形成车辆顶部的包括清洁装置的顶部模块和相关清洁方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的序言的用于形成机动车辆的车辆顶部的顶部模块。此外，本发明还涉及一种根据权利要求14所述的用于清洁形成机动车辆顶部的顶部模块中所包含的环境传感器的透视区域的方法。

背景技术：

1、通用的顶部模块在汽车制造中被广泛使用，因为这些顶部模块可以作为独立的功能模块被预制，并且可以在组装汽车时被运送到装配线上。顶部模块至少部分地在其外表面形成了车辆顶部的顶部蒙皮，该顶部蒙皮防止水分和气流进入汽车内部。顶部蒙皮由一个或多个面板构件组成，这些面板构件可以由稳定的材料制成，如涂漆的金属或涂漆或成型的塑料。顶部模块可以是固定的车辆顶部的一部分，也可以是可开启的顶部子组件的一部分。

2、此外，车辆制造业的发展越来越注重自动和半自动驾驶的机动车辆。为了使车辆控制器能够自动或半自动地控制机动车辆，采用了多个环境传感器(例如激光雷达传感器、雷达传感器、(多)相机、包括其它(电气)元件的传感器等)，这些传感器例如集成在顶部模块中，这些传感器检测机动车辆周围的环境，并根据检测到的环境数据确定例如当前的交通状况。配备有多个环境传感器的顶部模块也被称为顶部传感器模块(rsm)。为此，已知的环境传感器发送和/或接收适当的电磁信号，如激光束或雷达束，允许通过适当的信号评估生成车辆环境的数据模型并用于控制车辆。

3、用于监测和探测车辆环境的环境传感器通常安装在车辆顶部上，因为车辆顶部通常是车辆的最高点，从那里很容易观察到车辆环境。环境传感器通常作为附件被布置在顶部模块的构成顶部蒙皮的面板构件上；替代地，它们也可以被布置在顶部模块的开口处，并在缩回位置和展开位置之间进行调节。对于自动或半自动驾驶模式的最佳操作、安全和可用性来说，环境传感器尽可能的连续可用是非常重要的。

4、然而，在环境传感器的使用过程中，环境条件(例如天气或与昆虫的碰撞)带来的风险是，环境传感器通过其检测车辆环境的((部分)透明)透视区域积累污垢，即对环境传感器来说至少部分不透明。为了清洁透视区域，使用清洁喷嘴是已知的，通过这些喷嘴一般来说可以清洁透视区域。类似于后窗或挡风玻璃的雨刷系统的喷嘴，已知的清洁喷嘴通常被静态地或以可缩回和可展开的方式布置在顶部模块或面板构件的区域中。清洁喷嘴通常以相对于透视区域定位为使其相对于环境传感器的光轴位于环境传感器之前，优选地在其视场之外，以便环境传感器尽可能不将其视为干扰。

5、然而，迄今为止的清洁装置并不能使这样的环境传感器充分和持续地发挥作用，因为它们不能在任何情况下有效地清洁这样的透视区域，这取决于污垢的类型和污垢的数量。特别是，已知的清洁装置还不能有效地清洁或清除透视区域的昆虫、污垢、泥浆和/或雪(泥浆)，因为清洁通常要等到污垢的积累达到一定程度时才进行，即污垢颗粒和/或昆虫已经粘在透视区域，而这时不能再由清洁喷嘴清除。这是特别不利的，因为粘在这样透视区域上的污物颗粒会对环境传感器的视野的一部分造成光学干扰。因此，环境传感器不能再无干扰地检测车辆环境，因此其功能和可用性受到限制。这种被破坏的状态通常只能通过手动或在洗车机中清洗有关的透视区域来补救。然而，这需要时间和工作。特别是昆虫是一个挑战，因为与昆虫的碰撞会导致快速的干燥或凝固，以及蛋白质的附着，从而快速地导致污垢迅速堆积在透视区域。这个问题对于例如挡风玻璃是已知的。然而，类似的问题也发生在泥土和迅速附着的污垢和/或树叶，这些都是难以清除或难以用已知的清洁装置清洁的。

技术实现思路

1、因此，本发明的一个目的是提出一种机动车辆的顶部模块和/或面板构件，它避免了上述已知技术状态的缺点，特别是能够有效地清洁环境传感器的透视区域和/或面板构件的透视区域。

2、本发明的另一个目的是提供一种能够有效清洁透视区域的方法。

3、根据权利要求1的教导的顶部模块和根据权利要求14的教导的方法提供了解决方案。

4、本发明的有利实施例是附属权利要求的主题。

5、根据本发明的用于在机动车辆上形成车辆顶部的顶部模块包括面板构件，其至少部分地形成车辆顶部的顶部蒙皮，并作为顶部模块的外密封表面。顶部模块包括至少一个传感器模块，该至少一个传感器模块包括至少一个环境传感器，该至少一个环境传感器配置为通过透视区域发送和/或接收电磁信号以检测车辆环境。此外，顶部模块包括控制器和至少一个清洁装置，该至少一个清洁装置包括配置为清洁透视区域的至少一个清洁喷嘴。根据本发明的顶部模块的特征在于，至少一个环境传感器还配置为以图像数据的形式检测向透视区域移动的至少一个物体。该控制器配置为从获得的图像数据中获得或生成至少一个物体信息，并促使至少一个清洁喷嘴基于该信息排放清洁流体(例如以流体锥体或流体射流的形式排放)。

6、根据本发明，用于(特别是主动地和/或预防性地)清洁环境传感器的透视区域的方法包括至少以下步骤：发送和/或接收用于检测车辆环境的电磁信号；以图像数据的形式检测向透视区域移动的至少一个物体；从获得的图像数据生成至少一个物体信息；以及根据生成的至少一个物体信息，致动至少一个清洁喷嘴排放清洁流体(例如以流体锥体或流体射流的形式排放)。

7、此外，根据本发明的目的是由清洁系统实现的，该清洁系统包括机动车辆的面板构件、至少一个环境传感器、控制器和至少一个清洁装置。该面板构件优选地作为机动车辆的外密封表面。该面板构件可以是机动车辆的任何车身部分、前灯包层和/或窗玻璃(例如挡风玻璃、侧窗和/或后窗)。该面板构件具有(优选是至少部分透明的)透视区域，环境传感器可以通过该区域发送和/或接收电磁信号以检测车辆环境。至少一个清洁装置包括至少一个清洁喷嘴，该至少一个清洁喷嘴配置为清洁透视区域。根据本发明的清洁系统的特征在于，至少一个环境传感器还配置为以图像数据的形式检测向透视区域移动的至少一个物体。控制器配置为从获得的图像数据中获得或生成至少一个物体信息，并促使至少一个清洁喷嘴基于该信息排放清洁流体(例如以流体锥体或流体射流的形式)。

8、当然，从属权利要求和/或提及顶部模块的示例性实施例等效地涉及根据本发明的方法和根据本发明的清洁系统，而不必在上下文中单独提及。

9、根据本发明的顶部模块、根据本发明的方法和根据本发明的清洁系统是特别有利的，因为至少一个环境传感器也用于早期检测接近的潜在污物。为此，环境传感器优选地以高分辨率检测车辆环境，这使得环境传感器甚至可以检测直径为几毫米的最小颗粒。至少一个环境传感器以电磁信号的形式检测车辆环境，这些信号优选以(与像素有关的)图像数据的形式传送给控制器。控制器优选地配置为通过对获得的图像数据进行图像评估(例如基于灰度的边缘检测)来检测接近的至少一个物体，并识别所述物体上的至少一个物体信息。为此，控制器可以例如比较连续检测到的多组传感器图像数据，以提取检测到的各组图像数据之间物体大小的相应的相对变化，从中可以确定物体在朝至少一个环境传感器方向的相对速度，同时考虑到图像采集序列。为了应对接近的物体(潜在的污物)，控制器指示至少一个清洁喷嘴排放清洁流体，从而防止物体与透视区域碰撞和/或粘附在透视区域。因此，透视区域可以更快地被清洁出来和/或甚至保持没有污物、例如至少一个物体。这提高了根据本发明的清洁的效率和效果。此外，根据本发明的清洁使得有可能防止污物在透视区域上的严重积累，或者至少使污物留在透视区域上的时间缩短到污物不能再粘附到透视区域上。由于不再有大量的污物堆积，针对特定物体的清洁还可以减少清洁流体的消耗，这意味着可以用较少的清洁流体来保证透视区域的清洁状态。根据本发明，可以防止由于环境传感器视野中的污物而产生的干扰。因此，根据本发明，环境传感器在任何时候都具有自由和低干扰的车辆环境视野，可以确保传感器的持续可用性和提高检测精度。

10、特别是当至少一个物体是昆虫时，本发明的优点是这种昆虫可以在与透视区域碰撞时、碰撞后或碰撞前被清洁流体偏转。因此，昆虫不会因碰撞而死亡；相反，它只是在其运动轨迹上被转移。因此，从自然保护的角度看，本发明也是有利的。

11、因此，换句话说，根据本发明，清洁或保持环境传感器(例如相机传感器、激光雷达传感器和/或雷达传感器)的透视区域的时间可以缩短，因为通过清洁装置的针对特定物体的控制，接近的物体被早期检测到，即在它与透视区域碰撞时、碰撞后或碰撞之前的接近阶段。至少一个清洁喷嘴优选地可以针对特定物体来进行控制，从而以协调的方式使用。这使得清洁(液体、液体喷射喷嘴、空气喷射喷嘴)可以在与污物的撞击密切相关的早期或甚至在污物撞击之前被激活。因此，污物的附着被防止或减少，或者污物至少在很短的时间内被清除或减少。

12、控制器优选地配置为从图像数据中提取或评估特定物体的信息，即至少一个物体信息，从而确保对至少一个清洁喷嘴进行针对特定物体的控制。基本上任何类型的物体信息可以(由控制器)被从图像数据中提取，只要该信息适合于优选地针对特定物体促使至少一个清洁喷嘴排放清洁流体。在最简单的情况下，至少一个物体信息可以仅仅包括这样的信息，即检测到的物体是具有预定概率的潜在污物颗粒，而不需要更仔细地定义物体的类型和质量。在抽象的图像处理中，物体识别方法的作用是将一些物体或图案与其它物体区分开来。为此，优选地先对待检测的物体进行数学描述。经常使用的图像处理方法是边缘检测、变换以及尺寸和颜色检测。对物体的描述越精确，可评估的信息越多，物体识别就越可靠。当然，控制器基本上可以安装在根据本发明的顶部模块或根据本发明的清洁系统的任何地方。例如，控制器可以是传感器模块的一部分。然而，原则上，控制器也可以位于机动车辆的任何地方。

13、“至少一个传感器模块”是指顶部模块可以包括一个或一个以上的传感器模块。“至少一个环境传感器”是指顶部模块可以包括一个或一个以上的环境传感器。“至少一个清洁装置”是指顶部模块可以包括一个或一个以上的清洁装置。“至少一个清洁喷嘴”是指顶部模块可以包括一个或一个以上的清洁喷嘴。

14、至少一个环境传感器的视野优选围绕环境传感器的光轴对称地延伸，其形状为具有传感器特定的锥体开口角的锥体。至少一个环境传感器优选地配置为以图像数据的形式检测车辆环境，根据本发明，环境传感器也检测至少一个物体作为这些图像数据的一部分。因此，环境传感器不专门为该物体生成图像数据；相反，其将至少一个物体作为待检测的车辆环境的一部分进行检测。

15、顶部模块或清洁系统优选包括至少两个清洁喷嘴，这些喷嘴以可移动的方式布置在面板构件中，并且彼此间隔开。为了清洁的目的，顶部模块还可以具有一条或一条以上的软管管线和/或用于清洁流体的罐。替代地，用于清洁车辆中已经存在的前部和/或后部车窗的清洁流体罐可以被用作清洁装置所使用的清洁流体的储存器。

16、根据本发明的顶部模块可以形成结构单元，其中集成了由驾驶辅助系统辅助的自动或半自动驾驶的特征，并且可以由车辆制造商作为结构单元放置在车身壳体上。此外，根据本发明的顶部模块可以是纯粹的固定车顶或包括顶部开启系统的车顶。此外，顶部模块可以配置为与乘用车或多功能车一起使用。顶部模块可以优选地以顶部传感器模块(rsm)的形式提供，其中设置有环境传感器，以便作为可支持的结构单元插入到车身的顶部框架中。

17、根据本发明的环境传感器基本上可以以各种方式配置，特别是包括激光雷达传感器、雷达传感器、光学传感器，如(多方向)相机和/或类似的传感器。例如，激光雷达传感器的工作波长范围为905nm或约1550nm。顶部蒙皮和透视区域的面板构件的材料应该对环境传感器使用的波长范围可穿透，因此应该根据所使用的波长范围来选择环境传感器。

18、在一个优选的实施例中，至少一个物体包括污垢颗粒和/或昆虫和/或雪泥颗粒和/或灰尘和/或树叶和/或喷射的水或水滴和/或雪花和/或类似的与环境有关或由于环境的污垢颗粒。因此，至少一个物体可以是污垢、泥浆、污垢、灰尘和/或油粒或油滴。控制器优选地配置为只识别图像数据中的物体，或只从图像数据中提取向环境传感器的透视区域移动的物体，因为只有这些物体才会导致污物在透视区域上的潜在积聚。位于环境传感器视野内的其它物体，原则上也记录在所获得的图像数据中，但没有在朝透视区域的方向上移动，优选地不被控制器列为相关物体。当然，控制器也可以识别向透视区域移动的多个物体。

19、在一个优选的实施例中，控制器促使至少一个清洁喷嘴优选地在至少一个物体朝透视区域移动的方向上直接排放清洁流体，以便在其与透视区域碰撞之前、之时或之后将至少一个物体从透视区域偏转。因此，清洁流体优选地是向在朝透视区域移动的至少一个物体排放，以便在其与透视区域碰撞之前、之时或之后将至少一个物体从透视区域中偏转。因此，这构成了预防性清洁，因为清洁流体在物体与透视区域碰撞之前、之时或之后使其偏转。控制器优选地在启动至少一个清洁喷嘴时以这样的方式考虑至少一个物体信息，即使清洁流体撞击物体，从而使其偏离其轨迹。这使得对至少一个清洁喷嘴的控制适合于该物体和情况。控制器优选地能在物体移动到由清洁喷嘴产生的流体锥体之前就激活清洁喷嘴，并将其偏转。这就避免了或至少减少了物体碰撞和/或粘附到透视区域上的可能性，因为特定物体的潜在污垢颗粒立即或直接被清洁流体运走。

20、在一个优选的实施例中，控制器促使至少一个清洁喷嘴沿朝向透视区域的方向排放清洁流体，以便在至少一个物体与透视区域碰撞时或最好优选地在碰撞后立即将其从透视区域移除。特别优选的是，控制器促使至少一个清洁喷嘴仅将清洁流体喷到透视区域的一部分，根据基于图像数据的物体评估，预计该部分会受到物体的影响。因此，清洁流体被喷洒或排放到透视区域，以直接清洁它，即立即清洁。清洁流体优选地是冲击整个透视区域，以便整个透视区域被清洁流体浸湿，从而可以被清洁。当物体撞击到透视区域时，由于喷射到透视区域上的清洁流体使其不能粘附在透视区域上，它可以在撞击后直接被洗掉。因此，例如还可以有效地防止由昆虫引起的污物堆积(与昆虫的碰撞)，因为在碰撞后没有时间让昆虫体内的蛋白质凝结，从而在透视区域上结块。例如，也可以将一个清洁喷嘴主动对准透视区域，将清洁流体直接喷到透视区域上，并将另一个清洁喷嘴对准为使得在清洁流体撞击透视区域之前，试图使物体偏转。如果清洁流体错过了物体本身或未能使其偏转，它可以被直接在透视区域上的清洁流体冲走。

21、在一个优选的实施例中，控制器促使至少一个清洁喷嘴在至少一个物体与之碰撞之前向朝向透视区域的方向排放清洁流体，以防止至少一个物体与透视区域碰撞。在物体(潜在的污物)碰撞之前激活的清洁喷嘴，将清洁流体喷洒到至少一部分的透视区域上，可以有效地防止物体的碰撞和/或附着，因为物体可以直接被冲走。此外，朝向透视区域的至少一部分的已经激活的清洁射流或液体锥体可以在撞击之前提前偏离接近的物体，从而防止它撞击到透视区域。该物体基本上被吹走和/或喷走，从而偏离其轨迹。

22、在一个优选的实施例中，控制器配置为促使至少一个清洁喷嘴以脉冲和/或计时的方式和/或以压力激增的形式和/或至少暂时以连续流体流的方式从至少一个清洁喷嘴排出清洁流体。这样就可以节省所需的清洁流体的量。清洁流体的脉冲式和/或计时式排放和/或以压力激增的形式排放清洁流体可以控制为使得清洁流体以连续的间隔从至少一个清洁喷嘴中排放。清洁流体将获得足以使至少一个物体偏离的冲力。在有多个物体的情况下，单独的脉冲清洁喷嘴可以例如分别撞击和偏转一个物体。

23、在一个优选的实施例中，控制器配置为控制待排出的清洁流体的流体量，特别是根据至少一个物体的信息针对特定物体地控制。例如，当大的物体接近透视区域时，可以比非常小的物体接近时排放更多的清洁流体，因为较大的物体的偏转需要更大的(与质量有关的)冲力。对清洁流体进行与体积有关的控制，其优点是可以节省清洁流体。由于与体积有关的控制优选地是针对特定物体的，即在控制中考虑到至少一个物体的信息，所以仍然可以确保高度精确和有效的清洁。

24、在一个优选的实施例中，相对于至少一个环境传感器的视线，至少一个清洁喷嘴在面板构件上布置在至少一个环境传感器的视野之前、并且优选地是在该视野之外。虽然至少一个清洁喷嘴在视野之外的位置是理想的和有利的，但这并不是绝对必要的。原则上，至少一个清洁喷嘴也可以布置在环境传感器的视野内。例如，相对于至少一个环境传感器的视线，至少一个清洁喷嘴可以布置在至少一个环境传感器的右侧和/或左侧。

25、在一个优选的实施例中，至少一个清洁喷嘴以可旋转和/或可平移的方式和/或具有多个可设置的喷射方向(即喷射锥体的主要方向)地布置在面板构件上，并且控制器优选地配置为移动至少一个清洁喷嘴和/或设置预定的或选定的喷射方向，或根据至少一个物体信息激活它们，即以优选的针对特定物体的方式激活。清洁喷嘴的这种可移动配置优选允许其以针对特定物体的方式被激活，以针对特定物体的方式将清洁流体引向物体或透视区域。例如，这种可移动的清洁喷嘴使得有可能只用清洁流体喷洒透视区域的一部分，因为在这种情况下，清洁喷嘴是指向所述部分的。基本上任何类型的运动都可以用于这一目的。然而，有利的是，控制器能够单独设置清洁喷嘴的各个运动自由度，从而确保尽可能全面的可控性。

26、在一个优选的实施例中，至少一个物体信息包括关于物体的速度和/或位置和/或尺寸的信息和/或关于物体的性质的信息和/或关于至少一个物体与透视区域碰撞的时间的信息和/或关于是否需要主动和/或预防和/或后续行动的信息。原则上，其它类型的物体信息也是可能的，只要控制器能够通过基于图像数据的物体识别从图像数据中确定这些信息。为此，可以采用多个评估算法，这些算法可以从图像数据中提取不同的物体参数。例如，控制器可以评估基于时间的图像数据或图像序列(随着时间的推移)的各个集合，以确定不同的物体信息。例如，参考物体可以在线或离线存储在数据库中，控制器可以访问该数据库，以执行比较评估。因此，控制器与至少一个环境传感器一起，用于检测进入的、即接近的昆虫、泥、雪和/或其它类型的污垢和/或颗粒，并分别输出至少一个特定物体的信息，其中包括例如关于接近的性质的信息(物体是否接近)、速度、位置、污垢的尺寸和/或类型或颗粒的类型、碰撞的估计时间或基于物体的主动和/或预防和/或及时启动清洁的偏好。

27、在一个优选的实施例中，在控制器的存储和执行单元上实现了能够或实现机器学习和/或类似物体识别的算法，特别是模拟了神经网络。存储和执行单元优选地配置为通过机器学习(即基于人工智能)和/或类似的评估和/或决策方法，从获得的图像数据和/或(例如激光雷达和/或超声波)传感器数据(例如点云和/或探测图像)确定至少一个物体信息。原则上，也可以使用分析模型来评价或确定来自所获取的图像数据的至少一个物体信息。例如，为了识别单个物体，可以通过确定障碍物和/或透明度和/或至少部分遮挡和/或阴影的程度来进行评估或确定。因此，控制器的基于图像数据的物体识别优选地是在人工智能或机器学习的基础上进行。在这种情况下，可以采用基于软件的物体识别方法，这些方法例如是基于机器学习或深度学习的方法。对于机器学习方法，优选地是先定义特征，然后使用支持向量机(svm)等技术对物体进行分类。已知的机器学习方法有基于haar子波的violajones方法、尺度不变特征变换(sift)方法、加速鲁棒特征(surf)方法和定向梯度直方图(hog)方法。深度学习的方法大多是基于卷积神经网络(cnn)。这样的人工神经网络优选地是事先训练过的。这需要大量(>100)的图像数据。这些用于训练的图像数据优选地在之前以某种形式进行过分类，因此训练的图像数据已经包含了有关图像中所描绘的信息。

28、在一个优选的实施例中，本发明涉及一种包括根据本发明的顶部模块的机动车辆。在一个优选的实施例中，本发明涉及一种包括根据本发明的清洁系统的机动车辆。

29、基本上任何类型的环境传感器都可以安装在顶部模块中或在清洁系统中使用。使用激光雷达传感器和/或雷达传感器和/或相机传感器和/或多相机传感器和/或超声波传感器尤其有利。

30、当然，上面提到的和下面将要讨论的实施例和说明性实例不仅可以单独实现，而且可以彼此任意组合而不脱离本发明的范围。此外，顶部模块的任何和所有实施例和说明性实施例也适合于具有这种顶部模块的机动车辆和具有这种顶部模块的机动车辆和根据本发明的方法。此外，清洁系统的任何和所有实施例和说明性实例也适合于具有这样的清洁系统的机动车辆。