CN111679281B - 一种提高超声波传感器探测性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高超声波传感器探测性能的方法，包括动态切换4个模式获得最佳的测量方式于准确的障碍物距离。长距离模式和抗干扰模式的探测接收到回波的情况下切换障碍物确认模式再次探测来排除干扰；障碍物确认模式中的阈值根据上一次探测的距离在“幅值——距离”数据库中查表获得，使用提高传感器发波结束后的停止时间的方法来扩大盲区，探测停止时间为前一次采集到回波的探测的总时间减去发波持续时间。本发明能够解决超声波传感器错误采集不平路面的回波的问题，防止地面干扰影响测距，保证超声波传感器测距的准确性。利用四个模式切换工作，使得超声波传感器能够在抗干扰的情况下保证安全性和近距离的实时性。

Description

一种提高超声波传感器探测性能的方法

技术领域

本发明涉及一种传感线信息采集的方法，具体涉及到一种提高超声波传感器性能的方法，属于车载雷达技术领域。

背景技术

随着传感器技术的发展，非接触式检测技术已经在多个领域广泛应用，在测距的领域中，有电磁波、超声波、激光和红外线这几种。

但是如果作为汽车倒车雷达，超声波传感器是最为合适的。激光和红外需要不被阻挡，装在车上容易被泥沙挡住光学窗口，且检测面太小，在近距离表现也不好；电磁波中除了微波其他的波长都比一辆普通汽车要长，而车辆的金属外壳很容易反弹微波，材料也不能含碳，也就是说无法喷油漆，那这个探头只能装在车外，但是微波由于空气中损耗很低，使得它能传到很远，造成车与车之间的干扰，且由于传播速度过快，在0.6米以内，常规的微波测距传感器就难以准确测出距离了。

而超声波不受光线、烟雾、电子干扰、泥沙遮挡、车身材料等因素的影响，在空气中耗散大，不会造成车与车之间的干扰，成本也不高。超声波传感器适用范围在0.1~5米之间，能够满足倒车雷达的要求。

超声波传感器的一次探测包括发波、延迟、接收三个阶段，渡越时间检测法中，探头发出声波的同时开启定时器计数，接收阶段时，传感器首次接收到能量幅值大于设定阈值的回波后，停止定时器的计数，由这个时间数据算得反弹此回波的物体的距离。超声波传感器发波后延迟是为了减少附近结构反射与仪器造成的干扰，也因此造成了超声波传感器的检测盲区。还有一种声音幅值检测法是通过回波的幅值强度来确定障碍物的距离。

正常的超声波传感器芯片都有两个工作模式，为长距离模式和短距离模式。一般的超声波传感器通过调节回波幅值阈值区分这两个模式，长距离模式是传感器测距极限，短距离模式不会受到地面干扰，因此测量距离较短。

由于地面可能存在不平的情况，超声波传感器探测头发出的声波可能会被不平的地面反射回来被传感器接收，如果能量较大，普通的传感器芯片将会无法滤除这些干扰波而误以为出现了障碍物。无法获得准确的距离，许多连带的判断会出现差错，也不利于自动驾驶的发展。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种提高超声波传感器探测性能的方法，用以实现超声波传感器在测量范围内不受路面情况的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高超声波传感器性能的方法，其特征在于：通过安装于车尾的车载雷达上的超声波传感器，使用动态切换工作模式的方法获得准确的障碍物信息，所述工作模式包括短距离模式、长距离模式、障碍物确认模式及抗干扰探测模式；首先通过长距离模式获得数据并判断是否需切换为障碍物确认模式；障碍物确认模式通过调整回波幅值的阈值将探测范围缩小，若上一次探测结果为障碍物距离，芯片预先使用声波幅值检测法建立“幅值——距离”的数据库并存储，障碍物确认模式中的阈值根据前一次探测的距离查表获取；抗干扰的探测模式通过调节发波后传感器的延迟时间，加大盲区滤除已知地面干扰；当探测到距离进入短距离模式的探测范围后，切换短距离模式。

进一步的，所述长距离模式，探测极限距离为500cm，盲区长度为25cm，探测范围为25~500cm，用于基础探测；

所述障碍物确认模式，探测极限长度可变，回波幅值阈值为前一次测得的距离在“幅值——距离”数据库中对应的幅值；盲区长度可变，发波后的延迟时间为前一次探测的延迟时间，此模式为回波幅值阈值与延迟时间可变的模式，用于确定前一次被探测到的物体是障碍物还是地面干扰；

所述抗干扰探测模式，探测极限距离500cm；盲区长度可变，传感器的延迟时间为前一次接收到回波的探测的总时间减去发波持续时间，此模式用盲区滤除已发现干扰，并且在干扰点之外的障碍物的回波也能被采集；

所述短距离模式，探测极限距离250cm,盲区长度25cm，探测范围25~250cm。此模式下传感器不会采集地面反射的回波，用于探测近距离的障碍物。

进一步，所述障碍物确认模式中，超声波探测器的芯片中预先存储声波幅值检测法下回波幅值与距离对应的“幅值——距离”数据库，在长距离模式或抗干扰模式下采集到的距离数据根据此数据库获得在该距离下障碍物返回的声波幅值，作为障碍物确认模式中的阈值，若该回波确为障碍物弹回，则在障碍物确认模式下进行探测时仍能收集到回波，若非障碍物而是地面干扰所致的回波，在这个由上一次探测的回波幅值确定的阈值下，此地面干扰的回波幅值不足以被芯片采集，以此区分障碍物和地面干扰。

进一步，所述抗干扰探测模式中，通过增加延迟时间，加大超声波传感器的盲区，将以确定为地面干扰的回波滤除，并接收更远处的回波，由于此模式下盲区过大，特别是会使得接下来的障碍物确认模式的盲区也变大，安全性较差，故一旦确定了干扰之外的障碍物的距离，或者在此模式下发现了不止一处干扰，即两次进入障碍物确认模式和抗干扰探测模式这两个模式的循环，就切换到长距离模式重新检测，确保在盲区过大的模式下持续时间不长，保证安全性。

进一步，所述提高超声波传感器探测性能的方法包括如下具体步骤：

1）车辆ECU接收到倒车指令后，开启倒车雷达；

2）首先开启长距离模式进行探测，传感器发出超声波并开启定时器，根据接收到回波时定时器记录的时间确定超声波经过的距离，开启障碍物确认模式；若未收到回波，则认为超声波传感器探测范围内没有障碍物，并重复此步骤；

3）进入障碍物确认模式后，调整传感器阈值为上一次探测获得的距离在“幅值——距离”数据库中对应的回波幅值，调整超声波传感器发波后的延迟时间为上一次探测的延迟时间，此次探测若收到了回波，则确定存在障碍物，根据此次探测定时器的计数确定障碍物距离并将数据上传至CAN总线，跳转至步骤5）；若本次探测未收到回波，则认为上一次探测的回波是地面的干扰，开启抗干扰探测模式，进入步骤4）；

4）进入抗干扰探测模式后，调整传感器阈值使其能够测量的极限距离为500cm，调整传感器发波后的延迟时间为前一次接收到回波的探测的总时间减去发波持续时间，以此扩大传感器盲区，将已知地面干扰滤除。若此次探测接收到回波，记录接收到回波的时间确定距离，并转回步骤3），开启障碍物确认模式；若未接受到回波，则认为探测范围内没有障碍物，转入步骤2）。

5）若探测到障碍物的距离在250cm内，开启短距离模式，转步骤6）；若障碍物距离在250cm外，则转步骤2）；

6）在短距离模式下，若未采集到回波，则说明在250cm内没有障碍物，转入步骤2）通过长距离模式探测，否则继续在短距离模式下探测；

7）当收到倒车结束的指令后，超声波传感器系统关闭。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种提高超声波传感器探测性能的方法，解决超声波传感器错误采集不平路面的回波的问题，防止地面干扰影响测距，保证超声波传感器测距的准确性。利用四个模式切换工作，使得超声波传感器能够在抗干扰的情况下保证安全性和近距离的实时性。

附图说明

图1是本发明中各工作模式的实际检测范围示意图。

图2 是本发明的流程框图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

以车载倒车雷达为例，选择elmos524.09超声波传感器芯片，能够在线配置工作模式，长距离模式测量范围25~500cm，短距离模式测量范围25~250cm。方法在此基础上增加两个工作模式。

如图1所示的各模式实际测量范围示意图，4个工作模式情况如下：

A:长距离模式，探测极限距离为500cm，盲区长度为25cm，探测范围为25~500cm，用于基础探测；

B:障碍物确认模式，探测极限长度可变，回波幅值阈值为前一次测得的距离在“幅值——距离”数据库中对应的幅值；盲区长度可变，发波后的延迟时间为前一次探测的延迟时间，此模式为回波幅值阈值与延迟时间可变的模式，用于确定前一次被探测到的物体是障碍物还是地面干扰；

C:抗干扰探测模式，探测极限距离500cm；盲区长度可变，传感器的延迟时间为前一次接收到回波的探测的总时间减去发波持续时间，此模式用盲区滤除已发现干扰，并且在干扰点之外的障碍物的回波也能被采集；

D:短距离模式，探测极限距离250cm,盲区长度25cm，探测范围25~250cm。此模式下传感器不会采集地面反射的回波，用于探测近距离的障碍物。

在障碍物确认模式中，超声波探测器的芯片中预先存储声波幅值检测法下回波幅值与距离对应的“幅值——距离”数据库，在长距离模式或抗干扰模式下采集到的距离数据根据此数据库获得在该距离下障碍物返回的声波幅值，作为障碍物确认模式中的阈值，若该回波确为障碍物弹回，则在障碍物确认模式下进行探测时仍能收集到回波，若非障碍物而是地面干扰所致的回波，那么在这个由上一次探测的回波幅值确定的阈值下，地面的回波不足以被芯片收集，以此区分障碍物和地面干扰。

在抗干扰探测模式中，通过增加延迟时间，加大超声波传感器的盲区，将以确定为地面干扰的回波滤除，并接收更远处的回波，由于此模式下盲区过大，特别是会使得接下来的障碍物确认模式的盲区也变大，安全性较差，故一旦确定了干扰之外的障碍物的距离，或者在此模式下发现了不止一处干扰，即两次进入障碍物确认模式和抗干扰探测模式这两个模式的循环，就切换到长距离模式重新检测，确保在盲区过大的模式下持续时间不长，保证安全性。

通过长距离模式、障碍物确认模式和抗干扰的这三个工作模式的切换，传感器可以在250cm之外的距离准确区分障碍物和地面干扰，并且能够不受干扰影响获得障碍物的距离。芯片在确认与障碍物的距离不足250cm时，切换至短距离模式，此模式不会受地面反射的干扰，确保了近距离测量的实时性和准确性。

如图2所示的模式选择流程图，一种提高超声波传感器探测性能的控制方法，包括： 1）车辆ECU接收到倒车指令后，开启倒车雷达；

2）首先开启长距离模式进行探测，传感器发出超声波并开启定时器，根据接收到回波时定时器记录的时间确定超声波经过的距离，开启障碍物确认模式；若未收到回波，则认为超声波传感器探测范围内没有障碍物，并重复此步骤；

3）进入障碍物确认模式后，调整传感器阈值为上一次探测获得的距离在“幅值——距离”数据库中对应的回波幅值，调整超声波传感器发波后的延迟时间为上一次探测的延迟时间，此次探测若收到了回波，则确定存在障碍物，根据此次探测定时器的计数确定障碍物距离并将数据上传至CAN总线，跳转至步骤5）；若本次探测未收到回波，则认为上一次探测的回波是地面的干扰，开启抗干扰探测模式，进入步骤4）；

4）进入抗干扰探测模式后，调整传感器阈值使其能够测量的极限距离为500cm，调整传感器发波后的延迟时间为前一次接收到回波的探测的总时间减去发波持续时间，以此扩大传感器盲区，将已知地面干扰滤除。若此次探测接收到回波，记录接收到回波的时间确定距离，并转回步骤3），开启障碍物确认模式；若未接受到回波，则认为探测范围内没有障碍物，转入步骤2）。

5）若探测到障碍物的距离在250cm内，开启短距离模式，转步骤6）；若障碍物距离在250cm外，则转步骤2）；

6）在短距离模式下，若未采集到回波，则说明在250cm内没有障碍物，转入骤2）通过长距离模式探测，否则继续在短距离模式下探测；

7）当收到倒车结束的指令后，超声波传感器系统关闭。

由以上实施方式可以看出，与现有技术相比，本发明提供了一种提高超声波传感器探测性能的方法，能够提高测距抗干扰能力。该方法包括：动态切换4个模式获得最佳的测量方式于准确的障碍物距离。长距离模式和抗干扰模式的探测接收到回波的情况下切换障碍物确认模式再次探测来排除干扰；障碍物确认模式中的阈值根据上一次探测的距离在“幅值——距离”数据库中查表获得，此数据库使用声波幅值检测法预先建立并存储于芯片中；抗干扰模式通过加大盲区范围滤除已知地面干扰，其中，使用提高传感器发波结束后的延迟时间的方法来扩大盲区，探测延迟时间为前一次采集到回波的探测的总时间减去发波持续时间。本发明设计一种提高超声波传感器探测性能的方法，解决超声波传感器错误采集不平路面的回波的问题，防止地面干扰影响测距，保证超声波传感器测距的准确性。利用四个模式切换工作，使得超声波传感器能够在抗干扰的情况下保证安全性和近距离的实时性。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高超声波传感器探测性能的方法，其特征在于：通过安装于车尾的车载雷达上的超声波传感器，使用动态切换工作模式的方法获得准确的障碍物信息，所述工作模式包括短距离模式、长距离模式、障碍物确认模式及抗干扰探测模式；首先通过长距离模式获得数据并判断是否需切换为障碍物确认模式；障碍物确认模式通过调整回波幅值的阈值将探测范围缩小，若前一次探测结果为障碍物距离，芯片预先使用声波幅值检测法建立“幅值——距离”的数据库并存储，障碍物确认模式中的阈值根据前一次探测的距离查表获取；当在障碍物确认模式中探测未收到回波，则认为前一次探测的回波是地面的干扰，开启抗干扰探测模式，所述抗干扰探测模式通过调节发波后传感器的延迟时间，加大盲区滤除已知地面干扰；当探测到距离进入短距离模式的探测范围后，切换短距离模式。

2.根据权利要求1所述的提高超声波传感器探测性能的方法，其特征在于：所述长距离模式，探测极限距离为500cm，盲区长度为25cm，探测范围为25~500cm，用于基础探测；

所述障碍物确认模式，探测极限长度可变，回波幅值阈值为前一次测得的距离在“幅值——距离”数据库中对应的幅值；盲区长度可变，发波后的延迟时间为前一次探测的延迟时间，所述障碍物确认模式为回波幅值阈值与延迟时间可变的模式，用于确定前一次被探测到的物体是障碍物还是地面干扰；

所述抗干扰探测模式，探测极限距离500cm；盲区长度可变，传感器的延迟时间设定为前一次接收到回波的探测的总时间减去发波持续时间，此模式用盲区滤除已发现干扰，并且在干扰点之外的障碍物的回波也能被采集；

所述短距离模式，探测极限距离250cm,盲区长度25cm，探测范围25~250cm；此短距离模式下传感器不会采集地面反射的回波，用于探测近距离的障碍物。

3.根据权利要求2所述的提高超声波传感器探测性能的方法，其特征在于：所述障碍物确认模式中，超声波传感器的芯片中预先存储声波幅值检测法下回波幅值与距离对应的“幅值——距离”数据库，在长距离模式或抗干扰模式下采集到的距离数据根据此数据库获得在该距离下障碍物返回的声波幅值，作为障碍物确认模式中的阈值，若该回波确为障碍物弹回，则在障碍物确认模式下进行探测时仍能收集到回波，若是非障碍物而是地面干扰所致的回波，那么在这个由前一次探测的回波幅值确定的阈值下，地面的回波不足以被芯片收集，以此区分障碍物和地面干扰。

4.根据权利要求2所述的提高超声波传感器探测性能的方法，其特征在于：所述抗干扰探测模式中，通过增加延迟时间，加大超声波传感器的盲区，将已确定为地面干扰的回波滤除，并接收更远处的回波，由于此模式下盲区过大，特别是会使得接下来的障碍物确认模式的盲区也变大，安全性较差，故一旦确定了干扰之外的障碍物的距离，或者在此模式下发现了不止一处干扰，即两次进入了障碍物确认模式和抗干扰探测模式这两个模式的循环，就切换到长距离模式重新检测，确保在盲区过大的模式下持续时间不长，保证安全性。

5.根据权利要求1所述的提高超声波传感器探测性能的方法，其特征在于：包括如下具体步骤：

1）车辆ECU接收到倒车指令后，开启倒车雷达；

2）首先开启长距离模式进行探测，传感器发出超声波并开启定时器，根据接收到回波时定时器记录的时间确定超声波经过的距离，开启障碍物确认模式；若未收到回波，则认为超声波传感器探测范围内没有障碍物，并重复此步骤；

3）进入障碍物确认模式后，调整传感器阈值为前一次探测获得的距离在“幅值——距离”数据库中对应的回波幅值，调整超声波传感器发波后的延迟时间为前一次探测的延迟时间，此次探测若收到了回波，则确定存在障碍物，根据此次探测定时器的计数确定障碍物距离并将数据上传至CAN总线，跳转至步骤5）；若本次探测未收到回波，则认为前一次探测的回波是地面的干扰，开启抗干扰探测模式，进入步骤4）；

4）进入抗干扰探测模式后，调整传感器阈值使其能够测量的极限距离为500cm，调整传感器发波后的延迟时间为前一次接收到回波的探测的总时间减去发波持续时间，以此扩大传感器盲区，将已知地面干扰滤除；若此次探测接收到回波，记录接收到回波的时间确定距离，并转回步骤3），开启障碍物确认模式；若未接受到回波，则认为探测范围内没有障碍物，转入步骤2）；

5）若探测到障碍物的距离在250cm内，开启短距离模式，转步骤6）；若障碍物距离在250cm外，则转步骤2）；

6）在短距离模式下，若未采集到回波，则说明在250cm内没有障碍物，转入骤2）通过长距离模式探测，否则继续在短距离模式下探测；

7）当收到倒车结束的指令后，超声波传感器系统关闭。

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