CN102540171B - 补偿超声传感器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对声速变化补偿安装在车辆上的超声传感器的系统和方法。超声传感器可运转地连接至具有持续监测大气压力的压力传感器和配置用于使用监测的大气压力计算补偿声速的控制器的动力系控制模块。超声传感器发送超声波并确定接收到从物体反射的超声波时的时间间隔。随后超声传感器使用补偿声速和时间间隔产生对应于车辆和物体之间相对距离的信号。

Description

补偿超声传感器的方法和系统

技术领域

本发明总体上涉及机动车辆传感器领域，更为具体地，涉及补偿超声传感器的输出。

背景技术

用于车辆的障碍探测系统总体上采用了安装在车身上的传感器例如超声传感器用于使用超声波探测周围的障碍物。通常，超声传感器在车辆周围发射声波并通过障碍物反射的声波来感应障碍物。为此，传感器确定接收到反射声波的时间间隔并使用已知声速识别障碍物和车辆之间的距离。

应理解，在20℃(68°F)的干燥空气中，声速为343m/s。然而，天气状况影响了声波的行为，并且声速随着压力、温度、和湿度而改变。超声传感器总体上用在多种车辆中以提供泊车辅助、碰撞探测、自动泊车、或任何其它类型的避障能力。因此，需要合适的障碍探测以避免损坏车辆。

目前，通过采用安装在车辆上的环境温度传感器针对大气温度变化补偿声速。然而，这可能较为昂贵。另外，目前没有针对大气压力变化来补偿超声传感器的解决方案。

非常需要一种针对由大气变化而引起的声速变化来补偿超声传感器的高性价比且高效的系统。

发明内容

本发明的一个实施例描述了用于针对声速的变化而补偿安装在车辆上超声传感器的系统。本发明包括可运转地连接至补偿大气对声速影响的动力系控制模块的超声传感器。动力系控制模块包括监测大气压力的压力传感器和配置用于使用监测到的大气压力来计算补偿声速的控制器。超声传感器在车辆周围发送超声波并确定接收到从物体反射的超声波的时间间隔。此外，超声传感器从动力系控制模块接收对应于超声波的补偿声速。随后，使用补偿声速和时间间隔得到对应于车辆和物体之间的相对距离的信号。

本发明的另一实施例公开了一种用于针对声速变化补偿超声传感器的方法。该方法包括使用设置在动力系控制模块中的压力传感器监测大气压力。超声传感器发射超声波并确定接收到从物体反射的超声波的时间间隔。该方法包括基于监测的大气压力计算补偿声速并使用补偿声速和时间间隔产生对应于车辆和物体之间的相对距离的信号。

附图说明

附图展示并说明了本发明的多个示例性实施例。在所有附图中，相同的附图标记指示相同或功能类似的元件。附图实质上为说明性的且未按比例绘制。

图1为针对大气变化补偿超声传感器的补偿系统的示例性实施例。

图2说明了用于基于声速变化补偿超声传感器输出(图1)的方法的示例性实施例。

具体实施方式

下文参考附图进行了详细描述。描述了示例性实施例用于说明本发明的主题而非限定其范围，其范围由权利要求所确定。

概览

总体上，本发明描述了用于基于由于大气状况而引起的声速变化主动补偿安装在车辆上的超声传感器的方法和系统。本发明采用车辆动力系模块中已有的内部压力传感器来根据大气压力变化调节声速值。压力传感器监测大气压力以计算补偿声速。随后，超声传感器利用此补偿声速识别物体和车辆之间的相对距离。补偿声速导致精确的距离估算而与大气变化效应无关。使用已安装在动力系控制模块中的压力传感器提供了便利且高性价比的解决方案以针对大气状况补偿超声传感器。另外，本发明描述了通过连续的压力检测针对声速变化进行自动调节而无需手动干预的主动补偿流程。

示例性实施例

图1说明了针对由气候状况引起的声速变化而补偿超声传感器102的示例性补偿系统100。系统100包括常见车辆组件(包括具有控制器106的动力系控制模块104)以及安装在车辆上用于向泊车辅助模块108提供输入的超声传感器102。本说明书中所描述的补偿系统100总体上可应用于多种类型的可采用超声传感器的车辆，包括小型或大型轿车、卡车、厢式货车、SUV、以及拖车。

本发明使用嵌入于车辆内部的动力系控制模块104的已知功能用于补偿流程。术语“动力系”指的是动力产生及传输系统，其包括发动机和变速器，且其用作机动车辆中的驱动系统。动力系控制模块104分别使用发动机控制单元110和变速器控制单元112来执行发动机和变速器的控制运转。发动机控制单元110探测来自发动机多个部分的数据并可调节燃料供应、点火正时、进气流速、和多个其它已知的发动机运转。变速器控制单元112探测发动机负载和车速以决定要在变速器中建立的档位。出于描述的目的，图1仅描述了动力系控制模块104的一些组件；然而本领域技术人员将理解动力系控制模块104可选择性地连接至多个传感器、开关、或其它已知装置以得到车辆信息并控制多个车辆运转。压力传感器114为动力系控制模块104用于监测大气压力的传感器中的一个。

泊车辅助模块108提供了多个功能，例如自动泊车、平行泊车、障碍物识别等，实现便利的或完全自动化的泊车过程。例如，使用泊车辅助模块108，车辆可使其本身在很少或没有来自驾驶员的输入的情况下驶入泊车位置。在该过程中，模块108探测到造成碰撞风险的物体并发出警告。通过多个协作以确定车辆和周围物体之间距离的传感器(例如超声传感器102)执行探测和警告。在一个实施方案中，泊车辅助模块108可包括用户界面，其可图形地描述周围物体，包括其与车辆的距离。

超声传感器102探测车辆任意一侧、前方、或后方的障碍物，而车辆模块(例如转向轮、制动系统、碰撞警告系统、泊车辅助模块108等)可利用此信息。本实施例中所使用的超声传感器102连接至泊车辅助模块108以提供泊车辅助。超声传感器102可安装在前保险杠或后保险杠上、或者车辆任意一侧上以探测周围的障碍物。

超声传感器102可包括适合发射围绕车辆的超声波的发射器(未显示)，以及适合接收从车辆附近任意物体(例如障碍物116)反射的超声波的接收器(未显示)。内部处理器(未显示)确定发射超声波和接收到从障碍物1156反射的同一超声波之间经过的传播时间。随后，内部处理器使用公式d＝c*t/2产生对应于车辆和障碍物116之间的相对距离的输出信号，其中c为声速，t为传播时间。随后可将此输出信号提供至例如泊车辅助模块108。超声传感器的这种物体探测功能对本领域技术人员是众所周知的，且不会在本说明书中详细讨论。

然而，由于环境状况的变化，超声传感器106可能提供错误的车辆和物体(例如障碍物116)之间的相对距离。超声传感器102所提供的不精确的距离测量可能在泊车辅助模块108造成误差，并可能导致损坏车辆。由于声速依赖于一些因素(例如温度、大气压力、及湿度)，可能需要采用基于大气温度或压力变化的修正系数。因此，需要一种精确且稳定的对声速的测量。

补偿系统100采用现有可用的连接至动力系控制模块104的大气压力传感器114来补偿大气状况。为此，大气压力传感器114(例如气压计)持续测量大气压力，而补偿模块118集成在控制器106中。补偿模块118编程为监测压力状况以确保考虑到可能影响声速的任何压力变化并计算对应的补偿声速。针对大气压力变化的补偿声速确保考虑到所有可能影响到超声传感器102的输出的天气状况。

随后将补偿声速提供给超声传感器102以计算车辆和障碍物116之间的精确相对距离，确保泊车辅助模块108正确工作。下文将结合图2详细讨论补偿流程。

动力系控制模块104计算补偿声速以确保超声传感器102的输出与大气变化无关。由于压力传感器114持续监测大气压力，补偿系统100自动调节声速而没有手动干预。

在本发明的替代实施例中，车辆所采用的环境温度传感器也可连接至控制器106以基于温度计算声速的变化。本领域技术人员将理解压力或温度补偿可确保超声传感器102工作恰当。在压力传感器114失效而温度传感器辅助补偿的情况下，可利用压力和温度传感器的组合以为泊车辅助模块108提供稳健性。

在本发明的另一实施例中，系统100可使用连接至动力系控制模块104的质量空气流量传感器以针对大气状况补偿声速。本领域技术人员将理解，质量空气流量传感器用于探测进入内燃发动机的空气质量。由于空气质量随着温度而改变，传感器所测量的气流质量可确定任何环境温度变化。随后，动力系控制模块104可利用此温度变化信息计算补偿声速。

结果，系统100可利用对温度、压力、和空气质量的感测或估算的任意组合来提供对通过空气传播的声速的稳健补偿。

图2显示了执行本发明主题的方法200。方法200包括步骤202至210，描述了针对声速变化自动补偿超声传感器102输出的流程。

考虑使用泊车辅助模块108将车辆驶入泊车点的车辆的示例。方法200开始于步骤202，在该处大气压力传感器114监测大气压力状况。步骤202为持续进行的步骤，包括在车辆处于“启动”时通过压力传感器114持续监测大气压力。在步骤204处，超声传感器102在车辆附近发射声波以识别可能造成碰撞风险的围绕泊车点的障碍物。在一个实施方案中，超声传感器102可安装在车辆的后保险杠上以探测车辆后面的障碍物，并确定车辆和障碍物之间的合适距离。

随后在步骤206处，超声传感器102确定声波传播时间，其形成了声波发射和收到从障碍物(例如障碍物116)反射的声波之间的时间间隔。同时，在步骤208处，补偿模块118计算针对大气压力变化进行调节的补偿声速。为此，补偿模块118识别传播时间期间的大气压力变化以计算补偿的声速。随后，将补偿声速提供给超声传感器102。

应理解，基于已知的声波与大气压力的相关性来针对大气压力变化补偿声速。在本发明的实施例中，使用下列方程计算补偿声速：

c²＝γ*P/ρ                                        (1)

其中c为声速，P为大气压强，ρ为空气密度，且γ为绝热系数(也称为等熵膨胀因数)。本领域技术人员将理解，γ为气体在恒定压力下的比热与气体在恒定体积下的比热的比例(Cp/Cv)。

在步骤210处，超声传感器102基于传播时间和补偿声速产生对应于车辆和障碍物116之间距离的输出信号。随后，超声传感器102将此信号提供给泊车辅助模块108，其可警告驾驶员关于车辆周围所有识别的障碍物。可替代地，使用此信号，泊车辅助模块108可自动将车辆恰当地驶入泊车点而不会损坏车辆。使用补偿声速避免超声传感器对障碍物的错误探测，使得相关联的泊车辅助模块108稳健而高效。

本领域技术人员将理解，在本发明的具体使用中可组合或改变上文的讨论中所提出的步骤。所说明的步骤提出用于解释所显示的实施例，且应预见到不断发展的技术开发将改变执行特定功能的方式。这些描述并未限制本发明的范围，其仅通过参考权利要求而确定。

本说明书已提出了多个具体示例性实施例，但本领域技术人员将理解在具体实施方案及环境中采用本发明主题时，将自然产生这些实施例的变形。还应理解这些及其它变形处于本发明的范围内。那些可能的变形或者上文的具体示例均非提出用于限制本发明的范围。应当理解为，所要求保护的发明的范围仅由权利要求确定。

Claims (7)

1.一种针对声速变化补偿安装在车辆上的超声传感器的系统，所述系统包含：

动力系控制模块，包括：

配置用于监测大气压力的压力传感器；以及

配置用于使用监测到的大气压力计算补偿声速以补偿大气变化的控制器，所述控制器包含集成在其中的补偿模块，所述补偿模块编程为监测压力状况以确保考虑到可能影响声速的任何压力变化并计算对应的补偿声速；

可运转地连接至所述动力系控制模块的超声传感器，所述超声传感器配置用于：

发射超声波；

确定接收到从物体反射的超声波的时间间隔；

接收对应于所述超声波的所述补偿声速；以及

使用所述补偿声速和所述时间间隔产生对应于所述车辆和所述物体之间的相对距离的输出信号；以及

与超声传感器相关联的泊车辅助模块，其中超声传感器将输出信号提供给泊车辅助模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述压力传感器持续监测所述大气压力。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述动力系控制模块还包括环境温度传感器以针对温度变化补偿声速。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，在所述压力传感器不可运转的情况下采用所述环境温度传感器。

5.一种针对大气变化补偿安装在车辆上的超声传感器的方法，所述方法包含：

设置具有压力传感器的动力系控制模块；

使用所述压力传感器监测大气压力；

从所述超声传感器发射超声波；

确定接收到从物体反射的超声波时的时间间隔；

基于监测的大气压力计算补偿声速，其中针对由于大气变化而引起的声速变化补偿所述补偿声速；

使用所述补偿声速和所述时间间隔产生对应于所述车辆和所述物体之间的相对距离的输出信号；

提供输出信号给与超声传感器相关联的泊车辅助模块。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述监测步骤包括持续监测所述大气压力。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述计算步骤使用所述时间间隔内监测的所述压力传感器输出。