双模式光学雨感测设备的制作方法

本发明涉及感测设备，更具体地涉及双模式光学雨感测设备。

背景技术：

现代车辆包括增加驾驶员安全性和便利性的各种电子部件。用于自动激活挡风玻璃雨刮器的雨水传感器是一个这样的部件。许多雨水传感器是利用来自挡风玻璃的光的内部反射的光学设备。挡风玻璃上的雨滴改变了反射光的量，并且此类信息用于自动控制挡风玻璃雨刮器。

与当前的雨水传感器相关联的一个缺点是，这些雨水传感器需要棱镜和准直透镜来以适当的角度引导光，以实现此类设备按设计操作所需的总内部反射条件。透镜、棱镜和光耦合元件需要额外的空间并增加了部件的数量和此类设备的费用。

与已知的雨水感测设备相关联的另一个缺点是，这些雨水感测设备通常不能够检测挡风玻璃上的连续水膜或水涂层。已知的传感器的内部反射布置操作的方式通常取决于接触挡风玻璃的单个雨滴，并且可能无法检测较宽的水涂层。

提供一种成本较低、需要较少空间且提供较稳健的雨水感测的与车辆挡风玻璃雨刮器系统结合使用的雨水传感器将是有用的。

技术实现要素：

一种用于检测挡风玻璃上的雨水或物质的设备的说明性示例实施例包括至少一个辐射源，该至少一个辐射源在一方向上朝挡风玻璃上的检测区域发射辐射使得辐射的第一部分从挡风玻璃反射并且辐射的第二部分穿过挡风玻璃。内部反射传感器相对于辐射源设置，使得从挡风玻璃上的检测区域反射的辐射的第一部分中的至少一些入射到内部反射传感器上。内部反射传感器提供指示入射在内部反射传感器上的辐射的第一部分的量的第一输出。第一输出具有基于是否至少一个雨滴在检测区域中的挡风玻璃上而不同的特性。散射反射传感器相对于辐射源但与内部反射传感器不同地设置，使得从挡风玻璃附近的雨水或挡风玻璃上的物质反射的辐射的第二部分中的至少一些可入射到散射反射传感器上。散射反射传感器提供指示入射在散射反射传感器上的辐射量的第二输出。处理器被配置成基于第一输出和第二输出来确定挡风玻璃的状况。

在具有在前段落的设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射源发射光。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射源包括激光二极管。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射源包括近红外激光二极管。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，第一输出的特性包括第一幅度和第一频率。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，处理器被配置成确定第一幅度是否超过至少一个预定幅度阈值，以及确定第一频率是否超过至少一个频率阈值。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，处理器被配置成：当第一幅度超过第一幅度阈值并且第二输出不指示入射在散射反射传感器上的任何辐射时确定挡风玻璃的状况是第一状况，第一状况包括第一降水水平；当第一幅度超过高于第一幅度阈值的第二幅度阈值并且第二输出指示入射在散射反射传感器上的辐射时确定挡风玻璃的状况是第二状况，第二状况包括大于第一降水水平的第二降水水平；以及当第一幅度超过大于第二幅度阈值的第三幅度阈值并且第二输出指示入射在散射反射传感器上的具有高入射频率的辐射时确定挡风玻璃的状况是第三状况，第三状况包括大于第二降水水平的第三降水水平。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，处理器被配置成：基于所确定的挡风玻璃的状况来控制挡风玻璃雨刮器组件；基于确定挡风玻璃的状况是第一状况，使挡风玻璃雨刮器组件刮过挡风玻璃一次；当挡风玻璃的状况是第二状况时，基于第一频率和入射在散射反射传感器上的辐射的入射频率，使挡风玻璃雨刮器组件以低速、中速或高速中的一个进行操作；以及当挡风玻璃的状况是第三状况时，使挡风玻璃雨刮器组件以高速进行操作。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，处理器被配置成当第一输出不指示检测区域上的任何雨水并且第二输出指示辐射以高入射频率入射在散射反射传感器上时，确定物质在挡风玻璃上；以及使挡风玻璃雨刮器组件向挡风玻璃施加挡风玻璃清洗液。

具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例包括在辐射源和挡风玻璃之间的至少一个半透反射式(transreflective)部件。半透反射式部件允许辐射的第一部分穿过半透反射式部件朝向挡风玻璃上的检测区域，并且将辐射的第三部分朝挡风玻璃上的第二检测区域反射。第二内部反射传感器相对于辐射源设置，使得从挡风玻璃上的第二检测区域反射的辐射的第三部分中的至少一些入射到第二内部反射传感器上。第二内部反射传感器提供指示入射在第二内部反射传感器上的辐射的第三部分的量的第三输出。第三输出具有基于是否至少一个雨滴在第二检测区域中的挡风玻璃上而不同的特性。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射的第一部分以导致从检测区域朝内部反射传感器反射辐射的第一部分的角度在挡风玻璃上的检测区域处被引导，以及辐射的第三部分以导致从第二检测区域朝第二内部反射传感器反射辐射的第三部分中的至少一些的角度在挡风玻璃上的第二检测区域处被引导。

在具有在前段落中的任一段的设备的一个或多个特征的示例实施例中，辐射的第一部分以导致从检测区域朝内部反射传感器反射辐射的第一部分的角度在挡风玻璃上的检测区域处被引导，并且第一输出的特性包括第一幅度，第一幅度以与检测区域上的雨水量对应的量减小。

一种检测挡风玻璃上的雨水或物质的方法的说明性示例实施例包括：在一方向上朝挡风玻璃上的检测区域发射辐射使得辐射的第一部分从挡风玻璃反射并且辐射的第二部分穿过挡风玻璃；使用内部反射传感器来检测从挡风玻璃上的检测区域反射的入射在内部反射传感器上的辐射的第一部分中的至少一些；由内部反射传感器生成指示入射在内部反射传感器上的辐射的第一部分的量的第一输出，第一输出具有基于是否至少一个雨滴在检测区域中的挡风玻璃上而不同的特性；使用散射反射传感器来检测从挡风玻璃附近的雨水或挡风玻璃上的物质反射的辐射的第二部分中的至少一些；由散射反射传感器生成指示入射在散射反射传感器上的辐射量的第二输出；以及基于第一输出和第二输出来确定挡风玻璃的状况。

在具有在前段落的方法的一个或多个特征的示例实施例中，辐射包括光。

在具有在前段落中的任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例中，第一输出的特性包括第一幅度和第一频率。

具有在前段落中的任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例包括：确定第一幅度是否超过至少一个预定幅度阈值，以及确定第一频率是否超过至少一个频率阈值。

具有在前段落中的任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例包括：当第一幅度超过第一幅度阈值并且第二输出不指示入射在散射反射传感器上的任何辐射时确定挡风玻璃的状况是第一状况，第一状况包括第一降水水平；当第一幅度超过高于第一幅度阈值的第二幅度阈值并且第二输出指示入射在散射反射传感器上的辐射时确定挡风玻璃的状况是第二状况，第二状况包括大于第一降水水平的第二降水水平；以及当第一幅度超过大于第二幅度阈值的第三幅度阈值并且第二输出指示入射在散射反射传感器上的具有高入射频率的辐射时确定挡风玻璃的状况是第三状况，第三状况包括大于第二降水水平的第三降水水平。

具有在前段落中的任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例包括基于所确定的挡风玻璃的状况来控制挡风玻璃雨刮器组件，其包括：基于确定挡风玻璃的状况是第一状况，使挡风玻璃雨刮器组件刮过挡风玻璃一次；当挡风玻璃的状况是第二状况时，基于第一频率和入射在散射反射传感器上的辐射的入射频率，使挡风玻璃雨刮器组件以低速、中速或高速中的一个进行操作；以及当挡风玻璃的状况是第三状况时，使挡风玻璃雨刮器组件以高速进行操作。

具有在前段落中的任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例包括：当第一输出不指示检测区域上的任何雨水并且第二输出指示辐射以高入射频率入射在散射反射传感器上时，确定物质在挡风玻璃上；以及使挡风玻璃雨刮器组件向挡风玻璃施加挡风玻璃清洗液。

具有在前段落中的任一段的方法的一个或多个特征的示例实施例包括：朝挡风玻璃上的第二检测区域引导辐射的第三部分；使用第二内部反射传感器来检测从挡风玻璃上的第二检测区域反射的辐射的第三部分中的至少一些；以及由第二内部反射传感器生成指示入射在第二内部反射传感器上的辐射的第三部分的量的第三输出，第三输出具有基于是否至少一个雨滴在第二检测区域中的挡风玻璃上而不同的特性。

从下面的详细描述，至少一个所公开的示例实施例的各种特征和优点将变得对本领域技术人员显而易见。伴随详细描述的附图可被简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了一车辆，该车辆包括根据本发明的实施例设计的用于检测车辆挡风玻璃上的雨水或物质的设备。

图2示意性地示出了用于检测挡风玻璃上的雨水或物质的设备的示例实施例。

图3示出了图2的实施例的示例操作状况的所选特征。

图4示意性地示出了图2的示例实施例的另一示例操作状况的所选部分。

图5是示出了基于来自诸如图2的示例实施例之类的设备的信息的控制技术的示例实施例的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了车辆20，车辆20包括挡风玻璃22。挡风玻璃雨刮器24选择性地刮过挡风玻璃22。控制器26包括具有相关联的存储器的至少一个处理器。控制器26被特别配置用于控制挡风玻璃雨刮器24的操作。控制器26可以是专用计算设备，或者是执行对车辆20的其它部分的控制功能的计算设备的一部分。

用于检测挡风玻璃22上的雨水或物质的设备30向控制器26提供信息以用于操作挡风玻璃雨刮器24。设备30可以位于毗邻挡风玻璃22的任何位置处，并且在所示示例中被定位在后视镜座将被固定至挡风玻璃22的位置处。

图2示意性地示出了用于检测挡风玻璃22上的雨水或物质的设备30的示例实施例。在该示例中，至少一个辐射源32发射在34处示意性所示的辐射。在所示示例中，半透反射式部件36位于辐射源32和挡风玻璃22之间。半透反射式部件36允许辐射34的第一部分穿过半透反射式部件36并朝挡风玻璃22行进。辐射34的第一部分从挡风玻璃22上的检测区域38反射。在40处示意性地示出了所产生的经反射的辐射。

在一个示例中，辐射源32包括激光二极管，并且辐射包括光。在一个示例中，辐射源32是近红外激光二极管。

内部反射传感器42相对于辐射源32和挡风玻璃22设置，使得在40处所反射的辐射的第一部分中的至少一些将入射到内部反射传感器42上。由内部反射传感器42检测到的辐射的量取决于辐射在检测区域38处与挡风玻璃22的外表面相遇时所成的角度以及是否有任何雨滴在检测区域38中。

如图2示意性所示，来自辐射源32的辐射的第二部分43穿过挡风玻璃22。散射反射传感器44相对于辐射源32位于与内部反射传感器42不同的位置。散射反射传感器44通常不检测在40处示意性所示的从挡风玻璃22上的检测区域38反射的经反射的辐射中的任何辐射。散射反射传感器44可检测从挡风玻璃22附近的一个或多个雨滴反射的辐射，如果这样的雨滴遇到在43处示意性地所示的辐射的第二部分。

半透反射式部件36还通过使此类辐射朝第二检测区域50反射来将在48处示意性地所示的辐射的第三部分朝挡风玻璃22上的第二检测区域50引导。如52处示意性所示的，由半透反射式部件36反射的辐射中的至少一些穿过挡风玻璃。

第二内部反射传感器54相对于辐射源32设置，使得从第二检测区域50反射的辐射中的至少一些将入射到第二内部反射传感器54上。在该示例中，第二散射反射传感器56相对于辐射源32设置，其中从挡风玻璃22反射的辐射通常不入射到散射反射传感器56上。

在示例实施例中，半透反射式部件36是有助于在如图2示意性所示的两个方向上引导辐射(诸如，光)的光学部件。在一个示例中，半透反射式部件36包括棱镜。在另一示例实施例中，半透反射式部件36包括光栅。在一些示例中，半透反射式部件36包括反射镜，而在其它实施例中，半透反射式部件36包括透镜。一些示例实施例包括具有棱镜、光栅、透镜和反射镜中的两个或更多个的组合的特性或特征的半透反射式部件。

在示例实施例中，内部反射传感器42和54包括光电探测器或光传感器。散射反射传感器44和56包括光电探测器或光传感器。一些实施例包括已知的光电探测器，诸如光电倍增器、pin光电二极管和雪崩光电二极管。

图3示意性地示出了在包括在检测区域38中的至少一个雨滴60的挡风玻璃的第一状况下设备30的操作。与其中挡风玻璃22上什么都没有的状况相比较，当雨滴60在检测区域38中时由内部反射传感器42检测到的辐射或光的量是不同的。雨滴的存在改变了从挡风玻璃22朝内部反射传感器42反射的辐射或光的量。

来自内部反射传感器42的第一输出具有取决于检测区域38中任何雨滴的存在或不存在而变化的第一特性。例如，来自内部反射传感器42的第一输出具有幅度和频率。由于在检测区域38中存在雨滴60，因此在该示例中的幅度将基于由内部反射传感器42检测到的经反射的辐射的减少的量而减小。在该示例中，第一输出的频率对应于在所选测量周期上出现的幅度变化的数量。例如，接触检测区域38的更多雨滴将导致更频繁地出现第一输出的幅度变化。根据用于检测雨水和控制挡风玻璃雨刮器24的示例实施例，控制器26根据所确定的挡风玻璃22的状况使用与包括幅度和频率的第一输出的第一特性有关的信息。

在图3中，空中的雨滴没有引起穿过挡风玻璃22的辐射或光中的任一个的任何反射，并且散射反射传感器44或56都没有提供与任何雨滴检测有关的任何输出。同样在图3中，在第二检测区域50上不存在雨水，使得来自内部反射传感器54的输出指示不存在任何雨水。

图4示意性地示出了雨滴正在接近但尚未接触挡风玻璃22的情况。雨滴70遇到已穿过挡风玻璃22的辐射，并且将72处示意性所示的辐射中的至少一些朝散射反射传感器44反射。当这发生时，散射反射传感器44提供指示辐射入射在该传感器上的第二输出。例如，第二输出可分别具有指示入射或检测到的辐射的量以及在测量周期内检测到辐射的次数的幅度和频率。在图4中示出了另一个雨滴74，其与在已由半透反射式部件36反射之后穿过挡风玻璃22的辐射相遇。如在76处所示意性所示的，辐射中的至少一些反射离开雨滴74。散射反射传感器56提供指示由该传感器检测到的辐射的第二输出。

图3和图4中所示的状况可同时发生，并且设备30能够同时提供来自内部反射传感器42和54的第一输出和来自散射反射传感器44和56的第二输出，以提供与仅能够检测图3和图4所示的各自的状况的设备相比更稳健的雨水检测系统。所示的示例实施例的一个特征是它是双模式感测系统，其允许使用内部反射和外部散射反射来检测雨水，其中内部反射基于从挡风玻璃朝传感器反射的辐射，外部散射反射基于从在挡风玻璃22外部的雨滴或另一物质反射的辐射。

图5是流程图80，其概述了由控制器26所使用的用于取决于检测到的挡风玻璃22的状况控制挡风玻璃雨刮器24的操作的示例控制方法。图5中所概述的过程从82开始，其中将来自至少一个内部反射传感器(irs)的第一输出与低阈值(lt)相比较。如果来自至少一个内部反射传感器42、54的第一输出幅度不超过预选的低阈值，则在84处，确定至少一个散射反射传感器(srs)输出是否超过预选的阈值(t)。如果不存在超过该阈值的来自散射反射传感器44或56的输出，则如86处所示，控制器26确定不需要雨刮器操作。

如果在82处来自内部反射传感器的第一输出超过低阈值，则在88处确定该输出是否超过中间阈值(mt)。如果不超过，则来自至少一个内部反射传感器的第一输出指示在检测区域存在导致由内部反射传感器检测到的辐射量的变化具有相对低的变化幅度的某物。在90处，确定来自内部反射传感器的第一输出的特性的频率是否为低。如果是，则控制器26确定挡风玻璃22的状况包括非常小的雨，诸如以小于0.25mm/小时的速率的降水。在这种情况下，如在92处所示，控制器26使挡风玻璃雨刮器24通过在挡风玻璃22上进行单次擦拭来操作。

如果来自内部反射传感器的第一输出的频率不为低，则在94处，确定频率是否为高。如果是，控制器26确定挡风玻璃的状况包括雾，并且如在96处所示，控制器26使挡风玻璃雨刮器24在挡风玻璃22上进行单次擦拭。

在某些状况下，来自内部反射传感器的输出将足以超过低阈值(lt)，但是频率将足够低，以至于不需要任何挡风玻璃雨刮器的激活，并且在98处,控制器26确定这样的状况。例如，当在挡风玻璃22上存在通过阴影，该通过阴影改变由内部反射传感器42或54中的至少一个检测到的辐射量时，这可能发生。

如果来自内部反射传感器中的至少一个内部反射传感器的第一输出超过82处的低阈值和88处的中间阈值(mt)，则在100处确定传感器输出是否超过100处的高阈值(ht)。如果不超过，则由控制器26处理来自内部反射传感器中的至少一个内部反射传感器的第一输出，以在102处确定第一输出的频率是否为低。如果是，则在104处，确定是否存在超过阈值(t)的来自至少一个散射反射传感器(srs)44或54的输出。如果该确定的结果是肯定的，则在106处确定来自散射反射传感器的输出的频率是否为低。如果是，则控制器26引起108处的挡风玻璃雨刮器操作以按低速擦拭激活挡风玻璃雨刮器24。在该场景下，控制器26确定挡风玻璃22的状况包括小雨，诸如在每小时0.25mm和每小时1.0mm之间的降水率。

如果在102处作出的确定是否定的，则来自内部反射传感器的第一输出的频率不为低，并且在110处，确定该频率是否为高。如果是，则在112处检查来自散射反射传感器的输出，以确定它们中的至少一个是否超过阈值(t)。假如存在来自散射反射传感器44或54的至少一些输出，则在114处，检查该输出的频率以确定该频率是否为低。如果该确定导致肯定的结果，则控制器26引起116处的中速擦拭挡风玻璃雨刮器操作。在该实例中，控制器26确定挡风玻璃22的状况包括中雨，诸如在每小时1.0mm和每小时4.0毫米之间的降水率。

如果在114处作出的确定不指示来自散射反射传感器的输出频率为低，则在118处确定这样的频率是否为高。如果是，则控制器26引起120处的高速雨刮器操作。在该实例中，控制器26确定挡风玻璃22的状况包括大雨，诸如在每小时4.0mm和每小时16.0mm之间的降水率。

在一些状况下，在100处，来自内部反射传感器中的至少一个内部反射传感器的输出的幅度将超过高阈值，并且根据图5所示的示例过程，然后在122处作出关于来自内部反射传感器的输出的频率是否为低的确定。如果是，则在124处，检查来自散射反射传感器的输出。假如存在超过阈值(t)的来自散射反射传感器的输出，则在126处，检查该输出的频率是否为高。如果该确定的结果是肯定的，则控制器26引起120处的高速雨刮器操作。在该实例中，控制器26确定挡风玻璃22的状况包括极大雨，诸如在每小时16.0mm和每小时50.0mm之间的降水率。

如果在122处检查的来自内部反射传感器的输出的频率被确定不为低，则在128处，检查该频率是否为高。如果是，则在130处，验证来自散射反射传感器的输出。如果在132处散射反射传感器输出的频率为高，则控制器26继续以引起120处的高速雨刮器操作。在该实例中，控制器26有效地确定挡风玻璃22的状况包括特大雨，诸如大于每小时50.0mm的降水率。

雨水或物质检测设备30的示例实施例的一个特征是，它还能够检测除雨之外的碎片或另一物质何时出现在挡风玻璃22上。在图5中，在其中如在82处检查的内部反射传感器不提供超过低阈值的输出并且在84处散射反射传感器输出超过阈值的情况下，在134处确定来自散射反射传感器的输出是否具有低频率。如果这样的输出具有低频率，则在86处，控制器26确定不需要雨刮器的激活。其中可能存在这些状况的示例场景包括来自散射反射传感器的输出，该输出基于在挡风玻璃雨刮器24在挡风玻璃22上移动时来自挡风玻璃雨刮器24中的一个的反射。

如果在134处做出的确定指示频率不够低以至于不能被忽略，则在136处确定来自散射反射传感器的输出的频率是否为高。如果是，则控制器26确定挡风玻璃22的状况包括在挡风玻璃22上碎片或物质。在这种情况下，控制器26激活挡风玻璃雨刮器组件，以包括在138处将向挡风玻璃22施加清洗液。在一个示例中，在这种情况下，控制器26复位用于跟踪来自设备30的传感器的输出的所有计数器。

从图5中概括的方法可以理解，控制方法包括控制器26确定来自第一输出的第一幅度是否超过至少一个预定幅度阈值，以及确定第一频率是否超过至少一个频率阈值。此外，控制器26的处理器被配置成，当第一幅度超过第一幅度阈值(诸如，阈值lt)、并且来自散射反射传感器的第二输出不指示入射在散射反射传感器上的任何辐射时，将挡风玻璃的状况确定为包括第一降水水平的第一状况。。控制器26的处理器还被配置成，当第一幅度超过高于第一幅度阈值的第二幅度阈值(诸如，阈值mt)、并且来自散射反射传感器的第二输出指示入射在散射反射传感器上的辐射时，将挡风玻璃22的状况确定为包括大于第一降水水平的第二降水水平的第二状况。在该示例中，控制器26的处理器还被配置成，当第一幅度超过大于第二幅度阈值的第三幅度阈值(诸如，阈值ht)、并且来自散射反射传感器中的至少一个散射反射传感器的第二输出指示入射在散射反射传感器上的具有高入射频率的辐射时，将挡风玻璃的状况确定为包括大于第二降水水平的第三降水水平的第三状况。

如图5的流程图所展示的，控制器26的处理器还被配置成基于所确定的挡风玻璃的状况来控制挡风玻璃雨刮器组件。在所示示例中，控制器26基于确定挡风玻璃的状况是上述第一状况，使挡风玻璃雨刮器组件刮过挡风玻璃一次。当挡风玻璃的状况是上述第二状况时，控制器26基于来自内部反射传感器的第一输出的频率和由散射反射传感器检测到的辐射的入射频率，使挡风玻璃雨刮器组件以所选速度(诸如，低速、中速或高速)进行操作。控制器26的处理器还被配置成当挡风玻璃的状况对应于上述第三状况时，使挡风玻璃雨刮器组件以高速进行操作。

在示例实施例中，与控制器26的处理器相关联的存储器包括使控制器26根据例如图5所示的过程来操作的指令。与控制器26的处理器相关联的存储器还可用于至少暂时存储传感器输出值，该传感器输出值允许处理器作出导致图5中概述的控制类型的确定。

可以选择各种阈值，降水量和雨刮器操作速度以满足特定车辆或雨刮器系统的需要。受益于本说明书的本领域技术人员将能够为这些参数选择合适的值。

根据本发明的实施例设计的雨水或物质检测设备和方法(如附图中所示的和以上所描述的)允许一种更稳健的检测系统，其能够检测挡风玻璃上的雨水、挡风玻璃上的其他物质、以及接近挡风玻璃的雨滴的存在。本发明的实施例允许实现这样的操作，同时与其他检测器相比部分地因为不需要任何准直透镜或棱镜来在挡风玻璃处引导辐射而节省了成本和空间，。此外，与之前的检测器配置可获得的性能相比，双模式操作导致增强的检测性能。

在前的描述本质上是示例性的而非限制的。对所公开的示例的变型和修改可对于本领域技术人员变得显而易见，不一定偏离本发明的实质。给予本发明的法律保护的范围仅可通过研究以下权利要求来确定。