车辆的停车辅助系统及提高超声波传感器检测性能的方法与流程

本申请要求2018年4月2日提交的韩国专利申请no.2018-0037886的优先权和权益，其公开内容通过引用整体结合于本文。

本发明涉及一种车辆的停车辅助系统和一种改进其超声波传感器的检测性能的方法。

背景技术：

以最简单的方式，使用超声波传感器的停车辅助系统基于阈值确定是否检测到对象。根据基于阈值的方法，将接收波形的幅度与在初始阶段设置的阈值进行比较，并且当接收波形的幅度超过设置阈值时确定存在对象。

就此而言，相关技术已经尝试通过利用数字模块(韩国未审查专利公开no.10-2005-0020601)容易地控制阈值来改进超声波传感器的性能，并根据温度校正阈值(韩国未审查专利公开no.10-2014-004039)，将随时间变化的阈值应用于各个传感器等。

然而，在相关技术的情况下，难以根据外部环境获得统一的测量值，需要各种外部环境信息来计算准确的阈值，实现复杂，或者硬件结构需要高成本。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种车辆的停车辅助系统以及改进其停车辅助系统的超声波传感器的检测性能的方法，该系统用于通过降低误报率来实现远程感测，该误报率可在提高灵敏度以增加超声波传感器的感测距离时发生。

本发明的目的不限于上述目的，并且可存在其他目的。

根据本发明的一个方面，提供了一种改进用于车辆的停车辅助系统的超声波传感器的检测性能的方法，该方法包括：基于从所述超声波传感器输出的超声波将对象的感测区域设置为从所述超声波传感器开始的第一感测区域以及在所述第一感测区域之外的第二感测区域；以及基于在所述第一感测区域或所述第二感测区域中是否已经感测到所述对象来验证对所述超声波传感器的回波。

所述第二感测区域可以是根据所述车辆中的所述超声波传感器的安装高度和垂直指向角而在地面上不发生漫散射的区域。

验证对所述超声波传感器的回波可包括：当从所述第一感测区域输出超声波时，补偿为所述第一感测区域设置的初始的阈值；以及验证满足补偿阈值条件的对所述超声波传感器的回波。

补偿为所述第一感测区域设置的初始的阈值可包括：在一个或多个预设的低温范围和高温范围内将设置的所述初始的阈值增大到或减小到小于回波的幅度并且大于地波的幅度。

验证满足所述补偿阈值条件的对所述超声波传感器的回波可包括：当回波的宽度和峰值在预设范围内时，确定回波是真实回波。

验证满足所述补偿阈值条件的对所述超声波传感器的回波可包括：当所述车辆停止并且所述超声波传感器多次输出的超声波的多个回波全部存在于预设距离内时，确定回波是真实回波。

验证满足所述补偿阈值条件的对所述超声波传感器的回波可包括：当所述车辆移动时，测量先前输出的超声波的回波和当前输出的超声波的回波的移动距离，并且当所述移动距离对应于所述车辆的速度时确定回波是真实回波。

验证对所述超声波传感器的回波可包括：当在所述第二感测区域中感测到对象时，基于单元平均恒定误报警率(ca-cfar)算法应用为所述第二感测区域的每个区段设置的自适应阈值，以验证对所述超声波传感器的回波。

验证对所述超声波传感器的回波可包括：设置所述自适应阈值的最低等级，以防止根据所述自适应阈值将回波误认为由于噪声引起的虚假回波。

验证所述超声波传感器的回波可包括：当回波的宽度和峰值处于预设范围内时，确定回波是真实回波。

验证对所述超声波传感器的回波可包括：当所述车辆停止并且所述超声波传感器多次输出超声波的多个回波全部存在于预设距离内时，确定回波是真实回波。

验证对所述超声波传感器的回波可包括：当所述车辆移动时，测量先前输出的超声波的回波和当前输出的超声波的回波的移动距离，并且当所述移动距离对应于所述车辆的速度时确定回波是真实回波。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆的停车辅助系统，该系统包括：超声波传感器，被配置为通过向第一感测区域和设置在第一个传感区域之外的第二感测区域输出超声波来感测对象；存储器，被配置为存储用于基于由超声波传感器感测的信息来感测对象的程序；以及处理器，被配置为执行存储在存储器中的程序。当执行程序时，处理器基于在第一感测区域或者在第二感测区域中已经感测到对象来验证对超声波传感器的回波。

当在第一感测区域中感测到对象时，处理器可补偿为第一感测区域设置的初始的阈值，并且验证满足所述补偿阈值条件的对所述超声波传感器的回波。

当在第二感测区域中感测到对象时，处理器可基于ca-cfar算法应用为第二感测区域的每个区段设置的自适应阈值，并验证对超声波传感器的回波。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其他目的、特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显，其中：

图1是表示通用超声波传感器测定的波形的曲线图；

图2a和图2b是示出根据地面的漫散射的一组示意图；

图3是表示根据超声波传感器的温度和湿度的衰减曲线的曲线图；

图4a至图4d是通过累积已经在地面上漫散射然后接收的信号而获得的一组图；

图5是根据本发明示例性实施方式的停车辅助系统的框图；

图6是表示第一和第二感测区域的图；

图7是示出根据本发明示例性实施方式的改善超声波传感器的检测性能的方法的流程图；

图8a和图8b是表示在高温和低温下的阈值补偿结果和接收波形的一组曲线图；

图9是表示超声波传感器的感测角度的实例的曲线图。

图10a至图10e是示出通过一次测量操作应用单元平均恒定误报警率(ca-cfar)逻辑的结果的一组图；并且

图11a和图11b是示出短程感测区域和远程感测区域的测量结果和阈值补偿结果的一组图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，使得本发明的技术领域的普通技术人员可容易地实现这些实施方式。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，并且不限于这里描述的实施方式。在附图中，将省略与描述无关的部分，从而可清楚地描述本发明。

在整个说明书中，当部件被称为“包括”组件时，该部件不排除另一组件并且可包括另一组件，除非另外定义。

利用超声波传感器感测对象并提高感测结果的准确度的方法包括采用：用于对象检测的阈值的方法，用于补偿由周围环境和传感器特性的变化引起的回波(echo)变化的阈值补偿方法，以及用于通过接收信号对比来区分噪声和信号的自适应阈值方法。

假设超声波传感器的接收信号是均匀的，可使用采用阈值的方法中的采用固定阈值的方法。即使从同一对象反射的超声波传感器的回波也可能会被外部环境改变，例如环境温度和路面状态。利用采用固定阈值的方法，不能够应对由外部环境的变化引起的回波的这种变化。而且，即使当阈值控制模块安装在中央处理单元(cpu)中以促进阈值控制时，因为超声波传感器以非常高的速率感测对象(30到40ms)，难以快速补偿阈值。

即使其不是高速率，根据环境变化补偿阈值的方法是通过温度传感器等识别外部环境以补偿阈值。这种方法有两个问题。第一个问题是，当已知大气压力、温度和湿度的所有信息时，可准确地进行补偿。这是因为由环境引起的超声波灵敏度的变化由频率、大气压、温度和湿度这四个因素决定，并且工作频率是已知的。

然而，在车辆中，仅提供温度信息，并且不提供大气压力和湿度传感器。因此，在没有相应的大气压力和湿度信息的情况下难以实现精确的补偿逻辑，并且需要高成本来添加相应的传感器。

第二个问题是即使利用所有信息，也难以计算传感器灵敏度的完美衰减率。作为超声波介质的空气在其所有区段中在车辆外部是不均匀的，并且根据诸如路面和大气层的高度和区段而在温度上变化。当空气中存在温度差时，流体的流动，即空气的流动被改变，因此可通过超声波传感器接收与估计不同的波形。因此，不能通过准确地估计回波来补偿阈值。

在应用基于回波的自适应阈值的方法中的恒定误报警率(cfar)方法是通过从多次测量的回波汇总统计，来区分噪声和信号的方法。即使将cfar算法原样应用于超声波传感器，也存在两个问题。

第一个问题是cfar算法的硬件配置非常复杂。基本上，需要通过计算通过若干测量获得的数据的平均值、最大值等来实现cfar算法。然而，这种实现方法需要足够大的存储器和用于计算的高端处理器。由于一般的超声波传感器是用于感测对象的廉价装置，因此难以在超声波传感器中安装用于实现cfar算法的昂贵的硬件块。

第二个问题是在cfar算法中，通过对如上所述多次接收的波形进行平均来区分噪声和信号，但是由于超声波的特性引起的传播速度慢，所以不可能多次测量超声波。换句话说，当通过多次测量波形并对数据求平均来进行响应时，系统响应太慢。因此，cfar算法仅应用于具有非常高的测量速度等的雷达。

根据本发明示例性实施方式的停车辅助系统100和改善用于停车辅助系统100的超声波传感器的检测性能的方法，可通过在远程测量操作中降低误报率来实现远程感测，同时使用采用阈值的现有方法。

同时，在本发明的详细配置之前，下面将描述应用于本发明的超声波传感器感测对象的原理。

超声波传感器通过超声波换能器(transducer)发射超声波。当波形从对象反射并通过换能器接收时，通过计算超声波传输到对象并从对象返回的时间来测量对象的距离。此时，阈值用于确定是否存在对象。

图1是示出由一般超声波传感器测量的波形的曲线图。在图1中“回波”表示从对象反射的接收波。图2a和图2b是示出根据地表面的漫散射的一组图。图2a表示光滑表面，图2b表示粗糙表面。

由于超声波特性，漫散射发生在粗糙表面，并且是导致超声波传感器误报的主要因素。换句话说，在诸如柏油路或砾石路的粗糙路面的情况下，可能从路面接收到漫散射的波形并且可能引起误报。在这种情况下，可通过减小超声波传感器的指向角(pointingangle)来减少漫散射，但是可能不会感测到低水平(lowlevel)的对象。

图3是示出根据超声波传感器的温度和湿度的衰减曲线的曲线图。

由于用于停车辅助系统的超声波传感器通过空气介质感测对象，因此超声波信号的衰减率可根据空气条件而变化。

如上所述，在空气中引起超声衰减的因素是频率、大气压、温度和湿度。假设频率是超声波传感器中的固定值，当大气压为1atm时，根据温度和湿度的衰减曲线如图3所示。

通常，如图3所示，衰减率随温度的升高而增加。虽然衰减率根据温度范围而不同，但可看出衰减率随着湿度的增加而增加，最高可达50℃。

图4a至图4d是通过累积已经在地面上漫散射然后接收的信号而获得的一组图。

图4a是通过累积在50℃的温度和18％的湿度下漫散射然后接收的信号而获得的曲线图，图4b是通过在-20℃的温度和50％的湿度下累积信号而获得的曲线图。通过图4a和4b可看出，即使在相同的安装位置使用相同的传感器，从地面漫散射的波形也根据大气温度和湿度而变化。

图4c是通过累积在13℃的大气温度和17℃的地表温度下漫散射然后接收的信号而获得的曲线图，并且图4d是通过在10℃的大气温度和3℃的地表温度下累积信号而获得的曲线图。通过图4c和4d可看出，当地表温度和大气温度之间存在差异时，即使在相同的大气温度下，接收的地波也会变化。

下面将参照图5和图6描述根据本发明示例性实施方式的停车辅助系统100。

图5是根据本发明示例性实施方式的停车辅助系统100的框图。图6是示出第一感测区域和第二感测区域的图。

根据本发明示例性实施方式的停车辅助系统100包括超声波传感器110、存储器120和处理器130。

超声波传感器110输出超声波以感测是否存在对象。根据本发明的示例性实施方式，超声波传感器110可将感测区域划分为第一感测区域和设置在第一感测区域之外的第二感测区域，以感测对象。

如图6所示，第一感测区域指示在约2.5m内的短程，并且第二感测区域指示超过2.5m的长程。

作为短程感测区域的第一感测区域通常延伸至约2.5m，但是可根据超声波传感器110的光束角度和安装位置而变化。换句话说，第一感测区域可通过参数化设置在停车辅助系统100中。

此外，作为远程感测区域的第二感测区域通常指示超过约2.5m的感测区域，但是可根据超声波传感器110的安装高度和垂直指向角度而变化。第二感测区域可被定义为由于安装高度和垂直指向角而在地面上不发生漫散射的区域。

存储器120存储用于基于感测信息感测对象的程序。存储器120是非易失性存储设备的公共名称，其即使在没有供电时也保持存储的信息，以及易失性存储设备。

例如，存储器120可包括nand闪存，诸如紧凑型闪存(cf)卡、安全数字(sd)卡、记忆棒、固态驱动器(ssd)和微型sd卡、磁性计算机存储装置，诸如硬盘驱动器(hdd)、光盘驱动器，诸如光盘只读存储器(cd-rom)和数字通用光盘(dvd)等。

处理器130可执行存储在存储器120中的程序，并且因此基于在第一感测区域或第二感测区域中是否感测到对象来验证对超声波传感器110的回波。

作为参考，根据本发明示例性实施方式的图5所示的组件可以以硬件形式实现，诸如现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)，并且可执行某些角色。

然而，“组件”不限于软件或硬件。每个组件可被配置为驻留在可寻址存储介质中或者在一个或多个处理器上执行。

因此，组件的实例包括组件，诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件、过程、功能、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。

组件中提供的组件和功能可组合成更少的组件或者细分为附加组件。

下面将参照图7至图10e详细描述根据本发明示例性实施方式的由停车辅助系统100执行的改善超声波传感器110的检测性能的方法。

图7是示出根据本发明示例性实施方式的改善超声波传感器110的检测性能的方法的流程图。

控制阈值的最佳方法是将自适应阈值应用于所有区域，以在每个测量操作中感测对象。然而，如上所述，当通过平均多个测量值来进行响应时，由于超声波传感器110的特性，系统响应太晚，并且硬件配置复杂。

为此，根据本发明的示例性实施方式，对象感测区域可被划分为作为短程感测区域的第一感测区域和作为远程感测区域的第二感测区域，并且可对每个区域应用适当的感测方法。

具体地，在根据本发明示例性实施方式的提高超声波传感器110的检测性能的方法中，可将基于从超声波传感器110输出的超声波的对象感测区域设置为从超声波传感器110开始的第一感测区域和超出第一感测区域的第二感测区域(s110)。

接下来，基于是否在第一感测区域或在第二感测区域中已经感测到对象来验证对超声波传感器110的回波(s120)。

将描述从第一感测区域输出超声波的情况。

当从第一感测区域输出超声波时，补偿为第一感测区域设置的初始的阈值。换句话说，在一个或多个预设的低温范围和高温范围内可将初始设置的阈值增大到或减小到小于回波的幅度并且大于地波的幅度。

具体地，初始设置的阈值可用在本发明的示例性实施方式中。但是，温度和湿度等周围环境不会突然改变。因此，当停车辅助系统100启动或每次测量开始时，可接收关于周围环境的信息，并且可补偿初始设置的阈值。

根据本发明的示例性实施方式，当多个传感器安装在车辆中时，可接收诸如大气压、温度和湿度的必要信息，并且当仅安装一些传感器时，可仅获取温度信息并补偿初始设置的阈值。

根据包括在停车辅助系统100中的处理器130的性能，可每次计算初始设置的阈值的补偿值，或者可将查找表中的预先计算的值用作初始设置阈值的补偿值。

例如，当仅获取温度信息时，可使用1atm的大气压和局部平均湿度(约40％)来补偿初始设置的阈值。

在这种情况下，在低温下，声压衰减不受湿度的影响并且通常显示出减小的趋势，因此总体上增加了阈值。在高温下，阈值根据温度而升高或降低。此时，假设在室温中已经设置初始阈值。

图8a和图8b是示出阈值补偿结果和在高温和低温下接收的波形的一组曲线图。虚线表示初始设置的阈值，实线表示补偿后的阈值。

图8a示出了高温下的阈值补偿结果。可看出，从地面接收的波形的幅度在高温下减小，但是在补偿之后接收的回波超过阈值。

图8b示出了低温下的阈值补偿结果。接收到的回波的幅度在低温下增加。因此，地波的幅度也增加，并且存在误报的风险。然而，可看出通过增加阈值来降低由地面引起的误报概率。

接下来，验证满足所述补偿阈值条件的对所述超声波传感器110的接收回波。

由于不能够准确地估计由周围环境引起的超声波传感器110的灵敏度变化，因此不能够仅通过阈值补偿来防止误报警。因此，本发明的示例性实施方式需要滤波逻辑，用于在将超过阈值的接收回波确定为真实回波之前，确定相应信号是否实际上是真实回波。

图9是示出超声波传感器110的感测角度的实例的曲线图。

地波的漫散射位置根据超声波传感器110的安装位置和波束角度而变化。换句话说，在超声波传感器110的垂直感测角度最宽的点处，漫散射最严重地发生，如图9所示。因此，当预先知道超声波传感器110的安装位置和垂直波束角度时，可估计由漫散射引起误报警的点。

根据本发明的示例性实施方式，当在被确定为具有高误报警概率的范围内感测到超过阈值的接收回波时，可通过如下检查过程确定回波为真实回波。可根据需要选择性地应用检查过程。

为了验证根据本发明示例性实施方式的超声波传感器110的回波，当回波的宽度和峰值在预设范围内时，可将回波确定为真实回波。

根据本发明的示例性实施方式，当相应的车辆停止并且超声波传感器110多次输出的超声波的多个回波全部存在于预设距离内时，相应的回波可被确定为真实的回波。

根据本发明的示例性实施方式，当相应的车辆正在移动时，可测量在先前输出的超声波的回波和当前输出的超声波的回波之间的移动距离。当移动距离对应于车辆的速度时，可将回波确定为真实回波。

将描述从第二感测区域输出超声波的情况。

在作为远程感测区域的第二感测区域中，漫散射的概率显著降低。因此，当接收到波时，可通过与周围波形比较来确定回波是否是真实回波。换句话说，当回波具有比周围信号更大的峰值时，可将回波确定为真实回波。

就此而言，根据本发明的示例性实施方式，可通过应用针对第二感测区域中的每个区段设置的自适应阈值来验证对超声波传感器110的回波。

根据一般的cfar逻辑，通过多个测量计算平均值，并且区分噪声和信号。然而，在采用根据本发明示例性实施方式的超声波传感器110的远程测量操作中，清楚地区分噪声和回波。因此，可仅通过一次测量操作有效地检测回波。

同时，在本发明的示例性实施方式中，可在cfarf逻辑中使用单元平均(ca)-cfar逻辑，并且在这种情况下，可降低实现复杂度。

图10a至图10e是示出通过一次测量操作应用ca-cfar逻辑的结果的一组曲线图。

当没有噪声时，可通过仅通过一次测量操作应用cfar逻辑来有效地应用自适应阈值并检测回波。然而，当根据cfar逻辑应用自适应阈值时，可将自适应阈值设置为最低等级，以便防止突然噪声被误认为是虚假回波。

类似于第一感测区域，在第二感测区域中，可通过回波的信号处理操作来确定回波是否是真实回波。

换句话说，当回波的宽度和峰值在预设范围内时，第二感测区域中的回波可被确定为真实回波。

当相应的车辆停止并且超声波传感器110多次输出的超声波的多个回波全部存在于预设距离内时，可将回波确定为真实回波。

当相应的车辆正在移动时，可测量在先前输出的超声波的回波和当前输出的超声波的回波之间移动距离。当移动距离对应于车辆的速度时，可将回波确定为真实回波。

如上所述，即使在第二感测区域中，也再次检查回波的感测宽度和峰值，并且监视根据车速的回波的位置移动。然后，可最终将回波确定为真实回波，并且可输出警报。

在以上描述中，根据本发明的实施方式，操作s110和s120可被细分为附加操作或者组合成更少的操作。此外，可根据需要省略某些操作或以其他顺序执行。尽管如上省略，但是图1至图6的描述也可应用于提高参考图7到10e所示的超声波传感器的检测性能的方法。

根据本发明的任一示例性实施方式，可基于诸如超声波传感器110的安装位置和垂直指向角的参数来分离短程区域和远程区域，并且可以以不同方式将阈值应用于每个区域。当测量结果传输到控制器时，例如，当五个接收到的回波作为真实回波传输时，通过将前四个回波作为短距离区域的回波传输并将最后一个回波作为远程区域的回波传输，可使测量有效。

图11a和图11b是示出短程感测区域和远程感测区域的测量结果和阈值补偿结果的一组图。虚线表示初始设置的阈值，实线表示根据本发明补偿的阈值。

根据本发明的示例性实施方式，可解决由于周围环境引起的虚假回波引起的即使在1.2m或更大距离处感测到超声波时也只能使用对应于1.2m或更小距离的数据的问题。因此，超声波传感器110的感测距离可显著增加。

而且，由于算法可仅使用简单的硬件来实现，因此可减少部件的数量、成本和车辆的重量。

根据本发明的示例性实施方式，可显著增加超声波传感器的距离，并且可仅利用简单的硬件配置来实现本发明的示例性实施方式。因此，可以以低成本降低复杂性并减轻车辆的重量。

同时，本发明的示例性实施方式可以以记录介质的形式实现，该记录介质包括存储在由计算机执行的介质中的计算机程序或可由计算机执行的指令。计算机可读介质可以是可由计算机访问的任何可用介质，并且包括所有易失性和非易失性介质以及可移动和不可移动介质。计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括所有易失性和非易失性介质以及用任何方法或技术实现的可移动和不可移动介质，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据，用于存储信息。通信介质包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号中的其他数据，诸如载波或其他传输机制，并且包括任何信息传递介质。

尽管已经结合具体示例性实施方式描述了本发明的系统和方法，但是可使用具有通用硬件架构的计算机系统来实现其元件、一些操作或其所有操作。

本发明的前述描述是示例性的，并且本发明的技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明的技术精神或基本特征的情况下，可以以其他详细形式容易地实施本发明。因此，应该注意，上述实施方式在所有方面都是示例性的而非限制性的。例如，描述为单一类型的每个元件可以以分布式方式实现。同样地，描述为分布的元件可以以组合的方式实现。

本发明的范围由以下权利要求而不是以上详细描述限定，并且权利要求的含义和范围以及从等同物的概念导出的所有修改都落入本发明的范围内。