[发明专利]车用超声波传感器及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及车用超声波传感器，尤其涉及可增加车用超声波传感器感应距离的技术。

背景技术

普通车用停车辅助系统的超声波传感器是在发送超声波以后，接收处理从物体反射的信号而提供物体的距离信息。车用停车辅助系统的超声波传感器如图1所示，其组成包括：用电生成发送信号的发送信号发生器11、将生成的电信号转换成物理振动即声波的传感器单元13、在接收信号中判别有物体的时间的接收信号处理器15。接收信号为AM(Amplitude Modulation；调幅)信号，因此超声波传感器为识别物体位置，需要检测包络线的解调过程。从位于与车辆有碰撞危险的距离的障碍物反射出的信号包络线的大小大于临界值T_h，故超声波传感器可以利用接收信号的包络线值判别有无障碍物。就是说，超声波传感器利用大于临界值以上的包络线值被接收的时间求出物体的位置。超声波信号在行进距离成比例地衰减，因此当发送信号的振幅大小为A，则被反射于在距离R的物体接收的信号的大小如数学式1所示。

【数学式1】

接收信号大小＝α(R)²βA

其中，α(R)是根据距离的衰减系数(0≤α(R)≤1)，β是在物体表面上的反射系数(0≤β≤1)。一般来说，R1<R2时α(R1)大于α(R2)，(α(R1)>α(R2)),α(R)²β小于0.00001(α(R)²β<0.00001)。随之，物体的距离越远，接收信号的大小越变小。为处理大小小的被接收信号，须在接收信号处理器上放大信号。此时，若放大率为G，则由于接收信号和包络线的振幅相同，因此只要满足数学式2即可判别位于距离R的物体。

【数学式2】

α(R)²βAG＞T_h

为增加所述车用超声波传感器的感应距离，须发送较大振幅A的信号，或者增加接收放大器的增益G。就是说，若感应距离极限为R1，为增加具有振幅为A1和增益为G1的超声波传感器的感应距离增加至R2(R2>R1→α(R1)/α(R2)>1)，需要更大的振幅A2和增益G2。如果感应距离极限为R1、R2的两个超声波传感器的增益相同(G1＝G2)，振幅A2如数学式3求出，而发送振幅相同(A1＝A2)，则增益G2如数学式4求出。

【数学式3】

α(R₁)²βA₁G₁＝α(R₂)²βA₂G₂＝α(R₂)²βA₂G₁≥T_h

A₂＝{α(R₁)/α(R₂)}²A₁

【数学式4】

α(R₁)²βA₁G₁＝α(R₂)²βA₂G₂＝α(R₂)²βA₁G₂≥T_h

G₂＝{α(R₁)/α(R₂)}²G₁

其中,由于α(R1)/α(R2)>1，因此在各个状态下均为A2>A1、G2>G1。

一方面，现有车用停车辅助系统的超声波传感器为获得高发送振幅而使用变压器实施升压。但，变压器的匝数比越高，需从输入端供应的电流量增加，因受到超声波传感器装置大小限制而实际可获得的振幅值则存在物理限制。而且一般是利用球形波驱动超声波传感器的传感器单元，因此传感器单元转换成声波的频率带宽以外能量被转换成热量。因此，使用振幅越高，转换的热能量增加，故因传感器单元因热化现象造成寿命缩短。