CN105629215A - 一种车辆超声波传感器校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种车辆超声波传感器校正方法及系统，该系统包括一个CPU模块、一个温度传感器及至少一个超声波传感器。该方法及系统采用温度传感器检测外界温度，由CPU模块计算出与所期望检测精度相匹配的配置参数，动态的配置超声波传感器，使得超声波传感器检测的覆盖范围在不同温度下保持一致，同时通过CPU模块计算出该温度下的声速，以该声速值计算所检测到的外界障碍物的距离，从而确保系统检测障碍物距离的精度。本方法及系统仅需少量的CPU资源，就能够计算出所需的配置参数和声速，保证了不同温度下超声波传感器系统障碍物距离检测及车辆行驶时障碍物形状检测的精度要求和一致性要求。

Description

一种车辆超声波传感器校正方法及系统

技术领域

本发明涉及一种根据外界温度变化自动调整配置参数的超声波传感器系统，通过调整参数能够保证超声波传感器的覆盖范围的一致性和障碍物距离计算的准确性。

背景技术

众所周知，超声波传感器用于许多驾驶员辅助应用从而辅助车辆驾驶员。在这样的机动车辆应用中，超声波传感器利用通过空气的声波确定物体存在并且确定其距离。

当外部空气的温度(即围绕车辆的外部空气的温度)改变和/或传感器的温度改变时，超声波传感器检测物体并报告它们的距离的能力会受到不利影响。为了辅助减轻这样的超声波传感器的性能的这样的基于温度的变化性，车辆系统典型地使用外部空气温度数据，外部空气温度数据用于向车辆使用者显示外部温度从而补偿与超声波传感器性能有关的温度的改变。

现有技术存在的问题：

超声波传感器的探头是物理器件，不同温度条件下，探头的机械振动的强度和接收回波的灵敏度会有微小的差异。

超声波在空气中的传播根据温度的不同会有一些偏差，超声波本身特性导致不同温度条件下声速不同，这种偏差会影响基于超声波传感器的半自动泊车辅助系统的精度和最终泊车位置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种车辆超声波传感器校正方法及系统，该系统包括一个CPU模块、一个温度传感器及至少一个超声波传感器。该方法及系统采用温度传感器检测外界温度，由CPU模块计算出与所期望检测精度相匹配的配置参数，动态的配置超声波传感器，使得超声波传感器检测的覆盖范围在不同温度下保持一致，同时通过CPU模块计算出该温度下的声速，以该声速值计算所检测到的外界障碍物的距离，从而确保系统检测障碍物距离的精度。本方法及系统仅需少量的CPU资源，就能够计算出所需的配置参数和声速，保证了不同温度下超声波传感器系统障碍物距离检测及车辆行驶时障碍物形状检测的精度要求和一致性要求。

采用的技术方案是：一种车辆超声波传感器校正方法，包括以下步骤：

S1、温度传感器检测外界温度；

S2、CPU模块计算出该温度下对应的声速，当外界温度升高或降低时，计算的声速将相应地增大或减小；

S3、以该声速值计算检测到的外界障碍物的距离，该距离汇合形成超声波传感器的覆盖范围；

S4、当外界温度变化时，自动调整超声波传感器的配置参数，维持超声波传感器的覆盖范围。

优选地，S4中，当外界温度升高时，超声波传感器的灵敏度降低，通过升高增益和/或电流，以及降低感度，维持超声波传感器的覆盖范围；

当外界温度降低时，超声波传感器的灵敏度上升，通过降低增益和/或电流，以及升高感度，维持超声波传感器的覆盖范围。

优选地，S2中，CPU模块计算声速的理论公式为：其中，T为摄氏温度，V为声速。

优选地，S2中，包括以下步骤：

M1、将零下40摄氏度到零上60摄氏度范围内的温度每隔10度取一个值；

M2、通过理论公式计算出所取温度对应的声速，并在系统中建立表格；

M3、当获取到外界温度后，通过查找表格，确定温度的坐落范围；

M4、通过线性公式，获取当前温度对应的声速的估计值V_当前温度；

线性公式为：V_当前温度＝V_下限温度+(T_当前温度-T_下限温度)/(T_上限温度-T_{下限 温度})*(V_上限温度-V_下限温度)；

其中，V_当前温度为当前温度对应的声速，V_下限温度为零下40度时对应的声速，T_当前温度为当前温度，T_下限温度为零下40度，T_上限温度为零上60度，V_{上 限温度}为零上60度时对应的声速。

优选地，S2中，包括以下步骤：

N1、将零下40摄氏度到零上60摄氏度范围内的温度每隔10度取一个值；

N2、通过理论公式计算出所取温度对应的声速，并在系统中建立表格；

N3、当获取到外界温度后，通过查找表格，确定温度的坐落范围；

N4、设置每个温度对应的权重因子；

权重因子计算公式：Factor＝(K_上限温度-K_下限温度)/(T_上限温度-T_下限温度)*T_当前温度+K_上限温度-(K_上限温度-K_下限温度)/(T_上限温度-T_下限温度)*T_{上限温 度}；

其中，Factor为权重因子，K_上限温度为零上60度时对应设定的权重因子，K_下限温度为零下40度时对应设定的权重因子，T_上限温度为零上60度,T_下限温度为零下40度，T_当前温度为当前温度；

N5、通过Factor，计算出当前温度对应的声速：V_当前温度＝V_-40+Factor*T_当前温度；

其中，V_当前温度为权重因子校正后的声速，V_-40为零下40度时对应的声速，Factor为权重因子，T_当前温度为当前温度。

优选地，S4中，包括以下步骤：

F1、将零下40摄氏度到零上60摄氏度范围内的温度每隔10度取一个值，以0摄氏度为基准，设置一组超声波传感器的配置参数；

F2、每10度将设置一组增减因子；

F3、当温度发生变化时，根据温度所在的范围和配置的参数，重新计算出新的配置参数，并对超声波传感器进行配置。

一种车辆超声波传感器系统，包括一个CPU模块、一个温度传感器及至少一个超声波传感器；所述温度传感器检测外界温度，所述CPU模块获取温度传感器的信号并由CPU模块计算出与所期望检测精度相匹配的配置参数，动态的配置超声波传感器。

优选地，所述CPU模块直接通过A/D采样获得温度参数或者通过总线获得温度参数。

优选地，所述的配置参数为感度和/或增益和/或电流。

本发明的有益效果是：提供了一种车辆超声波传感器校正方法及系统，该系统包括一个CPU模块、温度传感器及至少一个超声波传感器。该方法及系统采用温度传感器检测外界温度，由CPU模块计算出与所期望检测精度相匹配的配置参数，动态的配置超声波传感器，使得超声波传感器检测的覆盖范围在不同温度下保持一致，同时通过CPU模块计算出该温度下的声速，以该声速值计算所检测到的外界障碍物的距离，从而确保系统检测障碍物距离的精度。本方法及系统仅需少量的CPU资源，就能够计算出所需的配置参数和声速，保证了不同温度下超声波传感器系统障碍物距离检测及车辆行驶时障碍物形状检测的精度要求和一致性要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1车辆超声波传感器校正方法流程图

图2车辆超声波传感器系统原理图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明优选的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种根据外界温度动态调节配置参数的超声波传感器系统，该系统包括一个CPU模块，一个高精度温度传感器及至少一个以上的超声波传感器。该方法及系统通过温度传感器检测外界温度，或者通过CAN等通信总线获取安装在车上其他模块的温度传感器的信号，根据外界温度计算出配置参数，动态的配置超声波传感器，使超声波传感器的覆盖范围保持一致。同时，系统根据外界温度计算出声速，以该声速值计算所检测到的外界障碍物的距离，保证距离计算的准确性。

根据广泛实验得出的理想条件下，声速和温度的关系为： $V=331*\sqrt{1+(T/273)}.$

其中T为摄氏温度，V为温度为T时的相应的声速。

当温度为零下20度时，计算出来的声速为318.6m/s。

当温度为零上20度时，计算出来的声速为342.9m/s。

根据零上20度检测为4m的距离和零上20度与零下20度相对于的速度差，计算出检测距离相差为：4-318.6*4/342.9＝0.29m相差值严重影响泊车辅助系统在车位测量的精度；故需要对超声波测量障碍物精度进行相应的温度补偿措施。

超声波传感器的参数配置包括：感度、增益及电流。其中，感度是超声波的接收回波后，对模拟信号处理时，认可的电压高度，不同距离的障碍物的回波的感度不一样。增益是超声波传感器的探头在接收到反馈回来的超声波时，有机械振动参数的模拟信号，由于反馈信号过于微小，所以需要增加放大处理，从而使回波能够被系统识别。电流的作用和增益的作用类似。

当外界温度变化时，超声波传感器的探头的灵敏度会改变，导致传感器的覆盖范围无法保持一致。当温度上升时，由于超声波衰减程度变大，最终表现出来的效果是覆盖范围变小；当温度下降时，由于超声波衰减程度减小，最终表现出来的效果是覆盖范围变大。

本系统通过倒车辅助或者停车辅助系统上设置温度传感器或者从车辆总线上获取外界温度，根据不同温度条件动态的配置超声波传感器的参数，从而使超声波传感器单体的覆盖范围或者由超声波传感器组成的倒车辅助和停车辅助系统的整体覆盖范围在不同温度条件下保持一致。

当车辆在借助基于超声波雷达的停车辅助系统时，为了提高停车系统的最终停车位置的精度，需要精确地周边环境情况，包括障碍物车辆的位置，有无路沿及路沿的位置，与车位对立面的车辆或路面情况。由于借助超声波雷达测量障碍物(车、路沿及墙等)的距离，基于超声波本身特性导致不同温度条件下声速不同。故在不同外界温度条件下，需要设定不同的温度补偿以及超声波雷达的参数设置，以提高停车辅助系统的性能。

声速的温度补偿方案：

外界温度参数来源根据可以分为两种：一种为车辆自带外界温度测量装置，目前大部分车都带有温度传感器，并能准确的检测外界温度，通过包括CAN、LIN等在内的总线，传输并提供给各个模块使用；另一种通过在倒车辅助系统和泊车辅助系统等基于超声波传感器的系统本身增加精度符合要求的温度传感器，采集外界温度用于障碍物距离计算。

通过上述方法得到所需的外界温度后，有以下两种方法进行补偿：

实施例一：在包括计算速度，计算使用空间等资源允许的情况下，直接使用理论公式将温度带入到公式的T中，计算当前温度下的声速。该方法得出的当前温度的声速和实际的声速相近。

实施例二：在包括计算速度，使用空间等资源有限的情况下，需要对理论公式进行实际能够使用到的范围进行简单处理，从而缩减计算所需的资源；正常情况下，实际外界温度范围可取在零下40度到零上60度，该取值可以覆盖到车辆能够正常行驶的地域。将所取温度每隔10度取一个值，分别为-40，-30……50,60，通过理论公式计算出所取温度对应的声速，并在倒车辅助系统或者泊车辅助系统中建立表格。当获取到外界温度后，通过查找表格，确定温度的坐落范围，通过线性公式，获取当前温度对应的声速的估计值。当外界温度小于零下40度时，使用零下40度时对应的声速温度，当外界温度大于零上60度时，使用零上60度时对应的声速温度。

线性公式为：V_当前温度＝V_下限温度+(T_当前温度-T_下限温度)/(T_上限温度-T_{下 限温度})*(V_上限温度-V_下限温度)；

其中，V_当前温度为当前温度对应的声速，V_下限温度为零下40度时对应的声速，T_当前温度为当前温度，T_下限温度为零下40度，T_上限温度为零上60度，V_{上 限温度}为零上60度对应的声速。

实施例三：在包括计算速度，使用空间等资源有限的情况下，需要对理论公式进行实际能够使用到的范围进行简单处理，从而缩减计算所需的资源；正常情况下，实际外界温度范围可取在零下40度到零上60度，该取值可以覆盖到车辆能够正常行驶的地域。将所取温度每隔10度取一个值，分别为-40，-30……50,60，设置每个温度对应的权重因子，通过调整权重因子使计算出声速和理论公式计算出的温度相差减小。当外界温度大于零上60度时，使用零上60度时对应的声速温度。取零下40度时的温度的理论声速为参考速度，权重因子为0，其他温度的对应的权重因子计算公式如下：

Factor＝(K_上限温度-K_下限温度)/(T_上限温度-T_下限温度)*T_当前温度+K_{上限 温度}-(K_上限温度-K_下限温度)/(T_上限温度-T_下限温度)*T_上限温度；

其中，Factor为权重因子，K_上限温度为零上60度时对应设定的权重因子，K_下限温度为零下40度时对应设定的权重因子，T_上限温度为零上60度,T_下限温度为零下40度，T_当前温度为当前温度；

通过Factor，计算出当前温度对应的声速：

V_当前温度＝V-40+Factor*T_当前温度；其中，V_当前温度为当前温度对应的声速，V_-40为零下40度时对应的声速，Factor为权重因子，T_当前温度为当前温度；

超声波传感器动态配置：

根据外界温度动态的调节超声波传感器的感度、增益及电流；具体实现方法如下：

通过声速温度补偿方法中提到方法得到所需的外界温度后，通过以下方法实现超声波传感器参数动态调节：

实施例四：正常情况下，实际外界温度范围可取在零下40度到零上60度，该取值可以覆盖到车辆能够正常行驶的地域。将所取温度每隔10度取一个值，分别为-40，-30…50,60，以0度为基准，设置一组超声波传感器的配置参数。每10度将设置一组增减因子，当温度发生变化时，根据温度所在的范围和配置的参数，重新计算出新的配置参数，并对超声波传感器进行配置。温度小于-40度时，使用-40度相对于的配置参数进行配置；当温度大于60度时，使用60度相对于的配置参数进行配置。

实施例五：正常情况下，实际外界温度范围可取在零下40度到零上60度，该取值可以覆盖到车辆能够正常行驶的地域。将所取温度每隔10度取一个值，分别为-40，-30…50,60，超声波传感器在出厂时，固化一组以20度为基准的配置参数。每10度将设置一组增减因子，当温度发生变化时，读取每个超声波传感器的固化配置参数和外界温度所在的范围，重新计算出新的配置参数，并对超声波传感器进行配置。温度小于-40度时，使用-40度相对于的配置参数进行配置；当温度大于60度时，使用60度相对于的配置参数进行配置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车辆超声波传感器校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、温度传感器检测外界温度；

S2、CPU模块计算出该温度下对应的声速，当外界温度升高或降低时，计算的声速将相应地增大或减小；

S3、以该声速值计算检测到的外界障碍物的距离，该距离汇合形成超声波传感器的覆盖范围；

S4、当外界温度变化时，自动调整超声波传感器的配置参数，维持超声波传感器的覆盖范围。

2.根据权利要求1所述的车辆超声波传感器校正方法，其特征在于，S4中，当外界温度升高时，超声波传感器的灵敏度降低，通过升高增益和/或电流，以及降低感度，维持超声波传感器的覆盖范围；

当外界温度降低时，超声波传感器的灵敏度上升，通过降低增益和/或电流，以及升高感度，维持超声波传感器的覆盖范围。

3.根据权利要求1所述的车辆超声波传感器校正方法，其特征在于，S2中，CPU模块计算声速的理论公式为：其中，T为摄氏温度，V为声速。

4.根据权利要求1所述的车辆超声波传感器校正方法，其特征在于，S2中，包括以下步骤：

M1、将零下40摄氏度到零上60摄氏度范围内的温度每隔10度取一个值；

M2、通过理论公式计算出所取温度对应的声速，并在系统中建立表格；

M3、当获取到外界温度后，通过查找表格，确定温度的坐落范围；

M4、通过线性公式，获取当前温度对应的声速的估计值V当前温度；

线性公式为：V当前温度＝V下限温度+(T当前温度-T下限温度)/(T上限温度-T下限温度)*(V上限温度-V下限温度)；

其中，V当前温度为当前温度对应的声速，V下限温度为零下40度时对应的声速，T当前温度为当前温度，T下限温度为零下40度，T上限温度为零上60度，V上限温度为零上60度时对应的声速。

5.根据权利要求1所述的车辆超声波传感器校正方法，其特征在于，S2中，包括以下步骤：

N1、将零下40摄氏度到零上60摄氏度范围内的温度每隔10度取一个值；

N2、通过理论公式计算出所取温度对应的声速，并在系统中建立表格；

N3、当获取到外界温度后，通过查找表格，确定温度的坐落范围；

N4、设置每个温度对应的权重因子；

权重因子计算公式：Factor＝(K上限温度-K下限温度)/(T上限温度-T下限温度)*T当前温度+K上限温度-(K上限温度-K下限温度)/(T上限温度-T下限温度)*T上限温度；

其中，Factor为权重因子，K上限温度为零上60度时对应设定的权重因子，K下限温度为零下40度时对应设定的权重因子，T上限温度为零上60度,T下限温度为零下40度，T当前温度为当前温度；

N5、通过Factor，计算出当前温度对应的声速：V当前温度＝V-40+Factor*T当前温度；

其中，V当前温度为权重因子校正后的声速，V-40为零下40度时对应的声速，Factor为权重因子，T当前温度为当前温度。

6.根据权利要求1所述的车辆超声波传感器校正方法，其特征在于，S4中，包括以下步骤：

F1、将零下40摄氏度到零上60摄氏度范围内的温度每隔10度取一个值，以0摄氏度为基准，设置一组超声波传感器的配置参数；

F2、每10度将设置一组增减因子；

F3、当温度发生变化时，根据温度所在的范围和配置的参数，重新计算出新的配置参数，并对超声波传感器进行配置。

7.一种车辆超声波传感器系统，其特征在于，包括一个CPU模块、一个温度传感器及至少一个超声波传感器；所述温度传感器检测外界温度，所述CPU模块获取温度传感器的信号并由CPU模块计算出与所期望检测精度相匹配的配置参数，动态的配置超声波传感器。

8.根据权利要求7所述的车辆超声波传感器系统，其特征在于，所述CPU模块直接通过A/D采样获得温度参数或者通过总线获得温度参数。

9.根据权利要求7所述的车辆超声波传感器系统，其特征在于，所述的配置参数为感度和/或增益和/或电流。