CN116215455A - 具有防冻功能的传感器清洁系统 - Google Patents

Abstract

一种传感器清洁系统，在喷气传感器清洁系统中并且具有防冻和解冻功能。该传感器清洁系统包括：分配器，具有通道并且具有多个出口，压缩空气被引入到该通道中。分配器配置为将压缩空气从通道分配到每个出口。该系统的阀与该分配器整体形成并且能够打开或关闭以允许或防止压缩空气通过每个出口供应。系统的加热元件配置为将热施加至分配器，并且控制器配置为当满足预设条件时操作加热元件。

Description

具有防冻功能的传感器清洁系统

技术领域

本公开涉及一种用于车辆的传感器清洁系统。更具体地，本公开涉及一种在空气射流传感器清洁系统中的具有防冻和解冻功能的传感器清洁系统。

背景技术

最近，车辆配备有驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统辅助车辆的驾驶员以确保或保证在各种驾驶情况下的安全操作。除了驾驶员辅助系统之外，正在积极对自主车辆进行研究和开发，在自主车辆中，车辆可在没有驾驶员干预的情况下自行驾驶。

在这种驾驶员辅助系统或自主车辆中，各种类型的环境传感器安装在车辆上，这些环境传感器可以以各种方式检测车辆的周围环境。安装在这种车辆上的环境传感器的实例可包括雷达、激光雷达、照相机等。

由于这些传感器安装在车辆的外部，所以感测区域可能容易被诸如灰尘、雨或雪的异物弄脏或污染。由于这些传感器的清洁度应保持在一定水平以维持传感器的性能或功能性，所以车辆配备有传感器清洁系统，该传感器清洁系统可当感测区域被污染时清洁传感器。

发明内容

因此，考虑到在相关技术中出现的上述问题，做出了本公开。本公开的目的是提供一种能够防止由于冻结而引起的故障的传感器清洁系统。

本公开不限于上述目标。本公开的其他目的可以从以下描述中明显理解，并且可以通过权利要求中描述的装置及其组合来实现。

为了实现本公开的目的，本公开提供了一种用于车辆的传感器清洁系统。该传感器清洁系统包括：分配器，具有通道并且具有多个出口，压缩空气被引入到该通道中。分配器配置为将压缩空气从通道分配到每个出口。传感器清洁系统还包括阀，该阀与分配器整体形成并且能够被打开或关闭以允许或防止压缩空气通过每个出口被供应。传感器清洁系统还包括：加热元件，配置成用于将热施加到分配器；以及控制器，配置成当满足预设条件时操作该加热元件。

根据本公开，传感器清洁系统可防止由于冻结而引起的故障。

本公开的效果不限于上面描述的那些。本领域普通技术人员从以下描述中应当清楚地认识到其他效果。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本公开的上述和其他目标、特征以及优点应当被更清楚地理解，在附图中：

图1是示出了用于清洁传感器的空气清洁系统的配置的示图；

图2是示出了车辆中的空气清洁系统的示意性布置的示图；

图3是示意性示出了根据本公开的传感器清洁系统的示图；

图4是示出了根据本公开的具有防冻功能的传感器清洁系统的配置的示图；

图5是示出了根据本公开的一些实施方式的阀和分配器的示图；

图6是图5的阀和分配器的分解立体图；

图7是图5的阀的剖视图；

图8是示出了根据本公开的设置在阀和分配器上的温度传感器的示图；

图9是图5的阀和分配器的局部侧视图；

图10是示出了根据本公开的一些实施方式的阀和分配器的示图；

图11是图10的阀和分配器的局部放大图；

图12是图10的阀和分配器的局部放大图；以及

图13A至图15B是示出了根据本公开的各种实施方式的传感器清洁系统的控制流程图。

具体实施方式

本公开实施方式中所阐述的具体结构或功能描述仅用于描述本公开的实施方式。根据本公开的概念的实施方式可以许多不同的形式体现。本公开不应解释为仅局限于本文中所阐述的实施方式，而是应解释为覆盖落入本公开的构思和技术范围内的修改、等同替代或替换。

应当理解，尽管本文中可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不背离本公开的教导的情况下，下面所讨论的第一元件可以称为第二元件。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

应当理解，当元件被称为“联接”或“连接”至另一元件时，其可直接联接或连接至其他元件，或者其间可存在中间元件。相反，应当理解的是，当元件称为“直接联接”或“直接连接”至另一元件时，则不存在中间元件。解释元件之间的关系的其他表达，诸如“在…之间”、“仅在…之间”、“邻近于”或直接邻近于”应当以相同的方式解释。

贯穿本公开的各个图和实施方式，相同的参考标号表示相同的部件。本文中使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而并非旨在进行限制。在本公开中，除非上下文另有明确指示，否则单数形式旨在也包括复数形式。还应当理解，当在本说明书中使用术语“包括”、“包含”、“具有”等时，其指定所述特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。当本公开的部件、装置、元件等被描述为具有目的或执行操作、功能等时，部件、装置或元件在本文中应当认为是“配置为”满足该目的或执行该操作或功能。

在下文中，将参考附图详细描述本公开。

如上所述，为了保持环境传感器感测车辆周围环境的性能或功能性，需要定期清洁传感器表面。例如，环境传感器可能被异物(诸如灰尘和沙子)污染，并且可能在降水期间被雨滴或雪污染。具体地，在主动自主车辆中，车辆基于由环境传感器识别的关于周围环境的信息(诸如交通灯、行人、道路类型、建筑物和周围车辆)驾驶。如果环境传感器的表面被异物污染，则周围环境的识别变得困难或不可能，并且主动自主驾驶同样变得困难或不可能。因此，传感器清洁系统执行重要的功能，传感器清洁系统能够通过帮助环境传感器在不失真的情况下清晰地检测周围环境以及去除传感器表面上的污染物来实现驱动。

环境传感器可以使用清洗液和/或使用高压空气来清洁。在前者中，使用清洗液清洁传感器，并且使用空气射流移除传感器上的水。在后者中，仅喷射高压空气以从传感器表面去除异物。

参照图1描述了使用空气射流来清洁环境传感器的后一种情况。在传感器清洁系统中，空气清洁系统1配置为使用压缩空气清洁环境传感器。空气清洁系统1通过在环境传感器2的表面上喷射压缩空气来执行清洁。环境传感器2包括传感装置，诸如激光雷达、雷达或照相机，并且可布置在车辆的前部、后部、侧部和车顶上。

更具体地，通过设置在车辆中的空气过滤器4过滤的空气被引入到压缩机6中。由压缩机6压缩的空气被喷射到环境传感器2的表面上，以去除环境传感器2上的异物。环境传感器2包括多个环境传感器2a、2b和2c。虽然在附图和说明书中示出了三个环境传感器，但是数量不限于此。

另外，空气清洁系统1具有储气罐8。储气罐8可以填充有通过压缩机6压缩的空气或者填充有来自外部装置的空气。填充在储气罐8中的空气可以用于清洁环境传感器2。

空气清洁系统1的控制器10配置为在预设时间段内或在预设情况下(例如，当环境传感器2检测到污染时)操作阀12(例如，电磁阀)。因此，压缩空气从压缩机6或储气罐8被分配、引导、排出或喷射至每个环境传感器2，并且由此执行环境传感器2的清洁。分配器14设置或整体形成在阀12上，以通过为每个环境传感器2设置的喷嘴16分配压缩空气。

压缩机6设置有温度传感部分18。由温度传感部分18检测到的压缩机6的温度被传输到空气清洁系统1的控制器10。控制器10配置为监测压缩机6的温度，从而防止压缩机6操作时超过操作极限温度。如果压缩机6达到操作极限温度，则控制器10可以控制以停止操作压缩机6，直到压缩机6的温度下降。

参考图2，压缩机6和储气罐8可通常设置在车辆的前部上。空气应该从设置在车辆前部上的压缩机6和储气罐8供应到设置在车辆的前部F、侧部、车顶R和后部RR上的环境传感器2a、2b和2c。在这种情况下，在高压下储存在储气罐8中的空气在储气罐8和分配器14中经历快速的压降，并且穿过具有小直径和非常长的长度的软管。已经经历快速压降的空气可能容易达到露点而被液化，或者潮湿空气中的水分可能冻结。

软管可能由于在软管的内表面上形成的结露冻结而被堵塞。此外，由于水滴在喷嘴16的端部处的冻结可能发生堵塞。此外，在储气罐8和分配器14的压降点处，由于空气的快速升华和水分的冻结而可能发生堵塞。这可能使得无法清洁传感器，由于环境传感器的污染而难以执行自主驾驶，和/或在严重情况下引起事故。

具体地，因为诸如喷嘴或软管的部分在由于冻结而堵塞时不能判断其自身的故障并且可能不具有故障安全性，所以系统立即停止，使得不能自主驾驶。此外，在储气罐的情况下，铝材料经常由于其轻质和高耐压性二被使用。在这种情况下，当由于空气射流分散或喷射过程中的突然压降并且储气罐的表面温度非常低而使温度下降时，储气罐更易于结冰。

因此，本公开旨在提供具有防冻和除冰或除霜功能的空气清洁系统。通过解决由突然的压降引起的冻结的问题，本公开旨在防止由于冻结而造成软管和喷嘴的堵塞。因此可以防止在驾驶期间，尤其是在自主驾驶期间可能发生的事故。

如图3和图4所示，根据本公开的空气清洁系统1包括加热元件20。在一个实施方式中，加热元件20设置在分配器14上。如上所述，分配器14可与阀12整体形成。加热元件20可以通过施加到其的电压产生热，从而防止在分配器14中形成结露和冻结。

参考图5和图6，根据本发明的一些实施方式，加热元件20安装在分配器14上以围绕分配器14。如图7所示，在一个实施方式中，加热元件20可以设置为围绕与分配器14整体形成的阀12的通道112的外部。在一个实施方式中，加热元件20可以设置在用于将分配器14安装在安装位置处的支架30上。具体地，加热元件20可以布置在支架30上以围绕分配器14的出口214或通道112的外部。加热元件20可以在支架30的纵向方向上延伸。一个或两个加热元件20可以设置成围绕分配器14的所有出口214。

加热元件20设置有连接至电源线、控制器10等的连接器40。连接器40可以定向成使得组装或附接以及分离是容易的。加热元件20配置为使得路径可以沿支架30的表面改变。参考标号114表示分配器14的入口，空气从储气罐8引入到该分配器中。

如图8和图9所示，分配器14包括温度传感器24。温度传感器24可设置在连接器40周围，并可检测通道112或分配器14的出口214周围的温度。温度传感器24的测量值可以是用于确定加热元件20的操作的基础。

如图10至图12所示，根据本发明的一些实施方式，加热元件20可以配置为围绕分配器14的每个出口214或每个阀12的通道112。换言之，多个加热元件20可以设置在分配器14上。至加热元件20的电力供应和与控制器10的连接可通过控制阀12的操作的连接器50整体实施。可替代地，可以仅为加热元件20提供单独的连接器。温度传感器24可设置在分配器14的出口214或阀12的通道112周围，以检测温度。

根据本发明的一些实施方式，加热元件20可以设置在储气罐8上且在储气罐8的入口和出口周围设置。加热元件20可以通过施加的电压产生热量，从而防止储气罐8形成结露和冻结，具体地，在储气罐8的入口和出口处。根据本发明的一些实施方式，储气罐8设有排水阀26，用于排出储气罐8内产生的水。在一些实施方式中，可以设置水位传感器34来测量在储气罐8中产生的水的水位。

作为非限制性实例，加热元件20可以是热垫。非纺织物和镍铬合金线可应用于热垫的外壳和加热线。此外，本公开不限于这些材料，并且可以使用其他可以的已知材料。然而，选择具有足够的抗振性和耐热性的材料。根据本公开，可以应用各种类型的加热元件20。作为一个非限制性实例，加热元件20可以是线性加热元件。线性加热元件是使用镍、铁-铬线等的串联结构的加热元件。作为另一非限制性实例，加热元件20可以是平面加热元件。例如，作为平面加热元件，可以应用氧化铟锡(ITO)膜、金属网膜、透明平面加热元件膜、正温度系数(PTC)加热膜、远红外加热膜等。然而，本公开不限于此，并且可以使用本领域普通技术人员已知的可应用的加热元件。

返回图3，空气清洁系统1还可包括加热软管22。空气清洁系统1的空气通路可形成有加热软管22。加热软管22还可以像加热元件20一样通过所施加的电压来操作。由于空气软管通常具有非常小的直径和非常长的长度，所以空气软管可能由于高压空气在大气压下的排放和非常低的室外温度引起压降而容易冻结。因此，根据本公开，空气通路形成有加热软管22，从而当空气流动时增加空气温度并防止结冰。

控制器10接收由温度传感器24感测到的温度。此外，控制器10配置为基于所测量的温度操作加热元件20和加热软管22。当根据通过控制器10确定需要加热而对加热元件20和加热软管22施加电压时，根据加热线的物理特性产生热。

参考图13A至图15B，描述了根据本公开的控制具有防冻功能的空气清洁系统的方法。

如图13A所示，控制器10接收车辆打开的输入(步骤S1)。当车辆启动时，温度传感器24连续地感测分配器14的温度，并且控制器10从温度传感器24收集分配器14的温度。控制器10确定收集的分配器14的温度是否小于预设的设定值(步骤S3)。在此，设定值可以是0℃，但是可以根据情况改变。如果确定分配器14的温度低于设定值，则控制器10操作加热元件20(步骤S5)。在此，加热元件20的操作还可以包括加热软管22的操作。在下文中，为了简单起见，加热元件20和加热软管22的操作将被称为加热元件20的操作。因此，由于加热元件20和加热软管22的操作，分配器14的温度可以升高以防止冻结或执行解冻。当加热元件20操作时，控制器10连续地接收来自温度传感器24的温度信息以确定分配器14的温度是否达到预设允许值(步骤S7)。如果分配器14的温度高于允许值，则控制器10停止向加热元件20施加电压，从而停止加热元件20的操作(步骤S9)。作为非限制性实例，允许值可以是10℃。然而，该允许值可以根据使用而改变。

根据本公开，用于确定加热元件20的操作的基础可改变以减少功率消耗并且增加系统耐用性。根据一些实施方式，如图13B所示，控制器10也可使用关于室外温度的信息作为确定加热元件20的操作的基础(步骤S3’)。当分配器14的温度和室外温度低于设定值时，控制器10可操作加热元件20。此外，如图13C所示，根据本公开的一些实施方式，控制器10可将确定存在车辆的自主驾驶功能作为用于确定加热元件20的操作的基础。控制器10确定是否开启自主驾驶模式，使得加热元件20仅在需要传感器清洁的自主驾驶模式中操作(步骤S2)。此外，可以基于分配器14的温度确定加热元件20是否操作。由于以下步骤与图13A的那些相同，因此省略其重复描述。

如图14所示，根据本发明的一些实施方式，控制器10可基于外部条件(即，车辆中的其他系统的操作条件)来确定加热元件20的操作，而不用确定由温度传感器24测量的分配器14的温度是否小于允许值(步骤S4)。例如，当驱动特定解冻系统以防止由于车辆中的其他控制器上的冻结而引起的故障时，控制器10可响应于来自其他控制器的信号确定加热元件20的执行。为此，控制器10可被配置为与另一系统的控制器通信以用于在车辆中执行解冻。

根据本公开的一些实施方式，空气清洁系统1可确定空气清洁系统1的由于冻结而引起的故障，然后校正该故障。如图15A所示，如果车辆启动(步骤S1)，则控制器10确定自主驾驶模式是否启动(步骤S2)。当自主驾驶模式打开(步骤S2中的是)并且控制器10打开阀12以清洁传感器时，控制器10观察分配器14的压力的变化。控制器10确定分配器14的压力的变化是否小于预设最小值(步骤S12)。如果即使当打开指令被传递至阀12时分配器14的压力也没有变化或几乎没有变化(步骤S12中的是)，则可以预测由冻结引起的堵塞。在这种情况下，控制器10确定发生了由冷冻引起的堵塞并且操作加热元件20以执行解冻。

此外，控制器10可根据气象条件确定冻结的可能性(步骤S14)。例如，控制器10可收集关于降雨的信息和关于室外温度的信息，以确定或预测在没有降雨并且室外温度低于零时以更高的概率发生的由冻结引起的堵塞(步骤S14中的是)。换言之，即使当打开命令被传输至阀12但是分配器14的压力变化小于最小值并且存在由于气象条件而冻结的可能性时，控制器10也可操作加热元件20(步骤S16)。当自主驾驶停止时(步骤S2中为否)、当存在高于预设最小值的压力变化时(步骤S12中为否)、并且当不存在冻结的可能性时(步骤S14中为否)，空气清洁系统可确定不操作加热元件20(步骤S18)。

如图15B所示，根据本公开的一些实施方式，控制器10可使用来自另一控制器的信息作为确定是否发生冻结的基础。当启动自主驾驶模式时(步骤S2中为是)，控制器10从自主驾驶系统的自主驾驶控制器接收传感器清洁尝试失败(步骤S13中为否)(步骤S13)。例如，可能存在以下情况：清洁指令从自主驾驶控制器传输至传感器清洁系统的控制器10，但是传感器清洁由于冻结引起的堵塞而未执行(步骤S13中为否)。尽管收到多个传感器清洁执行指令，自主驾驶控制器仍可通知控制器10清洁已失败，并且控制器10可基于该信息确定空气清洁系统1被冻结。此外，当根据气象条件存在冻结的可能性时(当不存在降雨并且室外温度低于零时)(步骤S15中的是)，并且当分配器14的压力变化也小于最小值时(步骤S17中的是)，控制器10可操作加热元件20(步骤S19)以解决冻结。当自主驾驶停止时(步骤S2中为否)、当存在高于预设最小值的压力变化时(步骤S17中为N)、当不存在冻结的可能性时(步骤S15中为否)以及当传感器清洁已经完成或成功执行时(步骤S13中为是)，空气清洁系统可确定不操作加热元件20(步骤S21)。

根据本公开，能够防止空气清洁系统的故障。

根据本公开的空气清洁系统可以使用附加的部件实施和/或通过控制逻辑和一些部件的改变来实施，而无需对包装、传感器清洁系统部件做出大的改变。

根据本公开内容的空气清洁系统可以判断由冷冻引起的故障并且例如通过将冷冻的材料解冻来解决冷冻问题。

尽管已经参考附图中示出的具体实施方式描述了本公开，但是对于本领域普通技术人员应当清楚的是，在不背离在所附权利要求中描述的本发明构思的范围的情况下，可以以各种方式改变和修改本公开。

Claims (16)

1.一种用于车辆的传感器清洁系统，所述系统包括：

分配器，具有通道并且具有多个出口，压缩空气被引入到所述通道中，所述分配器配置为将压缩空气从所述通道分配到所述多个出口中的每个出口；

阀，与所述分配器整体形成，并且所述阀能够打开以允许压缩空气通过所述多个出口中的每个出口供应或者关闭以防止压缩空气通过所述多个出口中的每个出口供应；

加热元件，配置为将热施加至所述分配器；以及

控制器，配置为当满足预设条件时操作所述加热元件。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：

温度传感器，设置在所述分配器上以检测所述分配器的温度并且将检测到的温度传输至所述控制器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器配置为基于从所述温度传感器接收的所述分配器的温度操作所述加热元件。

4.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括：

支架，所述分配器安装在所述支架上，所述加热元件定位在所述分配器与所述支架之间。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热元件设置成围绕所述分配器。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述加热元件设置在所述分配器上以围绕所述通道的外部。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热元件设置成用于所述多个出口中的每个出口。

8.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器配置为：

从所述温度传感器接收所述分配器的温度；并且

当所述分配器的温度小于一预设值时，操作所述加热元件。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器配置为：

在操作了所述加热元件之后从所述温度传感器连续地接收所述分配器的温度；并且

当所述分配器的温度超过一预设允许值时，停止操作所述加热元件。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器配置为：

当所述分配器的温度和室外温度都小于一设定值时，操作所述加热元件。

11.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器配置为：

确定车辆的自主驾驶模式是否开启；并且

当车辆的所述自主驾驶模式开启并且从所述温度传感器接收的温度小于设定值时，操作所述加热元件。

12.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器配置为控制所述阀的操作。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述控制器配置为当在所述阀打开的情况下所述分配器的压力变化小于预设最小值时操作所述加热元件。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述控制器配置为仅在室外温度和降雨都满足预设条件时操作所述加热元件。

15.根据权利要求12所述的系统，所述系统还包括：

加热软管，配置为使从所述出口排出的压缩空气流动至目标喷嘴，并且所述加热软管配置为产生热。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器配置为当确定在所述阀打开的情况下压缩空气没有从所述目标喷嘴排出时，操作所述加热元件。

Images