主动式测距装置以及主动式测距方法与流程

1.本发明有关于车用测距装置，特别是一种主动式测距装置以及一种主动式测距方法。


背景技术：

2.现有汽车导入主动安全系统，以在行车时提早对驾驶人进行警示、主动介入汽车操控，或者是提供行车辅助。与避免碰撞相关的技术包含前方碰撞预警、自动紧急刹停、主动车距维持定速以及盲点检测警示。避免碰撞相关的技术是以检测波发射器发出检测波，藉由检测器接收反射波。系统分析反射波后得到与物件之间的距离后，判断碰撞发生的可能性，借以决定是否对行车进行干预。前述检测波包含但不限定于不可见激光、红外线、超声波。
3.电动车上所有次系统都是以蓄电池所提供电能进行运作，包括前述主动安全系统。检测波的发射、接收以及分析都需要消耗电能，主动安全系统的持续运作将大幅消耗电能，致使电动车的续航力下降。


技术实现要素：

4.基于上述技术问题，本发明提出一种主动式测试装置及其方法，可以有效降低进行距离检测时的耗电量。
5.本发明实施例提出一种主动式测距装置，包含检测波发射器、反射波接收器以及控制器。检测波发射器用于以指定发射功率发射检测波，以被反射形成反射波。反射波接收器用于以指定检测功率进行运作，以接收反射波，并产生反射波信息。控制器电性连接于检测波发射器以及反射波接收器，以控制检测波发射器发射检测波，并接收反射波信息，借以依据检测波的发射状态以及反射波信息得到距离信息。控制器更用于接收车速信号，以依据车速信号调整指定发射功率以及指定检测功率。
6.在至少一实施例中，车速信号对应于车速，且车速是正相关于指定发射功率以及指定检测功率。
7.在至少一实施例中，主动式测距装置更包含发射器驱动电路，电性连接于检测波发射器，且控制器电性连接发射器驱动电路，控制器依据指定发射功率控制发射器驱动电路，使发射器驱动电路驱动检测波发射器以指定发射功率发射检测波。
8.在至少一实施例中，控制器依据指定发射功率提供对应的参考电力至发射器驱动电路，使发射器驱动电路驱动检测波发射器以指定发射功率发射检测波。
9.在至少一实施例中，主动式测距装置更包含数字模拟转换器，电性连接于控制器。控制器依据指定发射功率控制数字模拟转换器，以使数字模拟转换器提供对应的参考电力至发射器驱动电路，使发射器驱动电路驱动检测波发射器以指定发射功率发射检测波。
10.在至少一实施例中，调整指定发射功率包含调整检测波发射器的工作周期、发射频率或检测波的峰值功率。
11.在至少一实施例中，调整指定检测功率包含调整反射波接收器的检测频率或取样频率。
12.在至少一实施例中，控制器接收车速提升信号，依据车速提升信号判断于迟滞时间后的预测车速，而提升指定发射功率以及指定工作频率以对应预测车速。
13.在至少一实施例中，检测波发射器以及反射波接收器之间以同步信号进行同步。
14.本发明还提出一种主动式测距方法，包含：持续接收与车速相关的车速信号；依据车速决定指定发射功率以及指定检测功率；以指定发射功率发射检测波以形成反射波，并以指定检测功率接收反射波，借以得到距离信息；判断车速是否改变；以及当车速改变，依据改变后的车速调整指定发射功率以及指定检测功率。
15.在至少一实施例中，主动式测距方法更包含，于持续接收与车速相关的车速信号之前，以一初始发射功率开始发射检测波，并且以一初始检测功率接收反射波。
16.在至少一实施例中，主动式测距方法，更包含：判断是否接收车速提升信号；依据车速提升信号得判断于迟滞时间后的预测车速；以及依据预测车速提升指定发射功率以及指定工作频率以对应预测车速。
17.在至少一实施例中，车速是正相关于指定发射功率以及指定检测功率。
18.在至少一实施例中，调整指定发射功率包含调整检测波的工作周期、发射频率或检测波的峰值功率。
19.在至少一实施例中，调整指定检测功率包含调整接收反射波的检测频率或取样频率。
20.通过本发明的主动式测距装置以及主动式测距方法，检测波的发射以及反射波的接收并非常态地以固定功率进行，而是针对车速动态地调整。汽车于较低车速时，检测波的发射功率以及反射波的检测功率可以适时地依据车速降低，并于高车速时提升。因此，本发明可以有效降低主动式测距装置的耗电，又可维持必要的测距灵敏度以及精确度。
21.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
22.图1是本发明实施例中，主动式测距装置的电路方块图。
23.图2是本发明实施例中，主动式测距装置的使用示意图。
24.图3以及图4是本发明实施例中，调整指定发射功率以及指定检测功率的示意图。
25.图5是本发明实施例中，主动式测距装置的另一电路方块图。
26.图6以及图7是本发明实施例中，主动式测距方法的流程图。
27.附图标记
28.100:主动式测距装置
29.110:检测波发射器
30.120:反射波接收器
31.130:发射器驱动电路
32.140:控制器
33.150:数字模拟转换器
34.210:汽车电子控制单元
35.200:汽车
36.300:物件
37.d:检测波
38.r:反射波
39.s110～s180:步骤
具体实施方式
40.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
41.以下说明使用的术语「模块」、「控制器」、「驱动电路」是指专用集成电路(asic)、电子电路、微处理器，执行一个或多个软件或固件程序的芯片、电路设计。模块被配置为执行各种算法、变换和/或逻辑处理以生成一或多个信号。当模块、服务器、服务以软件实现时，模块可以作为芯片、电路设计可读取的程序代码而通过程序代码执行体现于存储器中。
42.如图1所示，为本发明实施例所提供的一种主动式测距装置100，包含检测波发射器110、反射波接收器120、发射器驱动电路130以及控制器140。控制器140可以是系统芯片(system on a chip，soc)，且控制器140可以是独立模块或是车载设备单元(on-board unit，obu)的一部分。控制器140电性连接于汽车电子控制单元210(electronic control unit，ecu)，用以接收车速状态。前述的车速状态包含车速信号以及车速提升信号。前述主动式测距装置100的各部件直接地或间接地电性连接汽车200电力系统，以取得运作电力。于汽车200是电动车的场合，前述电力来自汽车200的蓄电池；于汽车200是燃油车或油电混合车的场合，前述电力可以是来自发电机。
43.如图1以及图2所示，检测波发射器110装设于汽车200表面，并且指向特定方向；前述的特定方向也可以是持续改变，例如检测波发射器110以固定转速持续于平面旋转360度。检测波发射器110安装的位置可以是前保险杆、引擎盖、车顶或是后视镜，用于以指定发射功率朝向特定方向发射检测波d，以被物件300反射形成反射波r。
44.如图1以及图2所示，反射波接收器120装设于汽车200表面，并且指向前述特定方向。具体而言，反射波接收器120是朝向检测波发射器110发射检测波d的范围，并且以指定检测功率进行运作，以接收反射波r，并产生反射波信息。
45.如图1所示，发射器驱动电路130电性连接于检测波发射器110，用以驱动检测波发射器110以指定发射功率发射检测波d。控制器140电性连接于汽车电子控制单元210、发射器驱动电路130以及反射波接收器120，并间接地通过发射器驱动电路130电性连接于检测波发射器110。
46.如图1以及图2所示，控制器140由汽车电子控制单元210接收车速信号，以依据车速信号决定指定发射功率以及指定检测功率。控制器140依据指定发射功率控制发射器驱动电路130，以驱动检测波发射器110以指定发射功率发射检测波d；控制器140并控制反射波接收器120以指定检测功率进行运作。依据检测波d的发射状态以及反射波信息，例如发射与接收的时间差，控制器140可得到汽车200至物件300的距离信息，并传送至汽车电子控制单元210或是车载信息单元，以供主动安全系统进行判断，执行必要的干预措施。
47.参阅图1以及图2所示，车速信号对应于汽车200当前的车速。假设车速于第一速度以及第二速度之间变化，且第一车速大于第二车速。汽车200以第一车速行驶时，煞车或回
避必须提早进行以避免碰撞；此时，主动式测距装置100的有效检测距离就必须提升以检测到距离较远的物件300；主动式测距装置100的响应速度也必须提升以因应距离的快速变化，避免检测空窗过大。当汽车200于较低的第二车速行驶时，避免碰撞的措施可以延后进行；此时，主动式测距装置100的有效检测距离可以降低，以检测到距离较的物件300；由于距离的变化较为缓慢，因此，响应速度也可以降低。同时，在第一车速时，主动式测距装置100的精确度也必须较高以因应距离的快速变化，反之在第二车速时，精确度可以调降。
48.参阅图3以及图4所示，有效检测距离是由检测波发射器110的指定发射功率以及反射波接收器120的指定检测功率所决定。具体而言，检测波发射器110的发射周期亦即工作周期(duty cycle)越高，检测波d越能在远距离形成足够强度的反射波r。调整指定发射功率，主要就是调整检测波d的工作周期、发射频率以及峰值功率。前述工作周期可于0％～100％之间调整，于0％时即为关闭检测波发射器110而停止检测距离，但于汽车200启动状态下通常不会关闭检测波发射器110以及反射波接收器120。检测波发射器110在汽车200启动后就会开启，在车速为零时仍会设定大于0％的一工作周期，而以一初始发射功率作为车速为零时的指定发射功率来启动检测波发射器110。除了调整工作周期，调整指定发射功率也可以是调整检测波发射器110的驱动电压或驱动电流，而改变检测波d的发射频率以及峰值功率，或者是同时调整工作周期、发射频率以及峰值功率。
49.以前述第一车速以及第二车速为例，在第一车速时，控制器140以较高的第一发射功率控制发射器驱动电路130，以驱动检测波发射器110以第一发射功率发射检测波d。此时，如图3所示，检测波发射器110的工作周期将被提升，以加强检测波d的强度。在第二车速时，控制器140以较低的第二发射功率控制发射器驱动电路130，以驱动检测波发射器110以第二发射功率发射检测波d。此时，如图4所示，检测波发射器110的工作周期将被降低，以调降检测波d的强度。
50.如图1所示，具体而言，控制器140可内建数字模拟转换功能，以依据指定发射功率提供对应的参考电力(参考电压或参考电流)至发射器驱动电路130，使发射器驱动电路130驱动检测波发射器110以指定发射功率发射检测波d。
51.如图5所示，在控制器140不具备数字模拟转换功能时，可提供数字模拟转换器150，电性连接于控制器140。发射器驱动电路130电性连接于数字模拟转换器150，而间接地电性连接于控制器140。控制器140依据指定发射功率控制数字模拟转换器150，以使数字模拟转换器150提供对应的参考电力至发射器驱动电路130，使发射器驱动电路130驱动检测波发射器110以指定发射功率发射检测波d。
52.再参阅图3以及图4所示，有效检测距离也同时与反射波接收器120的检测频率(modulation frequency)相关。检测频率越高，反射波接收器120的灵敏度越高，越能够检测到由远距离传回的反射波r。响应速率与反射波接收器120的取样频率(frame rate)相关。取样频率越高，反射波接收器120的响应越快，越能因应距离的快速变化。调整指定检测功率，包含调整接收反射波r的检测频率以及取样频率。具体而言，控制器140与反射波接收器120之间可以通过i2c等双向界面连接，使控制器140可以调整指定检测功率，同时又能接收反射波接收器120回传的检测结果。
53.以前述第一车速以及第二车速为例，在第一车速时，控制器140以较高的第一检测功率控制反射波接收器120进行运作。此时，如图3所示，检测频率将被提升，以提升反射波
接收器120的灵敏度；同时，取样频率也被提升，以加快反射波接收器120的响应。在第二车速时，控制器140以较低的第二检测功率控制反射波接收器120进行运作。此时，如图4所示，检测频率将被降低，而降低反射波接收器120的灵敏度；同时，取样频率也被降低，使反射波接收器120的响应速率下降。大致上而言，汽车200当前的车速是正相关于指定发射功率以及指定检测功率；汽车200当前的车速越高，指定发射功率以及指定检测功率越高；汽车200当前的车速越低，指定发射功率以及指定检测功率越低。
54.以下进一步举具体的检测波发射器110以及反射波接收器120组合进行说明。
55.以激光雷达(lidar)为例，检测波发射器110具有多个发射单元形成的阵列，且反射波接收器120具有多个接收单元形成的阵列。激光雷达会以一定转速旋转360度，以对汽车200的每一方位执行360度的扫描。
56.于激光雷达中，有两项参数可以调整检测波d的发射功率；其一为调整检测波发射器110的驱动电流或电压，以切换检测波d(不可见激光)的峰值功率；其二为调整检测波d的发射频率，发射频率越高则发射功率越高，频率越低则发射功率越低。于激光雷达中，通常仅有反射波r的检测频率可以调整以改变反射波接收器120的检测功率，且检测频率需与发射频率匹配。取样频率与激光雷达的转速相关，激光雷达每旋转360度可完成一次取样(frame)，而检测频率则是与激光雷达每旋转360度可以进行检测的点数相关。
57.因此，激光雷达的整体检测频率可以是反射波接收器120的检测频率乘以激光雷达的转速；例如，激光雷达每旋转360度，反射波接收器120可进行1000点的检测，且激光雷达每秒旋转20圈，则激光雷达的整体检测频率为20khz；激光雷达每旋转360度，反射波接收器120可进行720点的检测，且激光雷达每秒旋转5圈，则激光雷达的整体检测频率为3.6khz。反射波接收器120的检测频率越高(检测点越密集)，激光雷达可以检测的物件300就越小或越精密，而激光雷达转速越高，越能快速响应环境变化，而是适合于汽车200车速较大的状况；反之，反射波接收器120的检测频率低，激光雷达转速越低适用于汽车200车速较低的状况，而可降低激光雷达的耗电量。
58.在以三维飞时测距传感器(3dtof)为例，于飞时测距传感器中，有两项参数可以调整检测波d的发射功率；其一为调整检测波发射器110的驱动电流或电压，以切换检测波d(不可见激光)的峰值功率；；其二为调整检测波d的发射频率，发射频率越高则发射功率越高，频率越低则发射功率越低。于飞时测距传感器中，通常仅有接收反射波d的检测频率可以调整以改变反射波接收器120的检测功率，且检测频率需与发射频率匹配。
59.反射波接收器120于每一次取样可以得到x
×
y个深度值。飞时测距传感器是以光飞行时间进行测距，因此光速(光速为常数)乘以所消耗的时间就是距离。而时间的反比则为检测频率，检测频率越高时间越短，能检测的距离单位越小，检测的物件300也就越精密。因此，当检测频率为20mhz，则精确度为30万公里/20mhz＝15米；当检测频率为10mhz，则精确度为30万公里/10mhz＝30米。时速100公里的车子每秒行进为27.78米，当汽车200以时速100公里的行进，如果用10mhz的检测频率检测距离，则精确度可能不足以准确判断物件300，此时就需要提升检测频率至20mhz，同时提高检测波发射器110的驱动电力，以提升检测的峰值功率以在较远的距离仍能产生强度足够的反射波r。反之，当汽车200以时速50公里的行进，即可采用10mhz的检测频率检测距离。
60.此外，在不同的检测波发射器110以及反射波接收器120组合中，可以调整的参数
也有所不同，例如超声波和雷达电波无法调整发射频率以及检测频率，但可调整检测波发射器110的驱动电力以及反射波接收器120的取样频率，同时也可以对指定发射功率以及指定检测功率进行调整。
61.再参阅图1所示，车速状态也可以包含车速提升信号，车速提升信号可以是油门信号、加速度检测器信号，用于判断汽车200的当前加速度。前述的油门信号、加速度检测器信号同样可由汽车电子控制单元210取得，控制器140依据车速提升信号得到当前加速度，并判断于迟滞时间后的预测车速，而预先提升指定发射功率以及指定工作频率以对应预测车速。
62.如图4所示，当汽车200以第二车速行驶，检测波发射器110以及反射波接收器120分别以第二发射功率以及第二检测功率工作。此时，若驾驶员踩下油门使汽车200加速，控制器140可由汽车电子控制单元210接收油门信号、加速度检测器信号，计算取得汽车200的当前加速度，并且判断于迟滞时间后车速将到达第一车速，此时，控制器140先以第一发射功率控制发射器驱动电路130，以驱动检测波发射器110以第一发射功率发射检测波d；同时，控制器140控以第一检测功率控制反射波接收器120进行运作。
63.前述迟滞时间主要是匹配检测波发射器110以及反射波接收器120切换功率时的迟滞，以避免车速提升后，检测波发射器110以及反射波接收器120的功率无法实时提升。
64.如图1、图3以及图4所示，为了使检测波发射器110的发射频率以及反射波接收器120的取样频率一致，并且使工作周期以及取样周期重叠，检测波发射器110以及反射波接收器120之间更以同步信号线连接，以传送同步信号。反射波接收器120于每一次开始进行取样时传送同步信号至检测波发射器110，以触发检测波发射器110启动其工作周期以发射检测波d。同步信号也可以是反向地由检测波发射器110传送至反射波接收器120，使得发射频率与取样频率同步即可，亦即，检测波发射器110启动其工作周期时传送同步信号至反射波接收器120，以使反射波接收器120开始进行取样。或者是，同步信号也可以来自外部的振荡器，同时传送至检测波发射器110以及反射波接收器120。
65.参阅图6所示，基于上述主动式测距装置100，本发明进一步提出一种主动式测距方法。
66.如图6所示，于汽车200启动后，控制器140以一初始发射功率以及一初始检测功率启用检测波发射器110以及反射波接收器120，开始发射检测波d以及接收反射波r，以依据检测波的发射状态以及反射波信息得到距离信息，如步骤s110所示。此时，控制器140就可以开始进行碰撞预警，即使是汽车200在停车状态下，也能对可能的追撞事件进行碰撞预警。
67.如图6所示，接着，控制器140持续由汽车电子控制单元210接收与车速相关的车速信号以及与车速提升相关的车速提升信号，以依据车速信号判断车速是否改变，如步骤s120所示。
68.如图6所示，当车速改变，控制器140依据改变后的车速决定发射功率以及指定检测功率，如步骤s130所示。控制器140控制检测波发射器110以指定发射功率发射检测波d以形成反射波r，并控制反射波接收器120以指定检测功率接收反射波r，使得控制器140藉由检测波d以及反射波r的发射与接状态持续得到距离信息，如步骤s140所示，接着回归步骤s120，或继续执行其他步骤。若步骤s120判断改变后的车速为零，则指定发射功率以及指定
检测功率即为步骤s110中的初始发射功率以及初始检测功率。
69.参阅图6以及图7所示，由于车速状态也可以包含车速提升信号，车速提升信号可以是油门信号、加速度检测器信号，用于判断汽车200的当前加速度，借以判断于迟滞时间后的预测车速。因此，于步骤s120判断车速未改变后，可加入下列步骤。
70.如图7所示，控制器140判断是否接收车速提升信号，如步骤s150所示。
71.前述的油门信号、加速度检测器信号同样可由汽车电子控制单元210取得，控制器140依据车速提升信号得到当前加速度，并判断于迟滞时间后的预测车速，如步骤s160所示。控制器140接着依据预测车速预先提升指定发射功率以及指定工作频率以对应预测车速，如步骤s170所示。控制器140等待迟滞时间，如步骤s180所示，接着回归步骤s120。前述迟滞时间主要是匹配检测波发射器110以及反射波接收器120切换功率时的迟滞，以避免车速提升后，检测波发射器110以及反射波接收器120的功率无法实时提升。
72.通过本发明的主动式测距装置100以及主动式测距方法，检测波d的发射以及反射波r的接收并非常态地以固定功率进行，而是针对车速动态地调整。汽车200于较低车速时，检测波d的发射功率以及反射波r的检测功率可以适时地依据车速降低，并于高车速时提升。因此，本发明可以有效降低主动式测距装置100的耗电，又可维持必要的测距灵敏度以及精确度。
73.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。