CN105549022A - 一种汽车超声波侦测方法及传感器 - Google Patents

Abstract

本发明一种汽车超声波侦测方法及传感器，具体为：控制传感器中的若干个传声器协同工作，各个传声器采用不同的工作频率、并以相互间隔的工作时序分别对外部发射、接收侦测信号；在单个传声器的侦测周期内，传感器完成若干次侦测，以提高传感器的侦测反应速度。本发明通过电子电路单元对不同频率传声器的特定驱动与控制，可大幅提高超声波传感器的侦测反应速度。本发明在汽车上的运用，具有极其广阔的前景，同时也将进一步提高汽车的行驶安全，具有积极的意义。

Description

一种汽车超声波侦测方法及传感器

技术领域

本发明涉及一种汽车超声波侦测方法及传感器。

背景技术

超声波传感器在汽车上的运用是越来越普及了，比如在车上俗称的倒车雷达，即前后泊车辅助系统，通过布置在车后及车前的超声波传感器对汽车前后周边环境进行侦测，判别物体，扫除盲区，采用的是超声波侦测技术，所用的传感器为超声波传感器。

目前，汽车上新增加运用的半自动泊车系统或自动泊车系统（以下统称为自动泊车系统），其也是通过超声波传感器对周围环境进行侦测，用自动泊车传感器来寻找，识别车位。目前部分汽车上运用的汽车盲点监测系统（或称汽车盲点辅助系统），也采用的是超声波侦测技术，其通过盲点传感器对汽车左右车道车外后视镜不能观察到的盲区区域进行侦测，以辅助驾驶员变道、行车。

如图1所示，设置有泊车传感器16、13（也俗称倒车雷达传感器），分别布置于车前、车后不同位置，前面传感器个数通常为4个或2个，后面传感器个数通常为4个或3个，或2个。盲点传感器11、12通常车左后及车右后各布置1个。自动泊车传感器14、15、17、18通常车前左侧、车前右侧、车后左侧、车后右侧各布置1个；自动泊车传感器14、15同时也作为超声波盲点监测系统的辅助传感器，部分自动泊车系统只有两个自动泊车传感器14、15，没有设置自动泊车传感器17、18。

目前汽车上运用的传感器，如泊车传感器16、13，盲点传感器11、12，自动泊车传感器14、15，17、18，皆为传统的超声波传感器。因为传感器运用功能不同，因此对各种传感器所要求的侦测性能是不一样的。在侦测反应速度要求上，倒车雷达传感器（泊车传感器16、13），因皆为汽车起步、泊车、停车使用，因此对传感器的反应速度要求相对较低。盲点传感器11、12，因为在汽车行驶过程中运用（包含高速），因此对传感器的反应速度要求相对高。自动泊车传感器14、15、17、18，14、15也作为盲点监测系统辅助传感器，因此其在中低速、高速皆需作用，故对其反应速度要求相对较高。

传感器的侦测能力，通常以传感器对直径75MM的PVC水管（以下，直径75MM的PVC水管简称为标准杆）进行侦测（ISO标准），最远侦测距离则为传感器的最大侦测能力，传感器的侦测能力越强，对标准杆的最远侦测距离越大，传感器的侦测能力越弱，对标准杆的最远侦测距离则越小。

在传感器的侦测能力上，泊车传感器16、13作为近距离侦测运用，因此传感器的侦测能力要求相对较低，通常，传感器的量程距离设为2.5M左右，对标准杆在2M左右能测到则可，即能满足系统的要求。

盲点传感器11、12作为对汽车外后视镜左右车道盲区的车辆进行侦测需要，因此传感器的远距离侦测能力要求相对较高，通常传感器的量程距离设为4-6米，对标准杆在4-5M距离要求测到。

自动泊车传感器14、15、17、18作为车位环境状态侦测、识别使用，因此传感器的远距离侦测能力要求相对较高，通常传感器的量程距离设为4-6米，对标准杆在4-5M距离要求测到。

远距离侦测能力及侦测反应速度是超声波传感器最为重要的两个性能指标。

传统的超声波传感器侦测物体，传感器的量程距离设为L，超声波传输速度设为V0（通常为340M/S），完成传感器单次侦测的侦测时间设为t，满足条件为：t=2*L/V0（超声波传播路径为往返行程）。

在此，我们设：泊车传感器16、13的量程距离为L1，L1=2.5M，传统传感器单次侦测，所需时间设为T25，即侦测周期为T25，则T25=2*L1/V0=2*2.5M/(340M/S)=0.015S，即0.015秒；其对距离为LG1的标准杆进行侦测，侦测示意图见图2。我们设盲点传感器11、12及自动泊车传感器14、15、17、18的量程距离为L2，L2=5M，传统传感器单次侦测，所需时间设为T50，即侦测周期为T50，则T50=2*L2/V0=2*5.0M/(340M/S)=0.03S，即0.03秒；其对距离为LG2的标准杆进行侦测，侦测示意图见图3。

由上可知，在量程距离增加一倍后，传统传感器的单次侦测时间，即传感器的侦测周期增加了一倍（T50=2*T25），对于反应速度要求高的盲点传感器、自动泊车传感器，其侦测反应速度反而变慢（低）了，这对盲点监测系统、自动泊车系统的功能作用造成严重的不良影响。

传统传感器除了侦测反应速度因为量程距离增长变慢，同时，盲点传感器11、12，自动泊车传感器14、15、17、18因为传统传感器本身远距离侦测性能受限，虽然传感器的量程距离设为5米，但传感器却很难侦测到距离在4-5M处的标准杆，通常只能在3M左右侦测到，超过3.5M就变得很难，这也就是说传统传感器的远距离侦测能力不够强。侦测能力不够，就难以完成、实现汽车的盲点监测功能及自动泊车功能，或者说即使实现了，但盲点监测系统、自动泊车系统的性能会相对较低。

随着量程距离增大，超声波传感器单次侦测时间变长，超声波传感器侦测反应速度将变慢。为了解决此问题，目前通常方式是改超声波传感器侦测方式为微波或毫米波传感器（探头）侦测方式，以提高反应速度。目前还没有超声波传感器自身改善以解决这一问题的成熟运用例。微波或毫米波传感器，主要因其自身成本相对超声波传感器高很多，因此限制了其运用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构经过改进、达到高速反应的汽车超声波侦测方法，本发明的另一目的是提供一种实施上述方法的汽车超声波传感器。

为实现上述目的，本发明一种汽车超声波侦测方法，具体为：控制传感器中的若干个传声器协同工作，各个传声器采用不同的工作频率、并以相互间隔的工作时序分别对外部发射、接收侦测信号；在单个传声器的侦测周期内，传感器完成若干次侦测，以提高传感器的侦测反应速度。

进一步，若干个所述传声器的工作过程为：

1）设置N个传声器，N≥2，包括传声器1、传声器2、……传声器N；

2）传声器1、传声器2、……传声器N为不同的工作频率，单个传声器侦测周期为T；

3）传声器1：t0时刻开始物体侦测，t0+T时刻完成传声器1的单次侦测；

4）传声器2：t0+T*（1/N）时刻开始物体侦测，t0+T*（1+1/N）时刻完成传声器2的单次侦测；

5）传声器3：t0+T*（2/N）时刻开始物体侦测，t0+T*（1+2/N）时刻完成传声器3的单次侦测；之后的传声器工作形式以此类推，可得：

6）传声器N：t0+T*{（N-1）/N}时刻开始物体侦测，t0+T*{1+（N-1）/N}时刻完成传声器N的单次侦测；

在工作时间内各个传声器按照工作时序循环工作，使得所述传感器的侦测周期为T*1/N，以提高所述传感器的侦测反应速度。

本发明一种实施上述方法的汽车超声波传感器，包括若干个传声器及电子电路单元，该电子电路单元分别控制各个传声器采用不同的工作频率、并以相互间隔的工作时序对外部发射、接收侦测信号。

进一步，若干个所述传声器组合为一体结构。

进一步，所述传感器还包括外壳组件单元、以及安装在其内的胶套单元，外壳组件单元上设置有连接器单元。

进一步，所述传声器通过胶套单元固定设置在所述外壳组件单元内，所述连接器单元为所述传感器的对外硬件接口，所述传感器通过所述连接器单元对外信号传输。

进一步，所述电子电路单元对所述传声器进行驱动以及对回波信号进行放大、滤波、运算处理，以得出侦测距离。

进一步，所述电子电路单元内集成设置有若干组超声波发射模块和超声波接收模块，一组超声波发射模块、超声波接收模块对应于一个所述传声器来控制其工作。

进一步，所述电子电路单元内集成设置有单片机。

进一步，所述电子电路单元内集成设置有电源模块和通讯模块，所述传感器通过所述通讯模块对外进行信号传输。

进一步，所述传感器上设置有用于外部连接的3个管脚：管脚PIN1、管脚PIN2与管脚PIN4，或者设置有4个管脚：管脚PIN1、管脚PIN2、管脚PIN3与管脚PIN4；其中，在所述传感器内部，管脚PIN1与所述电源模块连接，管脚PIN4为接地端，管脚PIN2与所述通讯模块连接，或者管脚PIN2、管脚PIN3分别与所述通讯模块连接。

进一步，所述传感器作为汽车盲点监测系统盲点侦测传感器运用时，所述传感器与汽车反射器设置为一体。

本发明通过电子电路单元对不同频率传声器的特定驱动与控制，可大幅提高超声波传感器的侦测反应速度。本发明在汽车上的运用，具有极其广阔的前景，同时也将进一步提高汽车的行驶安全，具有积极的意义。

附图说明

图1为汽车超声波传感器布置示意图；

图2为传统传感器对距离LG1标准杆侦测示意图；

图3为传统传感器对距离LG2标准杆侦测示意图；

图4为设置两个传声器的传感器结构立体图；

图5为设置两个传声器的传感器的端面示意图；

图6为设置两个传声器的传感器结构示意图；

图7为设置三个传声器的传感器结构示意图；

图8为设置四个传声器的传感器结构示意图；

图9为设置六个传声器的传感器结构示意图；

图10为传统传感器对距离LG1标准杆侦测工作时序信号示意图；

图11为设置两个传声器的传感器对距离LG1标准杆侦测工作时序信号示意图；

图12为设置三个传声器的传感器对距离LG1标准杆侦测工作时序信号示意图；

图13为本发明传感器内部原理框图；

图14为盲点传感器与反射器组件布置示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

本发明一种汽车超声波侦测方法，具体为：控制传感器中的若干个传声器协同工作，各个传声器采用不同的工作频率、并以相互间隔的工作时序分别对外部发射、接收侦测信号；在单个传声器的侦测周期内，传感器完成若干次侦测，以提高传感器的侦测反应速度。

本发明一种汽车超声波侦测方法，针对于N个传声器，其方法步骤具体为：

1）设置N个传声器，N≥2，包括传声器1、传声器2、……传声器N；

2）传声器1、传声器2、……传声器N为不同的工作频率，单个传声器侦测周期为T；

3）传声器1：t0时刻开始物体侦测，t0+T时刻完成传声器1的单次侦测；

4）传声器2：t0+T*（1/N）时刻开始物体侦测，t0+T*（1+1/N）时刻完成传声器2的单次侦测；

5）传声器3：t0+T*（2/N）时刻开始物体侦测，t0+T*（1+2/N）时刻完成传声器3的单次侦测；之后的传声器工作形式以此类推，可得：

6）传声器N：t0+T*{（N-1）/N}时刻开始物体侦测，t0+T*{1+（N-1）/N}时刻完成传声器N的单次侦测；

在工作时间内各个传声器按照工作时序循环工作，即通过单片机控制传声器1、传声器2、……、传声器N以1/N*T时间间隔进行物体侦测，使得传感器的侦测周期为T*1/N，以此大幅提高传感器的侦测反应速度。

如图4至图14所示，本发明一种实施上述方法的汽车超声波传感器，包括若干个传声器（也称探芯）、外壳组件单元、胶套单元、电子电路单元及连接器单元。电子电路单元内集成设置有单片机、电源模块、通讯模块及若干组超声波发射模块、超声波接收模块。

传声器通过胶套单元固定设置在外壳组件单元内，电子电路单元对传声器进行驱动以及对回波信号进行放大、滤波、运算处理，以得出侦测距离；传感器通过连接器单元对外信号传输。

电子电路单元内设置有若干组超声波发射模块、超声波接收模块，一组超声波发射模块、超声波接收模块对应于一个传声器来控制其工作。电子电路单元分别控制各个传声器采用不同的工作频率、并以相互间隔的工作时序对外部发射、接收侦测信号。

并且，若干个传声器及其他组件均组合为一体结构，以形成一个完整、独立的超声波传感器。

本发明汽车超声波传感器上设置有用于外部连接的3个管脚或4个管脚，3个管脚：管脚PIN1、管脚PIN2与管脚PIN4；4个管脚：管脚PIN1、管脚PIN2、管脚PIN3与管脚PIN4。PIN2、PIN3与通信模块连接，但在实际运用时，传感器也可能仅为一个通信脚（不需2个）。因此，在传感器内部，管脚PIN1与所述电源模块连接，管脚PIN4为接地端，管脚PIN2与通讯模块连接，或者管脚PIN2、管脚PIN3分别与所述通讯模块连接。

图4、图5为设置有两个传声器的汽车超声波传感器，图7为设置有三个传声器的汽车超声波传感器，图8为设置有四个传声器的汽车超声波传感器，图9为设置有六个传声器的汽车超声波传感器。

实施例一：

以图4、图5、图6中所示设置有两个传声器为例，具体说明如下：

本发明汽车超声波传感器，包括传声器20a1、传声器20a2、硅胶套单元20b1、硅胶套单元20b2、电子电路单元20d、连接器单元20e、外壳组件单元20c（含可能的填充胶）。其中，硅胶套单元20b1、硅胶套单元20b2可根据结构特征设计成一体结构。

硅胶套单元20b1、硅胶套单元20b2为传声器提供防护及减震作用。连接器单元20e实现传感器电源供应、数据传输等硬件连接功能，并与外壳组件单元20c一起为传感器提供整体安装支持及防护。各单元组装集成为一体，形成传感器，通常传感器采用填充胶进行灌封，以实现防水功能（部分传感器则直接利用外壳组件进行结构式密封达到防水功能，不采用填充胶进行灌封）。

图4中设置有两个传声器：传声器20a1、传声器20a2，传感器的内部电路也相应的设置有对应于传声器20a1和传声器20a2的两套驱动、接收、放大滤波、运算等相关电路模块。传声器20a1、传声器20a2采用不同的工作频率，电子电路单元20d按不同时序驱动传声器20a1、传声器20a2协同工作，对同一环境（物体）进行侦测，传声器20a1与传声器20a2两者同一个时间段内都在工作（发射与接收），但两者在工作时序上是错开的。

如图2、图10所示，传统单传声器传感器对标准杆（直径75MM的PVC水管）侦测，传感器的量程距离为L1（2.5M），传感器对标准杆的侦测距离为LG1，所产生的工作时序信号如图10，TA-10a为传声器10a的发射余振信号，SA-10a为传声器10a的回波信号，传感器的侦测周期为T25。

如图4、图5中所示的两传声器传感器，对标准杆侦测，传感器的量程距离为L1（2.5M），传感器对标准杆的侦测距离为LG1，所产生的工作时序信号如图11所示，TA-20a1为传声器20a1的发射余振信号，SA-20a1为传声器20a1的回波信号，TA-20a2为传声器20a2的发射余振信号，SA-20a2为传声器20a2的回波信号。电子电路单元20d控制在第一个传声器20a1发射驱动后的1/2*T25时间，第二个传声器20a2开始发射驱动，在第二个传声器20a2发射驱动后的1/2*T25时间，第一个传声器20a1开始发射驱动，两者依此循环，由时序图可知，两传声器传感器的侦测周期为1/2*T25。可知，本实施例中所示的两传声器传感器的侦测周期为传统单传声器传感器的侦测周期的二分之一。故，本实施例中的两传声器传感器的侦测反应速度为传统单传声器传感器的两倍，反应速度大幅增加。

实施例二：

如图7所示，为三传声器结构示意图，其包括传声器30a1、传声器30a2、传声器30a3。

三个传声器的工作时序信号如图12所示，三传声器传感器，传感器电子电路单元控制在第一个传声器30a1发射驱动后的1/3*T25时间，第二个传声器30a2开始发射驱动，在第二个传声器30a2发射驱动后的1/3*T25时间，第三个传声器30a3开始发射驱动，在第三个传声器30a3发射驱动后的1/3*T25时间，第一个传声器30a1开始发射驱动，三者依此循环，由时序图12可知，三传声器传感器的侦测周期为1/3*T25。可知，本实施例中三传声器传感器的侦测周期为传统单传声器传感器的侦测周期的三分之一。故，本实施例三传声器传感器的侦测反应速度为传统单传声器传感器的三倍，反应速度进一步增加。

图8为设置有4个传声器的结构示意图，图9为设置有6个传声器的结构示意图。依此类推，本发明汽车超声波传感器上传声器数量再增加至N个，那么传感器的侦测周期为传统单传声器传感器侦测周期的N分之一，传感器的侦测反应速度则会再进一步增快。

传感器的侦测反应速度大幅提高，这一点对于量程距离要求大（远）的运用场所，是极为有益的。譬如盲点监测系统，采用本发明的两传声器或多传声器传感器，传感器的侦测反应速度大幅增加至传统传感器的两倍或数倍，使得盲点监测系统的反应速度大幅提升，极大的提高了盲点监测系统的性能。

本发明的两传声器或多传声器传感器，传感器上各个传声器设置为不同的频率，比如，第一传声器为40K、第二传声器为48K、第三传声器为58K，等等，是为了避免同频干扰，以保证各个传声器通道都能准确的对物体进行侦测及识别。

如图14所示，本发明传感器作为汽车盲点监测系统盲点侦测传感器运用时，传感器与汽车反射器10（反光片）设置为一体。即：将左两传声器或多传声器盲点传感器与左反射器设为一体，制成左组件（小总成件），将右两传声器或多传声器盲点传感器与右反射器设为一体，制成右组件，然后将左右组件再安装固定于汽车后保险杠上。

该设置形式具有如下优点：一，盲点传感器与反射器设制为一体，显得各个传声器较隐蔽，从而使得车后整体外观美观。如果两传声器或多传声器盲点传感器直接安装布置于保险杠，因为必须外表面外露的传声器数量多，传感器较大，会使得两传声器或多传声器传感器在保险杠上看起来显得过于突出，不那么雅致。二，通过组件自身形状、结构的调整，组件在保险杠上布置位置、角度的调整，使得传感器在车上容易选定、获得更佳的布置方位及角度，从而获得更佳的侦测性能。盲点传感器直接安装固定于保险杠上的方式，则缺少这样的调整自由度，实现起来比较困难。三，汽车保险杠颜色有很多种，盲点传感器与反射器设制为一体，可以大大减少传感器外表所需喷油漆的颜色种类，只需一两种与反射器匹配佳的颜色即可。但如果传感器直接安装布置于保险杠上，为使传感器外表面保持与车身一样的颜色，则需要很多种颜色油漆，以致加工麻烦、成本增加。

同时，本发明汽车超声波侦测方法及传感器，除了可以运用在通常所说的汽车上，也可以运用在三轮车、摩托车、残疾车、电动自行车等各类种类、大小不同的车辆上，如采用本发明汽车超声波侦测方法及传感器，都属于本发明涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种汽车超声波侦测方法，其特征在于，该方法具体为：控制传感器中的若干个传声器协同工作，各个传声器采用不同的工作频率、并以相互间隔的工作时序分别对外部发射、接收侦测信号；在单个传声器的侦测周期内，传感器完成若干次侦测，以提高传感器的侦测反应速度。

2.如权利要求1所述的汽车超声波侦测方法，其特征在于，若干个所述传声器的工作过程为：

1）设置N个传声器，N≥2，包括传声器1、传声器2、……传声器N；

2）传声器1、传声器2、……传声器N为不同的工作频率，单个传声器侦测周期为T；

3）传声器1：t0时刻开始物体侦测，t0+T时刻完成传声器1的单次侦测；

4）传声器2：t0+T*（1/N）时刻开始物体侦测，t0+T*（1+1/N）时刻完成传声器2的单次侦测；

后续传声器工作形式以上述形式进行，可得：

传声器N：t0+T*{（N-1）/N}时刻开始物体侦测，t0+T*{1+（N-1）/N}时刻完成传声器N的单次侦测；

在工作时间内各个传声器按照工作时序循环工作，使得所述传感器的侦测周期为T*1/N，以提高所述传感器的侦测反应速度。

3.一种汽车超声波传感器，其特征在于，该传感器包括若干个传声器及电子电路单元，该电子电路单元分别控制各个传声器采用不同的工作频率、并以相互间隔的工作时序对外部发射、接收侦测信号。

4.如权利要求3所述的汽车超声波传感器，其特征在于，若干个所述传声器组合为一体结构。

5.如权利要求3所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述传感器还包括外壳组件单元、以及安装在其内的胶套单元，外壳组件单元上设置有连接器单元。

6.如权利要求5所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述传声器通过胶套单元固定设置在所述外壳组件单元内，所述连接器单元为所述传感器的对外硬件接口，所述传感器通过所述连接器单元对外信号传输。

7.如权利要求3所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述电子电路单元对所述传声器进行驱动以及对回波信号进行放大、滤波、运算处理，以得出侦测距离。

8.如权利要求3所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述电子电路单元内集成设置有若干组超声波发射模块和超声波接收模块，一组超声波发射模块、超声波接收模块对应于一个所述传声器来控制其工作。

9.如权利要求3所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述电子电路单元内集成设置有单片机。

10.如权利要求3所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述电子电路单元内集成设置有电源模块和通讯模块，所述传感器通过所述通讯模块对外进行信号传输。

11.如权利要求10所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述传感器上设置有用于外部连接的3个管脚：管脚PIN1、管脚PIN2与管脚PIN4，或者设置有4个管脚：管脚PIN1、管脚PIN2、管脚PIN3与管脚PIN4；其中，在所述传感器内部，管脚PIN1与所述电源模块连接，管脚PIN4为接地端，管脚PIN2与所述通讯模块连接，或者管脚PIN2、管脚PIN3分别与所述通讯模块连接。

12.如权利要求3所述的汽车超声波传感器，其特征在于，所述传感器作为汽车盲点监测系统盲点侦测传感器运用时，所述传感器与汽车反射器设置为一体。