CN103809168B - 车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法 - Google Patents

车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明通过对车载超声波传感器的动作周期进行可变处理，提供处理车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法，尽可能提高车辆高速行驶时超声波传感器的可靠性。进一步来说，本发明车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法的特征在于，包括：车载超声波传感器发射超声波的阶段；当所述超声波从发射到等待接收之间的周期超过事先设置的动作周期时，发射下一个超声波的阶段；接收到障碍物反射的超声波反射波时，通过所述反射波测量与所述障碍物之间距离的阶段。

Description

车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法
技术领域
本发明涉及车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法，具体指的是，在车辆高速行驶时可以对超声波测量信号进行高速应答、降低通讯障碍信号，进而提高感知性能的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法。
背景技术
一般情况下，超声波传感器指的是通过压电元件的压电原理形成超声波，发射、接收所形成超声波的传感器。车载超声波传感器由单一的传感器单元构成，具有发射、接收超声波的功能，通过测量超声波从发射到被障碍物反射后返回的时间及以测量的时间信息为依据确定相应车辆与障碍物之间的距离。
另外，车载超声波传感器识别障碍物的方式是，发射特定频率的超声波后，感知接收到的反射波信号是否超出临界值。
车辆安装超声波传感器的另一用途是用于在停车前的低速行驶过程中感知位于车辆前方或后方近距离（1.2m以下）的障碍物，向司机发出警告的PAS系统（ParkingAssistance System），及低速行驶时感知位于侧面的近距离（5m以下）障碍物，判断停车空间的SPAS系统（Smart Parking Assistance System）。
相关技术可以参考韩国公开专利第2005-0024564号（防止车辆冲突装置及其控制方法）（2005.03.10）。
发明内容
技术课题
原有车载超声波传感器的开发以车辆低速行驶时的感知性能及远距离测量为主，因为其发射超声波的时间间隔是固定的，所以具有固定动作周期不利于高速应答及近距离测量的缺点。另外，因为发射声波与接收声波的特性相互不匹配，仅单纯通过反射波的大小识别输入，因此声波特性上存在对路面或风等外界情况引起的通讯噪音信号敏感的问题。
此外，原有车载超声波传感器在车辆高速行驶时，传感器发射的超声波具有与声波相比令人无法忽视的速度，所以会产生多普勒效应，这就存在超声波传感器可靠性低的问题。
因此，本发明的目的在于改善上述原有超声波传感器存在的问题，即提供了车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法，通过对车载超声波传感器的动作周期进行可变处理，提高车辆高速行驶时超声波传感器的可靠性。
本发明提供的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法的另一个目的是应用超声波传感器发射的超声波的频率特性，对接收到的超声波信号进行过滤，尽可能简化传感器电路的构成，最大程度减少传感器的运算量。
本发明提供的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法的另一个目的是根据车载超声波传感器发射的超声波产生的多普勒效应测量障碍物，提高超声波传感器的感知性能。
技术方案
从本发明的一个方面来看，本发明提供的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法的特征在于，包括：车载超声波传感器发射超声波的阶段；当所述超声波从发射到等待接收之间的周期超过事先设置的动作周期时，发射下一个超声波的阶段；接收到障碍物反射的超声波的反射波时，通过所述反射波测量与所述障碍物之间距离的阶段。
在本发明中，在所述周期超过事先设置的动作周期，发射下一个超声波的阶段，所述动作周期包括从发射超声波到接受超声波的可变测量时间及消失等待时间（ExtinctionWait Time）。
从本发明的另一个方面来看，本发明提供的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法的特征在于，包括：车载超声波传感器发射的超声波经障碍物反射后被接收的阶段；基于与发射超声波的发射波形特性类似的滤子基对被接收的经所述障碍物反射的反射波进行过滤的阶段；经过所述过滤获得的过滤值超过事先设置的临界值（Threshold）时，将之视为有效数据，据此计算与所述障碍物之间的距离的阶段。
本发明的特征在于，在进行所述过滤的阶段，通过发射超声波及类似的接收超声波的频率增幅得到经过所述过滤获得的过滤值。
从本发明的另一个方面来看，提供的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法的特征在于，包括：行驶车辆的超声波传感器发射的超声波经由目标车辆反射后被接收的阶段；基于所述行驶车辆与所述目标车辆的车速计算反射波频率预测值的阶段；应用所述反射波的频率预测值，对接收到的反射波的频率进行过滤的阶段；经过所述过滤获得的过滤值超过事先设定的临界值（Threshold）时，将之视为有效数据，据此计算与所述目标车辆之间的距离的阶段。
本发明的特征在于，在所述对接收到的反射波的频率进行过滤的阶段，所述过滤依据傅里叶变换的方式进行。
有益效果
根据上述内容可知，本发明可以通过对车载超声波传感器的动作周期进行可变处理，消除需要快速应答的车辆不必要的动作周期的浪费，提高感知速度。
另外，在本发明中，依据车载超声波传感器发射的超声波的动作频率特性进行接收波形的过滤，在通讯信号噪音严重的条件下，仅识别、感知与发射波形类似的信号，进而提高感知性能。
另外，本发明中的车载超声波传感器发射超声波引起的多普勒效应反映了频率的变化，进而预测、反映了超声波发射及接收时的频率变动量，提高了感知目标物的性能。
附图说明
图1是本发明实施例之一，说明车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法相关动作流程图；
图2是本发明实施例之一，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中的超声波传感器动作周期可变状态的图例；
图3是本发明另一实施例，说明车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法相关动作流程图；
图4a及图4b是本发明另一实施例，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，对超声波波形进行类似滤子基过滤的状态的图例；
图5是本发明另一实施例，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，通过类似滤子基预测过滤结果的状态的图例；
图6是本发明另一实施例，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，基于多普勒效应，根据前方障碍物的反射测量频率变化的状态的图例；
图7是本发明另一实施例，对车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，行驶车辆与目标车辆间的相互行驶形成的频率变动比率进行图表化整理的图例；
图8是本发明另一实施例，说明车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法相关动作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对具有上述结构的本发明进行详细说明。
在以下过程中，图例中图示的线条的粗细及构成要素的尺寸等为了说明上的明了性和便利性进行了夸张。另外，下文中使用的用语是基于本发明的功能定义的用语，可能会根据使用者、运用者的意图或惯例的不同而不同。因此，这些用语的定义是基于本发明说明书整体的内容。
首先，参考附图对本发明实施例之一的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法进行详细说明。
图1是本发明实施例之一，说明车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法相关动作流程图，图2是本发明实施例之一，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中的超声波传感器动作周期可变状态的图例。
如图1所示，首先车载超声波传感器在初始化状态（步骤S10）生成超声波并发射（步骤S11）。
所述超声波传感器发射超声波后，感知发射的超声波经障碍物反射并重新被接收的状态（步骤S12），所述经障碍物反射的超声波被接收后，根据所述被接收的超声波，即反射波是否超过临界值判断是否存在障碍物，并基于此通过对到达时间的演算，测量与障碍物之间的距离（步骤S13）。
如果根据所述S13测量了距离，则重新进行所述S11的阶段，发射下一个超声波。
另一方面，根据所述S12阶段的感知结果判断超声波处于未接收状态时，判断超声波从发射开始到感知是否接收为止的周期（T）是否大于包括可变测量时间（即从超声波的发射开始到接收经过的时间）和消失等待时间（Extinction Wait Time）的超声波动作周期（Cycle Time），如果判断结果是大于，则重新进行所述S11的阶段，发射下一个超声波。
不过，如果在所述S14阶段判断所述超声波的动作周期不大于超声波从发射到感知是否接收为止的周期（T），则返回所述S12阶段，继续感知超声波是否被接收。
即，本发明的实施例之一，如图2所示，通过原有的具有固定测量时间的超声波传感器的动作周期（T1）与本发明中反映可变测量时间的超声波传感器的动作周期（T2）的对比可知，首次超声波的反射波被接收后，只要经过消失等待时间（Extinction Time）就会发射下一个超声波，也就是说反射波到被接收为止的测量时间为可变时间。
因此，与原有的动作周期（T1）相比，本发明实施例之一形成的动作周期（T2）可以变得非常短，结果不仅适用于测量处于静止状态或低速移动的障碍物，也同样利于测量位于远处的障碍物或多个障碍物。
下面参考附图，对本发明的另一实施例的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法进行详细说明。
图3是本发明另一实施例，说明车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法相关动作流程图，图4a及图4b是本发明另一实施例，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，对超声波波形进行类似滤子基过滤的状态的图例。
如图3所示，车载超声波传感器在发射超声波后接收到反射波时（步骤S20），在与相应的超声波传感器的接收部分相连接的过滤器（即包含发射波形特征的过滤器）对如图4a所示的接收超声波波形、类似的滤子基（莫勒特小波）进行过滤，并如图4b所示，仅对与发射波波形类似的接收波进行增幅处理（步骤S21）。
在此状态下，判断（步骤S22）所述过滤值是否超过事先设置的临界值（THD），如果判断所述过滤值未超过所述临界值（THD），则将该信号视为无效信号（步骤S23），进行所述S21阶段的过滤处理。
一方面，如果判断所述S22阶段中所述过滤值超过所述临界值（THD），则将相应的过滤值视为有效数据，用于进行距离的计算（步骤S24），重新进行所述S21阶段，反复进行接收反射波的过滤。
图5是本发明另一实施例，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，通过类似滤子基预测过滤结果的状态的图例。
在本发明的另一实施例中，如图5所示，基于计算出的与发射超声波相类似的滤子基过滤值，即使不对微小的波形进行分析，也可以仅对经过滤的信号进行电压水平分析，这样就可以简化超声波传感器的处理电路，减少波形分析的演算量。
下面参考附图对本发明的另一实施例的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法进行详细说明。
图6是本发明另一实施例，图示车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，基于多普勒效应，根据前方障碍物的反射测量频率变化的状态的图例，图7是本发明另一实施例，对车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法中，行驶车辆与目标车辆间的相互行驶形成的频率变动比率进行图表化整理的图例。
如图6所示，本发明另一实施例中，以规定车速（VS）行驶的装有超声波传感器发射端的车辆发射特定频率的（f0）超声波时，比如说，经前方以规定车速（VT）行驶的目标车辆反射的超声波反射频率（f1）考虑到基于多普勒效应的反射波的频率变量，体现为以下的数学公式1。
【数学公式1】
在这里，所述“c”为音速，所述“VS”为载有超声波传感器发射端的车辆的行驶速度，所述“VT”为目标车辆的行驶速度。
另外，经所述目标车辆反射后被接收的反射波的接收频率（f2）体现为以下的数学公式2。
【数学公式2】
把数学公式1的超声波反射频率（f1）带入到所述数学公式2中，所述反射波的接收频率（f2）就得到如下数学公式3的结果。
【数学公式3】
在所述数学公式3中分别带入载有超声波传感器发射端的车辆的行驶速度值和目标车辆的速度值进行计算，如图7所示，可根据行驶车辆和目标车辆的行驶速度计算出频率变动比率，并通过图表化进行应用。
下面参考图8的流程图对本发明另一实施例的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法相关动作进行详细说明。
图8是本发明另一实施例，说明车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法相关动作流程图。
首先，载有超声波传感器发射端的车辆上的车载超声波传感器发射超声波，接收反射波（步骤S30），计算出车辆自身的速度信息，在预测、计算感知对象目标车辆的速度信息的状态下（步骤s31），在所述数学公式3的反射波接收频率（f2）的计算公式中分别带入计算及预测的速度信息，计算反射波频率相关预测量（步骤S32）。
在此状态下，所述超声波传感器的接收端应用所述经计算的反射波频率的预测量，通过对接收波频率的傅里叶转换进行过滤（步骤S33）。
另一方面，判断所述过滤值是否超过事先设置的临界值（THD）（步骤S34），如果判断所述过滤值未超过所述临界值（THD），则进行无效处理（步骤S35）并恢复到S31阶段。
与此相反，如果判断所述过滤值超过所述临界值（THD），则将之视为有效数据，并据此进行距离的计算（步骤S36），之后反复进行所述S31阶段之后的过程。
虽然以上参考附图对本发明进行了说明，但这些说明不过是一个举例说明，我们认为具有该技术领域普遍知识的人员可以据此进行多种变形及实现均等的其它实施例。也就是说，本发明的技术保护范围以所属权利要求范围为准。

Claims (4)

1.一种车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法，其特征在于，包括：
车载超声波传感器发射的超声波经障碍物反射后被接收的阶段；
基于与发射超声波的发射波形特性类似的滤子基，对被接收的经所述障碍物反射的反射波进行过滤的阶段；以及
当经过所述过滤获得的过滤值超过事先设置的临界值时，将之视为有效数据，据此计算与所述障碍物之间的距离的阶段。
2.根据权利要求1所述的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法，其特征在于，通过发射超声波及类似的接收超声波的频率增幅获得经过所述过滤获得的过滤值。
3.一种车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法，其特征在于，包括：
行驶车辆的超声波传感器发射的超声波经目标车辆反射后被接收的阶段；
基于所述行驶车辆与所述目标车辆的车速计算反射波频率预测值的阶段；
应用所述反射波的频率预测值，对接收到的反射波的频率进行过滤的阶段；以及
当经过所述过滤获得的过滤值超过事先设定的临界值时，将之视为有效数据，据此计算与所述目标车辆之间距离的阶段。
4.根据权利要求3所述的车辆高速行驶时的自适应超声波传感器信息处理方法，其特征在于，在所述对接收到的反射波的频率进行过滤的阶段，所述过滤依据傅里叶变换的方式进行。
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