CN100405082C - 障碍物检测系统 - Google Patents

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Abstract

车辆的前后保险杠上具有多个超声传感器(10～70)，以便检测车辆周围的障碍物。每一个传感器(10)都响应ECU(30)发送的频率设定帧，而在频率调节电路(12)中设定超声脉冲信号的发射频率并且在滤波电路(15)中设定滤波处理中的中心频率。该ECU(30)为每个超声传感器存储有发射频率和中心频率的组合。

Description

障碍物检测系统
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的障碍物检测系统。
背景技术
例如在US2003/0034883A1(JP3521892B2)中提供了一种常规的障碍物检测系统，该系统消除了用作超声传感器的传声器的振荡频率中的频散。在该障碍物检测系统中，首先将传声器装配在传感器电路板上，然后将用于测试的障碍物对着该传声器安置。随后，该障碍物检测系统向障碍物发射超声波，找到超声波反射波的最高峰值电压所对应的超声波的振荡频率，并将该振荡频率存储在非易失存储器中。
在实际检测障碍物的过程中，以存储在非易失存储器中的该振荡频率发射超声波，由此消除了传声器振荡频率的频散。因此，就不必要使用严格规格的传声器。
通常，超声传感器具有滤波电路，该滤波电路过滤反射波信号并消除了偏离传声器谐振频率的频率成份。该滤波电路的中心频率可以基于谐振频率预先设定，而该谐振频率是简单地由在传声器规格中不考虑频散的标称规格来确定。例如，当传声器的谐振频率是40kHz时，则基于该值来预先设定中心频率。
与此对比，在传声器规格完全不同的情况下，例如有多个关于传声器谐振频率的规格，诸如40、50和60kHz，那么就必需对应各个规格来准备滤波电路。
就是说，当一个超声传感器被安装到车辆上并且用来检测车辆周围存在的障碍物时，希望能按照车辆类型和安装位置等改变超声传感器的检测范围和检测跨度。因此，有必要使用为了各自的目的而相互间具有不同规格的传声器。
这样，当使用不同规格的传声器时，有必要对应于每一个传声器的规格来准备各个特殊的滤波电路。因此，包含有滤波电路的硬件通常缺乏通用性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有高的普遍通用性的障碍物检测系统。
本发明提出了一种障碍物检测系统，包括：多个超声传感器，每个超声传感器具有用于发出超声信号的超声信号发射装置、和用于响应该超声信号而发射超声波并接收反射波的波发射和接收装置，和控制单元，与所述多个超声传感器通信；其中，每个超声传感器具有用于对超声信号的接收信号进行滤波处理的接收滤波装置；该控制单元具有用于执行向超声传感器发送频率设定信息的处理的处理装置，该频率设定信息包含超声信号的发射频率和滤波处理中的中心频率中的至少一个，该超声信号发射装置具有用于按照频率设定信息设定超声信号发射频率的发射频率设定装置；其中该控制单元包括存储器，该存储器为多个超声传感器中每一个存储有发射频率和中心频率的组合，该接收滤波装置具有中心频率设定装置，用于按照频率设定信息设定滤波处理中的中心频率。
按照本发明的障碍物检测系统，每一个超声传感器的超声信号的发射频率和对接收到的反射信号进行滤波处理中的中心频率是按照从一个控制单元发送来的频率设定信息来决定的。因此，即使多个在超声传感器中使用的传声器具有完全不同的规格，那么超声传感器中除传声器之外的硬件也可以是通用的。这是因为有可能通过改变发往每个传感器的设定信息来改变超声信号发射频率和滤波处理中的中心频率的设定。
附图说明
参考附图，从下文的详细描述中本发明前述的和其它的目标、特征和优点将会是更明显的。附图中：
图1是按照本发明的一个实施例的车辆障碍物检测系统方框图；
图2A是该实施例中传感器的立体图，图2B是该实施例中传感器的剖面图；
图3是该实施例中传感器内部电路的方框图；
图4A示出了仅包含发射频率或中心频率的频率设定帧格式，而图4B示出了包含发射频率和中心频率两者的频率设定帧格式；
图5是该实施例中通信顺序的时序图；
图6是示出该实施例中发射频率和中心频率之间相互关联的对应表；
图7是按照该实施例的一种变形的传感器内部电路方框图。
具体实施方式
参见图1，用于车辆1的障碍物检测系统100具有：设置在车辆1前保险杠部件右角和左角处的传感器10和20；设置在车辆后保险杠部件右角和左角以及中间部分的传感器40～70；以及电子控制单元(ECU)30。传感器10～70通过串行通讯线路总线连接至ECU30。传感器10～70在车辆1的向前方向和向后方向上发射超声波，并且接收障碍物(未示出)反射回来的反射波。
该传感器10用传声器10a和电子电路单元10b构成，如图2A和图2B所示。其它的传感器20～70与传感器10的构成相类似。
该ECU30具有一个非易失存储器30a。该非易失存储器存储着对应于传感器10～70的传感器标识(ID)以及在图6中示出的对应表。
该ECU 30进行这样的处理，即通过串行通信线路向传感器10～70发送多种通信帧，诸如频率设定帧、发射命令帧和探询帧，频率设定帧是作为频率设定信息，每一个发射命令帧用于命令传感器10～70发射超声波，每一个探询帧用于命令传感器10～70发送已测得的距离信息。
在这些帧中，如图4A所示，频率设定帧的格式由传感器ID、消息ID、发射频率和滤波中心频率、以及错误校验码(ECC，Error CheckCode)这些字段组成。
在传感器ID字段中设定有一个分配给各个传感器10～70的ID，而传感器10～70通过参考该字段来确定有关信息是否是用于该传感器自己。
在消息ID字段中设定有一个为各个不同的通信帧分配的ID，传感器10～70通过参考该字段来确定通信帧的类型。
当消息ID字段包含一个对应于频率设定帧的ID时，那么在消息ID字段随后的字段中设定了应当在传感器10～70中设定的超声信号发射频率以及应当在接收滤波电路15中的滤波处理中设定的中心频率。传感器10～70通过参考该字段来确定发射频率和中心频率。
在该频率设定帧中设定的发射频率和中心频率是基于图6中示出的对应表来选择的。就是说，该ECU30(存储器30a)存储着一种码型(码1～6)，该码型示出了应当为每一个传感器10～70设定的发射频率和中心频率之间的关联。该码型对应于在传感器10～70中使用的发射-接收传声器的规格(例如谐振频率等)。
该ECU 30是按照用于传感器10～70的传声器10a的规格并基于图6中示出的对应表来选择发射频率和中心频率的。每个频率级的发射频率都可以与中心频率相关联。然而，即使发射频率和中心频率彼此不完全一致，那么偏离传声器10a谐振频率的频率成份也能被充分地消除。
因此，将多个分别具有不同频率级的发射频率组成一组(图6中示出了一个39~41kHz组和一个42～44kHz组)，通过将每一个组与具有不同频率级的中心频率相关联，则如果发射频率的设定是在其组内改变，那么就不再需要去改变中心频率的设定。
如图3所示，传感器10的电路单元10b具有局域网(LAN)控制单元11、频率调节电路12、传声器驱动电路13、滤波电路15、增益调节电路16、距离计算电路17、阈值调节电路18、比较器18a和非易失存储器19。
LAN控制电路11、频率调节电路12、滤波电路15、增益调节电路16、距离计算电路17、阈值调节电路18、比较器18a和存储器19是在一个大规模集成电路(LSI)中相互集成构成。利用这种结构，即使在传声器10a的规格与其它传声器完全不同的时候，组成除传声器驱动电路13、传声器10a等之外的硬件的LSI可以通用地用于传感器10～70。
该LAN控制电路11通过串行通信线路接收从ECU30发送来的各种通信帧，并且还发送用来返回已测得距离数据的探询帧。此外，传感器10用控制电路11对通信帧的内容进行解码。
该频率调节电路12将在ECU30发送来的频率设定帧内设定的发射频率设定(调节)为超声脉冲信号的发射频率，并且将该设定发射频率的超声脉冲信号发送至传声器驱动电路13。
该传声器驱动电路13用来自于频率调节电路12的超声脉冲信号驱动传声器10a，从而从传声器10a发射出超声波。如果所发射的超声波被一个障碍物反射，则其发射波被传声器10a接收并且将接收信号输出至增益调节电路16。该增益调节电路16参考存储在存储器19中的增益，用一个预定因子放大该接收信号，并且将放大后的接收信号输出至滤波电路15。
该滤波电路15具有这样一个滤波电路，即该滤波电路通过对增益调节电路16放大的接收信号进行滤波处理来消除传声器10a谐振频率之外的频率成份。该滤波电路15由熟知的开关电容滤波(SCF)电路组成。
通过这种构造，能用LSI实现可在滤波处理中变更中心频率的滤波电路。在该滤波电路15中，从ECU 30发送来的频率设定帧中的中心频率被设定为滤波处理的中心频率。
经过该滤波电路15滤波处理的接收信号被输出到比较器18a。该比较器18a将阈值调节电路18所设定的用于障碍物检测的阈值电压电平与接收信号的电平作比较。当比较器18a确定接收信号比该阈值大时，那么该距离计算电路17将开始发射超声波和接收到其反射波之间的时间转换为到该物体的距离，并且将距离数据输出至LAN控制电路11。
接下来，使用图5中示出的表示通信顺序的时序图来描述在该车辆障碍物检测系统100中从设定发射频率和中心频率到获得距离计算结果的操作。该描述仅仅是对于设置在车辆1前部的传感器10和20来进行的。对设置在车辆1后部的其它传感器40～70的操作与传感器10和20相类似。
首先，ECU 30在点火开关(未示出)开启的时候启动运行，而且它是从车内电池(未示出)接收电力供给的。当ECU30启动后，它进行为各个传感器10和20设定传感器ID的处理。
当传感器ID的设定完成后，该ECU 30向传感器10发送一个频率设定帧。传感器10解码该频率设定帧并且执行发射频率和中心频率的设定。
随后，该ECU 30向传感器20发送一个频率设定帧。然后，传感器20解码该频率设定帧并且执行发射频率和中心频率的设定。
接下来，该ECU30向传感器10发送波发射命令帧，用来指示超声信号的发射。该传感器10响应该波发射命令帧而发射超声波。向传感器10发送该波发射命令帧之后，该ECU30在设定一足够时间之后向传感器20发送波发射命令帧，这可以避免多途(multi-pass)干扰。传感器20响应该波发射命令帧而发射超声波。
然后，该ECU30向传感器10发送探询帧(P1)，用来命令发送已测得的距离信息，而该传感器10向ECU30返回该探询帧(R1)，用于返回该已测得的距离数据。
而且，该ECU30向传感器20发送探询帧(P2)，用来命令发送已测得的距离信息，而该传感器20向ECU 30返回该探询帧(R2)，用于发送该已测得的距离数据。之后，ECU 30重复发送波发射命令帧和探询帧，并由此检测障碍物。
在该方法中，车辆障碍物检测系统100中的传感器10～70响应来自于ECU 30的频率设定帧来设定超声脉冲信号的发射频率和滤波处理中的中心频率。
即使在传感器10～70中使用的传声器之间具有完全不同的规格，也有可能按照规格来改变超声脉冲信号发射频率和滤波处理中心频率的设定。因此，传感器10～70中除传声器驱动电路13和传声器10a之外的硬件可以通用地使用，并且提高了该硬件的普遍通用性。因此，在传感器10～70的硬件设计、制造和管理的每一个过程都能获得更高的效率。
在上述实施例中，发射频率和中心频率两者是单独设定的。在超声信号发射器部件12中，该所设定的发射频率被设定为超声脉冲信号的发射频率。在该接收滤波部件15中，所设定的中心频率被设定为滤波处理中的中心频率。
可选择地，频率设定可以按照如下方法来修改：发射频率和中心频率中只有一个是在频率设定帧中设定。当频率设定帧仅包含中心频率时，该超声信号发射器部件12将该中心频率设定为发射频率。当频率设定帧仅包含发射频率时，该接收滤波部件15将该发射频率设定为中心频率。
通过使ECU 30在频率设定帧中只设定发射频率或中心频率，以及使传感器10～70如上文所述以一种关联方式设定该发射频率和中心频率，可以缩短通信帧的数据长度。而且，传感器10和20中通信帧的解码也变得容易了。
在上述实施例中，当车辆的点火开关(IG，Ignition Switch)开启时，通过从车载电池向ECU30供给电力而使ECU30开始工作，并随即发送一个频率设定帧。IG每次开启的时候都要进行这样的过程。
可选择地，如图7所示，该系统100可以以这样的方式构成，即在频率设定帧中设定的发射频率和中心频率可以存储在LSI中的存储器19中。
这种方案不需要每次都从ECU30发送频率设定帧，当集成电路(IC)制成后，例如在制造传感器10和20的时候，通过将发射频率和中心频率存储在存储器19中来设置该IC。

Claims (8)

1.一种障碍物检测系统，包括：
多个超声传感器(10、20、40-70)，每个超声传感器具有用于发出超声信号的超声信号发射装置(12)、和用于响应该超声信号而发射超声波并接收反射波的波发射和接收装置(10a)，和
控制单元(30)，与所述多个超声传感器(10、20、40-70)通信；
其特征在于，
每个超声传感器(10、20、40-70)具有用于对超声信号的接收信号进行滤波处理的接收滤波装置(15)；
该控制单元(30)具有用于执行向超声传感器(10)发送频率设定信息的处理的处理装置，该频率设定信息包含超声信号的发射频率和滤波处理中的中心频率中的至少一个，该超声信号发射装置(12)具有用于按照频率设定信息设定超声信号发射频率的发射频率设定装置；
其中该控制单元(30)包括存储器(30a)，该存储器(30a)为多个超声传感器(10、20、40-70)中每一个存储有发射频率和中心频率的组合，
该接收滤波装置(15)具有中心频率设定装置，用于按照频率设定信息设定滤波处理中的中心频率。
2.根据权利要求1所述的障碍物检测系统，其中，该超声信号发射装置(12)和接收滤波装置(15)彼此集成地构造在LSI内。
3.根据权利要求1所述的障碍物检测系统，其中：
当只有中心频率包含在频率设定信息中时，该发射频率设定装置将该中心频率设定为发射频率；以及
当只有发射频率包含在频率设定信息中时，该中心频率设定装置将该发射频率设定为中心频率。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的障碍物检测系统，其中：
该处理装置基于存储器(30a)的对应表选择应该包含到频率设定信息中的发射频率和中心频率，该对应表表示出发射频率和中心频率之间的关联；和
在对应表中，每个频率级或者每个组的发射频率都被关联到不同频率级的中心频率，所述组包括多个具有各自不同频率级的发射频率。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的障碍物检测系统，其中，该接收滤波装置(15)包括开关电容滤波电路。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的障碍物检测系统，其中：
每个所述超声传感器(10、20、40-70)具有用于存储频率设定信息的存储装置(19)；和
该发射频率设定装置和该中心频率设定装置按照存储在存储装置(19)中的所述频率设定信息来分别设定发射频率和中心频率。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的障碍物检测系统，其中，所述多个超声传感器(10、20、40-70)被安装在车辆的前保险杠部件和后保险杠部件上。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的障碍物检测系统，其中，所述频率设定信息包括发射频率和中心频率两者，其中发射频率和中心频率在每个超声传感器中是同时设定的。
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