CN111149014A - 用于提高测距精度的超声波传感器模块 - Google Patents

用于提高测距精度的超声波传感器模块 Download PDF

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Abstract

根据本发明的用于在车辆行驶及停车时感测并告知周围物体的超声波传感器模块包括：两个以上超声波传感器，其安装在车辆上，用于发射超声波信号并接收从物体反射回的超声波信号；驱动部，其用于驱动所述超声波传感器；以及控制部，其控制超声波传感器模块的整体操作，并使用由两个超声波传感器接收的超声波信号通过三角测量法来计算物体与车辆之间的垂直距离。根据本发明，具有利用三角测量法更准确地计算与物体的距离从而能够提高测距精度的效果。

Description

用于提高测距精度的超声波传感器模块
技术领域
本发明涉及一种超声波传感器，更具体地涉及在车辆行驶及停车时感测车辆周围的物体并告知驾驶员的超声波传感器模块，尤其是涉及一种提高测距精度的方法。
背景技术
通常来说，超声波传感器用于感测距离，并且已经提出了使用由超声波传感器来感测距离的各种系统，例如停车引导系统。
使用超声波传感器的停车引导系统使用如下方法：设置在车辆上端的超声波传感器发射并接收反射波，测量所接收到的反射波的延迟时间并换算为距离，基于换算的距离值来判断在超声波传感器的下端是否存在车辆。
在超声波停车辅助装置中，多个超声波传感器位于车辆的保险杠部分，并且使用从每个超声波传感器发射的超声波信号撞击物体并反射回的信号来测量距离。然而，在这种情况下，在物体在一定距离内接近车辆的情况下，存在着测距精度显著降低的问题。
此外，由于现有的超声波停车辅助装置使用三角测量法等来执行计算，因此执行诸如平方根计算的复杂数学运算，这需要大容量的存储空间和高性能的微型计算机，因此，实际上，由于微型计算机的计算能力和存储空间的容量的限制，在执行复杂的数学运算时存在许多限制。
发明内容
为了解决上述问题而提出本发明，本发明的目的是提供一种超声波传感器模块，其能够通过使用三角测量法更准确地计算到物体的距离，从而提高测距精度。
本发明的另一个目的是提供一种超声波传感器模块，其能够通过使用查找表方法来执行平方根计算，从而利用具有相对低性能的运算能力的微型计算机和容量低的存储装置来执行复杂的数学运算。
本发明的目的并不限于上述目的，并且本领域技术人员从以下描述中能够明确地理解本发明的未提及的或其他目的。
为了实现上述目的，根据本发明的用于在车辆行驶及停车时感测并告知周围物体的超声波传感器模块包括：两个以上超声波传感器，其安装在车辆上，用于发射超声波信号并接收从物体反射回的超声波信号；驱动部，其用于驱动所述超声波传感器；以及控制部，其控制超声波传感器模块的整体操作，并使用由两个超声波传感器接收的超声波信号通过三角测量法来计算物体与车辆之间的垂直距离。
在所述超声波传感器中具有发射超声波信号并接收从任一物体反射回的超声波信号的第一超声波传感器和定位成与所述第一超声波传感器相邻且不发射超声波信号而接收从所述物体反射回的超声波信号的第二超声波传感器的情况下，所述控制部可以使用利用由所述第一超声波传感器接收的超声波信号测量的直接距离和利用由所述第二超声波传感器接收的超声波信号测量的间接距离，通过三角测量法计算所述物体和车辆之间的垂直距离。
在利用三角测量法计算垂直距离时，所述控制部可以利用预设的查找表来执行平方根计算。
所述控制部可以首先利用由所述第一超声波传感器接收的超声波信号来计算到所述物体的直接距离，如果所述直接距离超过预设基准距离，则将所述直接距离判断为到物体的距离，如果所述直接距离处于所述基准距离之内，则利用所述直接距离和所述间接距离通过三角测量法计算所述物体与车辆之间的垂直距离。
根据本发明，具有如下效果：可以使用三角测量法更准确地计算到物体的距离，从而提高测距精度。
此外，本发明通过使用查找表的方式来计算平方根，可以利用具有相对低性能的运算能力的微型计算机和容量低的存储装置来执行复杂的数学运算，从而能够以低成本来实现停车辅助装置的效果。因此，可以将在现有的ECU等以外的占据较大空间的另外的装置上使用并实现高性能的微型计算机(Micom)的技术应用并实现在本发明中的直接用于超声波停车辅助装置的低性能微型计算机上，此外，不需要使用实现并集成有相关性能的单独的昂贵的专用IC，因此成本节约的效果显著。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的超声波传感器模块的配置的框图。
图2是示意性地示出根据本发明的一个实施例的超声波传感器设置在保险杠中以感测物体的状态的图。
图3是显示了根据本发明的一个实施例的物体位于两个超声波传感器之间的情况的图。
图4是显示了根据本发明的一个实施例的物体位于两个超声波传感器的一侧的情况的图。
图5是显示了根据本发明的一个实施例的用于计算平方根的索引判别表的图表。
图6是显示了根据本发明的一个实施例的用于计算平方根的平方值判别表的图表。
图7是示出了根据本发明的一个实施例的使用查找表的平方根计算方法的流程图。
具体实施方式
本发明的用于在车辆行驶及停车时感测并告知周围物体的超声波传感器模块包括：两个以上超声波传感器，其安装在车辆上，用于发射超声波信号并接收从物体反射回的超声波信号；驱动部，其用于驱动所述超声波传感器；以及控制部，其控制超声波传感器模块的整体操作，并使用由两个超声波传感器接收的超声波信号通过三角测量法计算物体与车辆之间的垂直距离。
本发明可以进行各种变更且可以具有各种实施例，因此将在附图中例示并详细描述特定实施例。然而，这并不旨在将本发明限制为特定实施方式，应当理解为包括在本发明的思想和技术范围内包括的所有变更、等同物和替代物。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，而不旨在限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则单数表达包括复数表达。应当理解，在本申请中，术语“包括”或“具有”等旨在表示存在在说明书中描述的特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或其组合，并不事先排除存在或添加一个以上的其他特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或其组合的可能性。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语，包括技术或科学术语，具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与相关技术上下文中的含义一致的含义，并且除非在本申请中明确定义，否则不应以理想或过分形式的含义来解释。
另外，在参考附图的描述中，将给相同的构成要素赋予相同的参考标记而与附图标记无关，并且将省略其重复描述。在描述本发明时，当确定相关的已知技术的详细描述可能不必要地使本发明的主题模糊时，将省略其详细描述。
本发明涉及用于在车辆行驶及停车时感测并告知周围物体的超声波传感器模块。
图1是示出根据本发明的一个实施例的超声波传感器模块的配置的框图。
参照图1，根据本发明的一个实施例的超声波传感器模块包括两个以上超声波传感器110、驱动部120和控制部130。
超声波传感器110安装在车辆上，用于发射超声波信号并接收从物体反射回的超声波信号。在本发明中，设置有两个以上超声波传感器110，它们安装在车辆的保险杠上，用于感测车辆周围的物体。
驱动部120用于驱动超声波传感器110。
控制部130控制超声波传感器模块的整体操作，并控制驱动部120以驱动超声波传感器110。
在本发明中，控制部130使用由两个超声波传感器接收的超声波信号通过三角测量法来计算物体与车辆之间的垂直距离。
图2是示意性地示出根据本发明的一个实施例的超声波传感器设置在保险杠上以感测物体的状态的图。
图2是四个超声波传感器210、220、230和240设置在车辆的保险杠上的实施例。
在图2中显示了如下情况：第一超声波传感器210发射超声波信号并接收从物体10反射回的超声波信号，第二超声波传感器220定位成与第一超声波传感器210相邻，不发射超声波信号而接收从物体10反射回的超声波信号。
此时，控制部130可以使用利用由第一超声波传感器210接收的超声波信号测量的直接距离L1和利用由第二超声波传感器220接收的超声波信号测量的间接距离L2，通过三角测量法来计算物体和车辆之间的垂直距离d。
通常，为了在车辆辅助装置中测量距离，使用利用从传感器发射的超声波信号撞击物体并反射而返回到传感器的信号来测量的距离，例如L1和L2。
然而，如图2所示，当物体10位于距车辆一定距离以内而靠近车辆时，测距的精度降低。实际上，车辆需要从保险杠到物体的垂直距离，随着物体的位置远离竖直方向，距离的精度降低。
在本发明的一实施例中，控制部130首先使用由第一超声波传感器210接收的超声波信号来计算到物体10的直接距离，如果该直接距离超过预设的基准距离，则将该直接距离判断为到物体10的距离。
另一方面，如果直接距离处于基准距离之内，则控制部130使用直接距离和间接距离通过三角测量法来计算物体10和车辆之间的垂直距离。例如，当物体位于W2或W3的区域中时，使用直接距离和间接距离通过三角测量法来计算物体10和车辆之间的垂直距离。
图3是显示了根据本发明的一个实施例的物体位于两个超声波传感器之间的情况的图。
参照图3，当在经过第一超声波传感器210和第二超声波传感器220的线段上画出相对于物体10的垂足时，可以计算垂直距离d。这里，在第一超声波传感器210与垂足之间的距离为X1，并且第二超声波传感器220与垂足之间的距离为X2时，第一超声波传感器210和第二超声波传感器220之间的距离是X＝X1+X2。而且，第一超声波传感器210和物体10之间的距离可以表示为l1，第二超声波传感器220和物体10之间的距离可以表示为l2。
图4是显示了根据本发明的一个实施例的物体位于两个超声波传感器的一侧的情况的图。
参照图4，当在经过第一超声波传感器210和第二超声波传感器220的直线上画出相对于物体10的垂足时，可以计算垂直距离d。这里，在第一超声波传感器210与垂足之间的距离为X1，并且第二超声波传感器220与垂足之间的距离为X2时，第一超声波传感器210和第二超声波传感器220之间的距离是X＝X2-X1。而且，第一超声波传感器210和物体10之间的距离可以表示为l1，第二超声波传感器220和物体10之间的距离可以表示为l2。
如图3所示，当物体位于两个超声波传感器之间时，计算物体的垂直距离的过程可以由等式表示。
[等式1]
Figure BDA0002424432890000061
Figure BDA0002424432890000062
Figure BDA0002424432890000063
这样，通过本发明的三角测量法的距离计算需要诸如平方根的复杂计算。例如，该计算不可能在8比特的微型计算机中进行，为了该计算需要更高的运算能力和存储空间。
为此，在本发明中，在使用三角测量法计算垂直距离时，控制部130可以使用预设的查找表来执行平方根计算。这样，本发明不需要大存储容量和高运算能力，可以缩短计算时间，可以在实际产品中容易地实现。
在下文中说明了在本发明中使用预设查找表的平方根计算方法。
图5是显示了根据本发明的一个实施例的用于计算平方根的索引判别表的图表，图6是显示了根据本发明的一个实施例的用于计算平方根的平方值判别表的图表。
图7是显示了根据本发明的一个实施例的使用查找表的平方根计算方法的流程图。
如下参照图5至图7来说明平方根计算方法。
首先，如果想要求平方根的数是X(S701)，则从图5的索引判别表中提取要用于比较的平方值(S703)。
然后，将提取的平方值与X进行比较(S705)。
作为比较的结果，如果平方值大于X，则确保平方值判别表的开始索引(S707)。
然后，从图6的平方值判别表中提取与索引相对应的平方值。
然后，将提取的平方值与X进行比较(S711)。
作为比较的结果，如果平方值大于X，则将索引加1(S713)，并且从平方值判别表中提取与相应索引相对应的平方值(S709)。
如果在重复步骤S709至S713中平方值大于X，则将从此时的索引中减去1而获得的值计算为X的平方根(S715)。
本发明中的平方根计算方法可以通过实际编程来实现。
尽管已经使用一些优选实施例描述了本发明，但是这些实施例是说明性的而非限制性的。本领域的普通技术人员将理解，可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求书中阐述的权利范围的情况下进行各种改变和修改。

Claims (4)

1.一种用于在车辆行驶及停车时感测并告知周围物体的超声波传感器模块，所述超声波传感器模块包括：
两个以上的超声波传感器，其安装在车辆上，用于发射超声波信号并接收从物体反射回的超声波信号；
驱动部，其用于驱动所述超声波传感器；以及
控制部，其控制超声波传感器模块的整体操作，并使用由两个超声波传感器接收的超声波信号通过三角测量法来计算物体与车辆之间的垂直距离。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器模块，其特征在于，所述超声波传感器具有发射超声波信号并接收从物体反射回的超声波信号的第一超声波传感器，以及定位成与所述第一超声波传感器相邻且不发射超声波信号而接收从所述物体反射回的超声波信号的第二超声波传感器，
所述控制部使用利用由所述第一超声波传感器接收的超声波信号所测量的直接距离和利用由所述第二超声波传感器接收的超声波信号所测量的间接距离，通过三角测量法来计算所述物体和车辆之间的垂直距离。
3.根据权利要求2所述的超声波传感器模块，其特征在于，在所述控制部利用三角测量法来计算垂直距离时，利用预设的查找表来执行平方根计算。
4.根据权利要求2所述的超声波传感器模块，其特征在于，所述控制部首先利用由所述第一超声波传感器接收的超声波信号来计算与所述物体的直接距离，如果所述直接距离超过预设的基准距离，则将所述直接距离判断为到物体的距离，如果所述直接距离处在所述基准距离以内，则利用所述直接距离和所述间接距离通过三角测量法来计算所述物体与车辆之间的垂直距离。
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