JP6980925B2 - 距離測定の精度を向上するための超音波センサーモジュール - Google Patents

Description

本発明は、超音波センサーに関するものであり、より詳細には、車両の走行及び駐車の時に車両の周辺の物体を感知して運転者に知らせる超音波センサーモジュールに関するものであり、特に距離測定の精度を向上する方法に関するものである。

一般的に、超音波センサーは、距離をセンシングするために使用され、超音波センサーがセンシングした距離を使用する様々なシステム、たとえば、駐車案内システムが提案されている。

超音波センサーを利用した駐車案内システムは、車両の上端に備えられている超音波センサーが発射した反射波を受信し、反射波の受信による遅延時間を測定して距離を換算し、換算された距離値に基づいて、超音波センサーの下端に車両が存在するかどうかを判断する方法を適用している。

超音波駐車補助装置は、車両のバンパー部位に多数の超音波センサーが配置されており、各超音波センサーから発射された超音波信号が物体に当たって反射して戻ってくる信号を利用して距離を測定することになる。しかし、このような場合には、車両と一定の距離以内に近い物体の場合には、距離測定の精度が著しく低下する問題がある。

また、従来の超音波駐車補助装置で三角測定法などを利用する計算において、平方根の計算などの複雑な演算が行われるので、大容量のメモリ空間と高性能のマイコンが必要になり、したがって、現実的にマイコンの演算能力とストレージスペースの容量の制限により、複雑な数学演算の実施において、多くの制約があることになる。

本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたものであり、三角測定法を利用して物体との距離をより的確に計算し、距離測定の精度を向上することができる超音波センサーモジュールを提供することを目的とする。

また、本発明は、ルックアップテーブル方式を利用して、平方根の計算をすることにより、比較的低い性能の演算能力を持つマイコンと低容量の記憶装置で、複雑な演算を行うことができる超音波センサーモジュールを提供ことを目的とする。

本発明の目的は、以上の言及した目的に制限されず、言及されていない他の目的も、下の記載から、通常の技術者であれば、明確に理解することができる。

このような目的を達成するための本発明の車両の走行と駐車時に周辺の物体を感知して知らせる超音波センサーモジュールは、車両に装着されて超音波信号を送信し、物体に反射して戻ってくる超音波信号を受信するための二つ以上の超音波センサーと、前記超音波センサーを駆動するための駆動部と、超音波センサーモジュールの全体的な動作を制御し、二つの超音波センサーで受信した超音波信号を用いて、三角測定法で物体と車両との間の垂直距離を計算する制御部と、を備える。

前記超音波センサーの中で、超音波信号を送信していずれかの物体に反射して戻ってくる超音波信号を受信する第１超音波センサーと、前記第１超音波センサーに隣接して位置し、超音波信号を送信せずに前記物体に反射されて戻ってくる超音波信号を受信する第２超音波センサーと、があるとき、前記制御部は、前記第１超音波センサーで受信した超音波信号を用いて測定した直接距離（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）と、前記第２超音波センサーで受信した超音波信号を用いて測定した間接距離（Ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を利用して、三角測定法で前記物体と車両との間の垂直距離を計算することができる。

前記制御部は、三角測定法を利用して、垂直距離を計算することにおいて、既に設定されているルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅ）を利用して、平方根の計算を行うことができる。

前記制御部は、まず、前記第１超音波センサーで受信した超音波信号を用いて前記物体との直接距離（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を計算し、前記直接距離が既に設定されている基準距離を超えると、前記直接距離を物体との距離と判断し、前記直接距離が前記基準距離以内であれば、前記直接距離と前記間接距離を利用して、三角測定法で前記物体と車両との間の垂直距離を計算することができる。

本発明によれば、三角測定法を利用して物体との距離をより的確に計算し、距離測定の精度を向上することができるという効果がある。

また、本発明は、ルックアップテーブル方式を利用して、平方根の計算を行うことにより、比較的低い性能の演算能力を持つマイコンと低容量の記憶装置とで、複雑な演算を行うことができるので、低コストで容易に駐車補助装置を具現することができるという効果がある。これにより、従来のＥＣＵなどの外部の大きなスペースを占める別のデバイスに高性能のマイコン（Ｍｉｃｏｍ）を使用して具現する技術を、本発明の超音波駐車補助装置に直接使用される低性能のマイコン（Ｍｉｃｏｍ）に適用して具現することができようになり、また、関連する性能を具現して集積されている別の高価な特殊ＩＣを活用しなくても良いので、コスト削減の効果も高いと見ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波センサーモジュールの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る超音波センサーがバンパーに設置されて物体を感知する様子を概略的に示す図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る二つの超音波センサーの間に物体が配置された場合を例示する図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る二つの超音波センサーのサイドに物体が配置された場合を例示する図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る平方根の計算のためのインデックス判別テーブルを例示する図表である。 図６は、本発明の一実施形態に係る平方根の計算のための二乗値判別テーブルを例示する図表である。 図７は、本発明の一実施形態に係るルックアップテーブルを用いた平方根の計算方法を示すフローチャートである。 図８は、本発明の一実施形態に係るルックアップテーブルを用いた平方根の計算を例示するプログラム言語である。

本発明の車両の走行及び駐車の時に周辺の物体を感知して知らせる超音波センサーモジュールは、車両に装着されて超音波信号を送信し、物体に反射して戻ってくる超音波信号を受信するための二つ以上の超音波センサーと、前記超音波センサーを駆動するための駆動部と、超音波センサーモジュールの全体的な動作を制御し、二つの超音波センサーで受信した超音波信号を用いて、三角測定法で物体と車両との間の垂直距離を計算する制御部と、を備える。

本発明は、様々な変更を加えることができ、いくつかの実施例を有することができるので、以下、特定の実施例を図面に例示して詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態について限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物、ないし代替物を含むものと理解されるべきである。

本出願で使用する用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されるもので、本発明を限定する意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに違うように意味ない限り、複数の表現を含んでいる。本出願では、「含む」、「備える」、または「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするのであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

別に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を持っている。一般的に使用される事前に定義されているような用語は、関連技術の文脈上に持つ意味と一致する意味を持つものと解釈されるべきであり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。

なお、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号にかかわらず、同一の構成要素は、同一の参照符号を付与してこれに対する重複の説明は省略することにする。本発明を説明する部分において、関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすると判断された場合、その詳細な説明を省略する。

本発明は、車両の走行及び駐車の時に周辺の物体を感知して知らせる超音波センサーモジュールに関するものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波センサーモジュールの構成を示すブロック図である。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る超音波センサーモジュールは、複数の超音波センサー１１０、駆動部１２０、制御部１３０を含んでいる。

超音波センサー１１０は、車両に装着されて超音波信号を送信し、物体に反射して戻ってくる超音波信号を受信する役割をする。本発明の超音波センサー１１０は、二つ以上の数が備えられ、車両のバンパー（ｂｕｍｐｅｒ）などに装着され、車両周辺の物体を感知する役割をする。

駆動部１２０は、超音波センサー１１０を駆動する役割をする。

制御部１３０は、超音波センサーモジュールの全体的な動作を制御し、超音波センサー１１０が駆動されるように駆動部１２０を制御する。

本発明の制御部１３０は、二つの超音波センサーで受信した超音波信号を用いて、三角測定法で物体と車両との間の垂直距離を計算する。

図２は、本発明の一実施形態に係る超音波センサーがバンパーに設置されて物体を感知する様子を概略的に示す図である。

図２は、車両のバンパーに４つの超音波センサー２１０、２２０、２３０、２４０が備えらている実施例である。

図２を参照すれば、第１超音波センサー２１０は、超音波信号を送信し、いずれかの物体１０に反射されて戻ってくる超音波信号を受信し、第２超音波センサー２２０は、第１超音波センサー２１０に隣接して位置し、超音波信号を送信せずに物体１０に反射されて戻ってくる超音波信号を受信する場合を例示している。

このとき、制御部１３０は、第１超音波センサー２１０で受信した超音波信号を利用して測定した直接距離（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）Ｌ_１と、第２超音波センサー２２０で受信した超音波信号を利用して測定した間接距離（Ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）Ｌ_２を利用して、三角測定法で物体と車両との間の垂直距離ｄを計算することができる。

一般的に、駐車補助装置で距離を測定するために、Ｌ_１とＬ_２のように、センサーから発射された超音波信号が物体に当たって反射してセンサーに導入する信号を利用して距離を測定する直接距離（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を使用する。

しかし、図２に示すように、物体１０が車両から一定距離以内に近くある場合、距離測定の精度が落ちることになる。実際に、車両では、バンパー（Ｂｕｍｐｅｒ）から物体までの垂直距離を必要とするようになるが、物体の位置が垂直から離れるほど、距離の精度は低くなる。

本発明の一実施形態では、制御部１３０は、まず、第１超音波センサー２１０で受信した超音波信号を用いて物体１０との直接距離（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を計算し、直接距離が既に設定されている基準距離を超えると、直接距離を物体１０との距離として判断する。

一方、直接距離が基準距離以内であれば、制御部１３０は、直接距離と間接距離を利用して、三角測定法で物体１０と車両との間の垂直距離を計算する。例えば、物体がＷ２やＷ３の領域に位置する場合、直接距離と間接距離を利用した三角測定法で物体１０と車両との間の垂直距離を計算する。

図３は、本発明の一実施形態に係る二つの超音波センサーの間に物体が配置されている場合を例示する図である。

図３を参照すれば、第１超音波センサー２１０と第２超音波センサー２２０を通る線分に、物体１０から垂線の足を下ろしたとき、垂直距離ｄを計算することができる。ここで、第１超音波センサー２１０と垂線の足との間の距離をＸ_１とし、第２超音波センサー２２０と垂線の足の間の距離をＸ_２とすると、第１超音波センサー２１０と第２超音波センサー２２０との間の距離「Ｘ＝Ｘ_１＋Ｘ_２」である。そして、第１超音波センサー２１０と物体１０との間の距離を「１_１」として表示し、第２超音波センサー２２０と物体１０との間の距離を「１_２」として表示することができる。

図４は、本発明の一実施形態に係る二つの超音波センサーのサイドに物体が配置された場合を例示する図である。

図４を参照すれば、第１超音波センサー２１０と第２超音波センサー２２０を通る直線に、物体１０から垂線の足を下ろしたとき、垂直距離ｄを計算することができる。ここで、第１超音波センサー２１０と垂線の足との間の距離をＸ_１とし、第２超音波センサー２２０と垂線の足との間の距離をＸ_２とすると、第１超音波センサー２１０と第２超音波センサー２２０との間の距離「Ｘ＝Ｘ_２−Ｘ_１」である。そして、第１超音波センサー２１０と物体１０との間の距離を「ｌ_１」として表示し、第２超音波センサー２２０と物体１０との間の距離を「ｌ_２」として表示することができる。

図３に示すように、二つの超音波センサーの間に物体が配置された場合、物体の垂直距離を計算する過程を数式で表すと以下の通りである。

このように、本発明の三角測定法による距離の計算では、平方根などの複雑な計算を必要とすることになる。例えば、このような計算は、８ビット（ｂｉｔ）マイコン（ｍｉｃｏｍ）で演算が不可能なほどであり、これらの計算のためには、より高い演算能力とストレージ容量を必要とする。

このために、本発明で制御部１３０は、三角測定法を利用して垂直距離を計算することにおいて、既に設定されているルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅ）を利用して、平方根の計算を実行することができる。これにより、本発明では、多くのメモリ容量と高い演算能力を必要とせず、計算時間を短縮して、実際の製品に容易に具現することができる。

本発明で既に設定されているルックアップテーブルを利用した平方根の計算方法を例示して説明すると、以下の通りである。

図５は、本発明の一実施形態に係る平方根計算のためのインデックス判別テーブルを例示する図表であり、図６は、本発明の一実施形態に係る平方根計算のための二乗値判別テーブルを例示する図表である。

図７は、本発明の一実施形態に係るルックアップテーブルを用いた平方根の計算方法を示すフローチャートである。

図５〜図７を参照して、平方根の計算方法を例示すると、以下の通りである。

まず、平方根を求めようとする数を、Ｘとすると（Ｓ７０１）、図５のインデックス判別テーブルから比較に使用する二乗値を抽出する（Ｓ７０３）。

そして、抽出した二乗値とＸとを比較する（Ｓ７０５）。

比較結果、二乗値がＸよりも大きければ、二乗値判別テーブルの開始インデックスを確保する（Ｓ７０７）。

そして、図６の二乗値判別テーブルからインデックスに対応する二乗値を抽出する。

そして、抽出した二乗値とＸとを比較する（Ｓ７１１）。

比較結果、二乗値がＸよりも大きければ、インデックスに「１」を加えて増加させ（Ｓ７１３）、二乗値判別テーブルからそのインデックスに対応する二乗値を抽出する（Ｓ７０９）。

Ｓ７０９ないしＳ７１３の過程を繰り返す中で、二乗値がＸよりも大きくなると、その時のインデックスに「１」を引いた値をＸの平方根として算出する（Ｓ７１５）。

このような本発明での平方根の計算方法を、実際のプログラミングで具現することができる。図８は、本発明の一実施形態に係るルックアップテーブルを利用した平方根の計算を例示するプログラム言語である。

以上、本発明のいくつかの好適な実施例を使用して説明したが、これらの実施例は、例示的なものであり、限定的なものではない。本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば、本発明の思想と添付された特許請求範囲に記載されている権利範囲から逸脱せずに様々な変更や修正を加えることができることを理解する。

Claims (1)

1. 車両の走行及び駐車の時に周辺の物体を感知して知らせる超音波センサーモジュールにおいて、
   車両に装着されて超音波信号を送信し、物体に反射して戻ってくる超音波信号を受信するための二つ以上の超音波センサーと、
   前記超音波センサーを駆動するための駆動部と、
   超音波センサーモジュールの全般的な動作を制御し、二つの超音波センサーで受信した超音波信号を利用して三角測定法で物体と車との間の垂直距離を計算する制御部と、を備え、
   前記超音波センサーが、超音波信号を送信して、いずれかの物体に反射して戻ってくる超音波信号を受信する第１超音波センサーと、前記第１超音波センサーに隣接して位置し、超音波信号を送信せずに前記物体に反射されて戻ってくる超音波信号を受信する第２超音波センサーと、を備え、
   前記制御部は、前記第１超音波センサーで受信した超音波信号を用いて測定した直接距離（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）と、前記第２超音波センサーで受信した超音波信号を用いて測定した間接距離（Ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を利用して、三角測定法で前記物体と車両との間の垂直距離を計算し、
   前記制御部は、まず、前記第１超音波センサーで受信した超音波信号を用いて前記物体との直接距離（Ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を計算し、前記直接距離が既に設定されている基準距離を超えると、前記直接距離を物体との距離と判断し、前記直接距離が前記基準距離以内であれば、前記直接距離と前記間接距離とを利用して、三角測定法で前記物体と車両との間の垂直距離を計算し、
   前記第１超音波センサーと前記第２超音波センサーを通る直線に、前記物体から垂線の足を下ろしたとき、前記物体と前記車両との間の垂直距離（ｄ）を計算することができ、ここで、前記第１超音波センサーと前記垂線の足との間の距離をＸ _１ 、前記第２超音波センサーと前記垂線の足との間の距離をＸ _２ 、前記第１超音波センサーと前記物体との間の距離をｌ _１ 、前記第２超音波センサーと前記物体との間の距離をｌ _２ とすると、前記物体と前記車両との間の前記垂直距離（ｄ）は、
   ［数１］
   

   

   
   の数式で表すことができ、
   前記制御部は、三角測定法を利用して垂直距離を計算するときに、既に設定されているルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅ）を利用して平方根の計算を行い、
   二乗値とインデックスとの関係をマッチングしたテーブルであるインデックス判別テーブルと、インデックスに応じた二乗値をマッチングしたテーブルである二乗値判別テーブルとがあらかじめ設定されており、平方根を求めようとする数をＸとすると、
   前記制御部は、前記インデックス判別テーブルから比較に使用する前記二乗値を抽出し、抽出した前記二乗値と前記Ｘとを比較し、比較の結果、前記二乗値が前記Ｘよりも大きければ、前記二乗値判別テーブルから前記インデックスに対応する二乗値を抽出し、抽出した前記二乗値と前記Ｘとを比較し、比較の結果、前記二乗値が前記Ｘよりも小さければ、前記インデックスに１を加えて増加させ、前記二乗値判別テーブルからその前記インデックスに対応する前記二乗値を抽出し、抽出した前記二乗値が前記Ｘよりも大きければ、その時の前記インデックスに１を引いた値を前記Ｘの平方根として算出する方法で平方根の計算を実行することを特徴とする、超音波センサーモジュール。

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