補償超聲傳感器的方法和系統的製作方法

2024-01-30 02:11:15

專利名稱：補償超聲傳感器的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及機動車輛傳感器領域，更為具體地，涉及補償超聲傳感器的輸
出O
背景技術：
用於車輛的障礙探測系統總體上採用了安裝在車身上的傳感器例如超聲傳感器用於使用超聲波探測周圍的障礙物。通常，超聲傳感器在車輛周圍發射聲波並通過障礙物反射的聲波來感應障礙物。為此，傳感器確定接收到反射聲波的時間間隔並使用已知聲速識別障礙物和車輛之間的距離。應理解，在20°C (68° F)的乾燥空氣中，聲速為343m/s。然而，天氣狀況影響了聲波的行為，並且聲速隨著壓力、溫度、和溼度而改變。超聲傳感器總體上用在多種車輛中以提供泊車輔助、碰撞探測、自動泊車、或任何其它類型的避障能力。因此，需要合適的障礙探測以避免損壞車輛。目前，通過採用安裝在車輛上的環境溫度傳感器針對大氣溫度變化補償聲速。然而，這可能較為昂貴。另外，目前沒有針對大氣壓力變化來補償超聲傳感器的解決方案。非常需要一種針對由大氣變化而引起的聲速變化來補償超聲傳感器的高性價比且高效的系統。

發明內容
本發明的一個實施例描述了用於針對聲速的變化而補償安裝在車輛上超聲傳感器的系統。本發明包括可運轉地連接至補償大氣對聲速影響的動力系控制模塊的超聲傳感器。動力系控制模塊包括監測大氣壓力的壓力傳感器和配置用於使用監測到的大氣壓力來計算補償聲速的控制器。超聲傳感器在車輛周圍發送超聲波並確定接收到從物體反射的超聲波的時間間隔。此外，超聲傳感器從動力系控制模塊接收對應於超聲波的補償聲速。隨後，使用補償聲速和時間間隔得到對應於車輛和物體之間的相對距離的信號。本發明的另一實施例公開了一種用於針對聲速變化補償超聲傳感器的方法。該方法包括使用設置在動力系控制模塊中的壓力傳感器監測大氣壓力。超聲傳感器發射超聲波並確定接收到從物體反射的超聲波的時間間隔。該方法包括基於監測的大氣壓力計算補償聲速並使用補償聲速和時間間隔產生對應於車輛和物體之間的相對距離的信號。


附圖展示並說明了本發明的多個示例性實施例。在所有附圖中，相同的附圖標記指示相同或功能類似的元件。附圖實質上為說明性的且未按比例繪製。圖1為針對大氣變化補償超聲傳感器的補償系統的示例性實施例。圖2說明了用於基於聲速變化補償超聲傳感器輸出(圖1)的方法的示例性實施例。
具體實施例方式下文參考附圖進行了詳細描述。描述了示例性實施例用於說明本發明的主題而非限定其範圍，其範圍由權利要求所確定。腿總體上，本發明描述了用於基於由於大氣狀況而引起的聲速變化主動補償安裝在車輛上的超聲傳感器的方法和系統。本發明採用車輛動力系模塊中已有的內部壓力傳感器來根據大氣壓力變化調節聲速值。壓力傳感器監測大氣壓力以計算補償聲速。隨後，超聲傳感器利用此補償聲速識別物體和車輛之間的相對距離。補償聲速導致精確的距離估算而與大氣變化效應無關。使用已安裝在動力系控制模塊中的壓力傳感器提供了便利且高性價比的解決方案以針對大氣狀況補償超聲傳感器。另外，本發明描述了通過連續的壓力檢測針對聲速變化進行自動調節而無需手動幹預的主動補償流程。示例件實施例圖1說明了針對由氣候狀況引起的聲速變化而補償超聲傳感器102的示例性補償系統100。系統100包括常見車輛組件(包括具有控制器106的動力系控制模塊104)以及安裝在車輛上用於向泊車輔助模塊108提供輸入的超聲傳感器102。本說明書中所描述的補償系統100總體上可應用於多種類型的可採用超聲傳感器的車輛，包括小型或大型轎車、卡車、廂式貨車、SUV、以及拖車。本發明使用嵌入於車輛內部的動力系控制模塊104的已知功能用於補償流程。術語「動力系」指的是動力產生及傳輸系統，其包括發動機和變速器，且其用作機動車輛中的驅動系統。動力系控制模塊104分別使用發動機控制單元110和變速器控制單元112來執行發動機和變速器的控制運轉。發動機控制單元110探測來自發動機多個部分的數據並可調節燃料供應、點火正時、進氣流速、和多個其它已知的發動機運轉。變速器控制單元112 探測發動機負載和車速以決定要在變速器中建立的檔位。出於描述的目的，圖1僅描述了動力系控制模塊104的一些組件；然而本領域技術人員將理解動力系控制模塊104可選擇性地連接至多個傳感器、開關、或其它已知裝置以得到車輛信息並控制多個車輛運轉。壓力傳感器114為動力系控制模塊104用於監測大氣壓力的傳感器中的一個。泊車輔助模塊108提供了多個功能，例如自動泊車、平行泊車、障礙物識別等，實現便利的或完全自動化的泊車過程。例如，使用泊車輔助模塊108，車輛可使其本身在很少或沒有來自駕駛員的輸入的情況下駛入泊車位置。在該過程中，模塊108探測到造成碰撞風險的物體並發出警告。通過多個協作以確定車輛和周圍物體之間距離的傳感器(例如超聲傳感器102)執行探測和警告。在一個實施方案中，泊車輔助模塊108可包括用戶界面， 其可圖形地描述周圍物體，包括其與車輛的距離。超聲傳感器102探測車輛任意一側、前方、或後方的障礙物，而車輛模塊(例如轉向輪、制動系統、碰撞警告系統、泊車輔助模塊108等)可利用此信息。本實施例中所使用的超聲傳感器102連接至泊車輔助模塊108以提供泊車輔助。超聲傳感器102可安裝在前保險槓或後保險槓上、或者車輛任意一側上以探測周圍的障礙物。超聲傳感器102可包括適合發射圍繞車輛的超聲波的發射器(未顯示)，以及適合接收從車輛附近任意物體(例如障礙物116)反射的超聲波的接收器(未顯示)。內部處理器(未顯示)確定發射超聲波和接收到從障礙物1156反射的同一超聲波之間經過的傳播時間。隨後，內部處理器使用公式d = c*t/2產生對應於車輛和障礙物116之間的相對距離的輸出信號，其中c為聲速，t為傳播時間。隨後可將此輸出信號提供至例如泊車輔助模塊108。超聲傳感器的這種物體探測功能對本領域技術人員是眾所周知的，且不會在本說明書中詳細討論。然而，由於環境狀況的變化，超聲傳感器106可能提供錯誤的車輛和物體(例如障礙物116)之間的相對距離。超聲傳感器102所提供的不精確的距離測量可能在泊車輔助模塊108造成誤差，並可能導致損壞車輛。由於聲速依賴於一些因素(例如溫度、大氣壓力、 及溼度)，可能需要採用基於大氣溫度或壓力變化的修正係數。因此，需要一種精確且穩定的對聲速的測量。補償系統100採用現有可用的連接至動力系控制模塊104的大氣壓力傳感器114 來補償大氣狀況。為此，大氣壓力傳感器114(例如氣壓計)持續測量大氣壓力，而補償模塊118集成在控制器106中。補償模塊118編程為監測壓力狀況以確保考慮到可能影響聲速的任何壓力變化並計算對應的補償聲速。針對大氣壓力變化的補償聲速確保考慮到所有可能影響到超聲傳感器102的輸出的天氣狀況。隨後將補償聲速提供給超聲傳感器102以計算車輛和障礙物116之間的精確相對距離，確保泊車輔助模塊108正確工作。下文將結合圖2詳細討論補償流程。動力系控制模塊104計算補償聲速以確保超聲傳感器102的輸出與大氣變化無關。由於壓力傳感器114持續監測大氣壓力，補償系統100自動調節聲速而沒有手動幹預。在本發明的替代實施例中，車輛所採用的環境溫度傳感器也可連接至控制器106 以基於溫度計算聲速的變化。本領域技術人員將理解壓力或溫度補償可確保超聲傳感器 102工作恰當。在壓力傳感器114失效而溫度傳感器輔助補償的情況下，可利用壓力和溫度傳感器的組合以為泊車輔助模塊108提供穩健性。在本發明的另一實施例中，系統100可使用連接至動力系控制模塊104的質量空氣流量傳感器以針對大氣狀況補償聲速。本領域技術人員將理解，質量空氣流量傳感器用於探測進入內燃發動機的空氣品質。由於空氣品質隨著溫度而改變，傳感器所測量的氣流質量可確定任何環境溫度變化。隨後，動力系控制模塊104可利用此溫度變化信息計算補償聲速。結果，系統100可利用對溫度、壓力、和空氣品質的感測或估算的任意組合來提供對通過空氣傳播的聲速的穩健補償。圖2顯示了執行本發明主題的方法200。方法200包括步驟202至210，描述了針對聲速變化自動補償超聲傳感器102輸出的流程。考慮使用泊車輔助模塊108將車輛駛入泊車點的車輛的示例。方法200開始於步驟202，在該處大氣壓力傳感器114監測大氣壓力狀況。步驟202為持續進行的步驟，包括在車輛處於「啟動」時通過壓力傳感器114持續監測大氣壓力。在步驟204處，超聲傳感器 102在車輛附近發射聲波以識別可能造成碰撞風險的圍繞泊車點的障礙物。在一個實施方案中，超聲傳感器102可安裝在車輛的後保險槓上以探測車輛後面的障礙物，並確定車輛和障礙物之間的合適距離。隨後在步驟206處，超聲傳感器102確定聲波傳播時間，其形成了聲波發射和收到從障礙物(例如障礙物116)反射的聲波之間的時間間隔。同時，在步驟208處，補償模塊 118計算針對大氣壓力變化進行調節的補償聲速。為此，補償模塊118識別傳播時間期間的大氣壓力變化以計算補償的聲速。隨後，將補償聲速提供給超聲傳感器102。應理解，基於已知的聲波與大氣壓力的相關性來針對大氣壓力變化補償聲速。在本發明的實施例中，使用下列方程計算補償聲速C2 = Y *Ρ/ρ(1)其中c為聲速，P為大氣壓強，P為空氣密度，且Y為絕熱係數(也稱為等熵膨脹因數)。本領域技術人員將理解，Y為氣體在恆定壓力下的比熱與氣體在恆定體積下的比熱的比例(Cp/Cv)。在步驟210處，超聲傳感器102基於傳播時間和補償聲速產生對應於車輛和障礙物116之間距離的輸出信號。隨後，超聲傳感器102將此信號提供給泊車輔助模塊108，其可警告駕駛員關於車輛周圍所有識別的障礙物。可替代地，使用此信號，泊車輔助模塊108 可自動將車輛恰當地駛入泊車點而不會損壞車輛。使用補償聲速避免超聲傳感器對障礙物的錯誤探測，使得相關聯的泊車輔助模塊108穩健而高效。本領域技術人員將理解，在本發明的具體使用中可組合或改變上文的討論中所提出的步驟。所說明的步驟提出用於解釋所顯示的實施例，且應預見到不斷發展的技術開發將改變執行特定功能的方式。這些描述並未限制本發明的範圍，其僅通過參考權利要求而確定。本說明書已提出了多個具體示例性實施例，但本領域技術人員將理解在具體實施方案及環境中採用本發明主題時，將自然產生這些實施例的變形。還應理解這些及其它變形處於本發明的範圍內。那些可能的變形或者上文的具體示例均非提出用於限制本發明的範圍。應當理解為，所要求保護的發明的範圍僅由權利要求確定。
權利要求
1.一種針對聲速變化補償安裝在車輛上的超聲傳感器的系統，所述系統包含 動力系控制模塊，包括配置用於監測大氣壓力的壓力傳感器；以及配置用於使用監測到的大氣壓力計算補償聲速以補償大氣變化的控制器； 可運轉地連接至所述動力系控制模塊的超聲傳感器，所述超聲傳感器配置用於 發射超聲波；確定接收到從物體反射的超聲波的時間間隔； 接收對應於所述超聲波的所述補償聲速；以及使用所述補償聲速和所述時間間隔產生對應於所述車輛和所述物體之間的相對距離的輸出信號。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述壓力傳感器持續監測所述大氣壓力。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述動力系控制模塊還包括環境溫度傳感器以針對溫度變化補償聲速。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，在所述壓力傳感器不可運轉的情況下採用所述環境溫度傳感器。
5.一種針對大氣變化補償安裝在車輛上的超聲傳感器的方法，所述方法包含 設置具有壓力傳感器的動力系控制模塊；使用所述壓力傳感器監測大氣壓力； 從所述超聲傳感器發射超聲波； 確定接收到從物體反射的超聲波時的時間間隔； 基於監測的大氣壓力計算補償聲速；使用所述補償聲速和所述時間間隔產生對應於所述車輛和所述物體之間的相對距離的輸出信號。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述監測步驟包括持續監測所述大氣壓力。
7.根據權利要求5所述的方法，其中，所述計算步驟使用所述時間間隔內監測的所述壓力傳感器輸出。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，針對由於大氣變化而引起的聲速變化補償所述補償聲速。
全文摘要
本發明公開了一種針對聲速變化補償安裝在車輛上的超聲傳感器的系統和方法。超聲傳感器可運轉地連接至具有持續監測大氣壓力的壓力傳感器和配置用於使用監測的大氣壓力計算補償聲速的控制器的動力系控制模塊。超聲傳感器發送超聲波並確定接收到從物體反射的超聲波時的時間間隔。隨後超聲傳感器使用補償聲速和時間間隔產生對應於車輛和物體之間相對距離的信號。
文檔編號G01S7/52GK102540171SQ20111030170
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月27日 優先權日2010年10月18日
發明者E·M·拉沃恩 申請人:福特環球技術公司