CN102844674A - 障碍物检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种障碍物检测系统，包括多个超声波传感器及控制器。该多个超声波传感器包括第1及第2超声波传感器。这些超声波传感器各自按照具有其自身的波束轴从车辆保险杠的面法线方向偏向水平方向的角度、且朝向该保险杠的中间部的方式配置于该保险杠的单侧。

Description

障碍物检测系统
技术领域
本发明涉及一般而言的障碍物检测系统，更详细的是涉及构成为基于通过发射超声波而得到的到来超声波来判定在检测范围内是否存在障碍物的障碍物检测系统。
背景技术
例如，2001年8月3日公开的日本专利申请公开号P2001-208843A公开了一种障碍物检测系统，其包括4个超声波传感器及控制器。各超声波传感器包括麦克风、送波电路、衰减器(attenuator)电路及放大电路。麦克风构成为对超声波进行收发。送波电路构成为依据控制器的控制来驱动麦克风。衰减器电路及放大电路构成为对根据到来超声波而得到的信号的电平进行调整。
该障碍物检测系统构成为：由多个(4个)超声波传感器中的一个超声波传感器来发射超声波，其他超声波传感器接受根据该超声波而得到的到来超声波。由此，可以扩展被多个超声波传感器覆盖的最大检测范围。
另外，该障碍物检测系统构成为：将检测范围从近距离范围切换为远距离范围，按照远距离范围用的波束角(尤其是垂直波束角)比近距离范围用的波束角还小的方式对根据到来超声波而得到的信号的电平进行调整。由此，可以防止路面上小的突起等引起的误检测。
然而，在该障碍物检测系统中，需要将4个超声波传感器例如以50cm的间距安装在被固定于车辆的保险杠(bumper)上。
发明内容
本发明的目的在于减少超声波传感器的数量。
本发明的障碍物检测系统具备多个超声波传感器及控制器。多个超声波传感器分别配置在被固定于车辆上的保险杠的水平方向的不同位置处。另外，多个超声波传感器各自具有输入输出面，且构成为：依据输出电信号而沿着波束轴从该输入输出面发射超声波，并从该输入输出面接受到来超声波后将该到来超声波变换为输入电信号。控制器构成为：向该多个超声波传感器的每一个供给该输出电信号，并至少基于来自该多个超声波传感器的输入电信号，判定在被该多个超声波传感器覆盖的最大检测范围内是否存在至少1个障碍物。该多个超声波传感器具备第1及第2超声波传感器。该第1及第2超声波传感器各自按照具有其自身的波束轴从该保险杠的面法线方向偏向于水平方向的角度、且朝向该保险杠的中间部的方式配置于该保险杠的单侧。
在一个实施方式中，该第1及第2超声波传感器的单个检测范围重叠。
在一个实施方式中，该第1及第2超声波传感器各自具备上表面作为其自身的输入输出面的挡板(bezel)，该输入输出面相对于被装载在该保险杠的表面上的该挡板的底面而以上述角度进行倾斜。
在一个实施方式中，上述输入输出面相对于车辆宽度方向而具有第1倾斜角，而对应的挡板的底面相对于该车辆宽度方向而具有第2倾斜角。该输入输出面相对于该对应的挡板的底面而具有作为该第1倾斜角与第2倾斜角之和的倾斜角。
在一个实施方式中，该第1及第2超声波传感器各自具备上表面作为其自身的输入输出面的挡板，该输入输出面与被装载在该保险杠的表面上的该挡板的底面平行。该第1及第2超声波传感器的各波束轴相对于法线而以上述角度进行倾斜，该法线和对应的输入输出面相对应。
在一个实施方式中，该保险杠是前保险杠或后保险杠。该多个超声波传感器具备2个或3个超声波传感器。按照该第1及第2超声波传感器各自具有车辆宽度和预先决定的富余宽度之和、即检测宽度的单个检测范围的方式来设定该第1及第2超声波传感器的各水平波束角。
在一个实施方式中，该多个超声波传感器具备2个或3个超声波传感器。该多个超声波传感器的各水平波束角和其他的1或2个超声波传感器的水平波束角重叠。例如，若该多个超声波传感器具备2个超声波传感器，则该多个超声波传感器的各水平波束角与其他超声波传感器的水平波束角重叠。另外，若该多个超声波传感器具备3个超声波传感器，则该多个超声波传感器的各水平波束角与其他2个超声波传感器的水平波束角重叠。
在一个实施方式中，按照该第1及第2超声波传感器的各单个检测范围配置得比路面更靠上方的方式来设定该第1及第2超声波传感器的各垂直波束角。
在一个实施方式中，该控制器构成为：基于第1及第2自身信号、以及第1及第2相互信号，判定在该最大检测范围内是否存在至少1个障碍物。该第1自身信号对应于该第1超声波传感器接受了从该第1超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号。该第2自身信号对应于该第2超声波传感器接受了从该第2超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号。该第1相互信号对应于该第2超声波传感器接受了从该第1超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号。该第2相互信号对应于该第1超声波传感器接受了从该第2超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号。
在一个实施方式中，该控制器构成为：在取得至少1个障碍物离开该最大检测范围内的最小距离而存在的这一判定之后，若该判定变为该至少1个障碍物并未存在于该最大检测范围内的其他判定，则判定为该至少1个障碍物存在于该车辆和该最大检测范围之间的死角。
在一个实施方式中，与该第1及第2相互信号对应的相互检测范围比与该第1及第2自身信号对应的单个检测范围的每一个都窄。
附图说明
更详细地描述本发明的优选实施方式。与以下的详细描述及附图相关联，可以更好地理解本发明的其他特征及优点。
图1是本发明的一个实施方式的障碍物检测系统的概要图。
图2是该障碍物检测系统的框图。
图3是该障碍物检测系统中的超声波传感器的概要图。
图4是超声波传感器的各波束轴与保险杠的面法线方向一致的比较例的概要图。
图5是一个实施方式的障碍物检测系统中的超声波传感器的概要图。
图6是一个实施方式的障碍物检测系统中的超声波传感器的概要图。
图7是一个实施方式的障碍物检测系统中的超声波传感器的垂直波束角的概要图。
具体实施方式
图1表示本发明的一个实施方式的障碍物检测系统。该系统包括多个超声波传感器1及控制器2。在本实施方式中，多个超声波传感器1包括第1及第2超声波传感器1A及1B，这些传感器分别配置在被固定于车辆3的保险杠4的水平方向的不同位置上。保险杠4是前保险杠或后保险杠。
如图2及3所示，超声波传感器1A及1B各自具有输入输出面16，分别构成为：依据来自控制器2的输出电信号，沿着波束轴10从输入输出面16发射超声波(超声波脉冲群(pulse burst))，并从输入输出面16接受到来超声波(到来超声波脉冲群)后将该到来超声波变换为输入电信号。例如，超声波传感器1A及1B各自包括驱动电路11、超声波产生装置12、超声波接收装置13及检波电路14。
驱动电路11包括振荡器，并构成为：依据来自控制器2的输出电信号，生成用于根据该振荡器的振荡信号来产生预先决定的持续时间的超声波脉冲群的驱动信号，然后向超声波产生装置12供给该驱动信号。例如，该输出电信号是用于将该振荡器的输出接通及断开的控制信号。另外，不限于此，本发明的输出电信号也可以是用于生成预先决定的持续时间的超声波脉冲群的数字信号。该情况下，例如可以构成为：控制器2经由D/A变换器而向超声波产生装置12供给该输出电信号(数字信号)。
超声波产生装置12具有被配置于输入输出面16上的输出面，并构成为：依据来自驱动电路11的驱动信号而沿着波束轴10从输入输出面16发射超声波。例如，超声波产生装置12包括超声波扬声器。该情况下，输入输出面16也可以具有一个或多个孔。超声波接收装置13具有被配置于输入输出面16上的输入面，并构成为：从输入输出面16接受到来超声波并将该到来超声波变换为输入电信号。例如，超声波接收装置13包括超声波麦克风，到来超声波是根据从超声波传感器1A及1B其中任一个发射出的超声波而得到的。此外，不限于此，本发明的第1及第2超声波传感器的每一个也可以是具有输入输出面的超声波收发装置(压电元件等的超声波换能器(transducer))。该超声波收发装置构成为：依据输出电信号(即、根据输出电信号而得到的驱动信号)而沿着波束轴从输入输出面产生超声波，并从输入输出面接受到来超声波后将该到来超声波变换为输入电信号。
检波电路14构成为根据该输入电信号而获得检测信号并向控制器2供给该检测信号。在一例中，检波电路14包括用于对该输入电信号进行放大的放大电路，该检测信号是根据该被放大后的信号而得到的。例如，被放大后的信号通过比较器、施密特触发器或A/D变换器等，作为检波信号而被提供给控制器2。另外，不限于此，检波电路14可以与现有的障碍物检测系统中被配置于超声波接收装置与控制器之间的各种接收电路同样地构成。
在本实施方式中，如图3所示，超声波传感器1A及1B各自按照具有其自身的波束轴10从保险杠4的面法线方向40偏向于水平方向的角度α、且朝向保险杠4的中间部的方式配置于保险杠4的单侧。详细的是，超声波传感器1A及1B各自具备挡板(或盖体)15，该盖体的上表面就是传感器自身的输入输出面16，输入输出面16相对于装载在保险杠4的表面上的挡板15的底面17而以角度α1倾斜。该角度α1与上述角度α相等，角度α虽然并未被限定，但例如也可以在10～40°的范围内。此外，如图1所示，超声波传感器1A及1B的单个检测范围100A及100B重叠(各一部分覆盖彼此)。换言之，超声波传感器1A及1B的各水平波束角相互重叠。在图1的例子中，单个检测范围100A及100B的各宽度尺寸要比车辆宽度W1的一半还长，是比车辆宽度W1更短的宽度(车辆宽度的约80％)和富余宽度W2之和。此外，超声波传感器1A及1B的距离为130cm。另外，不限于此，本发明的第1及第2超声波传感器的距离也可以在100～170cm的范围内。
控制器2构成为：向多个超声波传感器1的每一个供给输出电信号，并至少基于来自多个超声波传感器1的输入电信号(根据输入电信号而得到的检波信号)，来判定在被多个超声波传感器1覆盖的最大检测范围内是否存在至少1个障碍物。
例如，控制器2包括微型计算机，并构成为：基于第1及第2自身信号、以及第1及第2相互信号来判定在最大检测范围内是否存在至少1个障碍物。第1自身信号对应于超声波传感器1A接受了从超声波传感器1A发射出的超声波时所得到的输入电信号，在本实施方式中是来自超声波传感器1A的检波电路14的检波信号。第2自身信号对应于超声波传感器1B接受了从超声波传感器1B发射出的超声波时所得到的输入电信号，是来自超声波传感器1B的检波电路14的检波信号。第1相互信号对应于超声波传感器1B接受了从超声波传感器1A发射出的超声波时所得到的输入电信号，是来自超声波传感器1B的检波电路14的检波信号。第2相互信号对应于超声波传感器1A接受了从超声波传感器1B发射出的超声波时所得到的输入电信号，在本实施方式中是来自超声波传感器1A的检波电路14的检波信号。
在图1中，单个检测范围100A及100B分别对应于第1及第2自身信号。相互检测范围100C对应于第1及第2相互信号。最大检测范围是由这些单个检测范围100A及100B、以及相互检测范围100C来决定的。在一例中，相互检测范围100C比单个检测范围100A及100B的每一个都要窄，其关系可以根据以下的第1及第2最小时间和第1及第2最大时间来决定。
详细的是，控制器2包括第1及第2定时器功能(未图示)。另外，不限于此，本发明的控制器也可以包括单一的定时器功能。例如，控制器2在使第1及第2定时器功能工作的同时，向超声波传感器1A供给输出电信号。接着，若第1定时器功能的计测时间达到第1最小时间，则控制器2开始接收来自超声波传感器1A的检测信号，再者若第2定时器功能的计测时间达到第2最小时间，则控制器2开始接收来自超声波传感器1B的检测信号。由此，单个检测范围100A的近端是根据第1最小时间来决定的，相互检测范围100C中的超声波传感器1A侧的近端是根据第2最小时间来决定的。第1及第2最小时间可以相同也可以不同。另外，超声波脉冲群的持续时间被设定为比第1及第2最小时间的每一个都更短的时间。
然后，若从超声波传感器1A及1B分别得到第1自身信号及第1相互信号，则控制器2根据第1及第2定时器功能而取得两个计测时间。接着，控制器2基于该第1定时器功能的计测时间(飞行时间)来判定在单个检测范围100A内是否存在至少1个障碍物。例如，若第1自身信号包括与超声波(超声波脉冲群)对应的成分，则可以判定为在单个检测范围100A内存在至少1个障碍物。另外，若使用该飞行时间，则可以检测与该障碍物的距离。此外，控制器2基于该第2定时器功能的计测时间来判定在相互检测范围100C内是否存在至少1个障碍物。例如，若第1相互信号包括与超声波对应的成分，则可以判定为在相互检测范围100C内存在至少1个障碍物。另外，若使用该第2定时器功能的计测时间，则可以检测与该障碍物的距离。此外，如果不需要检测与该障碍物的距离，则就不需要基于该第1及第2定时器功能的两个飞行时间。
然后，若第1定时器功能的计测时间达到第1最大时间，则控制器2停止接收来自超声波传感器1A的检测信号，再者若第2定时器功能的计测时间达到第2最大时间，则该控制器2停止接收来自超声波传感器1B的检测信号。由此，单个检测范围100A的远端是由第1最大时间来决定的，相互检测范围100C的远端是由第2最大时间来决定的。第1及第2最大时间可以相同也可以不同。
同样，控制器2在使第1及第2定时器功能工作的同时，向超声波传感器1B供给输出电信号。接着，若第1定时器功能的计测时间达到第1最小时间，则控制器2开始接收来自超声波传感器1B的检测信号，再者若第2定时器功能的计测时间达到第2最小时间，则控制器2开始接收来自超声波传感器1A的检测信号。由此，单个检测范围100B的近端是由第1最小时间来决定的，相互检测范围100C中的超声波传感器1B侧的近端是由第2最小时间来决定的。第1及第2最小时间可以相同也可以不同。
然后，若从超声波传感器1B及1A分别得到第2自身信号及第2相互信号，则控制器2根据第1及第2定时器功能而取得两个计测时间。接着，控制器2基于该第1定时器功能的计测时间来判定在单个检测范围100B内是否存在至少1个障碍物。另外，控制器2基于该第2定时器功能的计测时间来判定在相互检测范围100C内是否存在至少1个障碍物。
然后，若第1定时器功能的计测时间达到第1最大时间，则控制器2停止接收来自超声波传感器1B的检测信号，再者若第2定时器功能的计测时间达到第2最大时间，则停止接收来自超声波传感器1A的检测信号。由此，单个检测范围100B的远端是由第1最大时间来决定的，相互检测范围100C的远端是由第2最大时间来决定的。第1及第2最大时间可以相同也可以不同。
另外，控制器2构成为：在取得至少1个障碍物离开最大检测范围内的最小距离而存在的这一判定之后，若该判定变为至少1个障碍物并未存在于最大检测范围内的其他判定，则判定为至少1个障碍物存在于车辆3与最大检测范围之间的死角100D。该情况下，障碍物检测系统通过警报单元(例如警报器等)来表示至少1个障碍物存在于死角100D。由此，在启动车辆之前，可以向使用者(驾驶员)通知至少1个障碍物存在于死角100D。
在本实施方式中，超声波传感器1A及1B各自按照具有其自身的波束轴10从保险杠4的面法线方向40偏向于水平方向的角度α1、且朝向保险杠4的中间部的方式配置于保险杠4的单侧。因此，可以由超声波传感器1A及1B覆盖保险杠4的周边，可以减少超声波传感器的数量。在图1的例子中，由于超声波传感器1A及1B的单个检测范围100A及100B重叠、且包括2个富余宽度W2，故可以覆盖富余宽度W2的2倍大小与车辆宽度W1之和的范围(最大检测范围)。
如图4所示，超声波传感器1A及1B即便是波束轴与保险杠的面法线方向一致时死角较大的超声波传感器，通过设定偏向角度α，也可以如图1所示那样减少死角100D。因此，可以提高超声波传感器的选择自由度，可以适当地设定单个检测范围100A及100B的各波束角。
在一个实施方式中，如图5所示，超声波传感器1A及1B的各输入输出面16相对于车辆宽度方向30而具有第1倾斜角α1，对应的挡板15的底面17相对于车辆宽度方向30而具有第2倾斜角α2。各输入输出面16相对于对应的挡板15的底面17而言，具有第1及第2倾斜角之和(α1+α2)、即倾斜角α。也就是说，各波束轴10与对应的挡板15的输入输出面16的面法线一致，具有从保险杠4的面法线方向40偏向于水平方向的角度α。例如，可以基于图3的α(＝α1)和保险杠4的R相对于车辆左右方向的角度(即α2)来设定角度α。
在一个实施方式中，如图6所示，超声波传感器1A的挡板15的上表面为超声波传感器1A的输入输出面16，该输入输出面16与被装载于保险杠4表面的该挡板15的底面17平行。同样，超声波传感器1B的挡板15的上表面是超声波传感器1B的输入输出面16，该输入输出面16与被装载于保险杠4表面的该挡板15的底面17平行。另外，超声波传感器1A及1B的各波束轴10相对于法线40而以角度(偏向角)α倾斜，该法线40与对应的输入输出面16相对应。例如，通过具有超声波产生装置12的波束轴相对于挡板15的输入输出面16所对应的法线40而以角度α倾斜的指向特性，从而可以得到图6所示的超声波传感器1。
在一例中，挡板15在正面具有输入输出面16，而在背面具有包括平底的凹陷处(未图示)。超声波产生装置12例如包括振动体(未图示)，振动体被装载在挡板15的凹陷处的平底上。此外，凹陷处的平底在振动体的单侧包括切口(例如台阶状的切口)。例如，若将越离开振动体就变得越深的台阶状的切口相对于振动体而言形成在保险杠4的中央侧，则可以如图6所示那样使超声波传感器1(1A)的波束轴10倾斜。其中，并未限于该例，也可以按照超声波产生装置12的波束轴相对于挡板15的输入输出面16所对应的法线40而以角度α倾斜的方式，将超声波产生装置12固定在超声波传感器的主体内。或者，也可以使用具有以角度α倾斜的指向特性的现有的超声波产生装置。
在一个实施方式中，如图7所示，超声波传感器1A及1B各自按照具有其自身的波束轴10从保险杠4的面法线方向40偏向于垂直方向的角度β、且朝向上方的方式配置于保险杠4的单侧。详细的是，超声波传感器1A及1B的各垂直波束角γ被设定为：超声波传感器1A及1B的各单个检测范围100A及100B配置得比路面5更靠上方。由此，可以防止路面5上的小突起等引起的误检测。
在一个实施方式中，设定超声波传感器1A及1B的各水平波束角，以使超声波传感器1A及1B各自具有车辆宽度W1和预先决定的富余宽度W2之和、即检测宽度的单个检测范围。
虽然针对几个优选实施方式而描述了本发明，但只要不脱离本发明原本的精神及范围、即权利要求的范围，对于本领域的普通技术人员来说就能够进行各种各样的修正及变形。
例如，上述实施方式的各障碍物检测系统也可以包括3个超声波传感器1，多个超声波传感器1的各水平波束角和其他2个水平波束角重叠。例如，第3超声波传感器1与图4同样地具有包括与保险杠4的面法线方向(车辆的前后方向)平行的水平成分的波束轴，控制器3在使(第1、第2或第3)定时器功能工作的同时，向第3超声波传感器供给输出电信号。若该定时器功能的计测时间达到第3最小时间，则控制器2开始接收来自第3超声波传感器的检测信号。由此，第3超声波传感器的单个检测范围的近端是由第3最小时间来决定的。第3最小时间可以与第1及第2最小时间相同也可以不同。然后，若从第3超声波传感器得到第3自身信号，则控制器2根据该定时器功能而取得计测时间。接着，控制器2基于该定时器功能的计测时间来判定在该单个检测范围内是否存在至少1个障碍物。然后，若该定时器功能的计测时间达到第3最大时间，则控制器2停止接收来自第3超声波传感器的检测信号。由此，第3超声波传感器的单个检测范围的远端是由第3最大时间来决定的。第3最大时间可以与第1及第2最大时间相同也可以不同。在该例中可以消除死角。

Claims (11)

1.一种障碍物检测系统，具备：
多个超声波传感器，这些超声波传感器分别配置在被固定于车辆上的保险杠的水平方向的不同位置处，这些超声波传感器各自具有输入输出面，且构成为：依据输出电信号而沿着波束轴从该输入输出面发射超声波，并从该输入输出面接受到来超声波后将该到来超声波变换为输入电信号；以及
控制器，构成为：向该多个超声波传感器的每一个供给该输出电信号，并至少基于来自该多个超声波传感器的输入电信号，判定在被该多个超声波传感器覆盖的最大检测范围内是否存在至少1个障碍物，
该多个超声波传感器具备第1及第2超声波传感器，这些超声波传感器各自按照具有其自身的波束轴从该保险杠的面法线方向偏向于水平方向的角度、且朝向该保险杠的中间部的方式配置于该保险杠的单侧。
2.根据权利要求1所述的障碍物检测系统，其中，
该第1及第2超声波传感器的单个检测范围重叠。
3.根据权利要求1或2所述的障碍物检测系统，其中，
该第1及第2超声波传感器各自具备上表面作为其自身的输入输出面的挡板，该输入输出面相对于被装载在该保险杠的表面上的该挡板的底面而以所述角度进行倾斜。
4.根据权利要求3所述的障碍物检测系统，其中，
所述输入输出面相对于车辆宽度方向而具有第1倾斜角，而对应的挡板的底面相对于该车辆宽度方向而具有第2倾斜角，
该输入输出面相对于该对应的挡板的底面而具有作为该第1倾斜角与第2倾斜角之和的倾斜角。
5.根据权利要求1或2所述的障碍物检测系统，其中，
该第1及第2超声波传感器各自具备上表面作为其自身的输入输出面的挡板，该输入输出面与被装载在该保险杠的表面上的该挡板的底面平行，
该第1及第2超声波传感器的各波束轴相对于法线而以所述角度进行倾斜，该法线和对应的输入输出面相对应。
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，
该保险杠是前保险杠或后保险杠，
该多个超声波传感器具备2个或3个超声波传感器，
按照该第1及第2超声波传感器各自具有车辆宽度和预先决定的富余宽度之和、即检测宽度的单个检测范围的方式来设定该第1及第2超声波传感器的各水平波束角。
7.根据权利要求1所述的障碍物检测系统，其中，
该多个超声波传感器具备2个或3个超声波传感器，
该多个超声波传感器的各水平波束角与其他的1个或2个超声波传感器的水平波束角重叠。
8.根据权利要求1所述的障碍物检测系统，其中，
按照该第1及第2超声波传感器的各单个检测范围配置得比路面更靠上方的方式来设定该第1及第2超声波传感器的各垂直波束角。
9.根据权利要求1或2所述的障碍物检测系统，其中，
该控制器构成为：基于第1及第2自身信号、以及第1及第2相互信号，判定在该最大检测范围内是否存在至少1个障碍物，
该第1自身信号对应于该第1超声波传感器接受了从该第1超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号，
该第2自身信号对应于该第2超声波传感器接受了从该第2超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号，
该第1相互信号对应于该第2超声波传感器接受了从该第1超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号，
该第2相互信号对应于该第1超声波传感器接受了从该第2超声波传感器发射出的超声波时所得到的输入电信号。
10.根据权利要求9所述的障碍物检测系统，其中，
该控制器构成为：在获得至少1个障碍物离开该最大检测范围内的最小距离而存在的这一判定之后，若该判定变为该至少1个障碍物并未存在于该最大检测范围内的其他判定，则判定为该至少1个障碍物存在于该车辆和该最大检测范围之间的死角。
11.根据权利要求9所述的障碍物检测系统，其中，
与该第1及第2相互信号对应的相互检测范围比与该第1及第2自身信号对应的单个检测范围的每一个都窄。
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