CN114859355A - 多模态检测雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多模态检测雷达装置，其包括：一中央处理模块以及一设于一车辆尾端中央区域的天线模块，中央处理模块包括一动向判断切换单元，动向判断切换单元具有一低距离解析模式及一高距离解析模式；天线模块与中央处理模块电性连接，动向判断切换单元检测车辆的行进方向状态，当车辆为前进状态时，使天线模块适用于低距离解析模式；当车辆为倒退状态时，使天线模块适用于高距离解析模式。本发明在行车盲点检测(BSD)及倒车雷达检测时使天线模块适用不同的距离解析模式，以符合在不同行车状态下的目的与需求。

Description

多模态检测雷达装置
技术领域
本发明与一种多模态检测雷达装置有关，更详而言之，特指一种可检测车辆的行进方向状态以自动切换高低距离解析模式的雷达装置。
背景技术
倒车雷达与行车盲点检测(BSD，Blind Spot Detection)是市面上常见的汽车行车安全辅助装置之一，其主要是由至少一天线模块1发射出至少一发射信号，当发射信号遇到物体时，会反射一反射信号回天线模块1，借以检测车辆与物体间之距离或接近/远离之速度，并以声音或灯光等讯息来提示驾驶人员，以避免发生碰撞意外。如图1所示，一般天线模块1常见地有安装于车后方的保险杆处，以作为后方警示之用。而市面天线模块1的检测范围大多呈现约70~85度左右的扇形区域A，因此大多需于保险杆的左右两处各设置一天线模块1，借以组成较大的检测区域，避免因检测区域覆盖不足，进而影响警示效果。
然而，现有技术中即使已经使用两个天线模块1来组成检测区域，两个扇形区域A间(尤其是位于两个天线模块1中间处)仍会存在有未被其涵盖的检测盲区B。因此市面上的倒车雷达产品，仍常有发生倒车时因为未检测到位于车辆正后方的细长状杆体或栏杆，而导致发生碰撞事故。虽然可以采用检测范围角度更大的天线模块来缩减检测盲区，但如此一来会造成产品的成本上升，实非根本的解决之道。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种多模态检测雷达装置，可检测车辆的行进方向状态以自动切换高低距离解析模式，只需要单一天线模块，及可适用于不同状态下的检测需求。
本发明的一项实施例提供一种多模态检测雷达装置，其包括：一中央处理模块，包括一动向判断切换单元，动向判断切换单元具有一低距离解析模式及一高距离解析模式；以及一设于一车辆尾端中央区域的天线模块，其与中央处理模块电性连接，动向判断切换单元检测车辆的行进方向状态，当车辆为前进状态时，使天线模块适用于低距离解析模式；当车辆为倒退状态时，使天线模块适用于高距离解析模式。
于本发明另一实施例中，低距离解析模式的距离分辨率介于30~60厘米；高距离解析模式的距离分辨率介于5~30厘米。
于本发明另一实施例中，天线模块在水平方向的半功率波束宽度为130～180度。
于本发明另一实施例中，天线模块在垂直方向的半功率波束宽度为35～90度。
于本发明另一实施例中，中央处理模块还包括一垂直信号判断单元，其将天线模块在垂直方向接收到的反射信号分为一低层信号、一中层信号及一高层信号。
于本发明另一实施例中，当天线模块为高距离解析模式时，忽略低层信号。
于本发明另一实施例中，当天线模块为低距离解析模式时，忽略低层信号及中层信号。
于本发明另一实施例中，低层信号为距地面0~10厘米的反射信号，中层信号为距地面10~30厘米的反射信号，高层信号为距地面30厘米以上的反射信号。
于本发明另一实施例中，中央处理模块电性连接于车辆的控制器区域网络，通过获取车辆挡位信号，以检测车辆的行进方向状态。
于本发明另一实施例中，中央处理模块具有一速度计算单元，天线模块对车辆后方一检测区域发出一发射信号，且获得一经检测区域内的所在物体反射的反射信号；速度计算单元计算检测区域内的所在物体与车辆的相对速度辨识出静止物和移动物，且依所述车辆与所述静止物的相对移动方向及相对速度判断为所述车辆的移动方向及车速，借此作为动向判断切换单元的判断依据。
于本发明另一实施例中，中央处理模块包括一众数运算单元，众数运算单元电性连接速度计算单元，以众数运算单元依据检测区域内的所在物体中相同速度最多者判断为所述静止物。
于本发明另一实施例中，当车速高于一临界值时，动向判断切换单元直接判断车辆为前进状态，进而控制天线模块切换为低距离解析模式。
于本发明另一实施例中，中央处理模块还具有一干扰排除单元，其根据反射信号具有一车轮反射现象时进行对应的一车辆反射信号排除；当车速低于一临界值时，干扰排除单元优先检测并排除车辆反射信号，再以速度计算单元判断车辆的行进方向，以供动向判断切换单元判断并控制天线模块切换为低距离解析模式或高距离解析模式。
于本发明另一实施例中，天线模块包括一电路板、至少一发射天线元件以及至少一接收天线元件，至少一发射天线元件及至少一接收天线元件设置于电路板上。
于本发明另一实施例中，电路板为平板状，而使至少一发射天线元件及至少一接收天线元件位于同一平面上。
于本发明另一实施例中，至少一发射天线元件为多个且沿一并排方向并列，各发射天线元件沿一垂直并排方向的直列方向伸设，其中至少一发射天线元件沿直列方向具位置差而不对齐于其他发射天线元件。
于本发明另一实施例中，至少一接收天线元件为多个且沿一并排方向并列，各接收天线元件沿一垂直并排方向的直列方向伸设，其中至少一接收天线元件沿直列方向具位置差而不对齐于其他接收天线元件。
本发明的另一项实施例提供一种多模态检测雷达装置，其包括：一中央处理模块，包括一动向判断切换单元，动向判断切换单元具有一低距离解析模式及一高距离解析模式；以及一设于一车辆壳体上的天线模块，其与中央处理模块电性连接，动向判断切换单元检测车辆的行车状态，当车辆移动速度高于一预设的临界值时，使天线模块适用于低距离解析模式；当车辆移动速度低于预设的临界值时，使天线模块适用于高距离解析模式。
基于此，本发明应用于倒车雷达检测(高距离解析模式)时，对于栏杆、电线杆或较为细小的障碍物，可产生较精细的分辨率来检测，以避免误判或无法正常检测的问题。而应用行车盲点检测(低距离解析模式)时，其检测主要目的为其他接近的车辆等较大的物件，不需要精细的分辨率，但需要较远的雷达反射检测能力来产生较大的检测范围，以具有足够的反应时间。借此，本发明在车子进行行车盲点检测(BSD)及倒车雷达的不同状态时，可使得天线模块分别适用于低距离解析模式以及高距离解析模式，以符合在不同行车状态下时的目的与需求。
同时，本发明还包括一与中央处理模块电性连接的路径预判模块，天线模块的检测角度小于180度，因而具有至少一检测盲区，路径预判模块通过天线模块的反射信号获得接近物体的速度及方向信息，进而预测接近物体的行进路径，即使接近物体进入检测盲区时，仍能持续提供警示。
附图说明
图1：现有天线模块检测范围示意图；
图2：本发明实施例系统方块图(一)；
图3：本发明实施例天线元件于电路板上的配置示意图；
图3a：本发明实施例天线元件的局部放大示意图；
图4：本发明实施例垂直方向反射信号示意图；
图5：本发明实施例系统方块图(二)；
图6：本发明实施例系统方块图(三)；
图7：本发明实施例众数运算单元的动作示意图；
图8：本发明实施例路径预判模块的动作示意图；
图9：本发明另一实施例的动作示意图。
附图标记：
(现有技术)
1:天线模块， A:扇形区域，
B:检测盲区；
(本发明)
10:中央处理模块， 11:动向判断切换单元，
12:垂直信号判断单元， 13:速度计算单元，
14:众数运算单元， 15:干扰排除单元，
20:天线模块， 21:电路板，
22:发射天线元件， 23:接收天线元件，
24:解耦元件， 241:导电部，
242:抑制部， 243:贯孔，
30:路径预判模块， 100:车辆，
101:检测区域， 102:发射信号，
103:反射信号， 103a:低层信号，
103b:中层信号， 103c:高层信号，
104:检测盲区， S:位置差，
P:行进路径。
具体实施方式
为便于说明本发明于上述发明内容一栏中所表示的中心思想，现以具体实施例表达。实施例中各种不同物件按适于说明的比例、尺寸、变形量或位移量而描绘，而非按实际元件的比例予以绘制，合先叙明。
请参阅图2至图8所示，本发明提供一种多模态检测雷达装置，其包括：
一中央处理模块10，包括一动向判断切换单元11，动向判断切换单元11具有一低距离解析模式及一高距离解析模式；以及
一设于一车辆100尾端中央区域的天线模块20，其与中央处理模块10电性连接，动向判断切换单元11检测车辆100的行进方向状态，当车辆100为前进状态时，使天线模块20适用于低距离解析模式；当车辆100为倒退状态时，使天线模块20适用于高距离解析模式。
所述动向判断切换单元11中，距离分辨率是衡量雷达系统在距离上分辨两个目标的能力的指标。换句话说，是指实际上两个目标在距离上不能区分的最小距离。于本实施例中，低距离解析模式的距离分辨率介于30~60厘米；高距离解析模式的距离分辨率介于5~30厘米。并且，在可能的实施例中，动向判断切换单元11通过改变输入天线模块20的信号频宽，来切换高距离解析模式与低距离解析模式。例如：在起始频率为77GHz时，当信号频宽为4GHz时，天线模块20的距离分辨率约为3.75cm，信号频宽为2GHz时，天线模块20的距离分辨率约为7.5cm，信号频宽为1GHz时，天线模块20的距离分辨率约为15cm，信号频宽为600MHz时，天线模块20的距离分辨率约为25cm。由此，本发明动向判断切换单元11即可借此达到改变天线模块20的高、低距离解析模式，以及距离分辨率的目的。
当本发明的动向判断切换单元11检测车辆100的行进方向为前进状态时，动向判断切换单元11切换使天线模块20适用于低距离解析模式，以应用于行车盲点检测(BSD，Blind Spot Detection)，用以检测后方接近的车辆或其他物件。而当动向判断切换单元11检测车辆100的行进方向为倒退状态时，动向判断切换单元11切换使天线模块20适用于高距离解析模式，以应用于倒车雷达检测，用以检测倒车时车辆后方所存在的障碍物等物件。借此，本发明的动向判断切换单元11可自动检测车辆行进方向，而使天线模块20自动切换为适用的低距离解析模式或高距离解析模式，进而使单一个的天线模块20具有行车盲点检测(BSD)及倒车雷达检测多种模态。
同时由于低距离解析模式的距离分辨率介于30~60厘米；高距离解析模式的距离分辨率介于5~30厘米。对于本发明应用于倒车雷达检测时，对于栏杆、电线杆或较为细小的障碍物，可产生较精细的分辨率来检测，以避免误判或无法正常检测的问题。而应用行车盲点检测(BSD)时，其检测主要目的为其他接近的车辆等较大的物件，较不需要精细的分辨率，但需要较远的雷达反射检测能力来产生较大的检测范围，以具有足够的反应时间。借此，在车子进行行车盲点检测(BSD)及倒车雷达的不同状态时，可使得天线模块20分别适用于低距离解析模式以及高距离解析模式，以符合在不同行车状态下时的目的与需求。
更进一步的，所述天线模块20在水平方向（H-plane）的半功率波束宽度（HalfPower Beam Width, HPBM）为130～180度，且天线模块20在垂直方向（H-plane）的半功率波束宽度为35～90度。如图3所示，天线模块20包括一电路板21、至少一发射天线元件22以及至少一接收天线元件23，至少一发射天线元件22及至少一接收天线元件23设置于电路板21上。且电路板21为平板状，而使至少一发射天线元件22及至少一接收天线元件23位于同一平面上。
本发明通过各发射天线元件22或各接收天线元件23间的位置差相互不对齐而使天线模块20产生垂直方向的辨识度。例如：在一可能的实施例中，至少一发射天线元件22为多个且沿一并排方向并列，各发射天线元件22沿一垂直并排方向的直列方向延伸设置，其中至少一发射天线元件22沿直列方向具位置差而不对齐于其他发射天线元件22。
而在另一可能的实施例中，至少一接收天线元件23为多个且沿一并排方向并列，各接收天线元件23沿一垂直并排方向的直列方向延伸设置，其中至少一接收天线元件23沿直列方向具位置差而不对齐于其他接收天线元件23。
如图3及图3a所示，于本实施例中，电路板21上具有四个接收天线元件23。所述的多个接收天线，沿一并排方向X并列，且各接收天线元件23沿一直列方向Y伸设，直列方向Y垂直于并排方向X。另外，各组发射天线也沿着并排方向X并列，且各发射天线元件22也沿直列方向Y伸设。其中，其中两相邻的接收天线元件23和另两相邻的接收天线元件23沿直列方向Y具位置差S而相对较为下方，但本发明并不以所述相对在后的位置差S为限，也可为相对在上方的位置差S，或者是使发射天线元件22具有上述的位置差S，皆可使天线模块20产生垂直方向的辨识度。更进一步说明，本案的各发射天线元件22以及各接收天线元件23呈蜿蜒状，并且各发射天线元件22以及各接收天线元件23的两侧各具有一解耦元件24，解耦元件24具有一导电部241以及一由导电部241侧向垂直延伸而成梳状的抑制部242，抑制部242伸入各发射天线元件22以及各接收天线元件23的凹陷区域，并且抑制部242不与各发射天线元件22以及各接收天线元件23相接触。进一步的，解耦元件24具有多个连通电路板21底层的接地端（未图式）的贯孔243，通过设置解耦元件24，可有效抑制各发射天线元件22及各接收天线元件23的感应电流。
而由于行车盲点检测(BSD)及倒车雷达检测时，需对于反射回的垂直信号具有不同的处理应对方式，例如地面的金属人孔、水沟盖等物件虽会产生及强烈的反射信号，但不论是行车盲点检测(BSD)及倒车雷达检测时，皆对车辆行进不会造成影响。而稍为较高的花盆、台阶、猫狗小动物等，在行车盲点检测(BSD)时，由于车子位于前进状态，反射信号皆应为车旁经过的物体，对于前行车辆安全不会产生影响。但在于倒车雷达检测时，花盆、台阶、猫狗小动物等反射信号，对倒车中车辆安全会产生影响，仍需考虑反射信号。因此，本发明所述中央处理模块10更包括一垂直信号判断单元12，其将天线模块20在垂直方向接收到的反射信号103分为一低层信号103a、一中层信号103b及一高层信号103c。请配合图4所示，其中，当天线模块20为高距离解析模式时，忽略低层信号103a。当天线模块20为低距离解析模式时，忽略低层信号103a及中层信号103b。并且，低层信号103a为距地面0~10厘米的反射信号，中层信号103b为距地面10~30厘米的反射信号，高层信号103c为距地面30厘米以上的反射信号。
如图5所示，在可能的实施例中，中央处理模块10电性连接于车辆100的控制器区域网络(CAN，Controller Area Network)，借以获取车辆100档位信号，以检测车辆100的行进方向状态。
而在另一可能的实施例中，如图6及图7所示，中央处理模块10具有一速度计算单元13，天线模块20对车辆100后方一检测区域101发出一发射信号102，且获得一经检测区域101内的所在物体反射的反射信号103；速度计算单元13计算检测区域101内的所在物体与车辆100的相对速度辨识出静止物和移动物，且依所述车辆与所述静止物的相对移动方向及相对速度判断为所述车辆的移动方向及车速，借此作为动向判断切换单元11的判断依据。需先说明的是，速率(Speed)，是指物体在单位时间内经过的路程，并不包含方向性；而速度(Velocity)则描述物体运动快慢和方向的物理量，两者是不同的。于本实施例中，当车速的速率高于一临界值时，动向判断切换单元11直接判读车辆100应为前进状态，进而控制天线模块20切换为低距离解析模式。进一步说明，临界值可设定为40千米/小时，由于一般人很少会以高于时速40千米进行倒退，因此可进一步的依照临界值配合反射信号的状况，而优先选择较有可能的行车状态。
并且，如图7所示，由于检测区域101内的所在物体大部分为地面、分隔岛或栏杆等静止物，移动中(包含接近或远离车辆100)的其他车辆或物件仅占一小部分。因此可将天线模块20所检测得的大部分速度相同的反射信号103判定为静止物，而其余速度存有差异的反射信号103则可判定为移动物。由此，所述中央处理模块10包括一众数运算单元14，众数运算单元14配合速度计算单元13，以众数运算单元14依据检测区域101内的所在物体中相同速度最多者判断为所述静止物。
更进一步地，当塞车或行车速度较慢时，后方车辆可能会过于接近，导致天线模块20检测区域101内的反射信号103大多由后方车辆所反射产生，易造成误判。但由于车轮行进滚动时较为快速，其所产生的反射信号在雷达接收上会有其车轮速信号特征可供判断，可于事先过滤、排除具有车轮速信号特征的反射信号103及其上方的反射信号103，来确保众数运算单元14的速度运算结果正确性。因此，本发明所述中央处理模块10还具有一干扰排除单元15，其根据反射信号103具有一车轮反射现象时进行对应的一车辆反射信号排除；当车速低于临界值时，干扰排除单元15优先检测并排除车辆反射信号，再以速度计算单元13判断车辆的行进方向，以供动向判断切换单元11判断并控制天线模块20切换为低距离解析模式或高距离解析模式。
在一可能的实施例中，本发明还包括一与中央处理模块10电性连接的路径预判模块30，如图8所示，由于天线模块20的检测角度小于180度，因而会于天线模块20左右两侧具有至少一检测盲区104，路径预判模块30通过天线模块20的反射信号获得接近物体的速度及方向信息，进而预测接近物体的行进路径P。而当路径预判模块30计算出接近物体进入检测盲区104时，仍能提供警示，直到接近物体离开检测盲区104，以避免天线模块20无法检测到盲区内接近物体而导致驾驶误判。
如图9所示，其为本发明的另一实施例，其中，本实施例可具有至少一个与中央处理模块10电性连接的天线模块20，天线模块20设于车辆100壳体上的适当位置处，以视使用者需求检测车辆100的前方、侧面或后方等不同方向。中央处理模块10的动向判断切换单元11可检测车辆的行车状态，当车辆100移动速度(含前进或倒退状态)高于一预设的临界值时，例如临界值可为时速20千米，判断车辆100为高速行进状态，使天线模块20适用于低距离解析模式；而当车辆100移动速度(含前进、倒退状态)低于一预设的临界值时，判断车辆100为驻车状态，车辆100为低速寻找车位、倒车或暂时停车等待的状态，需要较为精细的解析能力来检测周围细小障碍物，使天线模块20适用于高距离解析模式。
以上所举实施例仅用以说明本发明而已，非用以限制本发明的范围。举凡不违本发明精神所从事的种种修改或变化，均属本发明意欲保护的范畴。

Claims (19)

1.一种多模态检测雷达装置，其特征在于，其包括：
一中央处理模块，包括一动向判断切换单元，该动向判断切换单元具有一低距离解析模式及一高距离解析模式；以及
一设于车辆尾端中央区域的天线模块，其与该中央处理模块电性连接，该动向判断切换单元检测该车辆的行进方向状态，当该车辆为前进状态时，该天线模块适用于该低距离解析模式；当该车辆为倒退状态时，该天线模块适用于该高距离解析模式。
2.如权利要求1所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该低距离解析模式的距离分辨率介于30~60厘米；该高距离解析模式的距离分辨率介于5~30厘米。
3.如权利要求1所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该天线模块在水平方向的半功率波束宽度为130～180度。
4.如权利要求1所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该天线模块在垂直方向的半功率波束宽度为35～90度。
5.如权利要求4所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该中央处理模块包括一垂直信号判断单元，其将该天线模块在垂直方向接收到的反射信号分为一低层信号、一中层信号及一高层信号。
6.如权利要求5所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，当该天线模块为高距离解析模式时，忽略该低层信号。
7.如权利要求5所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，当该天线模块为低距离解析模式时，忽略该低层信号及该中层信号。
8.如权利要求5所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该低层信号为距地面0~10厘米的反射信号，该中层信号为距地面10~30厘米的反射信号，该高层信号为距地面30厘米以上的反射信号。
9.如权利要求1所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该中央处理模块电性连接于该车辆的控制器区域网络，通过获取车辆挡位信号，检测该车辆的行进方向状态。
10.如权利要求1所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该中央处理模块具有一速度计算单元，该天线模块对该车辆后方一检测区域发出一发射信号，且获得一经该检测区域内的所在物体反射的反射信号；该速度计算单元计算该检测区域内的所在物体与该车辆的相对速度辨识出静止物和移动物，且依所述车辆与所述静止物的相对移动方向及相对速度判断为所述车辆的移动方向及车速，作为该动向判断切换单元的判断依据。
11.如权利要求10所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该中央处理模块包括一众数运算单元，该众数运算单元电性连接该速度计算单元，以该众数运算单元依据该检测区域内的所在物体中相同速度最多者判断为所述静止物。
12.如权利要求10所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，当车速高于一临界值时，该动向判断切换单元直接判断该车辆为前进状态，进而控制该天线模块切换为低距离解析模式。
13.如权利要求10所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该中央处理模块还具有一干扰排除单元，其根据反射信号具有一车轮反射现象时进行对应的一车辆反射信号排除；当车速低于一临界值时，该干扰排除单元优先检测并排除该车辆反射信号，再以该速度计算单元判断该车辆的行进方向，以供该动向判断切换单元判断并控制该天线模块切换为低距离解析模式或高距离解析模式。
14.如权利要求1所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，还包括一与该中央处理模块电性连接的路径预判模块，该天线模块的检测角度小于180度，因而具有至少一检测盲区，该路径预判模块通过该天线模块的反射信号获得接近物体的速度及方向信息，进而预测接近物体的行进路径。
15.如权利要求1所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该天线模块包括一电路板、至少一发射天线元件以及至少一接收天线元件，至少一该发射天线元件及至少一该接收天线元件设置于该电路板上。
16.如权利要求15所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，该电路板为平板状，而使至少一该发射天线元件及至少一该接收天线元件位于同一平面上。
17.如权利要求15所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，至少一该发射天线元件为多个且沿一并排方向并列，各发射天线元件沿一垂直该并排方向的直列方向伸设，其中至少一发射天线元件沿该直列方向具位置差而不对齐于其他发射天线元件。
18.如权利要求15所述的多模态检测雷达装置，其特征在于，至少一该接收天线元件为多个且沿一并排方向并列，各接收天线元件沿一垂直该并排方向的直列方向伸设，其中至少一接收天线元件沿该直列方向具位置差而不对齐于其他接收天线元件。
19.一种多模态检测雷达装置，其特征在于，其包括：
一中央处理模块，包括一动向判断切换单元，该动向判断切换单元具有一低距离解析模式及一高距离解析模式；以及
一设于车辆壳体上的天线模块，其与该中央处理模块电性连接，该动向判断切换单元检测该车辆的行车状态，当该车辆移动速度高于一预设的临界值时，该天线模块适用于该低距离解析模式；当该车辆移动速度低于该预设的临界值时，该天线模块适用于该高距离解析模式。
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