用于传感器的清洁设备的制作方法

用于传感器的清洁设备
1.相关申请的交叉引用
2.本主题专利申请要求于2019年11月18日提交的美国专利申请号16/686,494的优先权和所有权益，所述美国专利申请特此以引用的方式整体并入。


背景技术：

3.自主车辆通常包括多种传感器。一些传感器检测车辆的内部状态，例如车轮转速、车轮定向以及发动机和变速器变量。一些传感器检测车辆的位置或定向，例如全球定位系统(gps)传感器；加速度计，诸如压电或微机电系统(mems)；陀螺仪，诸如速率陀螺仪、环形激光陀螺仪或光纤陀螺仪；惯性测量单元(imu)；和磁力计。一些传感器检测外部世界，所述传感器例如雷达传感器、扫描激光测距仪、光探测和测距(激光雷达)装置以及图像处理传感器(诸如相机)。激光雷达装置通过发射激光脉冲并测量脉冲行进至对象并返回的飞行时间来检测距对象的距离。当传感器透镜、罩盖等变脏、形成污迹等时，可能会损害或妨碍传感器操作。
附图说明
4.图1是示例性车辆的透视图。
5.图2是车辆的传感器设备的分解透视图。
6.图3是传感器设备的一部分的透视图。
7.图4是车辆的示例性传感器清洁系统的图式。
8.图5是传感器设备的一部分的剖视透视图。
9.图6是传感器设备的管状段的分解透视图。
10.图7是传感器设备的管状段的透视图。
11.图8是传感器设备的一部分的俯视图。
12.图9a是管状段的示例性第一喷嘴的剖视图。
13.图9b是管状段的示例性第二喷嘴的剖视图。
14.图10是传感器总成的一部分的剖视透视图。
15.图11是用于传感器总成的示例性控制系统的框图。
16.图12是用于控制传感器总成的示例性过程的过程流程图。
具体实施方式
17.一种传感器设备包括限定轴线的圆柱形传感器窗口和相对于传感器窗口固定的至少三个的多个管状段。每个管状段相对于轴线周向地伸长。管状段共同形成基本上围绕轴线居中的环。每个管状段包括至少一个第一喷嘴和至少一个第二喷嘴。围绕环以交替模式布置第一喷嘴和第二喷嘴。第一喷嘴各自具有在与轴线形成第一角度的径向向内的轴向方向上的排放方向。第二喷嘴各自具有在与轴线形成第二角度的径向向内的轴向方向上的排放方向，并且第二角度不同于第一角度。
18.每个管状段可以与其他管状段流体地隔离。传感器设备还可以包括流体地联接到每个管状段的贮存器和多个阀，并且每个阀可以是可致动的以允许或阻止从贮存器到管状段中的相应管状段的流动。每个阀可以是可独立于其他阀致动的。传感器设备还可以包括串联布置以将流体从贮存器供应到管状段的两个泵。传感器设备还可以包括与阀和泵通信的计算机，并且所述计算机可以被编程为当打开的阀的数量低于阈值时激活两个泵中的一个，并且当打开的阀的数量等于或高于阈值时激活两个泵。
19.每个管状段可以包括下部件和上部件，每个下部件可以限定围绕轴线周向延伸的通道，并且每个上部件可以包封通道。上部件可以包括第一喷嘴和第二喷嘴。
20.每个下部件可以包括入口。
21.每个下部件可以包括空气喷嘴表面，所述空气喷嘴表面竖直地平行于轴线并周向地围绕轴线延伸并且相对于轴线从通道径向向内设置。传感器设备还可以包括传感器壳体，所述传感器壳体包括传感器窗口，并且传感器壳体和每个空气喷嘴表面可以形成空气喷嘴。空气喷嘴可以被定向成平行于轴线跨传感器窗口排放。
22.第一喷嘴和第二喷嘴可以围绕环基本上均匀地间隔开。
23.第一喷嘴和第二喷嘴可以各自包括平坦的偏转表面和指向相应偏转表面的出口。第一喷嘴的偏转表面可以各自限定与轴线的第一角度，并且第二喷嘴的偏转表面可以各自限定与轴线的第二角度。
24.传感器设备还包括包括传感器窗口的传感器壳体，以及传感器壳体和管状段安装到其的壳体。
25.参考附图，用于车辆30的传感器设备32包括限定轴线a的圆柱形传感器窗口34和相对于传感器窗口34固定的至少三个的多个管状段36。每个管状段36相对于轴线a周向地伸长。管状段36共同形成基本上围绕轴线a居中的环38。每个管状段36包括至少一个第一喷嘴40和至少一个第二喷嘴42。围绕环38以交替模式布置第一喷嘴40和第二喷嘴42。第一喷嘴40各自具有在与轴线a形成第一角度θ的径向向内的轴向方向上的排放方向，并且第二喷嘴42各自具有在与轴线a形成第二角度的径向向内的轴向方向上的排放方向，第二角度不同于第一角度θ。
26.当清洁传感器窗口34时，传感器设备32提供良好的覆盖范围。不同的第一角度θ和第二角度沿着传感器窗口34的高度提供清洁覆盖范围。传感器设备32具有稳健设计，而没有用于从第一喷嘴40和第二喷嘴42分配流体的移动零部件；即，管状段36(其包括第一喷嘴40和第二喷嘴42)不具有移动零部件。传感器设备32使用流体以高效的方式进行清洁。将进入环38的流体流分离到单独的管状段36中可以帮助均衡离开喷嘴40、42的流体的速度。
27.参考图1，车辆30可以是任何乘用车或商用车，诸如轿车、卡车、运动型多用途车、跨界车、货车、小型货车、出租车、公共汽车等。
28.车辆30可以是自主车辆。车辆计算机可被编程为完全地或者或在较小程度上独立于人类驾驶员的介入而操作车辆30。车辆计算机可以被编程为至少部分地基于从下文描述的传感器44以及其他传感器46接收到的数据来操作推进系统、制动系统、转向系统和/或其他车辆系统。出于本公开的目的，自主操作意指车辆计算机在没有人类驾驶员输入的情况下控制推进、制动系统和转向；半自主操作意指车辆计算机控制推进、制动系统和转向中的一者或两者，而人类驾驶员控制其余部分；并且非自主操作意指人类驾驶员控制推进、制动
系统和转向。
29.车辆30包括车身48。车辆30可以是一体式构造，其中车辆30的车架和车身48是单个部件。替代地，车辆30可以是车身车架分离式构造，其中车架支撑车身48，所述车身是与车架分开的部件。车架和车身48可由任何合适的材料(例如，钢、铝等)形成。
30.车身48包括部分地限定车辆30的外部的车身面板50。车身面板50可呈现a级表面，例如暴露于客户视线并且没有不美观的瑕疵和缺陷的成品表面。车身面板50包括例如车顶52等。
31.用于传感器44和其他传感器46的壳体54可附接到车辆30，例如，附接到车辆30的车身面板50中的一个，例如车顶52。例如，壳体54可以成形为可附接到车顶52，例如，可以具有匹配车顶52的轮廓的形状。壳体54可以附接到车顶52，这可以为传感器44和其他传感器46提供车辆30周围区域的无障碍视场。壳体54可由例如塑料或金属形成。
32.参考图2，壳体54包括壳体上部56和壳体下部58。壳体上部56和壳体下部58被成形为装配在一起，其中壳体上部56装配在壳体下部58的顶部上。壳体上部56覆盖壳体下部58。壳体上部56包括暴露壳体下部58的中心开口60。中心开口60是圆形的，例如具有圆形或略微椭圆形的形状。壳体上部56和壳体下部58各自是单件，即，是没有将多个件分开的内部接缝的连续材料块。例如，壳体上部56和壳体下部58可各自被冲压或模制为单件。壳体下部58包括支架62、支撑面板122和排水通道124(如下所述)，因此支架62、支撑面板122和排水通道124一起为单件。
33.壳体下部58包括支架62，传感器壳体64的传感器壳体底部66安装到所述支架。传感器壳体64由壳体54支撑并且安装到所述壳体，具体地，安装到壳体下部58。传感器壳体64可在壳体54的最高点处设置在壳体54的顶部上。支架62被成形为例如通过压配合或卡扣配合来接纳传感器壳体64的传感器壳体底部66并且将其固定在适当位置。支架62限定传感器壳体64相对于车辆30的定向和位置。
34.参考图3，传感器壳体64具有圆柱形形状并限定轴线a。传感器壳体64从传感器壳体底部66沿着轴线a竖直地向上延伸。传感器壳体64包括传感器壳体顶部68、传感器窗口34和传感器壳体底部66。传感器壳体顶部68设置在传感器窗口34的正上方，并且传感器壳体底部66设置在传感器窗口34的正下方。传感器壳体顶部68和传感器壳体底部66竖直地间隔开传感器窗口34的高度。
35.传感器44设置在传感器壳体64内部并且附接到壳体54并且由所述壳体支撑。传感器44可以被设计成检测外部世界的特征；例如，传感器44可以是雷达传感器、扫描激光测距仪、光检测和测距(激光雷达)装置或诸如相机的图像处理传感器。具体地，传感器44可以是激光雷达装置，例如扫描激光雷达装置。激光雷达装置通过发射特定波长的激光脉冲并测量脉冲行进到对象并返回的飞行时间来检测距对象的距离。
36.传感器窗口34是圆柱形的并限定轴线a，所述轴线a基本上竖直地定向。传感器窗口34围绕轴线a延伸。传感器窗口34可以完全地围绕(即，360
°
)轴线a延伸，或者部分地围绕轴线a延伸。传感器窗口34沿着轴线a从底部边缘70延伸到顶部边缘72。底部边缘70接触传感器壳体底部66，并且顶部边缘72接触传感器壳体顶部68。传感器窗口34定位在管状段36上方，例如，传感器窗口34的底部边缘70在管状段36上方。传感器窗口34的外径可以与传感器壳体顶部68和/或传感器壳体底部66的外径相同；换句话说，传感器窗口34可以与传感器
壳体顶部68和/或传感器壳体底部66齐平或基本上齐平。“基本上齐平”意指传感器窗口34和传感器壳体顶部68或传感器壳体底部66之间的接缝不会在沿着传感器窗口34流动的空气中引起湍流。传感器窗口34中的至少一些相对于传感器44能够检测的任何介质都是透明的。例如，如果传感器44是激光雷达装置，则传感器窗口34相对于由传感器44产生的波长的可见光是透明的。
37.管状段36相对于传感器窗口34固定。例如，管状段36可以安装到壳体54，例如螺栓连接到壳体下部58，包括传感器窗口34的传感器壳体64安装到所述壳体下部。管状段36可以直接地彼此附接，或者管状段36可以经由壳体54(例如壳体下部58)间接地彼此附接。
38.每个管状段36围绕轴线a周向地伸长。管状段36包括至少三个管状段36；例如，如图所示，管状段36包括四个管状段36。每个管状段36可以具有围绕轴线a的基本上相同的周向伸长量，例如90
°
。管状段36共同形成基本上围绕轴线a居中的环38。管状段36的周向伸长量之和可以为360
°
，例如，四个管状段36各自为90
°
。
39.参考图4，空气清洁系统74包括压缩机76、过滤器78、腔室80和空气喷嘴82。压缩机76、过滤器78和空气喷嘴82依次通过腔室80彼此流体地连接(即，流体可以从一个流到另一个)。
40.压缩机76通过例如迫使附加的气体进入不变体积来增加气体的压力。压缩机76可以是任何合适类型的压缩机，例如正排量压缩机，诸如往复式、离子液体活塞、旋转螺杆、旋转叶片、滚动活塞、涡旋或隔膜压缩机；动态压缩机，诸如气泡式、离心式、对角式、混流式或轴流式压缩机；或者任何其他合适的类型。
41.过滤器78从流动通过过滤器78的空气中去除固体颗粒，诸如灰尘、花粉、霉菌、尘埃和细菌。过滤器78可以是任何合适类型的过滤器，例如纸、泡沫、棉、不锈钢、油浴等。
42.参考图5，壳体上部56和壳体下部58通过包封壳体上部56与壳体下部58之间的空间而形成腔室80。压缩机76可被定位成对腔室80加压，即，被定位成从壳体54外部吸入空气并将空气输出到腔室80中。
43.空气喷嘴82被定位成从腔室80接收加压空气并且跨传感器窗口34排放所述空气。空气喷嘴82被定向成从传感器窗口34下方平行于轴线a跨传感器窗口34排放。空气喷嘴82由传感器壳体64和管状段36形成，具体地由传感器壳体64的传感器壳体底部66和管状段36的空气喷嘴表面84形成。每个管状段36包括一个空气喷嘴表面84。空气喷嘴表面84是厚度基本不变的弯曲板。每个空气喷嘴表面84都竖直地平行于轴线a并且以距轴线a基本上不变的半径围绕轴线a周向地延伸。厚度方向与空气喷嘴表面84的竖直和周向延伸方向正交。来自腔室80的加压空气被竖直向上引导通过在传感器壳体底部66与空气喷嘴表面84之间形成的间隙86。
44.返回到图4，车辆30的液体清洁系统88包括贮存器90、第一泵92、第二泵94、液体供应管线96、阀98、管状段36、第一喷嘴40和第二喷嘴42。贮存器90和泵92、94流体地连接(即，流体可以从一者流动到另一者)到每个阀98、到每个管状段36并且因此到第一喷嘴40和第二喷嘴42。液体清洁系统88将储存在贮存器90中的清洗液分配到第一喷嘴40和第二喷嘴42。“清洗液”是指存储在贮存器90中的用于清洁的任何液体。清洗液可以包括溶剂、清洁剂、稀释剂(诸如水)等。
45.贮存器90可以是可填充有液体(例如，用于窗口清洁的清洗液)的罐。贮存器90可
以设置在车辆30的前部中，具体地，在乘客舱前方的发动机舱中。替代地，贮存器90可以设置在壳体54中，例如设置在腔室80中或壳体下部58的下方。贮存器90可以储存仅用于供应传感器设备32或者还用于其他目的(诸如，供应到挡风玻璃)的清洗液。
46.泵92、94以足以使清洗液从第一喷嘴40和第二喷嘴42喷射的压力迫使清洗液通过液体供应管线96到达阀98，并且然后到达第一喷嘴40和第二喷嘴42。泵92、94流体地连接到贮存器90。泵92、94可以附接到贮存器90或者设置在所述贮存器中。例如，第一泵92可以位于贮存器90中，并且第二泵94可以与贮存器90间隔开。泵92、94串联布置以将清洗液从贮存器90供应到阀98，然后供应到管状段36。换句话说，泵92、94中的一个将流体排放到泵92、94中的另一个，所述另一个泵继而排放所接收的流体。将泵92、94串联布置可以提供比泵92、94的其他布置(例如，并联)更大的压力上升。
47.液体供应管线96可以从第一泵92延伸到第二泵94，从第二泵94延伸到阀98，并且从阀98延伸到管状段36。单独的液体供应管线从每个阀98延伸到相应的管状段36。液体供应管线96可以是例如柔性管。
48.阀98可独立地致动以打开和关闭，以允许清洗液流过或阻挡清洗液，即，每个阀98都可以打开或关闭，而不改变其他阀98的状态。每个阀98被定位成允许或阻止从贮存器90到管状段36中的相应一个管状段的流动。阀98可以是任何合适类型的阀，例如球阀、蝶阀、节流阀、闸阀、截止阀等。
49.参考图6，每个管状段36包括下部件100和上部件102。每个下部件100限定通道104，所述通道与相应的管状段36一起围绕轴线a周向延伸。具体地，每个通道104沿着围绕轴线a周向延伸的圆弧具有基本上不变的横截面。每个通道104的横截面包括径向外侧壁106、底板108和径向内侧壁110，如图5所示。底板108水平延伸，径向外侧壁106从底板108的径向外边缘竖直延伸，并且径向内侧壁110从底板108的径向内边缘竖直延伸。每个下部件100包括两个端壁112。每个通道104围绕轴线a从该下部件100的一个端壁112周向地延伸到该下部件100的另一个端壁112。每个下部件100包括空气喷嘴表面84中的一个。空气喷嘴表面84各自相对于轴线a从通道104径向向内设置。
50.相应的管状段36的每个上部件102包封该管状段36的下部件100的相应通道104。每个上部件102围绕轴线a周向地延伸，其中通道104从相应的下部件100的一个端壁112到另一个端壁112，并且每个上部件102从径向内侧壁110径向向外延伸到相应的下部件100的径向外侧壁106。上部件102包括第一喷嘴40和第二喷嘴42。
51.返回到图5，每个管状段36包括由上部件102以及下部件100的通道104和端壁112包封的腔体114。每个管状段36与其他管状段36流体地隔离。换句话说，管状段36的腔体114彼此流体隔离；即，腔体114被布置成使得流体不能从一者流到另一者。除了第一喷嘴40、第二喷嘴42和入口116之外，腔体114被密封。
52.参考图7，每个下部件100包括入口116。贮存器90经由相应的入口116流体地联接到每个管状段36，即，联接到每个腔体114。入口116从相应的下部件100向下延伸。每个入口116可以设置在沿着相应下部件100的周向伸长量的大约一半处；例如，如果下部件100具有90
°
的周向伸长量，则入口116与下部件100的任一端成大约45
°
。
53.参考图8，每个管状段36包括至少一个第一喷嘴40和至少一个第二喷嘴42。第一喷嘴40和第二喷嘴42围绕由管状段36形成的环38以交替模式布置；即，每个第一喷嘴40沿每
个方向与一个第二喷嘴42周向相邻，并且每个第二喷嘴42沿每个方向与一个第一喷嘴40周向相邻。第一喷嘴40和第二喷嘴42围绕环38基本上均匀地间隔开；即，从每个第一喷嘴40或第二喷嘴42到相邻的第一喷嘴40或第二喷嘴42的距离基本上相同。第一喷嘴40可以包括八个第一喷嘴40，并且第二喷嘴42可以包括八个第二喷嘴42。第一喷嘴40和第二喷嘴42可以在管状段36之间均匀地划分；例如，在有四个管状段36的情况下，每个管状段36包括两个第一喷嘴40和两个第二喷嘴42。
54.参考图9a至图9b，第一喷嘴40和第二喷嘴42是液体喷嘴。第一喷嘴40和第二喷嘴42可以成形为以扁平扇形模式来喷射流体。第一喷嘴40和第二喷嘴42各自包括平坦的偏转表面118和指向相应偏转表面118的出口120。通过出口120中的一个离开腔体114中的一者的流体撞击相应的偏转表面118，并且扩散成由偏转表面118限定的扁平扇形模式。
55.第一喷嘴40各自具有在与轴线a形成第一角度θ的径向向内的轴向方向(即，朝向轴线a并且沿着轴线a的方向)上的排放方向。第二喷嘴42各自具有在与轴线a形成第二角度的径向向内的轴向方向上的排放方向。第二角度不同于第一角度θ。第一喷嘴40的偏转表面118各自限定与轴线a的第一角度θ，并且第二喷嘴42的偏转表面118各自限定与轴线a的第二角度
56.参考图10，壳体下部58包括定位在管状段36正下方的支撑面板122。支撑面板122从支架62径向向外延伸。支撑面板122是大致水平的。壳体下部58包括排水通道124。排水通道124延伸到支撑面板122中，即从支撑面板122的外圆周径向向内延伸，并且排水通道124沿径向向外方向向下倾斜。排水通道124可以帮助将流过间隙86的流体排出到腔室80中。
57.参考图11，车辆30包括计算机126。计算机126是基于微处理器的计算装置，例如，电子控制器等。计算机126包括处理器、存储器等。计算机126的存储器包括用于存储可由处理器执行的指令以及用于电子地存储数据和/或数据库的介质。
58.计算机126可通过通信网络128(诸如控制器局域网(can)总线、以太网、wifi、局域互连网(lin)、车载诊断连接器(obd-ii))和/或通过任何其他有线或无线通信网络传输和接收数据。计算机126可经由通信网络128通信地耦合到传感器44、阀98、泵92、94和其他部件。
59.图12是示出用于控制传感器设备32的示例性过程1200的过程流程图。计算机126的存储器存储可执行指令以执行过程1200的步骤。作为过程1200的总体概述，计算机126接收清洁传感器窗口34的一部分的命令，所述命令包括将打开的阀98的数量，并且计算机126基于打开的阀98的数量是否是至少阈值来选择是否激活泵92、94中的一个或两个泵92、94。
60.过程1200在框1205中开始，其中计算机126接收清洁传感器窗口34的命令。所述命令将包括哪些阀98将打开，并且计算机126可以对将打开的阀98的数量进行计数。例如，计算机126可以发出清洁传感器窗口34的在管状段36中的一个上方居中的被遮挡部分的命令，所述命令包括打开通向该管状段36的阀98并使其余的阀98关闭；在这种情况下，一个阀98打开。又例如，计算机126可以发出清洁传感器窗口34的在管状段36中的两个会合处正上方的被遮挡部分的命令，并且所述命令包括打开通向那两个管状段36的阀98并使其他两个阀98关闭；在这种情况下，两个阀98打开。又例如，计算机126可以发出清洁整个传感器窗口34的命令，所述命令包括打开所有阀98；在这种情况下，四个阀98打开。又例如，计算机126可以发出清洁至少部分面向前的全部传感器窗口34的命令；在这种情况下，三个阀98可以
打开。
61.接下来，在判定框1210中，计算机126确定打开的阀98的数量是否等于或高于阈值，或者所述数量是否低于阈值。可以基于当不同数量的阀98打开时泵92、94能够输送的压力来选择阈值。例如，如果泵92、94中的一个能够为多达六个第一喷嘴40或第二喷嘴42供应足够的压力来清洁传感器窗口34，则阈值是两个阀98(并且计算机126将仅发出命令一次打开多达三个阀98，而不是所有四个阀98)。如果打开的阀98的数量低于阈值，例如，当阈值是两个时所述数量为一个，则过程1200前进到框1215。如果打开的阀98的数量等于或高于阈值，例如，当阈值是两个时所述数量为两个或三个，则过程1200前进到框1220。
62.在框1215中，计算机126激活两个泵92、94中的一个(例如，第一泵92)，同时将另一个泵92、94(例如，第二泵94)维持为不活动的。激活泵92、94中的一个与打开选定的一个或多个阀98协调，例如，基本上同时执行。第一泵92可以被激活持续预设持续时间，然后被停用。在框1215之后，过程1200结束。
63.在框1220中，计算机126激活两个泵92、94。激活泵92、94与打开选定的一个或多个阀98协调，例如，基本上同时执行。泵92、94可以被激活持续预设持续时间，然后被停用。在框1220之后，过程1200结束。
64.已经以说明性方式描述了本公开，并且应当理解，已经使用的术语意图具有描述性词语而非限制性词语的性质。形容词“第一”和“第二”贯穿本文档用作标识符，并且不意图表示重要性、顺序或量。本文使用的“基本上”意指尺寸、持续时间、形状或其他形容词可能由于物理缺陷、电源中断、机加工或其他制造中的变化等而与所描述的略有不同。鉴于以上教导，本公开的许多修改和变化是可能的，并且本公开可以不同于具体描述的其他方式来实践。