距的前方视野。

Description

一种全天候视野清洁装置

技术领域

本发明涉及车辆清洁技术领域，具体涉及一种全天候视野清洁装置。

背景技术

驾驶员安全行车最重要的一个因素是洁净的视野，但目前汽车所使用的刮水器在清除前风挡表面附着力较强的污染物(虫胶、树胶，鸟粪)、浮尘、冰、雪、霜等影响视野的物质时无法做到快速清除，或者在清除时又会因玻璃水的使用带来更多的泥污，需要刮水器多次摆动才能清除，对驾驶员安全形成带来新的安全隐患。此外，前风挡刮水器因需要机械刮臂的带动，会增加整车风阻，这点对于电动车获得长续航更为重要；刮水器刮片与前风挡直接的机械摩擦还会产生尖锐的异响，对驾驶员的驾驶时专注度产生不利影响；玻璃水喷到风挡后，车内常常会闻到玻璃水所含的挥发性物质的刺鼻气味；玻璃水及刮片作为损耗品，在更换或补充不及时的情况下，车辆遇到雨雪、泥沙等突发状况时，前视野会极大的降低，造成严重的安全隐患。

因此，现有的车窗清洁装置存在耗能量大，且由于影响驾驶员前方视野，造成安全隐患等问题。

现有技术中，专利文献CN112739583A公开了“车窗清洁方法、车窗清洁装置及车辆”，该系统可根据污染物的位置识别，对风挡上的污染物进行定点清除，但并未对超声波阵列可清除的污染物类型进行描述。本专利则针对不同的污染物类型使用不同类型的清洁执行器对风窗进行清洁，扬长避短，实现对风窗的高效率快速清洁。专利文献CN104709241A公开了“节能型超声波隐形汽车雨刷系统”，实现对风窗表面上水、冰、雾、霜、灰尘、虫胶、树胶、鸟粪等污染物的清除，同时还具备实现低能见度环境下超视距视野的能力。

综上，现有的车窗清洁装置耗能量大，且由于影响驾驶员前方视野，造成安全隐患。

发明内容

本发明解决了现有的车窗清洁装置耗能量大，且由于影响驾驶员前方视野，造成安全隐患的问题。

本发明所述的一种全天候视野清洁装置，所述装置包括前风挡、超声波换能器阵列、两个激光发生器、雨量传感器、摄像头、颗粒物传感器、红外成像仪、控制系统、电子仪表屏幕和中控屏幕；

所述超声波换能器阵列将液体污染物雾化，并从前风挡表面弹走；

所述激光发生器对前风挡上局部区域黏着的高附着力污染物进行清除；

所述雨量传感器识别车辆所处外界环境的降水量水平，当其识别到降水量达到前风挡最大排水量时，则向控制系统发出信号，控制系统启动超声波换能器阵列进行强制排水；

所述摄像头对前风挡状况进行实时的拍摄，并将实时影像发送至控制系统；

所述颗粒物传感器感知车辆周边的颗粒物水平，并将环境中颗粒物的信息反馈给控制系统，当颗粒物浓度超出前风挡自清洁阈值后，则启动超声波换能器阵列自动清除风挡浮尘；

所述红外成像仪提供全天候的交通环境的热力图，并将实时的热力图像信号传递至控制系统；

所述控制系统处理雨量传感器、摄像头、红外成像仪和颗粒物传感器反馈的信息，并通过指标比对和视觉处理模块，对超声波换能器和激光发生器的工作状态进行主动干预，实现对前视野清洁程度的识别、判断与自动控制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述前风挡采用聚碳酸酯材质制成；

所述前风挡的外表面通过飞秒或纳秒激光蚀刻形成微纳米超疏水表面结构。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述超声波换能器阵列发出20kHz～100kHz超声波脉冲，使前风挡产生10微米左右高频振幅。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述超声波换能器阵列安装在前风挡黑边区域内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述两个激光发生器对称安装在车辆前发盖上，且距离前风挡表面50cm～160cm。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述激光发射器发射激光的波段是非可见红外光波段。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述摄像头面向前风挡，安装在车辆前发盖的纵向对称面上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述雨量传感器安装在前风挡上方，且位于车辆纵向对称平面上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述红外成像仪安装在车辆最前端的位置上；

所述车辆最前端的位置包括前发盖、进气格栅、车标和前保险杠。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述颗粒物传感器安装在车辆最容易收到灰尘的位置上；

所述车辆最容易收到灰尘的位置包括前发盖、进气格栅、车标和前保险杠。

本发明解决了现有的车窗清洁装置耗能量大，且由于影响驾驶员前方视野，造成安全隐患的问题。具体有益效果包括：

本发明所述的一种全天候视野清洁装置，从驾驶员安全行车所需要的清洁视野的基本构成要素除雨、除水、除冰、除雾、除霜、除污出发，将高分子材料、表面处理、振动除污、高能除污、超视距成像等技术通过自动控制系统结合在一起，实现高效率的除雨、除水、除冰、除雾、除霜、除污，实现最大化提升行车安全的全天候的视野清洁转装置，同时该装置兼具低能耗、低风阻、无异响、无异味、无损耗的特点。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是具体实施方式所述的系统构型原理图。

图2是具体实施方式所述的整车布置构型图。

图3是具体实施方式所述的超声波清洁自动工作逻辑图。

图4是具体实施方式所述的激光清洁自动工作逻辑图。

图5是具体实施方式所述的红外成像辅助自动工作逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施方式所述的一种全天候视野清洁装置，所述装置包括前风挡、超声波换能器阵列、两个激光发生器、雨量传感器、摄像头、颗粒物传感器、红外成像仪、控制系统、电子仪表屏幕和中控屏幕；

所述超声波换能器阵列将液体污染物雾化，并从前风挡表面弹走；

所述激光发生器对前风挡上局部区域黏着的高附着力污染物进行清除；

所述雨量传感器识别车辆所处外界环境的降水量水平，当其识别到降水量达到前风挡最大排水量时，则向控制系统发出信号，控制系统启动超声波换能器阵列进行强制排水；

所述摄像头对前风挡状况进行实时的拍摄，并将实时影像发送至控制系统；

所述颗粒物传感器感知车辆周边的颗粒物水平，并将环境中颗粒物的信息反馈给控制系统，当颗粒物浓度超出前风挡自清洁阈值后，则启动超声波换能器阵列自动清除风挡浮尘；

所述红外成像仪提供全天候的交通环境的热力图，并将实时的热力图像信号传递至控制系统；

所述控制系统处理雨量传感器、摄像头、红外成像仪和颗粒物传感器反馈的信息，并通过指标比对和视觉处理模块，对超声波换能器和激光发生器的工作状态进行主动干预，实现对前视野清洁程度的识别、判断与自动控制。

本实施方式中，所述前风挡采用聚碳酸酯材质制成；

所述前风挡的外表面通过飞秒或纳秒激光蚀刻形成微纳米超疏水表面结构。

本实施方式中，所述超声波换能器阵列发出20kHz～100kHz超声波脉冲，使前风挡产生10微米左右高频振幅。

本实施方式中，所述超声波换能器阵列安装在前风挡黑边区域内。

本实施方式中，所述两个激光发生器对称安装在车辆前发盖上，且距离前风挡表面50cm～160cm。

本实施方式中，所述激光发射器发射激光的波段是非可见红外光波段。

本实施方式中，所述摄像头面向前风挡，安装在车辆前发盖的纵向对称面上。

本实施方式中，所述雨量传感器安装在前风挡上方，且位于车辆纵向对称平面上。

本实施方式中，所述红外成像仪安装在车辆最前端的位置上；

所述车辆最前端的位置包括前发盖、进气格栅、车标和前保险杠。

本实施方式中，所述颗粒物传感器安装在车辆最容易收到灰尘的位置上；

所述车辆最容易收到灰尘的位置包括前发盖、进气格栅、车标和前保险杠。

本实施方式基于本发明所述的一种全天候视野清洁装置，并结合具体对象提供一种实际的实施方式：

如图1所示，所述的全天候视野清洁系统由前风挡、超声波换能器阵列、激光发生器、雨量传感器、摄像头、颗粒物传感器、红外成像仪、控制系统、电子仪表屏幕及中控屏幕组成。其目的是以低能耗的方式，快速实现驾驶员的无障碍的前视野，提供全天候的无阻碍的视距，极大的保障安全行车。此系统可以实现前风挡的快速除雨、除水、除冰、除霜除雾、除雾，并能够在低能见度环境下的提供正常视距的前方视野。

1)前风挡：前风挡作为本专利所属的全天候视野清洁系统的核心基础部分，前风挡可采用聚碳酸酯材质实现全天候视野清洁系统所需要的基础功能，如下：

A.自清洁：聚碳酸酯前风挡外表面需通过飞秒或纳秒激光蚀刻形成微纳米超疏水表面结构，由此可以实现在小到中雨的环境中，通过前风挡视野的自清洁，减少超声、激光清洁系统的介入，降低系统能耗；

B.耐冲击：聚碳酸酯材料具有优秀的耐冲击性能，可以免去传统无机前风挡中常用的夹胶层，由此实现材质均匀的前风挡结构，为超声波清洁技术的低能耗提供良好的工作基础；

C.低质量：超声波清洁技术需要通过超声波换能器将高频电信号转换为机械能激励起整个风挡的高频微米级振幅的机械振动，聚碳酸酯材料密度更低，可进一步降低超声波换能器阵列的功率；

D.低导热率：聚碳酸酯材料导热率很低，在高湿、低温环境下可延缓前风挡结雾、上霜的时间；

E.激光防护：通过对聚碳酸酯材料改性优化，可使前风挡具备吸收或耗散激光清洗常用波段激光的能力，由此可避免激光清洗时潜在的对乘员的伤害。

2)超声波换能器阵列：如图2所示，超声波换能器阵列可安放在前风挡内边面的黑片区域内，通过换能器使前风挡产生20kHz以上的机械振动，由此可将液体污染物雾化并从风挡表面弹走、防止低附着力灰尘、污染物粘附在风挡表面、风挡表面的高加速度机械振动使污染物弹走、风挡表面形成气垫降低风挡表面摩擦系数，防止污染物粘附。实现对前风挡整体的清洁，实现清除风挡表面雨水、冰霜及浮尘等低附着力污染物，避免前视野被大雨、冰霜遮挡，也可完全消除由于浮尘所引起的炫光。超声波换能器通过发出20kHz～100kHz超声波脉冲(方波、扫频等波形)，迫使前风挡产生10微米左右高频振幅，将前风挡上的低附着力污染物清除，为保证合理的功耗水平，超声波换能器阵列的持续工作功率应不超过150W，峰值功率不超过300W。

3)激光发生器：激光发生器以车辆纵向对称面为基准，对称布置在车辆前发盖上，激光发生器距前风挡表面距离介于50cm～160cm以内，每个激光发生器内应具备2个激光发射器，提供高效的顽固污染物的清除能力。激光波长应选择非可见红外光波段(如1064nm)，通过脉宽8-9ns的激光脉以30kHZ的重复频率对前风挡上的污染物进行清除，激光发生器总功率低于100W。此外，激光发生器只针对风挡上局部区域黏着的高附着力污染物进行清除，激光发射的俯仰、横摆角可通过MEMS或OPA结构实现。

4)雨量传感器：如图3所示，雨量传感器用于识别车辆所处外界环境的降水量水平，当其识别到降水量达到超疏水前风挡最大排水量时，则向控制系统发出信号，启动超声波换能器阵列进行强制排水，保证在极端降水条件下的清洁的视野。

5)摄像头：如图4所示，摄像头面向前风挡，安放于前发盖上的车辆纵向对称面上,通过对前风挡实时的拍摄，将实时影像发送至控制系统，控制系统通过图形处理对污染物位置及类型进行识别。

6)红外成像仪：如图5所示，红外成像仪位于车辆最前端的结构上，如前发盖、进气格栅、车标、前保险杠等结构上，用于提供全天候的交通环境的热力图，并将实时的热力图像信号传递至控制系统，当出现低能见度环境时，则自动将热力图像实时的呈现在车辆电子仪表屏幕或中控屏幕里，为驾驶员提供正常视距的前方视野，提升低能见度环境下的安全性能。

7)颗粒物传感器：颗粒物传感器位于车辆最容易收到灰尘、泥污侵袭的最前端的结构上，如前发盖、进气格栅、车标、前保险杠等结构，用于感知车辆周边的颗粒物水平，并将环境中颗粒物的信息反馈给控制系统，当颗粒物浓度超出前风挡自清洁阈值后，则启动超声波换能器阵列自动清除风挡浮尘.

8)控制系统：控制系统负责处理雨量传感器、摄像头、红外成像仪、颗粒物传感器所反馈的信息，通过指标比对、视觉处理等模块，对超声波换能器、激光发生器的工作状态进行主动干预，实现对前视野清洁程度的识别、判断与自动控制。

以上对本发明所提出的一种全天候视野清洁装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述装置包括前风挡、超声波换能器阵列、两个激光发生器、雨量传感器、摄像头、颗粒物传感器、红外成像仪、控制系统、电子仪表屏幕和中控屏幕；

所述超声波换能器阵列将液体污染物雾化，并从前风挡表面弹走；

所述激光发生器对前风挡上局部区域黏着的高附着力污染物进行清除；

所述雨量传感器识别车辆所处外界环境的降水量水平，当其识别到降水量达到前风挡最大排水量时，则向控制系统发出信号，控制系统启动超声波换能器阵列进行强制排水；

所述摄像头对前风挡状况进行实时的拍摄，并将实时影像发送至控制系统；

所述颗粒物传感器感知车辆周边的颗粒物水平，并将环境中颗粒物的信息反馈给控制系统，当颗粒物浓度超出前风挡自清洁阈值后，则启动超声波换能器阵列自动清除风挡浮尘；

所述红外成像仪提供全天候的交通环境的热力图，并将实时的热力图像信号传递至控制系统；

所述控制系统处理雨量传感器、摄像头、红外成像仪和颗粒物传感器反馈的信息，并通过指标比对和视觉处理模块，对超声波换能器和激光发生器的工作状态进行主动干预，实现对前视野清洁程度的识别、判断与自动控制。

2.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述前风挡采用聚碳酸酯材质制成；

所述前风挡的外表面通过飞秒或纳秒激光蚀刻形成微纳米超疏水表面结构。

3.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述超声波换能器阵列发出20kHz～100kHz超声波脉冲，使前风挡产生10微米左右高频振幅。

4.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述超声波换能器阵列安装在前风挡黑边区域内。

5.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述两个激光发生器对称安装在车辆前发盖上，且距离前风挡表面50cm～160cm。

6.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述激光发射器发射激光的波段是非可见红外光波段。

7.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述摄像头面向前风挡，安装在车辆前发盖的纵向对称面上。

8.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述雨量传感器安装在前风挡上方，且位于车辆纵向对称平面上。

9.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述红外成像仪安装在车辆最前端的位置上；

所述车辆最前端的位置包括前发盖、进气格栅、车标和前保险杠。

10.根据权利要求1所述的一种全天候视野清洁装置，其特征在于，所述颗粒物传感器安装在车辆最容易收到灰尘的位置上；

所述车辆最容易收到灰尘的位置包括前发盖、进气格栅、车标和前保险杠。

Images