1.本发明涉及环境感知测量技术领域，尤其涉及一种具有主动清洁功能的视窗盖。
背景技术：2.汽车的重要性不言而喻，目前adas高级驾驶辅助系统、无人驾驶等正飞速发展，这些技术高度依赖于各种环境感知传感器，其中雷达尤其是激光雷达、摄像头等是主要应用的传感器，激光雷达面罩(盖板)、摄像头最前端的镜片或称视窗镜片如果被污染，例如覆盖泥浆、冰雾、(高速撞击产生的)昆虫残骸、鸟粪或昆虫停落等，会影响雷达信号传播、造成摄像头采集信号失真；在无人驾驶模式下如果发生这些信号失真，更应该在尽量短时间处理失真、给汽车vcu(汽车控制)提供真实判断数据，否则将严重影响自动驾驶基本功能。现有技术中摄像镜头前面的镜片、激光雷达面罩不方便清洗。
3.为了解决上述问题，现有技术中有一些解决方案，例如在：
4.中国专利：cn 207704120 u，cn 104442726 b，cn 103043035 b，cn 113734102 a，cn 215971359 u，cn 105128826 a；
5.美国专利：us 9126534 b2，us 20160272164a1；
6.日本专利：jp 5168339；
7.这些文献中采用的方法主要是：采用类似于微型雨刮的机械装置接触式清扫；喷气清洁；喷水清洗；采用双镜头盖机械式切换(一个工作另一个被清洁)，采用前述方案时再配合电阻丝加热，还有采用超声波清洗的方案，这些实施方案的缺陷是：
8.擦拭时摄像头处于擦拭状态，会阻挡视线，无法继续使用，接触式擦洗存在磨花镜头盖的可能；使用喷水加清洁剂进行清洁，喷水后表面会存在水渍，烘干需要时间，喷气清洁及超声波清洁时，首先，对于特定的污染物，例如冰雾，清洁效果并不良好，其次，喷气后，在雷达或者摄像头前端的视场里，污染物可能会漂浮停留，同样有影响传感器信号。在切换镜头盖的方案中，切换过程会遮挡信号。另外，上述的技术方案都存在系统复杂、可靠度低的问题。
9.因此，有必要寻找更优良的解决方案。
10.在日本专利：第3010938号(1995年5月9日)中，提供了一种用马达驱动旋转镜头盖、靠离心力甩开污染物的方案，但该方案的电机单独设置，摄像头偏心设置，存在体积大、结构不尽合理的缺陷。
11.在美国专利：us 20110181725a1(pub.date:jul.28,2011电装株式会社)中，提供了一种对上述第3010938号文献的方案的改进，具体为：
12.采用中空的外转子马达，照相机单元设置在马达的中空部分中，其轴心与马达旋转中心同轴；圆柱形外壳转子布置在定子的外周；镜头盖在照相机单元的镜头前侧的位置处设置于外壳；镜头盖和转子一起旋转，使得附着在镜头盖外表面的附着物通过离心力去除；并采用在镜头盖上面或者下面安装加热装置的方案除冰；此方案较好的解决了前述问题，但存在较大的缺陷：依靠离心力去除污染物，越靠近回转中心的位置离心力越小，当污
染物刚好在镜头盖的回转中心时，存在不能去除的可能，在这样的情况下，就会对激光雷达、摄像头等传感器的功能发挥造成严重影响。另外，此方案的回转装置、加热装置等还有优化的方面。
技术实现要素：13.本发明的目的在于提供一种具有主动清洁功能的视窗盖，以解决背景技术中当污染物刚好在镜头盖的回转中心时，存在不能去除的可能，在这样的情况下，就会对激光雷达、摄像头等传感器的功能发挥造成严重影响的技术问题。
14.为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种具有主动清洁功能的视窗盖，包括电机转子和电机定子，所述电机转子和电机定子的内部分别具有沿前后贯通的中空部位，所述电机转子上安装有视窗镜片，工作时视窗镜片与电机转子一起旋转；还包括设置在电机定子的中空部位或中空部位后面的传感器单元，所述传感器单元位于视窗镜片的后方，其中心线与视窗镜片的旋转中心线不同心。
15.进一步地，所述电机转子布置于在电机定子的外部。
16.进一步地，所述视窗镜片的内侧安装有污染物检测装置，所述污染物检测装置包括分别设于电机定子前端的上下两侧的污染物监测发射件和污染物监测接收件。
17.进一步地，其内部设有污染物检测电路板，所述污染物检测电路板与污染物监测发射件、污染物监测接收件电连接。
18.进一步地，所述电机定子还分别缠绕有定子绕组及加热用线圈绕组，所述加热用绕组线圈可通电加热，所述视窗镜片的内侧设有温度传感器。
19.进一步地，所述电机定子设有霍尔传感器，所述电机定子的后端还设有马达控制板，所述霍尔传感器与马达控制板电连接。
20.进一步地，所述传感器单元包括光学摄像头、激光雷达或者红外线传感器或超声波传感器。
21.进一步地，对所述视窗镜片外表面进行表面处理，处理工艺包括但不限于疏水或亲水涂层或植绒以降低污染物附着能力。
22.进一步地，所述视窗镜片以高于3000[rpm]的旋转速度旋转。
[0023]
综上所述，运用本发明的技术方案，具有如下的有益效果：本发明的结构设计合理，(1)所述视窗镜片旋转中心部位的离心力为零，污染物刚好在视窗镜片的回转中心时，存在不能去除的可能。美国专利us 20110181725a1中公开的技术方案为传感器单元的中心线与视窗镜片的旋转中心线是同轴的，而传感器单元的中心线所在位置一般是功能发挥的核心位置，一旦视窗镜片的旋转中心的污染物没有清除，将导致环境感知测量失真，甚至酿成灾害事故；(2)与之形成鲜明对比的是，在本发明的技术方案中，传感器单元的中心线与视窗镜片的旋转中心线不同心，传感器单元中心发出的光束始终通过视窗镜片上离心力不为零的环形区域，也就是说传感器单元始终通过视窗镜片上干净的区域感知测量环境，进而保证了环境感知测量的真实性。
附图说明
[0024]
图1是本发明的剖面结构示意图；
[0025]
图2是本发明的外转子电机的立体结构示意图；
[0026]
图3是本发明的外转子电机的剖面结构示意图；
[0027]
图4是本发明的电机转子的立体结构示意图；
[0028]
图5是本发明与外部电子控制单元配合时的结构示意图；
[0029]
图6是本发明与外部电子控制单元配合时的控制流程图；
[0030]
附图标记说明：1、视窗镜片；2、电机定子，201、第三限位环，202、定子绕组；3、外罩，301、第一限位环；4、轴承；5、电机转子，501、第二限位环；8、密封圈，9、轴承固定环，10、传感器单元，11、马达控制板，12、霍尔传感器，14、定子固定零件，16、污染物监测发射件，17、污染物监测接收件，18、污染物检测电路板，19、温度传感器，20、控制模块，21、通信模块，22、汽车总线；a、传感器单元的中心线，b、视窗镜片的旋转中心线。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但并不构成对本发明保护范围的限制。
[0032]
在本发明中，为了更清楚的描述，做出如下说明：观察者面对附图1进行观察，观察者左侧设为前，观察者右侧设为后，观察者前方设为右，观察者后方设为左，观察者上面设为上，观察者下面设为下，应当指出文中的术语“前端”、“后端”、“左侧”“右侧”“中部”“上方”“下方”等指示方位或位置关系为基于附图所设的方位或位置关系，仅是为了便于清楚地描述本发明，而不是指示或暗示所指的结构或零部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于为了清楚或简化描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或数量。
[0033]
参见图1到6，本发明实施例提供一种具有主动清洁功能的视窗盖，包括电机转子5和电机定子2，电机转子5和电机定子2的内部分别具有沿前后贯通的中空部位，电机转子5上安装有视窗镜片1，工作时视窗镜片1与电机转子一起旋转；还包括设置在电机定子2的中空部位或中空部位后面的传感器单元10，传感器单元10位于视窗镜片的后方，其中心线与视窗镜片1的旋转中心线不同心。作用：传感器单元中心发出的光束始终通过视窗镜片上离心力不为零的环形区域，也就是说传感器单元始终通过视窗镜片上干净的区域感知测量环境位置，进而保证了环境感知测量的真实性。值得注意的是，根据电机转子5与电机定子2的不同配合，可以分为外转子电机与内转子电机。作为优选，本发明选择了轮毂式外转子电机。在实际工作时，电机转子5和电机定子2相配合且同轴设置，通过电机转子的转动，视窗镜片也跟着一起转动，从而使得所述具有主动清洁功能的视窗盖能在尽可能短的时间清除污染物。作为优选，所述具有主动清洁功能的视窗盖还包括电动机驱动装置，电动机驱动装置与电机定子电连接并提供电源，从而驱动电子转子进行转动。
[0034]
具体地，电机转子5布置于在电机定子2的外部。作为优选，视窗镜片1安装在电机转子5的前端并设置在电机定子2的前方。作为优选地，电机转子5的前端设有圆形的安装孔，透明的视窗镜片1安装在该圆形的安装孔中。传感器单元10偏心的放置于视窗镜片后面电机的中空位置。作为优选，具有主动清洁功能的视窗盖还包括外罩3，外罩3的内部具有中空部位，外罩3的前端设为开口，电机定子2、电机转子5设于外罩3的中空部位且同轴设置，电机定子2的后端与外罩3的内壁固定。作用：轮毂式外转子电机通过轴承4、定子固定零件
14安装在外罩上，并对传感器单元10、污染物检测装置等部件形成保护。作为优选，外罩3的前端开口边缘设有第一限位环301，电机转子5的外部套有密封圈8、轴承4，第一限位环301、密封圈8、轴承4由前至后依次分布。作用：电机转子通过轴承和外罩滚动连接，并相对外罩转动。作为优选，电机转子5的后端边缘设有朝外翻折的第二限位环501，电机定子2的后端边缘设有朝外翻折的第三限位环201，轴承4、第二限位环501、第三限位环201由前至后依次分布；轴承4的内圈与第二限位环501配合，轴承4的外圈与第三限位环201通过轴承固定环9配合。作用：通过密封圈、第一限位环、第二限位环、第三限位环的配合，使得轴承得以被较好的限位。作为优选，外罩3的后端设为开口，第三限位环201的后方设有定子固定零件14，定子固定零件14将第三限位环201固定于外罩3的内壁，即通过定子固定零件将电机定子固定到外罩的内壁，定子固定零件可以是开放式的固定环状，从而在与第三限位环进行整体固定的同时还能够使得传感器单元可以向前穿过定子固定零件的中部。在实际应用时：外罩和传感器单元可以固定安装一起并设置于运输工具如汽车上，也可以分别单独设置于汽车上。
[0035]
具体地，视窗镜片1的内侧安装有污染物检测装置，污染物检测装置包括分别设于电机定子2前端的上下两侧的污染物监测发射件16和污染物监测接收件17。作为优选，视窗镜片1的内侧与电机定子2之间的空隙中安装有污染物检测装置。作用：当污染物检测装置检测到视窗镜片上的污染物时，视窗镜片在电机转子与电机定子组成的马达的带动下高速旋转，依靠离心力甩开灰尘。在实际应用时：污染物检测发射件可以是能够发射激光或红外线光束的发射端，其通过发射一条光束到视窗镜片工作点位，随着视窗镜片的旋转，从而扫描到整个视窗镜片环形工作区域，在没有污染物时，光束穿过视窗镜片，在遇到污染物时，光束反射到污染物监测接收件。
[0036]
具体地，该具有主动清洁功能的视窗盖的内部设有污染物检测电路板18，污染物检测电路板18与污染物监测发射件16、污染物监测接收件17电连接。作为优选，电机定子2的后端设有污染物检测电路板18，当然，污染物检测电路板18还可以放置于外罩内其他合适的位置。在实际应用时：参见图5，污染物检测电路板18通过导线与控制模块20的污染物检测模块电连接。
[0037]
具体地，电机定子2还分别缠绕有定子绕组202及加热用线圈绕组，加热用绕组线圈可通电加热，视窗镜片1的内侧设有温度传感器19。作为优选，电机定子2的前端还缠绕有定子绕组202以及加热用绕组线圈，加热用绕组线圈设于定子绕组202的前方，加热用绕组线圈可通电加热。作用：(1)美国专利us20110181725a1中公开的技术方案为在视窗镜片的内侧设置加热膜片进行加热，而加热膜片的缺点在于透光率较差、不利于激光或红外光等其他光线穿过，从而影响传感器单元的功能发挥；(2)而与之形成鲜明对比的是，本发明的技术方案通过加热用绕组线圈来实现视窗镜片加热，从而无需像加热膜片一样对整个视窗镜片接触覆盖，而只需要通过空气传播热量到达视窗镜片即可，因此可减小对传感器单元功能发挥的影响。值得注意的是，加热用绕组线圈通电加热后产生的热量能够除去视窗镜片上的冰雾。作为优选，电机定子2朝向视窗镜片1的一侧设有温度传感器19。作用：温度传感器就是检测视窗镜片温度的变化。作为优选，第三限位环201朝向视窗镜片1的一侧设有温度传感器19，当然也可以是在视窗镜片内侧与电机定子之间的空隙中的其他位置。
[0038]
具体地，电机定子设有霍尔传感器12，电机定子2的后端还设有马达控制板11，霍
尔传感器12与马达控制板11电连接。作为优选，电机定子2朝向电机转子5的一侧设有霍尔传感器12。作用：霍尔传感器用于检测电机转子的状态以及转速。作为优选，第三限位环201朝向电机转子5的一侧设有霍尔传感器12。在实际应用时：参见图5，马达控制板11与控制模块20的马达控制模块电连接，温度传感器19还分别与控制模块20的温度检测模块、马达控制模块电连接，控制模块20通过通信模块21与汽车总线22电连接。
[0039]
具体地，传感器单元10包括光学摄像头、激光雷达或者红外线传感器或超声波传感器。
[0040]
具体地，对视窗镜片1外表面进行表面处理，处理工艺包括但不限于疏水或亲水涂层或植绒以降低污染物附着能力。
[0041]
具体地，视窗镜片1以高于3000[rpm]的旋转速度旋转。作用：研究和实测都表明，视窗镜片上面附着污染物的附着力主要是：范德华力(van der waals force)、毛细力(capillary force)、静电力(electrostatic force)，当污染物颗粒的线速度大于3米/秒时，能够克服这些力而产生剥离并脱落。
[0042]
控制流程参见图6，在实际应用中：第一步：开始；第二步：整车上电(即当汽车上电时)；第三步：视窗低速旋转(即电机定子与电机转子所组成的马达启动，直转速达到3000转并保持匀速转动)；第四步：检测一(污染物检测装置启动，温度传感器启动，同时检测污染物和温度)；如果污染物检测装置为yes，此时，如果温度传感器检测温度低于4℃摄氏度，启动第五步(如果是相反的no，则直接启动第七步)：视窗高速旋转、加温(即启动加热，同时马达提高转速直至最高2.4万转并持续运转，此时，视窗镜片上面距离马达回转中心3毫米处灰尘的线速度将达到若大于3.7米/秒，污染物将被甩开脱落)；第六步：检测二(即检测污染物，检测温度)，若污染物检测装置仍为yes，重复进行第五步、第六步的工作；若马达保持此转速超过1分钟，污染物检测装置仍为yes，则报警。若污染物检测装置为no，则启动第七步：视窗停止转动(即关闭马达)；第八步：检测三(即检测污染物)，如果污染物检测装置为yes，则返回第三步，如果污染物检测装置为no，则继续第七步；在此过程中和以后，污染物监测装置一直在线工作。雨天控制策略的设置为：马达一直转动。
[0043]
在实际应用时：车载图像处理系统和雷达数据处理系统依次通过汽车总线22、通信模块21与控制模块20电连接，由车载图像处理系统和雷达数据处理系统通过控制模块20控制电机定子与电机转子所组成的马达旋转及加热用绕组线圈的加热，当车载图像处理系统和雷达数据处理系统检测到视窗盖感知图像不正常或雷达探测的数据不正常时，发出指令，通过控制模块开启马达以及加热用绕组线圈加热，并根据反馈信号判断是否停止电机定子与电机转子所组成的马达以及加热用绕组线圈加热。
[0044]
汽车总线22还与用于接收档位信号的第一电子控制单元电连接，其中当第一电子控制单元确定汽车的档位处于“r”位置时，第一电子控制单元操作电机定子与电机转子所组成的马达。
[0045]
汽车总线22还与用于接收下雨信号的第二电子控制单元电连接，其中当第二电子控制单元确定车外处于下雨状态时，第二电子控制单元操作电机定子与电机转子所组成的马达。
[0046]
综上所述，运用本发明的技术方案，具有如下的有益效果：
[0047]
对比现有相同功能的产品，本发明能在最短的时间内去除视窗镜片上的污染物，
其时间能缩短到100毫秒级，这是全自动驾驶技术的必要保证之一；偏心的设置，使得传感器单元的中心线始终对准视窗镜片无污染物的位置，从而消除信号污染，确保环境感知测量真实可靠。
[0048]
因此，本发明所公开的一种具有主动清洁功能的视窗盖能够在极短的时间内去除视窗镜片上的污染物而不遮挡镜头，且结构简单，系统鲁棒性高，抗干扰性相对高。对于摄像头、激光雷达、红外传感器等装置均能提供可靠的保护，能满足全自动驾驶对传感器不间断工作的要求；这种具有自清洁功能的视窗盖，也能够应用在需要连续监控的重要场所或者污染物严重的场所如油库安防监控、井下摄像头、无人机、武器制导窗口等。
[0049]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，包括电机转子(5)和电机定子(2)，所述电机转子(5)和电机定子(2)的内部分别具有沿前后贯通的中空部位，所述电机转子(5)上安装有视窗镜片(1)，工作时视窗镜片(1)与电机转子一起旋转；还包括设置在电机定子(2)的中空部位或中空部位后面的传感器单元(10)，所述传感器单元(10)位于视窗镜片的后方，其中心线与视窗镜片(1)的旋转中心线不同心。2.根据权利要求1所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，所述电机转子(5)布置于在电机定子(2)的外部。3.根据权利要求1或2所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，所述视窗镜片(1)的内侧安装有污染物检测装置，所述污染物检测装置包括分别设于电机定子(2)前端的上下两侧的污染物监测发射件(16)和污染物监测接收件(17)。4.根据权利要求3所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，其内部设有污染物检测电路板(18)，所述污染物检测电路板(18)与污染物监测发射件(16)、污染物监测接收件(17)电连接。5.根据权利要求1或2所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，所述电机定子(2)还分别缠绕有定子绕组(202)及加热用线圈绕组，所述加热用绕组线圈可通电加热，所述视窗镜片(1)的内侧设有温度传感器(19)。6.根据权利要求1或2所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，所述电机定子设有霍尔传感器(12)，所述电机定子(2)的后端还设有马达控制板(11)，所述霍尔传感器(12)与马达控制板(11)电连接。7.根据权利要求1或2所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，所述传感器单元(10)包括光学摄像头、激光雷达或者红外线传感器或超声波传感器。8.根据权利要求1或2所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，对所述视窗镜片(1)外表面进行表面处理，处理工艺包括但不限于疏水或亲水涂层或植绒以降低污染物附着能力。9.根据权利要求1或2所述一种具有主动清洁功能的视窗盖，其特征在于，所述视窗镜片(1)以高于3000[rpm]的旋转速度旋转。
技术总结本发明公开了一种具有主动清洁功能的视窗盖，用于遮挡、阻挡污染物(包括冰雾、昆虫等)，其包括电机转子和电机定子，所述电机转子和电机定子的内部分别具有沿前后贯通的中空部位，所述电机转子上安装有透明的视窗镜片，工作时镜片与电机转子一起旋转；还包括设置在电机定子的中空部位或中空部位后面的传感器单元(包括但不限于摄像头、激光雷达、红外线传感器、超声波传感器等)，所述传感器单元位于视窗镜片后方，其中心线与视窗镜片的旋转中心线不同心。此发明能够在极短的时间内去除视窗镜片上的污染物而不遮挡传感器镜头，结构简单，可靠性强，能满足全自动驾驶对传感器不间断工作的要求。作的要求。作的要求。
技术研发人员：张志峰
受保护的技术使用者：惠州市铼汇清洁设备有限公司
技术研发日：2022.06.07
技术公布日：2022/11/1
