JP2023505245A - 干渉環境における超音波センサシステムによる測定 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両の干渉環境、例えば磁場、における超音波センサシステムによる測定方法に関し、本方法は、以下の方法ステップ、すなわち、超音波センサシステムによって、少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するステップ（１００）と、超音波センサシステムによって、超音波によって生成されたエコーを受信するステップ（２００）と、超音波センサシステムによって、エコーに対応する信号を制御システムに出力するステップ（３００）と、検出システムによって、信号のノイズを検出するステップ（４００）と、制御システムによって、信号のノイズに基づいて少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するステップ（５００）と、干渉が判定された場合、超音波センサシステムによって、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するステップ（６００）とを含む。本発明はまた、車両の磁場における超音波センサシステムによる測定装置と、当該装置を有する車両と、コンピュータプログラムと、当該コンピュータプログラムを送信するデータキャリア信号と、コンピュータ可読媒体に関する。

Description

本発明は、車両の干渉環境における超音波センサシステムによる測定方法に関する。

本発明はまた、車両の干渉環境における超音波センサシステムによる測定装置に関する。

さらに、本発明は、当該装置を有する車両に関する。

本発明はさらに、コンピュータプログラムがコンピュータによって実行されると、本方法のステップをコンピュータに実行させるコマンドを含むコンピュータプログラムに関する。

本発明はさらに、コンピュータプログラムを送信するデータキャリア信号に関する。

本発明はさらに、コンピュータによって実行されると、本方法のステップをコンピュータに実行させるコマンドを含むコンピュータ可読媒体に関する。

自動運転が発達し、車に搭載されるセンサの数が多いほど、センサ間のクロストークの可能性が高くなる。特に、キロヘルツ範囲のキーレスエントリなどの短距離通信用の車両アンテナは、それらが互いに近接している場合、超音波駐車支援センサと干渉する可能性がある。さらに、世界中の車両規格は、イミュニティ試験に関してますます厳しくなっている。外部磁気ノイズは、例えば、誘導充電中の駐車車両の隣に駐車するときに、信号機またはゲートで発生する。

例えば電場または磁場の影響下での干渉環境における測定のためにシールドプレートを有する超音波センサを使用することが既知の慣行である。プレートは、電気的干渉には良好に作用するが、キロヘルツ単位、例えば４０～６０ｋＨｚの超音波周波数には良好に作用しない。磁気シールドは、磁化可能な材料から作られなければならず、これは通常、著しく高価である。

したがって、上述の従来技術から進めて、本発明は、改良された方法、改良された装置、改良された車両、改良されたコンピュータプログラム、改良されたデータキャリア信号、および改良されたコンピュータ可読媒体を特定する目的に基づく。

特に、キロヘルツ単位の周波数範囲での信頼性の高い検出を大幅に、そして同時にコスト効率よく改善する。

この目的は、本発明によれば、独立請求項の特徴によって達成される。本発明の有利な構成は、従属請求項に記載されている。

したがって、本発明によれば、干渉環境における超音波センサシステムによる測定方法が規定される。この方法は、車両を対象としている。本方法は、以下の方法ステップ、すなわち、超音波センサシステムによって、少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するステップと、前記超音波センサシステムによって、前記超音波によって生成されたエコーを受信するステップと、前記超音波センサシステムによって、前記エコーに対応する信号を制御システムに出力するステップと、検出システムによって、前記信号内のノイズを検出するステップと、前記制御システムによって、前記信号内の前記ノイズに基づいて前記少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するステップと、前記干渉が判定された場合、前記超音波センサシステムによって、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するステップとを含む。

好ましくは、本発明による方法の最後のステップは、車両内で実行される。

方法ステップの順序は、技術的に有用であれば、所望に応じて変更することができる。上述の方法ステップの順序が好ましい、すなわち、超音波センサシステムによって、少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するステップの後、超音波によって生成されたエコーが超音波センサシステムによって受信される。

エコーを受信するステップの後、エコーに対応する信号が超音波センサシステムによって制御システムに出力される。

信号を出力するステップの後、信号内のノイズが検出システムによって検出される。

信号内のノイズを検出するステップの後、制御システムは、信号内のノイズに基づいて少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するために使用される。

干渉があるかどうかを判定するステップの後、干渉が判定された場合、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波が超音波センサシステムによって放射される。

干渉は、超音波センサシステムの集積回路、または超音波センサシステムと相互作用する構成要素内のノイズであり得る。ノイズは、例えば、測定信号をカバーする。代替的または追加的に、ノイズはまた、干渉環境、例えば磁場の影響下にある１つの（複数の）センサによって直接引き起こされている可能性もある。測定可能であるが、周波数範囲におけるセンサの測定能力に影響を及ぼさない干渉も存在し得る。

本発明によれば、干渉環境における超音波センサシステムによる測定装置も規定される。この装置は、車両に適している。装置は、少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射し、前記超音波によって生成されたエコーを受信し、前記エコーに対応する信号を制御システムに出力するように構成された超音波センサシステムと、前記信号内のノイズを検出するように構成された検出システムと、前記信号内の前記ノイズに基づいて前記少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するように構成された前記制御システムとを備え、前記超音波センサシステムは、前記干渉が判定された場合、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するように設計される。

装置は、好ましくは、有利な実施形態のうちの１つによる以下に記載される方法ステップのうちの１つに対応する手段を有する。

さらに、本発明によれば、当該装置を有する車両が規定される。車両は、好ましくは運転者の自車両である。

さらに、本発明によれば、コンピュータプログラムがコンピュータによって実行されると、本方法のステップをコンピュータに実行させるコマンドを含むコンピュータプログラムが規定される。コンピュータプログラムは、特定のクラスの問題を解決するように設計された特定のタスクを実行するための命令の集合である。プログラムの命令は、コンピュータによって実行されるように設計されており、コンピュータが機能するためには、コンピュータがプログラムを実行できることが必要である。

さらに、本発明によれば、コンピュータプログラムを送信するデータキャリア信号が規定される。

さらに、本発明によれば、コンピュータによって実行されると、本方法のステップをコンピュータに実行させるコマンドを含むコンピュータ可読媒体が規定される。

したがって、本発明の基本概念は、少なくとも２つの異なる周波数で超音波信号を送信することができる超音波センサが使用されることである。２つの異なる周波数で送受信することができる超音波センサのこの能力は、現在、低周波磁場に対するロバスト性を改善するために使用されている。

まず、超音波センサ周波数の範囲に干渉があることを検出する必要がある。この場合、超音波センサは他の周波数に切り替えられる。驚くべきことに、磁場との適合性のために、２つの周波数（チャネル）が同時に干渉を受けることはなかったことが分かった。これにより、周波数（送信チャネル）を切り替えることにより、超音波センサの故障を防止することができる。

本発明の文脈において、周波数／周波数範囲および周波数チャネル／チャネルは同じ意味で使用される。

本発明は、超音波測定が、特に安価に、特に磁場または電場が支配的な干渉環境においてさらなる保護手段なしに、例えば測定値がこれらの影響を受けることなく、実行され得るという利点を有する。磁場は、非常に強くてもよく、例えば、最大１０Ａ／ｍの強度を有してもよい。このような強い磁場であっても、驚くべきことに、本発明は常に少なくとも１つの（周波数）チャネル上に検出可能な測定範囲を提供し、キロヘルツ範囲の超音波による測定が常に可能であることが分かった。したがって、例えば超音波に基づくキーレスセンサおよびパーキングセンサなどの複数のセンサのコンパクトな設置が、両方のセンサの機能を維持しながら、有利に可能である。この解決策は、特に安価で堅牢でコンパクトな方法で実施可能である。また、車体への設置時に生じる重量も少ない。

本発明の有利な実施形態によれば、方法は、超音波センサシステムによって、第１の周波数範囲を有する超音波および第２の周波数範囲を有する超音波を放射する方法ステップを含むようになっている。これは、有利には、２つの周波数範囲のうちのどれが外部の影響による影響を受けにくいかをチェックするための開始点を直接作り出す。

本発明の有利な実施形態によれば、本方法は、制御システムによって、信号内の検出されたノイズに基づいて第１の周波数範囲内または第２の周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定する方法ステップと、第１の周波数範囲または第２の周波数範囲のいずれかで干渉が判定された場合、超音波センサシステムによって、干渉がないと判定された第１の周波数範囲または第２の周波数範囲のいずれかで超音波を放射する方法ステップとを含むようになっている。したがって、有利には、２つの周波数範囲のうちのどれが外部の影響によってほとんどまたは全く影響されないかをチェックすることが可能である。特に、両方のチャネルに干渉がある場合、干渉の影響を受けない周波数範囲が選択される。

本発明の有利な実施形態によれば、本方法は、第１の周波数範囲内または第２の周波数範囲内で干渉がないと判定された場合、超音波センサシステムによって、第１の周波数範囲または第２の周波数範囲のいずれかで超音波を放射する方法ステップ、または超音波センサシステムによって、第１および第２の周波数範囲で超音波を放射する方法ステップを含むようになっている。超音波センサシステムの２チャネル動作が特に好ましい。この場合、干渉が発生しているかどうかについて両方のチャネルを監視することも可能である。超音波センサシステムが一方のチャネルに切り替えられる場合、他方のチャネルは、干渉をもはや受けていないかどうかを判定するために定期的にチェックされることが好ましい。

本発明の有利な実施形態によれば、制御システムによって少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するステップは、超音波センサシステムの集積回路ＩＣ内のノイズ定量化を含むようになっている。例として、このようなノイズ定量化は、連続波ノイズビット（ＣＷＮビット）および広帯域ノイズビットを使用して行うことができる。これにより、干渉の有無を簡単にチェックできるという利点がある。

本発明の有利な実施形態によれば、制御システムによって少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するステップは、超音波センサシステムの受信機利得における低下の検出を含むようになっている。このような低下は、クランプとも呼ばれる。

本発明の有利な実施形態によれば、制御システムによって少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するステップは、ノイズパターンの認識に基づいて実行されるようになっている。特に、例えば、干渉があるかどうかを検出するために以前に訓練されたパターンを使用することが可能である。その結果、干渉のより簡単な検出も改善される。

本発明は、添付の図面を参照して、好ましい実施形態に基づいて以下により詳細に説明される。示される特徴はそれぞれ、個別におよび組み合わせて本発明の態様を表すことができる。異なる例示的な実施形態の特徴は、１つの例示的な実施形態から別の例示的な実施形態に移されてもよい。

本方法の例示的な実施形態のフローチャートである。 本発明による装置が故障に応じて動作し得る可能なモードの関係図である。

図１は、本方法の例示的な実施形態のフローチャートを示す。

「１００」と番号付けされた方法ステップによれば、少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波が超音波センサシステムによって放射される。

「２００」と番号付けされた方法ステップによれば、超音波によって生成されたエコーが、超音波センサシステムによって受信される。

「３００」と番号付けされた方法ステップによれば、エコーに対応する信号が超音波センサシステムによって制御システムに出力される。

「４００」と番号付けされた方法ステップによれば、信号内のノイズが、検出システムによって検出される。

「５００」と番号付けされた方法ステップによれば、制御システムは、信号内のノイズに基づいて少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するために使用される。これの直後に、複数の選択肢の間の決定が続く。

１つの可能な選択肢は、「６００」と番号付けされたステップである。これは、干渉がある場合に（選択肢「Ｙ」に従って）選択される。「６００」と番号付けされた方法ステップによれば、干渉が判定された場合、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波が超音波センサシステムによって放射される。

１つの可能な選択肢は、「７００」と番号付けされたステップである。これは、干渉がないと判定された場合に（選択肢「Ｎ」に従って）選択される。「７００」と番号付けされた方法ステップによれば、第１の周波数範囲または第２の周波数範囲で干渉がないと判定された場合、第１または第２の周波数範囲のいずれかの超音波が超音波センサシステムによって放射される。

あるいは、「８００」と番号付けされた方法ステップによれば、第１の周波数範囲内または第２の周波数範囲内で干渉がないと判定された場合、第１および第２の周波数範囲の超音波が超音波センサシステムによって放射される。

図２は、本発明による装置が故障に応じて動作し得る可能なモードの関係図を示す。ここで、装置は、デュアルチャープ動作モードを有する超音波センサシステムを備える。これは、システムが２つの異なるチャネルに従って超音波範囲内の２つの異なる周波数範囲で動作することを意味する。

装置は、より高い励起周波数およびより低い励起周波数を有する２つの交互のチャネルで動作する単一のセンサに基づいており、狭帯域連続波（ＣＷ）磁気ノイズの存在下で単一のチャネルを使用してセンサの干渉のない動作、いわゆる「チャネルスイッチング」を保証する。

「チャネルスイッチング」のトリガ条件は、以下の基準／措置のうちの少なくとも１つに基づいて装置内で定義される。
－連続波ノイズビット（ＣＷＮビット）および広帯域ノイズビットを使用する超音波センサシステムの集積回路ＩＣにおけるノイズ定量化、
－超音波センサシステムの受信機利得の低下の検出、または
－ノイズパターンの認識。

干渉環境の強度、例えば印加される外部磁気ノイズに応じて、３つの異なる機能状態が存在する。
－完全な機能を有するノイズモード（図２の文字Ａ＊またはＡのボックスを参照）：両方のチャネルがＯＫ（Ａ＊）であるか、または一方のチャネルの電力が低下している（Ａ）、
－機能が制限された劣化ノイズモード（図２の文字Ｂのボックスを参照）：一方のチャネルは完全に動作不能であるが、他方のチャネルは完全な機能を有する、または
－動作なしのブラインドモード（図２の文字Ｃのボックスを参照）：両方のチャネルが干渉を受ける。

通常モードは、例えばノイズの形態の干渉がないと判定されるモードに対応する。この場合、超音波センサシステムは通常通りに動作する。図２において、通常モードを「Ａ＊」と表記する。

符号「１４」を付した矢印に従って、通常モードＡ＊からモードＡに切り替えることができる。これは、広帯域ノイズ（ＷＢＮ）または連続波ノイズ（ＣＷＮ）が周囲ノイズ、すなわち超音波センサシステムの実際の検出プロセスによって生成される信号ノイズよりも大きい場合に起こり得る。

広帯域ノイズがなく、連続波ノイズが周囲ノイズよりも大幅に小さい場合、モードＡから通常モードＡ＊に切り替えることが可能である。これは、符号「１２」を付した矢印に対応する。

２つの利用可能な周波数チャネルの一方のみが空いており、他方のチャネルが完全にクランプ（以下の説明を参照）されている場合、モードＡからモードＢに切り替えることが可能である。このような切り替えは、符号「１６」を付した矢印によって表される。両方のチャネルが利用可能であると判定された場合、モードＢからモードＡに変更することも可能である。これは、符号「１８」を付した矢印によって表される。

２つの利用可能な周波数チャネルのいずれも空いていなければ、モードＢからモードＣに切り替えることが可能である。このような切り替えは、符号「２０」を付した矢印によって表される。両方のチャネルが利用可能であると判定された場合、モードＣからモードＢに変更することも可能である。これは、符号「２２」を付した矢印によって表される。

広帯域ノイズを示すためのビットは、略して「ＷＢＮビット」と呼ばれ、ノイズレベルが、集積回路（ＩＣ）のアナログ入力仕様によって規定される動作周波数外（帯域外）の特定の閾値を上回る場合に設定される。これは、ＩＣのアナログ入力が飽和しており、適切な信号処理が不可能であることを意味する。言い換えれば、エコーが失われ、障害物が検出されない可能性がある。

これを回避するために、ノイズの多い状態がセンサによって制御ユニットに報告され、ＷＢＮビットが消滅するまでノイズ監視中にシステム感度（利得）が低減される。この感度の低下、いわゆる「クランプ」は、動的利得を制限し、検出範囲を減少させる。これは、図２の参照番号「１０」を使用して表される。チャネルの最大許容クランプを超える場合、システムはノイズ低減モードに変化する。そうでなければ、システムは、センサの干渉を受けたチャネル上での３回目の測定ごとに周期的なクランプを用いて（Ａ＊に従って）ノイズモードのままである。

連続波ノイズ（ＣＷＮ）は、送信段階の前に動作周波数（帯域内ノイズ）付近のノイズ監視ウィンドウ中に測定され（例えば、４ビットの場合、０から１４までの値が使用される）、これらは、各チャネルの相関後の信号にオーバーレイされた狭帯域ＣＷノイズを定量化するために使用される。ＣＷＮは、送信前のノイズ監視ウィンドウ中に測定され、各個々のセンサの測定値は、高チャネルおよび低チャネルについて別々に評価される。

ノイズ検出の別の基準は、信号内の既知の物体形状をノイズと区別するために生データの統計的分析に基づく。したがって、増加したノイズ信号を包絡線内で検出することができ、前記信号は、モードＡに変化（図２の符号「１４」を付した矢印）する前に追加の基準としてチェックする必要がある。

１０ クランプ
１２ モードＡからモードＡ＊への切り替え
１４ モードＡ＊からモードＡへの切り替え
１６ モードＡからモードＢへの切り替え
１８ モードＢからモードＡへの切り替え
２０ モードＢからモードＣへの切り替え
２２ モードＣからモードＢへの切り替え
１００ 超音波センサシステムが、少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射する
２００ 超音波センサシステムが、超音波によって生成されたエコーを受信する
３００ 超音波センサシステムが、エコーに対応する信号を制御システムに出力する
４００ 検出システムが、信号内のノイズを検出する
５００ 制御システムは、信号内のノイズに基づいて少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定する
６００ 干渉が判定された場合、超音波センサシステムは、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射する
７００ 第１の周波数範囲内または第２の周波数範囲内で干渉がないと判定された場合、超音波センサシステムは、第１または第２の周波数範囲のいずれかの超音波を放射する
８００ 第１の周波数範囲内または第２の周波数範囲内で干渉がないと判定された場合、超音波センサシステムは、第１および第２の周波数範囲で超音波を放射する
Ａ 干渉にもかかわらず完全な機能を有するノイズモード
Ａ＊ 干渉なしで完全な機能を有する通常モード
Ｂ 劣化ノイズモード（＝１チャネルのノイズモード）
Ｃ ブラインドモード（両方のチャネルが干渉を受ける）
Ｙ 干渉の場合の選択肢
Ｎ 判定された干渉がない場合の選択肢

Claims (13)

1. 車両の干渉環境、例えば磁場または電場、における超音波センサシステムによる測定方法であって、以下の方法ステップ、すなわち、
   超音波センサシステムによって、少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するステップ（１００）と、
   前記超音波センサシステムによって、前記超音波によって生成されたエコーを受信するステップ（２００）と、
   前記超音波センサシステムによって、前記エコーに対応する信号を制御システムに出力するステップ（３００）と、
   検出システムによって、前記信号内のノイズを検出するステップ（４００）と、
   前記制御システムによって、前記信号内の前記ノイズに基づいて前記少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するステップ（５００）と、
   前記干渉が判定された場合、前記超音波センサシステムによって、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するステップ（６００）と
   を含む、方法。
2. 以下の方法ステップ、すなわち、
   前記超音波センサシステムによって、第１の周波数範囲を有する超音波および第２の周波数範囲を有する超音波を放射するステップ（１００）
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 以下の方法ステップ、すなわち、
   前記制御システムによって、前記信号内の前記検出されたノイズに基づいて前記第１の周波数範囲内または前記第２の周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するステップ（５００）と、
   前記第１の周波数範囲または前記第２の周波数範囲のいずれかで前記干渉が判定された場合、前記超音波センサシステムによって、干渉がないと判定された前記第１または前記第２の周波数範囲のいずれかで超音波を放射するステップ（６００）と
   を含む、請求項２に記載の方法。
4. 以下の方法ステップ、すなわち、
   前記第１の周波数範囲内または前記第２の周波数範囲内で干渉がないと判定された場合、前記超音波センサシステムによって、前記第１または前記第２の周波数範囲のいずれかで超音波を放射するステップ（７００）、または
   前記超音波センサシステムによって、前記第１および前記第２の周波数範囲で超音波を放射するステップ（８００）
   を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記制御システムによって前記少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定する前記ステップ（５００）は、前記超音波センサシステムの集積回路ＩＣ内のノイズ定量化を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記制御システムによって前記少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定する前記ステップ（５００）は、前記超音波センサシステムの受信機利得における低下の検出を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記制御システムによって前記少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定する前記ステップ（５００）は、ノイズパターンの認識に基づいて実行される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 干渉環境における測定のための車両用超音波センサシステムであって、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法を実行するように設計された、超音波センサシステム。
9. 車両の干渉環境における超音波センサシステムによる測定装置であって、前記装置は、
   少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射し、前記超音波によって生成されたエコーを受信し、前記エコーに対応する信号を制御システムに出力するように構成された超音波センサシステムと、
   前記信号内のノイズを検出するように構成された検出システムと、
   前記信号内の前記ノイズに基づいて前記少なくとも１つの周波数範囲内に干渉があるかどうかを判定するように構成された前記制御システムと
   を備え、
   前記超音波センサシステムは、前記干渉が判定された場合、干渉がないと判定された少なくとも１つの周波数範囲を有する超音波を放射するように設計され、または、
   前記装置は、請求項２～８のいずれか一項に記載の方法ステップのうちの１つに対応する手段を備える、装置。
10. 請求項９に記載の装置を有するか、または、請求項８に記載の超音波センサシステムを有する、車両。
11. コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムがコンピュータによって実行されると、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法を前記コンピュータに実行させるコマンドを含む、コンピュータプログラム。
12. 請求項１１に記載のコンピュータプログラムを送信するデータキャリア信号。
13. コンピュータによって実行されると、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法を前記コンピュータに実行させるコマンドを含むコンピュータ可読媒体。

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