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汽车传感器上的涂料以及为什么我们还没有无人驾驶汽车

在过去的几个月里,我们与汽车的关系可能已经发生了变化,人们上下班更像是在房间的另一边慢慢走到办公桌前,而不是开车去另一边的办公室。然而,汽车在我们社会中的地位并没有下降。

由于拼车和公共交通所固有的健康风险,那些从未真正考虑过私人车辆的人现在开始担心了重新思考他们的立场。买车的时候考虑到安全问题,现在是时候看看汽车安全系统最新进展的核心机制:传感器。

传感器越来越多地发现汽车体。从挡板(基于轻的雷达系统和光检测的缩写)安装在挡风玻璃上的备用摄像机,汽车从保险杠中取出,并通过需要“看到”在车辆周围发生的事情进行保险杠。

配备自适应巡航控制系统和其他驾驶员辅助或安全功能的车辆就像自动驾驶lite。所有这些机制的设计都是在不断追求创造一个真正的汽车。

我们只有这些部分自动驾驶汽车的一个重要原因是可靠性因素。为了让汽车能够自动驾驶,这些传感器必须是完美的。他们需要针对车辆周围不断变化的情况生成一个连续而准确的数据流。传感器需要每天持续运行,不出现故障或损坏,以保持人工智能数据的完整性。如果任何一个传感器的数据收集能力减弱,汽车的自动驾驶能力就会完全受损。

现在,驾驶员仍然能够对警报作出适当的反应,无论警报有多准确,因为他们可以应用自己的感官对道路上的障碍物作出反应,或调整他们的驾驶以适应天气条件。这是驾驶员和传感器共同努力创造的安全体验。我们只是不相信传感器提供的信息的完整性足以消除人类的直觉。

想想我们需要如何保证我们的手机的寿命。我们不能将它们留在外面,并期望镜头上的镜头和之前的一天结束。汽车传感器非常相似但大规模更重要,易受伤害。

汽车传感器接近地面,在它们上有剧烈和泥浆,冰冻地下雨并通过极端的热量和阳光直射的时间,但他们需要完美操作。

有大量的研究正在进行,试图找出保存这些传感器的最佳方法,使汽车尽可能安全。对于已经被广泛使用的传感器类型,了解保护这些系统问题的复杂性的一个好地方是观察应用在传感器透镜上的涂层。

如何保持传感器清洁:让它们自己清洁

如果传感器将保持清洁,则需要排斥污垢或自我清洁。车辆操作员预计不会做任何事情,而不是打开钥匙或按下按钮并转到。没有期望驾驶员将清洁传感器镜头,特别是如果传感器无数并且在难以到达的地方(即,格栅下方或后面)。

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传感器通常有一个小的塑料外壳,安装在车辆上,摄像头或雷达组件由一个透明的镜头保护。这个镜头是传感器抵御恶劣天气的第一道防线。确保这些镜片能妥善保护其后面的敏感设备的最好方法之一是在镜片上涂上一层涂层,目的是去除不可避免地会落在镜片上的破坏性颗粒。这些“自洁”涂层对传感器的寿命和性能至关重要。

自清洁涂料它有两种类型,具有非常不同但同样重要的功能。有疏水涂层和亲水涂层,选择哪一种取决于你希望水和水分如何与镜片表面相互作用并去除污垢和灰尘。

橙色-线-弯曲- -水-下降-表面接触角- 72度疏水性和亲水性指的是液体接触表面时的行为方式。水会扩散并“湿润”亲水的表面。如果玻璃不是很干净,水就会在干燥时在表面“凝结成珠”,溶解在水中的污垢和矿物质就会出现水渍。

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但是,如果玻璃清洁,则水在床单中耗尽。随着水干燥在清洁玻璃上,它保持散布,任何污垢或矿物质都留成薄,均匀(和不可见的)薄膜,不会干扰通过玻璃的能力。亲水性传感器涂料以相同的方式:水倾向于在床单中耗尽,占据大部分污垢和灰尘。剩下和蒸发的薄,均匀的水薄膜展开,不会留下水位,以阻碍传感器的映像其周围环境的能力。

透镜上的疏水涂层排斥水并清洁污垢

疏水涂层的作用与亲水涂层完全相反。这些涂料能有效地排斥水,使水形成珠状并滚出表面。这些水球在滚动的过程中会带走灰尘颗粒,将它们带离镜头表面。正因为如此,疏水性涂层具有自洁性,可以非常有效地保持镜头的原始状态。这些比亲水涂层更常用于镜头的外部。

当在制造过程中应用这些涂层时,需要进行测试,以确保涂层具有适当的防水性能和均匀的涂层。一个简单的水接触角测量是制造商的完美指标,了解他们涂料的这些重要特征。接触角测量装置,比如表面分析,在表面上沉积一滴水,测量液滴(表示亲水性)或珠子(表明疏水性)的程度。

高接触角与排斥水的表面相关,有少量的所谓的表面能。接触角对表面能的微小变化非常敏感,所以很容易知道涂层是否具有足够的疏水性。这种过程控制方法也有助于测量如何清洁的镜头表面是应用涂层之前,以确保它将创建一个坚实,可靠的结合与镜头材料。当涂层不能正确或均匀地结合时,它就会分层,这使得它很难保护镜片不被灰尘污染。

密封传感器

为了不让传感器接触到任何可能削弱其感知周围情况能力的东西,它们所居住的房屋需要密封。这意味着任何形式的蒸汽都不能进入。清洁、干燥的空气需要在镜头后捕捉,当它被应用到外壳和密封必须防止任何气体交换与外部环境。

如果通过粘合剂产生这些密封件,则待粘合的材料将经常用等离子体进行处理过程以产生高能量表面。当表面具有高能量时,它将具有低接触角测量,并且表面将非常有反应,渴望粘合。当粘合剂施加到透镜和壳体上,它将形成与化学反应表面的强键,以确保传感器完全封闭。

可靠的密封非常重要的原因之一是因为这些传感器基本上是在飞溅区域中。如果泥浆溅到您的传感器上,它可以使其完全无用。许多汽车制造商正在崛起冲洗传感器的创意方法使用清洁液喷射聚焦镜片,其工作原理类似于挡风玻璃雨刷液。但如果传感器整天被污垢、水和清洗液轰炸,密封就必须保持坚固。

但如果有什么蠕动,会发生什么?

用亲水防雾涂层保持镜片内部清洁

镜片内部的防眩光涂层和防雾涂层用于保护传感器的能力,即使外壳密封允许水分进入。

当水分凝结在疏水性的镜片内侧时,它会撞到散射光的微小液滴中:我们称之为“雾化”。防雾涂层在镜片内部产生高能量(亲水)表面,允许水散布而不是珠子;镜片可以具有薄膜的冷凝水,但它保持清晰。然而,防雾涂料的高表面能呈现自己的问题。

高能表面具有极强的活性,能紧紧地吸附各种污染物和土壤。这种表面(就像脏玻璃)将不再像它需要的那样将水剥离。因此,用于防雾的典型亲水性涂料的使用寿命相对较短。

为了解决这个难题,涂层制造商将在涂层中加入少量的表面活性剂。当水分在镜片上凝结时,它会溶解一些表面活性剂,从而降低水的表面张力,使其扩散。所以这种方法的重点是降低液体的表面张力。当吸收表面活性剂的水蒸发后,表面活性剂就会留下来继续战斗。

所以,这些镜片需要防雾持久性,有些重要的是具有定量测试,以确保涂层正常作用:实际上,内置的表面活性剂在涂层中迁移出大量涂层,以确保其表面张力液体降低,液体延伸出来,传感器沿着未被抑制的渗出。测量这些涂层的有效性的好方法是使用表面分析器的“动态润湿”特征,该特征量化表面活性剂在表面上的存在和活性。

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在上面的gif中,你可以看到水是如何在表面活性剂存在的情况下继续扩散的。在某些情况下,制造商需要确保其表面不含表面活性剂(如FIPG密封应用),但在传感器涂层中,有时表面活性剂的存在正是需要的。装备了能够精确测量各种物质表面存在的技术的制造商,对每个组装的失败或成功的可能性有更清晰的认识。

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