超聲波距離校正的製作方法

2023-09-24 05:06:25 1

本公開涉及一種用於車輛的超聲傳感器的距離校正。

背景技術：

現代車輛包括幫助駕駛員操作車輛的許多傳感器。在一些情況下，傳感器可用於以部分或完全自主模式操作車輛。例如，在自主或部分自主的車輛中，傳感器輸出可以識別車輛的路徑中的物體、識別車道標記等。

技術實現要素：

一種車輛系統，包括：

具有存儲器的處理器，其中處理器被編程為接收由雷達傳感器輸出的第一距離信號，並根據由雷達傳感器輸出的第一距離信號校準超聲傳感器。

根據其中一個實施例，其中處理器被編程為接收由超聲傳感器輸出的第二距離信號。

根據其中一個實施例，其中處理器被編程為將第一距離信號與第二距離信號進行比較，並基於第一距離信號和第二距離信號之間的差確定校正因子。

根據其中一個實施例，其中處理器被編程為通過將校正因子應用於由超聲傳感器輸出的第三距離信號來校準超聲傳感器。

根據其中一個實施例，其中由超聲傳感器輸出的第三距離信號在由雷達傳感器輸出的第一距離信號之後和由超聲傳感器輸出的第二距離信號之後由處理器接收。

一種車輛系統，包括：

至少一個超聲傳感器；

雷達傳感器；

具有存儲器的處理器，其中處理器被編程為接收由雷達傳感器輸出的第一距離信號，並且根據由雷達傳感器輸出的第一距離信號校準至少一個超聲傳感器。

根據其中一個實施例，其中處理器被編程為接收由至少一個超聲傳感器輸出的第二距離信號。

根據其中一個實施例，其中處理器被編程為將第一距離信號與第二距離信號進行比較，並且基於第一距離信號和第二距離信號之間的差確定校正因子。

根據其中一個實施例，其中處理器被編程為通過將校正因子應用於由至少一個超聲傳感器輸出的第三距離信號來校準至少一個超聲傳感器。

根據其中一個實施例，其中由至少一個超聲傳感器輸出的第三距離信號在由雷達傳感器輸出的第一距離信號之後並且在由至少一個超聲傳感器輸出的第二距離信號之後由處理器接收。

根據其中一個實施例，其中至少一個超聲傳感器包括多個超聲傳感器，並且其中多個超聲傳感器中的每一個根據由雷達傳感器輸出的第一距離信號來校準。

一種方法，包括：

接收由雷達傳感器輸出的第一距離信號；

接收由超聲傳感器輸出的第二距離信號；和

根據由雷達傳感器輸出的第一距離信號來校準超聲傳感器。

根據其中一個實施例，還包括將第一距離信號與第二距離信號進行比較。

根據其中一個實施例，還包括基於第一距離信號和第二距離信號之間的差確定校正因子。

根據其中一個實施例，還包括接收由超聲傳感器輸出的第三距離信號。

根據其中一個實施例，其中校準超聲傳感器包括將校正因子應用於由超聲傳感器輸出的第三距離信號。

根據其中一個實施例，其中由超聲傳感器輸出的第三距離信號在由雷達傳感器輸出的第一距離信號之後並且在由超聲傳感器輸出的第二距離信號之後被接收。

附圖說明

圖1示出了具有用於基於雷達傳感器的輸出來校準超聲傳感器的系統的示例車輛；

圖2是圖1的車輛系統的示例組件的框圖；

圖3是可由車輛系統執行的示例過程的流程圖；

圖4是可由車輛系統執行的另一示例過程的流程圖；

圖5是具有不同結果的測量相同距離的傳感器的俯視圖；

圖6a和6b示出了示例資料庫，示出了在各種示例情況下的初始校準和更新校準。

具體實施方式

車輛經受寬範圍的環境因素。車輛在低溫、高溫、低溼度和高溼度環境等等中操作。車輛傳感器可能受到各種環境因素的影響。也就是說，某些環境因素可能改變某些傳感器如何獲取某些讀數。例如，環境溼度可影響來自超聲傳感器的讀數。

在車輛中，可以使用超聲波來確定物體相對於車輛的距離。超聲傳感器發射從物體反射的聲波。超聲傳感器可以輸出指示物體的距離是聲速與聲波到達物體並被反射回到超聲傳感器的時間量的函數的信號。

然而，這假設聲波總是以恆定的聲速行進。環境因素可能影響聲音如何通過介質傳播。例如，高溫可能導致聲波比在較低溫度水平下所期望的傳播地更快。雖然環境因素的影響可能很低，但是當用於車輛，特別是自主車輛時，它們可能足夠大以致需要調整。

雷達傳感器不受與超聲傳感器相同的環境因素的影響。也就是說，雷達傳感器測量到物體的距離的方式與發射聲波和接收由超聲傳感器產生的聲波無關。不需要完全去除超聲傳感器(例如，用雷達傳感器讀數來替換其功能)，雷達傳感器的距離測量可以用於以獨立於特定環境因素(例如溼度等)的方式調整超聲傳感器信號的輸出或解譯。

更具體地，環境溫度可以是對超聲波距離測量的主要影響。定義聲速為溫度的函數的公式是：

其中t是攝氏度。因此，利用雷達，不僅可以校準超聲波距離測量，而且如果相對於超聲傳感器測量的距離相比於由雷達測量的距離，速度是已知，則可以間接測量環境溫度。環境溫度可以由以下等式定義：

其中d是由雷達測量的距離，tt是由超聲波測量的總行進時間。此外，考慮超聲波系統允許進行測量的時間窗口以及從物體回波的期望信號強度窗口。通常，該距離距傳感器至少為4英寸，並且距離至多為例如4米。如果因為溫度下降或增加，信號速度降低，使得回波在該可用距離測量之外被接收，則該數據丟失。類似地，溼度使信號衰減，對於40khz範圍內的系統，在大約50％的溼度時會產生最高的衰減。因此，溼度可以屏蔽返回信號，並且不產生數據，因為它被認為是噪聲。因此，雷達傳感器不僅可以用於確定距離而且確定存在應該已經檢測到的物體，這有效地修改超聲波用來「測量」這種物體的窗口。類似的效果可以由大氣壓力和空氣中的顆粒(如粉塵)產生，並且可以以類似的方式補償。

因此，可以針對環境因素(例如溼度)調節超聲傳感器讀數的示例車輛系統包括處理器，其被編程為接收由雷達傳感器輸出的第一距離信號，並根據由雷達傳感器輸出的第一距離信號校準超聲傳感器。示例性方法包括接收由雷達傳感器輸出的第一距離信號，接收由超聲傳感器輸出的第二距離信號，以及根據由雷達傳感器輸出的第一距離信號校準超聲傳感器。

此外，單個雷達傳感器可以用於校準多個超聲傳感器。環境溫度、溼度和壓力對於位於車輛上的所有超聲傳感器可能是相同的。也就是說，用於校準一個超聲傳感器的補償因子可以應用於位於車輛上的其他超聲傳感器。因此，位於例如車輛側面的超聲傳感器可以通過位於例如車輛前部或後部的雷達傳感器的距離測量值來校準。

此外，儘管在雷達傳感器的上下文中進行了討論，但是類似的概念可以應用於其它類型的傳感器，例如雷射雷達傳感器、視覺傳感器或者比超聲傳感器受環境因素的影響更小的任何其他類型的傳感器。

所示的元件可以採取許多不同的形式，並且包括多個和/或替代的部件和設備。所示的示例組件不旨在是限制性的。實際上，可以使用附加的或替代的組件和/或實施方式。此外，所示出的元件不一定按比例繪製，除非明確地說明為如此。

如圖1所示，主車輛100包括超聲傳感器105、雷達傳感器110和用於補償可能影響各種傳感器讀數(例如由超聲傳感器105獲取的讀數)的環境因素的車輛系統115。可能影響由超聲傳感器105獲取的讀數的環境因素可以包括溼度、溫度、大氣壓力等。由雷達傳感器110獲取的讀數可以不受那些相同的環境因素的影響。因此，車輛系統115可以使用來自雷達傳感器110的讀數來校準或校正由超聲傳感器105獲取的讀數。

例如，車輛系統115可以考慮由超聲傳感器105和雷達傳感器110輸出的距離信號。距離信號可以表示相應傳感器到同一物體的距離。車輛系統115可以比較距離信號。如果距離信號不同，則車輛系統115可以確定由超聲傳感器105輸出的距離信號已經受到環境因素的影響。在這種情況下，車輛系統115可以確定和應用校正因子，當應用於由超聲傳感器105輸出的距離信號時，校正因子調整距離信號以表示與由雷達傳感器110測量的距離相同的距離。由於雷達傳感器110可以獨立於環境因素來測量距離，應用校正因子意味著超聲傳感器105同樣不受環境因素影響。因此，車輛系統115可以根據由雷達傳感器110輸出的距離信號來校準超聲傳感器105。

儘管被示出為轎車，但是主車輛100可以包括任何乘客或商用汽車，例如小汽車、卡車、運動型多用途車輛、跨界車輛、廂式貨車、小型貨車、計程車、公共汽車等。在一些可能的方法中，主車輛100是在自主(例如，無人駕駛)模式、部分自主模式和/或非自主模式下操作的自主車輛。

現在參考圖2所示，車輛系統115包括超聲傳感器105、雷達傳感器110、存儲器120和處理器125。這些組件中的一些或全部可以通過通信鏈路(例如控制器區域網(can)總線、乙太網等)彼此通信。

超聲傳感器105可以包括任何數量的電子部件，其在組合時可以使用聲波來測量到物體的距離。超聲傳感器105可以通過向物體發送聲波並且在聲波從物體朝向超聲傳感器105反射之後接收反射聲波來測量到物體的距離。超聲傳感器105可以包括內部處理器，內部處理器基於聲速和發送聲波與接收反射聲波之間的時間量來計算到物體的距離。超聲傳感器105可以輸出表示距離測量的距離信號。

雷達傳感器110可以包括任何數量的電子部件，其在組合時可以使用射頻波來測量到物體的距離。雷達傳感器110可以朝向物體發射射頻波，並接收從物體反彈並朝向雷達傳感器110反射的回波(例如，反射的無線電波)。雷達傳感器110可以包括內部處理器，內部處理器基於例如光的速度和在發射射頻波和接收回波之間的時間量來計算到物體的距離。這可以被稱為直接傳播方法。間接傳播方法可以包括基於向物體發射和從其反射的調製信號計算距離的內部處理器。接收信號的頻率差可用於確定距離以及物體的相對速度。

存儲器120可以包括可以存儲數據的任何數量的電子設備。例如，存儲器120可以存儲由超聲傳感器105、雷達傳感器110或兩者測量的距離測量。此外，存儲器120可以存儲由處理器125確定的數據，例如由處理器125計算的任何校正因子。

處理器125可以包括被編程為根據由雷達傳感器110進行的距離測量來校準超聲傳感器105的任何數量的電子部件。例如，處理器125可以接收由超聲傳感器105和雷達傳感器110輸出的距離信號。處理器125可以被編程為比較由兩個信號表示的距離並且基於兩個距離之間的差確定校正因子。校正因子可以包括由雷達傳感器110測量的距離與由超聲傳感器105測量的距離的比值。因此，校正因子通常可以是小於1、約等於1或大於1但小於比如2的數字。也可以開發更複雜的關係，特別是隨著時間的推移。例如，校正因子可以包括乘法常數「a」和偏移量「b」，從而採取「ax+b」的形式。或者，可以經由對所收集的數據的最佳擬合分析來可選地確定校準因子。校正因子可以存儲在存儲器120中。

處理器125可以通過將校正因子應用於由超聲傳感器105輸出的未來距離信號來校準超聲傳感器105。例如，在確定校正因子之後，並且在接收到由超聲傳感器輸出的後續距離信號時，處理器125可以被編程為從距離信號提取距離，從存儲器120獲得校正因子，並且將從距離信號提取的距離乘以校正因子以計算調整的距離。如果環境因素沒有改變，則調整的距離應近似等於由雷達傳感器110測量的到同一物體的距離。

圖3是可以由車輛系統115執行以根據從雷達傳感器110接收的距離數據校準超聲傳感器105的示例過程300的流程圖。過程300可以在任何時間執行，諸如當主車輛100正在運行時。在一些可能的方法中，過程300可以在每個接通周期的開始時執行。在其它實施方式中，過程300可以每個預定量的接通周期執行一次(例如，每五個接通周期一次)。在另一種可能的方法中，過程300可以在每個接通周期上執行多次，例如超聲傳感器105可以被連續地校準以考慮變化的環境因素。

在框305，車輛系統115可接收第一距離信號。第一距離信號可以由雷達傳感器110輸出並由處理器125接收。處理器125可以處理第一距離信號以確定由雷達傳感器110測量的到物體的距離。

在框310，車輛系統115可接收第二距離信號。第二距離信號可由超聲傳感器105輸出並由處理器125接收。處理器125可處理第二距離信號以確定由超聲傳感器105測量的到物體的距離。

在框315，車輛系統115可以比較測量的距離。例如，處理器125可以將由雷達傳感器110測量的到物體的距離與由超聲傳感器105測量的到物體的距離進行比較。如果測量的距離差異達預定量(例如，大於1％)，則處理器125可以確定需要校正因子以補償可能影響由超聲傳感器105進行的測量的環境因素。

在框320，車輛系統115可以基於由超聲傳感器105和雷達傳感器110進行的測量之間的差異來確定校正因子。為了確定校正因子，處理器125可以確定距離由雷達傳感器110測量的距離與由超聲傳感器105測量的距離的比值。因此，校正因子通常可以是小於1、約等於1或大於1但小於例如2的數字。

在框325處，車輛系統115可校準超聲傳感器105。校準超聲傳感器105可包括處理器125將校正因子應用於由超聲傳感器105獲取的未來讀數。下面將參考圖4更詳細地對校準超聲傳感器105進行討論。

在一個可能的實施方式中，類似於上面關於圖3所描述的過程可以被用於在生產時校準超聲傳感器105。因此，可以在超聲傳感器105被運送用於例如車輛或其他實施方式中之前評估和校正新的超聲傳感器105的精度。

圖4示出了可以被實施以根據校正因子校準超聲傳感器105的示例過程400的流程圖。過程400可以例如在上面參考圖3討論的過程300的框325處被實施。

在框405處，車輛系統115可以接收由超聲傳感器105輸出的後續距離信號。該後續信號可以在時間上晚於由雷達傳感器110輸出的第一距離信號，和由超聲傳感器105輸出的第二距離信號。後續信號可以經由例如通信鏈路從超聲傳感器105發送到處理器125。

在框410，車輛系統115可以應用校正因子。如上面關於過程300所討論的，處理器125可以基於由超聲傳感器105和雷達傳感器110測量的到特定物體的距離之間的差異來確定校正因子。在框410處，處理器125可以將校正因子應用於由超聲傳感器105輸出並在框405接收的後續距離信號。在一個可能的實施方式中，應用校正因子可以包括將從後續距離信號提取的距離乘以校正因子，調整距離。

在判定框415，車輛系統115可以確定是否發生了環境變化。例如，處理器125可以通過例如溼度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等接收指示車輛附近的周圍環境的變化的輸出。如果發生了這樣的改變，則過程400可以進行到框420。在沒有這樣的改變的情況下，過程400可以進行到框405，使得校正因子可以應用於由超聲傳感器105輸出的另外的距離信號。在一些情況下，可以根據實際的溼度、溫度或壓力測量來驗證校正因子，因為溼度、溫度和壓力可以算術上與距離相關。

在框420，車輛系統115可以確定新的校正因子。可以確定新的校正因子以應對在框415識別的環境因素的變化。為了確定新的校正因子，處理器125可以接收由雷達傳感器110和超聲傳感器105輸出的距離信號，比較這些信號，並且基於由雷達傳感器110和超聲傳感器105對同一物體測量的距離生成新的校正因子。過程400可以進行到框405，使得新的校正因子可以應用於由超聲傳感器105進行的後續距離測量。

只要車輛正在運行，過程400就可以繼續執行。

現在參考圖5所示，主車輛100被示出為具有超聲傳感器105和雷達傳感器110。兩者都可以在主車輛100的前部附近。此外，超聲傳感器105和雷達傳感器110可以位於大致相同平面。因此，超聲傳感器105和雷達傳感器110可以與主車輛100前方的物體具有相同的距離。

由超聲傳感器105和雷達傳感器110測量的距離在圖5中示出。例如，距離d1可以表示由雷達傳感器110測量的距離，並且距離d2可以表示由超聲傳感器105測量的距離。即使距離d1和d2近似相等，如上所述，環境因素可以使超聲傳感器105的輸出表示與雷達傳感器110的輸出不同的距離。將校正因子應用於由超聲傳感器105輸出的信號補償了該問題。

圖6a和6b示出了示出環境因素可以如何影響超聲傳感器105的輸出以及如何應用校正因子以克服這樣的問題的示例表。例如，在由超聲傳感器105測量的距離比由雷達傳感器110測量的距離大5％的一個可能實施例中，處理器125可以計算校正因子為0.95。如圖6a的最後一列所示，應用校正因子使得校準的超聲距離與由雷達傳感器110測量的距離相同。

圖6b示出了環境因素在主車輛100的操作期間改變的另一種方法。在該示例中，到主車輛100前方的物體的距離在不同時間在主車輛100之前1-1.2米。最初，超聲傳感器105測量的距離比雷達傳感器110大大約5％。因此，校正因子在大約0.95處開始。然而，在第三次迭代之後，超聲傳感器105開始測量的距離比雷達傳感器110大大約7％。因此，檢測到環境因素的變化，並且將校正因子調整為大約0.93。另外，圖6a和6b僅僅是示例。為了清楚和簡單的目的，表中所示的距離測量和校正因子已經被捨入。

一般來說，所描述的計算系統和/或設備可以採用多個計算機作業系統中的任何一個，包括但不限於，福特同步(ford)應用程式的版本和/或變體、應用程式連結(applink)/智能設備連結中間件、microsoft作業系統、microsoftwindows作業系統、unix作業系統(例如，由加利福尼亞紅木灘(redwoodshores)的甲骨文(oracle)公司發布的作業系統)，由紐約阿克蒙市(armonk)的國際商業機器公司發布的aixunix作業系統、linux作業系統，由加利福尼亞州庫比蒂諾市(cupertino)的蘋果(apple)公司發布的macosx和ios作業系統、由加拿大滑鐵盧(waterloo)的黑莓(blackberry)有限公司發布的blackberryos、以及由谷歌(google)公司開發的android作業系統、和開放手機聯盟、或qnx軟體系統公司提供的信息娛樂用car平臺。計算設備的示例包括但不限於機載車輛計算機、計算機工作站、伺服器、臺式機、筆記本、膝上型計算機或手持計算機或一些其他計算系統和/或設備。

計算設備通常包括計算機可執行指令，其中指令可以由諸如上面列出的那些的一個或多個計算設備執行。計算機可執行指令可以從使用各種程式語言和/或技術創建的電腦程式編譯或解釋，包括但不限於單獨或組合的javatm、c、c++、visualbasic、javascript、perl等。這些應用中的一些可以在諸如java虛擬機、dalvik虛擬機等虛擬機上被編譯和執行。一般來說，處理器(例如，微處理器)例如從存儲器、計算機可讀介質等接收指令，並執行這些指令，從而執行一個或多個過程，這些過程包括本文所述的一個或多個過程。這樣的指令和其他數據可以使用各種計算機可讀介質存儲和傳輸。

計算機可讀介質(也稱為處理器可讀介質)包括參與提供可由計算機讀取的數據(例如，指令)的任何非暫時性(例如，有形)介質(例如，由計算機的處理器)。這樣的介質可以採取許多形式，包括但不限於非易失性介質和易失性介質。非易失性介質可以包括例如光碟或磁碟和其他持久性存儲器。易失性介質可以包括例如動態隨機存取存儲器(dram)，其通常構成主存儲器。這樣的指令可以由一個或多個傳輸介質傳輸，包括同軸電纜、銅線和光纖，包括構成耦合到計算機的處理器的系統總線的導線。計算機可讀介質的常見形式包括例如軟盤、可摺疊磁碟、硬碟、磁帶、任何其它磁介質、只讀光碟(cd-rom)、數位化視頻光碟(dvd)，任何其他光學介質、穿孔卡、紙帶、任何具有孔圖案的其它物理介質、ram，可編程序只讀存儲器(prom)、電可編程序只讀存儲器(eprom)、快速電可擦可編程序只讀存儲器(flash-eeprom)、任何其它存儲器晶片或卡盒，或計算機可從其讀取的任何其它介質。

這裡描述的資料庫、數據儲存庫或其他數據存儲器可以包括用於存儲、訪問和檢索各種數據的各種機制，包括分層資料庫、文件系統中的一組文件、專用格式的應用資料庫、關係資料庫管理系統(rdbms)等。每個這樣的數據存儲器通常包括在採用諸如上述計算機作業系統之一的計算設備中，並且經由網絡以任何一個或多個方式而被訪問。文件系統可以從計算機作業系統訪問，並且可以包括以各種格式存儲的文件。除了用於創建、存儲、編輯和執行諸如上述pl/sql語言之類的存儲過程的語言之外，rdbms通常採用結構化查詢語言(sql)。

在一些示例中，系統元件可以實施為在一個或多個計算設備(例如，伺服器，個人計算機等)上存儲的計算機可讀指令(例如軟體)，計算機可讀指令存儲在與其相關聯的計算機可讀介質上(例如，磁碟、存儲器等)。電腦程式產品可以包括存儲在計算機可讀介質上的用於執行本文所述功能的這些指令。

關於本文描述的過程、系統、方法、啟發方法等，應當理解，儘管這樣的過程等的步驟已經被描述為根據某個有序序列發生，但是這樣的過程可以以採用不同於本文所描述的順序執行的所描述的步驟來實施。還應當理解，某些步驟可以同時執行，可以添加其他步驟，或者可以省略本文描述的某些步驟。換句話說，本文中的過程的描述是為了說明某些實施例的目的而提供的，並且不應被解釋為限制權利要求。

因此，應當理解，上述說明書旨在是說明性的而不是限制性的。除了所提供的示例之外的許多實施例和應用在閱讀上述說明書後將是顯而易見的。應當參考所附權利要求以及這些權利要求所被賦予的等同物的全部範圍來確定保護範圍。預期和設想本文討論的技術未來會有進一步發展，並且所公開的系統和方法將被併入這些未來的實施例中。總之，應當理解，本申請能夠修改和變化。

除非在此作出相反的明確指示，權利要求中使用的所有術語意在給予如本領域技術人員所理解的它們的普通含義。特別地，除非權利要求中陳述了相反的明確限制，否則單數冠詞諸如「一個」、「該」、「所述」等的使用應被理解為列舉一個或多個所指示的元件。

提供摘要以允許讀者快速確定本技術公開的實質內容。提交時應理解，其不用於解釋或限制權利要求的範圍或含義。此外，在前面的具體實施方式中，可以看出，出於簡化本公開的目的，各種特徵在各種實施例中被集合在一起。本公開的方法不應被解釋為反映這樣的意圖，即所要求保護的實施例需要比每個權利要求中明確記載的特徵更多的特徵。相反，如以下權利要求所反映的，發明主題在於少於單個公開的實施例的所有特徵。因此，所附權利要求被併入具體實施方式中，其中每個權利要求自身作為單獨要求保護的主題。