JP2018132450A - 障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサと湿度センサを用いることなく、温度と湿度による検出範囲の変動を抑制できる障害物検出装置を提供する。【解決手段】車両に搭載される障害物検出装置１において、超音波センサ１２は、超音波を送信し、超音波が障害物で反射された反射波を受信する。記憶部１６は、複数の環境条件での超音波の送信により発生する複数の第１の残響波形に関する情報の各々を、障害物を検出するための閾値に対応付けて記憶している。選択部１８は、超音波の送信により発生する第２の残響波形に対応する第１の残響波形を特定し、当該第１の残響波形に対応する閾値を、記憶部１６に記憶された閾値から選択する。検出部２０は、超音波センサ１２で受信された反射波の大きさと、選択部１８で選択された閾値とを比較して障害物を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、障害物を検出する障害物検出装置に関する。

超音波を送信し、当該超音波が障害物で反射された反射波を受信し、反射波の伝搬時間に基づいて障害物までの距離を取得し、障害物を検出する障害物検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２４８０５０号公報

超音波は外気の影響により減衰し、減衰量は温度と湿度に依存するので、上記障害物検出装置が障害物を検出できる範囲は温度と湿度に応じて変動する。そのため、温度と湿度によっては検出範囲が狭すぎる場合や検出範囲が広すぎる場合が生じ、障害物を適切に検出できない可能性がある。温度センサと湿度センサを設けて、温度と湿度に応じて検出範囲を調整することも考えられるが、コストが増加する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度センサと湿度センサを用いることなく、温度と湿度による検出範囲の変動を抑制できる障害物検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の障害物検出装置は、車両に搭載される障害物検出装置であって、超音波を送信し、超音波が障害物で反射された反射波を受信する超音波センサと、複数の環境条件での超音波の送信により発生する複数の第１の残響波形に関する情報の各々を、障害物を検出するための閾値に対応付けて記憶している記憶部と、超音波の送信により発生する第２の残響波形に対応する第１の残響波形を特定し、当該第１の残響波形に対応する閾値を、記憶部に記憶された閾値から選択する選択部と、超音波センサで受信された反射波の大きさと、選択部で選択された閾値とを比較して障害物を検出する検出部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、温度センサと湿度センサを用いることなく、温度と湿度による検出範囲の変動を抑制できる。

一実施形態に係る障害物検出装置の構成を示すブロック図である。 図１の障害物検出装置の予め取得された第１の残響波形を含む検波信号の一例を示す波形図である。 図１の障害物検出装置のキャリブレーション時の第２の残響波形を含む検波信号の一例を示す波形図である。 図２の第１の残響波形と図３の第２の残響波形の特性値を示す図である。 図１の障害物検出装置が障害物を検出できる検出範囲を示す図である。 比較例の障害物検出装置が障害物を検出できる検出範囲を示す図である。 図１の障害物検出装置１の処理を示すフローチャートである。

図１は、一実施形態に係る障害物検出装置１の構成を示すブロック図である。障害物検出装置１は、送信部１０と、超音波センサ１２と、受信部１４と、記憶部１６と、選択部１８と、検出部２０とを備える。

障害物検出装置１は、例えば、自動車などの車両に設けられる。障害物検出装置１は、現在の環境条件に合うように障害物の検出範囲を調整するキャリブレーションを行う。キャリブレーションが開始されるタイミングは特に限定されないが、例えば、車両のイグニッションスイッチをオンしたときや、車両のシフトレバーをバックに入れたときなどが想定される。

送信部１０は、キャリブレーションが開始されるタイミング、および、キャリブレーション終了後の所定の送信タイミングで、所定期間、超音波センサ１２に超音波を送信させる。また、送信部１０は、超音波の送信タイミングを示す信号を選択部１８と検出部２０に出力する。

超音波センサ１２は、送信部１０の制御に従って超音波を送信する。具体的には、超音波センサ１２は、送信部１０から供給された電気信号に基づいて圧電素子（図示せず）を振動させることにより超音波を送信する。送信部１０が電気信号の供給を停止しても、圧電素子が一定時間振動を継続する。この電気信号の供給停止後の振動は、残響と呼ばれる。即ち、超音波の送信により超音波センサ１２に残響が発生する。残響は、時間の経過に伴い減衰する。

また、超音波センサ１２は、送信された超音波が車両周囲に存在する障害物で反射された反射波を受信し、当該反射波を電気信号に変換して受信部１４に出力する。

受信部１４は、超音波センサ１２から出力された電気信号を増幅して、増幅された電気信号を包絡線検波して、得られた検波信号を選択部１８と検出部２０に出力する。送信部１０から出力された電気信号も受信部１４に入力されるため、検波信号は、送信された超音波の情報も含む。検波信号の大きさ、即ち振幅電圧は、送信された超音波、残響または反射波の大きさ（振幅）を表す。本実施形態では、送信された超音波、残響または反射波の大きさが大きいほど、検波信号の振幅電圧は小さくなる。送信された超音波、残響または反射波の大きさが小さいほど、検波信号の振幅電圧は大きくなる。この例とは逆に、送信された超音波等の大きさが大きいほど、検波信号の振幅電圧が大きくなってもよい。

記憶部１６は、不揮発性メモリなどにより構成され、複数の環境条件での超音波の送信により発生する複数の第１の残響波形に関する情報の各々を、障害物を検出するための閾値に対応付けて記憶している。複数の環境条件は、温度と湿度の少なくとも何れかがそれぞれ異なる。各閾値は、対応する環境条件に適した値である。例えば、温度と湿度が高いほど、閾値は高く設定されている。複数の第１の残響波形に関する情報は、当該複数の第１の残響波形の各時刻の大きさを含み、車両を製造する工場などで障害物検出装置１を動作させて予め取得される。複数の第１の残響波形に関する情報は、超音波センサ１２毎に取得される。環境条件と第１の残響波形の数は、特に限定されないが、多いほど、より適切な閾値を選択できる。

図２は、図１の障害物検出装置１の予め取得された第１の残響波形１１１〜１１４を含む検波信号の一例を示す波形図である。４つの検波信号は、それぞれ異なる環境条件で取得されている。各環境条件には、減衰係数ｍを対応付けることができる。減衰係数ｍは、空気中での超音波の減衰の度合いを表し、温度と湿度に応じて変化する。減衰係数ｍが大きいほど、減衰が大きくなる。例えば、温度と湿度が高いほど、減衰係数ｍが大きくなる。４つの検波信号は、それぞれ減衰係数ｍ＝０．６７、０．６２、０．４２、０．３２に対応する。

時刻ｔ０は、超音波の送信タイミングであり、時刻ｔ０〜ｔ１の間、超音波が送信されている。時刻ｔ１〜ｔ２の間、残響が発生している。時刻ｔ１〜ｔ２の間の検波信号の波形は、第１の残響波形１１１〜１１４である。温度と湿度に応じて超音波センサ１２の特性が変化するため、残響も変化し、第１の残響波形１１１〜１１４はそれぞれ異なっている。第１の残響波形１１１は、減衰係数ｍ＝０．６７に対応し、第１の残響波形１１２は、減衰係数ｍ＝０．６２に対応する。第１の残響波形１１３は、減衰係数ｍ＝０．４２に対応し、第１の残響波形１１４は、減衰係数ｍ＝０．３２に対応する。

図３は、図１の障害物検出装置１のキャリブレーション時の第２の残響波形１３１を含む検波信号の一例を示す波形図である。時刻ｔ０〜ｔ２は、図２の時刻ｔ０〜ｔ２に対応する。キャリブレーション時の超音波センサ１２からの超音波の送信により、検波信号に第２の残響波形１３１が発生する。時刻ｔ１〜ｔ２の検波信号の波形は、第２の残響波形１３１である。時刻ｔ３〜ｔ４の検波信号は、超音波センサ１２で受信された反射波に対応する。

選択部１８は、第２の残響波形１３１に対応する第１の残響波形を特定し、当該第１の残響波形に対応する閾値を、記憶部１６に記憶された閾値から選択する。具体的には、選択部１８は、複数の第１の残響波形１１１〜１１４の中から、第２の残響波形１３１に最も類似する第１の残響波形を特定し、特定された第１の残響波形に対応する閾値を選択する。第２の残響波形１３１に類似する第１の残響波形を特定する方法は特に限定されず、既知の方法を用いることもできるが、本実施形態では以下の方法で行う。

選択部１８は、複数の第１の残響波形１１１〜１１４のうちの１つの第１の残響波形１１１を基準とする。選択部１８は、複数の第１の残響波形１１１〜１１４の各々について、時刻ｔ１〜ｔ２の間の所定の各時刻における当該第１の残響波形の大きさと基準の第１の残響波形１１１の大きさとの差の総和を、当該第１の残響波形の特性値として算出する。

つまり、選択部１８は、所定の各時刻における第１の残響波形１１１と基準の第１の残響波形１１１との差の総和を、第１の残響波形１１１の特性値として算出する。選択部１８は、所定の各時刻における第１の残響波形１１２と基準の第１の残響波形１１１との差の総和を、第１の残響波形１１２の特性値として算出する。選択部１８は、所定の各時刻における第１の残響波形１１３と基準の第１の残響波形１１１との差の総和を、第１の残響波形１１３の特性値として算出する。選択部１８は、所定の各時刻における第１の残響波形１１４と基準の第１の残響波形１１１との差の総和を、第１の残響波形１１４の特性値として算出する。

従って、第１の残響波形１１１の特性値は０であり、特性値が小さい第１の残響波形ほど、基準の第１の残響波形１１１に類似している。つまり、特性値は、複数の第１の残響波形１１１〜１１４の各々と、基準の第１の残響波形１１１との類似度を表す。

一旦複数の第１の残響波形１１１〜１１４に関する情報が記憶された後は、複数の第１の残響波形１１１〜１１４の特性値は変化しないため、キャリブレーション毎にこれらの特性値を算出しなくてよい。そこで、選択部１８は、工場などで複数の第１の残響波形１１１〜１１４に関する情報が記憶部１６に記憶されたときなどに、予め複数の第１の残響波形１１１〜１１４の特性値を算出して、当該特性値を記憶部１６に記憶させることが好ましい。従って、この場合、記憶部１６に記憶された複数の第１の残響波形１１１〜１１４に関する情報は、特性値を含む。

選択部１８は、第２の残響波形１３１の特性値を算出し、第２の残響波形１３１の特性値に最も近い特性値を有する第１の残響波形を、第２の残響波形１３１に対応する第１の残響波形として特定する。選択部１８は、所定の各時刻における第２の残響波形１３１の大きさと基準の第１の残響波形１１１の大きさとの差の総和を、第２の残響波形１３１の特性値として算出する。

図４は、図２の第１の残響波形１１１〜１１４と図３の第２の残響波形１３１の特性値を示す図である。図４の例では、第２の残響波形１３１の特性値は、減衰係数ｍ＝０．６２の第１の残響波形１１２の特性値に最も近い。そのため、第１の残響波形１１２が第２の残響波形１３１に最も類似していると特定され、特定された第１の残響波形１１２に対応する閾値が選択される。閾値が選択されると、キャリブレーションは終了する。

検出部２０は、キャリブレーション時に送信された超音波の反射波、および、キャリブレーション終了後に送信された超音波の反射波を用いて、障害物を検出する。検出部２０は、超音波センサ１２で受信された反射波の大きさ、即ち反射波に対応する検波信号の振幅電圧と、選択部１８で選択された閾値とを比較して障害物を検出する。検出部２０は、反射波に対応する検波信号の振幅電圧が閾値以下の場合、障害物が存在することを検出する。この場合、検出部２０は、超音波の送信タイミングから検波信号の振幅電圧が閾値以下になるタイミングまでの時間と、音速とに基づいて、障害物までの距離を算出する。検出部２０は、反射波に対応する検波信号の振幅電圧が閾値より大きい場合、障害物が存在することを検出しない。

図３の例では、時刻ｔ３ａにおいて、反射波に対応する検波信号の振幅電圧が閾値以下になっている。従って、検出部２０は、障害物が存在することを検出する。

選択部１８と検出部２０の構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ハードウエアとソフトウエアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図５は、図１の障害物検出装置１が障害物を検出できる検出範囲Ｒ１を示す図である。超音波センサ１２は、乗用車等の車両の車体２００の外部に設けられる。例えば、超音波センサ１２は、車体２００の後方下部のバンパ２０２付近に設けられる。この例では、障害物検出装置１は、方向ｄ１への車両のバック時に障害物を検出して、障害物が検出された場合に、障害物までの距離に応じて、車両に設けられた車両制御部（図示せず）が車両のブレーキなどを制御する。

温度または湿度が変化すると、超音波の減衰量が変化するが、選択部１８は、前述のように減衰係数に適した閾値を選択する。よって、温度または湿度が変化しても、反射波の大きさが閾値と等しくなる障害物の距離はほぼ一定となり、検出範囲Ｒ１はほぼ一定となる。従って、温度または湿度が変化しても、検出すべきでない路面３００などを誤検出する可能性は低く、路面３００より高い縁石３０２などの障害物を適切に検出でき、車両後方の障害物３０４も適切な距離で検出できる。

図６は、比較例の障害物検出装置が障害物を検出できる検出範囲Ｒ２とＲ３を示す図である。比較例の障害物検出装置は、閾値が一定値であることが図１の障害物検出装置１と異なる。温度または湿度が変化すると、超音波の減衰量が変化するので、閾値が一定値であることにより反射波の大きさが閾値と等しくなる障害物の距離が変化し、検出範囲が変動してしまう。低温、低湿度の場合、検出範囲Ｒ２が広くなり過ぎ、検出すべきでない路面３００などを誤検出する可能性がある。高温、高湿度の場合、検出範囲Ｒ３が狭くなり過ぎ、縁石３０２などの障害物を検出できなかったり、車両後方の障害物３０４の検出が遅れたりする可能性がある。

次に、障害物検出装置１の全体的な動作を説明する。図７は、図１の障害物検出装置１の処理を示すフローチャートである。キャリブレーションが開始されると、超音波センサ１２が超音波を送信する（Ｓ１０）。次に、選択部１８が、超音波の送信により発生する第２の残響波形に類似する第１の残響波形を特定する（Ｓ１２）。次に、選択部１８が、特定された第１の残響波形に対応する閾値を、記憶部１６に記憶された閾値から選択する（Ｓ１４）。ここで、キャリブレーションは終了する。

次に、Ｓ１０で送信された超音波が障害物で反射された反射波を、超音波センサ１２が受信する（Ｓ１６）。次に、検出部２０が、超音波センサ１２で受信された反射波の大きさと、選択部１８で選択された閾値とを比較して障害物を検出する（Ｓ１８）。障害物が検出された場合（Ｓ２０のＹ）、検出部２０は、障害物の検出を外部の車両制御部などに通知して（Ｓ２２）、処理を終了する。障害物が検出されない場合（Ｓ２０のＮ）、検出部２０が送信部１０を制御し、超音波センサ１２が超音波を送信し（Ｓ２４）、Ｓ１６に戻る。

このように、本実施形態によれば、キャリブレーション時の第２の残響波形１３１に対応する第１の残響波形を特定し、当該第１の残響波形に対応する閾値を選択するので、キャリブレーション時の温度と湿度に応じた閾値を選択できる。これにより、温度と湿度に応じて検出範囲Ｒ１を制御することができる。よって、温度センサと湿度センサを用いることなく、温度と湿度による検出範囲Ｒ１の変動を抑制できる。

また、記憶部１６に複数の第１の残響波形１１１〜１１４の特性値が記憶されており、第２の残響波形１３１の特性値を算出し、その特性値に近い特性値を有する第１の残響波形を、第２の残響波形１３１に対応する第１の残響波形として特定する。これにより、キャリブレーション時に第２の残響波形１３１の特性値のみを算出することで閾値を選択できる。よって、キャリブレーション時の特性値の算出回数を最少にでき、キャリブレーション時間を短縮できる。

また、キャリブレーション時に送信された超音波の反射波を用いて障害物を検出するので、閾値が選択されてから障害物が検出可能になるまでの時間を短くすることができる。また、キャリブレーション専用の超音波を送信する必要がないので、消費電力を低減できる。

以上、本発明について、実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、キャリブレーション専用の超音波を送信してキャリブレーションを行ってもよい。この場合、検出部２０は、キャリブレーション時に送信された超音波の反射波を用いずに、閾値が選択されてから送信された超音波の反射波のみを用いて障害物を検出する。この変形例では、上記実施形態と比較して、特性値の算出と閾値の選択をより低速に行うことができるので、選択部１８の設計が容易になると共に、選択部１８の構成を簡素化できる。

また、１つの超音波センサ１２に関して複数の環境条件での複数の第１の残響波形を工場などで予め取得して、それらの情報を複数の障害物検出装置１で共用してもよい。この場合、各超音波センサ１２について１つの環境条件で残響波形を工場などで取得し、共用される第１の残響波形と所定値以上異なる残響波形が取得された超音波センサ１２を除外することで、閾値の選択精度の悪化を抑制できる。この変形例では、各超音波センサ１２について工場などで予め取得する第１の残響波形の数を減らすことができる。

本発明の一態様は、次の通りである。
［項目１］
車両に搭載される障害物検出装置であって、
超音波を送信し、超音波が障害物で反射された反射波を受信する超音波センサと、
複数の環境条件での超音波の送信により発生する複数の第１の残響波形に関する情報の各々を、障害物を検出するための閾値に対応付けて記憶している記憶部と、
超音波の送信により発生する第２の残響波形に対応する第１の残響波形を特定し、当該第１の残響波形に対応する閾値を、前記記憶部に記憶された閾値から選択する選択部と、
前記超音波センサで受信された反射波の大きさと、前記選択部で選択された前記閾値とを比較して障害物を検出する検出部と、
を備えることを特徴とする障害物検出装置。
この態様によると、第２の残響波形に対応する第１の残響波形を特定し、当該第１の残響波形に対応する閾値を選択するので、障害物を検出するための超音波を送受信する際の環境条件（温度と湿度）に応じた閾値を選択できる。これにより、温度と湿度に応じて検出範囲を制御することができる。よって、温度センサと湿度センサを用いることなく、温度と湿度による検出範囲の変動を抑制できる。

［項目２］
前記記憶部に記憶された複数の第１の残響波形に関する情報は、複数の第１の残響波形の各々と、複数の第１の残響波形のうち基準の第１の残響波形との類似度を表す特性値を含み、
前記選択部は、第２の残響波形と基準の第１の残響波形との類似度を表す第２の残響波形の特性値を算出し、第２の残響波形の特性値に近い特性値を有する第１の残響波形を、第２の残響波形に対応する第１の残響波形として特定する、
ことを特徴とする項目１に記載の障害物検出装置。
この場合、第２の残響波形の特性値のみを算出することで閾値を選択できる。よって、閾値の選択に際して残響波形に対する特性値の算出回数を最少にでき、処理時間を短縮できる。

［項目３］
前記選択部は、キャリブレーション時の超音波の送信により発生する第２の残響波形を用いて前記閾値を選択し、
前記検出部は、前記キャリブレーション時に送信された超音波の反射波を用いて障害物を検出する、
ことを特徴とする項目１または２に記載の障害物検出装置。
この場合、閾値が選択されてから障害物が検出可能になるまでの時間を短くすることができる。また、キャリブレーション専用の超音波を送信する必要がないので、消費電力を低減できる。

［項目４］
前記検出部は、前記閾値が選択されてから送信された超音波の反射波を用いて障害物を検出する、
ことを特徴とする項目１または２に記載の障害物検出装置。
この場合、特性値の算出と閾値の選択をより低速に行うことができるので、選択部の設計が容易になると共に、選択部の構成を簡素化できる。

１…障害物検出装置、１０…送信部、１２…超音波センサ、１４…受信部、１６…記憶部、１８…選択部、２０…検出部。

Claims (4)

1. 車両に搭載される障害物検出装置であって、
   超音波を送信し、超音波が障害物で反射された反射波を受信する超音波センサと、
   複数の環境条件での超音波の送信により発生する複数の第１の残響波形に関する情報の各々を、障害物を検出するための閾値に対応付けて記憶している記憶部と、
   超音波の送信により発生する第２の残響波形に対応する第１の残響波形を特定し、当該第１の残響波形に対応する閾値を、前記記憶部に記憶された閾値から選択する選択部と、
   前記超音波センサで受信された反射波の大きさと、前記選択部で選択された前記閾値とを比較して障害物を検出する検出部と、
   を備えることを特徴とする障害物検出装置。
2. 前記記憶部に記憶された複数の第１の残響波形に関する情報は、複数の第１の残響波形の各々と、複数の第１の残響波形のうち基準の第１の残響波形との類似度を表す特性値を含み、
   前記選択部は、第２の残響波形と基準の第１の残響波形との類似度を表す第２の残響波形の特性値を算出し、第２の残響波形の特性値に近い特性値を有する第１の残響波形を、第２の残響波形に対応する第１の残響波形として特定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
3. 前記選択部は、キャリブレーション時の超音波の送信により発生する第２の残響波形を用いて前記閾値を選択し、
   前記検出部は、前記キャリブレーション時に送信された超音波の反射波を用いて障害物を検出する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の障害物検出装置。
4. 前記検出部は、前記閾値が選択されてから送信された超音波の反射波を用いて障害物を検出する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の障害物検出装置。

Images