自清洁效应器系统的制作方法

本发明涉及用于传感器、led、激光雷达和摄像机的清洁系统的领域。

背景技术：

1、由于对先进的自动化和独立驾驶员辅助系统的不断增长的需求驱动，自动驾驶汽车市场正处于指数增长轨迹。这些系统严重依赖于机载传感器阵列，包括摄像机、激光雷达和雷达，以确保精确的数据输入、导航和时间敏感的通信。然而，自动驾驶系统面临的紧迫挑战是传感器清洁度的维持，传感器清洁度的维持由于环境因素而加剧，环境因素诸如污垢、碎屑、不利天气条件以及传感器透镜上积聚的冰和冷凝物的倾向。

2、全球汽车传感器市场的价值超过345.9亿美元，预计到2032年将达到约764.3亿美元，预测期内的cagr为8.30%。最近的报告(https://www.netscribes.com/sensor-cleaning-and-

3、autonomous-vehicles/)强调了汽车传感器清洁技术在解决由变化的天气和道路条件带来的挑战方面的重要性，强调了积聚的冰和冷凝物对传感器性能的影响。

4、不仅汽车工业中的传感器需要例行清洁。传感器以及其他透镜承载器具（在本文中统称为效应器）也需要偶尔清洁以获得足够的性能--监控摄像机透镜及其光传感器、路灯（例如led）、交通灯、火灾探测器仅为部分示例。

5、认识到在面对这些挑战时创新解决方案的关键必要性，用于机动交通工具的传感器系统的清洁系统是可用的。例如，美国专利申请公布第2023/406268号教导了一种系统，该系统包括用于输送压缩气体或压缩液体或热量的透镜处理装置，用于去除在传感器的透镜表面上形成的水滴、泥、道路污垢或冰。然而，该系统不是自持的，因为该系统依赖于从外部源接收水。

6、其他可用的解决方案是复杂的，利用通过冗长管道的高压水输送系统，这需要定期维护和持续的水补充。这些复杂的系统涉及错综复杂的机械部件，并且具有对漏水问题和潜在堵塞的敏感性。

7、特别地，一种值得注意的方法涉及利用具有广泛管道网络的高压水系统。这些系统将加压水流直接地输送到传感器或摄像机表面上，从而有效地去除诸如污垢、碎屑和环境残留物的污染物。然而，这种方法需要细致的维护，包括定期检查、维修和持续供水以保持最佳功能。

8、这些系统的机械复杂性带来了优点和挑战。一方面，复杂机械部件的存在能够精确控制水压和分配，确保彻底清洁。另一方面，复杂机械部件的存在引入了更高程度的维护复杂性，如果没有有效地管理，则可能导致停机。

9、此外，除了自动驾驶交通工具领域之外，还需要用于监控摄像机的有效清洁解决方案，因为监控摄像机也容易受到损害其功能的环境因素的影响。

10、还需要自持式清洁各种类型的灯，特别是交通工具灯和摄像机灯。

11、因此，需要一种超过常规方法的全面且自持式的清洁系统。本文教导的本发明旨在不仅解决来自污垢和碎屑的污染，而且解决积聚的冰和冷凝物对传感器透镜的不利影响。为此，本发明提供了一种集成热电冷却器(thermoelectric cooler, tec)的传感器清洁系统。tec在珀耳帖效应下操作，利用在结处具有p型（正）半导体材料和n型（负）半导体材料的冷板和热板。当施加电流时，热量在冷板处被吸收并在热板处被排出，从而有效地控制目标表面的温度。通过反转电流的方向，板反转其功能，使得先前的冷板变成热板，并且先前的热板变成冷板。

12、发明概述

13、技术问题

14、本发明的目的是提供一种独立的解决方案，用于清洁诸如传感器、摄像机、激光雷达以及灯和检测器之类的效应器，并且更具体地，用于清洁这些效应器的透镜。

15、本发明的另一个目的是提供一种能量有效的解决方案，用于清洁效应器上的各种形式的污垢和遮挡因素，例如雪、冰、泥、灰尘、碎屑、水分、蒸汽和昆虫。

16、本发明的另一个目的是有效地冷却效应器的电子器件。

17、本发明的目的还在于提供一种独立的解决方案，以确保效应器的最佳性能。

18、本发明的另一个目的是提供一种设备，例如交通工具，特别是自动驾驶交通工具，该设备具有可以自我清洁的效应器。

19、本发明的另一个目的是提供一种用于清洁灯、传感器、检测器和摄像机的可自我维持的解决方案，特别是交通工具灯和摄像机灯、路灯和交通灯的灯透镜、交通工具传感器和监控摄像机。

20、问题的解决方案

21、在第一方面中，本发明提供一种具有热电冷却器(tec)的效应器清洁模块，该热电冷却器常规地包括冷板和热板。效应器可以选自传感器、摄像机、光源（诸如灯泡或led）和检测器（诸如火灾报警器的烟雾检测器）。冷板和热板中的每一个具有分别面向热板和冷板的内侧面和背离另一个板的外侧面。效应器清洁模块包括定位在tec的冷板下方的用于在tec操作时收集冷凝在冷板上的水的储液槽。效应器还包括水泵、水射流喷嘴、具有进水口和出水口的水管。泵通过水管与储液槽和水射流喷嘴流体连通，用于将水（由冷板上的冷凝物产生）从储液槽提供到水射流喷嘴，以清洗传感器的透镜。为此，水射流喷嘴相对于效应器的透镜定位和定向，从而允许有效地清洗效应器。

22、模块的tec还可以包括穿过热板以容纳效应器的空洞，其中空洞的内部尺寸适于将效应器嵌入空洞。空洞可以进一步延伸穿过tec的冷板。

23、在第二方面，本发明提供了一种自清洁效应器系统，该自清洁效应器系统包括上述效应器清洁模块以及效应器（传感器、摄像机、激光雷达或光源），该效应器联接到效应器清洁模块，并且可以驻留在tec的热板中（并且任选地也在冷板中）的空洞内。

24、在第三方面，本发明提供了一种包含如上所述的本发明的自清洁效应器系统的设备（例如，交通工具、监控摄像机和路灯、交通灯和具有烟雾检测器的火灾报警器）。

25、发明的有益效果

26、本发明的自清洁效应器系统提供了一种系统，该系统结合了水收集、泵送和精确的喷嘴技术，以确保诸如摄像机、激光雷达、灯、检测器和传感器的效应器的最佳性能。该系统有效地将水收集到本地储存罐（储液槽）中，然后通过水泵将储液罐（储液槽）加压并喷洒在摄像机、激光雷达、灯、检测器和/或传感器透镜表面上。该过程有效地解决了各种形式的污染，例如雪、冰、泥、碎屑、水分、蒸汽、灰尘和昆虫。

27、此外，该系统的集成功能扩展到冰雪去除，通过利用加热的表面，该系统可以有效地融化和移除积聚的冰雪层，并且通过控制透镜表面温度，避免在传感器透镜上产生雾，从而增强传感器在寒冷气候中的可见性和功能性。

28、这种集成方法不仅简化了清洁过程，而且有助于延长传感器寿命并提高传感器、检测器、激光雷达、灯和摄像机（统称为

“传感器”）的数据准确性和可读性。该系统对各种环境条件位置的适应性确保了自动驾驶交通工具和其他先进传感器技术的无缝操作。

29、本发明的自清洁传感器系统利用可重复使用的水源。大气中含有大量水分形式的水。通过在空气水分冷凝成水滴的不同条件下冷却空气的露点，将大气水分直接转化为可用的清洁水。冷凝后，冷凝水被收集到储水罐中用于清洁应用。珀尔帖装置(tec)用于产生大气水，该珀尔帖装置(tec)是便携式且环境友好的、可靠的，没有移动部件并且是刚性的。水的现场生成提供了完全自动化和独立的系统。该系统还利用根据实时温度和湿气的智能控制和优化以及交替提供给tec的电流，以在水收集方面最大化装置效率并提供在各种天气条件下操作的独立系统。

30、使用大气水代替现有系统中添加到清洁系统中的水，具有蒸馏水的优点，清洗后不会在传感器的透镜上留下石灰污渍，也不会因矿物质的沉积而堵塞系统。

技术实现思路