CN105549018B - 对象检测装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种对象检测装置(10),包括:用于计算到对象(50)的距离的距离计算器;用于获取多个反射波的各个峰值的波高获取器;以及多重反射确定器。当将在所述多个反射波中到对象(50)的第一距离被计算为最小的反射波限定为第一波,并且在所述反射波中存在第二距离被计算为针对第一波所计算的第一距离的两倍或更多个整数倍并且相对于第一波的峰值之差大于预定值的另一反射波时,多重反射确定器确定在第二波或第二波之后的反射波中发生多重反射。
Description
技术领域
本发明内容涉及一种用于对周围环境中的对象进行检测的对象检测装置。
背景技术
以往,提出通过使用测距传感器例如安装在车辆上的超声波传感器来检测在车辆的周围环境中存在的对象例如前方车辆、行人或障碍物,并且基于对象检测结果来执行各种处理例如致动制动设备或通知驾驶员,以改善车辆的行驶安全性。
在车辆宽度方向,即垂直于车辆的行驶方向的方向上,存在有以下小的可能性:如果对象未存在于车辆宽度的范围内,则车辆与对象会接触。
然而,当仅测量车辆与对象之间的距离时,不能够检测到对象在车辆宽度方向上的位置,因此即使在车辆宽度方向上不存在对象的情况下可能确定存在车辆接触对象的可能性,从而发生对制动设备的致动或通知驾驶员。
在这方面,关于检测位于车辆的前方的对象在车辆宽度方向上的位置,存在有在日本专利申请特开公开No.2014-89077中所公开的对象检测装置。
在根据公开No.2014-89077的对象检测装置中,两个测距传感器安装在车辆中,并且通过使用三角测量原理来计算对象在车辆宽度方向上的位置。
然后,如果对象在车辆宽度方向上的位置处于车辆宽度内,则确定存在车辆与对象接触的风险,而如果对象在车辆宽度方向上的位置不处在车辆宽度内,则确定不存在车辆与对象接触的风险。
通过执行该处理,根据公开No.2014-89077的对象检测装置可以抑制在车辆宽度内不存在对象时制动设备工作。
在公开No.2014-89077中所公开的对象检测装置中,在单个对象检测机会下可检测对象的数目被限制为一个。
如果多个对象存在于车辆的前面,则仅存在于最接近车辆的位置处的对象被检测,并且远离最接近对象的另一对象不能被检测到。
此时,如果存在于最近位置处的对象不处于车宽度内,而远处的对象存在于车辆宽度的范围内时,则存在制动设备可能不被操作的风险。
在这方面,除了接收在最接近车辆位置处的对象的反射波之外,接收存在于更远位置处的其他对象的反射波作为第二波,并且也可以通过使用第二波来检测对象。
然而,取决于对象的位置和对象相对于车辆的形状,相信发生相同对象之间的重复反射,或发生所谓的多重反射。
换言之,当通过使用第二波来检测对象时,第二波可能被第一对象反射若干次。
此时,当通过使用第二波来计算对象的位置时,可能不正确地计算出实际上并不存在的第二对象的位置,并且可能执行制动控制等以避免与实际上并不存在的对象接触。
即使在除了使用第二波之外还使用第三波及之后的反射波来检测对象的情况下,也可能发生同样的情况。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种即使在发生多重反射的情况下也能够适当地检测对象的对象检测装置。
根据一方面的用于通过在周围环境中发射探测波并且接收探测波的反射波作为对象的检测信息来检测对象的位置的对象检测装置包括:距离计算器,该距离计算器当在探测波的单个发射时间内接收到多个反射波时通过使用所述多个反射波来计算到对象的距离;波高获取器,该波高获取器获取多个反射波的相应峰值;以及多重反射确定器。
当将在所述多个反射波中到对象的第一距离被计算为最小的反射波限定为第一波,并且在所述多个反射波中存在第二距离被计算为针对第一波所计算的第一距离的两倍或更多个整数倍并且相对于第一波的峰值之差大于预定值的另一反射波时,多重反射确定器确定在第二波或第二波之后的反射波中发生多重反射。
当在同一对象和测距传感器之间发生多次反射时,通过第二波或第二波之后的反射波计算的距离是第一波的两倍或更多个整数倍。
另外,被反射多次的反射波由于多次反射而衰减,因此峰值变得比传播同样的距离的反射波小。
由于在上面的配置下使用根据反射波计算的距离和峰值,因此可以确定不同于第一波的反射波是否是反射第一波的同一对象的多重反射波。
因此,可以在排除使用作为多重反射波的反射波来计算对象的位置的情况下精确地计算对象的位置。
附图说明
在附图中:
图1示出了对象检测装置的示意性配置;
图2示出了用于说明计算对象的估计位置的方法的图;
图3示出了用于说明计算两个对象的估计位置的方法的图;
图4示出了发生多重反射的情况;
图5示出了波形;以及
图6示出了根据实施方式的处理的流程图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图来描述实施方式。
应意识到,在下面的实施方式中,对彼此相同或类似的部件给出相同的附图标记,并且不描述其重复的结构和特征以避免重复说明。
在下文中,将参照附图来描述用于实施安装在移动体上的对象检测装置的第一实施方式。
根据本实施方式的对象检测装置是安装在作为移动体的车辆中的车载装置,并且对象检测装置通过从测距传感器接收对象的检测信息来检测在车辆周围存在的对象例如其他车辆或道路结构。
首先,将参照图1来描述根据本实施方式的车辆的对象检测系统的总体结构。
测距传感器20例如是以下超声传感器,该传感器具有将频率为20kHz至100kHz的超声波发射作为探测波的功能,并且具有接收从对象反射的探测波作为反射波的功能。
在本实施方式中,四个测距传感器20以预定距离安装在车辆的前面(例如,前保险杠),以便在与车辆30的行驶方向垂直的方向(即,车辆宽度方向)上对准。
具体地,测距传感器20包括:相对于车辆30的中心线31对称地附接至中心线31附近的位置的两个中心传感器(第一传感器21,第二传感器22);以及分别附接至车辆30的左拐角和右拐角的拐角传感器23,24。
应注意,虽然还将测距传感器20附接在车辆的后面(例如,车辆30的后保险杠),但是传感器的附接位置和功能与车辆前面的测距传感器20相同,因此将省略对其的描述。
在测距传感器20中的每个测距传感器中,将对象检测范围40设置为从其可以接收自发射探测波的反射波(直接波)的区域。
此外,测距传感器20被布置成使得邻接两个测距传感器20的对象检测范围40的部分交叠。
虽然在图1中仅示出了第一传感器21和第二传感器22的对象检测范围41,42,但是对于拐角传感器23,24类似地设置对象检测范围40。
将反射波的振幅的阈值设置至测距传感器20,且当测距传感器20接收到振幅大于阈值的反射波时,将包括反射波的接收时间的检测信息传送至用作对象检测装置的ECU10。
ECU 10主要包括由CPU和各种类型的存储器构成的微计算机,并且基于从测距传感器20接收的对象50的检测信息来检测在车辆附近是否存在对象50。
具体地,ECU 10向测距传感器20发射控制信号,并且命令测距传感器20针对每个发射时间以预定时间间隔(例如,几百毫秒间隔)来发射探测波。
此外,当ECU 10从测距传感器20接收对象50的检测信息时,ECU 10基于接收的检测信息来确定在车辆附近是否存在对象50。
然后,当确定在车辆附近存在对象50时,执行车辆30的转向角控制或减速控制作为接触避免控制,或者执行通过警报声对车辆30的驾驶员的通知,以便使车辆30不与对象50接触。
ECU 10通过使用从测距传感器20输入的对象50的检测信息采用三角测量原理来计算对象50相对于车辆30的相对位置(坐标)。
如公知的那样,三角测量原理是要使用已知的两个点之间的距离和已知的两个点的相应测量点之间的距离来计算测量点的坐标。
根据该原理,ECU 10通过使用其对象检测范围40交叠的两个测距传感器20之间的距离以及对象50与测距传感器20中的每个之间的距离来计算对象50的位置(坐标)。
图2是用于说明计算对象50的位置的方法的图,并且在平面图中表示第一传感器21、第二传感器22以及位于第一传感器21和第二传感器22前面的对象50。
应注意在图2中,第一传感器21被配置为发送探测波25而接收直接波26的直接检测传感器,并且第二传感器22被配置为接收通过第一传感器21发射的探测波25的反射波作为间接波27的间接检测传感器。
ECU 10通过将穿过第一传感器21和第二传感器22的直线限定为X轴,将穿过第一传感器21和第二传感器22之间的中间部分并且与X轴垂直的直线限定为Y轴来设置坐标系统,ECU 10计算坐标系统的X坐标和Y轴坐标作为对象50的估计位置。
具体地,ECU 10命令第一传感器21发射探测波25。
然后,当探测波25被反射并且由第一传感器21接收作为直接波26时,基于直接波26来计算第一传感器21与对象50之间的距离。
此外,当探测波25的反射波由第二传感器22接收作为间接波27时,基于接收的间接波27来计算第二传感器22与对象50之间的距离。
作为X轴与Y轴的交点的原点O和第一传感器21之间的距离与原点O和第二传感器22之间的距离相等,并且将距离d预先存储在ECU 10中。
此外,ECU 10将第一传感器21接收直接波26的时间限定为第一时间t1,同时ECU10通过从第二传感器22接收间接波27的时间减去第一传感器21发射探测波25的时间来限定作为第二时间t2的时间。
在该情况下,通过将声速乘以第一时间t1获得的值是第一传感器21与对象50之间的距离的值的两倍,而通过将声速乘以第二时间t2获得的值是第一传感器21和对象50之间的距离与第二传感器22与对象50之间的距离的和。
ECU 10使用第一传感器21和第二传感器22之间的距离2d以及第一时间t1的测量值和第二时间t2的测量值通过三角测量来计算对象50的坐标(x,y)。
虽然在图2中将第一传感器21为直接检测传感器并且第二传感器22为间接检测传感器描述作为示例,但是当第一传感器21为间接检测传感器并且第二传感器22为直接检测传感器时以类似的方式来计算对象50的位置。
此外,在四个传感器21至24中,可以针对每个两个邻接传感器的组合来计算对象50的位置。
同样地,在车辆的后面的测距传感器20中,使用每个两个邻接传感器的组合来计算对象50的位置。
同时,在对象检测范围40中可能存在两个对象50。
图3示出了在对象检测范围中存在第一对象50a和第二对象50b的示例。
第一传感器21和第一对象50a之间的距离被限定为第一距离L1,第一传感器21和第二对象50b之间的距离被限定为第二距离L2,第二传感器22和第一对象50a之间的距离被限定为第三距离L3,以及第二传感器22和第二对象50b之间的距离被限定为第四距离L4。
从第一传感器21发射的探测波25由第一对象50a和第二对象50b反射,并且每个反射波分别作为第一直接波26和第二直接波28入射至第一传感器21。
此外,探测波25由第一对象50a和第二对象50b反射,并且每个反射波分别作为第一间接波27和第二间接波29入射至第二传感器22。
此时,第一直接波26的传播时间基于第一距离L1,并且第二直接波28的传播时间基于第二距离L2。
因此,在第一直接波26的入射时间与第二直接波28的入射时间之间会发生与第一距离L1和第二距离L2之间的差对应的差。
类似地,第一间接波27的传播时间基于第一距离L1和第三距离L3,并且第二间接波29的传播时间基于第二距离L2和第四距离L4。
因此,在第一间接波27的入射时间与第二间接波29的入射时间之间会发生与第一距离L1和第三距离L3的和与第二距离L2和第四距离L4的和之间的差对应的差。
当通过三角测量计算两个对象50a,50b的位置时,在第一直接波26和第二直接波28中之一以及第一间接波27和第二间接波29中之一之间使用建立三角测量的组合。
在以第一传感器21为中心并且以第一距离L1为半径的圆(未示出)与以第二传感器22为中心并且以第三距离L3为半径的另一圆(未示出)之间存在交叉。
另一方面,如果第一对象50a和第二对象50b之间的距离足够大,并且当使用第一直接波26和第二间接波29时,在以第一传感器21为中心并且以第一距离L1为半径的圆与以第二传感器22为中心并且具有通过从第二距离L2与第四距离L4的和中减去第一距离L1而给出的半径的圆(未示出)之间将不存在交叉。
此外,即使在存在交叉的情况下,交叉将变得远离于车辆30的前面。
因此,一般而言,通过使用第一直接波26和第一间接波27来计算第一对象50a的位置,并且通过使用第二直接波28和第二间接波29来计算第二对象50b的位置。
当假定为了检测对象检测范围40中的两个对象50a,50b除了检测到第一直接波26之外,还检测到第二直接波28时,由对象50反射并且到达第一传感器附近的第一直接波26由车辆30反射,并且再次到达对象50作为再反射波25a,如图4所示。
到达对象50的再反射波25a由对象50反射,并且入射至第一传感器21作为第二直接波28。
在该情况下的第二直接波28被称为多重反射波。
当通过使用作为多重反射波的第二直接波28进行三角测量计算时,存在错误地检测在比对象50更远的位置处实际上并不存在的对象的可能性。
此外,如果使用错误结果,则可能执行制动控制等以避免车辆与实际上并不存在的对象接触。
因此,在本实施方式中执行用于确定第二直接波28是否是多重反射波的处理。
图5示出了在接收第一直接波26之后接收第二直接波28时的接收波形。
作为接收第一直接波26的时间的第一时间T1和作为接收第二直接波28的时间的第二时间T2被获取作为峰值超过阈值Hth的时间。
此时,通过将声速乘以从探测波25的发射时间中减去第一时间T1获得的值来得出第一距离L1,并且通过将声速乘以从探测波25的发射时间减去第二时间T2获得的值来得出第二距离L2。
此外,当将第一直接波26的峰值的最大值限定为第一峰值H1,并且将第二直接波28的峰值的最大值限定为第二峰值H2时,第二峰值H2由于距离导致的衰减变得小于第一峰值H1。
应注意,可以分别通过峰值保持处理等获得第一峰值H1和第二峰值H2。
如果第二直接波28是多重反射波,则第二距离L2是第一距离L1的值的两倍,并且除了由于距离导致的衰减之外,连同由车辆30和对象50反射,第二峰值H2会发生比由于距离导致的衰减更大的衰减。
因此,除了第一时间T1和第二时间T2之外,通过分别获取第一峰值H1和第二峰值H2来确定第二直接波28是否是多重反射波。
然后,当第二直接波28是多重反射波时,不使用该第二直接波28来计算对象50的距离是足够的。
此时,当接收到由其他对象反射的第二间接波29时,不使用该第二间接波29来计算对象50的位置也是足够的。
图6是示出了ECU 10执行的一系列处理的流程的流程图。
在图6所示的流程图中,一系列处理在第一传感器21发射探测波25时开始,并且以预定的控制时段执行。
首先,确定是否已接收到第一直接波26(S101)。
如果确定未接收到第一直接波26(S101:否),则确定从开始发射探测波25的时间是否已经经过预定时间(S102)。
此时,基于超声波在图1所示的对象检测范围40中的期望往返时间来设置预定时段。
如果没有经过预定时间(S102:否),则再次执行S101的处理,而如果确定已经经过预定时间(S102:是),则所述一系列处理结束,并且处理等待直到探测波25的下一发射时间为止。
如果确定已经接收到第一直接波26(S101:是),则ECU 10用作距离计算器和波高获取器,并且ECU 10获取第一时间T1和第一峰值H1,然后通过使用第一时间T1来计算第一距离L1。
随后,确定是否已经接收到第二直接波28(S103)。
如果确定未接收到第二直接波28(S103:否),则类似于S102,确定从开始发射探测波25的时间是否已经经过预定时间(S104)。
如果没有经过预定时间(S104:否),则再次执行S103的处理。
如果确定已经接收到第二直接波28(S103:是),则ECU 10用作距离计算器和波高获取器,并且ECU 10获取第二时间T2和第二峰值H2,然后通过使用第二时间T2来计算第二距离L2。
然后,ECU 10用作多重反射确定器,且为了确定第二直接波28是否是多重反射波,确定第一距离L1的值的两倍与第二距离L2之间的差的绝对值是否小于距离阈值ΔLth(S105)。
将距离阈值ΔLth预先设置为以下值,该值指示第一距离L1的值的两倍与第二距离L2之间的差的绝对值被求得为足够小,并且将距离阈值ΔLth存储在ECU 10的存储器中。
如果第一距离L1的值的两倍与第二距离L2之间的差的绝对值小于距离阈值ΔLth(S105:是),则确定第一峰值H1与第二峰值H2之间的差是否大于波高阈值ΔHth(S106)。
将波高阈值ΔHth预先设置为以下值,该值可以被确定为指示由于多重反射引起的衰减,以及将波高阈值ΔHth存储在ECU 10的存储器中。
应注意,可以根据第一峰值H1可变地设置波高阈值ΔHth。
如果第一峰值H1与第二峰值H2之间的差大于波高阈值ΔHth(S106:是),则可以认为第二直接波28衰减。
因此,由于可以估计出第二直接波28被多重反射,因此排除第二直接波28(S107),并且通过使用第一直接波26来计算对象50的位置(S108)。
此时,ECU 10用作排除器。
应注意,即使在已经经过预定时间而没有接收到第二直接波28的情况下(S104:是),通过使用第一直接波26来计算对象50的位置(S108)。
然后,一系列处理结束,并且等待直到探测波25的下一发射时间为止。
另一方面,如果第一距离L1的值的两倍与第二距离L2之间的差的绝对值不小于距离阈值ΔLth(S105:否),则将探测波25反射作为第一直接波26的对象50与将探测波25反射作为第二直接波28的对象50为不同对象的概率很高。
然后,通过使用第一直接波26和第二直接波28进行三角测量来计算对象50的位置(S109)。
此外,如果第一峰值H1与第二峰值H2之间的差小于高度阈值ΔHth(S106:否),则第二直接波28由距第一对象50a更远的第二对象50b反射,并且在第二峰值H2中仅发生由于距离引起的衰减,因此未发生由于多重反射引起的衰减的概率很高。
即使在该情况下,通过使用第一直接波26和第二直接波28进行三角测量来计算对象50的位置(S109)。
然后,一系列处理结束,等待直到探测波25的下一发射时间为止。
通过上面的结构,根据实施方式的对象检测装置具有以下效果。
当将第二直接波28和第二间接波29用于控制车辆时,可以计算对象检测范围40中的第一对象50a和第二对象50b的位置。
另一方面,如果第二直接波28是多重反射波,并且当通过使用第二直接波28来进行三角测量计算时,则可能计算出不存在的对象50的位置。
在这方面,在本实施方式中,确定第二直接波28是否是多重反射波,并且当确定第二直接波28是多重反射波时,在排除第二直接波28的情况下计算对象50的位置。
因此,不可能使用作为多重反射波的第二直接波28来计算不存在的对象50的位置,因此可以抑制用于避免非存在对象50的制动控制等。
当确定第二直接波28是否是多重反射波时,基于以下事实:通过第二直接波28获得的第二距离L2是通过第一直接波26获得的第一距离L1的两倍。
因此,可以精确地确定反射第一直接波26的对象50与反射第二直接波28的对象50是同一对象50。
当确定第二直接波28是否是多重反射波时,基于以下事实:第二直接波28的第二峰值H2相比于第一直接波26的第一峰值H1以大于或等于预定值的方式衰减。
因此,当第二直接波28的衰减不仅是由于距离引起的而且衰减还由于多重反射引起时,可以确定第二直接波28是多重反射波。
<变型>
在上面的实施方式中,虽然直到第二直接波被检测来计算两个对象的位置,但是可以检测第三或更高阶的直接波来计算三个对象50的位置。
此时,可能发生第一直接波和第二直接波分别由不同的对象反射并且第三直接波是所述对象中之一的多重反射波的情况;以及第二直接波是反射第一直接波的对象的多重反射波而第三直接波由对象中的另一对象反射的另一情况。
此外,还可能发生以下情况,即第二直接波和第三直接波二者都是反射第一直接波的对象的多重反射波。
因此,可以针对使用第一直接波和第二直接波的确定、使用第一直接波和第三直接波的确定以及使用第二直接波和第三直接波的确定分别使用上面实施例中示出的用于确定波是否是多重反射波的处理。
此外,如果第二直接波28被多重反射,并且如果第三直接波未被多重反射,则存在使用第三直接波来检测与通过第一直接波检测的对象不同的对象的风险。
应注意,即使在使用第n直接波的情况下(其中n是等于大于4的整数),也可以执行类似的处理。
虽然在上面的实施方式中通过使用经由第二波计算的第二距离L2和第二波H2的第二峰值来确定波是否是多重反射波,但是还可以获得第三波以便确定波是多重反射波。
然后,确定通过第三波计算的距离是否是第一距离L1的三倍。
考虑到:当第二距离L2是第一距离L1的两倍并且通过第三波计算的距离是第一距离L1的三倍时发生多重反射的概率更高。
可以通过以下配置来改善计算对象的位置的精确度,该配置通过也使用由第三波所计算的距离将反射波从计算对象的位置中排除。
在上面的实施方式中,已经检测到多重反射波的测距传感器20可以通过使用该测距传感器20获取的检测信息来停止对位置的计算,直到不再检测到多重反射波为止。
虽然,在上面的实施方式中例示了使用超声波作为探测波,但是可以使用不同于超声波的波例如其他声波或无线电波作为探测波。
也就是说,只要使用具有预定振幅的波作为探测波即可。
虽然在上面的实施方式中意在将对象检测装置安装在车辆30上,但是要配备的对象可以是不同于车辆的移动对象,比如飞机、船、机器人等。
此外,可以将对象检测装置安装在固定对象上,并且可以使用对象检测装置来测量固定对象与在固定对象附近的另一对象之间的距离。
即使在将对象检测装置安装在固定对象上的情况下,在固定对象与周围对象之间也可能发生多重反射。
此外,对象检测装置也可以由人佩戴,或者可以被携带,并且对象检测装置也可以用于将周围对象的靠近通知给人。
Claims (5)
1.一种对象检测装置(10),所述对象检测装置通过在周围环境中发射探测波并且接收所述探测波的反射波作为对象的检测信息、来检测所述对象的位置,所述对象检测装置包括:
距离计算器,在针对所述探测波的单个发射时间接收到多个反射波时,所述距离计算器通过使用所述多个反射波来计算到所述对象的距离;
波高获取器,所述波高获取器获取所述多个反射波的各个峰值;
多重反射确定器,其中,当将在所述多个反射波中到所述对象的第一距离被计算为最小的反射波限定为第一波,并且在所述多个反射波中存在第二距离被计算为针对所述第一波所计算的所述第一距离的两倍或更多个整数倍并且相对于所述第一波的峰值之差大于波高阈值的另一反射波时,所述多重反射确定器确定在第二波或所述第二波之后的反射波中发生多重反射,其中,所述波高阈值是根据所述第一波的峰值而可变地设置的;以及
排除器,所述排除器在通过所述多重反射确定器确定发生所述多重反射时、排除使用所述第二波或所述第二波之后的反射波来计算所述对象的位置。
2.根据权利要求1所述的对象检测装置,其中,
当在所述多个反射波中存在所述第二距离是通过所述第一波计算的所述第一距离的两倍并且相对于所述第一波的峰值之差大于所述波高阈值的所述第二波时,并且当在所述多个反射波中存在第三距离是通过所述第一波计算的所述第一距离的三倍的第三波时,所述排除器排除使用所述第二波这一反射波来计算所述对象的位置。
3.根据权利要求1或2所述的对象检测装置,其中,
当通过所述多重反射确定器确定发生多重反射时,还提供有以下计算器,所述计算器通过使用所述第二波或所述第二波之后的反射波来计算与根据所述第一波所计算的所述对象不同的对象的位置。
4.根据权利要求1或2所述的对象检测装置,其中,
所述对象检测装置应用于设置有用于发射所述探测波和接收所述反射波的多个测距传感器(20)的系统;以及
当通过所述多重反射确定器确定发生多重反射时,还提供有以下停止器,所述停止器停止使用通过所述测距传感器接收的发生所述多重反射的反射波来计算所述位置。
5.根据权利要求3所述的对象检测装置,其中,
所述对象检测装置应用于设置有用于发射所述探测波和接收所述反射波的多个测距传感器(20)的系统;以及
当通过所述多重反射确定器确定发生多重反射时,还提供有以下停止器,所述停止器停止使用通过所述测距传感器接收的发生所述多重反射的反射波来进行位置计算。
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