阅读说明：本技术 缓解表面阻塞的设备和方法 (Apparatus and method for mitigating surface blockage ) 是由 T·韩 B·哈里吉 于 2019-05-15 设计创作，主要内容包括：提供了一种配置为缓解表面阻塞的设备。所述设备包括：表面；阻塞缓解元件,其与所述表面集成；以及控制器,其配置为基于偏移温度来确定雾况或冰况中的至少一者,并且根据所确定的所述雾况和所述冰况中的至少一者、所述表面的表面温度、露点温度和所述偏移温度来控制所述阻塞缓解元件。(An apparatus configured to alleviate surface blockage is provided. The apparatus comprises: a surface; an occlusion mitigation element integrated with the surface; and a controller configured to determine at least one of a fog or an ice condition based on an offset temperature, and to control the occlusion mitigation element in accordance with the determined at least one of the fog and the ice condition, a surface temperature of the surface, a dew point temperature, and the offset temperature.)

缓解表面阻塞的设备和方法

引言

根据示例性实施例的设备和方法涉及对表面进行除雾和除冰。更具体地，根据示例性实施例的设备和方法涉及自动地对表面进行除雾和除冰。

发明内容

一个或多个示例性实施例提供了一种对阻塞表面进行清洁或缓解表面或透镜阻塞的设备。更具体地，一个或多个示例性实施例提供了检测透镜或表面是否可能被霜或雾阻塞，并且根据所述透镜或表面被冰或雾阻塞的可能性或风险来控制除雾或除冰元件以对所述表面或透镜除雾或除冰。

根据示例性实施例的一方面，提供了一种缓解表面阻塞的设备。所述设备包括：表面；阻塞缓解元件，其与所述表面集成；以及控制器，其配置为基于与表面温度的偏移温度来确定雾况或冰况中的至少一者，并且根据所确定的所述雾况和所述冰况中的至少一者、所述表面的所述表面温度、露点温度和所述偏移温度来控制所述阻塞缓解元件。

所述控制器可以配置为基于由温度传感器检测到的参考温度和由湿度传感器检测到的湿度来从查找表确定所述露点温度。

所述控制器可以配置为根据与测量所述表面温度的温度传感器的准确度和电源的速度相对应的控制设定点来设定所述偏移温度。

所述控制器可以配置为如果所述偏移温度高于零，则确定所述雾况。

所述控制器可以配置为如果所述偏移温度低于零，则确定所述冰况。

所述控制器可以配置为如果所述露点温度低于所述偏移温度，则对所述阻塞缓解元件断电。

所述控制器可以配置为如果所述表面温度低于所述露点温度，则将所述阻塞缓解元件通电至全功率状态。

所述控制器可以配置为如果所述表面温度高于所述露点温度并且所述露点温度高于所述偏移温度，则将所述阻塞缓解元件通电至与所确定的所述雾况和所述冰况中的至少一者成比例的功率级。

所述控制器可以配置为根据所述功率级来控制输出脉宽调制信号。

所述表面可以是传感器的透镜。所述传感器可以是激光雷达和相机中的至少一者。

所述阻塞缓解元件可以是设置在所述透镜上的加热膜。

所述设备可以包括电源和电源开关，所述电源开关配置为所述向阻塞缓解元件供电。

所述控制器可以配置为基于所确定的所述雾况和所述冰况中的至少一者、所述透镜温度、所述露点温度和所述偏移温度来控制从所述电源供应到所述阻塞缓解元件的功率。

所述阻塞缓解元件可以是除冰膜和除雾膜，它们具有设置在所述除冰膜与所述除雾膜之间的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层，并且所述阻塞缓解元件可以设置在透镜上的所述透镜的玻璃层之间。

所述阻塞缓解元件可以包括汇流条，其中所述控制器配置为基于所确定的所述雾况和所述冰况中的至少一者、所述表面温度、所述露点温度和所述偏移温度来向所述汇流条供电以缓解所述表面阻塞。

根据示例性实施例的一方面，提供了一种缓解表面阻塞的方法。所述方法基于与表面温度的偏移温度来确定雾况或冰况中的至少一者，并且响应于确定所述雾况或所述冰况中的至少一者生效，根据所述雾况和所述冰况中的所确定的至少一者、所述表面的所述表面温度、露点温度和所述偏移温度来控制阻塞缓解元件。

可以基于测量所述表面温度的传感器的传感器准确度和电源的响应性来确定所述偏移温度。

控制所述阻塞缓解元件可以包括：如果所述表面温度低于所述露点温度，则控制以将所述阻塞缓解元件通电至全功率状态；并且如果所述露点温度低于所述偏移温度，则控制以将所述阻塞缓解元件断电。

控制所述阻塞缓解元件可以包括：如果所述表面温度高于所述露点温度并且所述露点温度高于所述偏移温度，则控制以将所述阻塞缓解元件通电至与所确定的所述雾况和所述冰况中的至少一者成比例的功率级。

从示例性实施例和附图的以下详细描述中，该示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将变得更显而易见。

附图说明

下文将结合以下附图描述所公开示例，其中相同的附图标记表示相同元件，且其中：

图1示出了根据示例性实施例的缓解表面阻塞的设备的框图；

图2示出了根据示例性实施例的缓解表面阻塞的方法的流程图；

图3A和3B示出了根据示例性实施例的一方面的确定雾势并设定除雾装置的功率和模式的方法的流程图；

图4A和4B示出了根据示例性实施例的一方面的确定霜势和冰势并设定除冰装置的功率和模式的方法的流程图；并且

图5A至5C示出了根据示例性实施例的若干方面的缓解表面阻塞的设备的各个方面的图示。

具体实施方式

现在将参考附图中的图1至5C详细描述配置为缓解表面阻塞的设备，其中相同的附图标记在全文指代相同元件。

以下发明将使得本领域技术人员能够实践发明概念。然而，本文所公开的示例性实施例仅仅是示例性的并且不会将发明概念限于本文所述的示例性实施例。另外，每个示例性实施例的特征或方面的描述应通常视为对于其他示例性实施例的方面而言是可用的。

还应理解的是，当本文陈述第一元件“连接到”、“附接到”第二元件、“形成在第二元件上”或“设置在第二元件上”时，第一元件可以直接连接到第二元件、直接形成或直接设置在第二元件上，或第一元件与第二元件之间可以存在介入元件，除非陈述第一元件“直接”连接到、附接到第二元件、直接形成或直接设置在第二元件上。另外，如果第一元件配置为从第二元件“发送”或“接收”信息，那么除非第一元件被指示为“直接”发送或接收信息到第二元件从第二元件发送或接收信息，否则第一元件可直接发送或接收信息到第二元件或经由总线从第二元件发送或接收信息、经由网络发送或接收信息或经由中间元件发送或接收信息。

在整个发明中，所公开的一个或多个元件可以组合到单个装置中或组合到一个或多个装置中。另外，单个元件可以被设置在单独装置上。

正在开发和配备车辆上的自动或自主控制系统。这些系统被设计为从人类驾驶员接管车辆控制的各方面。例如，自动或自主控制系统可以控制转向、制动、挡风玻璃刮水器、HVAC系统，充电系统等。当车辆以自动或自主控制模式操作时，车辆依赖于来自传感器的信息来感知其环境。例如，相机、雷达、超声波传感器和激光雷达全部都是向自动或自主控制系统提供关于环境的信息的传感器的示例。由于外部车辆传感器现在暴露在室外环境和各种天气和环境条件下，传感器、它们的透镜或表面可能由于雾、霜、碎屑和/或其他环境条件而被阻塞。因此，传感器可以配备有清洁装置，当表面或透镜变成时，所述清洁装置有助于保持传感器或传感器的透镜清洁。然而，自主车辆需要能够感知环境，检测传感器阻塞和导致传感器阻塞的环境条件并且在几乎没有操作员干预的情况下解决传感器阻塞。

图1示出了根据示例性实施例的缓解表面阻塞的设备的框图。如图1中所示，根据示例性实施例的配置为缓解表面阻塞的设备100包括控制器101、电源102、存储装置103、输出104、传感器105、用户输入106、通信装置108和阻塞缓解元件109。然而，配置为缓解表面阻塞的设备100不限于上述配置，并且可以配置为包括附加元件和/或省略一个或多个上述元件。配置为缓解表面阻塞的设备100可以被实施为车辆110的一部分、作为独立部件、作为车载和车外装置之间的混合装置，或者在另一个计算装置中实施。

控制器101控制配置为缓解表面阻塞的设备100的整体操作和功能。控制器101可以直接或间接地控制配置为缓解表面阻塞的设备100的电源102、存储装置103、输出104、传感器105、用户输入106、通信装置108和阻塞缓解元件109中的一者或多者。控制器101可以包括处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、电路以及硬件、软件与固件部件的组合中的一者或多者。

控制器101配置为从配置为缓解表面阻塞的设备100的电源102、存储装置103、输出104、传感器105、用户输入106、通信装置108和阻塞缓解元件109中的一者或多者发送和/或接收信息。所述信息可以经由总线或网络发送和接收，或者可以直接从配置为缓解表面阻塞的设备100的电源102、存储装置103、输出104、传感器105、用户输入106、通信装置108和阻塞缓解元件109中的一者或多者读取/被写入到其中。合适的网络连接的示例包括控制器局域网(CAN)、媒体导向系统转移(MOST)、本地互连网络(LIN)、局域网(LAN)、诸如蓝牙和802.11等无线网络以及诸如以太网等其他适当的连接。

电源102向配置为缓解表面阻塞的设备100的存储装置103、输出104、传感器105、用户输入106、通信装置108和阻塞缓解元件109中的一者或多者供电。电源102可以包括电池、电源插座、电容器、太阳能电池、发电机、风能装置、交流发电机等中的一者或多者。

存储装置103配置用于存储由配置为缓解表面阻塞的设备100使用的信息并检索所述信息。存储装置103可以由控制器101控制以存储和检索从一个或多个传感器105接收的信息以及计算机或机器可执行指令以控制阻塞缓解元件109。存储装置103可以包括软盘、光盘、CD-ROM(光盘-只读存储器)、磁光盘、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、磁卡或光卡、闪存、高速缓冲存储器和适用于存储机器可执行指令的其他类型的介质/机器可读介质中的一种或多种。

存储装置103可以存储关于雾况、冰况、表面或透镜的表面温度、露点温度和偏移温度的信息。偏移温度是与表面或透镜的表面温度的偏移。另外，存储装置103可以存储查找表，所述查找表存储露点温度，所述露点温度对应于由温度传感器检测到的参考温度和由湿度传感器检测到的湿度信息。关于雾况或冰况的信息可以包括与雾的风险或霜或冰的风险相对应的概率或值。所述值可以在0至100之间。存储装置103还可以存储机器可读指令，所述机器可读指令可执行以实施配置为缓解表面阻塞的设备100。

输出104以一种或多种形式输出信息，所述形式包括：视觉、听觉和/或触觉形式。输出104可以由控制器101控制以向配置为缓解表面阻塞的设备100的用户提供输出。输出104可以包括以下一项或多项：扬声器、音频、显示器、位于中心的显示器、平视显示器、挡风玻璃显示器、触觉反馈装置、振动装置、触知反馈装置、触摸反馈装置、全息显示器、仪表灯、指示灯等。输出104可以输出包括可听通知、灯通知和显示通知中的一者或多者的通知。所述通知可以包括告知阻塞缓解元件109的激活或者表面或透镜上的雾况或冰况的通知的信息。输出104还可以显示由一个或多个传感器105提供的图像和信息。

传感器105可以包括激光雷达、雷达、超声波传感器、摄影机、静止图像相机、天线、红外相机以及适合于感知车辆或其他机器周围的环境的任何其他传感器中的一者或多者。传感器105可以包括暴露于环境的表面，诸如机器或车辆外部的表面。所述表面可能受到霜、冰或雾形式的阻塞。

用户输入106配置为向配置为缓解表面阻塞的设备100提供信息和命令。用户输入106可以用于向控制器101提供用户输入等。用户输入106可以包括触摸屏、键盘、软键盘、按钮、运动检测器、语音输入检测器、传声器、照相机、触控板、鼠标、触摸板等中的一者或多者。用户输入106可以配置为接收用户输入以确认或不接受输出104输出的通知。用户输入106还可以配置为接收用户输入以激活或停用阻塞缓解元件109。

环境条件传感器107可以包括温度传感器，诸如温度计、湿度传感器或冰传感器。环境条件传感器107可以向控制器101提供关于温度、湿度和/或冰的信息。

通信装置108可以由配置为缓解表面阻塞的设备100使用来根据若干通信方法与各种类型的外部设备进行通信。通信装置108可以用于向控制器101发送各种信息，诸如关于车辆的操作模式的信息和用于操作配置为缓解表面阻塞100的设备的控制信息/从所述控制器接收它们。例如，通信装置108可以发送/接收关于露点温度、参考温度的信息、湿度信息、关于雾况的信息、关于冰况的信息、表面或透镜的表面温度，和/或偏移温度。

通信装置108可以包括各种通信模块，诸如远程信息处理单元、广播接收模块、近场通信(NFC)模块、GPS接收器、有线通信模块或无线通信模块中的一者或多者。广播接收模块可以包括具有用于接收地面广播信号的天线的地面广播接收模块、解调器和均衡器等。NFC模块是根据NFC方法与位于附近距离的外部设备进行通信的模块。GPS接收器是从GPS卫星接收GPS信号并且检测当前位置的模块。有线通信模块可以是通过诸如局域网、控制器区域网(CAN)或外部网络的有线网络接收信息的模块。无线通信模块是通过使用诸如IEEE802.11协议、WiMAX、Wi-Fi或IEEE通信协议的无线通信协议连接至外部网络并且与外部网络进行通信的模块。无线通信模块可以进一步包括移动通信模块，其接入移动通信网络并且执行根据各种移动通信标准(诸如第3代(3G)、第3代合作伙伴计划(3GPP)、长期演进(LTE)、蓝牙、EVDO、CDMA、GPRS、EDGE或ZigBee)的通信。

阻塞缓解元件109可以是加热元件，诸如设置在表面或透镜或传感器105上的加热膜。当控制器101检测到雾况或冰况时，阻塞缓解元件109可以由电源102供电，由此通过加热表面或透镜来缓解所述状况。根据另一个示例，阻塞缓解元件109可以包括设置在两层玻璃之间并且在多层膜之间具有PVB层的多层膜。多层膜可以包括除冰膜和除雾膜。薄膜层可以连接到汇流条，所述汇流条配置为利用来自电源102的功率为薄膜供电。阻塞缓解元件109可以由脉冲宽度调制信号供电。

根据一个示例，配置为缓解表面阻塞100的设备的控制器101可以配置为确定表面上是否存在雾况或冰况中的至少一者。控制器101还配置为根据所确定的雾况和冰况中的至少一者、表面温度、露点温度和偏移温度来控制阻塞缓解元件109。控制器101的确定可以基于偏移温度。具体地，控制器101可以配置为基于由温度传感器检测到的参考温度和由湿度传感器检测到的湿度来从存储在存储装置103中的查找表确定露点温度。此外，相对于表面温度的偏移温度由控制设定点指定，所述控制设定点由校准工程师基于传感器精确度和电源的响应性来确定。通常，偏移温度的控制设定点在5摄氏度至10摄氏度之间变化，但不限于此。传感器和电源的准确性和响应性用于设定控制设定点。传感器和电源的精确度和速度越高，控制设定点和偏移温度就越低。

控制器101可以配置为如果露点温度低于偏移温度，则对阻塞缓解元件断电。控制器101可以配置为如果表面温度低于露点温度，则将阻塞缓解元件通电至全功率状态。另外，控制器101可以配置为如果表面温度高于露点温度并且露点温度高于偏移温度，则将阻塞缓解元件通电至与所确定的雾况和冰况中的至少一者成比例的功率级。

图2示出了根据示例性实施例的缓解表面阻塞的方法的流程图。图2的方法可以由配置为缓解表面阻塞的设备100来执行，或者可以作为可由计算机执行以执行该方法的指令而编码到计算机可读介质中。

参考图2，在操作205中接收关于表面温度(例如，光学窗口温度)、偏移温度(即，校准的控制设定点，其低于与温度传感器的精确度和电源的速度相对应的光学窗口温度)和露点温度的信息。关于露点温度的信息可以根据空气温度和相对湿度的信息来确定。在操作S210中使用在操作S205中接收的信息来确定操作模式。例如，如果偏移温度高于零，则所述方法继续到操作SS20以评估有雾的风险，并且如果偏移温度低于零，则所述方法继续到操作SS25以评估有霜或冰的风险。

在操作S220中，将偏移温度与露点温度和表面温度进行比较。如果偏移温度高于露点温度，则在操作S230中确定低雾势并且将阻塞缓解元件109的功率保持断电或切断。如果露点温度高于表面温度，则确定雾的高风险，并且在操作S234中将阻塞缓解元件109设定为全功率以减少雾或缓解阻塞。如果表面温度高于露点温度并且露点温度高于偏移温度，则在操作S232中将阻塞缓解元件109的功率设定为与雾风险相对应的水平。

在操作S225中，将偏移温度与露点温度和表面温度进行比较。如果偏移温度高于露点温度，则在操作S240中确定低冰势并且将阻塞缓解元件109的功率保持断电或切断。如果露点温度高于表面温度，则确定冰的高风险，并且在操作S244中将阻塞缓解元件109设定为全功率以减少冰或缓解阻塞。如果表面温度高于露点温度并且露点温度高于偏移温度，则在操作S242中将阻塞缓解元件109的功率设定为与冰风险相对应的水平。

图3A和图3B示出了根据示例性实施例的一方面的确定雾势并设定除雾装置的功率和模式的方法的流程图。

参考图3A，将来自温度传感器的参考温度301和来自湿度传感器的相对湿度302输入到露点查找表305中以估计露点温度。然后在框307中使用露点温度和表面温度303来计算雾况风险值。雾况风险值可以是1至100之间的值。

可以根据偏移温度310来设定模式。然后，所述模式可以用于控制除冰与除雾之间的开关模式。在这种情况下，所述模式可以是阻塞缓解元件109的除雾模式。在框307中计算的雾风险值和模式控制然后可以用于控制阻塞缓解元件109的功率以在所述模式是除雾模式时缓解由雾引起的阻塞。如果雾风险为零，则阻塞缓解元件109的功率可以被设置为关闭315，如果雾风险是100则可以设定为全功率330，或者与雾风险值相对应的功率值320在0至100之间。

参考图3B，示出了显示雾风险360、365、370、露点温度305、表面温度303和偏移温度310之间的关系的曲线图。以摄氏度为单位的温度显示在y轴350上，并且所经过的时间在x轴340上。

从图中可以理解，当露点温度305高于表面温度303和偏移温度310时，存在100％的雾风险，从而使阻塞缓解元件109被设定为全功率。此外，当表面温度303高于偏移温度310和露点温度305时，几乎没有雾的风险。更进一步地，当露点温度305高于偏移温度310但是低于表面温度303时，存在一系列雾风险。该范围用于根据雾风险带460、465和470控制阻塞缓解元件109的功率。

图4A和图4B示出了根据示例性实施例的一方面的确定霜势和冰势并设定除冰装置的功率和模式的方法的流程图。

参考图4A，将来自温度传感器的参考温度401和来自湿度传感器的相对湿度402输入到露点查找表405中以估计露点温度。然后在框407中使用露点温度和表面温度403来计算霜或冰风险值。霜/冰风险值可以是1至100之间的值。

可以根据偏移温度410来设定模式。然后，所述模式可以用于控制除冰与除雾之间的开关模式。在这种情况下，所述模式可以是阻塞缓解元件109的除霜模式。在框407中计算的霜/冰风险值和模式控制然后可以用于控制阻塞缓解元件109的功率以在所述模式是除冰模式时缓解由霜/冰引起的阻塞。如果霜/冰风险为零，则阻塞缓解元件109的功率可以被设置为关闭415，如果霜/冰风险是100则可以设定为全功率430，或者与霜/冰风险值相对应的功率值420在0至100之间。

参考图4B，示出了显示霜/冰风险460、465、470、露点温度405、表面温度403和偏移温度410之间的关系的曲线图。以摄氏度为单位的温度显示在y轴450上，并且所经过的时间在x轴440上。

从图中可以理解，当露点温度405高于表面温度403和偏移温度410时，存在100％的霜/冰风险，从而使阻塞缓解元件109被设定为全功率。此外，当表面温度403高于偏移温度410和露点温度405时，几乎没有雾的风险。更进一步地，当露点温度405高于偏移温度410但是低于表面温度403时，存在一系列雾风险。该范围用于将阻塞缓解元件109的功率控制为霜/冰风险带460、465、470相对应。

图5A至图5C示出了根据示例性实施例的若干方面的缓解表面阻塞的设备的各个方面的图示。

参考图5A，示出了缓解表面阻塞500的设备的整体设置的图示。在该示例中，备用电池501连接到由控制器507控制的开关502。控制器507从温度传感器504、湿度传感器506或冰传感器(未示出)接收输入，并且使用由传感器提供的信息来控制电源开关502以在适当时激活缓解表面阻塞的设备。电源开关502控制从备用电池501到汇流条503的功率流。当电源开关502在作用时，汇流条503接收功率并为表面508或光学窗口供电，由此缓解光学窗口或表面508上的雾或冰。

参考图5B，示出了光学窗口508或表面配置510的一个示例的图示。表面配置510包括具有加热膜512层的塑料光学窗口511。加热膜512层可以直接设置在塑料光学窗口511上。塑料光学窗口511可以由其他材料(诸如玻璃等)制成。

参考图5C，示出了光学窗口508或表面配置520的第二示例的图示。表面配置520包括两个外玻璃层524。除冰膜523和除雾膜522和夹在玻璃层之间，所述除冰膜在冰或霜风险状况期间被激活，所述除雾膜在雾况期间被激活。PVB层521设置在除冰膜523与除雾膜522之间。

本文所公开的过程、方法或算法可交付给处理装置、控制器或计算机(可包括任何现有的可编程电子控制装置或专用电子控制装置)/由其实施。类似地，该过程、方法或算法可存储为可由控制器或计算机执行的呈许多形式的数据和指令，该形式包括(但不限于)永久地存储在诸如ROM装置的不可写存储媒介上的信息以及可变地存储在诸如软盘、磁带、CD、RAM装置以及其他磁性和光学媒介的可写存储媒介上的信息。所述过程、方法或算法还可以在软件可执行对象中实施。替代地，该过程、方法或算法可以全部或部分使用合适的硬件部件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置)或硬件、软件和固件部件的组合来实施。

上文已经参考附图描述了一个或多个示例性实施例。上述示例性实施例应当认为是仅描述性意义而不是为了非限制目的。另外，在不脱离由以下权利要求书限定的发明概念的精神和范围的情况下可以修改示例性实施例。