關聯申請的交叉引用

本申請要求2014年11月3日遞交的美國臨時申請62/074,211的權益，并且所述美國臨時申請通過引用以其全部被并入本文。

發(fā)明領域

本發(fā)明總體涉及車載系統，并且更具體地涉及先進的車載感測系統。

發(fā)明背景

正在開發(fā)用于感測車輛附近的行人、其他車輛和障礙物的傳感器，以與可以控制車輛的加速裝置和制動系統的高級系統一起使用來調節(jié)車輛和其他物體之間的距離。最終，這樣的系統也可以用于提供自動導航或自動駕駛的車輛。

該類型的傳感器，包括雷達、激光雷達(lidar)、紅外視頻、可見光視頻和超聲，可能受到冰、凍雨或雪——在現實駕駛條件下可能經歷的物質——的覆蓋物的不利影響。在傳感器前面布置護罩或其他材料也可能干擾傳感器的操作。特別是對于雷達傳感器，布置在雷達傳感器之上的任何導電金屬(如電加熱元件)都可能阻擋無線電波傳播。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種正面(front-face)加熱器，所述正面加熱器可以被布置在車載感測系統之上，以限制或移除凍雨、冰或雪的積累物。所述加熱器采用聚合物正溫度系數(ptc)材料，該材料可以被配置成對于光、聲和微波射頻能量為可透射的。通過為與ptc材料相連的導電加熱器電極適當地確定尺寸和形狀，盡管加熱器被布置在所感測的能量的路徑中，仍然可以使與來自傳感器的感測能量的干擾最小化。

具體地，本發(fā)明提供一種車載感測系統，所述車載感測系統具有傳感器，所述傳感器通過窗口區(qū)域接收所感測的能量；并且所述車載感測系統具有被設置在所述傳感器之上的加熱器，所述加熱器被設置在所述窗口區(qū)域之內并且由電阻薄膜構成，所述電阻薄膜與適合向所述電阻薄膜施加電流的金屬導體相連。所述電阻薄膜和金屬導體被配置以對于在所述加熱器窗口區(qū)域內的所述感測的能量為基本上透明的。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是提供一種汽車使用的能量透明的加熱器，所述能量透明的加熱器可以被安裝在所述感測的能量的路徑中，以更快速和徹底地融化所述能量路徑中積累的冰、凍雨和雪。通過將所述加熱器設置在所述能量路徑中，避免了對窗口區(qū)域的間接加熱，這種間接加熱例如可能需要附加的能量和增加的延時。

所述金屬導體可以以十指交叉的圖案被施加到在所述窗口區(qū)域之內的所述電阻薄膜。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是提供基本上均勻的電流，并且因此為所述加熱器提供基本上均勻的加熱，以消除熱點位、冷點位并且最大化能量效率。

所述電阻薄膜可以為正溫度系數材料。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是提供一種加熱器，所述加熱器可以主要為自調節(jié)的，而不需要溫度測量元件和恒溫控制。

所述感測的能量可以為微波輻射，并且所述金屬導體可以具有經調整以拒絕吸收所述微波輻射的尺寸。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是提供位于窗口的加熱器的益處，而不使所述微波信號降級。

所述金屬導體可以具有小于兩毫米的垂直寬度和小于0.05毫米的厚度。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是平衡對于電流分配的需要與最小化微波射束的路徑中的(諸如可以吸收微波能量的)金屬區(qū)域的需要。

所述車輛傳感器可以包括用于以預先確定的取向將所述車輛傳感器安裝到車輛的安裝點，并且當所述車輛傳感器被安裝在所述車輛中時，所述金屬導體可以水平地延伸過所述窗口區(qū)域。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是最小化水平面中的(如可能降低微波感測系統的更重要的測量軸線的)衍射效應。

所述加熱器提供至少10瓦的熱。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是提供用于迅速除冰的足夠的加熱能力。

在一個可替換的實施例中，所述感測的能量可以為光，并且所述傳感器可以包括支撐所述加熱元件的光學透明的基底，并且所述加熱元件為基本上不透明的并且包括用于透光的一組孔。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是提供一種可以以光學感測以及微波感測方式工作的電阻式加熱器。

所述傳感器可以為具有光傳感器和透鏡的照相機，所述透鏡用于將光聚焦于所述光傳感器上，加熱元件被布置在所述透鏡的焦距之內。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是最小化對成像式光傳感器的成像的干擾。通過將不透明的加熱元件布置在焦平面之外，它們可以保持為失焦的，而不產生圖像偽影。

所述感測的能量可以為紅外光，并且可以包括控制器，所述控制器用于交替進行施加電流到所述加熱器和使用所述傳感器感測能量。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是允許加熱器和紅外傳感器共存。

可替換地，所述感測的能量可以為超聲能量，并且所述傳感器可以為發(fā)出超聲能量以使其透過聲音透明的窗口材料的超聲換能器，并且所述電阻材料和金屬導體被直接附著于所述窗口材料。

因此本發(fā)明的至少一個實施例的特征是通過減少具有不同的聲傳播性能的材料之間的過渡來最小化對超聲能量的阻擋。

在閱讀以下具體實施方式、權利要求書和附圖之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點對于本領域技術人員而言將變得顯而易見，在所述附圖中同樣的附圖標記用來指示同樣的特征。

附圖簡述

圖1是具有各種不同的障礙物傳感器的車輛的立體視圖；

圖2是本發(fā)明中的傳感器和如可以被施加在傳感器的表面之上的前表面加熱器的分解框圖；

圖3是沿圖2的剖切線3-3取的橫截面，示出使用具有導電電極的覆層的聚合物材料的薄板的前表面加熱器的構造；

圖4是圖2和圖3的加熱器的后視圖，示出關于促進感測能量的透射的重要尺寸；

圖5是與本發(fā)明一起使用時的光學傳感系統的側視圖，示出加熱器在照相機透鏡的焦平面內的定位；

圖6是類似于圖4的圖的圖，示出為了提供光能量的通道的加熱元件的可替換的構造；

圖7是類似于圖5的圖的圖，示出與本發(fā)明一起使用的超聲感測系統；以及

圖8是類似于圖7的圖，示出加熱元件的布置。

在詳細解釋本發(fā)明的實施例之前，要理解，本發(fā)明就其應用而言不局限于在下面的說明書中陳述的或者在附圖中圖示說明的部件的結構和布置的細節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他的實施例，并且能夠以各種方式被實踐或者被實行。同樣，要理解本文中使用的措辭和術語是為了說明的目的，而不應被視為限制性的?！鞍?including)”和“由……構成(comprising)”及其變體的使用意為包含其后列出的項目及其等同物，以及附加項目及其等同物。

優(yōu)選的具體實施方式

現在參考圖1和2，適合與本發(fā)明一起使用的車輛10可以包含用于監(jiān)測車輛10的路徑中或車輛10附近的潛在障礙物的各種感測單元12。感測單元12可以包含在外殼17之內的傳感器15，例如，所述傳感器15用于接收和傳感所感測的能量。

傳感器15可以與傳感器接口電路13交換電信號，所述傳感器接口電路13轉而與車載計算機11通信，車載計算機11(例如)通過控制轉向致動器19a、剎車致動器19b和發(fā)動機加速致動器19c來管理車輛控制任務。傳感器15還可以與車輛駕駛艙顯示器系統23通信，以向車輛乘員提供信息。

外殼17可以包括用于相對于車輛10以預先確定的取向安裝外殼17的安裝元件19，并且一般地會提供防止環(huán)境污染物等的密封。

面向前的感測單元12a可以提供，例如，77千兆赫的長范圍的雷達14，所述雷達14提供1至120米的感測能力。作為替代或附加，面向前的感測單元12a可以包括：提供從0.2至80米的感測能力的感測的遠紅外(夜視)成像18傳感器；提供直至280米的感測能力的普通型可見光視頻20傳感器(或激光雷達16)；短范圍的雷達22，例如，使用二十四千兆赫的短范圍的雷達并且提供0.2至20米的靈敏度；以及提供0.2至1.5米的感測范圍的超聲感測24。還可以由側部感測單元12b提供短范圍的雷達和超聲感測。

現在參考圖2，感測單元12中的每一個可以具有窗口區(qū)域26，感測單元12通過所述窗口區(qū)域26接收沿感測軸線31向內朝向車輛10的感測能量28。該感測能量28可以是環(huán)境中可獲得的，或者由與感測單元12相關聯的能量源(并且在某些情況中為傳感器15)產生的。所接收到的能量，例如，可以為長范圍或短范圍的雷達、紅外光和可見光譜光，包括但不局限于激光射束或超聲。

本發(fā)明可以提供正面加熱器30，所述正面加熱器30在窗口區(qū)域26和環(huán)境暴露于冰、凍雨和雪的源之間被布置在窗口區(qū)域26之上。正面加熱器30可以通過引線37接收電力，所述電力提供能量以加熱正面加熱器30，從而融化所接收的凍雨、冰或雪，如若不然所述凍雨、冰或雪可能阻擋感測能量28的向外傳輸或阻擋所感測的能量的向內接收。在這一點上，正面加熱器30可以符合期望地具有高于冰的融點的經調節(jié)的表面溫度。在一個實施例中，加熱器可以具有15至20瓦的瓦數。

來自電引線37的電力可以由電力控制電路35(例如，固態(tài)開關裝置，如晶體管等)提供，所述電力控制電路35，例如，基于由單獨的溫度傳感器(未示出)感測到的空氣溫度的范圍，或者在可能存在一些干擾的紅外傳感器的情況中，按照與感測間隔交錯的周期間隔切換到引線37的直流電壓。到引線37的直流電壓可以是浮動的或固定到感測單元12自身所使用的電壓，例如，在雷達的情況中，所述感測單元12自身包括射頻調制器和解調制放大器。

現在參考圖3，正面加熱器30可以提供透明的并且在一些情況中為光學透明的聚合物材料的薄層，從而提供基底32?；?2符合期望地為防水的并且可以被處理為防水抗?jié)B的，并且可以為相對于窗口區(qū)域26面朝外的，以相對于環(huán)境提供對感測單元12的保護。作為替代或附加，附加的能量透射的保護外殼(未示出)可以沿感測能量28的傳播方向被布置在正面加熱器30的前面。

透明的聚合物材料的背面上涂覆的是ptc(正溫度系數)材料33，所述ptc材料具有帶正溫度系數電阻的導電性能。正溫度系數電阻導致電流的量根據材料的溫度改變，其中在較低的溫度下具有增加的電流，而在較高的溫度下具有降低的電流。當在ptc材料33兩側施加基本上恒定的電壓源時，該性能提供ptc材料33的自調節(jié)溫度。

在一個實施例中，ptc材料33可以包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物樹脂，如被改性為具有15,000歐姆每平方的薄板電阻率的dupont265，包括約28％的醋酸乙烯酯單體和約72％的乙烯單體。為了獲得該電氣特性，首先可以在約80攝氏度下將該乙烯-醋酸乙烯酯共聚物樹脂溶解在芳香烴溶劑(如石腦油、二甲苯或甲苯)中，并且靜置(letdown)到其中溶液總重量的20％為固體。可以添加炭黑(如cabotvulcanpf)并進行混合，以使總固體含量為按重量約50％。隨后使該材料通過具有0.1至1密耳的夾間隙的三輥分散磨粉機，以進一步分散和壓碎固體。用約20％的固體樹脂和溶劑溶液進一步靜置材料，直至獲得期望的薄板電阻率。

適合本發(fā)明的正溫度系數(ptc)加熱器也被公開在授予lesliem.watts的美國專利nos.4,857,711和4,931,627中，所述美國專利通過引用以其全部被并入本文。

ptc材料33的后表面可以支撐十指交叉的電極34，所述電極34在ptc材料33兩側施加電壓，所述電壓促使電流大體沿ptc材料33的整個廣度的平面流過ptc材料33。電極34可以是，例如為使用例如鋁等導電金屬油墨網眼印刷的或者氣相沉積的，或者使用集成電路技術或各種其他制造工藝作為薄貼花施加或從附著的薄膜蝕刻而成的。在一個示例中，添加有20％的平整糊劑(flatteningpaste)的nazdar9600系列油墨適合于在本發(fā)明的一個實施例中用來形成電極34。該油墨可從美國堪薩斯州的nazdarinc商業(yè)購得。電極34的導電圖案可以以范圍在約8至10微米之間的厚度被沉積在基底32上。

現在參考圖4，在一個示例實施例中，十指交叉的電極34的第一電極總線帶36a可以沿正面加熱器30的區(qū)域的垂直左邊緣(與感測能量28的路徑偏離一定距離)延伸。第二電極總線帶36b可以平行于總線帶36a并與之相對地定位，同樣與正面加熱器30的中心偏離一定距離。

十指交叉的指狀電極38a和38b可向內、水平地并且垂直于總線帶36的廣度并且從總線帶36開始延伸，所述十指交叉的指狀電極38a和38b中的每一個與第一電極總線帶36a和第二電極總線帶36b中交替的相應的一個電連通。

雷達系統

典型的雷達傳感器可以提供80毫米×80毫米面積的窗口區(qū)域26。在該情況中，感測單元12包括微波發(fā)射和微波接收天線27。正面加熱器30可以延伸越過窗口區(qū)域26。

在用于與雷達一起使用的微波輻射的情況中，指狀電極38的吸收可以通過控制它們的調諧以及最小化它們的尺寸和廣度來進行限制。對于77千兆赫的微波輻射的情況，指狀電極38的垂直厚度44將小于0.2毫米，并且符合期望地小于0.15毫米。另外，指狀電極38可以具有小于0.05毫米，并且符合期望地小于0.02毫米的厚度。

一般地，指狀電極38之間的間距42將大于想要傳遞的雷達的波長，以便減少干擾。理想地，對于低頻率的24千兆赫的微波輻射，所述間距將基本上大于十二毫米；并且在高頻率的77千兆赫的雷達的情況中大于三毫米，以及符合期望地是這些值的倍數。一般地，調諧會將厚度44減小為微波輻射的波長的分數，并且會將長度40設定為不等于波長的整倍數。

本發(fā)明還預期，例如，通過使用電容元件和分布電感等形成射頻扼流器，射頻陷阱結構(未示出)可以被布置在指狀電極38中?？商鎿Q地，短路結構(如二極管)可以用來使指狀電極38旁路，以例如在與射頻脈沖的施加同步切換時最小化電共振。在微波發(fā)射和接收時，可以切斷加熱電流。

指狀電極34的取向將一般地為這樣的：通過使電極在水平方向上運作而減少在期望的具有最高分辨率的軸線(典型地為水平軸線)上的衍射效應。本發(fā)明預期，減少干擾的其他方法包括根據雷達信號的任何極化(水平或垂直)來為指狀電極38確定取向；也可以采用隨機變化的指長度和間距。

光感測系統(照相機、激光雷達、紅外)

現在參考圖5，可替換的感測單元12'可以提供照相機，所述照相機具有在透鏡組件54后面、在焦距52處的光傳感器50，例如，電荷耦合器件電路，從而將道路等的圖像投影在光傳感器50的表面上。在該情況中，加熱器30可以被布置在透鏡組件54前面、在透鏡組件54的焦距57之內，以最小化它對光傳感器50上形成的圖像的影響。射束闌51可以被設置在加熱器30前面或在加熱器30后面，以限定窗口區(qū)域26。

還參考圖6，在該情況中，ptc材料33可以鋪設成帶，所述帶在指狀電極38之間垂直地穿過以在所述指狀電極38之間提供開口60，所述開口60顯露出透明的基底32，所述基底32允許光從中穿過而沒有漫射或像差。以該方式，可以使用不透明的ptc材料33或者光漫射的ptc材料33。符合期望地，開口60的尺寸將最大化到這樣的程度：仍然以符合期望的熱均勻性產生適當的熱，并且為了必要的電流而通過指狀電極38提供足夠的導體尺寸。

超聲系統

現在參考圖7和8，加熱器30也可以被應用到提供感測單元12"的超聲換能器62。這里，換能器62可以提供，例如，壓電材料64，可以借助于表面電極66將電力施加到所述壓電材料64。壓電材料64可以被耦接到超聲透射材料的透射窗口68，如本領域一般所理解的那樣。在該情況中，加熱器30可以被直接附著到透射窗口68的前面或后面。理想地，組合的電極34、ptc材料33和基底32具有與透射窗口68類似的聲機械性能(例如，密度、彈性模量等)，以防止界面處的反射。對感測能量28的干擾也可能來源于機械吸收，這通過控制基底32的聚合物材料的厚度進行處理。電極34和指狀電極38可以通過空間填充粘合劑被直接施加到透射窗口68，其中空間填充粘合劑具有與透射窗口68類似的聲學性能或者具有在透射窗口68和基底32之間的中間性能。

可替換地，ptc材料33和電極34可以被直接施加到透射窗口68，其中后者以預期的激勵頻率隱式地與壓電材料64聲學匹配。聲吸收通道闌51可以限定能量接收窗口區(qū)域26。

前述的變體和修改都在本發(fā)明的范圍之內。要理解本文公開和限定的發(fā)明涵蓋各個特征中的兩個或更多個特征的所有可替換的組合，這些特征是文本和/或附圖提到的或者是從所述文本和/或附圖顯而易見的。所有的這些不同組合構成本發(fā)明的各個可替換的方面。本文描述的實施例解釋已知的用于實踐發(fā)明的最好方式，并且將使得本領域其他技術人員能夠利用本發(fā)明。權利要求書要被理解為包括到現有技術所允許的程度的可替換的實施例。

本發(fā)明的各種特征被陳述在以下權利要求書中。