TWI793518B - 多模態偵測雷達裝置 - Google Patents

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Abstract

本申請案揭露一種多模態偵測雷達裝置，其包含有：一中央處理模組以及一設於一車輛尾端中央區域的天線模組，中央處理模組包含有一動向判斷切換單元，動向判斷切換單元具有一低距離解析模式及一高距離解析模式；天線模組與中央處理模組電性連接，動向判斷切換單元偵測車輛之行進方向狀態，當車輛為前進狀態時，使天線模組適用於低距離解析模式；當車輛為倒退狀態時，使天線模組適用於高距離解析模式。本申請案在行車盲點偵測(BSD)及倒車雷達偵測時使天線模組適用不同的距離解析模式，以符合在不同行車狀態下時之目的與需求。

Description

多模態偵測雷達裝置
本申請案係與一種多模態偵測雷達裝置有關，更詳而言之，乃特指一種可偵測車輛之行進方向狀態以自動切換高低距離解析模式。
倒車雷達與行車盲點偵測(BSD，Blind Spot Detection)是市面上常見的汽車行車安全輔助裝置之一，其主要是由至少一天線模組1發射出至少一發射訊號，當發射訊號遇到物體時，會反射一反射訊號回天線模組1，藉以偵測車輛與物體間之距離或接近/遠離之速度，並以聲音或燈光等訊息來提示駕駛人員，以避免發生碰撞意外。如圖1所示。一般天線模組1常見地有安裝於車後方之保險桿處，以作為後方警示之用。而市面天線模組1之偵測範圍大多呈現約70~85度左右的扇形區域A，因此大多需於保險桿之左右兩處各設置一天線模組1，藉以組成較大的偵測區域，避免因偵測區域覆蓋不足，進而影響警示效果。
然而，習用技術中即使已經使用兩個天線模組1來組成感測區域，兩個扇形區域A間(尤其是位於兩個天線模組1中間處)仍會存在有未被其涵蓋的偵測盲區B。因此市面上的倒車雷達產品，仍常有發生倒車時因為未感測到位於車輛正後方的細長狀桿體或欄杆，而導致發生碰撞之事故。雖然可以採用偵測範圍角度更大的天線模組來縮減偵測盲區，但如此一來會造成產品的成本上升，實非根本的解決之道。
為解決上述課題，本申請案提供一種多模態偵測雷達裝置，可偵測車輛之行進方向狀態以自動切換高低距離解析模式，只需要單一天線模組，及可適用於不同狀態下的偵測需求。
本申請案之一項實施例提供一種多模態偵測雷達裝置，其包含有：一中央處理模組，包含有一動向判斷切換單元，動向判斷切換單元具有一低距離解析模式及一高距離解析模式；以及一設於一車輛尾端中央區域的天線模組，其與中央處理模組電性連接，動向判斷切換單元偵測車輛之行進方向狀態，當車輛為前進狀態時，使天線模組適用於低距離解析模式；當車輛為倒退狀態時，使天線模組適用於高距離解析模式。
藉此，本申請案應用於倒車雷達偵測(高距離解析模式)時，對於欄杆、電線杆或較為細小的障礙物，可產生較精細的解析度來偵測，以避免誤判或無法正常偵測的問題。而應用行車盲點偵測(低距離解析模式)時，其偵測主要目的為其他接近的車輛等較大的物件，較不需要精細的解析度，但需要較遠的雷達反射偵測能力來產生較大的偵測範圍，以具有足夠的反應時間。藉此，本申請案在車子進行行車盲點偵測(BSD)及倒車雷達之不同狀態時，可使得天線模組分別適用於低距離解析模式以及高距離解析模式，以符合在不同行車狀態下時之目的與需求。
再者，本申請案更包含有一與中央處理模組電性連接的路徑預判模組，天線模組之偵測角度小於180度，因而具有至少一偵測盲區，路徑預判模組藉由天線模組之反射訊號獲得接近物體之速度及方向資訊，進而預測接近物體之行進路徑，即使接近物體進入偵測盲區時，仍能持續提供警示。
為便於說明本申請案於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。
請參閱圖2至圖8所示，本申請案提供一種多模態偵測雷達裝置，其包含有：
一中央處理模組10，包含有一動向判斷切換單元11，動向判斷切換單元11具有一低距離解析模式及一高距離解析模式；以及
一設於一車輛100尾端中央區域的天線模組20，其與中央處理模組10電性連接，動向判斷切換單元11偵測車輛100之行進方向狀態，當車輛100為前進狀態時，使天線模組20適用於低距離解析模式；當車輛100為倒退狀態時，使天線模組20適用於高距離解析模式。
所述動向判斷切換單元11中，距離解析度是衡量雷達系統在距離上分辨兩個目標的能力的指標。換句話說，是指實際上兩個目標在距離上不能區分的最小距離。於本實施例中，低距離解析模式之距離解析度介於30~60公分；高距離解析模式之距離解析度介於5~30公分。再者，在可能的實施例中，動向判斷切換單元11係藉由改變輸入天線模組20之訊號頻寬，來切換高距離解析模式與低距離解析模式。例如：在起始頻率為77GHz時，當訊號頻寬為4GHz時，天線模組20之距離解析度約為3.75cm，訊號頻寬為2GHz時，天線模組20之距離解析度約為7.5cm，訊號頻寬為1GHz時，天線模組20之距離解析度約為15cm，訊號頻寬為600MHz時，天線模組20之距離解析度約為25cm。由此，本申請案動向判斷切換單元11即可藉此達到改變天線模組20之高、低距離解析模式，以及距離解析度之目的。
當本申請案之動向判斷切換單元11偵測車輛100之行進方向為前進狀態時，動向判斷切換單元11切換使天線模組20適用於低距離解析模式，俾以應用於行車盲點偵測(BSD，Blind Spot Detection)，用以偵測後方接近之車輛或其他物件。而當動向判斷切換單元11偵測車輛100之行進方向為倒退狀態時，動向判斷切換單元11切換使天線模組20適用於高距離解析模式，俾以應用於倒車雷達偵測，用以偵測倒車時車輛後方所存在之障礙物等物件。藉此，本申請案之動向判斷切換單元11可自動偵測車輛行進方向，而使天線模組20自動切換為適用的低距離解析模式或高距離解析模式，進而使單一個的天線模組20具有行車盲點偵測(BSD)及倒車雷達偵測多種模態。
同時由於低距離解析模式之距離解析度介於30~60公分；高距離解析模式之距離解析度介於5~30公分。對於本申請案應用於倒車雷達偵測時，對於欄杆、電線杆或較為細小的障礙物，可產生較精細的解析度來偵測，以避免誤判或無法正常偵測的問題。而應用行車盲點偵測(BSD)時，其偵測主要目的為其他接近的車輛等較大的物件，較不需要精細的解析度，但需要較遠的雷達反射偵測能力來產生較大的偵測範圍，以具有足夠的反應時間。藉此，在車子進行行車盲點偵測(BSD)及倒車雷達之不同狀態時，可使得天線模組20分別適用於低距離解析模式以及高距離解析模式，以符合在不同行車狀態下時之目的與需求。
更進一步的，所述天線模組20在水平方向（H-plane）的半功率波束寬度（Half Power Beam Width, HPBM）為130～180度，且天線模組20在垂直方向（H-plane）的半功率波束寬度為35～90度。如圖3所示，天線模組20包含有一電路板21、至少一發射天線元件22以及至少一接收天線元件23，至少一發射天線元件22及至少一接收天線元件23設置於電路板21上。且電路板21為平板狀，而使至少一發射天線元件22及至少一接收天線元件23位於同一平面上。
本申請案係藉由各發射天線元件22或各接收天線元件23間的位置差相互不對齊而使天線模組20產生垂直方向的辨識度。例如：在一可能的實施例中，至少一發射天線元件22為複數個且沿一並排方向並列，各發射天線元件22係沿一垂直並排方向之直列方向延伸設置，其中至少一發射天線元件22沿直列方向具位置差而不對齊於其他發射天線元件22。
而在另一可能的實施例中，至少一接收天線元件23為複數個且沿一並排方向並列，各接收天線元件23係沿一垂直並排方向之直列方向延伸設置，其中至少一接收天線元件23沿直列方向具位置差而不對齊於其他接收天線元件23。
如圖3及圖3a所示，於本實施例中，電路板21上具有四支接收天線元件23。所述的複數接收天線，係沿一並排方向X並列，且各接收天線元件23係沿一直列方向Y伸設，直列方向Y垂直於並排方向X。另外，各組發射天線也沿著並排方向X並列，且各發射天線元件22也沿直列方向Y伸設。其中，其中兩相鄰之接收天線元件23和另兩相鄰之接收天線元件23沿直列方向Y具位置差S而相對較為下方，但本申請案並不以所述相對在後之位置差S為限，亦可為相對在上方的位置差S，或者是使發射天線元件22具有上述之位置差S，皆可使天線模組20產生垂直方向的辨識度。更進一步說明，本案之各發射天線元件22以及各接收天線元件23呈蜿蜒狀，並各發射天線元件22以及各接收天線元件23之兩側各具有一解耦元件24，解耦元件24具有一導電部241以及一由導電部241側向垂直延伸而成梳狀的抑制部242，抑制部242伸入各發射天線元件22以及各接收天線元件23的凹陷區域，並且抑制部242不與各發射天線元件22以及各接收天線元件23相接觸。進一步的，解耦元件24具有複數連通電路板21底層的接地端（未圖式）的貫孔243，藉由解耦元件24的設置，可有效抑制各發射天線元件22及各接收天線元件23的感應電流。
而由於行車盲點偵測(BSD)及倒車雷達偵測時，需對於反射回的垂直訊號具有不同的處理應對方式，例如地面的金屬人孔、水溝蓋等物件雖會產生及強烈的反射訊號，但不論是行車盲點偵測(BSD)及倒車雷達偵測時，皆對車輛行進不會造成影響。而稍為較高的花盆、台階、貓狗小動物等，在行車盲點偵測(BSD)時，由於車子位於前進狀態，些反射訊號皆應為車旁經過之物體，對於前行車輛安全不會產生影響。但在於倒車雷達偵測時，些花盆、台階、貓狗小動物等反射訊號，對倒車中車輛安全會產生影響，仍需考慮些反射訊號。因此，請配合圖4所示，本申請案所述中央處理模組10更包含有一垂直訊號判斷單元12，其將天線模組20在垂直方向接收到的反射訊號103分為一低層訊號103a、一中層訊號103b及一高層訊號103c。其中，當天線模組20為高距離解析模式時，忽略低層訊號103a。當天線模組20為低距離解析模式時，忽略低層訊號103a及中層訊號103b。再者，低層訊號103a係為距地面0~10公分之反射訊號，中層訊號103b係為距地面10~30公分之反射訊號，高層訊號103c係為距地面30公分以上之反射訊號。
如圖5所示，在可能的實施例中，中央處理模組10電性連接於車輛100之控制器區域網路(CAN，Controller Area Network)，藉以獲取車輛100檔位訊號，以偵測車輛100之行進方向狀態。
而在另一可能的實施例中，如圖6及7所示，中央處理模組10具有一速度計算單元13，天線模組20對車輛100後方一偵測區域101發出一發射訊號102，且獲得一經偵測區域101內之所在物體反射的反射訊號103；速度計算單元13計算偵測區域101內之所在物體與車輛100的相對速度辨識出靜止物和移動物，且依所述車輛與所述靜止物之相對移動方向及相對速度判斷為所述車輛之移動方向及車速，藉此作為動向判斷切換單元11之判斷依據。需先說明的是，速率(Speed)，是指物體在單位時間內經過的路程，並不包含方向性；而速度(Velocity)則描述物體運動快慢和方向的物理量，兩者是不同的。於本實施例中，當車速之速率高於一臨界值時，動向判斷切換單元11直接判讀車輛100應為前進狀態，進而控制天線模組20切換為低距離解析模式。進一步說明，臨界值可設定為40公里，由於一般人很少會以高於時數40公里進行倒退，因此可進一步的依照臨界值配合反射訊號的狀況，而優先選擇較有可能的行車狀態。
再者，如圖7所示，由於偵測區域101內之所在物體大部分為地面、分隔島或欄杆等靜止物，移動中(包含接近或遠離車輛100)之其他車輛或物件僅占一小部分。因此可將天線模組20所偵測得的大部分速度相同的反射訊號103判定為靜止物，而其餘速度存有差異的反射訊號103則可判定為移動物。由此，所述中央處理模組10包括一眾數運算單元14，眾數運算單元14配合速度計算單元13，以眾數運算單元14依據偵測區域101內之所在物體中相同速度最多者判斷為所述靜止物。
更進一步地，當塞車或行車速度較慢時，後方車輛可能會過於接近，導致天線模組20偵測區域101內之反射訊號103大多由後方車輛所反射產生，亦造成誤判。但由於車輪行進滾動時是快速的移動，其所產生的反射訊號在雷達接收上會有其車輪速訊號特徵可供判斷，可於事先過濾、排除具有車輪速訊號特徵之反射訊號103及其上方的反射訊號103，來確保眾數運算單元14之速度運算結果正確性。因此，本申請案所述中央處理模組10更具有一干擾排除單元15，其係根據反射訊號103具有一車輪反射現象時進行對應的一車輛反射訊號排除；當車速低於臨界值時，干擾排除單元15優先偵測並排除車輛反射訊號，再以速度計算單元13判斷車輛之行進方向，以供動向判斷切換單元11判斷並控制天線模組20切換為低距離解析模式或高距離解析模式。
在一可能的實施例中，本申請案更包含有一與中央處理模組10電性連接的路徑預判模組30，如圖8所示，由於天線模組20之偵測角度小於180度，因而會於天線模組20左右兩側具有至少一偵測盲區104，路徑預判模組30藉由天線模組20之反射訊號獲得接近物體之速度及方向資訊，進而預測接近物體之行進路徑P。而當路徑預判模組30計算出接近物體進入偵測盲區104時，仍能提供警示，直到接近物體離開偵測盲區104，以確實避免天線模組20無法偵測到盲區內接近物體而導致駕駛誤判。
如圖9所示，其係為本發明之另一實施例，其中，本實施例可具有至少一個與中央處理模組10電性連接的天線模組20，等天線模組20係設於車輛100殼體上之適當位置處，以視使用者需求偵測車輛100之前方、側面或後方等不同方向。中央處理模組10之動向判斷切換單元11係可偵測車輛之行車狀態，當車輛100移動速度(含前進或倒退狀態)高於一預設之臨界值時，例如臨界值係可為時速20公里，判斷車輛100為高速行進狀態，使天線模組20適用於低距離解析模式；而當車輛100移動速度(含前進、倒退狀態)低於一預設之臨界值時，判斷車輛100為駐車狀態，車輛100為低速尋找車位、倒車或暫時停車等待之狀態，需要較為精細的解析能力來偵測周圍細小障礙物，使天線模組20適用於高距離解析模式。
以上所舉實施例僅用以說明本申請案而已，非用以限制本申請案之範圍。舉凡不違本申請案精神所從事的種種修改或變化，俱屬本申請案意欲保護之範疇。
(先前技術) 1:天線模組 A:扇形區域 B:偵測盲區 (本發明) 10:中央處理模組 11:動向判斷切換單元 12:垂直訊號判斷單元 13:速度計算單元 14:眾數運算單元 15:干擾排除單元 20:天線模組 21:電路板 22:發射天線元件 23:接收天線元件 24:解耦元件 241:導電部 242:抑制部 243:貫孔 30:路徑預判模組 100:車輛 101:偵測區域 102:發射訊號 103:反射訊號 103a:低層訊號 103b:中層訊號 103c:高層訊號 104:偵測盲區 S:位置差 P:行進路徑
[圖1]係習用天線模組偵測範圍示意圖。 [圖2]係本發明實施例系統方塊圖(一)。 [圖3]係本發明實施例天線元件於電路板上之配置示意圖。 [圖3a]係本發明實施例天線元件之局部放大示意圖。 [圖4]係本發明實施例垂直方向反射訊號示意圖。 [圖5]係本發明實施例系統方塊圖(二)。 [圖6]係本發明實施例系統方塊圖(三)。 [圖7]係本發明實施例眾數運算單元之動作示意圖。 [圖8]係本發明實施例路徑預判模組之動作示意圖。 [圖9]係本發明另一實施例之動作示意圖。
10:中央處理模組 11:動向判斷切換單元 20:天線模組

Claims (19)

  1. 一種多模態偵測雷達裝置，其包含有：一中央處理模組，包含有一動向判斷切換單元，該動向判斷切換單元具有一低距離解析模式及一高距離解析模式；以及一設於一車輛尾端中央區域的天線模組，其與該中央處理模組電性連接，該動向判斷切換單元偵測該車輛之行進方向狀態，當該車輛為前進狀態時，使該天線模組適用於該低距離解析模式；當該車輛為倒退狀態時，使該天線模組適用於該高距離解析模式。
  2. 如請求項1所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該低距離解析模式之距離解析度介於30~60公分；該高距離解析模式之距離解析度介於5~30公分。
  3. 如請求項1所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該天線模組在水平方向的半功率波束寬度為130~180度。
  4. 如請求項1所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該天線模組在垂直方向的半功率波束寬度為35~90度。
  5. 如請求項4所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該中央處理模組更包含有一垂直訊號判斷單元，其將天線模組在垂直方向接收到的反射訊號分為一低層訊號、一中層訊號及一高層訊號。
  6. 如請求項5所述之多模態偵測雷達裝置，其中，當該天線模組為高距離解析模式時，忽略該低層訊號。
  7. 如請求項5所述之多模態偵測雷達裝置，其中，當該天線模組為低距離解析模式時，忽略該低層訊號及該中層訊號。
  8. 如請求項5所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該低層訊號係為距地面0~10公分之反射訊號，該中層訊號係為距地面10~30公分之反射訊號，該高層訊號係為距地面30公分以上之反射訊號。
  9. 如請求項1所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該中央處理模組電性連接於該車輛之控制器區域網路，藉由獲取車輛擋位訊號，以偵測該車輛之行進方向狀態。
  10. 如請求項1所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該中央處理模組具有一速度計算單元，該天線模組對該車輛後方一偵測區域發出一發射訊號，且獲得一經該偵測區域內之所在物體反射的反射訊號；該速度計算單元計算該偵測區域內之所在物體與該車輛的相對速度辨識出靜止物和移動物，且依所述車輛與所述靜止物之相對移動方向及相對速度判斷為所述車輛之移動方向及車速，藉此作為該動向判斷切換單元之判斷依據。
  11. 如請求項10所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該中央處理模組包括一眾數運算單元，該眾數運算單元電性連接該速度計算單元，以該眾數運算模組依據該偵測區域內之所在物體中相同速度最多者判斷為所述靜止物。
  12. 如請求項10所述之多模態偵測雷達裝置，其中，當車速高於一臨界值時，該動向判斷切換單元直接判斷該車輛為前進狀態，進而控制該天線模組切換為低距離解析模式。
  13. 如請求項10所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該中央處理模組更具有一干擾排除單元，其係根據反射訊號具有一車輪反射現象時進行對應的一車輛反射訊號排除；當車速低於一臨界值時，該干擾排除單元優先偵測並排除該車輛反射訊號，再以該速度計算單元判斷該車輛之行進方向，以供該 動向判斷切換單元判斷並控制該天線模組切換為低距離解析模式或高距離解析模式。
  14. 如請求項1所述之多模態偵測雷達裝置，其中，更包含有一與該中央處理模組電性連接的路徑預判模組，該天線模組之偵測角度小於180度，因而具有至少一偵測盲區，該路徑預判模組藉由該天線模組之反射訊號獲得接近物體之速度及方向資訊，進而預測接近物體之行進路徑。
  15. 如請求項1所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該天線模組包含有一電路板、至少一發射天線元件以及至少一接收天線元件，該至少一發射天線元件及該至少一接收天線元件設置於該電路板上。
  16. 如請求項15所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該電路板為平板狀，而使該至少一發射天線元件及該至少一接收天線元件位於同一平面上。
  17. 如請求項15所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該至少一發射天線元件為複數個且沿一並排方向並列，各該發射天線元件係沿一垂直該並排方向之直列方向伸設，其中該至少一發射天線元件沿該直列方向具位置差而不對齊於其他發射天線元件。
  18. 如請求項15所述之多模態偵測雷達裝置，其中，該至少一接收天線元件為複數個且沿一並排方向並列，各該接收天線元件係沿一垂直該並排方向之直列方向伸設，其中該至少一接收天線元件沿該直列方向具位置差而不對齊於其他接收天線元件。
  19. 一種多模態偵測雷達裝置，其包含有：一中央處理模組，包含有一動向判斷切換單元，該動向判斷切換單元具有一低距離解析模式及一高距離解析模式；以及 一設於一車輛殼體上之天線模組，其與該中央處理模組電性連接，該動向判斷切換單元偵測該車輛之行車狀態，當該車輛移動速度高於一預設之臨界值時，使該天線模組適用於該低距離解析模式；當該車輛移動速度低於該預設之臨界值時，使該天線模組適用於該高距離解析模式。
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