JP6544284B2 - 検知装置、及び検知システム - Google Patents

Description

本発明は、周囲の振動を検知する検知装置、及びその検知装置を備える検知システムに関する。

従来、送波部から超音波である探査波を送信し、周囲の物体により反射された反射波を受波部により受信して、その送受信間の時間を取得することにより、周囲の物体との距離を検知する検知装置が実現されている。

このような検知装置として、特許文献１に記載の検知装置がある。特許文献１に記載の検知装置では、探査波の送信時に、受波部と信号処理部との電気的な接続を遮断している。これにより、特許文献１に記載の検知装置では、探査波の送信時に駆動信号が信号処理部へ入力されることを防ぐことができる。

特開平７−３２５１４６号公報

ところで、特許文献１に記載されているような検知装置では、検知装置の周囲に設けられた機器等から、信号処理部へと電気ノイズが侵入することがある。信号処理部へ電気ノイズが侵入した場合、その電気ノイズと、反射波に基づいて生じた信号との区別ができなければ、物体の位置の誤検知が生ずるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、電気ノイズの検知が可能な検知装置を提供することにある。

本発明は、検知装置であって、受信した超音波を電気信号として出力する圧電素子と、圧電素子に接続され、圧電素子から出力される電気信号を取得する信号処理部と、圧電素子と信号処理部との、電気的な接続状態と遮断状態とを切り替える切替部と、切替部が遮断状態である場合に信号処理部が取得すれば、その電気信号に基づいて電気ノイズの検知を行う判定部と、を備える。

圧電素子を用いて超音波の検知を行う場合、その超音波を電気信号として取得するため、周囲の機器からの電気ノイズの影響がある場合、電気信号の値の取得精度が低下する。ところが、圧電素子は、周囲の超音波ノイズを取得した場合にもその超音波ノイズに基づく電気信号を出力するため、信号処理部が取得したノイズが、圧電素子が取得した超音波ノイズであるのか、周囲の機器等から生じた電気ノイズであるのかの区別が困難である。

この点、上記構成では、圧電素子と信号処理部とを切替部を介して接続しているため、切替部が遮断状態であれば、圧電素子が受信した超音波よって生ずる電気信号は、信号処理部に入力されない。そのため、切替部が遮断状態である場合に電気信号が検出されれば、その電気信号は、周囲の機器等から生じた電気ノイズであるといえる。したがって、上記構成により、信号処理部へ入力された電気ノイズの検知を精度よく行うことができる。

第１実施形態に係る超音波センサの構成図である。 第１実施形態に係る超音波センサの制御を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る超音波センサの制御を示すタイムチャートである。 第２実施形態に係る超音波センサの構成図である。 第２実施形態に係る超音波センサの制御を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る超音波センサの制御を示すタイムチャートである。 第３実施形態に係る超音波センサの構成図である。

以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る検知装置は超音波センサであり、車両等の移動体に搭載されるものである。超音波センサは、超音波を移動体の周囲に送信し、周囲に存在する物体により反射された反射波を受信し、送信から受信までの時間を測定することにより、移動体と物体との距離を求める。

図１は、本実施形態に係る超音波センサ１０の構成図である。超音波センサ１０は、圧電素子２０への電圧の印加により超音波を送信する。また、圧電素子２０は受信した超音波のエネルギを電圧へ変換する。

圧電素子２０への電圧の印加は、駆動部３０を制御することにより行われる。駆動部３０は、正の定電圧を印加する第１電源３１と負の定電圧を印加する第２電源３２とを含んで構成されている。第１電源３１は、第１スイッチＱ１を介して圧電素子２０の第１側に接続されており、第２電源３２は、第２スイッチＱ２を介して圧電素子２０の第１側に接続されている。また、圧電素子２０の第２側は、接地されている。第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。

このように駆動部３０が構成されているため、第１スイッチＱ１をＯＮとし第２スイッチＱ２をＯＦＦとする制御と、第１スイッチＱ１をＯＦＦとし第２スイッチＱ２をＯＮとする制御とを交互に繰り返すことにより、圧電素子２０へ正の電圧と負の電圧とが交互に印加される。この電圧の印加により圧電素子２０は発振し、超音波が送信される。この超音波の周波数は、第１スイッチＱ１と第２スイッチＱ２とを交互にＯＮとする制御周期と等しい周波数となる。

一方、圧電素子２０が受信した超音波のエネルギは、圧電素子２０により、超音波のエネルギに基づく電圧を有する電気信号へと変換される。この電気信号は、信号処理部４０の入力部である入力端子へと入力される。信号処理部４０において、電気信号は、まず増幅部４１へ入力される。この増幅部４１は、ゲインを可変に設定できるように構成されている。具体的には、高ゲインと、その高ゲインよりも低いゲインである低ゲインに設定できるように構成されている。増幅部４１では、入力された電気信号を所定のゲインで増幅し、増幅後の電気信号をバンドパスフィルタ４２へ入力する。

バンドパスフィルタ４２は、通過帯域を、送信時の超音波の周波数を含むものとしている。これは、物周囲の物体により反射された反射波の周波数は、送信した超音波の周波数と近い周波数となるためである。このように通過帯域が設定されているため、このバンドパスフィルタ４２では、圧電素子２０から送信された超音波の周波数から乖離した周波数の電気信号が除去される。バンドパスフィルタ４２を通過した電気信号は、比較部４３へ入力される。比較部４３では、電気信号の電圧の値と、予め定められた値である閾値とを比較し、その比較結果を出力する。

なお、増幅部４１、バンドパスフィルタ４２、及び比較部４３には、接地部位との電位差４４が、基準値設定部４５により入力される。こうすることで、入力された電気信号の、基準の電位差からの乖離量に応じた制御が可能となる。

この信号処理部４０と圧電素子２０とは、切替部５０を介して接続されている。切替部５０は、信号処理部４０の入力端子と圧電素子２０の第１側との電気的な接続状態を切り替える第３スイッチＱ３と、信号処理部４０の入力端子と接地部位との電気的な接続状態を切り替える第４スイッチＱ４とを含んで構成されている。第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。第３スイッチＱ３がＯＮであり、第４スイッチＱ４がＯＦＦであれば、信号処理部４０と圧電素子２０とが電気的に接続され、圧電素子２０から出力された電気信号が信号処理部４０へ入力される。一方、第３スイッチＱ３がＯＦＦであり、第４スイッチＱ４がＯＮであれば、信号処理部４０と圧電素子２０とが電気的に遮断され、圧電素子２０から出力された電気信号は信号処理部４０へ入力されなくなる。また、第３スイッチＱ３がＯＦＦであり、第４スイッチＱ４がＯＮであれば、信号処理部４０の入力端子が接地される。

上述した第１〜第４スイッチＱ１〜Ｑ４の開閉状態、及び、増幅部４１のゲインは、制御装置６０が備える制御部６１からの指令により、制御される。具体的には、まず、超音波センサ１０の周囲に超音波ノイズが存在するか否かを判定すべく、第３スイッチＱ３をＯＮとし、第４スイッチＱ４をＯＦＦとして、超音波ノイズに基づいて圧電素子２０から生じた電気信号が、信号処理部４０へ入力されるようにする。このとき、信号処理部４０の増幅部４１のゲインは、高ゲインに設定される。なお、超音波ノイズを検知する制御を行う期間を、第１検知期間と称する。

第１検知期間に続いて、圧電素子２０から超音波を発生させるべく、第１スイッチＱ１と第２スイッチＱ２とを交互にＯＮとする制御を行う。第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４の制御状態は、第１検知期間と同じ状態に維持される。すなわち、第３スイッチＱ３はＯＮとされており、第４スイッチＱ４はＯＦＦとされている。このとき、駆動部３０の電圧は信号処理部４０へも入力されるため、その電圧が過剰に増幅されないように、増幅部４１のゲインは低ゲインに設定される。なお、駆動回路を制御して超音波を発生させる期間を、駆動期間と称する。

駆動期間に続いて、第３スイッチＱ３をＯＮし、第４スイッチＱ４をＯＦＦとした状態を維持し、駆動期間で送信された超音波が周囲の物体に反射された場合に、その反射波を受信可能とする。このとき、受信波により生ずる電気信号を増幅して検出しやすくすべく、増幅部４１のゲインは高ゲインに設定される。なお、反射波の受信を待機する期間を、受信待機期間と称する。

受信待機期間に続いて、超音波センサ１０の周囲に搭載された電気機器から生ずる電気ノイズを検知すべく、第３スイッチＱ３をＯＦＦとし、第４スイッチＱ４をＯＮとして、超音波ノイズに基づいて圧電素子２０から生じた電気信号が、信号処理部４０へ入力されないようにする。このとき、周囲の電気機器がノイズ源７０となって電気ノイズを生じさせていた場合、その電気ノイズに基づく電気信号は、増幅部４１、バンドパスフィルタ４２、及び比較部４３を通過することとなる。したがって、信号処理部４０に生ずる電気信号は、電気ノイズによるものと判定することができる。このとき、信号処理部４０の増幅部４１のゲインは、高ゲインに設定される。なお、電気ノイズを検知する制御を行う期間を、第２検知期間と称する。

本実施形態では、第１検知期間の開始時点から第２検知期間の終了時点までを、１回の探査周期としており、１回の探査周期が終了すれば、続いて次の探査周期が開始される。なお、探査周期の開始時点をどの期間の始期にするかは任意に設定することができる。

信号処理部４０の比較部４３から出力される比較結果は、制御装置６０の判定部６２へと入力される。判定部６２は、受信待機期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号は反射波により生じたものである可能性が高いため、物体の検知結果としてＥＣＵ１００へ送信する。また、第１検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を超音波ノイズとして判定し、その判定結果をＥＣＵ１００へ送信する。加えて、第２検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を電気ノイズとして判定し、その判定結果をＥＣＵ１００へ送信する。

ＥＣＵ１００は、判定部６２から物体の検知結果を受信すれば、その検知結果により物体の位置を算出し、物体の位置に応じた処理を行う。具体的には、車両の運転者に対して物体の存在を知らせる報知を行う。この報知は、車両に搭載されたスピーカを用いて行ってもよいし、ランプや表示装置等を用いて行ってもよい。また、物体との距離が小さくなり、且つ、車両がその物体が存在する方向へと移動している場合には、車両が備えるブレーキ装置を作動させる制御等を行ってもよい。

一方、ＥＣＵ１００は、超音波ノイズ又は電気ノイズが存在する旨の判定結果を取得すれば、そのノイズの判定結果を所定期間蓄積し、ノイズが周期的に、又は継続して生じているか否かを判定する。これは、ノイズが単発で生じたものであれば、その影響は一時的なものであり、物体の検知結果に対する影響が限定的であるためである。なお、電気ノイズが単発で生ずる場合とは、例えば、電気機器の起動時に生ずる電気ノイズ等が挙げられる。

ノイズが周期的に生じていれば、そのノイズの物体検知への影響を抑制する処理を行う。具体的には、超音波センサ１０の信号処理部４０が備える比較部４３に対して指令を行い、閾値を上昇させる。これにより、ノイズに基づく電気信号が反射波による電気信号よりも比較的小さければ、そのノイズに基づく物体の誤検知を抑制できる。一方、ノイズに基づく電気信号が反射波により電気信号と同程度の大きさである場合や、反射波による電気信号よりも大きい場合等には、閾値の変更によるノイズの影響を除去する処理は、困難である。したがって、この場合には、車両の運転者に対して、物体の検知ができない旨の報知を行ったうえで、物体の検知結果の報知や、物体との衝突を回避する制御等を行わないものとする。なお、この場合において、物体の検知結果の報知や、物体との衝突を回避する制御等は行わないものの、物体の検知及びノイズの検知は継続して行う。これは、ノイズを検知しなくなった場合に、物体の位置に基づく制御を再開できるようにするためである。

また、ＥＣＵ１００は、周期的、又は継続して生ずる電気ノイズが存在すると判定した場合、その判定結果を蓄積する。こうすることで、車両の点検時等にその判定結果を読み出すことにより、電気ノイズを発生させるノイズ源７０の特定が容易になる。

続いて、超音波センサ１０において実行される処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２のフローチャートは、所定の探査周期毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１にて、第３スイッチＱ３をＯＮとし第４スイッチＱ４をＯＦＦとして、圧電素子２０から出力された電気信号が信号処理部４０へ入力されるようにする。このとき、超音波センサ１０の周囲で生じた超音波ノイズを圧電素子２０が受信すれば、その超音波ノイズに基づく電気信号が圧電素子２０から生じ、信号処理部４０へ入力される。この超音波ノイズを検知する期間を、第１検知期間と称する。続いて、ステップＳ１０２にて第１検知期間が終了したか否かを判定する。このステップＳ１０２の処理は、肯定判定するまで、すなわち第１検知期間が終了するまで繰り返し行われる。

ステップＳ１０２にて肯定判定すれば、すなわち第１検知期間が終了すれば、ステップＳ１０３へ進み、第１検知期間にて超音波ノイズを検知したか否かを判定する。このＳ１０３の処理では、比較部４３における閾値との比較処理の結果として、閾値を超えた超音波ノイズが存在しているか否かを判定する。ステップＳ１０３にて肯定判定すれば、すなわち第１検知期間にて超音波ノイズを検出していれば、ステップＳ１０４においてその検出結果をＥＣＵ１００へ送信し、ステップＳ１０５へ進む。

一方、ステップＳ１０３にて否定判定すれば、すなわち第１検知期間にて超音波ノイズを検出していなければ、そのままステップＳ１０５へ進む。なお、ステップＳ１０３にて否定判定した場合、すなわち第１検知期間にて超音波ノイズを検出していないと判定した場合において、超音波ノイズを検出していない旨の結果をＥＣＵ１００へ送信するものとしてもよい。また、第１検知期間が終了した時点で超音波ノイズの検知結果を送信するのではなく、超音波ノイズを検知するごとにその検知結果をＥＣＵ１００へ送信するものとしてもよい。

ステップＳ１０５では、増幅部４１のゲインを低ゲインへと切り替え、信号処理部４０へ入力された圧電素子２０の駆動時の電気信号が、過剰に大きくならないようにする。続くステップＳ１０６にて、駆動部３０における駆動制御を開始する。すなわち、上述したとおり、第１スイッチＱ１をＯＮとし第２スイッチＱ２をＯＦＦとする制御と、第１スイッチＱ１をＯＦＦとし第２スイッチＱ２をＯＮとする制御とを交互に繰り返す駆動制御を開始する。

続いて、ステップＳ１０７にて、駆動制御が行われる期間である駆動期間が終了したか否かを判定する。このステップＳ１０７の処理は、肯定判定するまで、すなわち駆動期間が終了するまで繰り返し行われる。

ステップＳ１０７にて肯定判定すれば、すなわち駆動期間が終了すれば、ステップＳ１０８へ進み、駆動制御を終了する。すなわち、第１スイッチＱ１及び第２スイッチＱ２を共にＯＦＦとする。続くステップＳ１０９では、増幅部４１のゲインを高ゲインへと切り替え、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０では、受信待機期間が終了したか否かを判定する。このステップＳ１１０の処理は、肯定判定するまで、すなわち受信待機期間が終了するまで繰り返し行われる。

ステップＳ１１０にて肯定判定すれば、すなわち受信待機期間が終了すれば、ステップＳ１１１へ進み、反射波の受信結果をＥＣＵ１００へ送信する。なお、反射波を受信していなければ、受信結果の送信を行わなくてもよい。また、受信待機期間が終了した時点で反射波の受信結果を送信するのではなく、反射波を受信するごとにその受信結果をＥＣＵ１００へ送信するものとしてもよい。

続いて、ステップＳ１１２へ進み、第３スイッチＱ３をＯＦＦとし、第４スイッチＱ４をＯＮとする。すなわち、圧電素子２０と信号処理部４０とを電気的に遮断し、圧電素子２０から出力される電気信号が信号処理部４０へ入力されないようにするとともに、信号処理部４０の入力端子を接地させ、信号処理部４０において閉回路を形成する。このステップＳ１１２の処理が行われた後に信号処理部４０にて電気信号が検知されれば、その電気信号は、他の電気機器から生じた電気ノイズである可能性が高い。この電気ノイズを検知する期間を第２検知期間と称する。

続いて、ステップＳ１１３にて第２検知期間が終了したか否かを判定する。このステップＳ１１３の処理は、肯定判定するまで、すなわち第２検知期間が終了するまで繰り返し行われる。

ステップＳ１１３にて肯定判定すれば、すなわち第２検知期間が終了すれば、ステップＳ１１４へ進み、第２検知期間にて電気ノイズを検知したか否かを判定する。このＳ１１４の処理では、比較部４３における閾値との比較処理の結果として、閾値を超えた電気ノイズが存在しているか否かを判定する。ステップＳ１１４にて肯定判定すれば、すなわち第２検知期間にて電気ノイズを検出していれば、ステップＳ１１５においてその検出結果をＥＣＵ１００へ送信し、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ１１４にて否定判定すれば、すなわち第２検知期間にて電気ノイズを検出していなければ、そのまま一連の処理を終了する。なお、ステップＳ１１４にて否定判定した場合、第１検知期間の場合と同様に、電気ノイズを検出していない旨の結果をＥＣＵ１００へ送信するものとしてもよい。また、第２検知期間が終了した時点で電気ノイズの検知結果を送信するのではなく、電気ノイズを検知するごとにその検知結果をＥＣＵ１００へ送信するものとしてもよい。

以上のように超音波センサ１０において行われる処理が行われた際の、第１〜第４スイッチＱ１〜Ｑ４の制御状態、及び増幅部４１のゲインについて、図３のタイムチャートを用いて説明する。

まず時刻ｔ１にて、ステップＳ１０１の第３スイッチＱ３をＯＮとし第４スイッチＱ４をＯＦＦとする制御が行われる。時刻ｔ１から続く時刻ｔ２までの期間は、圧電素子２０と信号処理部４０とを電気的に接続して超音波ノイズの検知を行う第１検知期間である。

時刻ｔ２では、ステップＳ１０５の増幅部４１のゲインを低ゲインへと切り替える制御が行われ、且つ、ステップＳ１０６の駆動部３０における駆動制御を開始する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、駆動部３０における駆動制御を行い、圧電素子２０から超音波を発生させる駆動期間である。

時刻ｔ３では、ステップＳ１０８の駆動制御を終了させる制御が行われ、且つ、ステップＳ１０９のゲインを高ゲインへと切り替える制御が行われる。時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、周囲の物体により反射された反射波の受信を待機する受信待機期間である。この受信待機期間の長さにより、超音波センサ１０の検知範囲が定まる。すなわち、受信待機期間の長さの半分に音速を乗算した距離に位置する物体との距離を、検知することができる。

時刻ｔ４では、ステップＳ１１２における第３スイッチＱ３をＯＦＦとし第４スイッチＱ４をＯＮとする制御が行われる。すなわち、時刻ｔ４にて、圧電素子２０と信号処理部４０とが電気的に遮断される。時刻ｔ４から時刻ｔ５までは、信号処理部４０を閉回路として電気ノイズの影響を判定する第２検知期間である。時刻ｔ５では、時刻ｔ１と同様に、ステップＳ１０１の第３スイッチＱ３をＯＮとし第４スイッチＱ４をＯＦＦとする制御が行われる。続く時刻ｔ６、時刻ｔ７では、それぞれ、時刻ｔ２、時刻ｔ３と同様の制御が行われる。

上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ１０は、以下の効果を奏する。

・圧電素子２０と信号処理部４０とを切替部５０を介して接続しているため、切替部５０が遮断状態であれば、圧電素子２０が受信した超音波によって生ずる電気信号は、信号処理部４０に入力されない。そのため、切替部５０が遮断状態である場合に電気信号が検出されれば、その電圧は、周囲の機器等から生じた電気ノイズであるといえる。したがって、信号処理部４０へ入力された電気ノイズの検知を精度よく行うことができる。

・車両の製造時には、超音波センサ１０に対する電気ノイズの影響が小さくなるように、電気機器等の配置が行われている。一方、車両の販売後に電気機器等が追加された場合には、その電気機器から生ずる電気ノイズが超音波センサ１０へ影響を与える場合がある。本実施形態では、超音波センサ１０の検知結果に影響を与える可能性のあるノイズ源７０が存在する場合に、その影響を除外したり、その影響を受けた検知結果を用いた制御を行わなかったりしているため、追加された電気機器などから生ずる電気ノイズによる影響を抑制することができる。

・電気ノイズが生じたとしても、電気機器の起動時に生ずる電気ノイズである場合等、一時的に生ずる電気ノイズであれば、その影響は限定的であるため、無視することができる。一方、電気ノイズが継続して生ずる場合には、その電気ノイズにより超音波センサ１０において物体の誤検知が生ずる可能性が高い。本実施形態では、探査周期ごとに電気ノイズを検知する第２検知期間を設けているため、継続して生ずる電気ノイズであるか否かを判定することができる。

・受信待機期間、第１検知期間、及び第２検知期間におけるゲインを、駆動期間のゲインよりも大きくしているため、駆動期間の信号が過剰に増幅されることを抑制しつつ、受信待機期間、第１検知期間及び第２検知期間における受信波の検知精度及びノイズの検知精度を向上させることができる。

・受信待機期間、第１検知期間、及び第２検知期間におけるゲインを等しくしているため、受信波に対するノイズの相対的な大きさが判定しやすくなる。したがって、受信波を検知するうえでノイズを無視することができるか否かを容易に判定することができるとともに、ノイズが検出された際に行われる閾値を変更する処理において、閾値をノイズの影響を受けない値に設定することができる。

・受信待機期間の直後は、検知範囲外に存在する物体により反射された反射波を受信することがある。この場合の反射波は実際には超音波ノイズでないものの、受信待機期間に続いて第１検知期間を設けた場合、検知範囲外に存在する物体により反射された反射波を超音波ノイズとして誤判定することがある。本実施形態では、受信待機期間に続いて、電気ノイズを検知する第２検知期間を設け、その第２検知期間に続いて超音波ノイズを検知する第１検知期間を設けているため、検知範囲外に検知範囲外に存在する物体により反射された反射波を超音波ノイズとして誤判定する事態を、抑制することができる。

・切替部５０により圧電素子２０と信号処理部４０とを遮断状態とした第２検知期間では、検出される電気信号は電気ノイズに基づくものである。一方、切替部５０により圧電素子２０と信号処理部４０とを電気的に接続した第１検知期間では、検出される電気信号は、超音波ノイズと電気ノイズとが混在したものとなる。第２検知期間において、電気ノイズが周期的に、若しくは継続して生じていることが検知できれば、第１検知期間において、その電気ノイズを除いたノイズが超音波ノイズであると判定することができる。したがって、電気ノイズの検知に加えて、超音波ノイズの検知も精度よく行うことができる。

・切替部５０により圧電素子２０と信号処理部４０とを電気的に遮断した際に、信号処理部４０の入力部を接地するものとしているため、信号処理部４０と切替部５０とにより形成される閉回路は、信号処理部４０と切替部５０と圧電素子２０とにより形成される閉回路から圧電素子２０を切り離したものとなる。これにより、電気ノイズを検出する際の閉回路は、圧電素子２０により超音波の検知を行う際の閉回路に近似した回路構成となる。したがって、圧電素子２０を用いた物体の検知に影響を与える可能性の高い電気ノイズの検知を行うことができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態に係る超音波センサ１１０は、回路構成の一部が第１実施形態と異なっている。また、回路構成の一部が第１実施形態と異なっているため、行われる制御も一部異なっている。

本実施形態に係る超音波センサ１１０の構成について、図４を参照して説明する。超音波センサ１１０は、第１実施形態に係る超音波センサ１０の近傍に配置されており、超音波センサ１０が送信した超音波が周囲の物体に反射された場合に、その反射波を受信する。そして、超音波センサ１０による超音波の送信時刻と、超音波センサ１０及び超音波センサ１１０の反射波の受信時刻とを用いることで、物体の位置を特定する。

超音波センサ１１０が備える圧電素子１２０は、受信した超音波を電圧を有する電気信号へ変換して出力する。この電気信号は、信号処理部１４０の入力部である入力端子へと入力される。信号処理部１４０において、電気信号は、まず増幅部１４１へ入力される。この増幅部１４１は、ゲインの値が一定の値とされている。増幅部１４１により増幅された電気信号は、バンドパスフィルタ１４２を経た後に、比較部１４３へ入力される。このバンドパスフィルタ１４２及び比較部１４３は、第１実施形態と同等のものであるため、具体的な説明を省略する。なお、増幅部１４１、バンドパスフィルタ１４２、及び比較部１４３には、接地部位との電位差１４４が、基準値設定部１４５により入力される。

この信号処理部１４０と圧電素子１２０とは、切替部１５０を介して接続されている。この切替部１５０の構成は、第１実施形態と同等であるため、説明を省略する。

切替部１５０が備える第３，第４スイッチＱ３，Ｑ４の開閉状態は、制御装置１６０が備える制御部１６１からの指令により、制御される。具体的には、まず、超音波センサ１１０の周囲に超音波ノイズが存在するか否かを判定すべく、第３スイッチＱ３をＯＮとし、第４スイッチＱ４をＯＦＦとして、超音波ノイズに基づいて圧電素子１２０から生じた電気信号が、信号処理部１４０へ入力されるようにする。すなわち、第１実施形態と同様に、超音波ノイズを検知する制御を行う期間である第１検知期間を設ける。

第１検知期間に続いて、他の超音波センサ１０により超音波の送信が行われている間、処理を行わず待機する期間を設ける。なお、この期間を送信待機期間と称する。送信待機期間に続いて、反射波の受信を待機する受信待機期間を設ける。この受信待機期間に続いて、第２検知期間を設ける。これら受信待機期間及び第２検知期間については、第１実施形態と同等であるため、説明を省略する。

信号処理部１４０の比較部１４３から出力される比較結果は、制御装置１６０の判定部１６２へと入力される。判定部１６２は、受信待機期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号は反射波により生じたものである可能性が高いため、物体の検知結果としてＥＣＵ１００へ送信する。また、第１検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を超音波ノイズとして判定し、その判定結果をＥＣＵ１００へ送信する。加えて、第２検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を電気ノイズとして判定し、その判定結果をＥＣＵ１００へ送信する。

続いて、超音波センサ１１０において実行される処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。図５のフローチャートは、所定の探査周期毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０４で第１検知期間の処理を行う。この第１検知期間の処理については、第１実施形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理と同等のものであるため、説明を省略する。

続くステップＳ２０５にて、送信待機期間を開始し、ステップＳ２０６の送信待機期間が終了したか否かの判定を繰り返すことにより、送信待機期間が経過するまで待機を行う。

送信待機期間が経過してステップＳ２０６で肯定判定すれば、ステップＳ２０７に進み受信待機期間を開始する。なお、受信待機期間を開始した後のステップＳ２０８からステップＳ２１３までの処理は、第１実施形態のステップＳ１１０からステップＳ１１５の処理と同等のものであるため、説明を省略する。

続いて、本実施形態に係る処理を行った際の第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４の制御状態を、図６を参照して説明する。

まず時刻ｔ１１にて、ステップＳ２０１の第３スイッチＱ３をＯＮとし第４スイッチＱ４をＯＦＦとする制御が行われる。時刻ｔ１１から続く時刻ｔ１２までの期間は、圧電素子１２０と信号処理部１４０とを電気的に接続して超音波ノイズの検知を行う第１検知期間である。時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までは、他の超音波センサ１０で超音波が送信されるのを待機する送信待機期間である。その送信待機期間に続く時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間は受信待機期間である。これら、第１検知期間、送信待機期間、及び受信待機期間では、第３スイッチＱ３はＯＮとされ、第４スイッチＱ４はＯＦＦとされる。すなわち、圧電素子２０から発せられた電気信号が、信号処理部１４０へ入力される状態が維持される。

時刻ｔ１４では、ステップＳ２１０における第３スイッチＱ３をＯＦＦとし第４スイッチＱ４をＯＮとする制御が行われる。すなわち、時刻ｔ１４にて、圧電素子１２０と信号処理部１４０とが電気的に遮断される。時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までは、信号処理部１４０を閉回路として電気ノイズの影響を判定する第２検知期間である。時刻ｔ１５では、時刻ｔ１１と同様に、ステップＳ２０１の第３スイッチＱ３をＯＮとし第４スイッチＱ４をＯＦＦとする制御が行われる。続く時刻ｔ１６、時刻ｔ１７では、それぞれ、時刻ｔ１２、時刻ｔ１３と同様の制御が行われる。

上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ１１０は、第１実施形態に係る超音波センサ１０が奏する効果に準ずる効果を奏する。

＜第３実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態に係る複数の超音波センサ１０とＥＣＵ１００とにより検知システムを構成している。この検知システムについて、図７を参照して説明する。

複数の超音波センサ１０は、互いに間隔を開けて、車両２００のフロントバンパに取り付けられている。いずれかの超音波センサ１０が超音波を送信する際には、その超音波センサ１０の隣の超音波センサ１０は、超音波の送信は行わず、且つ、反射波の受信処理を行う。すなわち、第２実施形態に係る超音波センサ１１０が行う処理を同等の処理を行う。こうすることで、超音波を送信した超音波センサ１０の送受信の時刻と、その超音波センサ１０の隣の超音波センサ１０の受信の時刻とを用いて、物体の位置の算出が可能となる。

ＥＣＵ１００は、いずれかの超音波センサ１０から電気ノイズの検知結果を取得すれば、その超音波センサ１０において、第１実施形態に準ずる電気ノイズの影響を低減する処理を行う。加えて、電気ノイズを検知した超音波センサ１０を特定して、内蔵するメモリに記憶する。こうすることで、ノイズ源７０の近傍に位置する超音波センサ１０を特定することができ、ノイズ源７０の位置を推定することができる。なお、このときＥＣＵ１００は、ノイズ源７０の位置を推定する推定部として機能するといえる。

上記構成により、本実施形態に係る検知システムは、第１実施形態に係る超音波センサ１０が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・電気ノイズは、一般的に、そのノイズ源７０である電気機器の周囲に対して影響を及ぼすものであり、距離が離れるほどその影響は低下する。本実施形態では、複数の超音波センサ１０が、それぞれ車両２００の定められた位置に取り付けられているため、電気ノイズの検知を検知した超音波センサ１０の近傍にノイズ源７０が存在していると推定することができる。したがって、ノイズ源７０となっている電気機器を取り除いたり、電気ノイズを生じさせないようにする処置を行ったりすることが容易になる。

＜変形例＞
・切替部５０の回路構成は、実施形態で示したものに限られない。切替部５０は、少なくとも、圧電素子２０と信号処理部４０との電気的な接続状態と遮断状態とを切り替える機能を有していればよく、具体的な回路構成は、任意に設計することができる。

・各実施形態において、電気ノイズ又は超音波ノイズを検知し、且つ、その周波数が探査波の送信周波数から乖離している場合には、バンドパスフィルタ４２，１４２の通過帯域を狭めるものとしてもよい。こうすれば、バンドパスフィルタ４２，１４２を通過したノイズは、除去されるか、又は十分に減衰したものとなり、比較部４３，１４３において、閾値を超えるおそれが小さくなる。また、この制御を、比較部４３，１４３の閾値を上昇させる制御を組み合わせて行ってもよい。

・第１実施形態の駆動期間において、第３スイッチＱ３をＯＦＦとし第４スイッチＱ４をＯＮとして、電気ノイズを検知可能としてもよい。このようにした場合、駆動期間には電気信号が信号処理回路へ入力されないため、増幅部４１のゲインは可変としなくてもよい。

・第２実施形態の送信待機期間において、第３スイッチＱ３をＯＦＦとし第４スイッチＱ４をＯＮとして、電気ノイズを検知可能としてもよい。

・第１実施形態において、第１〜第４スイッチＱ１〜Ｑ４をＭＯＳＦＥＴとしたが、他のスイッチを採用してもよい。第２実施形態の第３スイッチＱ３及び第４スイッチＱ４についても同様である。

・第３実施形態において、第１実施形態に係る超音波センサ１０を複数設けるものとしたが、第１実施形態に係る超音波センサ１０と第２実施形態に係る超音波センサ１１０とを混在させて設けるものとしてもよい。この場合、第２実施形態に係る超音波センサ１１０の隣には第１実施形態に係る超音波センサ１０を設置するものとすれば、第１実施形態に係る超音波センサ１０から送信された超音波に基づく反射波を、第２実施形態に係る超音波センサ１１０が受信することができる。

・第３実施形態において、いずれかの超音波センサ１０において電気ノイズを検知した場合、ノイズ源７０はその超音波センサ１０の近傍に存在しており、その超音波センサ１０への影響が大きい。一方、そのノイズ源７０は隣の超音波センサ１０に対しても影響を与えることがある。したがって、電気ノイズを検知した超音波センサ１０に隣接する超音波センサ１０についても、電気ノイズの影響を抑制する制御を行うものとしてもよい。

・実施形態では、超音波センサ１０を車両２００に搭載するものとしたが、車両以外の移動体に搭載してもよい。また、搭載対象は移動体に限られず、静止物に搭載して周囲の物体との距離の検知に用いるものとしてもよい。

１０…超音波センサ、２０…圧電素子、３０…駆動部、４０…信号処理部、４１…増幅部、５０…切替部、６２…判定部、７０…ノイズ源、１１０…超音波センサ、１２０…圧電素子、１４０…信号処理部、１４１…増幅部、１５０…切替部、１６２…判定部。

Claims (9)

1. 超音波を送受信することにより、物体を検知する検知装置（１０）において、
   受信した超音波を電気信号として出力する圧電素子（２０，１２０）と、
   前記検知装置の接地部位に対する電位差を設ける定電圧回路（４４）と、前記定電圧回路による電位差に基づき基準値を設定する設定部（４５）と、前記圧電素子から電気信号を入力する入力部と、前記入力部に入力された前記電気信号と前記基準値との差分を増幅して出力する増幅部（４１）と、前記基準値に基づき設定される閾値と前記増幅部から出力された差分との比較結果を出力する比較部（４３）と、を有する信号処理部（４０，１４０）と、
   前記圧電素子と前記入力部とが電気的に接続される接続状態と、前記圧電素子と前記入力部とが電気的に遮断され、且つ、前記入力部が前記接地部位と接続される遮断状態とを切り替える切替部（５０，１５０）と、
   前記切替部が前記遮断状態とされている場合に前記比較部から入力した比較結果に基づいて、電気ノイズの検知を行う判定部（６２，１６２）と、を備える検知装置。
2. 前記超音波の受信待機を行う待機期間が、所定の周期毎に設けられており、
   前記待機期間が終了してから、次の周期の前記待機期間の開始までの間に、前記切替部（５０，１５０）を遮断状態として前記検知を行う期間を含む検知期間が設けられている、請求項１に記載の検知装置。
3. 前記圧電素子から超音波を発生させる駆動電力を供給する駆動部（３０）をさらに備え、
   前記待機期間は、各周期において、前記駆動電力を供給する期間である駆動期間の後に設けられている、請求項２に記載の検知装置（１０）。
4. 前記検知期間は、前記待機期間が終了してから次の周期の前記駆動期間の開始までの間に設けられており、
   前記増幅部は、前記待機期間のゲイン及び前記検知期間のゲインを、前記駆動期間のゲインよりも大きくする、請求項３に記載の検知装置。
5. 前記増幅部は、前記待機期間のゲインと前記検知期間のゲインとを等しくする、請求項２〜４のうちいずれか１項に記載の検知装置。
6. 前記判定部により周期的な電気ノイズが生じていると判定された場合、前記閾値は、上昇する請求項５に記載の検知装置。
7. 前記判定部は、前記切替部が接続状態である場合に、前記信号処理部が取得した電気信号に基づくノイズの検知をさらに行い、
   前記検知期間は、前記切替部を接続状態として前記検知を行う期間である第１検知期間と、前記切替部を遮断状態として前記検知を行う第２検知期間とを含む、請求項２〜６のいずれか１項に記載の検知装置。
8. 前記待機期間に続いて前記第２検知期間が設けられ、前記第２検知期間に続いて前記第１検知期間が設けられる、請求項７に記載の検知装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の検知装置を複数備える検知システムであって、
   各検知装置は、それぞれ、定められた位置に設けられており、
   ノイズの存在を検知した前記判定部を備える前記検知装置の位置に基づいて、ノイズ源（７０）の位置を推定する推定部（１００）を備える、検知システム。

Images