KR20230079562A - 센서 클리닝 시스템을 위한 냉각시스템 - Google Patents

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양영덕
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Abstract

본 발명은 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 차량의 센서 클리닝 시스템의 냉각을 위한 냉각시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시형태에 따른 냉각시스템은, 차량의 윈드실드 측에 도달하는 물을 수용하도록 구성되는 수집부; 상기 수집부에 수용된 물을 도관을 따라 이동시키기 위한 유동력을 제공하는 펌프; 및 내부에서 상기 도관을 따라 이동한 물이 유동하고, 냉각대상을 둘러싸는 냉각모듈을 포함한다.

Description

센서 클리닝 시스템을 위한 냉각시스템{COOLING SYSTEM FOR SENSOR CLEANING SYSTEM}
본 발명은 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 차량의 센서 클리닝 시스템의 냉각을 위한 냉각시스템에 관한 것이다.
최근 차량에는 여러 주행 상황에서 안전운행의 확보를 위하여 차량의 운전자를 보조하는 운전자 보조 시스템이 탑재되고 있다. 그리고 운전자 보조 시스템에서 더 나아가, 운전자의 개입없이 차량이 스스로 주행할 수 있는 자율주행차량에 관한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 운전자 보조 시스템이나 자율주행차량에서는 주위의 환경을 다양한 방식으로 감지할 수 있는 다양한 종류의 환경센서들이 차량에 장착된다. 차량에 장착되는 환경센서로서 레이더(radar), 라이더(LiDar), 카메라 등을 꼽을 수 있다.
이러한 센서들은 차량의 외부에 장착되므로 먼지 등 이물질이나 비, 눈 등에 의해 센싱 부위가 쉽게 더러워질 수 있다. 센서 성능의 유지를 위해서는 이들 센서는 일정 수준 이상 깨끗이 유지되어야 하므로 센싱 부위의 오염 시 센서를 세척할 수 있는 클리닝 시스템이 마련되고 있다.
공개특허공보 제10-2018-0136981호 (공개일자: 2018.12.26)
본 발명은, 특히, 우천 시 등 센서 클리닝이 빈번하게 요구되는 상황에서 센서 클리닝 시스템을 냉각시키기 위한 냉각시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 실시형태에 따른 냉각시스템은, 차량의 윈드실드 측에 도달하는 물을 수용하도록 구성되는 수집부; 상기 수집부에 수용된 물을 도관을 따라 이동시키기 위한 유동력을 제공하는 펌프; 및 내부에서 상기 도관을 따라 이동한 물이 유동하고, 냉각대상을 둘러싸는 냉각모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 우천 시 등 센서 클리닝이 빈번하게 요구되는 상황에서 센서 클리닝 시스템, 특히, 센서 클리닝 시스템의 압축기를 친환경적으로 냉각할 수 있는 냉각시스템이 제공된다.
본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.
도 1은 센서 클리닝 시스템의 구성도이고,
도 2는 차량의 윈드실드 주변을 도시하고,
도 3은 도 2의 A 측에서 바라본 부분의 확대도이고,
도 4는 도 3의 하측면도이고,
도 5는 도 3의 하측면도로서, 본 발명에 따른 냉각시스템의 수집부가 장착된 상태를 도시하고,
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 냉각시스템의 개괄적인 구성도를 도시하고,
도 7a는 본 발명에 따른 냉각시스템을 구동시키는 회전체를 도시하고,
도 7b는 도 7a의 부분 확대도이고,
도 7c는 도 7a의 일부 분해사시도이고,
도 8a는 본 발명에 따른 냉각시스템의 회전체의 작동 메커니즘을 설명하고,
도 8b는 본 발명에 따른 냉각시스템의 펌프의 분해 사시도이다.
발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
앞서 설명한 바와 같이, 차량의 주변 환경을 감지하는 환경센서들의 성능을 유지하기 위해서는 센서 표면에 대한 주기적인 세척이 필요하다. 예를 들어, 환경센서는 먼지, 모래 등에 의한 이물질에 의해 오염될 수 있고, 강수 시 빗방울, 눈 등에 의하여 오염될 수도 있다.
도 1에는 압축공기를 사용하여 환경센서를 세척하는 예시적인 에어 클리닝 시스템(1)이 도시되어 있다. 에어 클리닝 시스템(1)에서는 환경센서의 표면에 압축공기를 분사하여 세척을 수행한다. 구체적으로, 차량에 구비되는 에어필터(10)를 통해 여과된 공기는 압축기(20)로 유입된다. 압축기(20)에 의해 압축된 공기가 환경센서(30)의 표면에 분사됨으로써 각 환경센서(30a, 30b, 30c)가 세척된다. 도면과 명세서에서 세 개의 환경센서가 제시되고 있으나 그 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 가감될 수 있다.
에어 클리닝 시스템(1)의 제어기(40)는 미리 설정된 주기마다 또는 환경센서(30)의 오염 감지 시 등의 미리 설정된 상황에서 밸브(50), 예를 들어, 솔레노이드 밸브를 온(ON)하여 압축기(20)로부터 각 환경센서(30a, 30b, 30c)에 압축공기가 분사되도록 하고, 이를 통하여 환경센서(30)의 세척을 수행한다.
압축기(20)에는 온도센서(60)가 구비되고, 온도센서(60)에서 감지된 압축기(20)의 온도는 에어 클리닝 시스템(1)의 제어기(40)로 전달된다. 압축기(20)가 작동 한계 온도를 초과하여 동작하지 않도록 제어기(40)는 압축기(20)의 온도를 모니터링하도록 구성된다. 압축기(20)가 작동 한계 온도에 도달하면 제어기(40)는 압축기(20)의 온도가 떨어질 때까지 압축기(20)의 작동이 정지되도록 제어할 수 있다.
에어 클리닝 시스템의 작동은 센서 표면의 오염 정도, 미리 설정된 주기 등의 조건에 기초하여 실행되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서 표면의 오염 정도에 따라 센서 클리닝 시스템이 동작하도록 구성되는 경우, 강수 등에 의해 센서의 표면이 오염되면 세척을 위한 압축공기 생성을 위해 압축기는 지속적으로 작동하여야 한다. 이때 장시간의 압축기 구동은 압축기의 온도 상승을 초래하고, 압축기는 작동 한계 온도에 도달하여 일정 기간 작동을 정지하여야만 한다.
따라서, 에어 클리닝 시스템에서 압축기의 온도를 낮춰주는 것은 매우 중요한 과제로 남아 있다.
이에 대하여 본 발명은 강수를 활용하여 압축기를 냉각시키는 냉각시스템을 제공하여 효과적인 압축기 냉각을 도모하고자 한다. 본 발명에 따른 센서 클리닝 시스템을 위한 냉각시스템은 강수공급부 및 냉각모듈을 포함한다. 강수공급부는 강수 시 차량에 낙하하는 비, 눈 등의 강수를 모아 압축기 측으로 전달하도록 구성된다. 아래에서 구체적으로 설명될 바와 같이, 강수공급부는 수집부(140), 도관(150), 펌프(160) 및 회전체(170)를 포함할 수 있다. 냉각모듈은 강수공급부로부터 공급받은 강수를 이용하여 압축기의 온도를 낮추도록 구성된다.
도 2 내지 도 9b를 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 냉각시스템이 설명된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 빗물 등의 강수는 주행 중인 차량의 윈드실드(110)에 낙하한다. 전방 시야 확보를 위해서 차량의 운전자에 의해 또는 차량의 레인센서의 감지를 통해 자동으로 와이퍼(120)가 작동된다. 이때 윈드실드(110)로부터의 빗물 또는 와이퍼(120)에 의해 제거되는 빗물 중 적어도 일부는 카울 탑 커버(130)로 유동한다. 강수 중 비단 비뿐만 아니라 눈 등도 포함하나 이하에서는 강수 시 수집되는 물로 빗물이라는 용어를 통일적으로 사용하기로 한다.
도 3 및 4와 같이, 카울 탑 커버(130)에는 통로(132)가 마련된다. 통로(132)는 카울 탑 커버(130)의 상측과 하측을 연통시키도록 구성된다. 비제한적인 예로서, 통로(132)는 빗살 형태로 구성될 수 있다. 다른 비제한적인 예로서, 통로(132)는 격자 형태로 구성될 수 있다. 이들 예시뿐만 아니라 통로(132)의 형태는 카울 탑 커버(130)의 상측과 하측을 연통시킬 수 있고 빗물 이외의 이물질을 걸러낼 수 있는 형태라면 어떠한 형태를 취해도 좋다.
도 5를 참조하면, 통로(132)의 하부에는 수집부(140)가 마련된다. 수집부(140)는 통로(132)를 통과한 빗물을 모으는 역할을 한다. 수집부(140)는 오목한 부분을 포함하고, 오목한 부분에는 통로(132)를 통한 빗물이 수집된다. 수집부(140)의 일 측에는 배출구(142)가 마련된다. 배출구(142)는 수집부(140)에 모인 빗물을 수집부(140)의 외부로 배출시킨다.
도 6을 참조하면, 배출구(142)에는 수집부(140)로부터의 빗물을 압축기(20)로 지향시키기 위한 도관(150)이 연결된다. 도관(150)은 수집부(140)로부터 압축기(20)까지 연장할 수 있다.
도관(150)에는 펌프(160)가 연결된다. 펌프(160)는 수집부(140)의 물을 이동시키는 역할을 한다. 구체적으로, 펌프(160)의 동작에 의해 수집부(140) 내 물이 도관(150)을 통해 압축기(20)로 지향될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따르면, 펌프(160)는 와이퍼(120)의 구동 시 작동된다.
도 7a 내지 7c에 도시된 바와 같이, 와이퍼(120)의 피벗점 또는 구동축(122)에는 회전체(170)가 마련된다. 회전체(170)는 와이퍼(120)가 운동할 때 함께 회전하도록 구동축(122)에 장착된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 회전체(170)는 돌기(172)를 포함한다. 일 실시예에서, 돌기(172)는 회전체(170)의 외측으로 돌출한다. 그리고 돌기(172)는 외측을 향해 그 너비가 점점 작아지는 형태를 취할 수 있다. 본 발명에 따르면, 회전체(170)는 와이퍼(120)의 구동축(122)에 결합되므로 동작 시 와이퍼(120)의 내구 성능에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
도 8a 내지 8b를 참조하면, 돌기(172)는 펌프(160)를 동작시키는 역할을 한다. 펌프(160)는 회전체(170)와 접촉하도록 도관(150)에 배치된다. 특히, 회전체(170)의 돌기(172)가 펌프(160)에 접촉하도록 도관(150)에 배치된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 펌프(160)는 피스톤 펌프이고, 펌프(160)는 피스톤(162), 실린더(164), 및 스프링(166)을 포함한다.
피스톤(162)은 실린더(164)에서 상하운동할 수 있다. 피스톤(162)의 상향행정에서 실린더(164) 내로 빗물이 인입되고, 피스톤(162)의 하향행정에서 실린더(164) 외부로 빗물을 배출시켜 배출구(142)로부터의 빗물이 압축기(20) 쪽으로 유동하도록 구성된다.
스프링(166)은 실린더(164) 내에 수용된다. 실린더(164)에서 피스톤(162)이 하강할 때 스프링(166)은 압축되고, 피스톤(162)의 상승 시 스프링(166)은 원위치로 복원된다.
펌프(160)를 통과한 빗물은 도관(150)을 따라 압축기(20)를 향하여 유동한다. 보다 구체적으로는, 빗물은 압축기(20)를 감싸는 냉각모듈(180)로 지향된다. 도 9a 내지 9b를 참조하면, 일 실시예에서, 냉각모듈(180)은 슬리브의 형태로 압축기(20)를 감싸도록 배치될 수 있다.
냉각모듈(180) 내에는 빗물이 유입된다. 냉각모듈(180)에는 그 내부로 빗물을 유입시키는 입구(182) 및 냉각모듈(180)로부터 빗물을 배출시키는 출구(184)가 마련된다. 입구(182)를 통해 냉각모듈(180)로 유입되는 빗물에 의해 압축기(20)는 냉각될 수 있다. 그리고 압축기(20)의 냉각을 마치고 출구(184)를 통해 배출되는 빗물은 지면으로 배출된다. 압축기(20)를 냉각하기 위한 냉각수로서 빗물이 활용되는 바 냉각을 마친 빗물은 차량 밖으로 그대로 배출되어도 아무런 문제가 없다.
도 8a를 재참조하여 회전체(170)와 펌프(160)의 연동 작동에 관하여 설명하고자 한다.
회전체(170)의 돌기(172)는 펌프(160)의 피스톤(162)과 접촉할 수 있다. 다만, 와이퍼(120)가 동작하지 않는 중에는 돌기(172)는 피스톤(162)을 가압하지 않고 접촉하거나 피스톤(162)으로부터 일정 간격 이격된 채로 유지된다. 다만, 펌프(160)의 피스톤(162)과 회전체(170)가 어느 상태에서나 이격됨이 없이 상시 접촉되어 있는 경우 와이퍼(120)의 구동 시 충격을 작게 하여 와이퍼(120)의 내구성 저하를 최소화할 수 있다.
와이퍼(120)가 윈드실드(110) 하부의 정지위치에서 동작되어 윈드실드(110)를 따라 이동하면 회전체(170)도 회전하면서, 회전체(170)의 돌기(172)가 펌프(160)의 피스톤(162)을 누르게 된다. 반대로, 와이퍼(120)가 정지위치로 복귀하면 회전체(170)도 회전하면서 돌기(172)는 피스톤(162)의 가압을 해제한다. 일 구현예에서, 회전체(170)는 와이퍼(120)가 정지위치부터 최상위치까지 이동할 때 도 8a에서 좌측 두 상태의 위치 사이를 이동하도록 구성되어 펌프(160)가 작동되도록 할 수도 있다(대략 90°회전하는 경우). 일 구현예에서, 와이퍼(120)의 정지위치와 최상위치 사이에서 피스톤(162)을 가압하고(도 8a의 중간 상태) 최상위치에 도달할 때 피스톤(162))의 가압을 해제(도 8a의 우측 상태)하여 도 8a의 세 위치 사이를 이동하도록 구성될 수도 있다 (대략 180°회전하는 경우). 돌기(172)는 회동하면서 피스톤(162)에 접촉하는 부위 또는 피스톤(162)에 접촉되는 면적의 변화를 통해 피스톤(162)을 가압 또는 가압해제할 수 있다.
와이퍼(120)의 구동 속도에 따라 펌프(160)의 펌핑 속도가 달라질 수 있다. 즉, 와이퍼(120)의 구동이 빠를수록 회전체(170)에 의해 펌프(160)가 빈번하게 가압되어 펌핑 속도가 증가한다. 비가 세게 내릴 때에는 윈드실드(110)에 내려앉는 빗물은 시계 확보를 보다 더 어렵게 하므로 통상적으로 와이퍼(120)가 보다 빠르게 작동되도록 한다. 마찬가지로 센서의 경우에도 비가 강하게 내릴 때에는 센서의 세척이 보다 자주 이루어져야 하고, 압축기(20)는 센서의 세척을 위해 지속적으로 구동되게 된다. 본 발명에 따르면, 와이퍼(120)의 구동 속도와 연관하여 작동되는 펌프(160)를 통해 압축기(20)의 지속적인 구동에 따른 온도 상승에 보다 효과적으로 대처할 수 있다. 즉, 비가 많이 올수록 센서 표면의 빗물을 제거하기 위하여 압축기(20)의 동작 시간이 길어지고, 이는 압축기(20)에 대하여 더 큰 냉각 성능을 요구한다. 비가 많이 온다는 것은 곧 와이퍼 작동 속도를 증가시키는 요인이 되므로 펌프(160)의 동작 속도를 증가시켜 압축기(20)의 냉각 성능을 향상시키는 결과를 가져온다.
본 발명은 와이퍼에 의해 포집된 빗물을 냉각수로 활용하고, 와이퍼의 운동에너지를 이용하여 냉각수를 압축기로 지향시킴으로써, 별도의 전동 펌프, 냉각수를 위한 탱크 없이도 효율적 및 효과적으로 압축기를 냉각할 수 있다.
본 발명은 와이퍼의 구동력을 사용하여 추가적인 전력 소모 없이 압축기를 냉각시킬 수 있다.
본 발명은 빗물을 냉각수로 활용하는 바 친환경적이다.
본 발명은 압축기의 온도를 낮춤으로써 압축기의 작동 시간을 증가시킬 수 있고, 궁극적으로는 센서 클리닝 시스템의 지속적인 구동을 가능하게 하므로 차량의 센서의 세척 성능이 우수하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
1: 에어 클리닝 시스템 10: 에어필터
20: 압축기 30: 환경센서
40: 제어기 50: 밸브
60: 온도센서 110: 윈드실드
120: 와이퍼 122: 구동축
130: 카울 탑 커버 132: 통로
140: 수집부 142: 배출구
150: 도관 160: 펌프
162: 피스톤 164: 실린더
166: 스프링 170: 회전체
172: 돌기 180: 냉각모듈
182: 입구 184: 출구

Claims (14)

  1. 차량의 윈드실드 측에 도달하는 물을 수용하도록 구성되는 수집부;
    상기 수집부에 수용된 물을 도관을 따라 이동시키기 위한 유동력을 제공하는 펌프; 및
    내부에서 상기 도관을 따라 이동한 물이 유동하고, 냉각대상을 둘러싸는 냉각모듈;
    을 포함하는 것인 차량의 센서 클리닝 시스템을 위한 냉각시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 수집부는,
    상기 윈드실드의 하측에 마련되는 카울 탑 커버의 하부에 장착되는 것인 냉각시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 카울 탑 커버에는 상기 카울 탑 커버의 상측과 하측을 연통시키는 통로가 마련되고, 상기 수집부는 상기 통로의 하부에 장착되는 것인 냉각시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 통로는 빗살 형태 또는 격자 형상을 포함하는 것인 냉각시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 물은 상기 윈드실드 상에서 회동가능하게 장착되는 와이퍼에 의해 수집부에 수집되는 것인 냉각시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 펌프는, 구동축에 의해 상기 윈드실드 상에서 회동가능하게 장착되는 와이퍼의 구동에 의해 작동되는 것인 냉각시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 펌프는,
    상기 와이퍼의 회동에 의해 가압되도록 구성되는 피스톤;
    상기 피스톤을 이동가능하게 수용하는 실린더; 및
    상기 실린더에 수용되고, 상기 피스톤에 복원력을 제공하는 스프링;
    을 포함하는 것인 냉각시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 구동축에 장착되고, 상기 와이퍼의 회동에 의해 상기 피스톤을 가압가능하게 구성되는 회전체;
    를 더 포함하는 것인 냉각시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 회전체는,
    상기 피스톤에 접촉하도록 구성되고, 상기 와이퍼의 회동에 의해 상기 피스톤을 가압 또는 가압해제하도록 구성되는 것인 냉각시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 회전체는,
    상기 피스톤 측을 향해 돌출하고, 상기 피스톤과 접촉을 유지하는 돌기를 포함하는 것인 냉각시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 돌기가 피스톤에 접촉하는 접촉 부위 또는 접촉 면적의 변화에 의해 상기 피스톤을 가압 또는 가압해제하도록 구성되는 것인 냉각시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각모듈은,
    상기 도관과 연결되어 상기 물이 유입되는 입구; 및
    상기 냉각모듈 내부를 유동한 물이 배출되는 출구;
    를 포함하는 것인 냉각시스템.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 물은 빗물인 것인 냉각시스템.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각대상은 상기 차량의 센서에 분사되는 압축공기를 제공하는 압축기인 것인 냉각시스템.
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