JP4752846B2 - Obstacle detection device - Google Patents
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Description
本発明は、障害物検出装置に関するものである。 The present invention relates to an obstacle detection apparatus.
従来から、超音波を検出範囲に送波するとともに障害物で反射された反射波を受波することによって障害物の存在を検出する障害物検出装置が提供されている。 Conventionally, there has been provided an obstacle detection device that detects the presence of an obstacle by transmitting an ultrasonic wave to a detection range and receiving a reflected wave reflected by the obstacle.
この種の障害物検出装置として、反射波を受波するための受波用圧電素子を複数備えた超音波送受波器を用い、各受波用圧電素子の出力を比較することによって障害物の方向をも検出することができるものもある。例えば、図3に示すように2個の圧電素子1を用いた障害物検出装置の場合、1個の圧電素子1が送波用圧電素子として検出範囲に向かって超音波パルスを間欠的に送波し、検出範囲に存在する障害物Tに反射された反射波を2個の圧電素子1が受波用圧電素子としてそれぞれ受波する。
As an obstacle detection device of this type, an ultrasonic transducer including a plurality of receiving piezoelectric elements for receiving reflected waves is used, and the output of each receiving piezoelectric element is compared by comparing the output of each receiving piezoelectric element. Some can detect direction as well. For example, in the case of an obstacle detection device using two
この障害物検出装置の動作を図4を用いて詳しく説明する。図4の(a)は送波用圧電素子への入力信号波形を示し、図4の(b)は一方の圧電素子1の出力による受波信号の波形を示し、図4の(c)は他方の圧電素子1の出力による受波信号の波形を示す。図4の(b),(c)において、L1及びL2は残響の成分であり、E1及びE2は障害物Tで反射された反射波の成分である。超音波を送波してから反射波を受波するまでの時間t1によって障害物Tまでの距離Lを検出することができ、一方の圧電素子1が超音波を受波するまでの時間と他方の圧電素子1が超音波を受波するまでの時間との差t2から、圧電素子1が並ぶ方向に沿った直線を法線とする平面に対して障害物検出装置と障害物Tとを結ぶ直線がなす角θを検出することができる。このような障害物検出装置は、例えば、図5に示すように車両Cの前部に複数個(図では2個)取り付けられ、車両Cの前方の検出範囲Z内の障害物Tを検出するために用いられる。障害物Tの方向を検出することができるから、単に障害物Tとの距離を検出する障害物検出装置に比べ、障害物Tが自車の進路上に存在するかどうかをより正確に検出することができる。
The operation of this obstacle detection apparatus will be described in detail with reference to FIG. 4A shows the waveform of the input signal to the transmitting piezoelectric element, FIG. 4B shows the waveform of the received signal by the output of one
上記のように2個の圧電素子1を備えた障害物検出装置として、例えば図6に示すものがある(例えば、特許文献1参照)。この障害物検出装置は、導電材料からなり2個の収納凹部21が並設された振動体としての振動ケース2と、各収納凹部21にそれぞれ収納された圧電素子1とを備える。
As an obstacle detection apparatus provided with two
詳しく説明すると、振動ケース2は例えばアルミニウムのような金属からなり、長円形平板形状の平板部26と、平板部26の裏面に長手方向に並べて間に隙間を空けて突設された2個の筒状部24とを備える。圧電素子1は、平板部26の裏面(図6での下面)であって筒状部24に囲まれた部位にそれぞれ接着剤B(図7参照)により接着(固着)されている。筒状部24に囲まれた部位には収納凹部21が形成され、2個の筒状部24の間には仕切り凹部23が形成されている。また、平板部26の表面(図6での上面)が、超音波が出射及び入射する出入射面22となっている。
More specifically, the
圧電素子1は円盤状に形成されており、図7に示すように圧電セラミックからなる本体部10の両面にそれぞれ例えば金属のような導電材料からなる電極11,12を有する。圧電素子1の一方の電極11は振動ケース2の収納凹部21の底面に接触導通して振動ケース2とリード線6とを介して引き出され、他方の電極12はリード線6を介して引き出され、それぞれ圧電素子1の出力を解析するための外部の回路に接続され、超音波の受波に用いられる。つまり、振動ケース2において各収納凹部21の底部がそれぞれ請求項における振動板となっている。振動ケース2と圧電素子1との間には導電性を有さない接着剤Bが介在しているが、振動ケース2には微細な凹凸が存在するため、圧電素子1の上記電極11は振動ケース2の微細な凹凸の凸部に接触導通する。ここで、一方の圧電素子1は、超音波を発生させるための駆動回路にも接続され、超音波の送波に用いられる。つまり、各圧電素子1はそれぞれ受波用圧電素子であって、さらに、駆動回路に接続された圧電素子1は送波用圧電素子も兼ねている。すなわち、駆動回路に接続されて障害物の検出時に駆動される一方の圧電素子1が請求項における第1の圧電素子であり、他方の圧電素子1が請求項における第2の圧電素子である。また、仕切り凹部23は、出入射面22の反対面において、送波用圧電素子が収納された収納凹部21と受波用圧電素子が収納された収納凹部21との間に設けられていることになる。さらに、各収納凹部21には、残響を抑制するための緩衝充填材3がそれぞれ充填されている。
The
また、断面長円形の有底筒状に形成されたハウジング4を備え、振動ケース2は、ハウジング4の開口から出入射面22を露出させる形でハウジング4に収納されている。
Further, the housing 4 is formed in a bottomed cylindrical shape having an oval cross section, and the
また、ハウジング4と振動ケース2との間には、送波用圧電素子が発生させる超音波に対する吸音率が振動ケース2の材料よりも高い例えば合成ゴムのような弾性材料からなる保持体5が設けられている。保持体5には、保持凹部51が2個並べて設けられている。保持体5の外周の寸法はハウジング4の内周と同程度に形成され、保持凹部51の内周の寸法は振動ケース2の筒状部24の外周の寸法と同程度に形成されている。振動ケース2の各筒状部24がそれぞれ保持凹部51に圧入され、保持体5がハウジング4に圧入されることにより、振動ケース2はハウジング4に保持されている。また、保持体5において2個の保持凹部51を仕切る部位には、仕切り凹部23に収納され圧電素子1間で残響を吸収する吸音部52が設けられている。
上記のような障害物検出装置において、圧電素子1が駆動されない期間が例えば数年間といった長期に及ぶと、図4(b)(c)にL1及びL2で示した残響の成分の持続時間(以下、「残響時間」と呼ぶ。)が製造時よりも長くなることがあった。このように残響時間が延長されると、図4(b)(c)にE1及びE2で示した反射波の成分が残響の成分に埋まってしまって反射波の成分と残響の成分との区別がつかなくなることによる誤検出や検出漏れの可能性が高くなる。
In the obstacle detection apparatus as described above, when the period in which the
本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、残響時間の延長の解消が可能な障害物検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide an obstacle detection apparatus capable of eliminating the extension of the reverberation time.
請求項1の発明は、超音波の送受波により所定の検出範囲内の障害物を検出する障害物検出装置であって、導電材料からなり、検出範囲に向けられて超音波が出射及び入射する出入射面を有する2個の振動板と、厚さ方向の両面にそれぞれ電極が設けられ一方の電極が振動板の出入射面の反対面に接触導通するように1個ずつの振動板に対して固着された第1及び第2の圧電素子と、第1の圧電素子を駆動して超音波を発生させるとともに、該超音波が検出範囲において反射された反射波を各振動板がそれぞれ受けることによって各圧電素子にそれぞれ発生した電気信号に基いて障害物を検出する検出動作を行う制御部とを備え、第2の圧電素子は反射波を受波するための受波用圧電素子であって、制御部は、検出動作を行う前に、少なくとも第2の圧電素子を駆動する予備動作を行うことを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、長期の不使用による残響時間の延長が、予備動作によって、ある程度解消される。 According to the present invention, the extension of the reverberation time due to long-term nonuse is eliminated to some extent by the preliminary operation.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、各圧電素子について、それぞれ制御部との間に介在して電気信号の増幅を行い圧電素子とともに送受波ブロックを構成する入出力部を備え、制御部は、予備動作時に、それぞれ入出力部を介して入力された各圧電素子の出力に基いて、各送受波ブロックの異常を検出することを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、予備動作を異常の検出のために有効に活用することができる。 According to the present invention, the preliminary operation can be effectively used for detecting an abnormality.
請求項1の発明によれば、制御部が、検出動作を行う前に、少なくとも第2の圧電素子を駆動する予備動作を行うので、長期の不使用による残響時間の延長が、予備動作によって、ある程度解消される。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、制御部が、予備動作時に、それぞれ入出力部を介して入力された各圧電素子の出力に基いて、各送受波ブロックの異常を検出するので、予備動作を異常の検出のために有効に活用することができる。
According to the invention of
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態はの基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。 Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the conventional example, common portions are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different portions are described.
本実施形態は、車両に搭載される障害物検出装置であり、図1に示すように、それぞれ圧電素子1を有して圧電素子1により所定の検出範囲Z(図5参照)に対する超音波の送波と受波とが可能な2個の送受波ブロック7と、各送受波ブロック7をそれぞれ制御する制御部8とを備える。上記各部の電源は、車両に搭載されたバッテリ(図示せず)から供給される。
The present embodiment is an obstacle detection device mounted on a vehicle. As shown in FIG. 1, each of the embodiments has a
各送受波ブロック7は、それぞれ、圧電素子1と、圧電素子1を駆動して超音波を送波させるために制御部8から出力される電気信号である送波信号を増幅する送波側増幅回路71と、残響や反射波による振動に伴って圧電素子1に発生した電気信号である受波信号を増幅する受波側増幅回路72と、受波側増幅回路72によって増幅された受波信号を検波して制御部8に入力する信号を生成する検波回路73とを備える。つまり、図6に示した各圧電素子1はそれぞれ異なる送受波ブロック7に含まれるものであり、各送受波ブロック7において送波側増幅回路71と受波側増幅回路72とはそれぞれ図6に示した一対のリード線6を介して圧電素子1の両電極に電気的に接続されている。検波回路73は、図2に示すように、受波側増幅回路72から入力された受波信号の振幅を所定の弁別閾値と比較し、受波信号の振幅が弁別閾値以上である期間には出力をHレベルとし、受波信号の振幅が弁別閾値未満である期間には出力をLレベルとするものである。なお、図2には一方の送受波ブロック7における残響成分L1を例に挙げているが、反射波の成分E1,E2に対する動作や他方の送受波ブロック7における動作も同様である。制御部8は、検波回路73の出力の立ち上がりのうち反射波に対応すると判断できる立ち上がりのタイミングを反射波が受信されたタイミングとして、図4で説明した動作において用いられる時間t1,t2を決定する。すなわち、送波側増幅回路71と、受波側増幅回路72と、検波回路73とが、請求項における入出力部を構成している。なお、送波側増幅回路71や受波側増幅回路72は、雑音を除去するフィルタ回路を含んでいてもよい。また、圧電素子1と制御部8とが互いに離れた位置に配置される場合には、送波側増幅回路71や受波側増幅回路72を複数段設けてもよい。
Each transmission /
制御部8は、外部から入力される制御信号に応じて、各送受波ブロック7による障害物の検出(検出動作)を行う。検出動作の内容は、図3及び図4を用いて説明した通りであり、送受波ブロック7のうち適宜の一方の圧電素子1が送波用圧電素子とされ、制御部8は、送波用圧電素子とされる圧電素子1に対して送波信号として例えば72kHzの矩形波を送波側増幅回路71を介して入力することにより、他励方式で圧電素子1を駆動する。また、制御信号は、例えば、エンジンの動作状態や、手動操作によりオンオフされて検出動作の入切を指示する検出スイッチの状態や、車両の進行方向及び時速や、電源電圧を示すものであり、制御部8は、エンジンが動作しており、検出スイッチがオンされていて、車両の進行方向が検出範囲Zの方向であり、車両の時速が所定の動作時速(例えば時速10km)以下であって、なおかつ、上記バッテリの電源電圧が、検出動作に必要な所定の動作電圧(例えば障害物検出装置の定格電圧が9〜15Vである場合には7V)よりも高い期間にのみ、定期的に検出動作を行う。検出動作の結果、障害物が検出された場合、検出された障害物の方向及び該障害物との距離を示す報知信号を出力する。報知信号は、例えば、液晶ディスプレイや警報用ブザーなど、使用者への報知用の負荷(図示せず)の制御に用いられる。
The
また、本実施形態は、制御部8が、始動(電源投入)後、検出動作の前に、各送受波ブロック7の圧電素子1をそれぞれ駆動する予備動作を行うことを特徴とする。具体的には、制御部8は、制御信号に示された情報のうち少なくとも1個が、検出動作が行われるべきでない状態から、検出動作が行われるべき状態に変化したときに予備動作を行う。すなわち、制御部8が予備動作を行うタイミングとしては、エンジンが始動されたタイミングや、検出スイッチがオンされたタイミングや、検出範囲Zの方向へ車両が移動を開始したタイミングや、検出範囲Zの方向への車両の移動速度が動作時速よりも僅かに高く設定された所定の予備時速(例えば上記のように動作時速が時速10kmであれば時速25km)よりも高い状態から低い状態に変化したタイミングや、電源電圧が動作電圧よりも低い状態から高い状態に変化したタイミングなどが考えられる。なお、検出動作が行われるのは上記のエンジン動作、検出スイッチ、車両の移動方向及び移動速度、電源電圧といった条件が全て満たされたときであり、エンジンが始動されてから他の条件が満たされるまでに、残響時間の延長が発生するほどの(つまり何年もの)時間が空くことはほぼあり得ないので、エンジンが始動されたときのみ制御部8が予備動作を行うようにしてもよい。予備動作時に圧電素子1を駆動するために制御部8が出力する矩形波の周波数は、例えば検出動作と同様に72kHzであり、予備動作における圧電素子1の駆動は、例えば各送受波ブロック7についてそれぞれ250μsずつ5msおきに5回行なわれる。
In addition, the present embodiment is characterized in that the
本発明者の実験によれば、上記のような予備動作により、課題の項で述べたように長期間の不使用によって長くなった残響時間が短くなること(つまり、残響時間の延長がある程度解消されること)が確認されている。本発明者は、上記のような残響時間の短縮を、圧電素子1の駆動による振動に伴って圧電素子1の電極11と振動ケース2との接触面の状態が変化して圧電素子1の電極11と振動ケース2との間の電気的な接続状態が変化したことによるものであると考えている。
According to the inventor's experiment, the preparatory operation as described above shortens the reverberation time that has become longer due to long-term non-use as described in the section of the problem (that is, the reverberation time extension is solved to some extent). Has been confirmed). The inventor reduces the reverberation time as described above by changing the state of the contact surface between the
ここで、予備動作では必ずしも両方の圧電素子1を駆動する必要はないが、常に一方の圧電素子1(請求項における第1の圧電素子)が送波用圧電素子とされる場合、他方の圧電素子1(請求項における第2の圧電素子)では残響時間が長くなりやすいので、予備動作では少なくとも上記他方の圧電素子1を駆動する必要がある。
Here, in the preliminary operation, it is not always necessary to drive both
さらに、本実施形態では、予備動作において各送受波ブロック7の異常の検出も行っている。具体的には、制御部8は、予備動作における圧電素子1の駆動に伴う残響による出力を各送受波ブロック7からそれぞれ検出し、予備動作における5回の駆動の全てについて、圧電素子1の駆動が開始された後600μs〜800μsの期間に検波回路73の出力がLレベルであれば、その検波回路73を含む送受波ブロック7の受波部分(つまり圧電素子1又は受波側増幅回路72又は検波回路73又はそれらの間の電気的接続)に異常があると判定する。ただし、1個の送受波ブロック7の圧電素子1の駆動に対し、全ての送受波ブロック7について受波部分に異常があると判定された場合、制御部8は、各送受波ブロック7の受波部分ではなく、駆動された圧電素子1を含む送受波ブロック7の送波部分(つまり圧電素子1又は送波側増幅回路71又はそれらの間の電気的接続)に異常があると判定する。制御部8は、何らかの異常があると判定されると、異常があると判定された箇所の情報を示す報知信号を外部へ出力する。また、異常があると判定されている状態で、例えばエンジンの始動時や検出スイッチのオン時に予備動作を行ったとき、予備動作における5回の駆動の全てについて、圧電素子1の駆動が開始された後600μs〜800μsの期間に検波回路73の出力がHレベルであれば、制御部8は、異常から復帰したと判定して、異常からの復帰を示す報知信号を出力する。上記のように予備動作中に出力される報知信号は、障害物検出時に出力される報知信号と同様に、液晶ディスプレイなどの報知用の負荷(図示せず)の制御に用いられる。
Further, in the present embodiment, the abnormality of each transmission /
さらに、障害物検出装置を複数個用いるシステムにおいては、異常を示す上記のような報知信号を他の障害物検出装置において制御信号として用い、システムを構成するどの障害物検出装置でも異常が検出されていないときのみ検出動作が行われるようにしてもよい。この場合においては、システム中で唯一異常が検出されていた障害物検出装置から復帰を示す制御信号(報知信号)が入力されたとき(つまり、異常が検出されている障害物検出装置がシステム中に存在する状態から存在しない状態に変化したとき)に制御部8が予備動作を行うようにしてもよい。
Further, in a system using a plurality of obstacle detection devices, the above-described notification signal indicating an abnormality is used as a control signal in another obstacle detection device, and an abnormality is detected in any obstacle detection device constituting the system. The detection operation may be performed only when it is not. In this case, when a control signal (notification signal) indicating a return is input from an obstacle detection device in which an abnormality is detected only in the system (that is, the obstacle detection device in which an abnormality is detected is in the system). The
なお、図6のように各送受波ブロック7の圧電素子1を互いに共通の振動ケース2に固着(つまり、請求項における各振動板を1個の振動ケース2にそれぞれ構成)する代わりに別々の振動ケース2に固着(つまり、請求項における各振動板を別々の振動ケース2に構成)してもよい。この場合であっても、例えば各振動ケース2をそれぞれ共通の保持体5に保持させるなどして1個の圧電素子1の振動による残響が他の圧電素子1でも検出可能となるようにしておけば、上記の予備動作による異常の判定は可能である。
As shown in FIG. 6, instead of fixing the
1 圧電素子
2 振動ケース
7 送受波ブロック
8 制御部
11,12 電極
22 出入射面
71 送波側増幅回路
72 受波側増幅回路
73 検波回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
導電材料からなり、検出範囲に向けられて超音波が出射及び入射する出入射面を有する2個の振動板と、
厚さ方向の両面にそれぞれ電極が設けられ一方の電極が振動板の出入射面の反対面に接触導通するように1個ずつの振動板に対して固着された第1及び第2の圧電素子と、
第1の圧電素子を駆動して超音波を発生させるとともに、該超音波が検出範囲において反射された反射波を各振動板がそれぞれ受けることによって各圧電素子にそれぞれ発生した電気信号に基いて障害物を検出する検出動作を行う制御部とを備え、
第2の圧電素子は反射波を受波するための受波用圧電素子であって、
制御部は、検出動作を行う前に、少なくとも第2の圧電素子を駆動する予備動作を行うことを特徴とする障害物検出装置。 An obstacle detection device that detects an obstacle within a predetermined detection range by transmitting and receiving ultrasonic waves,
Two diaphragms made of a conductive material and having an exit / incident surface that emits and enters an ultrasonic wave directed toward the detection range;
First and second piezoelectric elements fixed to each diaphragm so that electrodes are provided on both surfaces in the thickness direction and one electrode is in contact with and conductive to the opposite surface of the diaphragm. When,
The first piezoelectric element is driven to generate an ultrasonic wave, and each diaphragm receives a reflected wave reflected by the ultrasonic wave in the detection range, thereby causing an obstacle based on an electric signal generated in each piezoelectric element. A control unit that performs a detection operation for detecting an object,
The second piezoelectric element is a receiving piezoelectric element for receiving the reflected wave,
The obstacle detection apparatus, wherein the control unit performs a preliminary operation of driving at least the second piezoelectric element before performing the detection operation.
制御部は、予備動作時に、それぞれ入出力部を介して入力された各圧電素子の出力に基いて、各送受波ブロックの異常を検出することを特徴とする請求項1記載の障害物検出装置。 For each piezoelectric element, it comprises an input / output unit interposing between each control unit and amplifying an electrical signal to constitute a transmission / reception block together with the piezoelectric element,
2. The obstacle detection device according to claim 1, wherein the control unit detects an abnormality of each transmission / reception block based on an output of each piezoelectric element input via the input / output unit during preliminary operation. .
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