CN107918129A - 超声传感器装置和超声传感器装置的感测方法 - Google Patents

超声传感器装置和超声传感器装置的感测方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及超声传感器装置和超声传感器装置的感测方法。提供了一种超声传感器装置及和感测方法。该装置包括：第一超声传感器，在发送模式向对象发送超声波并且在接收模式下接收从对象反射的超声波的回波；至少一个第二超声传感器，靠近第一超声传感器布置并且接收从对象反射的超声波的回波；以及控制单元，在第一超声传感器处于所述接收模式的情况下，通过使用基于由第一超声传感器接收的回波而输出的第一距离信号和从第二超声传感器输出的第二距离信号计算关于对象的最短距离信号。

Description

超声传感器装置和超声传感器装置的感测方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年10月11号在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0131370号的优先权和权益，通过引用将其全部内容结合于本文中。
技术领域
本发明涉及超声传感器(ultrasonic sensor)，并且更具体地，涉及超声传感器装置以及超声传感器装置的感测方法。
背景技术
近年来，汽车制造商正在开发车辆安全相关技术并且正为市场引进更先进的安全技术。其典型示例是主要被用在与停车相关的高级驾驶辅助系统(ADAS)。特别地，停车辅助系统和自动停车辅助系统被广泛用于告知停车时车辆与对象之间的距离。这个系统的关键技术包括通过超声传感器测量车辆周围的对象的位置或对象与车辆之间的距离的技术。
超声传感器为发射非可听频带(inaudible band)内的20KHz以上频率的超声波、然后感测从外部对象反射的超声回波以测量到外部对象的距离的传感器。在汽车内，利用由超声传感器感测的超声回波测量到汽车周围的对象的距离，并且以诸如警报声、在车辆显示器上进行显示等各种方式告知驾驶人。
然而，使用传统的超声传感器的距离测量设备在距离的范围或准确性上具有多种限制。具体地，由于超出传统超声传感器的感测范围和准确性的限制的各种应用领域的需求逐渐增加，使用超声传感器测量距离的现有系统的改进已经变得很迫切。例如，因各种原因拓展现有超声传感器的感测范围并提高其准确性已经变得很有必要，诸如能够在狭窄的停车空间中感测更加高效停车的较短距离。
这种传统超声传感器装置中，一个超声传感器生成超声波，而生成超声波的超声传感器接收来自对象的超声波的反射。然而，当对象相对于超声传感器在垂直方向上未对齐时，相对于超声传感器以一倾斜角接收来自对象的超声波的回波，使得在重复生成和接收超声波之后能够确定实际对象与车辆之间的距离。此外，相对于横轴的距离不应考虑在内，使得对于准确测量车辆与对象之间的最短距离存在限制。
相关的现有技术是美国专利公开No.US2008/0218324(于2008年9月11号发布)。
发明内容
创作本发明是为了解决或缓解包括上述问题的各种问题。本发明的目标是提供一种超声传感器装置，在超声传感器装置内，一个超声传感器可生成超声波并且多个超声传感器可接收从对象反射的超声波的回波，并且超声传感器装置能够通过结合多个超声传感器的接收值来考虑至横轴和纵轴的距离来准确计算车辆与对象之间的实际距离，以确定车辆和对象之间的最短距离。然而，这些问题仅用于示出的目的并且本发明的范围不限于此。
根据本发明的一个方面，提供一种超声传感器装置。超声传感器装置包括：第一超声传感器，以发送模式向对象发送超声波并且以接收模式接收从对象反射的超声波的回波；至少一个第二超声传感器，靠近第一超声传感器布置且接收从对象反射的超声波的回波；以及控制单元，在第一超声传感器处于接收模式的情况下，通过使用基于由第一超声传感器接收的回波而输出的第一距离信号和从第二超声传感器输出的第二距离信号计算关于对象的最短距离信号。
在超声传感器装置中，控制单元可将第一距离信号和第二距离信号之中的较短信号计算作为关于对象的最短距离信号。
在超声传感器装置中，控制单元可组合第一距离信号和第二距离信号且将使用三角函数(trigonometric function)计算出的值计算作为关于对象的最短距离信号。
在超声传感器装置中，当第一超声传感器处于发送模式时，第二超声传感器可以处于用于接收从对象反射的超声波的回波的接收模式。
在超声传感器装置中，第一超声传感器和第二超声传感器可被设置在相同的平面上并且相对于地面是水平的，使得产生对象的二维坐标。
超声传感器装置可进一步包括靠近第一超声传感器或第二超声传感器布置的并且接收从对象反射的超声波的回波的至少一个第n超声传感器。
在超声传感器装置中，第n超声传感器可以与第一超声传感器和第二超声传感器成三角布置，第n超声传感器距离地面的高度不同于布置在相同的平面的第一超声传感器和第二超声传感器的高度，以便产生对象的三维坐标。
根据本发明的一个方面，提供了一种超声传感器装置的感测方法。该方法包括：使用第一超声传感器向对象发送超声波的发送步骤；第一距离信号输出步骤，在第一距离信号输出步骤中，第一超声传感器接收从对象反射的超声波的回波并且输出第一距离信号；第二距离信号输出步骤，在第二距离信号输出步骤中，靠近第一超声传感器布置的至少一个第二超声传感器接收从对象反射的超声波的回波并且输出第二距离信号；以及最短距离信号计算步骤，用于使用第一距离信号和第二距离信号计算关于对象的最短距离信号。
在该感测方法中，在最短距离信号计算步骤，可以将第一距离信号和第二距离信号中的较短信号计算作为关于对象的最短距离信号。
在该感测方法中，在最短距离信号计算步骤，通过组合第一距离信号和第二距离信号使用三角函数计算出的值可以被计算作为关于对象的最短距离信号。
有益效果
根据上面所描述的本发明的实施方式，一个超声传感器可产生超声波并且多个超声传感器可接收从对象反射的超声波的回波。在此，通过组合多个超声传感器的接收值，考虑至横轴和纵轴的距离来准确测量车辆与对象之间的实际距离，以确定车辆与对象之间的最短距离。
此外，可以通过单一超声波生成(single ultrasonic wave generation)来计算对象相对于横轴和纵轴的坐标，从而缩短了系统处理时间并且更准确地确定对象的位置，使得超声传感器装置及其感测方法可用于车辆的停车辅助系统。当然，本发明的范围不受这些效果限制。
附图说明
图1为示出根据本发明的实施方式的超声传感器装置的示意图。
图2为示出通过图1的超声传感器装置的第一超声传感器产生的信号的曲线图。
图3为示出通过图1的超声传感器装置的第二超声传感器产生的信号的曲线图。
图4为示出根据本发明的实施方式的超声传感器装置的感测方法的流程图。
<附图标记说明>
10：第一超声传感器
20：第二超声传感器
T：对象
t1：用于发送超声波的时间段
t2：第一距离信号
t3：第二距离信号。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。
提供这些实施方式使得本公开将是透彻且完整的，且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。然而，应理解的是，本发明并不限于下面所描述的实施方式，而是可以以各种其他形式体现。更确切地，提供这些实施方式使得本公开将是透彻且完整的，且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。此外，为了便于和清楚地说明，放大了附图中每层的厚度或尺寸。
图1为示出根据本发明的实施方式的超声传感器装置的示意图，图2为示出通过图1的超声传感器装置的第一超声传感器10产生的信号的曲线图，以及图3为示出通过图1的超声传感器装置的第二超声传感器20产生的信号的曲线图。
参考图1，根据本发明的实施方式的超声传感器装置可包括第一超声传感器10、第二超声传感器20以及控制单元(未示出)。
如图1中所示，第一超声传感器10可以在发送模式下将超声波发送到对象T并且在接收模式下接收从对象T反射的超声波的回波。
更具体地，第一超声传感器10可包括换能器(transducer)。在此，第一超声传感器10可根据从超声驱动装置接收的发送脉冲通过振动换能器发送超声波。此外，当从对象T反射的超声波的回波再次振动换能器，换能器可将振动转换为电信号并且输出该电信号。在此，超声波的发送和接收暂时被分为发送模式和接收模式，发送模式和接收模式可依次重复执行。
至少一个第二超声传感器20靠近第一超声传感器10设置并且可以接收从对象反射的超声波的回波。在此，第二超声传感器20可具有与根据图1中所示的本发明的实施方式的第一超声传感器10相同的配置和功能，并且因此省略其详细描述。
此外，例如，当第一超声传感器10处于发送模式时，第二超声传感器20可以处于用于接收从对象T反射的超声波的回波的接收模式。更具体地，第二超声传感器20可持续处于接收模式直至第一超声传感器10在发送模式之后进入接收模式为止。
因此，第一超声传感器10在发送模式下生成超声波后，第一超声传感器10和第二超声传感器20可同时保持用于接收从对象反射的超声波的回波的接收模式，使得一个超声传感器生成超声波并且多个超声传感器接收从对象反射的超声波的回波。
然后，在第二超声传感器20在发送模式下生成超声波后，第一超声传感器10和第二超声传感器20可以以第一超声传感器10和第二超声传感器20同时保持用于接收从对象反射的超声波的回波的接收模式的方式交替并重复地处于发送模式，使得第一超声传感器10和第二超声传感器20共同接收在发送模式下生成的、从对象反射的超声波的回波。
此外，第一超声传感器10和第二超声传感器20可布置在相同的平面上并且相对于地面水平布置，使得生成对象的X轴和Y轴的二维坐标。例如，第一超声传感器10和第二超声传感器20可以在车辆后端处以与地面相同的高度，相对于地面水平地布置在相同的平面上，使得生成位于车辆后端的后方的对象T的相对位置以具有X轴和Y轴的二维坐标。
此外，可进一步提供至少一个第n超声传感器，至少一个第n超声传感器靠近第一超声传感器10或第二超声传感器20布置并且接收从对象T反射的超声波的回波。在此，可以与第一超声传感器10和第二超声传感器20成三角形地布置第n超声传感器，第n超声传感器距离地面的高度不同于布置在相同平面上的第一超声传感器10和第二超声传感器20的高度，以便生成对象T的三维坐标。
因此，可以生成位于车辆后端的后方的对象T的X轴、Y轴和Z轴的三维坐标，从而不仅掌握了位于车辆的后方的对象T的位置还掌握了对象T的高度。
此外，参考图2和图3，控制单元可在第一超声传感器处于接收模式的情况下，通过使用基于由第一超声传感器10接收的回波而输出的第一距离信号t2和从第二超声传感器20输出的第二距离信号t3计算关于对象T的最短距离信号。
例如，如图2中所示，在第一超声传感器10发送超声波的时间段t1之后，可输出通过第一超声传感器10接收从对象T反射的超声波的回波的时间段作为第一距离信号t2。此外，如图3中所示，第一超声传感器10发送超声波的时间段t1之后，可输出通过第二超声传感器20接收从对象T反射的超声波的回波的时间段作为第二距离信号t3。
在此，控制单元可组合第一距离信号t2和第二距离信号t3并且将使用三角函数计算出的值计算作为关于对象T的最短距离信号。在此，三角函数是在平面上坐标系有X轴和Y轴，以零点为原点且根据将具有坐标系的坐标的点与原点连接的事件而具有正弦、余弦、正切、正割、余割和余切的函数。例如，如果已知超声传感器10和第二超声传感器20之间的距离并且通过使用第一距离信号t2和第二距离信号t3已知了对象T的角度，那么可精确计算对象T与车辆之间的距离。
例如，生成超声波的第一超声传感器10可接收与其间发送超声波的时间段t1与第一距离信号t2的和相对应的飞行时间ToF，并且第二超声传感器20可接收与其间第一超声传感器10发送超声波的时间段t1与第二距离信号t3的和相对应的飞行时间。因此，控制单元可通过仅生成一次超声波来测量第一距离信号t2和第二距离信号t3的长度。借此，可通过如上文所描述的三角函数技巧(trigonometric function technique)来计算对象T与车辆之间的实际距离。此外，可以通过这一技巧计算X轴上的对象T相对于车辆的位置，并且可以生成二维坐标。
此外，为了进一步简化用于计算最短距离信号的计算，控制单元可在不使用三角函数的情况下将第一距离信号t2和第二距离信号t3中的较短信号计算作为关于对象T的最短距离信号。
因此，如图1至图3中所示，在根据本发明的实施方式的超声传感器装置中，一个超声传感器可生成超声波并且多个超声传感器可接收从对象反射的超声波的回波。在此，通过组合多个超声传感器的接收值考虑至横轴和纵轴的距离来准确测量车辆和对象之间的实际距离，以确定车辆和对象之间的最短距离。
因此，可以通过单一超声波生成来计算对象相对于横轴和纵轴的坐标，从而缩短了系统的处理时间且更准确地确定对象的位置，使得该项技术可被用于车辆的停车辅助系统。
图4为示出根据本发明的实施方式的超声传感器装置的感测方法的流程图。
如图4中所示，超声传感器装置的感测方法包括：用于使用第一超声传感器10向对象T发送超声波的发送步骤S10；第一距离信号输出步骤S20，在该第一距离信号输出步骤中，第一超声传感器10接收从对象T反射的超声波的回波并且输出第一距离信号t2；第二距离信号输出步骤S30，在该第二距离信号输出步骤中，靠近第一超声传感器10布置的至少一个第二超声传感器20接收从对象T反射的超声波的回波并且输出第二距离信号t3；以及用于使用第一超声传感器t2和第二超声传感器t3计算关于对象T的最短距离信号的最短距离信号计算步骤S40。
例如，在最短距离信号计算步骤S40中，通过组合第一距离信号t2和第二距离信号t3使用三角函数计算出的值可被计算为关于对象T的最短距离信号。此外，在最短距离信号计算步骤S40中，第一距离信号t2和第二距离信号t3中的较短信号可被计算为关于对象T的最短距离信号。
因此，如图4中所示，在根据本发明的实施方式的超声传感器的感测方法中，一个超声传感器可生成超声波并且多个超声传感器可接收从对象反射的超声波的回波。在此，通过组合多个超声传感器的接收值，考虑至横轴和纵轴的距离来准确测量车辆与对象之间的实际距离，以确定车辆与对象之间的最短距离。
因此，可以通过单一超声波生成来计算对象相对于横轴和纵轴的坐标，从而缩短了系统的处理时间且更准确地确定对象的位置，以便该项技术可被用于车辆的停车辅助系统。
尽管已经参考示例性实施方式描述了本发明，将理解的是，本发明不限制于所公开的示例性实施方式，而相反地，旨在涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种变形和等效布置。因此，应通过所附权利要求的技术构思来确定本发明的真正范围。

Claims (10)

1.一种超声传感器装置，包括：
第一超声传感器，在发送模式下向对象发送超声波并且在接收模式下接收从所述对象反射的所述超声波的回波；
至少一个第二超声传感器，靠近所述第一超声传感器布置并且接收从所述对象反射的所述超声波的回波；以及
控制单元，在所述第一超声传感器处于所述接收模式的情况下，通过使用基于由所述第一超声传感器接收的回波而输出的第一距离信号和从所述第二超声传感器输出的第二距离信号计算关于所述对象的最短距离信号。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述控制单元将所述第一距离信号和所述第二距离信号中的较短信号计算作为关于所述对象的所述最短距离信号。
3.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述控制单元组合所述第一距离信号和所述第二距离信号并且将使用三角函数计算出的值计算作为关于所述对象的所述最短距离信号。
4.根据权利要求1所述的装置，
其中，当所述第一超声传感器处于发送模式时，所述第二超声传感器处于用于接收从所述对象反射的所述超声波的回波的接收模式。
5.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述第一超声传感器和所述第二超声传感器布置在相同的平面上并且相对于地面水平地布置，使得产生所述对象的二维坐标。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
至少一个第n超声传感器，靠近所述第一超声传感器或所述第二超声传感器布置并且接收从所述对象反射的所述超声波的回波。
7.根据权利要求6所述的装置，
其中，与所述第一超声传感器和所述第二超声传感器成三角形地布置所述第n超声传感器，所述第n超声传感器距地面的高度不同于布置在相同平面上的所述第一超声传感器和所述第二超声传感器的高度以便产生所述对象的三维坐标。
8.一种超声传感器装置的感测方法，所述方法包括：
发送步骤，用于使用第一超声传感器向对象发送超声波；
第一距离信号输出步骤，在所述第一距离信号输出步骤中，所述第一超声传感器接收从所述对象反射的所述超声波的回波并且输出第一距离信号；
第二距离信号输出步骤，在所述第二距离信号输出步骤中，靠近所述第一超声传感器布置的至少一个第二超声传感器接收从所述对象反射的所述超声波的回波并且输出第二距离信号；以及
最短距离信号计算步骤，用于使用所述第一距离信号和所述第二距离信号计算关于所述对象的最短距离信号。
9.根据权利要求8所述的方法，
其中，在所述最短距离信号计算步骤中，将所述第一距离信号和所述第二距离信号中的较短信号计算作为关于所述对象的所述最短距离信号。
10.根据权利要求8所述的方法，
其中，在所述最短距离信号计算步骤，通过组合所述第一距离信号和所述第二距离信号使用三角函数计算出的值被计算作为关于所述对象的所述最短距离信号。
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