车顶安装式传感器系统的制作方法

1.本发明涉及用于检测入射光强度和方向的传感器系统。


背景技术：

2.在已知的车辆中，设置了用于检测相对于车辆而言的太阳位置的一个或多个传感器，以操作可调光挡风玻璃来防止眩目。光强传感器是已知的，用于响应于光提供的辐射能来控制hvac系统。
3.已知的传感器通常布置在挡风玻璃或侧窗处或附近，这取决于预期功能。特别是为了防止眩目，已知的传感器布置在挡风玻璃处，以精确地确定过量光源(通常是太阳)相对于驾驶员眼睛而言的方向。此外，仅在车辆前方的一部分周围环境需要在检测场内，这是由于在车辆后方的太阳位置不会使驾驶员致盲。
4.对于hvac控制，传感器的位置不是那么关键，传感器可设在许多位置处，无需高的定位和取向精度。在已知的实施例中，传感器配置成确定任何光主要入射的主方向，以便能够区分车辆中各个不同hvac区域中的空气冷却和加热。在这样的实施例中也不需要高精度。
5.近年来，车辆设置有越来越多的传感器。特别地，引入了自动驾驶功能，从而需要非常精确且可靠的传感器系统。许多这样的传感器系统使用电磁辐射，无论是在电磁谱的可见部分中还是在不可见部分中，例如红外或uv。这种传感器系统对过量外部光(例如太阳光)敏感。另外，这种传感器系统在其检测场方面不受限制，因此可配置成检测在相对于车辆而言的任何方向上的外部状况。


技术实现要素：

6.期望提供一种用于检测入射光强度和方向的传感器系统，适用于多种用途，包括用于检测过量外部光对自动驾驶传感器的潜在干扰。
7.在第一方面，提供了一种车顶安装式传感器系统，该传感器系统配置成安装在车辆的车顶上，该传感器系统包括传感器单元。传感器单元包括用于检测入射光强度和相对于车辆而言的相关光源位置的全向入射光检测器。
8.在车顶水平面上，入射光传感器系统能够具有更大的全向检测场。因此，传感器系统的输出可用于许多不同目的，包括但不限于控制可调光挡风玻璃、控制hvac系统或调适另一传感器系统(例如自动驾驶传感器)的输出。
9.本文所使用的全向检测场是指在传感器单元周围的大致半球。传感器单元因此配置成在可安装传感器单元的车顶上检测至少太阳相对于车辆而言的任何位置。根据车辆形状和车辆尺寸以及根据传感器单元配置和传感器单元设计，检测场可以比半球略大或略小。基本上，传感器单元配置成具有在车辆周围的检测场。
10.在现有技术中已知许多入射光检测系统，包括全向传感器单元。本领域技术人员能够在本发明的范围内选择合适的传感器单元。此选择可考虑车辆设计方面、功能方面和
特性，包括精度和可靠性、耐候性、成本效益和许多其他考虑因素。
11.上述另一传感器系统可与上述传感器系统集成。因此，在车顶安装式传感器系统的实施例中，传感器系统包括第一传感器单元和第二传感器单元。第一传感器单元包括全向入射光检测器，第二传感器单元配置成检测外部状况，第二传感器单元的输出由第一传感器单元检测到的入射光补偿。例如，第二传感器单元可包括相机，可响应于第一传感器单元的输出来调适相机的光学设定以便使得入射光造成的眩目不会干扰自动驾驶功能。代替调适光学设定，可对从这种相机获得的数字图像进行数字处理，以减少任何眩目或与过度曝光相关的伪影。如果得不到这样的补偿，例如对于另一种传感器来说，则如果确定过量外部光会影响第二传感器输出的可靠性或精度，就可另外使用第一传感器单元的输出而忽略第二传感器单元的输出。
12.在车顶安装式传感器系统的实施例中，传感器单元包括第一光敏子单元和第二光敏子单元。第一光敏子单元和第二光敏子单元间隔开并布置在不同取向上，以便配置成检测来自各个不同光源位置的入射光。在车顶安装式传感器系统中使用的传感器单元可实施为单个单元或者可实施为多个子单元。例如，子单元可布置在车辆车顶的两个或更多个边缘或角部处，其中，每个子单元取向为具有专用检测场以检测从组合检测场的预定部分入射的光。组合来自多个子单元的输出将提供对应于全向检测场的传感器单元输出。
13.在车顶安装式传感器系统的实施例中，当安装在车辆上时，传感器单元布置在车顶的最高部位处。在车顶的最高部位处可预期获得最大尺寸的检测场，这是因为干扰检测场的物体数量最少。
14.在一实施例中，传感器系统还包括透明面板，并且传感器系统包括第一区段和第二区段。透明面板包括朝向车辆乘客舱的内表面和与内表面相反的外表面。透明面板在第一区段中未被覆盖，以允许外部光穿过车辆车顶进入车辆乘客舱。传感器单元布置在第二区段中处于透明面板的内表面侧处，使得外部光能够穿过透明面板到达传感器单元处。透明面板在第二区段中被覆盖，以防止外部光穿过车辆车顶进入车辆乘客舱。因此，传感器单元可集成在具有天窗的车顶中，而不妨碍透过天窗的视野。
15.透明面板在第二区段中被覆盖，这意味着乘客舱中的乘客看不到透明面板。透明面板可覆盖有涂层或任何其他种类的层，例如陶瓷，或者透明面板可被单独的元件(例如顶篷内衬等)覆盖。当然，透明面板在第二区段中的各个不同部分可被不同种类的覆盖物覆盖。在特定实施例中，传感器单元可以是覆盖物的一部分。例如，黑色搪瓷层设置有通孔，并且传感器单元布置在通孔之上以接收外部光。因此，透明面板在第二区段中主要覆盖有搪瓷层，而传感器单元可布置在搪瓷层上的通孔之上。
16.在一实施例中，透明面板包括可调光层和配置成控制可调光层状态的控制单元，传感器单元操作性地联接到控制单元。控制单元配置成根据传感器单元的输出来调适可调光层的状态。在现有技术中，前挡风玻璃被描述为局部可调光以防止眩目妨碍驾驶员看车辆前方。此外，如果设置了天窗，则当阳光或其他外部光照射穿过天窗时也会妨碍到驾驶员。通过在车顶处的全向传感器单元，传感器单元不仅可控制(局部)可调光前挡风玻璃，还可控制任何可调光侧窗和可调光天窗。
17.在一实施例中，在供光穿过透明面板到达传感器单元的部位处，透明面板具有用于使入射光线适合传感器单元的预定光学性质。透明面板可成形为例如透镜等形状，或者
可设置有任何光学元件，例如透镜、菲涅耳透镜或反射元件。这种形状或元件可布置在内表面或外表面，这取决于功能。这种光学系统可帮助使外部光整形以适当地投射到光敏元件上，例如基于入射光改变电学性质(例如电阻或输出电压或电流)的光电探测器。
18.在一实施例中，传感器单元可移动地布置，传感器系统包括控制单元，控制单元配置成移动传感器单元。例如，为了增大检测场或提高检测精度，传感器单元可以是部分地或完全地可移动的。可提供移动来调整传感器单元的取向。因此，在特定实施例中，传感器单元可检测强光源，然后可移动以朝向这样的光源取向，以便更精确地确定例如光强、光源位置以及甚至光源大小。本领域技术人员明白的是，这种可移动地布置的传感器单元也可在除车顶位置之外的车辆任何其他位置处采用。
19.其他实施例可结合上述各实施例的各方面。
20.在一方面，提供了一种用于车辆的车顶组件。车顶组件包括如上所述的车顶安装式传感器系统。在特定实施例中，车顶组件可包括可选择性地布置在车顶开口上方的可动面板或闭合构件。附加地或替代地，车顶组件可包括透明面板以允许外部环境光(例如太阳光)进入车辆乘客舱。
21.在特定实施例中，传感器单元安装在可移动地布置的透明面板的内表面处，并且当传感器单元随透明面板一起移动时通过传感器单元取向改变来补偿传感器单元的输出。包括透明面板和传感器单元的可移动地布置的闭合构件在移动以露出或覆盖车辆车顶中车顶开口时可相对于车辆其余部分而言稍微改变取向。由于外部光的不同入射角，取向的这种改变会显著影响传感器单元的输出。取向的改变可以是预定的，并且可基于相对于车辆其余部分而言的预定取向改变来补偿或校正输出。可选地，可使用例如陀螺仪传感器之类的传感器来就地确定取向改变，然后可基于这种检测到的取向改变来校正或补偿传感器单元的输出。
附图说明
22.根据下文所给出的详细描述，本发明的进一步应用范围将变得显而易见。然而，应当理解，尽管指示了本发明的实施例，但是详细描述和具体示例仅以说明方式给出，因为根据参考所附的示意图作出的该详细描述，在本发明的范围内的各种改变和修改对本领域技术人员将显而易见，其中：
23.图1a示出了具有开放式车顶组件的车顶的透视图；
24.图1b示出了图1a的开放式车顶组件的分解图；
25.图2a示出了包括车顶安装式传感器系统的第一实施例的车辆的透视图；
26.图2b示出了图2a的车辆的侧视图，其示出了车顶安装式传感器系统的检测场；
27.图2c示出了图2a的车辆的顶视图，其示出了车顶安装式传感器系统的检测场；
28.图2d示出了包括车顶安装式传感器系统的第二实施例的车辆的顶视图；
29.图3a示出了用于车顶安装式传感器系统中的传感器单元的第一实施例的顶视图；
30.图3b示出了图3a的传感器单元的第一实施例的剖面图；
31.图3c示出了用于车顶安装式传感器系统中的传感器单元的第二实施例的剖面图；
32.图3d示出了用于车顶安装式传感器系统中的传感器单元的第三实施例的剖面图；
33.图3e示出了用于车顶安装式传感器系统中的传感器单元的第四实施例的剖面图；
34.图3f示出了用于车顶安装式传感器系统中的传感器单元的第五实施例的剖面图；
35.图4示出了包括车顶安装式传感器系统的第三实施例的车辆的顶视图；
36.图5示出了包括车顶安装式传感器系统的第四实施例的图2a的车辆的透视图；并且
37.图6示出了包括车顶安装式传感器系统的第五实施例的车辆的侧视图。
38.现将参考附图来描述本发明，其中在若干视图中，已经使用相同的附图标记标识相同或类似的元件。
具体实施方式
39.图1a示出了车顶1，车顶中布置有开放式车顶组件。开放式车顶组件包括可动面板2a和固定面板2b。可动面板2a也被称为闭合构件，因为可动面板2a可在第一车顶开口3a上移动从而能够开闭第一车顶开口3a。挡风件4布置在第一车顶开口3a的前侧处。
40.在所示的实施例中，可动面板2a可处于关闭位置，关闭位置是这样的位置：可动面板2a布置在第一车顶开口3a上方并关闭第一车顶开口并且因此通常布置在车顶1平面中。此外，可动面板2a可处于倾转位置，倾转位置是这样的位置：与关闭位置相比可动面板2a的后端re升高，而可动面板2a的前端fe仍处于关闭位置。此外，可动面板2a可处于打开位置，打开位置是这样的位置：可动面板2a滑动打开，并且第一车顶开口3a部分地或完全地暴露。
41.需注意，所示的车顶1对应于乘用车。然而，本发明不限于乘用车。也可设想可设置有可动面板的任何其他类型车辆。
42.图1b示出与图1a所示相同的具有面板2a和2b的车顶。具体地，虽然图1a示出处于打开位置的开放式车顶组件，但图1b是处于关闭位置的开放式车顶组件的分解图。此外，在图1b的该分解图中，示出了存在第二车顶开口3b。第一车顶开口3a和第二车顶开口3b设置在开放式车顶组件的框架5中，框架5的中间横梁12在开口3a、3b之间。框架5的边缘5a限定第一车顶开口3a。
43.第二车顶开口3b布置在固定面板2b下方，使得在固定面板2b是玻璃面板或类似透明的面板(例如由塑料或任何其他合适材料制成)的情况下光可通过固定面板2b进入车辆内部乘客舱。具有透明或半透明的固定面板2b的第二车顶开口3b是可选的，并且在开放式车顶组件的其他实施例中可省略。
44.挡风件4通常是柔性材料，例如，布置有通孔的机织布或无纺布、或网状物、或网。柔性材料由支撑结构4a(例如杆状结构或管状结构)支撑，该支撑结构在铰链4b处直接或间接地铰接到框架5上。
45.挡风件4布置在第一车顶开口3a的前面，并且在可动面板2a处于打开位置时调节气流。在升高位置中，挡风件4减少由于行驶过程中气流导致的不舒服噪音。当可动面板2a处于关闭位置或处于倾转位置时，挡风件4被压在可动面板2a前端fe的下方。
46.通常，当可动面板2a滑动到打开位置时挡风件4通过弹力而上升，当可动面板2a滑动回到关闭位置时挡风件4被可动面板2a向下推。在图1a中，可动面板2a被示出为处于打开位置，挡风件4被示出为处于升高位置。在图1b中，可动面板2a被示出为处于关闭位置，挡风件4被相应地示出为处于被压下的位置。
47.图1b还示出了具有第一引导组件6a、第二引导组件6b、第一驱动缆7和第二驱动缆
8的驱动组件。第一引导组件6a和第二引导组件6b布置在可动面板2a的各个侧端se上，并且各自可包括引导件和机构。引导件联接到框架5，而机构包括可动部并且可在引导件中可滑动地移动。第一驱动缆7和第二驱动缆8设置在各引导组件6a、6b的机构与电机9之间。
48.驱动缆7、8将电机9联接到各引导组件6a、6b的机构，使得在操作电机9时机构开始移动。具体地，驱动缆7、8的芯被电机9移动，从而推动或拉动各引导组件6a、6b的机构。这种驱动组件在本领域中是熟知的，因此在本文中不再进一步阐明。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，也可采用任何其他合适的驱动组件。此外，在特定实施例中，电机可以操作性地布置在引导组件6a、6b的各引导件和各机构之间，在这种实施例中可完全省略驱动组件。
49.在所示的实施例中，引导组件6a、6b可开始移动以升高可动面板2a的后端re，从而将可动面板2a带到倾转位置中。然后，从倾转位置起，引导组件6a、6b可开始滑动以将可动面板2a带到打开位置中。然而，本发明不限于这种实施例。例如，在另一个实施例中，可动面板2a可以通过升高后端re而可移动到倾转位置，而通过首先降低后端re并且然后使可动面板2a在固定面板2b下方或在设置在可动面板2a后端re后面的任何其他结构或元件下方滑动而到达打开位置。在另外的示例性实施例中，可动面板2a可以仅在关闭位置与倾转位置之间或者在关闭位置与打开位置之间可移动。
50.在所示的实施例中，电机9在凹部10处安装在可动面板2a的前端fe附近或下方。在另一个实施例中，电机9可定位在任何其他合适的位置或部位处。例如，电机9可布置在可动面板2a的后端re附近或下方，或布置在固定面板2b的下方。
51.控制模块11被示意性地示出，并且操作性地联接到电机9。控制模块11可以是任何类型的处理模块，可以是软件控制的处理模块或专用处理模块，例如asic，这些对于本领域技术人员都是熟知的。控制模块11可以是独立控制模块，或者可以操作性地连接到另一个控制模块，例如多用途通用车辆控制模块。在又一个实施例中，控制模块11可嵌入在这种通用车辆控制模块中或作为其一部分。基本上，控制模块11可由适合于、能够并且配置成执行电机9的操作以及因此执行可移动车顶组件的操作的任何控制模块来实施。
52.图2a示出了示例性车辆20，其包括可以是透明或可以是不透明的车顶面板以及可选的前窗眉面板12。车顶面板2设置有传感器系统30。传感器系统30安装在车辆车顶上，并且配置成检测外部光的强度和光源的方向，例如，特别是在光源产生会使驾驶员或其他传感器系统致盲的过量光的情况下。
53.图2b在x-z平面中示出了包括传感器系统30的车辆20。传感器系统30具有检测场df，即可检测到外部光(例如太阳光)的场。检测场df基本上受车辆20的形状限制。通过在车辆车顶处安装传感器系统30，就能够具有大的检测场df。因此，检测场df在x-z平面中具有半圆形状。
54.通过提供全向传感器系统30，如图所示，就能够检测到相对于车辆20成基本上任何角度的光源位置。在x-z平面中在各个不同入射角下的光线r1、r2、r3可被传感器系统30检测到。
55.图2c在x-y平面中示出了包括传感器系统30的车辆20。传感器系统30具有检测场df，该检测场对应于在x-y平面中的整圆，能够检测在x-y平面中来自任何入射角的光线r4。结合如图2b所示在x-z平面中的半圆检测场df，检测场df形成为半球。当然，特别是在x-z平面中，传感器系统30的精确定位和车辆20的形状以及安装在其上的任何物体决定了检测场
df是完整半球还是比半球略大或略小。
56.图2d示出了传感器系统30的实施例，该传感器系统安装并集成在包括车顶面板2并特别是透明面板2的车辆车顶中。透明面板2包括第一区段21和第二区段22。
57.第一区段21是透明的，外部光能够穿过透明面板2进入车辆的乘客舱。
58.第二区段22通常但非必须在透明车顶面板2的内侧被覆盖。外部光被阻挡，并且不能穿过第二区段22到达乘客舱。例如，由涂层等形成的遮光带可布置在车顶面板2上的第二区段22中。替代地或附加地，顶篷内衬可安装在透明车顶面板2的内侧。在任何情况下，乘客舱中的乘客都不能透过第二区段22看周围环境或天空。可优选地将传感器系统30安装在这样的区段中，从而防止看到传感器系统30。在图2d的实施例中，传感器系统30确实安装在第二区段22中。
59.图3a至图3f示出了用于传感器系统30中的全向光检测传感器单元31的多个实施例。图3a和图3b示出了第一实施例，其中，传感器单元31包括以3
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3图案布置的多个光敏元件311和布置在光敏元件311之间的阻光或滤光隔离器312。光敏元件311和隔离器312布置在可选的壳体313中。
60.传感器单元31可安装在透明面板上，例如，安装在具有朝向车辆内部的内表面201-i和与内表面201-i相反的外表面201-e的玻璃板201上。外表面201-e不是必定形成车辆的外表面，但可以优选的是外表面201-e形成车辆的外表面，以便具有大的检测场。
61.由于隔离器312，每个光敏元件311检测到的光量取决于光的入射角。例如，第一光线束b1将导致类似量的光射到所有光敏元件311上，而入射角不同于第一光线束b1的第二光线束b2将不仅射在光敏元件311上而且还射在隔离器312上。因此，在第二光线束b2所来侧的光敏元件311将比其他光敏元件311接收到明显更多的光。通过比较每个光敏元件311的电输出，就能够检测出光线起源的光源的位置，并且可确定总光强。
62.图3c示出了第二实施例，其中，传感器单元31布置在透明面板2中的孔中。传感器单元31设置有弯曲顶表面314，以使得来自旁边的光线能够进入传感器单元31，从而改善了检测场。
63.例如，弯曲顶表面314还可具有变化厚度以形成透镜。这样的透镜可有利于进一步改善光敏性以提高精度或进一步增大检测场。
64.图3d示意性地示出了第三实施例，其中，传感器单元31可移动地布置在铰接支撑件35上。铰接支撑件35可以操作性地联接到用于移动传感器单元31的控制单元(未示出)。例如，基于检测到的光，传感器单元31可移动到在光线束b2与传感器单元31之间实现更小入射角的取向或位置。然后，考虑例如传感器单元31与车辆车顶平面之间的角度α以确定光线束b2起源的光源位置。
65.图3e示出了另一个第四实施例，其中，光敏元件311安装在弯曲圆顶状基板315上,并且顶面314对应地成形。因此，对来自旁边的光线的敏感度增大，特别是如果顶表面314在车辆车顶水平面上方延伸的话。一般而言，因此对于所有实施例，应当注意，将传感器单元31定位在车辆车顶的最高部位处预期可提供最大的检测场。
66.传感器单元31的第一实施例至第四实施例基于类似的检测构思。然而，车顶安装式传感器系统可采用任何其他检测构思。例如，图3f示出了包括第一透明板23、可变透射率板24和阻光层25的透明面板2，其中，阻光层25可以仅局部地存在，例如存在于如图2d所示
第二区段中。
67.可变透射率层24，即可调光层，是可通过施加电流改变其透射率的一种所熟知的层。可调光层24可被分割成可独立地操作的各个较小区域，使得可局部地减小透射率，例如以阻挡直视太阳。
68.在阻光层25中设有小通孔36。因此，来自第一光线束b1的相对小部分光沿线b1'透射，或来自第二光线束b2的相对小部分光沿线b2'透射。因此，孔36可投射在光敏阵列37(例如，ccd或cmos图像传感器)上。然后，可应用图像处理技术来确定光强和对应光源的位置。
69.在所示的实施例中，可变透射率层24布置在通孔36之上。因此，根据可变透射率层24的透射率状态，在光敏阵列37处确定的光强被可变透射率层24减小。在这种实施例中，传感器单元可以操作性地联接到用于控制可变透射率层24的控制单元(未示出)，其中，可使用表示对实际通过透明面板2的光量的精确测量值的传感器单元输出作为反馈信号来精确地控制进入乘客舱的光的强度。另外，如果被分割，则可变透射率层24可被控制为具有局部更高或更低的透射率，这取决于检测到的光源(例如太阳)位置。
70.图4示出了车顶安装式传感器系统的另一个实施例，其中，传感器系统包括多个传感器子单元。在所示的实施例中，传感器系统包括四个传感器子单元32、33、34和35，每个传感器子单元分别布置在透明面板2的四个角之一处。子单元32、33、34和35不具有全向检测场。相反，子单元32、33、34和35在x-y平面中分别具有仅对应于全向检测场一半的检测场df1、df2、df3、df4。组合每个子单元32、33、34和35的输出将提供全向检测结果。
71.此外，由于车辆车顶的共同曲率，子单元32、33、34和35的布置是有利的。车顶通常朝向车辆侧面向下弯曲。因此，子单元32、33、34和35可倾转以接收甚至来自旁边的光线，参考图3e。
72.图5示出了另一个实施例，其中，通过在车辆20的车顶上(在本例中是在前窗眉面板12上)安装第二传感器系统40来提供自动驾驶功能。例如，第二传感器系统40可以是相机系统或激光雷达系统，并且透射面板41可布置在第二传感器系统40的前侧。这样的第二传感器系统40可对其检测场内的过量光或局部强光源(如太阳)敏感。例如，作为第一传感器系统的用于检测此类光源的传感器系统30可与第二传感器系统40布置在相同的壳体中。然后，可使用第一传感器系统30的输出来解释、校正、补偿或忽略第二传感器单元40的输出。
73.图6示出了又一个实施例，其中，透明面板2可移动地安装在车辆20的车顶上。在该实施例中，传感器系统30安装在可移动地布置的面板2上。当面板2移动到打开位置例如移动到如图所示的倾转位置时，相对于车辆的角度被改变。类似地，入射光的入射角被改变。为了补偿这种改变，操作性地联接到传感器系统或是传感器系统组成部分的控制单元可校正改变的取向和/或位置。这种校正可基于预定的位置和取向，或者可基于与传感器系统30一起安装在可移动地布置的面板2上的特定传感器(例如陀螺仪传感器)的输出。本领域技术人员明白的是，也可补偿其他移动或在取向上的改变。
74.本文公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅是可以用各种形式实施的本发明的示例。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性，而是仅作为权利要求的基础并作为教导本领域技术人员以预期任何适当详细结构来以各种方式实施本发明的代表性基础。具体地，在各从属权利要求中提出和描述的特征可以组合应用，并且因此也随之公开了这些权利要求的任何有利组合。
75.另外，可设想通过应用三维(3d)打印技术来产生结构元件。因此，对结构元件的任何引用旨在涵盖用于指令计算机通过三维打印技术或类似计算机控制制造技术来产生这种结构元件的任何计算机可执行指令。此外，对结构元件的任何这样的引用也旨在涵盖带有此类计算机可执行指令的计算机可读介质。
76.另外，本文中使用的术语和短语都不旨在为限制性的，而是旨在提供对本发明的可理解的描述。本文所使用的术语“一”被定义为一个或多于一个。本文所使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。本文所使用的术语“另一”被定义为至少第二或更多。本文所使用的术语“包括”和/或“具有”被定义为包括(即，开放性语言)。本文所使用的术语“联接”被定义为连接，但是不一定是直接地连接。
77.虽然已如上描述了本发明，但清楚的是可以在许多方面变化。不应将此类变化视作是脱离本发明的精神和范围，本领域技术人员将明白所有此类变型都旨在被包括在所附权利要求书的范围内。