碎屑在车辆的光学表面上的定位的制作方法

1.本主题公开涉及碎屑(debris)的光学感测，更具体地，涉及碎屑在车辆光学表面上的定位。


背景技术：

2.车辆(如汽车、卡车、农业设备、建筑设备、自动化工厂设备)包括有助于提高自主水平的传感器。一些传感器(例如，车轮速度传感器、惯性测量单元)提供关于车辆的信息，而其他传感器(例如，摄像机、雷达系统、激光雷达系统、温度传感器)提供关于车辆周围环境的信息。带有高级驾驶员辅助系统(adas)或全自主车辆(av)的车辆需要准确的传感器信息来保证车辆的安全操作。位于车辆内(例如在乘客车厢内)但是感知车辆外部的信息的传感器(例如，激光雷达系统)可以通过风挡、后窗、仪表板后面、前照灯或通过车辆的任何其他光学表面执行传输和/或接收。因此，期望提供碎屑在车辆的光学表面上的定位。


技术实现要素：

3.在一个示例性实施例中，一种将碎屑定位在车辆的光学表面上的系统包括沿着该光学表面的周边的第一侧布置的第一阵列，该第一阵列包括一个或多个光源，以将光发射到光学表面的厚度中。光学表面由周边、第一表面、与第一表面相对的第二表面以及第一表面和第二表面之间的厚度限定。沿着光学表面的与第一侧相对的周边的第二侧的第二阵列包括一个或多个光检测器，以检测光学表面的厚度中的光散射并提供相应的输出。沿着周边的第三侧布置的第三阵列包括一个或多个光源，以将光发射到光学表面的厚度中；以及沿着光学表面的与第三侧相对的周边的第四侧布置的第四阵列包括一个或多个光检测器，以检测光学表面厚度中的光散射并提供相应的输出。该系统还包括控制器，以基于第二阵列和第四阵列的一个或多个光检测器的输出来识别碎屑的存在并确定碎屑在光学表面的第一表面上的位置。控制器被配置为去除(remediate)碎屑。
4.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器从与光检测器检测光散射的每个光源相对应的每个光检测器获得基线输出。
5.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器基于与来自第二阵列的一个或多个光检测器中的至少一个或第四阵列的一个或多个光检测器中的至少一个的基线输出相比的输出减少来识别碎屑的存在。
6.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器基于产生低于基线输出的输出的光散射的交点来确定碎屑的位置。
7.除了本文描述的一个或多个特征之外，每个光源是发光二极管或激光器。
8.除了本文描述的一个或多个特征之外，每个光检测器是一维位置敏感检测器(psd)或光电检测器。
9.除了本文描述的一个或多个特征之外，第一阵列还包括一个或多个光检测器，第二阵列还包括一个或多个光源。
10.除了本文描述的一个或多个特征之外，光学表面是风挡，厚度是三个层中的外层，并且风挡包括三个层中的中间层中的导线的图案。
11.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器通过给一个或多个导线供电以生成热量来去除碎屑。
12.除了本文描述的一个或多个特征之外，控制器通过控制液体或气体从沿着风挡的周边的一个或多个喷嘴的排放来去除碎屑。
13.在另一示例性实施例中，一种组装将碎屑定位在车辆的光学表面上的系统的方法包括布置沿着光学表面的周边的第一侧布置的第一阵列。第一阵列包括一个或多个光源，其被配置为将光发射到光学表面的厚度中。光学表面由周边、第一表面、与第一表面相对的第二表面以及第一表面和第二表面之间的厚度限定。第二阵列沿着光学表面的与第一侧相对的周边的第二侧布置。第二阵列包括一个或多个光检测器，其被配置成检测光学表面的厚度中的光散射并提供相应的输出。第三阵列沿着周边的第三侧布置，第三阵列包括一个或多个光源，其被配置为将光发射到光学表面的厚度中。第四阵列沿着光学表面的与第三侧相对的周边的第四侧布置，第四阵列包括一个或多个光检测器，其被配置为检测光学表面的厚度中的光散射并提供相应的输出。该方法还包括配置控制器以识别碎屑的存在，并基于来自第二阵列和第四阵列的一个或多个光检测器的输出确定碎屑在光学表面的第一表面上的位置，并去除碎屑。
14.除了本文描述的一个或多个特征之外，配置控制器包括控制器从与光检测器检测光散射的每个光源相对应的每个光检测器获得基线输出。
15.除了本文描述的一个或多个特征之外，配置控制器包括控制器基于与来自第二阵列的一个或多个光检测器中的至少一个或第四阵列的一个或多个光检测器中的至少一个的基线输出相比的输出的减少来识别碎屑的存在。
16.除了在此描述的一个或多个特征之外，配置控制器包括控制器基于产生低于基线输出的输出的光散射的交点来确定碎屑的位置。
17.除了本文描述的一个或多个特征之外，布置第一阵列和布置第三阵列包括布置一个或多个光源，每个光源是发光二极管或激光器。
18.除了本文描述的一个或多个特征之外，布置第二阵列和布置第四阵列包括布置一个或多个光检测器，每个光检测器是一维位置敏感检测器(psd)或光电检测器。
19.除了本文描述的一个或多个特征之外，布置第一阵列还包括布置一个或多个光检测器，并且布置第二阵列还包括布置一个或多个光源。
20.除了本文描述的一个或多个特征之外，光学表面是风挡，厚度是三个层中的外层，并且风挡包括三个层中的中间层中的导线的图案。
21.除了本文描述的一个或多个特征之外，配置控制器以去除碎屑包括控制器给一个或多个导线供电以生成热量。
22.除了本文描述的一个或多个特征之外，配置控制器以去除碎屑包括控制器控制液体或气体从沿着风挡的周边的一个或多个喷嘴的排放。
23.当结合附图时，根据以下详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
24.其他特征、优点和细节仅作为示例出现在以下详细描述中，详细描述参考附图，在附图中:
25.图1是根据一个或多个实施例的包括光学表面上的碎屑的定位的车辆的框图；
26.图2详细描述了根据一个或多个实施例的定位和去除光学表面上的碎屑的系统的各方面；
27.图3示出了根据一个或多个实施例的碎屑和碎屑密度对用于将碎屑定位在光学表面上的示例性光检测器的输出的影响；和
28.图4是根据一个或多个实施例的在光学表面上定位碎屑的方法的工艺流程。
具体实施方式
29.以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
30.如前所述，车辆，尤其是带有adas或av的车辆，可能需要依靠传感器信息才能正常操作。通常，传感器可以位于任何窗户、仪表板、前照灯、车辆格栅、侧视镜或其他光学表面(即，光学透明表面)的后面。例如，激光雷达系统可以通过车辆的风挡发射光，并在共同定位的检测器处接收反射光。风挡上的碎屑可能会影响光线的正常传输，导致检测不正确。例如，即使当传感器位置在风挡后面或其他可以被人目视检查的位置时，影响传感器正常工作的碎屑也可能是人或风挡上的雨感擦拭器系统察觉不到的。根据先前的方法，检测风挡上某处碎屑的存在可能导致风挡擦拭器的启动。然而，根据碎屑的位置和附着情况，这种去除可能会证明是无效的。其他去除方法在当它们必须应用于整个光学表面时可能效率低。
31.本文详述的系统和方法的实施例涉及车辆的光学表面上的碎屑的定位。该定位有助于进行局部去除以清除碎屑。局部去除比清洁整个光学表面的方法效率更高，并且可能更有效。例如，在电动车辆的情况下，生成的废热比具有内燃机的车辆的情况下少。因此，电池的能量被转移到诸如内部加热、除冰和除霜等功能上。通过定位碎屑，通过加热、清洗、施加空气压力或其他方法去除，可以最大限度地减少能源使用。
32.根据示例性实施例，图1是包括光学表面110上的碎屑的定位的车辆100的框图。图1所示的示例性车辆100是汽车101。图1中所示的示例性光学表面110是风挡115。示出了穿过示例性风挡115厚度的横截面视图。横截面视图示出了示例性风挡115的三层。外玻璃层111是最外层，车辆100外部的环境接触外玻璃层111的外表面10。指示了外玻璃层111的厚度t。中间层112是聚乙烯层。如图2所示，导线230可以形成在该中间层112中。内部玻璃层113是示例性风挡115的最内层，并且车辆100的乘客车厢的环境接触玻璃层113的一侧。
33.其他示例性光学表面110可包括前照灯、侧镜壳体或仪表板。车辆100包括获取关于车辆100及其环境的信息的传感器120。获取车辆100外部信息的示例性传感器120可以包括前后朝向的雷达系统、诸如用于停车辅助的摄像机以及激光雷达系统。图1中所示的传感器120的示例性数量和位置并不旨在限制根据其他实施例的数量或位置。
34.车辆100的控制器130从一个或多个传感器120获得信息，并执行车辆100的半自主或自主操作。根据示例性实施例，该控制器130可以另外实施碎屑去除。控制器130包括处理电路，该处理电路可以包括专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享的、专用的或成组
的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其他合适的组件。
35.图2详细描述了根据一个或多个实施例定位和去除光学表面110上的碎屑205的系统200的各方面。为了说明的目的，参照系统200讨论的光学表面110将是风挡115的示例性实施例，其包括三层111、112、113，如图1所示。碎屑205示出在风挡115的不同区域。具体地，碎屑205在风挡115的外玻璃层111的外表面10上。
36.根据图2中的取向，沿着风挡115的右侧示出了第一阵列光源210a，并且沿着风挡115的底部示出了第二阵列光源210b。光源210a、210b(通常称为210)可以是例如发光二极管或激光器。光源210的每个阵列被布置成使得光被引入外玻璃层111(即，进入外玻璃层111的厚度t)。示出了分别由第一阵列的一个光源210a和第二阵列的一个光源210b生成的示例性光散射215a、215b(通常称为215)。由每个光源210发射的光可以具有850纳米(nm)至1200nm数量级的波长。通常，选择对人的感知不可见并且生成显著散射的波长。不同的光源210可以透射不同的波长，如进一步讨论的。
37.根据图2中的视图，沿着风挡115的左侧示出了第一阵列光检测器220a，与第一阵列光源210a相对，并且沿着风挡115的顶部示出了第二阵列光检测器220b，与第二阵列光源210b相对。光检测器220a、220b(通常称为220)检测穿过外玻璃层111(即，在外玻璃层111内)的光透射。每个光检测器220可以是一维位置敏感检测器或光电检测器。每个光检测器220输出与检测到的光强度成比例的电压。给定光检测器220的输出表示通过特定区域的光散射215的体积总和。
38.图2中光源210和检测器220的示例性阵列的布置不旨在限制根据替代实施例的数量和布置。例如，如图3所示，光源210和光检测器220可以在光学表面110的相对侧上的阵列内交替。期望的定位分辨率(其随着光源210的阵列的密度而增加)可以与成本(其也随着所使用的光源210的数量而增加)平衡，以确定光源210和光检测器220的数量和布置。根据示例性实施例，光源210和光检测器220的阵列可以布置在与图2中所示的那些不同的侧面上。
39.为了便于确定哪个光源210以及哪个光散射215的区域对应于给定光检测器220处的检测，光源210可以在不同的时间操作并且可以被调制。具体地，可以调制给定阵列内每个光源210的传输时间和频率(即，传输光的波长)。此外，占空比(即，给定光源210传输的频率)可以被调制。
40.当光检测器220被定位成接收由多于一个光源210生成的光散射215时，每个光源210的传输的定时和/或频率调制可以用于区分接收的光散射215。定时是指同一阵列内的每个光源210可以依次发射(例如，每个光源210b一次发射一个)而不是同时发射的事实。该方案被称为时分多址(tdma)。替代地，每隔一个或每三个(或每第n个)光源210a、210b可以同时透射。频域调制指的是由同一阵列内的每个光源210透射的光的波长可能不同的事实。这种方案被称为频分多址(fdma)。替代地，同一阵列中的每第二或第三(或第n)个光源210可以透射相同波长的光。占空比调制可以使得传输频率(即，给定光源210传输的频率)在10到1000赫兹的数量级，以允许相对长的检测时间。
41.如图2所示，由光源210a生成的光散射215a由第一阵列的两个光检测器220a检测，由光源210b生成的光散射215b由第二阵列的三个光检测器220b检测。在外玻璃层111的外表面10上的碎屑205p(即，外玻璃层111的与邻近中间层112的一侧相对的一侧)干扰光散射
215a和光散射215b。因此，碎屑205p可以被定位。根据示例性实施例，每个光检测器220可以提供关于接收到的光散射230的局部信息。即使另外，根据图2中所示的示例性x、y轴，可以为碎屑205p的位置(xp，yp)确定x值范围(δx)和y值范围(δy)，作为光散射215b跨越的x值范围(其是已知的)和光散射215a跨越的y值范围(其是已知的)。更具体地，已知光散射215a、215b的图案，碎屑205的x值和y值的范围可以缩小到表示光散射215a与光散射215b的交点的那些。
42.外玻璃层111在外玻璃层111的一侧具有比外部环境更高的折射率，并且在外玻璃层111的另一侧(即内侧)具有比中间层112稍高的折射率。结果，由光源210透射到外玻璃层111中的光经历全内反射(即，光不离开外玻璃层111)。根据图2所示的布置，因为没有光离开外玻璃层111，所以所有光都到达相对侧的一个或多个光检测器220。
43.当碎屑205在外玻璃层111的外表面10上时，折射率在外玻璃层111的相应(外表面10)侧发生变化。这允许在外玻璃层111内传播的一些光逸出外玻璃层111。结果，一个或多个光检测器220检测到较少的光。检测的这种变化(即，一个或多个检测器220处的电压输出的降低)指示了碎屑205的存在。也就是说，没有任何碎屑205的每个光检测器220的输出的校准提供了每个光检测器220的基线输出。当光检测器220被定位成接收来自一个以上光源210的光散射215时，可以获得对应于一个以上光源210的给定光检测器220的基线输出。然后，基于一个或多个光检测器220的输出相对于其基线(即，校准的)输出的减少来识别碎屑205的存在。对哪个光检测器220经历输出减少的分析(并且对应于哪个光源210)有助于碎屑205的定位，如参考图3进一步详细描述的。
44.图2中示出了两个示例性组件—导线230和喷嘴240—它们可用于移除被识别并定位在光学表面110上的碎屑205。根据示例性实施例，由于其之字形图案而被称为摆动导线(wiggle wire)的导线230被示出为以棋盘图案布置。如前所述的，在光学表面110是风挡115的示例性情况下，导线230(例如，钨丝)可以设置在中间层112中，并且可以用作例如除霜操作的一部分。电流通过导线230的受控传输导致它们发热。根据示例性实施例，热量可用于溶解风挡115上的碎屑205。此外，通过确定碎屑205的位置，不需要消耗功率来加热所有导线230。相反，只有局部碎屑205附近的导线可以被激活。在图2中，喷嘴240显示为排列成阵列。喷嘴240可被配置成将气体(例如空气)和/或液体(例如水、风挡擦拭器流体)分散到风挡115的外表面上，以将碎屑205从风挡115的外表面移除。基于碎屑205的定位，可以仅激活喷嘴240中的一个或一个子集。
45.图3示出了根据一个或多个实施例的碎屑205和碎屑密度对用于将碎屑205定位在光学表面110上的示例性光检测器220的输出的影响。出于解释的目的，光学表面110是风挡115，并且仅示出了一个光源210和三个光检测器220-1、220-2、220-3。如所示，光检测器220-1和220-2被定位成接收来自光源210的一些光散射230，但是光检测器220-3不接收任何光散射230。碎屑205如图3所示。如所示，该碎屑205对光检测器220-1接收的光散射230的影响大于其对光检测器220-2接收的光散射230的影响。如所示，每个光检测器220由符号表示。在右侧，曲线图300将每个光检测器220的输出表示为其对应于图3所示光源210的基线输出(b)的百分比(％)。每个光检测器220的输出也被指示为增加碎屑205的密度(d)。
46.在光检测器220-3的情况下，图3中所示的特定光源210的基线输出将是0并且将保持如此(即，该基线的100％)。在光检测器220-2的情况下，基线输出(b)大部分不受碎屑205
的影响，由于它相对于碎屑205的位置。在光检测器220-1的情况下，当碎屑的密度d为0(即没有碎屑205)时，100％的基线输出(b)由光检测器220-1提供。然而，由光检测器220-1提供的基线输出的百分比(％b)与碎屑205的密度的增加成比例地降低。也就是说，随着碎屑205的密度增加，外表面10处的外玻璃层111的折射率增加，并且遇到碎屑205的更多光散射230逸出外玻璃层111。因此，较少的光散射230到达光检测器220-1，并且由光检测器220-1提供的基线输出％b的百分比随着碎屑205的密度增加而降低，如所示的。
47.图4是根据一个或多个实施例在光学表面110上定位碎屑205的方法400的工艺流程。在框410处，布置和配置一个或多个光源210的阵列和对应的一个或多个光检测器220的阵列包括使用类似于图2和3所示的示例性实施例。也就是说，光源210和光检测器220可以被分成没有被共同定位的阵列，或者可以是同一阵列的一部分。另外，在框410处，配置光源210指的是确定每个光源210的透射(transmit)光的波长、占空比和透射时间。如前所述的，光源210可以被配置为一次透射一个或者以不相邻的组透射。
48.在框420处，获得与每个光源210相对应的每个光检测器220的基线输出指的是在没有任何碎屑205的情况下确定每个光检测器220的输出(例如，电压)。从与每个光源210相对应的每个光检测器220获得基线输出，光检测器220为每个光源210检测光散射230。给定光检测器220将为其提供基线输出的光源210的数量是基于光检测器220的位置和布置。如前所述的，该基线便于基于一个或多个光检测器220的电压输出的降低来确定碎屑205的存在。框420处的过程可以被认为是系统200定位和去除光学表面110上的碎屑205的校准过程。在车辆100的操作期间，连续(例如，周期性地)执行框430、440和450处的后续过程。
49.在框430处，从每个光检测器220获得输出是在车辆100正在操作时继续的迭代过程的第一步。每个光检测器220检测由一个或多个光源210生成的光散射230，并提供相应的输出。在框440处，识别和定位碎屑205包括控制器130将来自对应于特定光源210的每个光检测器220的输出与对应于该特定光源210的该光检测器220的基线输出进行比较。输出的减少表明存在碎屑205。定位碎屑205包括关联来自两个或更多光检测器220的减少的输出(与基线相比)，如参考图2针对碎屑205p所讨论的。光源210和光检测器220的布置可以确定碎屑205可以被定位的分辨率。
50.在框450处，根据示例性实施例，去除碎屑205可以包括经由导线230使用热量或者从喷嘴240喷射空气或水。控制器130可以基于附加信息来确定使用哪一种或多种方法。例如，控制器130可以从传感器120之一获得外部温度的测量值，以确定碎屑205是冰的可能性，碎屑205可以通过施加电流通过风挡115的中间层112中的两根或更多根导线230而被融化。基于光学表面110，一些去除措施可能不可用。
51.虽然已经参考示例性实施例描述了上述公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。此外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。