CN106338494A - 具有用于检测异物的反射型传感器的一体型雨水传感器 - Google Patents

Abstract

一种具有反射型传感器的一体型雨水传感器，由发光单元、第二发光模块、受光单元和控制单元构成，并且附着于车辆玻璃，以便区分下落到车辆玻璃上的雨滴和异物，其中受光单元接收从发光单元发射然后由车辆玻璃全反射的光和从第二发光模块发射然后由车辆玻璃反射的光，并且输出接收的光的信号；控制单元分析由受光单元输出的信号，并且输出根据雨滴和异物的状态控制车辆刮水器的驱动、操作速度和周期的控制信号。

Description

具有用于检测异物的反射型传感器的一体型雨水传感器

技术领域

本发明涉及一种具有用于检测异物的反射型传感器的一体型雨水传感器，更具体地，涉及一种具有反射型传感器的一体型雨水传感器，其附着于车辆玻璃，以便检测和区分车辆玻璃上的雨滴、异物等，并且配置成产生基于所检测物质的种类、量和下落周期而控制车辆刮水器的驱动、操作速度和周期的信号。

背景技术

一般地，车辆配备有用于在下雨时从车辆玻璃去除雨水，并且擦拭和清洁已被泥水、灰尘等弄脏的车辆玻璃的刮水器。刮水器配置成当车辆驾驶者希望启用时借助于刮水器启用开关被选择性地启用。

近年来，刮水器被配置成通过在车辆玻璃上安装雨水传感器而自动地操作，其中雨水传感器无需单独的驾驶者操作而能够自动检测下落到车辆玻璃上的雨水的强度和量，从而自动控制刮水器的速度或操作时间。

上述雨水传感器配置成当在车辆玻璃上检测到雨滴时开始操作。在这种情况下，雨水传感器可检测车辆玻璃的外侧面上的雨滴或异物并可操作刮水器，从而导致刮水器或刮水器电机的损伤。

例如，在冬季，如果雨水传感器检测到车辆玻璃上的冰或霜，并且刮水器在这种情况下操作，则刮水器或刮水器电机可被损坏。如果在泥或泥水粘在车辆玻璃上时刮水器操作，则车辆玻璃也可被损坏。此外，如果在异物附着在刮水器上的状态下驱动刮水器，则由于异物的存在，车辆驾驶者的视野可被妨碍。

韩国专利公开第10-2010-0059008号记载了一种用于感测雨水的方法。根据该文献，当从光源发射的光被落在车窗玻璃上的雨滴反射时，通过光接收元件感测到光信号，从而检测到雨滴，并且如果检测到的雨滴的量达到设定的阈值，则响应于检测信号而操作车辆的刮水器，由此刮水器可基于雨滴的量进行操作。通过检测雨滴可测量达到阈值所花费的时间，以便基于降雨量调整刮水器的操作速度。

然而，上述现有技术的文献仅记载了用于感测雨水的方法，而未记载除雨滴之外的预定物质的检测和相应于该检测的操作控制，因此上述现有技术的文献不能解决上述问题。

韩国专利申请第10-2014-0066534号记载了一种使用镜的全反射型雨水传感器。该技术涉及一种附着于车辆玻璃的雨水传感器，包括能够将光发射到车辆玻璃上的发光单元，配置成接收从发光单元发射并由车辆玻璃全反射的光的受光单元，可将雨水传感器附着至车辆玻璃的附接单元，以及设置成接收从接收光的受光单元输出的信号并启用车辆的刮水器的控制单元。在该使用镜的全反射型雨水传感器中，关于雨滴的量的阈值被存储，并且如果超出该阈值，则输出启用刮水器的信号。

根据上述使用镜的全反射型雨水传感器，可由配置成接收已接收强度基于雨滴的量而不同的全反射光的受光单元的信号的控制单元，控制车辆的刮水器的操作速度和周期。

然而，上述技术也未记载除雨滴之外的物质的检测和相应于该检测的操作控制，因此不能解决上述问题。

因为这一原因，需要开发一种能够借助雨水传感器区分雨滴和异物，并且基于区分的结果控制刮水器的操作的新技术。

此外，需要开发一种通过基于检测到的雨滴的量和下落周期控制刮水器的操作速度和周期，能够使不必要的刮水器的操作最小化的新技术。

在本背景技术部分中公开的上述信息仅是为了增强对本发明的背景的理解，因此其可包含不构成本国内本领域技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有反射型传感器的一体型雨水传感器，其附着于车辆玻璃，以便检测和区分车辆玻璃上的雨滴、异物等，并且配置成产生基于所检测物质的种类、量和下落周期控制车辆刮水器的驱动、操作速度和周期的信号，其中具有反射型传感器的一体型雨水传感器可包括：能够发射入射至车辆玻璃的光的发光单元；能够发射入射至车辆玻璃的光的第二发光模块；设置成接收从发光单元和第二发光模块发射并且由车辆玻璃反射的光的受光单元；以及能够以信号形式输出受光单元接收的光，从而操作车辆的刮水器的控制单元。

因此，在一方面，本发明提供一种具有反射型传感器的一体型雨水传感器，由发光单元、第二发光模块、受光单元和控制单元构成，并且附着于车辆玻璃，以便检测和区分下落到车辆玻璃上的雨滴、异物等。受光单元接收从发光单元发射然后由车辆玻璃全反射的光，以及从第二发光模块发射然后由车辆玻璃反射的光，并且输出接收的光的量的信号。控制单元分析由受光单元输出的信号，并且输出根据雨滴和异物的状态控制车辆刮水器的驱动、操作速度和周期的控制信号。

以下说明本发明的其它方面和优选实施例。

根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器附着于车辆玻璃，以便检测和区分车辆玻璃上的雨滴、异物等，并且配置成产生基于所检测物质的种类、量和下落周期而控制车辆刮水器的驱动、操作速度和周期的信号，因此能够防止刮水器和刮水器电机的损伤，并且能够使不必要的刮水器的操作最小化。

附图说明

现在将参照附图中示出的某些示例性实施例，详细说明本发明的上述和其它特征，附图在下文中仅以例示的方式给出，因此并不限制本发明，并且其中：

图1是示意性地示出基于根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器的内部结构和操作的光行进路线的视图；

图2是示意性地示出基于根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器的内部结构的另一例和操作的光行进路线的视图；

图3是示意性地示出在根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器中雨滴下落到车辆玻璃上的情况下在发光模块处的光行进路线的视图；并且

图4a至图4d是示意性地示出在根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器中基于下落到车辆玻璃上的异物的种类而变化的光行进路线的视图。

应当理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的某种简化表示。如本文所公开的包括例如具体尺寸、方向、位置和形状的本发明的具体设计特征，将部分地由具体期望的应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的若干幅图，附图标记指代本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其它替代燃料车辆(例如，从石油之外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如具有汽油动力和电动力两者的车辆。

本文所使用的术语仅是为了说明特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地表明。还将理解的是，词语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组群的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。贯穿说明书，除非明确相反地说明，词语“包括”和例如“包含”或“含有”的变型将被理解为暗示包括所述元件，但不排除任何其它元件。另外，在说明书中说明的术语“单元”、“器”、“件”和“模块”意指用于处理至少一种功能和操作的单位，并可由硬件部件或软件部件及其组合来实现。

此外，本发明的控制逻辑可具体实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质也可分布在网络联结的计算机***中，以便例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)，以分布方式存储和执行计算机可读介质。

在下文中将详细参照本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在以下说明。虽然将结合示例性实施例说明本发明，但是将会理解的是，本说明并非旨在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的思想和范围内的各种替换形式、改型、等效形式和其它实施方式。

本发明涉及一种具有反射型传感器的一体型雨水传感器，其附着于车辆玻璃，以便检测和区分车辆玻璃上的雨滴、异物等，并且配置成产生基于所检测物质的种类、量和下落周期而控制车辆刮水器的驱动、操作速度和周期的信号。

异物是指例如泥或泥水等在行驶过程中可飞溅到车辆玻璃上的物质，或者例如霜或冰等根据天气或特定季节(即，春季、夏季、秋季或冬季)可不同的物质。更具体地，异物是指除雨滴之外的各种物质。

将参照图1和图2说明基于根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器的结构和操作的光行进路线。

图1是示意性地示出基于根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器的内部结构和操作的光行进路线的视图，并且图2是示意性地示出基于根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器的内部结构的另一例和操作的光行进路线的视图。

图1中的雨水传感器可使用附着于车辆玻璃20的前表面的附接面10进行安装，从而检测下落到车辆玻璃20上的雨滴和异物。优选地，附接面10由硅材料制成。

如图1中所示，雨水传感器可包括第一发光模块110、发光抛物面镜模块111、第二发光模块120、受光单元130和控制单元140。

优选地，根据本发明的雨水传感器的第一发光模块110、第二发光模块120和受光单元130安装在使得从第一发光模块110和第二发光模块120发射的光可由车辆玻璃20反射或全反射，并可由受光单元130接收的位置。

发光单元可由能够发射光的第一发光模块110和发光抛物面镜模块111构成。

第一发光模块110能够发射光，其中光可以是各种类型的光的任何一种，但优选为红外线。而且，从第一发光模块110发射的光被控制成在发光抛物面镜模块111的方向行进。

发光抛物面镜模块111可包括如图1中所示的抛物面型反射面，用于朝车辆玻璃20的方向反射从第一发光模块110发射的光。

通常可使用抛物面镜使具有平行波长的光聚焦。根据本发明的雨水传感器以相反的方式采用上述特征。更具体地，借助发光抛物面镜模块111，在平行方向上反射从第一发光模块110发射的光。

因此，优选地发光抛物面镜模块111具有弯曲的抛物面，以便从第一发光模块110发射的光在平行方向上被反射。

第二发光模块120能够发射光，并且发射的光将用于检测粘附在车辆玻璃20上的雨滴和异物。

光可以是各种类型的光的任何一种。例如，光可以是红外线。

从第二发光模块120发射的光被控制成在车辆玻璃20的方向发射。

受光单元130可由第一受光模块和第二受光模块构成，第一受光模块能够执行接收从第一发光模块110发射的光的功能，并且第二受光模块能够接收从第二发光模块120发射的光。

第二发光模块120和第二受光模块作为反射型传感器，检测下落到车辆玻璃20上的雨滴(W)和异物(P)。

受光单元130能够以信号形式输出所接收的光，该信号将发送至控制单元140。

控制单元140设置成接收从受光单元130发送的信号，并且能够在与车辆通信的同时，将控制信号发送至相应的车辆。

可通过LIN通信进行与车辆的通信。

LIN通信是指“局部互联网络”通信。因为LIN通信通常用于车辆ECU、有源传感器和有源致动器之间的数据传输，所以其可应用于本发明以主动地操作车辆的刮水器。

可对接收的信号进行分析，并可基于雨滴(W)和异物(P)各自的状态，将适当的控制信号发送至相应的车辆。如果检测到雨滴(W)以外的例如泥、泥水、冰等可损伤刮水器或刮水器电机的物质，则车辆刮水器的操作可自动停止。

因为可通过接收的信号判断雨滴的量，所以可控制车辆刮水器的操作周期和速度。

此外，可基于雨滴(W)或异物(P)接收的光的量的数据设定阈值，并可基于第一受光模块和第二受光模块接收的光的量控制刮水器的操作。

阈值意指可操作车辆刮水器的雨滴(W)的量的最小值。如果雨滴(W)的量小于设定的阈值，则不操作刮水器，从而使不必要的刮水器的操作最小化。

图2是示出根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器的内部结构的另一例的视图。基于依据发光单元、第二发光模块120和受光单元130的位置变化的操作，光行进路线可发生变化。

受光单元130设置在发光单元与第二发光模块120之间，以接收从车辆玻璃20反射的光。特别地，设置受光抛物面镜模块132，其具有抛物面型反射面，以便将从第一发光模块110发射然后由车辆玻璃20全反射的光中超出受光单元130之外的光，朝向受光单元130的第一受光模块反射。图3是示意性地示出在根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器中雨滴下落到车辆玻璃上的情况下，从第一发光模块110发射的光的行进路线的视图。

从第一发光模块110发射的光可基于从车辆玻璃20全反射的光的量，检测粘在车辆玻璃20上的异物(P)。光应以超过可发生全反射的临界角的角度入射，以便光由预定介质全反射。根据本发明的发光抛物面镜模块111通过调整光的角度，能够使传输的光以光可从车辆玻璃20全反射的角度入射。

全反射通常在光从具有高折射率的介质移动至具有低折射率的介质时发生。临界角是预定的角度，其中如果入射在介质上的光达到预定角度以上的入射角度，则光不能从介质中出射。

车辆玻璃的折射率为约1.5～1.51，而空气的折射率是1。可采用以下的公式1，以便使用以上的折射率计算车辆玻璃20的临界角。

(公式1)

(其中n₁>n₂)

其中折射率n₁指车辆玻璃的折射率，而折射率n₂指外部空气的折射率。

使用以上公式1获得的临界角为约41.4度。更具体地，光可被调整成以41.4度以上的角度入射，以便通过发光抛物面镜模块111传输的光由车辆玻璃20全反射。

发光齿形旋转棱镜112配置成透射从发光抛物面镜模块111反射的光。

发光齿形旋转棱镜112可配置成，使得能够保持从发光抛物面镜模块111反射的光的平行状态的棱镜可设置成在向内方向突出。

因为这一原因，通过发光齿形旋转棱镜112，从发光抛物面镜模块111反射的光可保持平行状态和入射角度。

如果雨滴下落到以临界角入射的光可到达的区域，则因为介质具有高于外部空气的折射率，所以如图3中所示，即使为了全反射的发生，光以临界角入射，折射率也可由于雨滴(W)而变化。在这种情况下，即使入射到车辆玻璃20上的光被反射，一些光仍通过雨滴透射或损失。

因此，由受光单元130的第一受光模块接收的光的量低于无雨滴(W)时，由此可检测到雨滴(W)。

然而，因为由于通过异物(P)的一些光的透射或损失，接收的光的量小，所以存在区分雨滴(W)和异物(P)的困难。因此，根据本发明，雨水传感器配备有第二发光模块120和第二受光模块，并可一起检测下落到车辆玻璃上的异物(P)的反射光，而且可基于由受光单元130接收的光的量，区分下落到车辆玻璃上的异物(P)。

此外，在雨水传感器中安装受光齿形旋转棱镜131，因此从车辆玻璃20全反射的光可由受光单元130的第一受光模块接收，并且相应的光可在第一受光模块的方向被偏置和接收。

更具体地，平行入射的光可被引导以在透过受光齿形旋转棱镜131的棱镜的部分最大程度地聚焦。因此，受光齿形旋转棱镜131设计成使得光经由棱镜聚焦的区域可对应于受光单元130的第一受光模块。

受光齿形旋转棱镜131关于垂直方向的预定中心线与发光齿形旋转棱镜112对称地设置。

根据本发明的设计条件，可设置至少两个发光单元。受光齿形旋转棱镜131可配置成使得棱镜的方向可旋转(调整)，以便从各发光单元发射的光由车辆玻璃20全反射，并且由第一受光模块接收。旋转意指方向调整，而不是指围绕预定的轴线旋转。

根据本发明的雨水传感器还可包括受光抛物面镜模块132。

受光抛物面镜模块132可具有抛物面型反射面，能够将从第一发光模块110发射然后由车辆玻璃20全反射的光中超出受光单元130之外的光反射至受光单元130。

更具体地，因为本发明的雨水传感器如图3中所示构成，所以可更有效地接收由车辆玻璃20全反射的光，从而提高检测功能。

图4a至图4d是示意性地示出在根据本发明的具有反射型传感器的一体型雨水传感器中基于下落到车辆玻璃上的异物的种类而变化的光行进路线的视图。

图4a至图4d中由实线所示的箭头表示接收的光的量大，而由点划线所示的箭头表示接收的光的量小，并且由虚线所示的箭头表示接收的光的量小于由点划线所示的光的量。

如图4a中所示，当检测到雨滴(W)时，如果从第一发光模块110发射的光以临界角入射至车辆玻璃20上雨滴(W)所在的区域，则经由折射率比空气高的雨滴(W)，一些光可透射或损失，并且少量的光可由受光单元130的第一受光模块接收。此外，从第二发光模块120发射的一些光可透射或损失，并且少量的光可由受光单元130的第二受光模块接收。因此，受光单元130将检测和分析由雨滴(W)反射的光，并输出信号。

如图4b中所示，当检测到异物(P)时，如果从第一发光模块110发射的光以临界角入射至车辆玻璃20上异物(P)所在的区域，则经由折射率比空气高的异物(P)，一些光可透射或损失，并且少量的光可由受光单元130的第一受光模块接收。同时，从第二发光模块120发射的光可几乎没有或具有少量可透射或损失的光，因此，大量的光可被反射并由受光单元的第二受光模块接收。因此，受光单元130将检测和分析由异物(P)反射的光，并输出信号。

如果从第一发光模块110发射的光入射，则通过异物(P)，一些光可朝向外部透射或损失，但是反射的光的量大于雨滴(W)的情况，在附图中以点划线表示光，以便表达这种操作。

如图4c和图4d中所示，可比较和分析当在车辆玻璃20的外表面上检测到雨滴(W)和异物(P)时接收的光的量的不同。

参照图4c，如果从第一发光模块110发射的光入射到雨滴(W)上，则一些光可透射或损失，因此少量的光将由受光单元130的第一受光模块接收，并且如果从第二发光模块120发射的光入射到异物(P)上，则大量的光将被反射并由第二受光模块接收。

参照图4d，如果从第一发光模块110发射的光入射到异物(P)上，则一些光可透射或损失，因此少量的光将由受光单元130的第一受光模块接收，并且如果从第二发光模块120发射的光入射到雨滴(W)上，则一些光可朝向外部透射或损失，因此少量的光将由受光单元130的第二受光模块接收。

以这种方式，基于由受光单元130的第一受光模块和第二受光模块接收的光的量的差异，可区分雨滴(W)和异物(P)，并可将能够基于设定的阈值操作刮水器的控制信号发送至控制单元140。

参照图4c和图4d，如果异物与水和泥水混合，则其可被检测为雨滴。在这种情况下，将通过分析由受光单元130接收的光的量确定是否操作刮水器。

通过比较和分析由受光单元130的第一受光模块和第二受光模块接收的光的强度，以区分和分析粘附在车辆玻璃20的外表面上的物质的种类，可输出能够控制刮水器的操作的信号，因此能够防止对刮水器和刮水器电机的损伤，并且使不必要的刮水器的操作最小化。

已结合图1至图4，集中于本发明的主要部件说明了本发明。在本发明的范围内各种修改是可能的，并且明显可知，本发明不限于图1至图4中所示的构造。

已参照优选实施例详细说明了本发明。然而，本领域技术人员将会理解的是，在不偏离本发明的原理和思想的情况下，可在这些实施例中进行变化，本发明的范围限定在所附权利要求及其等同物中。

Claims (8)

1.一种雨水传感器，包括：

发光单元，其包括设置成发射光的第一发光模块；

第二发光模块；

受光单元；以及

控制单元，

其中所述雨水传感器附着于车辆玻璃，并且能够区分下落到所述车辆玻璃上的雨滴和雨滴以外的异物，

其中所述受光单元配置成接收从所述发光单元发射并且由所述车辆玻璃全反射的光，接收从所述第二发光模块发射并且由所述车辆玻璃反射的光，以及输出关于接收的光的信号，并且所述控制单元配置成分析从所述受光单元输出的信号，以及输出基于雨滴和异物的状态，控制车辆的刮水器操作、刮水器操作周期和刮水器操作速度的控制信号。

2.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述发光单元还包括：

发光抛物面镜模块，其具有用于平行地反射从所述第一发光模块发射的光的抛物面型反射面，并且能够在所述车辆玻璃的方向上反射光；以及

发光齿形旋转棱镜，其设置成使从所述发光抛物面镜模块反射的光平行地透射。

3.根据权利要求2所述的雨水传感器，其中所述发光抛物面镜模块反射从所述第一发光模块发射的光，使得反射的光以能够由所述车辆玻璃全反射的角度入射。

4.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述受光单元包括：

第一受光模块，其设置成接收从所述第一发光模块发射并且由所述车辆玻璃全反射的光；以及

第二受光模块，其设置成接收从所述第二发光模块发射并且由所述车辆玻璃全反射的光。

5.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述雨水传感器还包括：

受光抛物面镜模块，其具有抛物面型反射面，用于将由所述车辆玻璃反射的光中超出所述受光单元之外的光朝向所述受光单元反射；以及

受光齿形旋转棱镜，由所述车辆玻璃全反射的光通过所述受光齿形旋转棱镜透射。

6.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中所述发光单元、第二发光模块和受光单元能够以所述发光单元、第二发光模块和受光单元的位置顺序，或者以所述发光单元、受光单元和第二发光模块的位置顺序设置。

7.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中设置至少两个发光单元，并且设置用以检测雨滴和异物的至少两个检测区域。

8.根据权利要求1所述的雨水传感器，其中设置至少两个第二发光模块，并且设置用以检测雨滴和异物的至少两个检测区域。