CN103534606B - 接近传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接近传感器(1)，其包括：至少一个障碍物(40)的至少一个检测单元(10)和控制单元，该控制单元包括对于代表检测单元的和障碍物(40)的特征的第一和第二参数(P1，P2)的接收装置(22)。控制单元(20)还负责因变于检测到的障碍物(40)的第一和第二代表参数(P1,P2)以及第三代表参数(P3)而生成障碍物(40)的检测信号(S,S1,Si,Sj)。

Description

接近传感器

描述

应用领域

本发明涉及接近传感器。

具体而言，本发明涉及一种超声波接近传感器。

超声波传感器可尤为适用于汽车领域；它们例如被用于任何性质的机动车和可操作的自推进设备，并且下面的说明仅是为了简化其说明而指向这种应用领域。

背景技术

在现有技术的传感器中，为检测障碍物而发出的信号被设置成搜索障碍物至预定距离；所发出信号的功率因此是预先建立且是固定的。信号一直以检测障碍物至相当距离所需的功率而由传感器所发出；换言之，功率的大小总是被调整为比必要的平均值更高的值以防止信号无法到达障碍物。

传感器以此方式设置从而它等待由障碍物反射的信号的返回、并基于来回行程所需的时间来确定所述障碍物的距离。

所述传感器的主要缺点在于，它们无法被配置；换言之，由于涉及专门用途，技术功率特征、检测特征等等是固定的。

其它缺陷是对特定装置的有限适应性，这导致检测障碍物至预定距离的有限的检测。

前述所有使现有技术的传感器不适合用在彼此不同的机器上；显然，对于每一不同用途而生产大量传感器的必要性还牵涉到较高的生产成本。

本发明的一个目的在于提供可被如此配置从而适应不同应用的传感器。

本发明的一个特定目的在于提供可基于将被检测的可能障碍物而进行配置的传感器。

本发明的另一目的在于提供针对其状态的变化而进行自我调整的传感器。

一个附加目的在于提供在效率和可靠性方面改进的传感器。

发明内容

通过根据所附权利要求书中要求的接近传感器来实现前述和进一步的目的。

根据本发明的接近传感器相对于现有技术实现下列主要技术效果：

－选择障碍物的特征作为检测目标；

－相对于预定距离在中间变化的距离处进行障碍物的检测；

－检测区域的变化；

－针对所检测到的与障碍物的距离来调整检测功率；

－更高的检测速度/检测效率；

－更高的传感器可靠性。

本发明的这些和进一步的技术效果将在之后对诸实施例作的描述中变得更详细，所述实施例是参照附图通过非限定性示例给出的。

附图说明

图1示出本发明的传感器的框图；

图2和图3更详细地示出图1中可见的框图的各个部分。

详细描述

本发明的接近传感器包括：至少一个障碍物的检测单元、以及控制单元，该控制单元包括代表检测单元和障碍物特征的配置参数的接收装置。

控制单元进一步负责因变于配置参数和代表检测到的障碍物的参数来生成障碍物的检测信号。

特定地，参见图1，接近传感器1被配置成检测至少一个障碍物40。

在本说明书中，术语“障碍物”旨在表示任何物体，它可以是可由本发明的传感器1检测到的对象、个体或其它。

本发明的传感器1特定地被配置成(尽管并不是限定意义)安装在车辆上，更特定地被安装在工业车辆和可操作的自推进设备上，例如在同一申请人名下的专利申请No.MI2010A001885和I2010A002161中描述的那些。

传感器1包括对于至少一个障碍物40的至少一个检测单元10。

参见图2，根据本发明，每个检测单元10包括被配置成将信号发射至障碍物以实现其检测的发射模块11。

特定地，发射模块11被配置成将至少一个主发射信号S发射到至少一个障碍物40。

检测单元10进一步包括接收模块12，其被配置成从障碍物40接收至少一个反射信号。

特定地，接收模块12被配置成从障碍物40接收至少一个反射主信号R。

反射主信号R代表对障碍物40的已发生的检测。

每个检测单元10包括连接至发射模块11的换能器13(图2)。

换能器被配置成将发射信号转换成超声波信号，该超声波信号被设计成击中障碍物以使能标识其。

特定地，换能器13被配置成将至少一个主发射信号S转换成超声波信号，该超声波信号被设计成击中障碍物40以使其能标识其。

在优选实施例中，所使用的超声波信号的频率被包括在35-45kHz的范围内，特定地在38-42kHz的范围内。

根据本发明，接近传感器1包括控制单元20。

一般而言，应当注意在本说明书背景和下面的权利要求书中，控制单元20和一般的其它单元(例如检测单元10)将可能表现为被分成不同功能模块(存储器模块或操作模块)，这仅是为以清楚和完整的方式描述单元本身的操作性质的目的。

控制单元可由单个电子器件构成，其被适当地编程用于执行所描述的操作功能，并且不同的模块可对应于作为经编程的器件的一部分的硬件和/或例程软件组件。

可选地或附加地，这些操作功能可通过多个电子器件执行，在这些电子器件上可分布有前述的功能模块。

控制单元可另外利用一个或多个处理器用于执行存储器模块中包含的指令。

所述功能模块可本地地或远程地基于其所在的网络的架构而被分布在不同的计算机上。控制单元20被配置成生成至少主发射信号S。

根据本发明，控制单元20包括存储器21a，适于接收代表将被检测的障碍物40的特征的第一参数P1。

更一般而言，控制单元20包括接收装置21，用于接收代表将被检测的障碍物40的特征的第一参数P1。

由此达到的技术效果是使本发明的传感器适应由传感器本身的不同工作条件和/或不同环境条件标记的不同应用。

服务人员或专用程序将指示将被检测的障碍物的某些特定特征的参数输入至传感器1。

可采用用户界面来将第一参数P1输入至存储器21a。

附加地或可选地，硬件编程器件可允许相同的操作功能。

在一优选实施例中，第一参数P1包括第一距离参数P11，其代表将被检测的障碍物40和传感器1之间的最大距离值dmax。

换言之，通过该第一距离参数P11，可能设置其中传感器必须设法检测障碍物的空间限制。

这个限制依赖于其中车辆或操作装置所作用的环境。

在其中该装置目前以较低速度(例如1-3km/h)移动的大尺寸的修配间(shed)中，这种空间限制将处于几米的数量级并且被安装在一个装置上的传感器将注意检测向其移动靠近的其它装置或诸如墙、长椅之类的固定障碍物。

在存在更小尺寸的或其中移动装置处于高得多的速度(10-20km/h)的环境中，空间限制将更小以易于在碰撞发生前检测移动靠近的障碍物。

在一优选实施例中，第一参数P1进一步包括尺寸参数P12，代表希望由传感器1检测到的障碍物40的最小尺寸dmin。

换言之，尺寸参数P12能设置希望被检测到的障碍物的最小尺寸。

例如，如果本发明的传感器被安装在自推进可操作设备(例如起重机)上，则用于障碍物检测的最小尺寸被如此设置从而忽略不抑制起重机自身的位移和工作的对象，例如尺寸较小(dm³的数量级)的废墟、石块等。

相反，如果传感器被安装在家用剪草机上，则尺寸参数P12相对于前一种情形将以较小的绝对值被设置，例如cm³的数量级。事实上，在这种情形下，即便石块也可能有碍剪草机的工作。

控制单元20包括第一计算模块201，其操作将在下文予以描述。

控制单元20还包括第二计算模块206(图3)，其被配置成从最小尺寸值dmin开始计算主发射信号S的频率f。

第二计算模块206因变于最小尺寸值dmin来计算波长值λ。

计算模块206通过如下公式来计算主发射信号的频率值f：

f=λ/c，其中c是信号在空气中的已知传播速度。

根据本发明，传感器1的存储器21a另外适用于接收表示检测单元10的特征的第二参数P2。换言之，服务人员或专用程序将指定其对于将被用于检测障碍物40的传感器1的某些典型配置范围的参数输入至存储器21a。

可使用与第一代表性参数P1的输入相同的模态来实现输入。

在一优选实施例中，第二参数P2包括代表接近传感器1的移动速度v的速度参数P21。

换言之，当本发明的接近传感器1被安装在具有速度v的移动机器上时，速度参数P21包含被不断更新的该速度的值。

检测单元的更有限的配置参数将对应于机器的更高的速度。控制单元20包括与第一计算模块201关联的补偿模块207(图3)。

补偿模块207被配置成接收传感器的当前速度值v作为输入并因变于传感器本身的速度v来补偿障碍物40与传感器1的距离的计算。

这个计算将在本说明书的下文中更为详细地示出。

因此，根据本发明，控制单元20被配置成因变于第一和第二参数P1、P2来生成至少主发射信号S。

换言之，参看图1：

S=f(PI,P2)。

为了这个目的，控制单元20包括第一信号生成模块203。

根据本发明，发射模块11被配置成因变于第一参数P1和第二参数P2中的一个或多个将至少一个主发射信号S发射至预定的最大距离dmax。

换言之，发射模块11被配置成，因变于第一参数P1和第二参数P2中的一个或多个，以如此方式来改变主发射信号S的强度以使强度成比例于预定的最大距离dmax。

换言之，这些参数P1、P2能设置将被发射至障碍物40的主信号S的特征。

在发射主信号之后，接收模块12被配置成接收主反射信号R。

换言之，主反射信号R因变于所发射的主发射信号S。再换言之，R=f(S)(图2)。

接收模块12被配置成将至少上游主反射信号R发射至控制单元20。

换言之，包含控制单元20、发射模块11、和接收模块12的系统是反馈系统，其中控制单元20是传递函数，发射信号S是“因(cause)”而反射信号R是“果(effect)”。

有利地，根据本发明，可逐步地细化这些特征以达到通过对障碍物自身而被校准的信号来实现对障碍物的检测。

传感器通过利用代表所检测到的障碍物40的特征的第三配置参数P3来执行这种逐步细化。根据本发明，传感器1的存储器21a实际上适用于接收代表所检测到的障碍物40的特征的第三参数P3。根据本发明，第三参数P3代表了从障碍物40自身所反射的信号中可获得的障碍物40的特征。

特定地，主反射信号R是代表了障碍物40的所发生的接近检测，且第三参数P3代表了至少从主反射信号R可获得的障碍物40的特征。

在一优选实施例中，第三参数P3包括代表传感器1与障碍物40的计算出的距离d的第二距离参数P31。

根据本发明，控制单元20包括被配置成计算第三参数P3的第一计算模块201，该第三参数P3代表了从至少一个反射信号可获得的所检测的障碍物40的特征。

根据本发明，控制单元20包括第二生成模块204，其配置成因变于参数P3来生成至少一个附加发射信号。

优选地，该发射信号是为至少一个检测单元10而生成的。

在本发明的优选实施例中，第一计算模块201从主反射信号R开始计算第三参数P3，而生成模块204因变于计算出的参数P3来生成至少一个附加发射信号S1。

根据本发明，如上文已述，控制单元20还计算距离参数P31，特别是传感器1与障碍物40的计算出的距离。

为了前述目的和其它一些目的，根据本发明，第一计算模块201被配置成接收反射信号R作为输入并计算传感器1与障碍物40的距离d。

如本领域内技术人员已知的，距离值d被计算为信号S该环境中的速度值、对于在由发射单元10发射信号S和由接收模块12接收信号R之间经过的时间，两者的乘积的一半。

换言之，在主信号S发射至障碍物并从障碍物返回主反射信号R之后，可能知道障碍物是否处于用于主信号S的发射的假设距离dmax。控制单元20包括比较模块202，其连接于第一计算模块201并适用于比较连续计算出的与障碍物40的距离值。

根据本发明，比较模块202适用于将计算出的距离d和最大距离dmax值进行比较。

比较模块202接收d和dmax距离值作为输入并生成代表比较的信号作为输出。

如果计算出的距离d与最大距离dmax一致，则比较模块202生成将在下文中予以讨论的选择信号Se。

如果计算出的距离d与最大距离dmax不一致，则比较模块202生成信号S1=f(d)，该信号被输入到第二生成模块204，如图3所示。

换言之，如果计算出的距离d与dmax不同，则发射模块11将发射一附加信号S1。

特定地，d将小于或至多等于最大距离dmax。

所实现的技术效果是验证至与一开始所假设的最大距离不同的距离上障碍物的存在。

根据本发明，发射模块11被配置成将至少一个附加发射信号S1发射到计算出的距离d。

所实现的技术效果是验证至距离d而不是一开始所假设的距离dmax上的障碍物40的存在。

换言之，发射模块11被配置成以如此改变该附加发射信号S1的强度以使该强度成比例于计算出的距离d。

接收模块12被配置成接收因变于所发射的附加发射信号S1的至少一个附加反射信号1。换言之，R1=f(S1)(图2和图3)。

第一计算模块201被配置成因变于反射信号R1来计算障碍物40与传感器1的距离d1。

换言之，d1=f(R1)。

比较模块202被配置成将从主反射信号R和附加反射信号R1可获得的传感器1与障碍物40的各计算出的距离d、d1进行比较。

比较模块202接收计算出的距离值d和d1作为输入并生成代表该比较的信号作为输出。

如果计算出的距离d1与距离d一致，则比较模块201生成将在下文中予以讨论的选择信号Se。如果计算出的距离dl与距离d不一致，则比较模块202生成信号Si=f(d1)，作为第二生成模块的输入，如图3所示。

换言之，如果计算出的距离d1与d不同，则发射模块11将发射一附加的信号S1。

换言之，如果d1与d不一致，这意味着障碍物40已移动并必须进行新的检测来实现其准确的定位。因此，新的发射信号Si将从发射模块11被传送至障碍物40，并且新的反射信号R1将由接收模块12接收。

换言之，Ri=f(Si)(图2和图3)。

第一计算模块201将因变于反射信号Ri来计算新的距离di，即di=f(Ri)。

如果di不同于d1，比较模块202将计算被输入至第二生成模块204的新发射信号Sj，或者如果di与d1一致，比较模块202则计算信号Se。

在本发明的可选形式中，距离值d、d1、di的计算还受传感器的当前速度v的影响。

为此目的，控制单元20包括补偿模块207，该补偿模块207与第一计算模块201相联。

补偿模块207被配置成接收下列项作为输入：

·来自接收装置21的传感器的当前速度值v；

·由第一计算模块201计算出的连续的距离值d、dl、di。

补偿模块207被进一步配置成：

·因变于移动速度v来计算由该传感器所覆盖的空间；

·从在障碍物40的两个连续检测实例处计算出的距离减去计算出的所覆盖的空间。

补偿模块207被配置成再次将获得的结果传送至比较模块202。以此方式，在传感器相对于障碍物具有零相对移动的数学条件下执行速度变化的计算。

换言之，尽管传感器相对于障碍物40存在运动，障碍物状态(移动或静止)在任何情形下被检测到。

当获得连续成对的一致距离值时，检测操作(即向障碍物的信号发射)将终止，其中该距离值可能也已经受传感器移动的影响，如前所述。

如已经所述，在下面的情形中：

-d=dmax;

-dl=d;

-di=dl;

比较模块202被配置成产生选择信号Se。

根据本发明，这个信号Se被发射至存储器单元21a和第二发生模块204以供发射信号的相应的生成。

根据本发明，控制单元20包括附加存储器模块210，该附加存储器模块210与存储器21a相关联并包括代表发射信号S、S1、Si、和传感器与障碍物40的计算出的距离d、dl、di的数据。

附加存储器模块210还包括因变于传感器1与障碍物40的距离的预定功率值P。

此外，附加存储器模块210包括之前输入至存储器21a的一个或多个参数P1、P2的值。

根据本发明，存储器21a接收选择信号Se并将其发射至附加存储器模块210。

选择信号Se被配置成因变于从障碍40物计算出的真实距离d、dl、di、以及一个或多个参数P1、P2来在附加存储器模块210中选择发射信号S、S1、Si、或Sj的功率值P。

控制单元20因此被配置成以如此方式将所选功率值P发射至发射单元11以使第二生成模块204生成功率优化的发射信号从而优化障碍物40的检测。

所实现的技术效果是为传感器与障碍物的真实距离以最佳功率向障碍物发射信号。

这牵涉到对所发射的信号的发出的能量的优化以及更少的响应时间。事实上，由接收模块12反射的信号的等待时间成比例于从发射模块11向障碍物40发射的信号的功率P。

如果发射的信号是经过功率优化的，则接收模块的等待时间也被优化。

实际上，障碍物的检测时间被最小化，同时检测效率被最大化。

另外，将上述因素考虑在内，可向传感器提供最小的必要功率。

当传感器被容纳在电池供电的机器内并且功率不可能无限地获得时，这是尤为重要的。

一些实例是高尔夫球场的电机或自动剪草机机器人，它们的操作发生在远离其再充电基座的位置处。

如已经指出的，本发明公开了用于车辆和可操作的自推进设备的障碍物1的接近传感器1，所述传感器包括：

至少一个障碍物40的至少一个检测单元10，所述检测单元10包括：

·发射模块11，其被配置成将至少一个发射信号S、S1、Si、Sj发射至至少一个障碍物40；

·接收模块12，其被配置成从所述至少一个障碍物40接收至少一个反射信号R、R1、Ri、Rj，其中所述至少一个反射信号R、R1、Ri、Rj代表了所述至少一个障碍物40的接近检测的发生；

控制单元20，其包括：

接收装置21：

◇代表将被检测的所述障碍物40的特征的第一参数P1；

◇代表所述检测单元10的特征的第二参数P2(v传感器)；

◇代表所述检测到的障碍物40的特征的第三参数P3；

·第一生成模块203，其被配置成因变于所述参数P1、P2来生成至少一个主发射信号S，所述主信号S是为所述至少一个检测单元10而生成的；

·第一计算模块201，其被配置成计算所述第三参数P3，所述第三参数P3代表从所述至少一个反射信号R、R1、Ri可获得的检测到的障碍物40的特征；

·第二生成模块204，其被配置成因变于所述参数P3来生成至少一个发射信号S1、Si、Sj，所述至少一个信号S1、Si、Sj是为所述至少一个检测单元10而生成的。

此外，该第一计算模块201被配置成：

·接收所述至少一个反射信号R、R1、Ri；

·因变于所述至少一个反射信号R、R1、Ri来计算从所述传感器1开始与所述至少一个障碍物40的距离d、d1、di。

此外，本发明的接近传感器1的控制单元20包括比较模块202，该比较模块202连接至所述第一计算模块201并被配置成将从各所述反射信号R、R1、Ri可获得的各计算出的距离d、d1、di进行彼此比较。

此外，比较模块202被配置成如果所述计算出的距离dl、di与所述计算出的第一距离d、d1不同则因变于所述附加反射信号R1、Ri将计算出的距离d1、di的值发射至所述发射模块11。

此外，接收装置21包括存储器21，且所述比较模块202被配置成如果所述计算出的距离dl、di与所述计算出的距离d、dl一致则对所述存储器21a生成选择信号Se。

Claims (10)

1.一种接近传感器(1)，用于车辆和可操作的自推进设备来检测障碍物或目标(40)，所述传感器(1)包括：

-至少一个障碍物(40)的至少一个检测单元(10)，所述检测单元(10)包括：

·发射模块(11)，其被配置成将至少一个发射信号(S、S1、Si、Sj)发射至至少一个障碍物(40)；

·接收模块(12)，其被配置成从所述至少一个障碍物(40)接收至少一个反射信号(R、R1、Ri、Rj)，其中所述至少一个反射信号(R、R1、Ri、Rj)代表了所述至少一个障碍物(40)的接近检测的发生；

-控制单元(20)，其包括：

·如下项的接收装置(21)：

◇代表将被检测的所述障碍物(40)的特征的第一参数(P1)；

◇代表所述检测单元(10)的特征的第二参数(P2)；

◇代表所述检测到的障碍物(40)的特征的第三参数(P3)；

·第一生成模块(203)，其被配置成因变于所述第一参数(P1)和所述第二参数(P2)而生成至少一个主发射信号(S)，所述主发射信号(S)是为所述至少一个检测单元(10)而生成的；

·第一计算模块(201)，其被配置成计算所述第三参数(P3)，所述第三参数(P3)可从由所述主发射信号(S)反射的反射信号(R)获得；

·第二生成模块(204)，其被配置成因变于所述第一参数(P1)、所述第二参数(P2)和所述第三参数(P3)而生成至少一个附加发射信号(S1)，所述至少一个附加发射信号(S1)是为所述至少一个检测单元(10)而生成的；

·比较模块(202)，所述比较模块(202)连接至所述第一计算模块(201)并被配置成将各计算出的距离(d，dl，di)彼此比较，这些距离是从所述各反射信号(R，R1，Ri)可获得的；

其中所述比较模块(202)被配置成如果所述计算出的距离(dl、di)不同于所述第一计算出的距离(d、d1)则因变于所述反射信号(R1、Ri)将计算出的距离值(d1、di)发射至所述发射模块(11)；

其中因变于所述反射信号(R1、Ri)而计算出的距离值(d，dl)是从在所述主发射信号(S)之后发射的附加发射信号(S1，Si)获得的；

其中所述接收装置(21)包括存储器(21a)，并且所述比较模块(202)被配置成如果所述计算出的距离(dl、di)与所述第一计算出的距离(d、dl)一致则对所述存储器(21a)生成选择信号(Se)。

2.如权利要求1所述的接近传感器(1)，其特征在于，所述第一计算模块(201)被配置成：

·接收所述至少一个反射信号(R、R1、Ri)；

·因变于所述至少一个反射信号(R、R1、Ri)来计算从所述传感器(1)开始的与所述至少一个障碍物(40)的距离(d、d1、di)；

所述距离(d，dl)是从在所述主发射信号(S)之后发射的至少一个附加发射信号(S1，Si，Sj)获得的。

3.如权利要求1或2中任何一项所述的接近传感器(1)，其特征在于，

·所述发射模块(11)被配置成以如此方式发射所述至少一个主发射信号(S)以使得其被配置为因变于所述第一参数(P1)和第二参数(P2)中的一个或多个达到预定的最大距离(dmax)；

·所述接收模块(12)被配置成接收因变于所述至少一个发射的主发射信号的所述至少一个主反射信号(R)。

4.如权利要求1所述的接近传感器(1)，其特征在于：

·所述发射模块(11)被配置成以如此方式发射所述至少一个附加发射信号(S1，Si，Sj)以使得所述至少一个附加发射信号(S1，Si，Sj)被配置成达到所述计算出的距离(d，d1，di)；

·所述接收模块(12)被配置成接收因变于所述至少一个发射的附加发射信号(S1，Si，Sj)的所述至少一个反射信号(R1，Ri)。

5.如权利要求1所述的接近传感器(1)，其特征在于，所述控制单元(20)包括与所述存储器(21a)相关联的附加存储器模块(210)，所述附加存储器模块包括下面的一个或多个：

·代表所述发射信号(S，S1，Si)的数据；

·代表从所述传感器(1)开始的所述障碍物或目标(40)的所述计算出的距离(d，d1，di)的数据；

·包括在所述存储器(21a)中的所述输入的第一参数(P1)和第二参数(P2)中的一个或多个的值；

·与所述代表数据以及所述第一参数(P1)和第二参数(P2)的值范围相关联的预定功率值(P)。

6.如权利要求5所述的接近传感器(1)，其特征在于，所述选择信号(Se)被配置成因变于所述计算出的距离(d，d1，di)和/或所述第一参数(P1)和第二参数(P2)中的一个或多个来为所述附加存储器模块(210)中的发射信号(S，S1，Si，Sj)来选择预定功率值(P)。

7.如权利要求1所述的接近传感器(1)，其特征在于，所述检测单元(10)包括连接至所述发射模块(11)的换能器(13)，所述换能器(13)被配置成将至少一个发射信号(S，S1，Si，Sj)转换成超声波信号。

8.如权利要求1所述的接近传感器(1)，其特征在于，所述第一参数(P)包括如下项中的一个或多个：

·代表从所述传感器(1)开始的与所述障碍物(40)的最大距离值(dmax)的第一距离参数(P11)；

·代表所述障碍物的最小距离值(dmin)的尺寸值(P12)。

9.如权利要求1所述的接近传感器(1)，其特征在于，所述第二参数(P2)包括代表所述接近传感器(1)的移动速度(v)的速度参数(P21)。

10.如权利要求1所述的接近传感器(1)，其特征在于，所述第三参数(P3)包括代表从所述传感器(1)开始的与所述障碍物(40)的计算出的距离(d，dl，di)的第二距离参数(P31)。