传感器清洁装置、传感器和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及汽车传感器技术领域，具体地，涉及一种传感器清洁装置、具有该传感器清洁装置的传感器和具有该传感器的车辆。


背景技术：

2.随着人工智能技术的不断发展，无人驾驶技术日趋成熟。在恶劣天气或环境中，用于无人驾驶技术的影像传感器的可靠性和安全性问题一直没有得到妥善的解决。绝大多数地方都会出现雨、雪、雾、霜、冰等天气，特别是车辆运行过程中，由于路况的复杂性、各种物理条件的交织，会导致大量水汽、液滴、污泥、冰霜等污染物在影像传感器表面聚集和粘附，从而影响影像传感器的成像质量，最终影响无人驾驶功能。
3.传统的影像传感器清洁装置例如通过喷液体（水）或喷气的方式利用高压水流或气流将影像传感器表面的污染物冲走或吹走。喷水装置需要增加额外储存和传输清洁液体的空间和零件，它的持续工作时间受限于清洁液体的存储空间；而大空间的储水容器会增加车辆的重量，从而降低车辆的动力性能以及能源转化效率。
4.喷气装置需要增加额外的产生和传输压缩空气的空间和零件。它的持续工作时间受限于空气压缩机的功率和电池系统的能力。尤其是对于新能源汽车，引入能达到清洁效果的大功率空气压缩机会大大降低车辆的续航里程。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个方面要解决的技术问题是如何不通用额外引入清洁液体或气体的方式实现车载影像传感器的清洁。
6.此外，本实用新型的其它方面还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。
7.本实用新型提供了一种传感器清洁装置、传感器和车辆，具体而言，根据本实用新型的一方面，提供了：
8.一种传感器清洁装置，包括振动发生元件和振动传导元件，所述振动传导元件一端与所述振动发生元件连接，另一端与传感器的透光元件连接，所述振动传导元件将所述振动发生元件的振动放大并传递给所述透光元件，其中，所述振动传导元件构造成能够传递和放大振动的柔性铰链。
9.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述柔性铰链构造成空心圆柱形，所述柔性铰链具有多个沿其周缘方向连接成环的铰链单元，所述铰链单元具有多个沿所述柔性铰链的轴向方向与彼此连接的杠杆单元，每个杠杆单元将输入到其上的位移进行放大并且输出到与其相邻的杠杆单元。
10.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，每个所述杠杆单元具有沿所述柔性铰链的轴向方向延伸的支撑部和沿所述柔性铰链的径向方向延伸的杠杆部，所述杠杆部具有第一端部和第二端部，所述杠杆部的第一端部与所述支撑部连接并且以所述第一端部为支
点，所述杠杆部的第二端部与相邻的杠杆单元的杠杆部的第一端部沿所述柔性铰链的轴向方向连接。
11.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述振动发生元件构造成与所述振动传导元件的一端形状相匹配的环形，所述振动发生元件为压电陶瓷或直线压电堆组成的环状阵列或音圈电机或直线电机组成的环状阵列。
12.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述传感器清洁装置还包括壳体，所述振动发生元件和所述振动传导元件都布置在所述壳体内，在所述壳体的一端布置有所述透光元件。
13.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述传感器清洁装置还包括弹性元件，所述弹性元件布置在所述透光元件与所述壳体之间。
14.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述壳体构造成空心圆柱形，所述弹性元件构造成环形并且环绕所述透光元件布置在所述透光元件与所述壳体之间。
15.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述弹性元件由橡胶或塑料或树脂制成。
16.根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种传感器，其中，所述传感器包括以上所述的传感器清洁装置和透光元件，所述透光元件布置在所述传感器清洁装置的一端并且与所述传感器清洁装置的振动传导元件相连。
17.可选地，根据本实用新型的另一方面的一种实施方式，所述传感器还包括镜筒，所述镜筒的一端布置在所述传感器清洁装置的壳体之内，并且所述振动传导元件和所述振动发生元件套装在所述镜筒上，在所述镜筒布置在所述壳体中的端部中安装有光学元件。
18.根据本实用新型的再一方面，本实用新型提供了一种车辆，其中，所述车辆包括以上所述的传感器。
19.本实用新型的有益之处包括：本实用新型的传感器清洁装置集成在影像传感器的内部，不占据额外的空间。超声发生元件和传导元件组成的装置功率低，效率高，在持续使用时不会对车辆的动力以及续航里程产生较大的影响。传导元件同样起到了放大振幅的作用，使透光元件在非共振频率点工作，不会影响透光元件的微观形状和性能。同时传导元件的强度高、可靠性好，具有较大的负载驱动能力，不受影像传感器各种光学设计的限制，可以对具有较大体积和重量的透光元件进行清洁。
附图说明
20.参考附图，本实用新型的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，
21.图1示出根据本实用新型的一个实施方式提出的传感器的整体结构示意图，其中，该传感器具有传感器清洁装置；
22.图2示出根据本实用新型的一个实施方式提出的传感器的剖面图，其中，该传感器具有传感器清洁装置；
23.图3示出根据本实用新型的一个实施方式提出的传感器清洁装置的振动传导元件的整体结构示意图，
24.图4示出根据本实用新型的一个实施方式提出的传感器清洁装置的振动传导元件的工作原理图。
具体实施方式
25.容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神的条件下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。
26.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。
27.参考图1和图2，其示出根据本实用新型的一个实施方式提出的传感器的整体结构示意图和剖面图，其中，该传感器具有集成在其中的传感器清洁装置100。传感器清洁装置100包括振动发生元件1和振动传导元件2，该振动发生元件1用于提供振动，尤其用于提供超声波振动，该振动发生元件1例如构造成环形。在本实用新型的一个实施方式中，该振动发生元件1例如是环形的压电陶瓷或直线压电堆组成的环状阵列或环形的音圈电机或直线电机组成的环状阵列。该振动传导元件2用于将该振动发生元件1产生的超声振动传递到传感器的透光元件200上，该振动传导元件2一端与该振动发生元件1连接，另一端与该透光元件200连接。由于传感器上的透光元件200一般构造成圆形的镜头，例如平面镜头、一面或双面为凸形的凸透镜、一面或双面为凹形的凹透镜等，所以在该实施方式中，振动传导元件2构造成空心圆柱形，其一端连接到透光元件200的外周缘上，另一端与振动发生元件1形状匹配地连接，例如振动发生元件1贴靠在振动传导元件2的一端上。当然，在其它的实施方式中，透光元件200也可能为其它形状，例如正方形、长方形等，在这种情况下，振动传导元件2和振动发生元件1的形状也相应地进行匹配。
28.参考图3，其示出根据本实用新型的一个实施方式提出的传感器清洁装置100的振动传导元件2的结构示意图。该振动传导元件2构造成空心圆柱形的柔性铰链（flexible joint），并且具有多个沿其周缘方向连接成环的铰链单元21（在图3中以大的虚线线框框出）。每个铰链单元21具有多个沿柔性铰链的轴向方向与彼此连接的杠杆单元210（在图3中以小的虚线线框框出），其中每个杠杆单元都可以将输入到其上的位移（由输入到其上的力引起）或者说振动进行放大并且输出到与其相邻的杠杆单元。具体地，杠杆单元210具有沿柔性铰链2的轴向方向延伸的支撑部211和沿柔性铰链2的径向方向延伸杠杆部212，每个杠杆单元的支撑部和杠杆部互相连接，并且每个杠杆单元的杠杆部的长度都相同。在支撑部211与杠杆部212的连接处，杠杆部212的厚度小于其它部位处的厚度。杠杆部212具有第一端部和第二端部，杠杆部212的第一端部与支撑部211连接并且以第一端部为支点，杠杆部212的第二端部与相邻的杠杆单元220的杠杆部的第一端部沿柔性铰链2的轴向方向连接。在这种布置方式的情况下，相邻的两个杠杆单元的杠杆部虽然彼此平行，但是其两个端部的位置却是刚好相反的。在图3的实施方式中，在一个铰链单元21中，所有杠杆单元的支撑部一体地形成两个沿柔性铰链的轴向方向延伸的柱形结构，而杠杆单元的杠杆部形成在两个柱形结构之间沿柔性铰链的径向方向延伸的杆形结构。参考图4，其示出根据本实用新型的一个实施方式提出的传感器清洁装置100的振动传导元件2的工作原理图。图4中仅示出
了一个铰链单元的工作原理，其它的铰链单元的工作原理与其相同。对图4中的第一杠杆单元210来说，假设一个位移x0施加于该第一杠杆单元210的杠杆部212的任意一点上，引起该位移的力的力臂为a，则由于该第一杠杆单元210与相邻的第二杠杆单元220的连接方式，从该第一杠杆单元210输出到相邻的第二杠杆单元220的位移对应的力臂为第一杠杆单元210的整个杠杆部212的长度，设其为b，则b一定大于等于a，此时从该第一杠杆单元210输出到相邻的第二杠杆单元220上的位移x1一定大于等于x0，即x1=x0*b/a。然后由于输入到第二杠杆单元220上的位移x1对应的施力点到支点的距离、即对应的力臂为c，c远小于b，而从第二杠杆单元220输出到与其相邻的第三杠杆单元230的位移x2对应的力臂为第二杠杆单元220的整个杠杆部的长度、即为b，可以计算出从第二杠杆单元220输出到第三杠杆单元230的位移x2=x1*b/c，所以x2相对于x1又被放大。经过多个杠杆单元的传递之后，最初输入的位移x0被逐级放大。假设杠杆单元的总数量为n个，则最后输出的位移xn=x0*b^n/(a*c^(n-1))。在该实施方式中，该柔性铰链包括4个铰链单元，每个铰链单元包括4个杠杆单元，并且铰链单元和杠杆单元的尺寸设置成，使得总放大比例大约为10（即b^4/(a*c^3)=10），也就是说，通过该柔性铰链可以将输入的振动放大十倍进行输出，当然，根据需要可以通过增加或减少杠杆单元的方法来改变柔性铰链的放大比例。该柔性铰链可以通过在一个空心圆柱状的零件上加工出沟槽来实现。两个沿周缘方向平行的沟槽围成的长条形状构成杠杆部，在沟槽中留出连接部用于连接两个相邻的杠杆部；两个沿轴向方向在一条直线上的沟槽之间的部位形成杠杆部的支点。
29.再次参考图2，在本实用新型的一个实施方式中，该传感器清洁装置100还包括壳体3，该壳体3也构造成空心圆柱状的结构，并且在壳体3的一端安装有透光元件200，振动发生元件1和振动传导元件2布置在壳体3之内。
30.在本实用新型的一个实施方式中，该传感器清洁装置100还包括弹性元件4，该弹性元件4构造成与透光元件200的外周缘形状匹配的环形，并且例如由橡胶或塑料或树脂制成。该弹性元件4套设在透光元件200的外周缘上并且布置在透光元件200与传感器清洁装置100的壳体3之间。弹性元件4填补了透光元件200与壳体3之间的空间间隙，并且因为其具有弹性，弹性元件4没有阻止透光元件200的振动，而是在一定程度上缓冲了透光元件200的振动，防止透光元件200因振动频率过大而造成其微观形状的损坏。
31.在传感器清洁装置100工作时，振动发生元件1产生超声频率的机械振动，通过振动传导元件2放大超声振动的振幅，并且将超声振动传递给传感器表面的透光元件200，使之发生受迫振动。该振动仅改变透光元件200的位置，并不改变透光元件200的表面形状，也就是说不影响透光元件200的光学性能，并且由此，振动改变了透光元件200表面和透光元件200上的液滴的表面张力，随着振动能量的传递，液滴破碎成更小的液滴，同时获得了一定的加速度，使液滴表面隆起，在隆起的表面周围发生空化作用，使液体雾化成小分子的气雾。气雾随气流运动离开影像传感器表面，起到了清洁的效果。
32.在本实用新型的一个实施方式中，本实用新型的传感器包括传感器清洁装置100和透光元件200，透光元件200布置在传感器清洁装置100的一端，例如布置在传感器清洁装置100的壳体3的端部上并且与传感器清洁装置100的振动传导元件2的一端相连，例如透光元件200贴靠在振动传导元件2远离振动发生元件1的端部上。
33.在本实用新型的一个实施方式中，传感器还包括空心圆柱形的镜筒300，镜筒300
的一端套装在传感器清洁装置100的壳体3之内，振动传导元件2和振动发生元件1套装在镜筒300上并且布置在镜筒300与壳体3之间，振动传导元件2的杠杆单元210的支撑部211例如固定在镜筒300上。在镜筒300布置在壳体3中的端部中还安装有其它的光学元件。
34.应当理解的是，本实用新型的传感器可装设在各种车辆上，包括轿车、货车、客车、纯电动汽车、混合动力汽车等等。因此，本实用新型的主题还旨在保护装设有本实用新型的传感器的各种车辆。
35.应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本实用新型的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本实用新型的法律保护范围内。