УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ДАТЧИКА ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ВО ВНЕШНЕЙ СРЕДЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области устройств, обеспечивающих очистку элементов транспортного средства, и может быть использована для регистрации объектов во внешней среде транспортного средства.
Известно устройство очистки (патент США US10189450B2 (дата приоритета — 2016-07-18, дата публикации2019.01.29), содержащее омыватель и систему обдува датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства, располагаемое на крыше транспортного средства. Подобное устройство не требует неразрывной интеграции с датчиком, что позволяет в случае необходимости осуществить его съем, замену. Совместное использование двух видов очистки повышает эффективность удаления разных видов загрязнений. Основным недостатком данного устройства является конструкция омывателя и системы обдува, не обеспечивающая постоянного обзора датчику во всех направлениях. Перекрытие обзора датчика может привести к некорректному распознаванию объектов вокруг транспортного средства и позиционированию транспортного средства в пространстве, что существенно влияет на безопасность участников движения вблизи транспортного средства, оборудованного таким устройством очистки.
Другим устройством очистки, использующим омыватель и систему обдува для очистки датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства, располагаемым на крыше транспортного средства, является устройство (патент РФ RU2717393C2 (дата приоритета 2017.03.24, дата публикации 2020.03.23). Недостатком данного устройства является ограниченность рабочего поля омывателя и системы обдува, обеспечивающих очистку окна датчика только с одной, расположенной непосредственно напротив них, стороны.
Также известно устройство очистки (патент США US10065610B2 (дата приоритета 2015.02.25, дата публикации 2018.09.04), использующее омыватель и стеклоочиститель для очистки датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства, располагаемое на крыше транспортного средства. Использование двух видов очистки, одна из которых является контактной по боковой поверхности датчика на 360 градусов, позволяет удалять с его поверхности большую часть возможных загрязнений, а крепление устройства непосредственно к датчику создает дополнительную прочность конструкции. Недостатками такого устройства является блокировка обзора датчика стеклоочистителем и большое количество подвижных соединений подачи жидкости к соплу омывателя, что приводит к снижению ресурса эксплуатации устройства и затрудняет использование подобного устройства на транспортном средстве. Кроме того, конструкция и направление форсунок омывателя предназначены не для удаления загрязнений, а для смачивания поверхности корпуса датчика при контактной очистке стеклоочистителем, а омыватель интегрирован через внутреннюю часть датчика, что делает их неразрывно связанными, и не позволяет использовать устройство для иных датчиков.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство очистки обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства (патент США US9855925B2 (дата приоритета 2014.10.31, дата публикации 2018.01.02), располагаемое на крыше транспортного средства с куполом, оснащенным омывателем и набором контактных с его поверхностью складных щеток стеклоочистителя, выполненных с возможностью вращения по боковой поверхности купола, внутри которого расположен блок управления функционированием набора складных щеток стеклоочистителя и омывателя. Совместное использование жидкостной и контактной очисток позволяет эффективно удалять различные виды загрязнений, а конструкция набора складных щеток стеклоочистителя позволяет как осуществлять вращение на 360 градусов по боковой поверхности купола и тем самым взаимодействовать со всей очищаемой поверхностью, так и будучи в сложенном состоянии не перекрывать обзор датчика, снижая возможность некорректного распознавания объектов вокруг транспортного средства. Недостатком устройства является отсутствие модуля детектирования загрязнения датчика, что приводит к необходимости либо получения сигнала о наличии посторонних объектов на поверхности датчика непосредственно от самого датчика транспортного средства при автоматическом режиме работы такого устройства, либо цикличного использования устройства с периодичностью цикла, зависящей от погодных условий эксплуатации. В первом случае такое устройство не является универсальным, и его программная интеграция с различными транспортными средствами и датчиками является сложной комплексной задачей, требующей в каждом случае индивидуальной проработки. Во втором случае непрерывное цикличное использование устройства приводит к снижению ресурса эксплуатации устройства и необходимости частой дозаправки бака с омывающей поверхность купола жидкостью, что, в свою очередь, приводит к снижению автономности эксплуатации транспортного средства, оборудованного таким устройством. Кроме того, недостатком данного устройства является необходимость размещения датчика внутри купола, что приводит к снижению эффективности самого датчика и требует дополнительной программной проработки, поскольку интеграция в купол является неразрывной, в том числе, подразумевающей частичную разборку датчика, и не позволяет использовать устройство для иных датчиков.
Задачей, решаемой с помощью предлагаемой полезной модели, является осуществление автоматического удаления загрязнений с поверхности окна датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства, в том числе лазерной системы обнаружения и измерения дальности (ЛИДАР), и минимизация перекрытия поля зрения датчика устройством очистки при автономной (беспилотной) работе транспортного средства.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в оптимизации режима очистки от загрязнений.
Данный технический результат достигается тем, что устройство очистки датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства, располагаемое на крыше транспортного средства с куполом, оснащенным омывателем и набором контактных с его поверхностью складных щеток стеклоочистителя, выполненных с возможностью вращения по боковой поверхности купола, внутри которого расположен блок управления функционированием набора складных щеток стеклоочистителя и омывателя, отличающееся тем, что внутри купола установлен многосекторальный модуль регистрации загрязнений поверхности купола, выполненный в виде световодного канала с инфракрасными излучателями и фотоприемниками на концах, электрические выводы которых соединены с блоком управления, датчик обнаружения установлен на куполе, при этом набор складных щеток стеклоочистителя выполнен с возможностью их установки перпендикулярно оси цилиндрической поверхности купола и с дополнительной функцией контактирования с окном датчика обнаружения, диаметр которого совпадает с диаметром купола, а омыватель выполнен с дополнительной функцией подачи жидкости на окно датчика обнаружения.
Сущность полезной модели поясняется блок схемой устройства очистки, изображенной на фигуре 1, а фигура 2 отражает позиционирование контактных с датчиком обнаружения элементов устройства очистки.
Устройство состоит (фиг.1) из блока управления 1 функционированием набора складных щеток стеклоочистителя 2 и омывателя 3. Блок управления 1 размещен в куполе 4 и соединен с многосекторальным модулем регистрации загрязнений 5 поверхности купола 4. Многосекторальный модуль регистрации загрязнений 5 выполнен в виде световодного канала 6, являющегося элементом купола 4 в виде его прозрачной стенки, инфракрасных излучателей 7 и инфракрасных фотоприемников 8, расположенных внутри купола 4 и установленных таким образом, что излучение от инфракрасных излучателей 7, направленное в световодный канал 6, принимается инфракрасными фотоприемниками 8. Электрические выводы фотоприемников 8 соединены с блоком управления 1. Набор складных щеток стеклоочистителя 2, расположен на суппорте 9, соединенном ременной передачей 10 с электродвигателем 11, который соединен с блоком управления 1. Омыватель 3 содержит набор форсунок 12, соединенный с резервуаром для хранения жидкости 13, внутри которого расположен  водяной компрессор 14, соединенный с блоком управления 1 гибкими шлангами подачи жидкости 15. Купол 4 и суппорт 9 располагаются на крыше транспортного средства 16.
Датчик обнаружения 17 (фиг.2) объектов во внешней среде транспортного средства содержит прозрачный элемент (окно датчика) 18, а нижняя часть его корпуса 19 установлена вплотную к куполу 4 таким образом, чтобы боковая поверхность датчика обнаружения 17 являлась продолжением боковой поверхности купола 4, причем их диаметры совпадают.
Устройство работает следующим образом.
При загрязнении световодного канала 6, поток излучения, проходящий от инфракрасных излучателей 7 по световодному каналу 6 к инфракрасным фотоприемникам 8, искажается за счет изменения показателя преломления на границе раздела сред световодного канала 6, в результате чего световой сигнал, регистрируемый инфракрасными фотоприемниками 8, изменяется. В предложенном варианте исполнения излучаемый сигнал является модулируемым, а регистрация светового сигнала выполняется по четырем равным секторам, что позволяет программно определить область наибольшего загрязнения и провести его локализацию на окне датчика 18. Электрический сигнал с инфракрасных фотоприемников 8 подается на блок управления 1. При обнаружении блоком управления 1 изменения входящего электрического сигнала запускается процедура выполнения цикла очистки, приводящая в действие набор складных щеток стеклоочистителя 2 и омыватель 3 посредством отправления соответствующих электрических сигналов электродвигателю 11 и водяному компрессору 14, соответственно. Водяным компрессором 14 подается жидкость из резервуара для хранения жидкости 13 по гибким шлангам подачи жидкости 15 набору форсунок 12, подающему жидкость в свободном пространстве как на купол 4, так и на окно датчика 18. Одновременно с этим, набором складных щеток стеклоочистителя 2, приводимым в действие электродвигателем 11, вращающим суппорт 9 ременной передачей 10, осуществляется контактное удаление загрязнений с поверхности как купола 4, так и окна датчика 18. Причем набор складных щеток стеклоочистителя 2 закреплен на суппорте 9 таким образом, что в начале вращения набором складных щеток стеклоочистителя 2 принимается положение вдоль оси цилиндрической поверхности купола 4 и датчика обнаружения 17, что увеличивает площадь удаления загрязнений. При завершении цикла очистки, блоком управления 1 подается сигнал на электродвигатель 11, меняющий его режим работы и направление вращения, что переводит набор складных щеток стеклоочистителя 2 в перпендикулярное оси цилиндрической поверхности купола 4 и датчика обнаружения 17, не перекрывающее обзор окна датчика 18, положение.
Устройство очистки датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства позволяет осуществлять автоматическое обнаружение загрязнений на поверхности датчика обнаружения транспортного средства без необходимости получения информации от самого датчика обнаружения транспортного средства, что позволяет использовать устройство с широким спектром различных датчиков транспортных средств и оборудовать устройством транспортное средство без необходимости осуществления полной программной интеграции в систему управления транспортного средства и датчика. Кроме того, за счет многосекторального модуля регистрации загрязнений предлагаемое устройство позволяет отказаться от цикличной очистки датчика обнаружения транспортного средства, что увеличивает автономность транспортного средства и срок службы самого устройства. Также, использование набора складных щеток стеклоочистителя, с возможностью их установки перпендикулярно оси цилиндрической поверхности купола, минимально перекрывает площадь обзора датчика обнаружения транспортного средства, что положительно сказывается на безопасности участников движения вблизи транспортного средства, оборудованного предлагаемым устройством.
Устройство очистки датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства может быть реализовано на основе микроконтроллера Arduino Nano V3.0 CH340G, подключенного к водяному компрессору ВИТАЛ 2108, соединенному с резервуаром для хранения жидкости БО 21083 и с набором форсунок Жиклер ОУ. Многосекторальный модуль регистрации загрязнений выполнен с использованием фототранзисторов L-7113P3C, светодиодов L34-F3C, биполярного транзистора BC846BLT1G, диодов MURS160-E3/52T, микросхемы LM224N и DC-DC преобразовательной микросхемы PS562200DDCT. Набор складных щеток стеклоочистителя приводится в действие электродвигателем JGB37-520, соединённым ременной передачей КР Z(0)-800 с суппортом. Топология и компонентная база суппорта, набора складных щеток стеклоочистителя и световодного канала не раскрываются.
Данная конструкция устройства очистки датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства обеспечивает автоматическую очистку датчика обнаружения объектов во внешней среде транспортного средства Velodyne LiDAR VLP-16 беспилотного автомобиля удалив с поверхности окна датчика более 95% загрязнения за один цикл очистки при времени полного цикла очистки не более 7 секунд и при достоверном обнаружении загрязнений на окне датчика, площадь которых составляла менее 5% площади поверхности окна датчика.