JP7258146B2 - センサハウジング上の粒子の蓄積を防止するためのシステム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１２月１７日に出願された米国特許出願第１６／２２２，１２０号の利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。

自動車、トラック、オートバイ、バス、ボート、飛行機、ヘリコプター、芝刈り機、レクリエーション用車両、遊園地車両、農機具、建設機械、トラム、ゴルフカート、電車、トロリーなどの様々な種類の車両は、車両の環境内の物体を検出するために、様々な種類のセンサを装備し得る。例えば、自律走行車などの車両は、ＬＩＤＡＲ、レーダ、ソナー、カメラ、または車両の環境からのデータをスキャンおよび記録する他のそのようなイメージングセンサを含み得る。これらのセンサのうちの１つ以上からのセンサデータを使用して、物体およびそれらのそれぞれの特性（位置、形状、向き、速度など）を検出し得る。

しかしながら、これらの車両は、雨、雪、汚れ、結露などの環境要素にさらされることが多く、これらのセンサ上に異物および汚染物質の蓄積を引き起こし得る。典型的に、センサは、センサの内部センサ構成要素を異物および汚染物質から保護するためのカバーを含むが、時間が経過すると、カバー自体が汚れ得る。したがって、内部センサ構成要素によって送信および受信された信号が異物および汚染物質によって遮断されるため、内部センサ構成要素の機能が妨げられ得る。

本開示の態様は、センサハウジング上の粒子の蓄積を防止するためのシステムを対象とする。システムは、第１の表面を含むセンサハウジングと、モータであって、軸の周りにセンサハウジングを回転させるように構成されたモータと、スポイラエッジであって、第１の表面に隣接して配置され、センサハウジングの回転軸に垂直な第１の表面から離れて延在する、スポイラエッジと、を含み得る。

場合によっては、第１の表面は、疎水性コーティングでコーティングされてもよい。

場合によっては、第１の表面に隣接する位置は、センサハウジングの回転中の第１の表面に対する先行位置であり得る。

場合によっては、スポイラエッジは、第１の表面に実質的に平行な気流を生成するように構成され得る。いくつかの例では、気流は、粒子の軌道を変えるように構成されてもよい。いくつかの例では、気流は、異なるサイズを有する粒子の軌道を異なる量だけ変えるように構成されてもよい。いくつかの例では、気流は、第１の粒子の軌道を第１の量だけ変え、第２の粒子の軌道を第２の量だけ変えるように構成されてもよく、第２の粒子は、第１の粒子よりも小さく、第２の量は、第１の量よりも多い。

場合によっては、センサハウジングは、センサハウジングと接触する１つ以上の粒子に求心力を生成するように構成されてもよい。いくつかの例では、求心力は、回転軸の周りにセンサハウジングを回転させるモータによって生成される。

場合によっては、スポイラエッジは、センサハウジング上に影領域を投影するように構成されてもよい。

場合によっては、スポイラエッジは、第１の表面上に影領域を投影するように構成されてもよい。

場合によっては、第１の表面は、実質的に平坦であり得る。

場合によっては、第１の表面は、ハウジングウィンドウを含んでもよい。

場合によっては、システムは、車両をさらに含み得、センサは、車両に取り付けられている。

本開示の追加の態様は、センサハウジング上の粒子の蓄積を防止するためのシステムを対象とすることができる。このシステムは、センサハウジングを含むセンサと、センサハウジングに統合されたハウジングウィンドウと、スポイラエッジであって、ハウジングウィンドウに隣接して配置され、センサの回転軸に垂直なハウジングウィンドウから離れて延在する、スポイラエッジと、を含み得る。

場合によっては、システムは、回転軸の周りにセンサを回転させるように構成されたモータをさらに含んでもよい。

場合によっては、スポイラエッジは、ハウジングウィンドウ上に影領域を投影するように構成されてもよい。

場合によっては、スポイラエッジは、ハウジングウィンドウに実質的に平行な気流を生成するように構成され得る。

場合によっては、センサは、車両に取り付けられてもよい。いくつかの例では、システムは、車両をさらに含んでもよい。

本技術は、同様の参照番号が以下を含む同様の要素を指す添付図面の図において、限定としてではなく例として例解される。

本開示の態様による車両に取り付けられたセンサハウジングの例である。 本開示の態様によるモータに接続された例示的なセンサである。 本開示の態様によるスポイラエッジを有する例示的なセンサである。 本開示の態様による静止センサに向かう粒子軌道の例示図である。 本開示の態様による回転センサに向かう粒子軌道の例示図である。 本開示の態様による、異なる高さのスポイラエッジによって生成される例示的な影領域を示す。 本開示の態様による、異なるサイズの粒子がセンサハウジングと接触する可能性のある例示的な領域を示す。 本開示の態様によるセンサハウジングから放出される粒子の例示図である。

この技術は、適切な動作を保証するために、センサハウジングの１つ以上の部分に粒子が蓄積するのを防止することに関する。例えば、センサは、内部センサ構成要素を水、埃、汚れなどの粒子、および昆虫など他の汚染物質から保護するためのハウジングを含み得る。しかしながら、時間の経過とともに、ハウジング自体が粒子に覆われる可能性がある。したがって、内部センサ構成要素によって送信および受信された信号が粒子の蓄積によって遮断されるため、内部センサ構成要素の機能が妨げられ得る。これに対処するために、スポイラエッジを、センサハウジングに組み込むか、センサハウジングに取り付けることができる。スポイラエッジは、粒子の経路を変えて、信号が送信および／または受信されるセンサハウジングのエリアに粒子が蓄積するのを防止し得る。

車両は、他の車両、道路上の障害物、交通信号、標識、樹木など、車両の外部にある物体を検出するための１つ以上のセンサを有している場合がある。たとえば、図１に示すように、車両１０１は、レーザ、ソナー、レーダ、カメラ、および／または、車両内のコンピューティングデバイスによって処理される可能性のある画像を捕捉し、データを記録する任意の他の検出デバイスを含み得る。例えば、ＬＩＤＡＲ、レーダ、カメラ、ソナー、または他のそのようなイメージングセンサなど車両のセンサは、画像を捕捉し、物体、ならびにその特性、例えば、場所、配向、サイズ、形状、種類、移動の方向および速度などを検出し得る。画像は、センサによって捕捉された生の（すなわち、未処理の）データ、ならびに／またはカメラセンサによって捕捉された写真および映像を含み得る。画像はまた、処理された生のデータも含み得る。例えば、センサからの生のデータおよび／または前述の特性は、コンピューティングデバイスによる処理のために、記述関数またはベクトルに定量化または配置され得る。画像を分析して、車両の場所を判定し、必要に応じて物体を検出し、それに対応し得る。

センサは、車両の外部または内部の周囲に配置され得る。例えば、ハウジング１３０、１４０、１４２、１５０、１５２は、例えば、１つ以上のＬＩＤＡＲデバイスを含み得る。センサはまた、テールライト／方向指示灯１０４および／またはサイドミラー１０８など典型的な車両構成要素に組み込まれ得る。場合によっては、１つ以上のレーザ、レーダ、ソナー、カメラ、および／または他のそのようなイメージングセンサが、ハウジング１２２および１２０などの屋根に取り付けられてもよい。

車両センサは、内部センサ構成要素、および内部センサ構成要素を収容するためのハウジングから構成され得る。例えば、ハウジング１２２、１３０、１４０、１４２、１５０、および１５２と比較され得るセンサハウジング２１５は、図２に示されるように、ハウジングが錐台の形状になるように、側壁２０５を備えたドーム形状の上部２１７を有するように構成され得る。センサハウジングは錐台の形状で示されているが、センサハウジングは、球体、円柱、直方体、円錐、角柱、角錐、立方体など、またはそのような形状の任意の組み合わせなど、様々な形状およびサイズで構成され得る。センサハウジング２１５は、例えば、プラスチック、ガラス、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル、ポリエステルなどの材料で構成され得る。

センサハウジングは、内部センサ構成要素がハウジングウィンドウを通して１つ以上の信号を送受信できるように、センサハウジング上の特定の位置に構築されたハウジングウィンドウなどの表面を含み得る。例えば、センサハウジング２１５の側壁２０５は、図２にさらに示されるように、内部センサ構成要素２６０からの信号（図示せず）がセンサハウジング２１５を貫通できるようにハウジングウィンドウ２１６が組み込まれた平坦部２２６を含み得る。ハウジングウィンドウ２１６は、図２では円形として示されているが、ハウジングウィンドウには、様々な他の形状を使用することもできる。さらに、ハウジングウィンドウは、ハウジングの平坦でない表面に組み込まれ得る。言い換えれば、ハウジングウィンドウは平坦でなくてもよいが、実質的に平坦および／または湾曲していてもよい。

場合によっては、センサハウジング２１５全体、またはセンサハウジング２１５の大部分は、内部センサ構成要素によって送信および受信される信号が貫通可能であり、それにより、センサハウジング２１５の大部分または全体がハウジングウィンドウとして機能することを可能にする。したがって、ハウジングウィンドウ２１６は、側壁２０５の一部のみとして示されているが、場合によっては、側壁２０５全体がハウジングウィンドウとして構成されてもよい。さらに、センサハウジング２１５上に複数のハウジングウィンドウを配置することができる。ハウジングウィンドウ２１６は、センサハウジング２１５と同じ、またはそれとは異なる材料で構成され得る。

センサ２０１および／またはセンサハウジング２１５は、センサシャフトを介してモータに取り付けられ得る。例えば、図２にさらに示されるように、センサシャフト２３０は、第１の端部２３２および第２の端部２３４を含み得る。センサシャフトの第１の端部２３２は、センサモータ２２０に取り付けられ得、センサシャフトの第２の端部２３４は、センサカバーの基部２０６などで、センサ２０１および／またはセンサハウジング２１５に接続されてもよい。これに関して、センサシャフトの第１の端部２３２は、ベルト、ギア、チェーン、摩擦ローラなどを介してモータ２２０に取り付けられ得る。モータ２２０は、センサシャフト２３０を第１の方向２３５に回転させて、センサ２０１および／またはセンサハウジング２１５の全体も第１の方向２３５に回転させてもよい。いくつかの実施形態では、センサシャフト２３０は、センサハウジング２１５のみを回転させ、内部センサ構成要素２６０は回転させなくてもよい。センサ２０１、センサハウジング２１５、および／またはモータ２２０は、各々、車両の内部または外部に位置し得る。

スポイラエッジを、センサハウジングに組み込むか、センサハウジングに取り付けることができる。これに関して、スポイラエッジは、ハウジングウィンドウに隣接して配置され、スポイラエッジがハウジングウィンドウおよび／またはセンサハウジングから離れるように延在するように構成されてもよい。例えば、図３に示されるように、スポイラエッジ３１１は、センサ３０１（センサ２０１と比較してもよい）のためのセンサハウジング３１５のハウジングウィンドウ３１６に隣接して配置され得る。これに関して、スポイラエッジ３１１は、第１の方向３３５への回転中に、スポイラエッジがハウジングウィンドウ３１６に対して先行位置にあるように配置され得る。スポイラエッジ３１１は、センサ３０１の回転軸３２０に対して垂直の方向にハウジングウィンドウ３１６および／またはセンサハウジング３１５から離れて延在し得る。スポイラエッジ３１１は、センサハウジング３１５の直径のパーセンテージだけハウジングウィンドウ３１６および／またはセンサハウジング３１５から離れて延在されるか、またはさもなければ高くされてもよい。たとえば、スポイラエッジ３１１の高さは、センサハウジングの直径の５％～１００％の間であり得る。

スポイラエッジ３１１は、センサハウジング３１５および／またはハウジングウィンドウ３１６と同じまたは異なる材料であり得る。スポイラエッジ３１１を、センサハウジング３１５に接着、溶接、またはさもなければ取り付けることができる。場合によっては、スポイラエッジ３１１は、センサハウジング３１５および／またはハウジングウィンドウ３１６の統合された部分であり得る。

埃、汚れ、水、雪、氷などの粒子は、特にセンサが動いている場合に、センサハウジングに向かって軌道上（すなわち、空気中または環境中）に移動している可能性がある。例えば、図４Ａは、車両１０１（図示せず）などの車両に搭載、またはさもなければ取り付けられたセンサ３０１の上から見た図を示す。車両１０１が矢印４０１で示す第１の方向に移動すると、センサ３０１も第１の方向に移動し得る。矢印４０１の方向へのセンサ３０１の移動により、軌道４０２ａ、４０２ｂ、および４０２ｃをそれぞれ有する粒子４０９、４１０、および４１１など、センサ３０１の近傍にある粒子が、軌跡上の矢印で図示された第２の方向にセンサ３０１に向けられることがある。図４Ａは、第２の方向を第１の方向と反対として示しているが、第２の方向は、粒子がセンサハウジングおよび／またはハウジングウィンドウ３１６に向けられるような、第１の方向に対する任意の方向であり得る。

図４Ａに示すように、センサハウジング３１５が車両に対して回転していない場合、粒子４０９～４１１は、センサハウジング３１５および／またはスポイラエッジ３１１からの干渉があったとしても、ほとんどなく、それぞれの軌道４０２ａ～４０２ｃに沿ってセンサハウジング３１５に向かって継続し得る。例えば、粒子４０９～４１１は、それぞれの軌道４０２ａ～４０２ｃに沿って継続し、それぞれ位置４１２、４１３、および４１４でハウジングウィンドウおよびセンサハウジングと接触し得る。したがって、粒子４０９、４１０、および４１１は、センサ３０１の動作を潜在的に妨害する可能性がある。

スポイラエッジは、粒子がセンサハウジングに近づくときに粒子の経路を変える可能性がある。これに関して、方向４３５へのスポイラエッジ３１１およびセンサハウジング３１５の回転は、図４Ｂに示されるように、センサハウジング３１５およびハウジングウィンドウ３１６に対して平行またはほぼ平行に進み、スポイラエッジ３１１から離れるように移動する気流４２５を生成し得る。粒子４０９および４１０がこの気流４２５に入ると、図４Ｂにさらに示されるように、粒子は気流４２５にさらされ、それらのそれぞれの軌道４０２ａおよび４０２ｂが変えられ得る。軌道４０２ｃに沿って移動する粒子４１１は、衝突点４１５でスポイラエッジ３１１によって物理的に遮断され得る。したがって、粒子の一部または全部は、センサハウジング３１５および／またはハウジングウィンドウ３１６から離れる方向に向けられ、および／またはスポイラエッジによって遮断され得る。

センサハウジングの回転中に、スポイラエッジがセンサハウジング上に一定の長さを有する「影領域」を投影する場合がある。この影領域では、粒子がセンサハウジングに接触できない場合がある。例えば、図５Ａに示されるように、スポイラエッジ３１１およびセンサハウジング３１５は、方向４３５に回転し得る。スポイラエッジ３１１の回転により、スポイラエッジ３１１がセンサハウジング３１５およびハウジングウィンドウ３１６上に影領域５１１を投影する可能性がある。言い換えれば、影領域５１１は、粒子が影領域５１１内のセンサハウジング３１５および／またはハウジングウィンドウ３１６の一部に接触する軌道を有するすべての粒子を遮断するスポイラエッジ３１１の回転によって形成され得る。

影領域のサイズは、スポイラの高さ、スポイラエッジの回転速度、および／または粒子がセンサハウジングに近づく速度など、様々な特性を変えることによって調整され得る。これらの各特性は、センサが取り付けられている車両または他の物体の速度に依存する場合がある。これに関して、粒子（例えば、水滴）がセンサハウジングに速く近づくほど、影領域は小さくなる。当然、スポイラエッジの回転速度および／またはスポイラエッジの高さ（すなわち、ハウジングウィンドウから離れ、回転軸に垂直な距離）を増加させることによって、影領域が増加され得る。例えば、図５Ｂは、図５Ａのスポイラエッジ３１１に対して高さが増加したスポイラエッジ５１２によって形成される影領域５１３を示す。したがって、スポイラエッジ５１２によって投影される影領域５１３は、スポイラエッジ３１１よりもセンサハウジング３１５およびハウジングウィンドウ３１６のより広いエリアをカバーする。

センサハウジングとの接触が遮断されていない粒子は、センサハウジングおよび／またはスポイラエッジの回転によって生成される気流によって経路が変えられる可能性がある。粒子の経路への変更の量は、それぞれの粒子のサイズに基づいていてもよい。これに関して、より小さくて軽い粒子は、大きくて重い粒子の経路変更と比較して、気流４２５などスポイラエッジによって生成される気流によって、より大きな経路変更を受ける可能性がある。したがって、大きな粒子は、小さな粒子よりもスポイラエッジに近いセンサハウジングに接触する可能性がある。例えば、より大きな粒子の軌道は、気流４２５によってわずかにオフセットされ、それにより、図６に示されるように、スポイラエッジ３１１によって生成された影領域５１１に近い領域６１１において、より大きな粒子が、センサハウジング３１５および／またはハウジングウィンドウ３１６に接触することを可能にする。より小さな粒子の軌道は、影領域５１１および領域６１１の両方の外側にある領域６１２において、より小さな粒子がセンサハウジング３１５および／またはハウジングウィンドウ３１６に接触するように、気流４２５によってよりオフセットされ得る。さらに小さな粒子の軌道は、これらの小さな粒子が、影領域５１１、領域６１１、および領域６１２の両方の外側にある領域６１３において、センサハウジング３１５および／またはハウジングウィンドウ３１６に接触するようにオフセットされ得る。最小粒子の軌道は、それらがセンサハウジング３１５またはハウジングウィンドウ３１６に接触しないようにオフセットされ得る。

センサハウジングに接触した粒子は、センサハウジングを回転させることによって生成される求心力によって、センサハウジングから排出され、および／またはハウジングウィンドウから離れて移動し得る。これに関して、粒子の付着力は、センサハウジングとの粒子の接触面積にほぼ比例する可能性がある。接触面積は、粒子の直径の２乗に比例し得る。しかしながら、求心力は、粒子の質量に比例し、粒子の直径の３次関数として大きくなる場合がある。したがって、求心力は、粒子径が大きくなるにつれて、粒子の付着力よりも速く大きくなる可能性がある。したがって、センサハウジングまたはハウジングウィンドウに接触する可能性のある大きな粒子は、それらの付着力よりも大きな求心力を受け、センサハウジングを回転させることによって、センサハウジングから排出され、および／またはハウジングウィンドウから離れて移動する可能性がある。場合によっては、疎水性コーティングをセンサハウジングに適用して、粒子の付着力を低下させ、それによって粒子を除去および／または移動させる求心力の量を低下させることもできる。

図７Ａの例に移ると、粒子７０１は、センサ３０１のハウジングウィンドウ３１６に接触し得る。方向４３５へのセンサハウジング３１５の回転は、粒子７０１に求心力を生成させ得る。求心力により、粒子７０１は、図７Ｂに示されるように、ハウジングウィンドウ３１６から離れて、矢印７１０によって示される方向にセンサハウジング３１５を横切って移動し得る。継続的な求心力により、矢印７１５で示されるように、粒子７０１がセンサハウジング３１５から特定の方向に排出される可能性がある。したがって、粒子７０１は、センサ３０１の回転から生成される求心力によってセンサハウジング３１５から排除される。

ここで説明する機能により、センサハウジングが水、埃、汚れなどの粒子にさらされる状況でセンサが動作している場合でも、センサの継続使用が可能になる。このようにすることで、スポイラエッジは、センサハウジングおよび／またはハウジングウィンドウ上に粒子が蓄積するのを防止することができるので、中断することなく、または、人が手動でセンサを清掃する必要もなく、センサの動作を継続することができる。したがって、車両は、雨の中、雪の中、建設現場、オフロードの場所などの屋外など、そのような粒子を大量に発生させる環境で継続的に動作する可能性がある。このように、本明細書に記載された特徴は、センサのハウジングから異物および／または汚染物質を拭き取るためのワイパの必要性を排除し、これにより、センサハウジングを掃除するための可動部品が少なくなり、センサハウジングを横切って異物を引きずるワイパから傷が導入されるリスクを低減することができる。加えて、記載された特徴は、ワイパーブレードがセンサハウジングをこすることによって生成されるような拭き取りノイズを生成することなく、センサをきれいにし得る。

前述の代替例の大部分は、相互に排他的ではなく、様々な組み合わせで実施され、独自の利点を達成し得る。上述した特徴のこれらおよび他の変形ならびに組み合わせは、特許請求の範囲によって定義される主題から逸脱せずに利用され得るため、前述の実施形態の説明は、特許請求の範囲によって定義された主題を限定するものとしてではなく、例示するものとしてみなされるべきである。例として、前述の動作は、上記の正確な順序で実行される必要はない。むしろ、様々なステップを、逆順または同時になど、異なる順序で処理され得る。特に明記されていない限り、ステップは、省略され得る。加えて、本明細書に説明された実施例、ならびに「など」、「含む」などとして表現された語句の提供は、特許請求の範囲の主題を特定の例に限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ、それらの例は、多くの可能性のある実施形態のうちの単なる１つを例示することが意図されている。さらに、異なる図面中の同じ参照番号は、同じまたは類似の要素を特定することができる。

Claims (13)

1. センサハウジング上の粒子の蓄積を防止するためのシステムであって、
   第１の表面を含むセンサハウジングと、
   モータであって、回転軸の周りに前記センサハウジングを第１の方向に回転させるように構成されたモータと、
   スポイラエッジであって、前記センサハウジングが前記回転軸の周りに前記第１の方向に回転しているときに前記第１の表面に対して先行位置にあるように前記第１の表面に隣接して配置され、前記センサハウジングの前記回転軸に垂直に前記第１の表面から離れて延在する、スポイラエッジと、を含み、
   前記スポイラエッジは、前記センサハウジングが前記回転軸の周りに前記第１の方向に回転しているときに、前記第１の表面に実質的に平行な気流を生成するように構成され、
   前記センサハウジングは、前記センサハウジングの前記回転軸の周りの前記第１の方向の回転によって生成される求心力によって、前記第１の表面と接触する１つ以上の粒子を前記センサハウジングから排除するように構成されている、システム。
2. 前記第１の表面は、疎水性コーティングでコーティングされている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記気流は、前記第１の表面に向かう粒子の軌道を変えるように構成されている、請求項１記載のシステム。
4. 前記気流は、前記第１の表面に向かう異なるサイズを有する粒子の軌道を異なる量だけ変えるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記気流は、第１の粒子の軌道を第１の量だけ変え、第２の粒子の軌道を第２の量だけ変えるように構成され、前記第２の粒子は、前記第１の粒子よりも小さく、前記第２の量は、前記第１の量よりも多い、請求項４に記載のシステム。
6. 前記スポイラエッジは、前記第１の表面上に影領域を投影するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
7. 前記第１の表面は、実質的に平坦である、請求項１に記載のシステム。
8. 前記第１の表面は、ハウジングウィンドウを含む、請求項１に記載のシステム。
9. 車両をさらに含み、前記センサハウジングは、前記車両に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
10. 前記ハウジングウィンドウは、前記センサハウジング内のセンサ構成要素によって送受信される信号が前記センサハウジングを貫通可能に構成される、請求項８に記載のシステム。
11. 前記気流は、前記信号が遮断されることを防止するために、前記ハウジングウィンドウに向かう粒子の軌道を変えるように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記センサ構成要素は、前記センサハウジングが前記回転軸の周りに前記第１の方向に連続的に回転しているときに前記ハウジングウィンドウを通じて前記信号を送受信するように構成されたＬＩＤＡＲデバイスを含む、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記センサハウジングは、前記求心力によって、前記ハウジングウィンドウと接触する１つ以上の粒子を前記センサハウジングから排除するように構成されている、請求項８に記載のシステム。

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