本发明总体上涉及用于检测机动车辆(例如踏脚板)的表面上的冰的系统和方法。
背景技术：
机动车辆通常沿着机动车辆的进入区域配备有踏脚板，以帮助乘客进出机动车辆。在一些机动车辆中，踏脚板永久地附接到机动车辆的一侧，而在其他配置中，当机动车辆的车门打开时，踏脚板可以被展开。然而，在这两种情况下，因为它们位于机动车辆的外部，所以它们受到天气和其他因素的影响。例如，它们可能会被污垢覆盖、可能会变湿、或者在某些天气情况下可能会被冰雪覆盖。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，提供了一种用于机动车辆的踏脚板组件。踏脚板组件包括踏脚板、连接到踏脚板的加热元件、用于向踏脚板的表面上发光的光源以及用于测量发射的光从踏脚板表面的反射水平的光传感器。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测机动车辆的表面上的冰雪积聚的系统。该系统包括配置成向车辆的表面上发射光的光源和配置成测量发射的光从车辆表面的反射水平的光传感器。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于防止机动车辆的表面上的冰雪积聚的方法。该方法提供向机动车辆的表面上发射光的指令。接下来，该方法包括接收光从机动车辆的表面的反射水平的测量值。然后该方法将测量的反射水平与阈值反射水平进行比较。所述方法包括当所测量的反射水平大于阈值反射水平时，提供使靠近机动车辆表面的加热元件通电的指令。
本领域技术人员在研究以下说明书、权利要求书和附图时将理解和领会本发明的这些和其它方面、目的和特征。
附图说明
参照附图，从根据作为非限制性示例提供的以下详细描述，根据本公开的其他优点和特征将变得清楚。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明实施例的原理上，其中：
图1a是根据本公开的实施例的具有处于延伸位置的踏脚板的机动车辆的一部分的侧面透视图；
图1b是根据实施例的具有处于缩回位置的踏脚板的机动车辆的一部分的另一侧面透视图；
图2是根据实施例的示出分解式踏脚板组件的机动车辆的一部分的侧面透视图；
图3是根据该实施例的踏脚板组件的横截面视图；
图4a和4b是描绘在此描述的特性的图；
图5是描绘本文描述的特性的曲线图；
图6a和6b是根据该实施例的具有布置在其上的各种元件的踏脚板组件的横截面视图；
图7是根据本公开的实施例的具有控制器的机动车辆的图；
图8是根据本公开的实施例的机动车辆控制器的图；
图9是示出根据本公开的实施例的感知踏脚板上的冰的方法的流程图；
图10是描绘根据本公开的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1a-2和7描绘了机动车辆10的一个实施例的各种视图。贯穿本详细描述的和权利要求中使用的术语“机动车辆”是指能够运载一个或多个人类乘客并且由任何形式的能量提供动力的任何移动的车辆。术语“机动车辆”包括但不限于：小汽车、卡车、厢式货车、小型货车、suv(运动型多功能车)、摩托车、小型摩托车、船、私人船只和飞机。
本说明性实施例主要在于涉及用于机动车辆的冰传感器组件的装置部件和方法步骤的组合。因此，在适当的情况下，装置部件和方法步骤已通过附图中的常规符号表示了，附图仅示出了与理解本公开的实施例有关的那些具体细节。此外，说明书和附图中的相同附图标记表示相同的元件。将理解的是，在其他实施例中，一些部件可以是可选的，并且在其他实施例中，部件的其他布置可以被使用，并且如本领域技术人员将理解的那样在本文中被考虑。
为了描述的目的，本文使用的方向术语应当与如图1a取向的本公开相关。然而，除非明确指定为相反，否则本公开可以采取各种替代取向。还应该理解的是，在附图中示出并且在下面的说明书中描述的具体设备和过程仅仅是所附权利要求中限定的构思的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例有关的具体尺寸和其他物理特性不应被认为是限制性的，除非权利要求明确指出。
为了本公开的目的，术语“连接”(其所有形式)通常意味着两个部件直接或间接地彼此接合。这样的接合在本质上可以是静止的或者可以是可移动的。这种接合可以通过两个部件和任何另外的彼此或与两个部件一体地形成为单个整体的中间部件来实现。除非另有说明，这样的接合本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除的或可释放的。
本公开提供了用于检测(并且在一些情况下防止)在机动车辆的表面上的诸如冰、雨雪或积雪的冰雪积聚的系统和方法。根据这里描述的实施例，该系统可以包括用于向机动车辆的表面上发射光的光源和用于测量发射的光从机动车辆表面的反射水平的光传感器。当反射光的水平或百分比高或高于预定阈值时，指示存在冰雪积聚，与机动车辆的表面相关联的加热元件可以用于融化冰雪积聚。在至少一个实施例中，该系统和方法可以用于检测和防止在踏脚板的顶部表面上的冰雪积聚，例如机动车辆10的踏脚板22，如图1a和1b所示并且下面更详细地描述的。在其他情况下，该系统和方法可以用于检测和防止在冰的积累可能导致机动车辆的危险或影响操作的情况下机动车辆的任何其他表面上的冰雪积聚。
图1a和1b大体示出了具有踏脚板组件20的机动车辆10的一部分。在一些情况下，机动车辆10表示相对于地面具有高间隙的机动车辆，从而需要辅助进出机动车辆10。机动车辆10被图示为具有车门12，车门12可以打开以允许一个或多个乘客进入乘客舱14。在机动车辆10的局部描述中，乘客舱14可以包括用于为驾驶员提供座位的驾驶员座椅16，以及方向盘、仪表盘和通常存在于机动车辆乘客舱(未示出)内的其他部件。在外部，如机动车辆10的图示所示，描绘了后车轮组件18。应该理解的是，机动车辆10的描述仅是示例性的，并且仅被表示为与本公开的理解有关的程度，并且因此可以包括本领域技术人员已知但未示出的其他特征或实施例。
在一些情况下，机动车辆10可以包括帮助进入和离开乘客舱14的措施。进出可以借助于安装在机动车辆10上的台阶(例如踏脚板)或其他可以帮助乘客进出并且支撑其上的乘客的表面。在一个实施例中，踏脚板组件20设置在下部外表面19附近，或者靠近机动车辆10的台肩部(shoulder)32，并且包括踏脚板22。在至少一种情况下，踏脚板22构造成当乘客门12如图1a所示打开时延伸到展开位置，并且当乘客门12如图1b所示关闭时缩回到收起位置。
图2和图3示出了根据本公开的至少一个实施例的踏脚板组件20。更具体地，图2描绘了踏脚板组件20的各个元件的分解图。图3描绘了沿图2中的线iii截取的踏脚板组件20的横截面。如图2和图3所示，踏脚板组件20可以包括作为用于进出机动车辆10的台阶而设置的踏脚板22。在图示的实施例中，踏脚板22构造成能够支撑乘客重量的长矩形表面，并沿着车厢的进出区域设置。踏脚板22可以包括具有一个或多个凸部30的顶部表面28，凸部30用于在踏脚板22的顶部表面28上提供牵引力。
踏脚板22可以与一个或多个展开铰接组件24连接，这可以便于将踏脚板22延伸到如图1a所示的展开位置，并且便于踏脚板22缩回到如图1b所示的收起位置。展开铰接组件24也可以如现有技术中已知的那样构造，并且至少一个情况下可以连接到与机动车辆10相关联的控制器90(图7和8)并由其控制，如下面将更详细讨论的。然而，本领域技术人员将会理解，图示的踏脚板组件20和踏脚板22的实施例仅仅是示例性的，并且可以采取各种替代构造，可以用于不一定在此处说明的各种目的，并且可以被构造成静止的或可延伸的/可收缩的，并且仍然落入本公开的范围内。另外，如本领域技术人员所预期的那样，可以以各种方式来实现踏脚板22的伸出/缩回。
根据一个实施例，踏脚板22可以连接到热源，用于加热踏脚板22的上表面28，以确保进出动车辆10的适当的牵引力。例如，踏脚板22可以与加热线、热空气通风口或本领域技术人员可预期用于加热踏脚板22的顶部表面28来融化冰或其他冰雪积聚的其他热源连接。在至少一种情况下，踏脚板22包括嵌入踏脚板22的结构内的加热元件26，或者以其他方式设置在顶部表面28的下方或附近并且连接到踏脚板22。加热元件26可以包括电阻加热单元，其在通电时向包括顶部表面28和凸部30的直接区域提供辐射热。加热元件26还可以连接到与机动车辆10相关联并且根据下面更详细描述的方面的控制器90(图7和8)并且由其控制。
踏脚板组件20还可以包括至少一个光源34和透镜36，光源34和透镜36用于用光38照亮踏脚板22。光源34可以设置在足以照亮踏脚板22的任何表面上。在一些情况下，光源可以设置在机动车辆10的车身下部构件(under-carriage)表面33上。在其它情况下，并且取决于特定踏脚板的构造，光源可以设置在机动车辆10的诸如侧面板或车门的部分上。在所示的实施例中，机动车辆10包括门槛成型件或台肩部组件32，该门槛模制件或台肩部组件32从踏脚板22上方的机动车辆10的下表面突出。如图2和3所示，光源34和透镜36可以设置在台肩部组件32的下侧。
光源34可以为机动车辆10提供不同的功能。根据一个实施例，光源34可以用作冰雪积聚检测系统中的元件。在这种情况下，光源34可以将光投射到机动车辆10的表面上，例如在踏脚板22上，使得可以测量光的反射水平以检测冰雪积聚，如下面更详细描述的。光源34也可以用作区域照明以照亮踏脚板22周围的区域。例如，当车门12打开时，光源34可以被照亮以提供安全或一般区域照明。光源34也可以用作装饰照明以在任何时间大体上照亮踏脚板22周围的区域，如将由机动车辆10的控制器90配置并且在本领域中理解的那样。
光源34可以包括一个或多个红-绿-蓝发光二极管(rgbled)以促进踏脚板22的照明。在至少一个实施例中，光源34包括可以一起或分开地通电的多个led。众所周知，rgb光是合成色光，其中不同波长的光(红色、绿色和蓝色)以各种组合添加在一起以产生各种各样的颜色。在rgbled中，可能存在与红色、绿色和蓝色光相关联的led，并且通过以变化的强度对一个或多个led通电来实现发射具有变化的颜色的光的能力。如本领域普通技术人员所认识到的，可以通过根据国际照明委员会(cie)标准混合各种led颜色来实现变化的颜色的创建，该标准通过亮度参数和颜色坐标来表征颜色。
根据本文所述的方面，光源34可以连接到机动车辆10的控制器90。具体而言，控制器90可以对与光源34相关联的各种led通电，以发射与变化的颜色相关的变化波长的光。在至少一个实施例中，光源34的led可以被通电以产生蓝紫光谱的光，并具有约380纳米(nm)至500纳米(nm)的波长。如下面更详细地描述的那样，可以测量这种发射的光从机动车辆10的表面(例如从踏脚板22的顶部表面28)的反射，并且将该反射用作冰雪积聚的指示。
如本领域中已知的，光以可预测的方式表现。例如，如果能够观察到光线接近并从反射表面(例如平面镜)100％反射，那么反射光的行为将遵循反射定律。根据反射定律，接近反射表面的光线被称为入射光线(例如图4a和4b中的太阳光50)。离开反射表面的光线被称为反射光线(例如图4a中的光54和图4b中的光60)。在光线照射到反射表面的入射点处，可以垂直于镜子的表面绘制线，称为法线(在图4a和4b中标记为“n”)。法线将入射光线和反射光线之间的角度分成两个相等的角度。入射光线和法线之间的角度被称为入射角(例如图4a和4b中的角度51)。反射光线与法线之间的角度被称为反射角(例如图4a中的角度55和图4b中的角度61)。根据反射定律，当光线从表面反射时，入射角等于反射角。
图4a和4b示出了当光与不是100％反射的两种不同类型的表面相互作用时光的行为的已知特性。具体而言，图4a和4b展示了反射光量(或反射率)如何部分地取决于光线被反射的表面。参考图4a，当诸如太阳光50的光朝向冰52时，反射光54的量远高于被折射、散射或吸收而不反射的光的量，即光56。如图4b所示，当相同的光，即太阳光50朝向水58时，被反射的光的量(即光60)远小于被折射、散射或吸收而不被反射的光的量(即光62)。例如，在图4a和4b的说明中，当太阳光50照射到冰52时，大约90％的光被反射，而仅约10％被折射、散射或吸收。当太阳光照射到水时，大约6％的光被反射，大约94％的光被折射、散射或吸收。
图5中的曲线图70是示出反射率(即反射水平)或被反射的发射光的百分比如何基于表面的类型和投射到表面上的光的波长而变化的示例图，如本领域已知的。在曲线图70中，x轴表示光波长72，并且y轴表示各种表面的反射水平74。具体而言，线76表示诸如雪或冰的冰雪积聚，线78表示不可穿透表面(诸如污垢)，而线80表示水。如曲线图70所示，当光投射在雪或冰的表面上时，反射水平，线76—即反射的原始发射光的量—在较低波长处较高，特别是在对应于蓝紫光的波长380nm到500nm处。更具体地说，当蓝紫光投射在冰和雪上时，曲线图70表示反射回来的投射的光的量约在原始光的60％和80％之间。然而，当蓝紫光投射在不可穿透表面上时，曲线图70指示反射的投射的光的量约在原始光的20％和25％之间。当蓝紫光投射在水上时，曲线图70指示反射的投射的光的量更低，或者约低于10％。因此，曲线图70指示当投射在诸如雪或冰之类的冰雪积聚上时，蓝紫色波长谱中的光将具有比投射在不可穿透物质或水的表面上更高的反射水平。
机动车辆10可以使用这些已知的光特性，并且包括用于检测从车辆的表面反射的光的量的措施。在一个实施例中，踏脚板组件20包括至少一个光传感器42，该光传感器42被配置为测量从离开踏脚板22的顶部表面28的反射光流中投射到传感器中的光的量。更具体地说，光传感器42可以被配置为在光源34发出指定量的蓝紫光时测量反射光的强度。光传感器42可以包括本领域已知的任何类型的光电或光电池设备，诸如光电光传感器、光阻光传感器(photoresistantlightsensor)、光电二极管光传感器或本领域技术人员设想的其他类型的光传感器。在这里描述的实施例中，光传感器42可以连接到控制器90并且能够检测由控制器90接收的光强度水平。
光传感器42可以设置在机动车辆10上的任何位置，使得其可以接收并测量来自投射在车辆表面上的入射光线的反射的光线的强度。在所示的实施例中，光传感器42设置在底部配置(submarineconfiguration)40中以测量从光源34发射然后作为反射光46反射离开踏脚板22的光38(参照图3)。在一些情况下，光传感器42位于凹陷腔44中。位于凹陷腔中有助于限制除了直接从光源34发射的光之外的光源。另外，光传感器42和控制器90可以被具体配置为排除否则可能在测量中被检测到并且造成错误读取的未反射的环境光。例如，在一个实施例中，光传感器42可以被配置成过滤光以仅测量特定波长的光，例如蓝紫光。
然而，在其他情况下，光传感器42可以设置在机动车辆10的其他部分上，以测量从机动车辆10的其他表面反射的光。当光传感器设置在机动车辆的另一个区域中时，可以存在其他措施以确保其他环境光源(例如太阳光)不干扰光测量，使得仅感测和测量来自发射光源的反射光(例如光源34)。
图6a和6b描绘了踏脚板组件20的光发射/感测操作，以及在实践中如何利用反射定律来确定在踏脚板22的顶部表面28上是否存在冰雪积聚。在操作中，当踏脚板22处于收起位置时，一个或多个车辆控制操作(在下面讨论)可以指示光源34在踏脚板22上发射或投射蓝紫光38。如图6a和6b所示，光38被投射，使得入射光线39被直接反射到光传感器42中。当在踏脚板22处于收起位置测量反射时，可变的太阳光或其他光可以到达光传感器42，防止错误触发或错误读取。
图6a描绘了覆盖一定量的水86的踏脚板22。当从光源34向踏脚板22发射蓝紫光38时，入射光线39使得反射光线82被反射到光传感器42中。根据下面描述的方面，机动车辆10的控制器90可以被配置为将由光传感器42测量的反射光线82的反射水平与在顶部表面28(在这种情况下为水86)上的特定积聚相关联。相反，图6b描绘了覆盖一定量的冰88的踏脚板22。当从光源34向踏脚板22发射蓝紫光38时，入射光线39使得反射光线84被反射到光传感器42中。因此，在所示的实施例中，机动车辆10的控制器90可以被配置为将由光传感器42测量的反射射线84的反射水平与在顶部表面28(在这种情况下为冰88)上的特定积聚相关联。
参照图7和图8，机动车辆10可以包括控制器90，该控制器90连接到机动车辆10的各种部件和系统并且被配置为与机动车辆10的各种部件和系统通信。图8描绘了根据在此描述的至少一个实施例的控制器90。如图8所示，控制器90可以被配置成接收来自机动车辆10的部件(例如各种传感器)的输入，并且还控制机动车辆10中的各种部件，例如灯和自动控制的设备。在所示的实施例中，控制器90可以产生用于控制踏脚板组件20的各种输出和信号。控制器90可以被配置为如本领域中将理解的那样，并且至少包括处理器91和存储器98。处理器91可以被配置为运行存在于存储器98中的各种例程，诸如例程100和例程200。应该理解和认识到，控制器90可以包括本领域中已知的各种其他模拟或数字电路，并且图8中的描述仅用于说明的目的，并且为了理解与本文描述的方面有关的概念而被简化。
控制器90可以连接到被配置成测量或检测周围外部条件和机动车辆状况的各种传感器。在至少一个实施例中，机动车辆10包括至少一个用于感测光的反射水平的光传感器42，如上所述。机动车辆10还可以包括用于测量外部环境温度的环境温度传感器92，用于测量机动车辆10沿着道路行驶的速度的车辆速度指示器或传感器94以及用于确定在外部环境中是否存在降水或其他潮湿的降水或雨/湿传感器96。例如，如果机动车辆10从洗车场弄湿，则雨/湿传感器96可以确定外部环境中的湿度。还将意识到的是，机动车辆10可以包括各种其他已知的传感器和机构，用于收集控制器90的信息或者用于控制机动车辆10的方面，包括在此没有讨论的踏脚板组件20。
控制器90可以被配置为请求和/或接收来自各种传感器的输入以做出决定和控制机动车辆10的方面或各种部件。在一个方面，控制器90可以接收来自光传感器42的反射水平、来自环境温度传感器92的外部环境温度、来自车辆速度传感器94的车辆速度和来自雨/湿传感器96的湿度确定。这样的输入可以通知各种控制例程，例如下面更详细讨论的例程100和例程200。各种输入还可以促进对部件的控制，诸如通过部署铰接组件24来部署踏脚板22、在踏脚板22内的加热元件26、，从光源34发射的光以及感测光传感器76内的光。
根据这里描述的实施例，存储器98可以存储控制器90可以用来检测和防止在机动车辆10的表面上的冰雪积聚的各种处理例程。例如，根据一个实施例，控制器90可启动冰感测例程100以控制踏脚板组件20并检测踏脚板22上是否存在冰雪积聚。如果检测到冰雪积聚，则控制器90可以对加热元件、用于乘客的另外的或不同的警告灯或本领域技术人员可以想到的其他指示器通电。在至少一种情况下，控制器90对与踏脚板22相关联的加热元件26通电。在另一个实施例中，控制器90可以启动冰感测例程200以控制踏脚板组件20并检测在踏脚板22上是否存在冰雪积聚，并且在检测到冰雪积聚时根据下面更描述的各种参数来加热踏脚板22。
参照图9，根据在此描述的一个实施例，例程100可以由控制器90实现。具体而言，在步骤102，控制器90首先接收来自环境温度传感器92的输入，以确定环境温度是否低于40华氏度。如果环境温度小于华氏40度，则在步骤104中，控制器90将对沿着踏脚板22的光源34(即具有蓝紫色波长光的一个或多个rgbled)通电。在步骤106中，光传感器42将测量发射的光的反射率并且将测量的反射水平发送到控制器90。在步骤108，如果控制器90确定由光传感器42测量的反射率百分比大于阈值反射率百分比，则在步骤110，控制器90将对踏脚板加热元件26通电。
阈值反射率百分比可以由本领域技术人员基于各种表面的已知反射水平来设置。在至少一个实施例中，如图4a-5所述，当冰或雪存在于表面上时，可以指示存在雪或冰的阈值反射率百分比大约为30％-60％的反射率。换句话说，例如在例程100的步骤108，如果控制器90确定测量的反射率水平大于约30％的反射率，则控制器90可以确定存在冰雪积聚。然而，在其它情况下，当该表面被冰、雪或不可穿透物质覆盖时，本领域技术人员可以基于特定表面上的反射水平的测试将阈值反射率百分比设置得更低或更高。
在一些情况下，可能需要确保机动车辆10的电池(未示出)被适当地充电，以便支撑踏脚板组件20的诸如加热元件26的方面。参考图10，根据本文描述的另一实施例，冰感测例程200可以由控制器90实现。在步骤202，控制器90可以首先确定环境温度是否小于40华氏度。如果确定环境温度大于40华氏度，则过程返回到开始，然而，如果确定环境温度低于40华氏度，则过程继续到步骤204。在步骤204，控制器90可以确定：a)是否机动车辆速度小于15mph(每小时英里数)；b)是否自上次反射率测量以来已经过了10分钟；或者c)是否机动车辆已经从温暖的和/或潮湿的环境移动到寒冷的环境(由诸如传感器96的雨/湿传感器确定的潮湿的环境)。如果没有满足条件a、b或c，则该过程返回到开始。然而，如果在步骤204满足条件a、b或c中的至少一个，则过程继续到步骤206，其中控制器对光源34通电，使得rgbled蓝紫光38发射在踏脚板22上。同样在步骤206，光传感器42测量光源38从踏脚板22的反射水平或反射率。在步骤208，如上所述，该过程确定反射光测量值或反射率百分比是否大于阈值百分比，该阈值百分比指示冰雪积聚可能。
如果控制器90在步骤208确定反射率百分比不大于阈值百分比，则过程在步骤214确定加热器组件26当前是否通电(指示检测到最近的冰雪积聚)。如果该过程在步骤214确定加热元件26当前通电，则该过程移动到步骤216并继续对加热元件26再通电另外10分钟。持续的加热使水分有时间蒸发和分散。在步骤216之后，该过程再次移动到开始。然而，如果控制器在步骤214确定加热元件26当前没有通电，则过程返回到开始。
回到步骤208，如果控制器90确定所测量的反射率百分比大于阈值百分比，并且因此可能冰雪积聚，则过程移动到步骤210。在步骤210，控制器90确定机动车辆10的电池是否具有正电荷余量。如果确定电池电荷余量是负的，则控制器90确定机动车辆10没有能量来对加热元件26通电，并且返回到开始。然而，如果控制器90在步骤210确定电池电荷余量是正的，则控制器90在步骤212对加热元件26通电以融化检测到的冰雪积聚，然后返回到开始。
应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对这里描述的结构和方法进行变化和修改。以上描述旨在是示例性的而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本公开的范围内还可以有更多的实施例和实施方式。因此，除了根据所附权利要求及其等同原则之外，实施例不受其他限制。