雨水传感器以及使用其的刮水器系统和刮水器控制方法

摘要

本发明涉及雨水传感器以及使用其的刮水器系统和刮水器控制方法。一种雨水传感器，包括：基板；第一传感器，布置在基板的第一表面上并且感测声音信号；第二传感器，布置在基板的第二表面上并且附接到车辆的挡风玻璃，以感测电容变化；以及处理器，基于声音信号和电容变化中的至少一项来确定降水量。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0093675号的优先权的权益，该申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及车辆雨水传感器，以及使用该车辆雨水传感器的刮水器系统和刮水器控制方法。

背景技术

通常，在雨滴与车辆的挡风玻璃接触时，安装在车辆上的雨水传感器检测雨滴并测量雨滴量。雨水传感器的实例包括基于光的雨水传感器、基于电容的雨水传感器、基于声音的雨水传感器、基于相机的雨水传感器等。

基于光的雨水传感器通过红外传感器测量雨滴反射的光信号来测量雨水量。基于光的雨水传感器可能错误地将雨滴以外的物体对光的折射变化确定为雨滴。基于光的雨水传感器对外部光敏感，并且因此可能会发生误动作，并且感测区域小。

基于电容的雨水传感器通过测量在电极图案之间存在雨滴时生成的电容和/或电阻的变化，来感测挡风玻璃上的雨水量。基于电容的雨水传感器嵌入在多层基板中。由于电气布线问题，基于电容的雨水传感器难以制造并且价格相对昂贵。

基于声音的雨水传感器通过麦克风感测在雨滴与挡风玻璃接触时生成的声压信号来测量雨水量。基于声音的雨水传感器需要滤波器来选择特定频率，以去除车辆内噪声信号。

基于相机的雨水传感器通过在互补金属氧化物半导体(COMS)像素传感器中的像素上存在雨滴时分析由电压发射引起的频率图案来测量雨水量。基于相机的雨水传感器具有的问题在于，区分先前降落的雨滴和之后降落的雨滴的测量灵敏度低，光学传感器具有部分感测区域，并且基于相机的雨水传感器无法区分雨滴和诸如灰尘或树叶的物体。

发明内容

已经做出本公开以解决现有技术中出现的上述问题，同时完整地保持现有技术所实现的优点。

本公开的一个方面提供了一种用于车辆的雨水传感器，以及使用该雨水传感器的刮水器系统和刮水器控制方法，其中雨水传感器包括集成在单个模块中并直接附接到车辆的挡风玻璃上的麦克风和电容传感器，以提高测量灵敏度。

本公开要解决的技术问题不限于上述问题，并且本公开所属领域的技术人员从以下描述中将清楚地理解本文中未提及的任何其他技术问题。

根据本公开的一个方面，一种用于车辆的雨水传感器包括：基板；第一传感器，布置在基板的第一表面上并且感测声音信号；第二传感器，布置在基板的第二表面上并且附接到车辆的挡风玻璃，以感测电容变化；以及处理器，基于声音信号和电容变化中的至少一项来确定降水量。

第一传感器可以包括微机电系统(MEMS)麦克风。

第二传感器可以是电容传感器，并且可以包括第一电容器和第二电容器。

第一电容器可以包括彼此间隔开第一间隙的一对透明电极，并且第二电容器可以包括彼此间隔开第二间隙的一对透明电极，第二间隙与第一间隙不同。

第一电容器可以检测第一大小或更大的雨滴，并且第二电容器可以检测第二大小或更小的雨滴。

第一电容器和第二电容器可以一起检测大于第一大小和小于第二大小的雨滴。

可以使用可热固化的聚合物粘合剂将基板的第二表面附接到车辆的挡风玻璃。

处理器可以通过分析声音信号的强度和频率特性来确定声音信号是否对应于雨声。

处理器可以通过分析声音信号的强度和频率特性估计雨滴的大小、量和速度来确定降雨级(rainfall step)。

处理器可以通过分析电容变化估计雨滴的大小、量和速度来确定降雨级。

处理器可以将降雨级确定结果发送到刮水器控制器以控制刮水器的运动。

刮水器系统可以包括雨水传感器和基于由雨水传感器测量的降雨信息来控制刮水器的运动的刮水器控制器。

一种用于使用雨水传感器控制刮水器的方法包括：通过第一传感器检测声音信号和/或通过第二传感器检测电容变化；由雨水传感器基于声音信号和所检测到的电容变化中的至少一项来确定降雨级；以及由刮水器控制器根据降雨级来控制刮水器的运动。

检测声音信号和电容变化中的至少一项可以包括：由雨水传感器通过第一传感器检测声音信号，由雨水传感器通过分析声音信号的强度和频率特性来确定声音信号是否对应于雨声；以及当声音信号不对应于雨声时，由雨水传感器通过第二传感器检测电容变化。

确定降雨级可以包括当声音信号对应于雨声时，通过分析声音信号的强度和频率特性估计雨滴的大小、量和速度来确定降雨级。

确定降雨级可以包括确定电容是否增大，以及当电容增大时通过分析电容变化估计雨滴的大小、量和速度来确定降雨级。

确定降雨级还可以包括在确定电容是否增大之后，当电容没有增大时等待预设时间段。

控制刮水器的运动可以包括由刮水器控制器调整刮水器的运行速度和运行间隔中的至少一项。

当由雨水传感器中的第二传感器测量得出不存在电容变化时，刮水器控制器可以操作刮水器移除异物。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，本公开的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显：

图1是根据本公开的示例性实施方式的刮水器系统的框图；

图2A是根据本公开的示例性实施方式的车辆雨水传感器的示意图；

图2B示出了根据本公开的示例性实施方式的第二传感器的电极图案结构；

图3是根据本公开的示例性实施方式的车辆雨水传感器的示意性截面图；

图4是根据本公开的示例性实施方式的电容器的电容对雨滴大小的曲线图；以及

图5是示出根据本公开的示例性实施方式的使用车辆雨水传感器的刮水器控制方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考示例性附图详细描述本公开的示例性实施方式。在将附图标记添加到每个附图的部件中时，应注意，相同或等同的部件即使在其他附图上显示时，也由相同的标记表示。进一步地，在描述本公开的实施方式时，将排除对公知特征或功能的详细描述，以免不必要地混淆本公开的主旨。

在描述根据本公开的实施方式的部件时，可以使用诸如第一、第二、“A”、“B”、(a)、(b)等的术语。这些术语仅旨在将一个部件与另一部件区分开，并且这些术语不限制这些部件的性质、序列或顺序。除非另有定义，否则本文中使用的所有术语，包括技术或科学术语，具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。在通用词典中定义的这类术语应解读为具有与相关领域中的上下文含义相同的含义，并且除非在本申请中明确定义为具有理想或过于正式的含义，否则不应如此解读。

图1是根据本公开的示例性实施方式的刮水器系统的框图。

参考图1，刮水器系统包括经由车辆内网络(IVN)连接的雨水传感器100和刮水器控制器200。IVN可以用控制器局域网(CAN)、面向媒体的系统传输(MOST)网络、本地互连网络(LIN)或X-by-Wire(Flexray)实现。

雨水传感器100安装在车辆的挡风玻璃上，并且感测雨水。雨水传感器100测量降落在检测区域上的雨滴的大小(例如，与挡风玻璃接触的表面积等)、量(例如，体积等)和速度。检测区域是指雨水传感器100附接到(粘在)玻璃上的区域。雨水传感器100包括第一传感器110、第二传感器120和处理器130。

第一传感器110感测当雨滴与挡风玻璃接触时生成的声音信号。第一传感器110可以用微机电系统(MEMS)麦克风实现。

第二传感器120感测由与挡风玻璃的检测区域接触的雨滴引起的电容变化。换句话说，第二传感器120测量由雨滴引起的电容，并且将所测量的电容输出到处理器130。

处理器130接收从第一传感器110和第二传感器120输出的感测信号，并且对接收到的感测信号进行信号处理。处理器130可以用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理单元(CPU)、微控制器和微处理器中的至少一种来实现。处理器130可以包括存储器(未示出)。存储器(未示出)可以存储用于操作处理器130的程序，并且可以存储其中定义了取决于雨滴的大小、量和速度的降雨级的表。存储器(未示出)可以用诸如闪速存储器、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、寄存器等存储介质中的至少一种来实现。

当车辆开启点火时，处理器130开始运行，这取决于是否设置了自动刮水激活。在设置了自动刮水激活功能的情况下，当车辆开启点火时，处理器130被自动激活。

处理器130分析由第一传感器110感测的声音信号(声源)，并且确定该声音信号是否对应于雨声。当确定从第一传感器110输出的声音信号对应于雨声时，处理器130可以考虑声音信号的强度和频率特性来估计(测量)雨滴的量和速度。此外，处理器130可以基于由第二传感器120感测的电容变化来估计雨滴的大小、量和速度。处理器130通过第一传感器110和/或第二传感器120来测量雨滴的大小、量和速度。处理器130基于所测量的雨滴的大小、量和速度来确定降雨级。处理器130将降雨级确定结果发送到刮水器控制器200。

刮水器控制器200基于由雨水传感器100确定的降雨级来控制刮水器的运动。刮水器控制器200可以包括处理器P和存储器M。存储器M可以存储被编程为使处理器P执行预定操作的软件。存储器M可以存储查找表，其中定义了针对各降雨级的刮水器控制。存储器M可以用诸如闪速存储器、硬盘、安全数字(SD)卡、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、寄存器、可移除盘等存储介质中的至少一种存储介质(记录介质)来实现。处理器P控制刮水器控制器200的整体操作。处理器P可以用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、中央处理单元(CPU)、微控制器和微处理器中的至少一种来实现。

刮水器控制器200根据由雨水传感器100确定的降雨级逐步地调整刮水器的运行速度和运行间隔。即，刮水器控制器200可以通过控制供应操作刮水器所需动力的刮水器电机来调整刮水器的运动。在雨水传感器100没有检测到雨滴时，刮水器控制器200停止操作刮水器。

在由第二传感器120测量的电容在预设参考时间内没有变化的情况下，刮水器控制器200确定在挡风玻璃上存在诸如灰尘的异物。参考时间是由系统设计师预先设置的。在确定在挡风玻璃上存在异物时，刮水器控制器200通过操作刮水器一次来移除异物。

图2A是根据本公开的示例性实施方式的车辆雨水传感器的示意图，并且图2B示出了根据本公开的示例性实施方式的第二传感器的电极图案结构。图3是根据本公开的示例性实施方式的车辆雨水传感器的示意性截面图。图4是根据本公开的示例性实施方式的电容器的电容对雨滴大小的曲线图。

参考图2A、图2B、图3和图4，构成雨水传感器100的第一传感器110和第二传感器120安装在单个基板101上。基板101用层压的印刷电路板(PCB)实现。基板101的每一层由能够屏蔽电磁噪声的金属层形成，并且通过通孔电极与另一层连接。

第一传感器110和处理器130设置在基板101的第一表面(上表面)上。如图3中所示，第一传感器110安装在形成在基板101中的声孔h上方。用于保护第一传感器110和处理器130的金属帽105设置在第一传感器110和处理器130上。

如图2B中所示，第二传感器120设置在基板101的第二表面(后表面)上。第二传感器120包括第一电容器121和第二电容器122。第一电容器121包括彼此间隔开第一间隙d1的一对第一透明电极121-1和121-2。第二电容器122包括彼此间隔开第二间隙d2的一对第二透明电极122-1和122-2。第一间隙d1大于第二间隙d2。参考图4，第一电容器121可以检测第一大小S1(例如，与挡风玻璃接触的表面积)或更大的雨滴，并且第二电容器122可以检测第二大小S2(例如，挡风玻璃接触的表面积)或更小的雨滴。此外，第一电容器121和第二电容器122可以一起检测大于第一大小和小于第二大小的雨滴。

雨水传感器100直接附接到车辆的挡风玻璃G。可以使用可热固化的聚合物粘合剂(例如，酚醛树脂或丁腈橡胶(NBR)基粘合剂膜)将雨水传感器100附接到车辆的挡风玻璃G。

如上所述，可以通过将这两种类型的传感器(即，第一传感器110和第二传感器120)集成到单个模块中来减小雨水传感器封装件的大小，并且可以通过将雨水传感器封装件直接附接到车辆的挡风玻璃G来最大化在雨水传感器封装件的后表面上形成的第二传感器120的测量灵敏度。

图5是示出根据本公开的示例性实施方式的使用车辆雨水传感器的刮水器控制方法的流程图。

参考图5，雨水传感器100的处理器130激活自动刮水功能(S110)。当车辆开启点火时，处理器130确定是否设置了自动刮水激活，并且在确定设置了自动刮水激活时，处理器130开始操作雨水传感器100。

处理器130通过第一传感器110检测声音信号(S120)。第一传感器110感测当雨滴对车辆的挡风玻璃G施加冲击时生成的声音(声源)。

处理器130确定检测到的声音信号是否对应于雨声(S130)。处理器130通过分析由第一传感器110检测到的声源(即，声音信号)的强度和频率特性来确定检测到的声源是否对应于雨声。

当确定检测到的声音信号对应于雨声时，处理器130通过分析声音信号来确定降雨级(S140)。处理器130通过分析声源(即，雨声)的强度和频率特性来生成降雨信息，并且基于生成的降雨信息来确定降雨级。降雨信息包括雨滴的大小、量和速度。

刮水器控制器200根据从雨水传感器100的处理器130提供的降雨级来控制刮水器的运动(S150)。刮水器控制器200根据由雨水传感器100确定的降雨级来调整刮水器的运行速度和运行间隔。

当在S130中确定检测到的声音信号不对应于雨声时，处理器130通过第二传感器120检测电容变化(S160)。第二传感器120测量由于第一电容器121和/或第二电容器122的透明电极之间的雨滴而变化的第一电容器121和/或第二电容器122的电容。

处理器130确定由第二传感器120感测到的电容是否增大(S170)。处理器130通过分析由第二传感器120测量的电容变化来确定电容是否增大。

当确定电容增大时，处理器130通过分析电容变化来确定降雨级(S140)。在第一电容器121的电容增大的情况下，处理器130确定第一大小S1或更大的雨滴降落，并且在第二电容器122的电容增大的情况下，处理器130确定第二大小S2或更小的雨滴(即，毛毛雨)降落。即，处理器130可以通过分析电容变化来确定雨滴的大小。此外，处理器130可以基于电容变化来确定雨滴的量和速度。处理器130考虑雨滴的大小、量和速度来确定降雨级，并且将降雨级确定结果发送给刮水器控制器200。刮水器控制器200基于所确定的降雨级来控制刮水器的运动，即，刮水器的运行速度和运行间隔(S150)。

当在S160中确定由第二传感器120测量的电容没有增大时，处理器130等待预定时间段(S180)。在预定时间段过去之后，处理器130返回到S120并且再次检测雨水。

根据本公开，通过应用具有各种图案形式的电容传感器，可以提高感测能力并且因此检测毛毛雨级别的雨滴。

此外，根据本公开，通过由麦克风将可视雨滴变为施加到车辆的挡风玻璃上的碰撞声来主动地控制刮水器。因此，可以紧密接近驾驶员确定的级别。

另外，根据本公开，在麦克风识别出没有持续下雨的同时，不会发生电容变化。因此，可以防止误动作。

上文中，尽管已经参考示例性实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，而是在不背离所附权利要求中要求保护的本公开的精神和范围的情况下，可以由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和改变。因此，本公开的示例性实施方式被提供用于解释本公开的精神和范围，但不对其进行限制，因此本公开的精神和范围不受实施方式的限制。本公开的范围应该基于所附权利要求来解释，并且在等同于权利要求的范围内的所有技术理念都应当包含在本公开的范围内。