CN110573902B - 物体检知装置 - Google Patents

Abstract

物体检知装置具备：发送接收部(10)，发送超声波，并且接收包含所发送的超声波的反射波的超声波并输出与接收到的超声波的波形对应的信号；频率控制部(12、30)，使发送接收部(10)发送的超声波的频率变化为与用于检测与物体之间的距离的超声波的频率亦即驱动频率不同的多个频率；以及异常判定部(12、30)，基于发送接收部(10)在发送了与驱动频率不同的频率的超声波的情况下输出的信号，判定是否由于环境温度或者发送接收部(10)发送的超声波的波长而在检测与物体之间的距离的功能中产生异常。

Description

物体检知装置

相关申请的交叉引用

本申请基于在2017年4月24日申请的日本专利申请编号2017－85496，在此，通过参照引用其记载内容。

技术领域

本公开涉及物体检知装置。

背景技术

以往，对车辆使用具备超声波传感器和ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)的物体检知装置。超声波传感器朝向车辆的外侧发送超声波的探测波，并且接收包含探测波的反射波的接收波并将与接收波对应的信号发送给ECU。并且，ECU根据超声波传感器的输出信号感知障碍物的接近，进行对驾驶员的报告、制动。

为了防止这样的物体检知装置中的误报告、误工作，需要物体检知装置具备把握自身的异常的功能。

例如在专利文献1中，提出了以与振子的谐振频率不同的一个频率驱动振子，基于在检知门时间内是否被输入了受波信号，来判断在超声波传感器是否产生异常的方法。

专利文献1：日本特开2013－104689号公报

作为物体检知装置的异常的原因，例如能够列举构成超声波传感器的麦克风内的气泡。若在麦克风内产生气泡，则有在麦克风的内部传播的超声波的声压由于共振而被放大，而混响特性变化的情况。

在气泡的直径与超声波的半波长一致的情况下等产生这样的共振。而且，根据超声波的频率和环境的温度决定超声波的波长。因此，即使在麦克风内产生气泡，在超声波的波长恒定的情况下，也仅在特定的温度下产生共振。因此，在如专利文献1所记载的那样，将用于检测异常的超声波的频率设为特定的一个频率的情况下，即使在麦克风内产生气泡也不产生共振的情况较多，异常的检测率较低。

发明内容

本公开鉴于上述点，其目的在于提供异常的检测率较高的物体检知装置。

为了实现上述目的，根据本公开的一个观点，具备检测与物体之间的距离的功能的物体检知装置具备：发送接收部，发送超声波，并且接收包含所发送的超声波的反射波的超声波并输出与接收到的超声波的波形对应的信号；频率控制部，使发送接收部发送的超声波的频率变化为与用于检测与物体之间的距离的超声波的频率亦即驱动频率不同的多个频率；以及异常判定部，基于发送接收部在发送了与驱动频率不同的频率的超声波的情况下输出的信号，判定是否由于环境温度或者发送接收部发送的超声波的波长而在检测与物体之间的距离的功能中产生异常。

据此，频率控制部使发送接收部发送的超声波的频率变化为与用于检测与物体之间的距离的超声波的频率不同的多个频率。因此，与将用于检测异常的超声波的频率设为特定的一个频率的情况相比，异常的检测率提高。

此外，附加给各构成要素等的带括号的参照附图标记表示该构成要素等与后述的实施方式所记载的具体的构成要素等之间的对应关系的一个例子。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的物体检知装置的整体构成的图。

图2是图1的麦克风的剖视图。

图3是表示正常的麦克风的输出的图表。

图4是形成有气泡的麦克风的剖视图。

图5是表示形成有气泡的麦克风的输出的图表。

图6是第一实施方式中的异常检测处理的流程图。

图7是第一实施方式中的物体检知处理的流程图。

图8是第二实施方式中的物体检知处理的流程图。

图9是其它的实施方式中的物体检知处理的流程图。

具体实施方式

以下，基于图对本公开的实施方式进行说明。此外，在以下的各实施方式彼此中，对相互相同或同等的部分附加相同的附图标记来进行说明。

(第一实施方式)

对第一实施方式进行说明。本实施方式的物体检知装置是超声波声呐装置，具备检知车辆的周围的物体的存在以及与物体之间的距离等的功能。如图1所示，物体检知装置具备超声波传感器10、温度传感器20、ECU30以及报告部40。

超声波传感器10面向车辆的外表面配置，被构成为朝向车辆的外侧发送超声波的探测波，并且接收包含探测波的反射波的接收波并输出与接收波的波形对应的信号。超声波传感器10相当于发送接收部。

如图1所示，超声波传感器10具备麦克风11和控制部12。如图2所示，麦克风11具备压电元件13、铝制的壳体14以及硅树脂15。

由圆筒形状的框体构成壳体14。而且，压电元件13配置在壳体14的内部，压电元件13粘合于壳体14的轴向的端部。在壳体14的内部的空间填充有硅树脂15，压电元件13被硅树脂15覆盖。

此外，在壳体14的内部形成有未图示的布线，压电元件13经由该布线与控制部12连接。而且，通过从控制部12对压电元件13具备的两个电极施加交流电压，从而压电膜变形，发送超声波。另外，控制部12被输入由于接收到的超声波而压电膜变形时的两个电极间的电位差。

控制部12与压电元件13以及ECU30连接，基于来自ECU30的信号，使施加给压电元件13的交流电压的频率变化。另外，控制部12将与压电元件13具备的两个电极间的电位差对应的信号发送给ECU30。具体而言，在控制部12配置有使规定的频带的信号通过并截断与该频带不同的其它的频带的信号的未图示的BPF(带通滤波器)，该BPF的中心频率根据后述的驱动频率f_d变化。而且，压电元件13输出的信号通过控制部12具备的BPF进行处理之后输入到ECU30。在本实施方式中，如后述那样，驱动频率f_d为60kHz，BPF的中心频率为与驱动频率f_d相同的60kHz。

温度传感器20检测放置有超声波传感器10的环境的温度，输出与温度对应的信号，配置在超声波传感器10的附近。温度传感器20通过CAN(Controller Area Network：控制器局域网)通信总线等与ECU30连接，ECU30基于温度传感器20输出的信号，进行后述的异常检测处理以及物体检知处理。

ECU30由具备CPU、ROM、RAM、I/O等的公知的微型计算机构成，根据存储于ROM等的程序执行各种运算等处理。ROM以及RAM是非过渡实体存储介质。

报告部40根据来自ECU30的信号，向驾驶员报告在近距离有物体等。例如由监视器、蜂鸣器等构成报告部40。

在这样的构成的物体检知装置中，基于从ECU30发送到控制部12的信号，从控制部12向麦克风11施加交流电压，从而从麦克风11发送超声波。另外，麦克风11输出与接收到的超声波对应的信号，该信号经由控制部12发送给ECU30。而且，ECU30基于从麦克风11发送超声波到接收为止的时间测量与物体之间的距离，并基于测量结果，判定是否在近距离有物体。

使用图3对这样的动作进行说明。此外，图3以及后述的图5的图表的纵轴表示麦克风11的输出信号的振幅。

如图3所示，若在从ECU30向控制部12发送了信号之后，在时刻t₁麦克风11发送超声波，则在较短的期间，由于混响而麦克风11的输出信号较大的状态持续，但随着时间的经过，混响减少，输出信号变小。

为了区分基于该混响的输出信号、和基于超声波的在物体的反射波的输出信号，在输出信号比规定的阈值A_th1大时、以及从输出信号变得小于阈值A_th1到经过规定的时间为止，不进行近距离的物体的检测。具体而言，将输出信号变得小于阈值A_th1的时刻设为t₂，将从时刻t₂开始经过了恒定时间的时刻设为t₃，在从时刻t₁到时刻t₃为止的期间不进行近距离的物体的检测。

若在检测与物体之间的距离的功能中没有异常，则在时刻t₂之后输出信号也衰减，并到时刻t₃为止比规定的阈值A_th2小。而且，若在近距离没有物体，则到时刻t₄为止输出信号持续衰减。另一方面，若有物体，则麦克风11接收被物体反射的超声波，如图3的点划线所示，在时刻t₄之前的时刻，输出比阈值A_th2大的信号。由此，检测到近距离的物体，ECU30向报告部40发送表示在近距离有物体这一情况的信号。此外，时刻t₄是从时刻t₁开始经过了恒定时间的时刻，根据检测物体的距离等设定从时刻t₁到时刻t₄为止的时间。

像这样，在物体检知装置中，通过对输出信号设置阈值A_th1，设置不进行近距离的物体的检测的时间，由此区分基于混响的输出信号、和基于超声波的在物体的反射波的输出信号。

然而，若例如，如图4所示，在硅树脂15的形成工序在麦克风11内形成气泡，则有由于共振而混响特性变化，而在检测与物体之间的距离的功能中产生异常的情况。

具体而言，如图4的箭头所示，若从压电元件13发送的超声波通过壳体14到达气泡，则在气泡的直径与超声波的半波长一致的情况下等产生共振，超声波的声压被较大地放大。然后，声压放大后的超声波通过壳体14返回到压电元件13，使压电元件13较大地变形。

如图5所示，基于这样的压电元件13的变形的输出信号反复出现较大的增减。因此，有输出信号变得小于阈值A_th1的状态持续规定的时间，且在经过了时刻t₃之后，输出信号也再次增大的情况，有由此而产生误检测的担心。

为了避免这样的异常所引起的误报告，ECU30进行检测产生异常时的超声波的波长的异常检测处理。而且，ECU30在向报告部40发送与物体之间的距离所对应的信号的物体检知处理中，若判断为麦克风11发送的超声波的波长与产生异常时的超声波的波长一致，则停止向报告部40的信号的发送。

使用图对这样的异常检测处理以及物体检知处理进行说明。首先，使用图6对异常检测处理进行说明。例如若车辆的点火开关接通，则ECU30开始图6所示的异常检测处理。另外，例如在设定为仅在小于40km/s的行驶时进行物体检知处理的情况下，也可以在不进行物体检知处理的40km/s以上的行驶时进行异常检测处理。另外，也可以将图6所示的异常检测处理使用于物体检知装置的产品出厂前的检查。

如图6所示，ECU30若开始异常检测处理，则在步骤S101中设为i＝1并进入步骤S102，在步骤S102中判定i是否比规定的值i_MAX大。

ECU30若在步骤S102中判定为i不比i_MAX大，则进入步骤S103，以频率f_s[i]驱动超声波传感器10。即，ECU30通过向控制部12发送信号，向压电元件13的两个电极间施加频率f_s[i]的交流电压。

此外，若将用于检测与物体之间的距离的驱动频率设为f_d，则超声波传感器10在步骤S103中发送的超声波的频率f_s[i]包含于包含驱动频率f_d的规定的频率的范围内，并且是与驱动频率f_d不同的频率。另外，i_MAX是2以上的整数。ECU30在包含驱动频率f_d的规定的频率的范围内，使超声波传感器10发送的超声波的频率变化为与驱动频率f_d不同的多个频率。

在本实施方式中，考虑基于温度的波长的变化范围等，将使超声波传感器10发送的超声波的频率变化的范围设为驱动频率f_d的1/2倍以上3倍以下，另外，伴随着i的增加而频率f_s[i]增加。具体而言，设为f_d＝60kHz，将频率f_s[i]的范围设为30kHz以上180kHz以下。此外，也可以伴随着i的增加而频率f_s[i]减少。ECU30通过执行步骤S102、S103，作为频率控制部发挥作用。

ECU30基于超声波传感器10发送频率f_s[i]的超声波并接收到该超声波的反射波时的超声波传感器10的输出信号和环境温度T，计算波长λ_s[i]。波长λ_s[i]是在检测与物体之间的距离的功能中产生异常时的超声波的波长。

具体而言，ECU30从步骤S103进入步骤S104，获取超声波传感器10的输出信号。然后，ECU30判定输出信号是否为规定的范围内的值，在输出信号是规定的范围外的值时，判定为由于环境温度或者超声波传感器10发送的超声波的波长而在检测与物体之间的距离的功能中产生异常。ECU30通过执行步骤S104，作为异常判定部发挥作用。

这里，ECU30判定在从对压电元件13施加交流电压开始经过了规定的时间之后，麦克风11的输出信号是否成为规定的阈值以上，在输出信号在规定的阈值以上时，判定为在检测与物体之间的距离的功能中产生异常。作为该阈值，例如能够使用用于区分基于混响的输出信号、和基于超声波的在物体的反射波的输出信号的阈值，即图3、图5所示的阈值A_th1。此外，也可以使该阈值根据频率f_s[i]变化。

ECU30若在步骤S104中判定为超声波传感器10的输出信号不在规定的阈值以上，则进入步骤S105，对i加1，并进入步骤S102。

另一方面，ECU30若在步骤S104中判定为超声波传感器10的输出信号在规定的阈值以上，则进入步骤S106，基于来自温度传感器20的信号获取环境温度T，并进入步骤S107。

ECU30在步骤S107中，基于频率f_s[i](Hz)和在步骤S106中获取到的环境温度T(℃)，计算波长λ_s[i](m)。具体而言，若将声速设为v(m/s)，则λ_s[i]＝v/f_s[i]，由于v＝0.6T+331.5，所以λ_s[i]＝(0.6T+331.5)/f_s[i]。然后，以波长λ_s[i]来存储在检测与物体之间的距离的功能中产生异常这一情况，并进入步骤S105。

ECU30若在步骤S102判定为i比i_MAX大，则进入步骤S108，判定是否有作为产生异常的波长而存储的λ_s[i]。

ECU30若在步骤S108中判定为没有作为产生异常的波长而存储的λ_s[i]，则进入步骤S109，判断为在检测与物体之间的距离的功能中未产生异常，结束异常检测处理。

另一方面，ECU30若在步骤S108判定为有作为产生异常的波长而存储的λ_s[i]，则进入步骤S110，判断为在检测与物体之间的距离的功能中产生异常，结束异常检测处理。

接下来，使用图7对物体检知处理进行说明。如图7所示，ECU30若开始物体检知处理，则在步骤S201中，基于波长λ_s[i]，计算在对压电元件13施加频率f_d的交流电压时产生异常的温度T_s[i]。具体而言，设为λ_s[i]＝(0.6T_s[i]+331.5)/f_d，关于作为产生异常的波长而存储的全部的λ_s[i]来计算温度Ts[i]。

然后，ECU30在步骤S202中基于温度传感器20的输出信号获取环境温度T，并判定在步骤S201中计算出的温度T_s[i]中是否有与环境温度T一致的温度。ECU30若在步骤S202中判定为在温度T_s[i]中有与环境温度T一致的温度，则结束物体检知处理。

另一方面，ECU30若在步骤S202中判定为在温度T_s[i]中没有与环境温度T一致的温度、即在检测与物体之间的距离的功能中未产生异常，则进入步骤S203，计算与物体之间的距离。

具体而言，ECU30向控制部12发送信号，使麦克风11发送频率f_d的超声波，并且从控制部12获取基于麦克风11接收到的超声波的波形的信号。然后，ECU30基于从麦克风11发送超声波到接收为止的时间，具体而言，基于从向控制部12发送信号到经由控制部12输入基于反射波的麦克风11的输出信号为止的时间，计算与物体之间的距离。

ECU30从步骤S203进入步骤S204，判定在步骤S203中计算出的距离是否在规定的阈值以下。ECU30通过执行步骤S204，来作为距离判定部发挥作用。

ECU30若在步骤S204中判定为与物体之间的距离不在规定的阈值以下，则结束物体检知处理，若判定为与物体之间的距离在规定的阈值以下，则进入步骤S205。

ECU30在步骤S205中，向报告部40发送表示与物体之间的距离在规定的阈值以下这一情况的信号，结束物体检知处理。

像这样，在异常检测处理中，麦克风11发送频率f_s[i]的超声波，ECU30基于接收到该超声波的反射波时的麦克风11的输出和环境温度T，计算产生异常的波长λ_s[i]，并进行存储。然后，ECU30在物体检知处理中，在有近距离的物体时，向报告部40输出表示有近距离的物体这一情况的信号，在T＝T_s[i]时，即在λ_d＝λ_s[i]时，停止表示有近距离的物体这一情况的信号的输出。此外，λ_d是麦克风11发送的探测波的波长，λ_d＝(0.6T+331.5)/f_d。

由此，能够减少以波长为重要因素的误检知、误报告。例如，在如图5所示那样在产生基于气泡等的异常的混响，而在时刻t₃之后麦克风11的输出信号也变大那样的状况下，在步骤S202中判定为T＝T_s[i]。而且，不向报告部40发送表示近距离的物体的存在的信号，而物体检知处理结束。

在本实施方式中，还使用于异常检测的超声波的频率变化为多个值，所以与使用于异常检测的频率为特定的一个值的情况相比，异常的检测率提高。由此，能够进一步减少近距离的物体的误检知、误报告。

此外，若将麦克风11发送的超声波的波长设为λ，将气泡的直径设为d，则特别是在d＝λ/2时，由于共振而超声波的声压被较大地放大。然而，若将m设为3以上的整数，将n设为自然数，则在d＝λ/m，d＝n×λ时，也有声压被较大地放大的可能性。

因此，也可以在物体检知处理中，在λ_d＝λ_s[i]/n或者λ_d＝n×λ_s[i]的情况下，停止在近距离有物体这一情况的报告。即，也可以在步骤S201中计算(0.6T_s[i]+331.5)/f_d＝λ_s[i]/n、n×λ_s[i]时的温度T_s[i]，在该温度T_s[i]与环境温度T一致的情况下，停止在近距离有物体这一情况的报告。

(第二实施方式)

对第二实施方式进行说明。本实施方式相对于第一实施方式变更了环境温度T与温度T_s[i]一致时的处理，除此之外与第一实施方式相同，所以仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。

在本实施方式中，ECU30在T＝T_s[i]、即λ_d＝λ_s[i]的情况下，使驱动频率f_d变化为与原来的值不同的值。

具体而言，如图8所示，ECU30若在步骤S202中判定为T＝T_s[i]，则进入步骤S206，将驱动频率f_d变更为与原来的值不同的值，以使λ_d≠λ_s[i]。由此，抑制在检测与物体之间的距离的功能中产生以波长为重要因素的异常。然后，ECU30从步骤S206进入步骤S203，根据与物体之间的距离向报告部40发送信号。

在像这样变更驱动频率f_d的本实施方式中，即使在以原来的驱动频率f_d产生异常的温度下，也能够进行近距离的物体的检测以及报告。

此外，也可以在λ_d＝λ_s[i]/n或者λ_d＝n×λ_s[i]的情况下，使驱动频率f_d变化为与原来的值不同的值。即，也可以在步骤S202中，计算(0.6T_s[i]+331.5)/f_d＝λ_s[i]/n、n×λ_s[i]时的温度T_s[i]，并在该温度T_s[i]与环境温度T一致的情况下，使驱动频率f_d变化为与原来的值不同的值。

(其它的实施方式)

此外，本公开并不限定于上述的实施方式，能够适当地变更。另外，在上述各实施方式中，除了特别明示为必需的情况以及在原理上清楚地认为必需的情况等之外，构成实施方式的要素当然并不一定是必需的。另外，在上述各实施方式中，在提及实施方式的构成要素的个数、数值、量、范围等的数值的情况下，除了特别明示为必需的情况以及在原理上清楚地限定为特定的数目的情况等之外，并不限定于该特定的数目。另外，在上述各实施方式中，在提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况以及在原理上限定为特定的形状、位置关系等的情况等之外，并不限定于该形状、位置关系等。

例如，在异常检测处理中，也可以代替波长λ_s[i]而根据环境温度T和频率f_s[i]计算气泡的直径d，并且在物体检知处理中，根据直径d和驱动频率f_d计算温度T_s[i]。

另外，也可以在由于气泡以外的原因产生异常的情况下应用本公开。例如，在麦克风11的外侧有附着物的情况下等，也有产生以波长为重要因素的异常的情况，通过将本公开应用于这样的情况，能够计算产生异常的波长。

另外，虽然在上述第一实施方式中，使用一个超声波传感器10作为发送接收部，但也可以独立地准备发送超声波的发送部和接收超声波的接收部。另外，虽然在上述第一实施方式中，使用ECU30作为频率控制部、异常判定部、距离判定部，但也可以独立地配置频率控制部、异常判定部、距离判定部。另外，ECU30也可以包含于超声波传感器10。另外，也可以在超声波传感器10包含温度传感器20。另外，也可以由控制部12进行ECU30进行的处理的一部分，作为频率控制部、异常判定部、距离判定部发挥作用。

另外，也可以在物体检知处理中，如图9所示，仅在判定为存在近距离的物体的情况下，判定在检测与物体之间的距离的功能中是否产生异常。即，也可以在物体检知处理的开始后，进行步骤S203、S204，在与物体之间的距离在规定的阈值以下的情况下进行步骤S201、S202，并在环境温度T与温度T_s[i]不一致，λ_d≠λ_s的情况下进行步骤S205。

Claims (9)

1.一种物体检知装置，具备检测与物体之间的距离的功能，其中，所述物体检知装置具备：

发送接收部，发送超声波，并且接收包含所发送的超声波的反射波的超声波并输出与接收到的超声波的波形对应的信号；

频率控制部，使所述发送接收部发送的超声波的频率变化为与用于检测与物体之间的距离的超声波的频率亦即驱动频率不同的多个频率；以及

异常判定部，基于所述发送接收部在发送了与所述驱动频率不同的频率的超声波的情况下输出的信号，判定是否由于环境温度或者所述发送接收部发送的超声波的波长而在检测与物体之间的距离的功能中产生异常。

2.根据权利要求1所述的物体检知装置，其中，

在所述发送接收部在发送了与所述驱动频率不同的频率的超声波的情况下输出的信号是规定的范围外的值时，所述异常判定部判定为在检测与物体之间的距离的功能中产生异常。

3.根据权利要求1或者2所述的物体检知装置，其中，

所述异常判定部基于环境温度以及所述发送接收部在发送了与所述驱动频率不同的频率的超声波的情况下输出的信号，计算在检测与物体之间的距离的功能中产生异常时的超声波的波长。

4.根据权利要求3所述的物体检知装置，其中，

所述物体检知装置具备距离判定部，所述距离判定部基于从所述发送接收部发送超声波到接收该超声波的反射波为止的时间，判定与物体之间的距离是否在规定的值以下，

在与物体之间的距离在规定的值以下时，所述距离判定部输出表示与物体之间的距离在规定的值以下这一情况的信号，并且在将所述异常判定部计算出的波长设为λ_s，将根据所述驱动频率以及环境温度求出的超声波的波长设为λ_d，将n设为自然数，且λ_d＝λ_s/n或者λ_d＝n×λ_s时，所述距离判定部停止表示与物体之间的距离在规定的值以下这一情况的信号的输出。

5.根据权利要求4所述的物体检知装置，其中，

在所述异常判定部判定为在检测与物体之间的距离的功能中未产生异常时，所述距离判定部判定与物体之间的距离是否在规定的值以下。

6.根据权利要求4所述的物体检知装置，其中，

在所述距离判定部判定为与物体之间的距离在规定的值以下时，所述异常判定部判定在检测与物体之间的距离的功能中是否产生异常。

7.根据权利要求3所述的物体检知装置，其中，

在将所述异常判定部计算出的波长设为λ_s，将根据所述驱动频率以及环境温度求出的超声波的波长设为λ_d，将n设为自然数，且λ_d＝λ_s/n或者λ_d＝n×λ_s时，所述频率控制部使所述驱动频率变化为与原来的值不同的值。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的物体检知装置，其中，

所述频率控制部在所述驱动频率的1/2倍以上3倍以下的频率的范围内，使所述发送接收部发送的超声波的频率变化为与所述驱动频率不同的多个频率。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的物体检知装置，其中，

所述发送接收部输出的信号在由使规定的频带的信号通过的滤波器进行了处理之后被输入到所述异常判定部，

所述频带的中心频率根据所述驱动频率而变化。

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