JP2021536581A - データ／信号評価システムの動作方法および制御ユニット、データ／信号評価システム、超音波操作支援システムならびに作業装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、データ／信号評価システム（１）、特に超音波操作支援システムにおいて、データおよび／または信号を評価するために、複数のデジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）がシーケンシャル・パイプライン（１０）で構成されている動作方法であって、− デジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）によって適用される比較的高い計算能力によって、比較的高い計算コストのタスクを処理するための第１の動作モードと、− デジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）によって適用される比較的低い計算能力によって、比較的低い計算コストのタスクを処理するための第２の動作モードと、を有し、− 第１の動作モードにおいて、シーケンシャル・パイプライン（１０）のデジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）は時間的に並列に動作し、− 第２の動作モードにおいて、シーケンシャル・パイプライン（１０）の複数のデジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）のうち、少なくとも一対（１５）が時間的に連続して動作する動作方法、に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、データ／信号評価システムの動作方法および制御ユニット、データ／信号評価システム、超音波操作支援システムならびに作業装置、特に車両に関する。

多くの作業装置、特に自動車分野では、信号検出のためのセンサと、検出した信号を評価するための対応するデータ信号評価システムが頻繁に使用される。これは、例えば、自動車の超音波運転支援システムに関連する、作業装置の周囲の検出に関連するセンサに関するが、この使用分野に限定されるものではない。

このような動作環境で問題となるのは、基本となる（ｚｕ Ｇｒｕｎｄｅ ｌｉｅｇｅｎｄｅｎ）データ／信号評価システムが、そこに含まれるデジタル信号処理プロセッサの動作と、例えばデューティサイクル動作に関連して典型的に用いられる電力供給策により、干渉信号が生成され、その干渉信号が、基本となるセンサ装置や他のアナログコンポーネントに影響を与え、動作エラーにつながる可能性があることである。

これに対して、請求項１の特徴を有するデータ／信号評価システムのための本発明にかかる動作方法は、電流ピークに関連する干渉信号が減少または回避されるという利点を有する。この利点は、本発明によれば、請求項１の特徴によって、データ／信号評価システム、特に超音波操作支援システムにおいて、データおよび／または信号を評価するために、複数のデジタル信号処理プロセッサがシーケンシャル・パイプラインで構成されている動作方法を提供することにより達成される。

本発明にかかる動作方法は、デジタル信号処理プロセッサによって適用される比較的高い計算能力によって、比較的高い計算コストのタスクを処理するための第１の動作モードと、デジタル信号処理プロセッサによって適用される比較的低い計算能力によって、比較的低い計算コストのタスクを処理するための第２の動作モードと、を有する。

第１の動作モードにおいて、シーケンシャル・パイプラインのデジタル信号処理プロセッサが時間的に並列に動作する。第２の動作モードにおいて、シーケンシャル・パイプラインの複数のデジタル信号処理プロセッサのうち、少なくとも一対が時間的に連続して動作する。本発明によって設けられた手段により、少なくとも第２の動作モードにおいて、信号処理プロセッサによる電力消費を時間的に分離することにより、通常発生する電流ピークおよびそれによって引き起こされる干渉信号が、少なくとも低減されることが達成される。

従属請求項は、本発明の好ましい実施形態を示す。

本発明にかかる動作方法の実施形態では、第２の動作モードにおいて、この場合一対のうち時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサは、少なくとも一時的に休止モードで保持され、一方で、一対のうち時間的に先行して動作するデジタル信号処理プロセッサは、時間的に先行して通常動作する。

本発明にかかる動作方法の他の好ましい実施形態によれば、第２の動作モードにおいて、一対のうち時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサが少なくとも一時的にアイドルモードで動作し、一方で、一対のうち時間的に先行して動作するデジタル信号処理プロセッサが時間的に先行して通常動作すると、蓄積される電流ピーク、ひいては潜在的な干渉信号を、さらに低減することができる。

代替的または追加的に、電流ピークおよび干渉信号をさらに低減するために、第２の動作モードにおいて、一対のうち時間的に先行して動作するデジタル信号処理プロセッサは、少なくとも部分的にアイドルモードで動作し、および／または、少なくとも一時的に休止モードで保持され、一方で、一対のうち時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサは、時間的に後続して通常動作するように構成される。

本発明によって提案される動作法は、第２の動作モードにおいて時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサが、第２の動作モードにおいて先行して動作するデジタル信号処理プロセッサによって処理されたデータを処理する構造および動作方法において、特に有益に使用することができる。

この際、これに関連して、第２の動作モードにおいて時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサが、第２の動作モードにおいて先行して動作するデジタル信号処理プロセッサにＦＩＦＯ（ｆｉｒｓｔ−ｉｎ−ｆｉｒｓｔ−ｏｕｔ）メモリを介して結合され、第２の動作モードにおいて先行して動作するデジタル信号処理プロセッサの出力側データが、第２の動作モードにおいて時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサの入力側にバッファリングして伝送されると、特に有利である。

第１の動作モードおよび／または第２の動作モードの開始および／または終了の制御は、用途固有のものであり、種々の条件に結び付けることができる。
特に、
− 方法の動作部が第１の動作モードにおいて開始され、
− 第１の条件が満たされると、第１の動作モードの動作が開始され、
− 動作中に、第１の動作モードが終了するとまたは終了したらすぐに、第２の動作モードに切り替えられ、
− 動作中に、第２の条件が満たされると、第１の動作モードが終了し、および／または
− 動作中に、第３の条件が満たされると、第２の動作モードが終了し、
− 第２の条件は、例えば、第１の動作モードの開始から所定の第１の期間が経過した時に満たすことができ、および／または
− 第３の条件は、第２の動作モードの開始から所定の第２の期間が経過した時に満たすことができる、
ことが考えられる。

本発明のさらなる態様によれば、本発明にかかる動作方法は、特に、作業装置の、特に車両の超音波操作支援システムまたは超音波運転支援システムの動作のために設定されている。

この関連で、特に第１の動作モードと第２の動作モードの制御に関して、例えば、
− 超音波送信信号が送信されると、および／または、超音波送信信号の送信から所定の第３の期間が経過すると、第１の条件が満たされ、
− 第２の条件の第１の期間は、基本となる作業装置の近距離フィールドについて特徴的な期間ｔ１であり、特に典型的には数１０ｍｓの範囲であり、および／または
− 第３の条件の第２の期間は、基本となる作業装置の遠方フィールドについて特徴的な期間ｔ２であり、特に典型的には、超音波送信信号の送信後、約１００ｍｓの範囲である
ように構成される。

本発明の他の態様によれば、特に超音波操作支援システムにおいて、データ／信号評価システムの制御ユニットが提供される。制御ユニットは、基本となるデータ／信号評価システム、特に基本となる超音波操作支援システムにおいて、本発明にかかる動作方法の実施形態を開始、実行、および／または制御するように設定されている。

また、本発明の主題は、特に超音波操作支援システムにおけるデータ／信号評価システムである。データ／信号評価システムは、本発明にかかる動作方法の実施形態を実施するように、または本発明にかかる動作方法の実施形態で使用されるように設定されている。

代替的または追加的に、本発明にかかるデータ／信号評価システムは、本発明によって形成された制御ユニットが構成されていることを特徴とする。

さらに、本発明は、超音波操作支援システム自体も提供し、超音波操作支援システムは、特に超音波運転支援システムとして構成することができる。超音波操作支援システムは、本発明にかかる動作方法の実施形態を実施するように、または本発明にかかる動作方法の実施形態で使用されるように設定されている。

代替的または追加的に、本発明にかかる超音波操作支援システムは、本発明によって構成された制御ユニット、および／または本発明によって構成されたデータ／信号評価システムを備えて構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、動作機構、特に駆動装置を備えた作業装置、特に車両であって、動作機構を制御するための本発明によって構成された超音波操作支援システムを備えて構成された作業装置、特に車両も提案する。

添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳述する。

本発明にかかるデータ／信号評価システムの一実施形態を、概略ブロック図の様式に従って示した図である。 様々な動作モードにおいてデジタル信号処理プロセッサにおいて消費される電流負荷をグラフで示した図である。 検出される信号、その信号対雑音比、および該当のデジタル信号処理プロセッサによって消費される電流負荷に関連したその生成に関して、本発明によって達成可能な利点を、グラフを用いて示した図である。 検出される信号、その信号対雑音比、および該当のデジタル信号処理プロセッサによって消費される電流負荷に関連したその生成に関して、本発明によって達成可能な利点を、グラフを用いて示した図である。 検出される信号における従来の比率、その信号対雑音比、および該当のデジタル信号処理プロセッサによって消費される電流負荷に関連したその生成を、グラフを用いて示した図である。 検出される信号における従来の比率、その信号対雑音比、および該当のデジタル信号処理プロセッサによって消費される電流負荷に関連したその生成を、グラフを用いて示した図である。

以下に、図１〜図６を参照して、本発明の実施例および技術背景を詳述する。同一および同等の、ならびに同一または同等に作用する要素およびコンポーネントは、同じ参照符号で記載する。記載された要素およびコンポーネントの詳細な説明は、繰り返さないものとする。

示された特徴およびさらなる特性は、本発明の本質から逸脱することなく、任意の形態で互いに分離し、任意で互いに組み合わせることができる。

図１は、本発明にかかるデータ／信号評価システム１の実施形態を、概略ブロック図の様式に従って示す。

本発明にかかるデータ／信号評価システム１は、例えば１つ以上のセンサと、場合によって前処理ユニットと、からなるデータ源または信号源５を有する。データ源５は、例えば、時間ｔに依存する信号の形態のデータ６を、時間間隔７で出力する。

このようにして提供されたデータ６は、さらなる処理のために処理パイプライン１０に引き渡される。パイプライン１０では、複数のデジタル信号処理プロセッサ１１および１２が、データフロー方向または処理方向１０’に構成されており、これらのプロセッサは、互いに調整して、供給されたデータ６を処理する。

図１に示される実施形態では、以下のグラフに関連して参照符号「Ａ」でも記載される、データフロー方向１０’において先行する第１のデジタル信号処理プロセッサ１１と、以下のグラフに関連して参照符号「Ｂ」でも記載される、データフロー方向１０’において後続する第２のデジタル信号処理プロセッサ１２とが、例示的に構成されている。２つの信号処理プロセッサ１１、１２は一対１５を形成し、介在接続されたＦＩＦＯメモリ１３を介して互いに結合されており、ＦＩＦＯメモリ１３は特にバッファとして機能する。このようにして、第２のまたは後続のデジタル信号処理プロセッサは、第１のまたは先行のデジタル信号処理プロセッサ１１によって処理され、その後出力されたデータを、ＦＩＦＯメモリ１３を介して受け取り、さらに処理することができる。

データフロー方向１０’におけるデータ６の流れ、ならびに一対１５の信号処理プロセッサ１１、１２における処理およびＦＩＦＯメモリ１３における格納は、図１に示す実施形態例では、処理用クロックユニット１８のクロックに基づく。

図２は、様々な動作段階、すなわち最大電流２２−１の高消費電力演算段階２２−１と、低電流Ｉの休止段階２１−２において、デジタル信号処理プロセッサ１１、１２に発生する電流負荷Ｉ（ｔ）を、時間ｔの関数としてグラフ２０に示したものである。これに相応して、グラフ２０では、横軸２１に時間がプロットされ、縦軸２２にプロセッサ１１、１２で消費される電流Ｉ（ｔ）がプロットされている。

上で詳述したように、本発明の中心的な態様は、ＦＩＦＯメモリ１３を介して互いに結合されたデジタル信号処理プロセッサ１１、１２のうちの一対１５が、比較的少ない計算コストしか要求されない動作モードにおいて、時間的に連続して動作することである。これは、使用時には、基本となる作業装置の周辺からより遠くに位置する物体を検出し、よって発生するデータ量は少ないが、信号レベルも同様に比較的低いという遠方フィールド用超音波操作支援システムにおけるデータ処理に対応することができる。

本発明の利点を説明する前に、図５および図６を参照して従来の状況を説明する。ここで、図５および図６は、該当のデジタル信号処理プロセッサ１１、１２によって消費される電流負荷Ｉ（ｔ）に関連した、検出される信号における従来の比率、その信号対雑音比、およびその生成を、グラフ５０、５０’、６０を用いて示す。

従来のデータ／信号解析システムは、構造的には図１に示す構造と略同じであるが、基本的な動作方法が本発明にかかる手法とは異なる。

従来、グラフ５０’に関連して示されているように、ここでＡ、Ｂで記載されているデジタル信号処理プロセッサ１１、１２の動作は、２つのプロセッサＡ、Ｂが必要に応じて動作モードまたは休止モードに変わるパラレルモードで行われる。これは、横軸５１に時間ｔがプロットされ、縦軸５２’に電流負荷Ｉ（ｔ）がプロットされたグラフ５０’の２つのトレース５３−１’および５３−２’によって示されている。２つのトレースは、電流負荷が増加した動作モードと、電流負荷がなくなったまたは低下した休止モードを示す。

グラフ５０は、縦軸５２に電流負荷Ｉ（ｔ）がプロットされ、横軸５１に時間ｔがプロットされトレース５３に２つのプロセッサＡ、Ｂのグラフ５０’からの負荷の合計を示す。重なりに対応して、ここでは参照符号５５で示されている特定の箇所で、電流ピークとも呼ばれる急速に変化する電流負荷の状況が発生し、これにより、隣接する、特にアナログ回路に干渉信号が誘導され得る。

図６とグラフ６０に関連して示されているように、そのような干渉信号は、ノイズの増加をもたらす。ノイズの増加により、例えば遠距離領域での超音波使用で、バックグラウンドノイズに比べて信号レベルが低いため、もはや信号を確実に検出できなくなる状況が発生する。

図のグラフ６０では、横軸６１に時間ｔがプロットされ、縦軸６２に信号振幅Ｓ（ｔ）がプロットされている。トレース６３の曲線から、従来、特定の信号６３−２、例えば超音波使用における近距離フィールドの信号６１−１は、バックグラウンドノイズから明らかに突出し、良好に検出できるが、これに対して他の信号６３−３、例えば超音波使用時の遠距離領域の信号６１−２は、バックグラウンドノイズにほとんど埋もれてしまうため、もはや確実に検出できなくなることが分かる。

本発明の目的は、低い信号レベルが予想される状況について、適切な動作法によってバックグラウンドノイズを低減することである。これは、図６の曲線６３−１に対応するデータ量に加えて、信号レベルが伝搬時間ｔに比例した距離でスケールするため、超音波使用時、例えば遠距離領域では通常の状況である。

次に、図３および図４は、これに関連して、グラフ３０、３０’、４０、４０’、４０”を用いて、検出される信号Ｓ（ｔ）、その信号対雑音比ＳＮＲ、および該当のデジタル信号処理プロセッサ１１、１２によって消費される電流負荷Ｉ（ｔ）に関連したその生成に関して、本発明によって達成可能な利点を示す。

まず、横軸４１に時間がプロットされ、縦軸４２に電流負荷Ｉ（ｔ）がプロットされたグラフ４０”は、図５と同様に、グラフ５０’は、Ａ、Ｂで記載された一対１５の２つの信号処理プロセッサ１１、１２の動作を、すなわち、トレース４３−１”および４３−２”の電流負荷Ｉ（ｔ）の時間経過を再び用いて説明している。

横軸４１−１で示される第１の動作モードのための第１の段階では、従来の動作状況と同様に、シーケンシャル・パイプライン１０の２つのプロセッサＡ、Ｂが並列に動作する。

しかし、切替時間４６において、第１の動作モードから第２の動作モードへの移行に伴い、２つのプロセッサＡ、Ｂの連続した動作が行われ、この場合、異なる動作段階において、まず、第１のプロセッサＡが一時的に処理を開始し、その後、第２のプロセッサＢが処理を引き継ぐ。さらに、プロセッサＡ、Ｂのいずれにも計算能力が要求されていない期間では、プロセッサＡ、Ｂのうち１つにアイドル段階４７を追加で挿入することができる。このようにして、アイドルプロセスを考慮した電流負荷の合計についてグラフ４０の領域４８で示されるように、電流ピークの省略により干渉信号の割合がさらに低減され、全体として比較的一定レベルの電流負荷が達成される。

いずれのプロセッサも計算能力をもたらす必要がない段階でアイドルプロセスを考慮しない場合、電流負荷において、電流ピークが干渉信号として発生するが、図４のグラフ４０’の部分４９に関連して分かるように、従来の動作方法と比較して大幅に減少する部分が発生する。

その結果、図４に示す動作方式に基づいて、図３のグラフ３０および３０’に関連して示すような信号曲線が得られる。

横軸３１と３１’には時間ｔが、縦軸３２には信号の振幅Ｓ（ｔ）が、３２’には信号対雑音比ＳＮＲがプロットされている。

Ａ、Ｂで記載された２つの信号処理プロセッサ１１、１２について、図４に示された動作方式に基づいて、本発明によれば、図６に示された状況と比較して、近距離フィールドにおける段階３１−１の比率が変化しない。これは、近距離フィールドの領域３１−１のトラック３３の信号３３−２は、ノイズレベル３２−１よりも明らかに突出しており、良好に検出することができることを意味する。

しかし、図６に示した従来の比率とは異なり、切替時間３６、４６で遠方フィールドの領域３１−２に移行して電流のピークがなくなることにより、低いノイズレベル３２−２にまでノイズが著しく減少している。これにより、信号レベルの低い遠方フィールド領域３１−２の信号３３−３も比較的良好に検出することができ、信号レベルは伝搬時間ｔに対応する物体距離の関数として再び理論的な振幅曲線３３−１に従う。

トレース３３’は、近距離フィールドの領域３１−１と遠方フィールドの領域３１−２について、それぞれ部分３３−１’と３３−２’による信号対雑音比ＳＮＲの理論的な曲線を、切替時間３６、４６の移行とともに記載したものである。また、確実な、あるいは十分な検出に必要な最小の信号対雑音比３７を示す。

これらの、および本発明のさらなる特徴や特性を、以下の図面を用いてさらに説明する。

Claims (12)

1. データ／信号評価システム（１）、特に超音波操作支援システムにおいて、データおよび／または信号を評価するために、複数のデジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）がシーケンシャル・パイプライン（１０）で構成されている動作方法であって、
   − 前記デジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）によって適用される比較的高い計算能力によって、比較的高い計算コストのタスクを処理するための第１の動作モードと、
   − 前記デジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）によって適用される比較的低い計算能力によって、比較的低い計算コストのタスクを処理するための第２の動作モードと、を有し、
   − 前記第１の動作モードにおいて、前記シーケンシャル・パイプライン（１０）のデジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）は時間的に並列に動作し、
   − 前記第２の動作モードにおいて、前記シーケンシャル・パイプライン（１０）の前記複数のデジタル信号処理プロセッサ（１１、１２）のうち、少なくとも一対（１５）が時間的に連続して動作する動作方法。
2. 前記第２の動作モードにおいて、前記一対（１５）のうち時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１２）は、少なくとも一時的にアイドルモードで動作し、および／または少なくとも一時的に休止モードで保持され、一方で、前記一対（１５）のうち時間的に先行して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１１）は、時間的に先行して通常動作する、請求項１に記載の動作方法。
3. 前記第２の動作モードにおいて、前記一対（１５）のうち時間的に先行して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１１）は、少なくとも部分的にアイドルモードで動作し、および／または、少なくとも一時的に休止モードで保持され、一方で、前記一対（１５）のうち時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１２）は、時間的に後続して通常動作する、請求項１または２に記載の動作方法。
4. 前記第２の動作モードにおいて時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１２）は、前記第２の動作モードにおいて先行して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１１）によって処理されたデータを処理する、請求項２または３に記載の動作方法。
5. 前記第２の動作モードにおいて時間的に後続して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１２）は、前記第２の動作モードにおいて先行して動作するデジタル信号処理プロセッサ（１１）にＦＩＦＯ（ｆｉｒｓｔ−ｉｎ−ｆｉｒｓｔ−ｏｕｔ）メモリ（１３）を介して結合され、前記第２の動作モードにおいて先行して動作する前記デジタル信号処理プロセッサ（１１）の出力側データが、前記第２の動作モードにおいて時間的に後続して動作する前記デジタル信号処理プロセッサ（１２）の入力側にバッファリングして伝送される、請求項２から４のいずれか一項に記載の動作方法。
6. − 動作部が前記第１の動作モードにおいて開始され、
   − 第１の条件が満たされると、前記第１の動作モードの動作が開始され、
   − 動作中に、前記第１の動作モードが終了するとまたは終了したらすぐに、前記第２の動作モードに切り替えられ、
   − 動作中に、第２の条件が満たされると、前記第１の動作モードが終了し、および／または
   − 動作中に、第３の条件が満たされると、前記第２の動作モードが終了する動作方法であって、
   − 前記第２の条件は、前記第１の動作モードの開始から所定の第１の期間が経過した時に満たすことができ、および／または
   − 前記第３の条件は、前記第２の動作モードの開始から所定の第２の期間が経過した時に満たすことができる、請求項１から５のいずれか一項に記載の動作方法。
7. 作業装置の、特に車両の超音波操作支援システムまたは超音波運転支援システムの動作のために設定されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の動作方法。
8. − 超音波送信信号が送信されると、および／または、超音波送信信号の送信から所定の第３の期間が経過すると、前記第１の条件が満たされ、
   − 前記第２の条件の前記第１の期間は、基本となる作業装置の近距離フィールドについて特徴的な期間であり、および／または
   − 前記第３の条件の前記第２の期間は、超音波送信信号の送信後、基本となる作業装置の遠方フィールドについて特徴的な期間である、請求項６または７に記載の動作方法。
9. 特に超音波操作支援システムにおけるデータ／信号評価システム（１）の制御ユニットであって、基本となるデータ／信号評価システム（１）、特に基本となる超音波操作支援システムにおいて、請求項１から８のいずれか一項に記載の動作方法を実行、および／または制御するように設定されている制御ユニット。
10. 特に超音波操作支援システムにおけるデータ／信号評価システム（１）であって、請求項１から８のいずれか一項に記載の動作方法を実施するように、またはそのような動作方法で使用されるように、および／または請求項９に記載の制御ユニットを備えて構成されるように設定されているデータ／信号評価システム（１）。
11. 超音波操作支援システム、特に超音波運転支援システムであって、請求項１から８のいずれか一項に記載の動作方法の実施形態を実施するように、またはそのような動作方法で使用されるように、および／または請求項９に記載の制御ユニットおよび／または請求項１０に記載のデータ／信号評価システム（１）を備えて構成されるように設定されている超音波操作支援システム。
12. 動作機構、特に駆動装置を備えた作業装置、特に車両であって、動作機構を制御するための請求項１１に記載の超音波操作支援システムを備えて構成された作業装置。

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