用于保护光学传感器的装置的制作方法

本发明涉及驾驶辅助领域，并且尤其涉及安装在某些车辆上的驾驶辅助系统。其中，驾驶辅助系统可以包括光学传感器，例如像包括物镜、尤其是包括至少一个透镜的相机。更具体地，本发明涉及一种用于保护这种光学传感器的装置。

现今，在大量机动车辆上都设有观察前方、后方或侧方的相机。值得注意的是，这些相机是驾驶辅助系统的一部分，比如停车辅助系统或车道偏离检测系统等。

已知有相机装在车辆的乘客舱内而靠在后窗/玻璃上、从后窗指向车辆的后方。这些相机被很好地保护，免受外部天气影响以及由有机或无机污染物造成的污染。然而，装在乘客舱内的这种相机的视角不是最佳的，尤其是对于停车辅助，因为它们无法看到例如位于车辆后部附近的障碍物。

出于此原因，因此优选的是，根据期望用途将驾驶辅助系统的相机装在车辆外部的不同位置，例如车辆的后保险杠或前保险杠处、或后车牌或前车牌处。在这种情况下，相机因此高度暴露于飞溅的无机或有机污垢，无机或有机污垢可能沉积在相机的光学器件上并且因而降低其有效性或使其不起作用。尤其是在下雨时，观察到雨水和污垢的飞溅，这会极大地影响包括这种相机的驾驶辅助系统的可操作性。必须清洁相机的光学器件的表面，以确保其良好的工作状态。

为了抵御污垢在相机上的沉积，已知的是布置用于清洁相机的光学器件的装置，通常是在相机附近布置清洁液喷射器，以便消除随时间沉积的污染元素。然而，使用这些喷射器导致这种驾驶辅助系统的运行成本增加，因为它们需要使用相当大量的清洁液。

最后，申请人已经开发了另一种用于清洁相机光学器件的装置，该装置包括：外壳，该外壳可绕旋转轴线旋转地安装并且具有被配置为接纳光学传感器的壳体；光学元件，该光学元件刚性地连接至该外壳，该光学元件具有至少一个放置在该光学传感器的视野中的透明表面；以及致动器，该致动器联接至外壳以使该外壳和该光学元件旋转并且因而允许通过离心作用消除积垢。文献wo2018/019662披露了这种清洁装置。

本发明的目的是保护在此文献中所展示的清洁装置的替代方案，该替代方案的与众不同之处特别在于致动器的形式以及其与外壳的合作。

在此背景下，本发明涉及一种用于保护机动车辆的光学传感器的装置，所述光学传感器包括光学器件，其特征在于，该装置包括：

外壳，该外壳可绕旋转轴线旋转地安装并且具有被配置为接纳该光学传感器的壳体，

光学元件，该光学元件刚性地连接至该外壳并且被配置为放置在该光学传感器的视野中，以及

致动器，该致动器联接至该外壳以使该外壳和该光学元件旋转，该致动器包括转子和定子，该转子和该定子被配置成使得该致动器是具有内部转子的马达。

优选地，该转子的至少一部分在由该定子限定的容积内部延伸，该转子的所述至少一部分承载磁性块。

有利地，本发明因而使得可以将旋转部放置在马达的中央，这使得可以降低由于承载磁性块的转子的旋转而引起的噪声和不平衡。

此特征特别是伴随有转子的阶梯式轮廓，并且在可适用的情况下，伴随有与此转子相关联的中间件，比如，允许一端被约束成与外壳一起旋转，该外壳必须大到足以包绕光学传感器，并且相反端必须尽可能靠近外壳的旋转轴线，像这样减小致动器的整体空间需求。

该外壳可以直接固定在该转子上。在这种情况下，该转子可以包括三个相继部分，这三个相继部分形成承载磁性块的致动部分、引导部分、以及刚性地连接至该外壳的驱动部分。优选地，该驱动部分具有的平均直径的值大于该致动部分的平均直径的值。优选地，这种转子由单件构成。

可选地，该保护装置可以包括中间件，该中间件在该外壳与该转子之间形成连接。在这种情况下，该转子可以包括承载磁性块的致动部分，并且该中间件可以包括刚性地连接至该外壳的驱动部分、以及将该驱动部分连接至该转子的致动部分的引导部分。中间件另外可以具有重叠环，该重叠环延伸了该引导部分并且与该定子的端部之一重叠。

单独地或组合地考虑根据本发明的各种特征，有可能：

-该致动器是中空马达；

-该光学传感器在一个轴向端部处由支撑柄延伸，该支撑柄至少部分地容纳在该中空马达内部的转子内部；

-该保护装置包括可移动部和固定部，该可移动部至少包括该转子和该外壳，并且该固定部至少包括该定子，并且该保护装置包括至少一个滚动轴承、优选两个滚动轴承，这些滚动轴承布置在该可移动部与该固定部之间；

-这些滚动轴承中的至少一个滚动轴承布置在该转子与该支撑柄之间；

-该定子包括横向壁，该横向壁垂直于该外壳的旋转轴线并且放置在与该光学元件相反的方向，该横向壁包括用于接纳该支撑柄的端部的套筒。

本发明还涉及一种驾驶辅助系统，该驾驶辅助系统包括光学传感器，该光学传感器包括光学器件。根据本发明，所述系统进一步包括如上所述的用于保护光学传感器的装置。

通过阅读以说明性且非限制性的实例的方式并且参照附图所给出的以下描述，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚，在附图中；

-图1示意性地表示了包括根据本发明的驾驶辅助系统的机动车辆，

-图2是用于保护图1的辅助系统的光学传感器的装置的透视图，

-图3是根据图2的保护装置的第一实施例的局部纵向截面视图，

-图4是根据图2的保护装置的第二实施例的局部纵向截面视图。

图1示出了设有至少一个根据本发明的驾驶辅助系统1的机动车辆100。驾驶辅助系统1特别是包括至少一个光学传感器13、以及围绕光学传感器13的保护装置3，该保护装置在图2至图4中更清楚地可见。

根据图1所展示的实例，驾驶辅助系统1安装在车辆100的前部保险杠处。当然，在变体中，保护装置3可以安装在车辆100的后部，例如保险杠或车牌处。例如，保护装置还可以安装在车辆侧面，例如后视镜处。

可以根据任何已知技术将保护装置3固定在车辆100的任何元件2上，比如车身元件或外部元件，比如保险杠、后视镜或车牌。为此目的，非穷尽清单可以包括夹持系统、拧紧系统或粘附系统。

保护装置3被配置为并且其尺寸被确定为接纳和容纳光学传感器13。

光学传感器13例如是比如相机等图像记录光学传感器。光学传感器可以是电荷耦合器件(ccd，chargedcoupleddevice)传感器或包括微型光电二极管阵列的cmos传感器。根据另一个变体，光学传感器可以是被称为lidar传感器的光检测和测距传感器。

如在图2中更可见，光学传感器13包括具有光轴15的光学器件14。光学器件14例如是物镜。物镜可以取决于视野和分辨率而包括至少一个透镜、尤其是若干透镜，例如为两个至十个透镜，通常为四个或五个透镜，或者在所谓的鱼眼光学器件的情况下为十个透镜。光学器件14的至少一个透镜例如是凸形的(拱形的)，凸面朝向光学传感器13(比如所谓的鱼眼光学器件)的外部定向。

光学器件14安装在传感器本体16的第一端，即前端，特别地，在该传感器本体16中放置有用于管理光学器件的电子单元160。此外，传感器本体通过支撑件17轴向地(即在平行于光轴15的方向上)向后(即背离光学器件14)延伸，该支撑件17形成光学传感器13的一部分(在图3和图4中可见)。

支撑件17具有通过绕光轴15回转而产生的形状，该支撑件具有固定在传感器本体16上的基座170和轴向地延伸了基座的支撑柄171。支撑柄171是中空的并且允许缆线穿过，通过缆线(在这种情况下未示出)将用于管理光学器件的电子单元160链接至车辆网络。

保护装置3包括：至少一个附接件4，该附接件可绕旋转轴线a1可旋转地安装并且具有保护光学传感器13的功能；以及致动器、更确切地说是马达5，被配置为使附接件4旋转。因此，保护装置3是机动式装置。

保护装置3的附接件4包括外壳6和刚性地连接至外壳6的光学元件9，在所展示的实施例中，光学元件9与外壳6一体制造。在替代方案中，外壳6和光学元件9可以由两个刚性地连接的单独件制成。

在下文中更详细地描述光学元件9和外壳6。

关于外壳6，其可绕大致平行的旋转轴线a1可旋转地安装，该旋转轴线在可适用的情况下与光轴15合并。

优选地，外壳6是密封外壳。外壳6可以由本领域技术人员已知的任何合适的材料制成。

更具体地，此外壳6被布置成由马达5旋转，这允许光学元件9旋转。因此，在此特定实例中，光学元件9被配置为与外壳6一起旋转，以便允许通过离心作用清洁光学元件9。

光学元件9被配置为放置在外壳6的前部。当保护装置3安装在车辆100(还参考图1)上时，外壳6的前部从外壳6的旨在面向在图像记录过程中光学传感器13所涉及的道路场景的部分延伸。相反，外壳6的后部从外壳6的与外壳6的前部相反的部分延伸，并且因此是距离在图像记录过程中光学传感器13所涉及的道路场景最远的部分。

如所展示的，光学传感器13安装在保护装置中，使得传感器本体16至少部分地容纳在外壳6中，同时光学器件14面向光学元件9。出于此目的，外壳6被配置成形成壳体19(参见图3)，该壳体19的尺寸被确定成接纳光学传感器13，例如使得光学传感器13的光轴15与外壳6的旋转轴线a1合并。

更确切地，外壳6包括壁21，该壁限定了用于光学传感器13的壳体19。此壁21可以以光学元件9和外壳6的旋转轴线a1为中心。在此实例中，壁21具有大致圆柱形的总体形状。

根据第一变体，壁21可以与光学元件9一体制造。根据第二变体，壁21和光学元件9可以由两个单独件制成，并且在这种情况下，光学元件9刚性地连接至壁21的前端。作为非限制性实例，壁21与光学元件9之间的刚性连接可以通过超声波焊来实现。因此，外壳6和光学元件9可以制成一件或多件。由于外壳6刚性地连接至光学元件9，因此这形成了密封块，从而防止将积垢引入用于接纳光学传感器13的外壳6内部。

光学元件9旨在保护光学传感器13的光学器件14免受可能损坏此光学器件14的积垢或固体杂物的可能飞溅。因此，该光学元件9是用于光学传感器13的保护元件、或更确切地用于光学传感器13的保护罩，并且是光学元件9经受外部攻击，即水、污染物、砾石的飞溅以及污染物或水条纹的沉积。

根据所描述的实施例，光学元件9与光学传感器13分离。

此光学元件9具有光轴91。

光学元件9布置在保护装置3的前部。换言之，光学元件9布置在外壳6的前部。当保护装置3安装在车辆100(图1)上时，保护装置3的前部从旨在面向在图像记录过程中光学传感器13所涉及的道路场景的那部分延伸。相反，保护装置3的后部是与前部和光学元件9相反的部分；因此，后部是距在图像记录过程中光学传感器13所涉及的道路场景最远的部分。

光学元件9旨在放置在光学传感器13的上游、更确切地在光学器件14(图2和图3)的上游。在本发明中，术语“上游”是相对于光轴15和相对于在图像记录过程中光学传感器13所涉及的道路场景限定的。换言之，光学器件14的“上游”是指光学元件9沿着光轴15放置在光学器件14与在图像记录过程中光学传感器13所涉及的道路场景之间的位置。

有利地，此光学元件9的尺寸被确定成与光学器件14的整个表面重叠。因此，光学元件9布置在光学传感器13的视野内。为此目的，光学元件9有利地是透明的，以便不影响光学传感器13的有效性。此光学元件9可以由玻璃或由比如聚碳酸酯等透明塑料制成。

光学元件9可以被布置成相对于光学传感器13居中、更确切地相对于光学器件14居中。光学元件9被布置成使得其光轴91与光学传感器13的光轴15合并。

如上所述，光学元件9刚性地连接至外壳6，并且因此，光学元件被约束成与外壳6一起旋转。因此，光学元件9也绕旋转轴线a1可旋转地安装。更确切地，外壳6可以被布置成由马达5旋转，这允许光学元件9旋转。因此，光学元件9被配置为与外壳6一起旋转，以便允许通过离心作用清洁光学元件9。

有利地，光学元件9的旋转轴线a1与光学传感器13的光轴15合并。此旋转轴线a1还与光学元件9的光轴91合并。

光学元件9可以被放置成相对于旋转轴线a1居中。此光学元件9特别是相对于旋转轴线a1具有旋转对称性。

此外，当将接纳光学传感器13的保护装置3安装在车辆100(还参考图1)上时，光学器件14和光学元件9有利地从设置在车辆100的元件2上的开口突出。

现在将特别是参考图3所展示的第一实施例和图4所展示的第二实施例更详细地描述马达5。

马达5组装在外壳6的后部，即在光学元件9的相反侧。更具体地，马达5被布置为光学传感器13的延续部。因此，这形成了密封块，从而防止将积垢引入用于接纳光学传感器13的外壳6内部。可以在马达5的后部提供用于缆线或导线穿过的密封布置，以便限制水蒸气和/或其他污染物进入保护装置3内部。

特别地，马达5可以是小型或微型电动马达。

在本发明的背景下，小型电动马达是指重量小于10kg或小于1kg的步进马达、致动器、有刷或无刷直流马达、异步马达或同步马达，它们尤其是用于致动车辆的设备。

在本发明的背景下，微型电动马达是指重量小于200g或小于100g、优选30g至100g，例如30g至60g的步进马达、致动器、有刷或无刷直流马达、异步马达或同步马达。

马达5包括转子51和固定的定子53，转子51可相对于固定的定子53旋转。作为非限制性实例，马达5可以更具体地是无刷马达。

马达5通过定子固定至车辆的结构元件(在这种情况下未表示)，并且此马达5联接至外壳6，以使外壳6和光学元件9旋转。外壳6和光学元件9刚性地连接马达5的转子51。

因此，马达5被配置为并且尺寸被确定为使外壳6和刚性地连接至外壳6的光学元件9旋转。

马达5绕旋转轴线a2旋转地安装。马达5例如被布置成使得其旋转轴线a2与光学元件9的旋转轴线a1、光学传感器13的光轴15、以及光学元件9的光轴91合并。

有利地，马达5是中空马达5。该马达可以至少部分地接纳光学传感器13并且更具体地接纳支撑柄17。以这种方式，支撑柄可以穿过中空马达5，并且因此如上所述，将用于管理光学器件的电子单元160链接至车辆网络的电缆可以穿过该中空马达。

根据本发明，马达5是具有内部转子的马达，即，定子53被布置成围绕转子51的至少一部分。

根据本发明，转子51是中空的并为支撑柄17提供中央通道。在支撑柄的外表面与限定转子51的中央通道的内面之间设有空隙，以便允许转子51绕支撑柄17旋转。

在所展示的实例中，马达5包括被约束成与转子51一起旋转的至少一个磁体55、以及预定数量的电磁线圈57、尤其是安装在定子53上的至少四个电磁线圈57。电磁线圈57旨在被供电以允许驱动刚性地连接至转子51的磁体55。为此目的，马达5包括用于向电磁线圈57供电的控制电路59。此控制电路59可以链接至电源线束61，该电源线束连接至车辆100的总体电路(参考图2)。

从上文以及对于各种示例性实施例共同的描述得出，保护装置3包括可移动部31(也被称为旋转部31)、以及固定部33(参见图3)。

可移动部31首先至少包括马达5的转子51，并且其次至少包括被约束成与转子51一起旋转的可移动元件、特别是例如外壳6和相关联的光学元件9。

此外，固定部33首先至少包括马达5的定子53，并且其次至少包括固定至定子53的至少一个元件或支撑件。在所展示的实例中，机动式装置3的固定部33包括刚性地连接至光学传感器13的支撑柄17，此支撑柄17固定至定子53。

为了使可移动部31旋转，保护装置3可以尤其包括在图3和图4中示意性表示的一个或多个滚动轴承27、28。在所展示的实例中，在不进行限制的情况下，保护装置3包括两个滚动轴承27、28。

这些滚动轴承27、28各自布置在保护装置3的可移动部31与固定部33之间。滚动轴承27、28具有大致环形的总体形状。此外，两个滚动轴承27、28与马达5同心地布置。

图3中详细地展示了保护装置的第一实施例。

定子53包括：外周壁530，该外周壁形成以旋转轴线a2为中心的圆柱体；以及横向壁531，该横向壁基本上垂直地延伸了外周壁并且在此外周壁的端部轴向地限定定子。

横向壁具有孔，该孔以马达的旋转轴线a2为中心并且尺寸被确定为允许刚性地连接至光学传感器的支撑柄17穿过。此孔由套筒532限定边界，该套筒朝向马达的内部延伸了横向壁531。此套筒532特别是被配置为允许定子固定在支撑柄17上。套筒在背离光学传感器的方向上围绕支撑柄的自由端。这两个元件之间的固定是通过紧配合或通过焊接(这并非详尽列举，只要定子和支撑柄共同形成固定部33的一部分即可)进行的固定。

如所展示的，套筒532可以支撑用于向电磁线圈57供电的控制电路59。

转子51具有带三个不同的部分的阶梯式形状。

转子的第一部分(此部分放置在由定子限定的容积内部)由致动部分511构成，该致动部分承载磁体55，从而允许转子在定子内部旋转。此第一部分具有第一直径，该第一直径的值是支撑柄17的直径的值的函数，以便允许围绕由支撑柄形成的此固定元件旋转并且允许马达的最小可能的空间需求。

转子的第二部分(部分地在由定子限定的容积内部延伸、部分地在其外部延伸)由引导部分512构成，滚动轴承搁置在该引导部分512上，这些滚动轴承有助于转子在定子内部的旋转引导。如图3所展示的，此第二位置在可适用的情况下可以具有形成用于定位滚动轴承的抵接表面的肩台。此第二部分具有第二平均直径，该第二平均直径的值大于致动部分511的第一直径的值，从而在致动部分与转子的第三部分之间形成台阶。

转子的第三部分(此部分放置在由定子限定的容积外部)由驱动部分513构成，该驱动部分在其自由端刚性地连接至附接件4的后端、在这种情况下为外壳6的自由端。此第三部分具有第三直径，该第三直径的值大于转子的第二部分的值，且是外壳6的直径的值的函数，以便允许转子和外壳的刚性连接进行旋转，从而消除积垢。

在此实施例中，两个滚动轴承放置在转子51的引导部分512的区域中。第一滚动轴承27放置在转子内部、在引导部分的内面与支撑柄17之间，而第二滚动轴承28基本上放置在相同的区域中、但这次与引导部分512的外表面接触、在此引导部分与定子外周壁的内面之间。

图4中详细地展示了保护装置的第二实施例，此第二实施例与第一实施例的不同之处特别是在于，在这种情况下，延伸了定子的横向壁531的套筒532向外定向。如上所述，套筒532围绕支撑柄17的自由端，并且这两个元件刚性地连接。

这使得面向横向壁的内面的区域中的空间增加，并且在此实施例中，第二滚动轴承28放置在此区域中。更具体地，第二滚动轴承28放置在支撑柄17与在转子端部处形成的环510之间，该环面向定子的横向壁531放置，环510具有的直径大于转子的致动部分511的如上所述容纳在定子的内部容积中的其余部分。以这种方式，两个滚动轴承27、28彼此相距一定距离并且有利地放置在转子的轴向两端附近，这改善了旋转引导性能并且因此改善了马达的性能。另外，这种改善使得可以使用小的滚动轴承，这具有减小转子与支撑柄17之间的机械摩擦的优点。

在此第二实施例中，马达5的显著不同之处在于，转子51不是直接链接至外壳6，而是经由中间件54连接至其上。

如所展示的，中间件54包括引导部分512和与外壳6连接的驱动部分513。在此第二实施例中，中间件54另外包括重叠环540，该重叠环在与横向壁531相反的方向上延伸了引导部分512以与定子的开口端重叠。

中间件焊接在转子上并且与转子一起形成在旋转上受约束的组件，以驱动外壳6和光学元件9。

有利地，此中间件可以由与转子的材料不同的材料制成，这可以改善放置在引导部分512的内面与支撑柄17之间的滚动轴承27的固定。

这种具有带有内部转子的马达的光学传感器保护装置具有的优点在于磁体55放置在由定子的电磁线圈57限定的空间内部，并且这使得可以使用有限尺寸的磁体并且因而减小保护装置的质量。

在操作时，致动器、更确切地说，马达5使外壳6和刚性地连接至外壳6的光学元件9相对于光学传感器13旋转。外壳6和光学元件9的旋转由于离心力消除了该光学元件所承受的积垢。因此，光学传感器13的视野v始终是清晰且干净的。

根据本发明，磁性块、即磁体55刚性地连接至的内部转子。这种构造是特别有利的，因为由磁性块的旋转产生的不平衡被放置成尽可能靠近马达的旋转轴线。因此降低了由磁体的旋转产生的噪声。

前面的描述清楚地解释了本发明如何实现在此设定的目的，并且特别是提出了一种光学传感器保护装置，该光学传感器保护装置特别是在空间需求减小并且操作噪声降低的情况下允许有效地清洁驾驶辅助系统的传感器。

本发明不能受限于在此文献中作为非限制性实例具体给出的实施例，并且尤其涵盖所有等同的手段以及这些手段的任何技术上有效的组合。因此，本发明的实施例的特征、变体和各种形式可以以各种组合的方式组合在一起，只要它们彼此之间并不互相不容或并不互相排斥即可。值得注意的是，可以设想本发明的仅包括所描述特征的选项的变体，只要根据本发明保护装置包括具有内部转子的马达即可。