一种带空气增压功能的喷嘴、喷嘴总成及清洗系统的制作方法

本发明属于车载感知设备，特别是涉及一种带空气增压功能的喷嘴、喷嘴总成及清洗系统。

背景技术：

1、随着智能驾驶、车载感知及机器人视觉技术的飞速迭代，车载摄像头、激光雷达、环视感知镜头等光学感知模组，已成为车辆环境感知、路径规划及安全驾驶决策的核心支撑部件，其成像清晰度与感知可靠性直接决定智能驾驶系统的运行安全性和全天候适配能力。在车辆行驶、户外作业等复杂工况下，感知模组的感知元件表面易附着雨水、灰尘、泥沙、虫尸及油污等各类污染物，导致成像模糊、感知精度下降，严重时甚至引发感知失效，进而威胁车辆行驶安全，因此，车载感知模组的自动清洁系统成为保障其全天候稳定工作的关键配套装置，其性能优劣直接影响智能驾驶系统的整体可靠性。

2、目前，行业内主流的感知模组清洗喷嘴，普遍采用单一喷口、等截面流道的结构设计方案，该类方案在实际装车应用及复杂工况测试中，暴露出诸多明显的技术缺陷，具体如下：

3、1、 清洗流体流速低，顽固污渍清洁效果不佳

4、现有喷嘴的流道多采用等截面直管结构，该结构无法对清洗介质（气、液或气液混合物）进行有效加速。根据流体力学基本原理，清洗冲击力与流体流速的平方呈正相关，等截面流道的流体阻力较大，难以形成高速射流，导致清洗介质到达镜头表面时动能不足，对附着牢固的虫尸、泥沙、油污等顽固污渍的剥离和清洗能力有限，无法满足复杂工况下的清洁需求。

5、2、 喷射压力不足且能耗较高

6、传统喷嘴仅依靠外部泵体或气源提供喷射压力，未充分利用流体动力学效应实现被动空气增压，导致喷射压力与介质动能先天不足。在低供气、低供液等节能工况下，喷射压力会进一步衰减，清洗效果显著下降；同时，为保障基本清洗效果，需配置大功率泵体或气源，增加了系统能耗与硬件成本。

7、3、 单喷口设计易堵塞，系统可靠性差且无故障冗余

8、现有喷嘴普遍采用单一喷口结构，无冗余设计，当喷口被环境中的杂质、泥沙等异物堵塞时，整个清洗装置会立即失效。由于车载感知元件多安装于车辆外部，长期暴露在复杂环境中，喷口堵塞风险较高，一旦堵塞将直接导致感知元件失效，严重影响智能驾驶系统的运行安全性。

9、综上所述，现有的喷嘴结构清洁效果不佳、喷射压力不足且能耗较高，并且无冗余设计，当喷口堵塞时整个清洗装置会立即失效，已无法满足智能驾驶感知系统对全天候、高可靠性清洁装置的严苛应用需求。

10、此外，现有文丘里式清洗喷嘴的进气管与进液管通常呈一定夹角（如90°）布置，导致喷嘴整体外形不规则、占用空间大，在车载感知模组周围有限的安装区域内难以灵活布置，增加了整车装配难度和空间设计约束。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出了一种带空气增压功能的喷嘴及清洗系统，可以有效解决现有清洗喷嘴清洗效果不佳、喷射压力不足、能耗较高且缺乏故障冗余等问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、方案一：

4、一种带空气增压功能的喷嘴，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体具有主喷口、副喷口以及内部流道系统；

5、所述内部流道系统包括：

6、主流道，所述主流道沿介质流道方向分为收缩段和扩张段，所述收缩段的流道截面沿介质流动方向逐渐缩小，所述主流道的出口与所述主喷口连通；

7、第一辅流道，所述第一辅流道的入口与所述副喷口连通，出口与所述扩张段靠近收缩段的位置连通。

8、一种带空气增压功能的喷嘴总成，包括上述的喷嘴，还包括与所述喷嘴主体集成的电磁阀；所述电磁阀具有气源进口、液源进口和电磁阀总出口，所述气源进口、液源进口均与所述电磁阀总出口相连通，所述电磁阀总出口与所述主流道的入口相连接。

9、一种带空气增压功能的清洗系统，包括上述的喷嘴总成，还包括气体储存罐、液体储存罐以及ecu控制器，所述气体储存罐用于存储高压气体且配置有第一动力源，用于将高压气体输送至电磁阀的气源进口，所述液体储存罐用于存储清洗液且配置有第二动力源，用于将清洗液输送至电磁阀的液源进口，所述ecu控制器分别与所述电磁阀、第一动力源和第二动力源电性连接。

10、方案二：

11、一种带空气增压功能的喷嘴，包括喷嘴主体，所述喷嘴主体具有主喷口、副喷口以及内部流道系统；

12、所述内部流道系统包括：

13、主流道，所述主流道沿介质流道方向分为收缩段和扩张段，所述收缩段的流道截面沿介质流动方向逐渐缩小，所述主流道的出口与所述主喷口连通；

14、第一辅流道，所述第一辅流道的入口与所述副喷口连通，出口与所述扩张段靠近收缩段的位置连通。

15、所述内部流道系统还包括第二辅流道，所述第二辅流道的入口用于连接液源，出口与所述扩张段靠近收缩段的位置连通，且沿所述扩张段内流体流动方向，所述第二辅流道的出口设置在所述第一辅流道出口的上游侧。

16、一种带空气增压功能的喷嘴总成，包括上述的喷嘴，还包括与所述喷嘴主体集成的电磁阀；所述电磁阀具有相互连通的气源进口和气源出口，所述气源出口与所述主流道的入口相连通。

17、一种带空气增压功能的清洗系统，包括上述的喷嘴总成，还包括气体储存罐、液体储存罐以及ecu控制器，所述气体储存罐用于存储高压气体且配置有第一动力源，用于将高压气体输送至电磁阀的气源进口，所述液体储存罐用于存储清洗液且直接通过管路与所述第二辅流道的入口连接，所述ecu控制器分别与所述电磁阀、第一动力源电性连接。

18、可选的，所述电磁阀还具有相互连通的液源进口和液源出口，所述液源出口与所述第二辅流道的入口连接。

19、本发明的喷嘴主体内部流道系统利用了文丘里效应：清洗介质（气体或气液混合物）流经收缩段时，由于流道截面逐渐缩小，流速增大、静压降低；进入扩张段后，流道截面扩大，流速降低、静压回升。在扩张段靠近收缩段的位置，由于流速最高、静压最低，形成局部负压区。该负压通过第一辅流道从副喷口吸入外部空气，形成空气增压流，与主流道中的清洗介质混合后从主喷口喷出，显著提升喷射速度和冲击力。

20、可选地，所述扩张段的侧壁靠近第一辅流道出口上游侧的位置具有朝向所述扩张段出口的导向延伸部。该导向延伸部利用康达效应（附壁效应），使从第一辅流道进入扩张段的空气增压流沿扩张段侧壁贴附流动，形成定向附壁射流，从而在从主喷口喷出后能够更有效地覆盖感知元件的表面区域，即使喷嘴仅布置在感知元件的一侧，也能实现对另一侧的清洁效果。

21、本发明的喷嘴主体内部，第一辅流道和/或第二辅流道沿主流道方向平行或近似平行布置，使得喷嘴整体呈细长形结构，占用空间小，便于在车载感知模组周围的狭小空间内安装。相较于传统文丘里喷嘴中进气管与进液管呈夹角布置的方案，本发明的流道布局更为紧凑，有利于整车空间利用和模块化设计。

22、本发明提供了一种带空气增压功能的喷嘴、喷嘴总成及清洗系统，具备以下有益效果：

23、1、本发明喷嘴主体具有主喷口、副喷口以及内部流道系统，内部流道系统包括主流道和第一辅流道，不但能够实现纯气体、纯液体以及气液混合的多种清洗模式，而且由于收缩段的流道截面沿介质流动方向逐渐缩小，清洗介质经收缩段加速后便于提高后续的清洗效果，并且在扩张段靠近收缩段的位置产生负压，会通过副喷口从外部环境自动吸入空气，形成空气增压流，能够进一步提升从主喷口喷出的清洗介质的流速和总压力，解决了现有技术喷射压力不足的问题，从而进一步提高清洗效果。该设计实质上是将文丘里效应应用于喷嘴内部流道，利用收缩段-扩张段的流道几何变化产生负压，实现被动空气增压，无需额外动力源即可提升喷射性能。

24、2、通过设置与主流道并联的第一辅流道，当主喷口因故堵塞时，清洗介质将自动转向经由第一辅流道从副喷口喷出，仍然能够进行清洗，形成了清洗冗余，提高了系统可靠性，可以保证智能驾驶系统的运行安全性。

25、3、此外，本发明将喷嘴主体与电磁阀直接连接进行集成，该设计省去了喷嘴与电磁阀之间的外部管路连接，减少了泄漏风险点，同时简化了整车装配工序。

26、4、在喷嘴主体的内部流道系统增加了第二辅流道，在压差驱动下自动吸入清洗液，清洗液无需独立动力源，系统可实现单动力源省能设计，大幅降低系统bom成本，同时电磁阀也只有气源进口和气源出口之间的气体通道，只需要控制高压气体的通断即可，结构也更简单，功耗更低，进一步降低成本。

27、5、通过在扩张段侧壁设置导向延伸部，利用康达效应使空气增压流沿壁面贴附流动，形成定向附壁射流。该设计使得喷嘴即使仅安装在感知元件的一侧，也能通过射流的附壁扩散作用覆盖元件的另一侧表面，实现了单侧安装双侧清洁的效果，降低了安装空间要求和布线复杂度。

28、6、本发明的第一辅流道和/或第二辅流道与主流道平行或近似平行布置，使喷嘴整体结构紧凑、外形规整，占用空间小，便于在车载感知模组周围的狭小空间内灵活安装，克服了传统文丘里喷嘴因进气管与进液管呈夹角布置而导致的空间占用大、安装不便的问题。