CN110709729A - 物体检测装置 - Google Patents

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Abstract

超声波传感器(1)发送超声波(2)，并接收被障碍物(3)反射后的超声波。电特性计测单元(9)计测该超声波传レ感器(1)的电特性并输出电特性信息。环境状态判定单元(8)接收来自该电特性计测单元(9)的电特性信息，并输出超声波传感器(1)的温度和湿度中的至少一方的环境信息。

Description

物体检测装置
技术领域
本发明涉及通过来自超声波传感器的超声波检测障碍物等物体的物体检测装置，特别涉及考虑到超声波传感器的环境温度的物体检测装置。
背景技术
作为物体检测装置之一，已知有通过来自超声波传感器的超声波检测障碍物的障碍物检测装置。特别地，已知有设置于车辆保险杠等的车辆用障碍物检测装置。
另外，日本特开2001-108745号公报提出如下的车载用雷达装置：通过温度传感器测定外界的温度，通过超声波雷达的计测校正单元校正从计测近距离目标物的距离的超声波雷达发送的声速值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-108745号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1所示的车载用雷达装置中，为了测定温度，需要在超声波雷达的超声波发送器附近设置温度传感器。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于得到一种无需新设置温度传感器和湿度传感器就能够得到超声波传感器附近的温度和湿度中的至少一方，从而考虑到超声波传感器的环境温度和环境湿度中的至少一方的物体检测装置。
用于解决课题的手段
本发明的物体检测装置设置有：电特性计测单元，其计测发送和接收超声波的超声波传感器的电特性并输出电特性信息；以及环境状态判定单元，其根据来自该电特性计测单元的电特性信息，输出超声波传感器附近的温度和湿度中的至少一方的环境信息。
发明效果
根据本发明，无需设置温度传感器和湿度传感器就能够得到超声波传感器附近的环境温度和环境湿度中的至少一方。
附图说明
图1是对本发明的实施方式1的障碍物检测装置进行说明的概略结构图。
图2是示意性地示出本发明的实施方式1的障碍物检测装置中的障碍物判定单元5中的检测信号的图。
图3是示出本发明的实施方式1的障碍物检测装置中的通过计算求出被障碍物3反射后的超声波2的检测信号的电平与温度的关系的结果的图。
图4是示出本发明的实施方式1的障碍物检测装置中的超声波传感器1的反射系数的测定结果的图。
图5是示出本发明的实施方式1的障碍物检测装置中的动作概要的流程图。
图6是对本发明的实施方式2的障碍物检测装置进行说明的概略结构图。
图7是示出本发明的实施方式2的障碍物检测装置中的动作概要的流程图。
具体实施方式
实施方式1
以下，使用图1～图5对将作为本发明的实施方式1的物体检测装置之一的障碍物检测装置用作设置于车辆保险杠等而用于车辆周边的障碍物检测的车辆用障碍物检测装置的情况进行说明。
超声波传感器1向空气中发送超声波2。发送的超声波2如图示箭头A所示在空气中传播。当在超声波2的传播路径存在障碍物3时，超声波2被障碍物3反射，如图示箭头B所示，朝向超声波传感器1传播。被障碍物3反射后的超声波2由超声波传感器1接收。超声波传感器1使用压电元件。
从超声波传感器1发送的超声波2由驱动单元4驱动控制。即，驱动单元4对超声波传感器1提供发送超声波2的指示即驱动信号。该驱动信号具有设定的频率和电压。超声波传感器1发送与被提供的驱动信号对应的超声波2。
另一方面，由超声波传感器1接收到的被障碍物3反射后的超声波2由超声波传感器1转换成电信号而输出到障碍物判定单元5。障碍物判定单元5接收来自超声波传感器1的接收信号即电信号，根据该接收信号判定有无障碍物。障碍物判定单元5具有接收部5a和判定部5b。接收部5a接收来自超声波传感器1的电信号并将其作为检测信号。在判定部5b中将该检测信号先与阈值Th进行比较。当该检测信号的振幅大于阈值Th时，判定部5b判断为检测信号是来自障碍物的反射波。即，如图2所示，当检测信号的电平为LH时，由于检测信号超过阈值Th，因此，将检测信号视为来自障碍物的反射波，判定部5b判定为存在障碍物。另外，当检测信号的电平如LL所示没有超过阈值Th时，视为不是来自障碍物的反射波而是来自例如路面等的反射波，判定部5b判定为没有障碍物。
接下来，当判定部5b判定为检测信号是来自障碍物3的反射波时，根据检测信号中包含的被障碍物3反射后的超声波2所示的时间与从超声波传感器1发送出超声波2的时间之差，计算障碍物3的距离。即，根据超声波2的发送到接收的传播延迟时间和传播速度，计算距障碍物3的距离。被障碍物3反射后的超声波2所示的时间是接收部5a接收到来自超声波传感器1的电信号的时刻。接收部5a对接收到的来自超声波传感器1的电信号附加时刻并将其作为检测信号。从超声波传感器1发送出超声波2的时间是驱动单元4向超声波传感器1提供驱动信号的时刻，从驱动单元4提供给判定部5b。
从判定部5b输出表示这样求出的距障碍物3的距离的距离信号。
控制单元6具有驱动单元控制部6a，该驱动单元控制部6a接收控制信号，输出用于使驱动单元4输出驱动信号的驱动控制信号。另外，控制单元6具有障碍物判定单元控制部6b，该障碍物判定单元控制部6b接收超声波传感器1附近的温度和湿度中的至少一方的环境信息，控制障碍物判定单元5。在本实施方式1中，障碍物判定单元控制部6b接收表示超声波传感器1附近的温度和湿度双方的环境信息，输出提供给障碍物判定单元5的判定部5b的阈值Th。表示超声波传感器1附近的温度和湿度双方的环境信息是基于超声波传感器1的反射系数信息的信息。
另外，控制单元6由微型计算机构成。另外，也可以由一个微型计算机构成控制单元6和障碍物判定单元5。
障碍物判定单元控制部6b具有输入部6b1、存储部6b2以及阈值决定部6b3。输入部6b1接收表示温度和湿度的环境信息。存储部6b2存储有阈值表，该阈值表由将输入部6b1接收的环境信息作为参数的多个检测信号的电平数据构成。阈值决定部6b3根据输入部6b1接收的环境信息，从存储于存储部6b2的阈值表中参照检测信号的电平来决定阈值Th，并向障碍物判定单元5的判定部5b输出阈值Th。
在本实施方式1中，存储于存储部6b2的阈值表是基于图3的表。图3是示出在气压为1个大气压、湿度为50％时通过计算求出被与超声波传感器1相距1m的障碍物3反射后的超声波2中的检测信号的电平与温度的关系的结果的曲线图。在图3中，横轴是表示温度(℃)的环境信息，纵轴是被障碍物3反射后的超声波2中的检测信号的电平。以温度为-30℃时的检测信号的电平为基准阈值Ths，表示成0。各温度的阈值Th相对于基准阈值Ths相对地表示。
由图3可知，即使是相同距离、相同物体的障碍物3，检测信号的电平也会因温度而改变。因此，在障碍物判定单元5的障碍物判定中，根据温度，有时检测信号电平不超过阈值，无法判定障碍物3。因此，为了与温度无关地检测障碍物3，需要根据温度使提供给障碍物判定单元5的阈值Th变化。
例如，在温度为20℃的情况下，检测信号的电平表示-3.1dB。即，在以温度为-30℃时的检测信号的电平为基准的情况下，在温度为20℃的情况下，检测信号的电平相对于温度为-30℃时低-3.1dB。
换言之，在温度为-30℃时和20℃时的相对于障碍物判定单元5的判定部5b的阈值Th相同的情况下，在20℃时，被障碍物3反射后的超声波2相对于-30℃时的检测信号的电平低-3.1dB。因此，有可能判定为不是被障碍物3反射后的超声波2中的检测信号，而未检测到障碍物3。在本实施方式1中，为了不产生这样的不良情况，阈值决定部6b3根据存储于存储部6b2的阈值表，在20℃时，设定比基准阈值Ths低3dB以上的阈值Th，将该设定得低3dB以上的阈值Th输出到障碍物判定单元5的判定部5b。由此，能够防止在不使阈值Th变化的情况下未检测到障碍物3。
另外，作为具体例，设环境信息为温度进行了说明，但是，还可以再加上由以湿度为参数的超声波2中的检测信号的电平数据构成的阈值表。另外，也可以将由以温度为参数的超声波2中的检测信号的电平数据构成的阈值表，变成由以湿度为参数的超声波2中的检测信号的电平数据构成的阈值表。
环境状态判定单元8具有比较部8a、存储部8b以及计算部8c。存储部8b存储有由表示作为输入的电特性信息的反射系数信息与温度和湿度的环境信息的关系的数据构成的环境信息表。比较部8a对输入的反射系数信息与存储于存储部8b的环境信息表中的反射系数信息进行比较。根据其比较结果，计算部8c判定基于输入的反射系数信息的环境信息，计算环境信息。计算部8c将这样计算出的环境信息输出到控制单元6中的障碍物判定单元控制部6b的输入部6b1。
在本实施方式1中，存储于存储部8b的环境信息表是基于图4的表。图4是示出测定超声波传感器1的反射系数的结果的曲线图。在图4中，横轴是将超声波传感器1的驱动信号的频率用超声波传感器1的标称频率归一化后的归一化驱动频率(a.u.)。纵轴是超声波传感器1的反射系数信息(dB)。在图中，实线表示超声波传感器1的环境信息即超声波传感器1附近的温度为20℃的情况，虚线表示43℃的情况。设超声波传感器1的归一化驱动频率为0825，超声波传感器1的环境温度为20℃的情况下的反射系数的值为0，相对地表示频率的各值中的环境温度为20℃和43℃的情况下的反射系数的值。
由图4可知，在归一化驱动频率为1时，超声波传感器1的反射系数根据超声波传感器1附近的温度而大幅变化。换言之，通过知道超声波传感器1的反射系数，能够知道超声波传感器1附近的温度。因此，根据图4，将超声波传感器1的反射系数与超声波传感器1附近的温度的关系作为环境信息表而存储在存储部8b中。将存储于存储部8b的环境信息表中的反射系数信息与由比较部8a输入的反射系数信息进行比较。根据比较部8a的比较结果，将与输入的反射系数信息对应的环境信息表中的温度信息从计算部8c输出到控制单元6中的障碍物判定单元控制部6b的输入部6b1。
另外，作为具体例，设从反射系数信息得到的环境信息为温度进行了说明。但是，超声波传感器1的反射系数也根据湿度而变化。因此，与设环境信息为温度的情况同样地，能够根据超声波传感器1的反射系数得到湿度信息。因此，也可以设从反射系数信息得到的环境信息为对温度加上湿度而得到的环境信息表。另外，也可以将表示反射系数信息与温度的关系的环境信息表，变成表示反射系数信息与湿度的关系的环境信息表。
在该情况下，存储于存储部8b的环境信息表和存储于存储部6b2的阈值表成为环境信息相同的表。
另外，作为具体例，设用于得到环境信息的电特性信息为超声波传感器1的反射系数。超声波传感器1的阻抗也根据温度和湿度而变化。因此，也可以将超声波传感器1的阻抗变成反射系数而作为电特性信息。即，计测超声波传感器1的阻抗，生成由表示根据计测结果而得到的阻抗信息和环境信息的数据构成的环境信息表。也可以将该生成的环境信息表变成由表示反射系数信息与环境信息的关系的数据构成的环境信息表而存储在存储部8b中。该情况下的环境信息也只要根据需要从温度和湿度中的至少一方选择即可。
电特性计测单元9计测超声波传感器1的反射系数或阻抗的电特性信息，将计测出的电特性信息输出到环境状态判定单元8的比较部8a。根据将电特性信息设为反射系数还是阻抗，存储于存储部8b的环境信息表是基于表示反射系数信息与环境信息的关系的数据，还是基于表示阻抗信息和环境信息的数据。
接下来，使用图5对动作概要进行说明。
首先，如步骤ST1所示，通过电特性计测单元9计测超声波传感器1的反射系数特性。在步骤ST2中，通过环境状态判定单元8，根据从电特性计测单元9输入的反射系数特性和存储于存储部8b的环境信息表，比较部8a对计测出的超声波传感器1的反射系数特性与环境信息表进行比较，计算部8c计算由温度和湿度构成的环境信息。在步骤ST3中，通过控制单元6中的障碍物判定单元控制部6b，阈值决定部6b3根据从环境状态判定单元8输入到输入部6b1的环境信息和存储于存储部6b2的阈值表来决定阈值Th。在步骤ST4中，在障碍物判定单元5的判定部5b中设定由控制单元6中的障碍物判定单元控制部6b决定的阈值Th。
在步骤ST5中，驱动单元4向超声波传感器1提供具有在设定的时机设定的频率和电压的驱动信号。同时，驱动单元4向障碍物判定单元5的判定部5b提供将驱动信号提供给超声波传感器1的时刻。在步骤ST6中，超声波传感器1发送与从驱动单元4提供的驱动信号对应的超声波2。在步骤ST7中，当从超声波传感器1发送的超声波2被障碍物3反射后再次到达超声波传感器1时，超声波传感器1接收被障碍物3反射后的超声波2。接收到的超声波2由超声波传感器1转换成电信号，传递给障碍物判定单元5的接收部5a。
在步骤ST8中，通过障碍物判定单元5，接收部5a对从超声波传感器1传递的电信号附加接收到来自超声波传感器1的电信号的时刻而作为检测信号。判定部5b首先根据来自接收部5a的检测信号和由控制单元6中的障碍物判定单元控制部6b决定的阈值Th，判定从超声波传感器传递的电信号是否是基于被障碍物3反射后的超声波2的电信号。当判定部5b判定为是基于被障碍物3反射后的超声波2的电信号时，根据检测信号中包含的被障碍物反射后的超声波2所示的时刻与从驱动单元4提供的从超声波传感器1发送出超声波2的时刻之差，计算距障碍物3的距离，输出计算出的结果作为表示距障碍物3的距离的距离信号。
这样构成的本发明的实施方式1的障碍物检测装置具有如下效果。
通常，在空气中传播的超声波被作为传播介质的空气吸收能量而衰减。由空气吸收引起的超声波的衰减量根据气温和湿度而变化。另外，超声波的传播速度也根据空气的温度和湿度而变化。因此，由于因气温和湿度的周围环境的变化而产生超声波的特性变化，因此，有可能检测精度因周围环境而变动。
因此，在本发明的实施方式1的车辆用障碍物检测装置中，(i)电特性计测单元9计测作为超声波传感器1的反射系数或阻抗的电特性，(ii)根据由电特性计测单元9计测出的电特性，环境状态判定单元8计算由温度和湿度中的至少一方构成的环境信息，(iii)控制单元6中的障碍物判定单元控制部6b决定与环境信息对应的阈值Th，(iV)障碍物判定单元5根据由障碍物判定单元控制部6b决定的阈值Th判定是否是由超声波传感器1接收到的来自障碍物3的反射波，因此，无需使用温度传感器等传感器，即使因气温和湿度的周围环境的变化而产生了超声波2的特性变化，也能够通过超声波传感器1进行障碍物3的正确检测。
实施方式2
使用图6对本发明的实施方式2的车辆用障碍物检测装置进行说明。实施方式1的车辆用障碍物检测装置根据超声波传感器1附近的温度和湿度的环境信息，变更提供给障碍物判定单元5的判定部5b的阈值Th，与此相对，本实施方式2的车辆用障碍物检测装置根据超声波传感器1附近的温度和湿度的环境信息，变更来自驱动超声波传感器1的驱动单元4的驱动信号的电压。其他方面与实施方式1相同。另外，各图中的相同标号表示相同或相当的部分。
以下，以与实施方式1不同的点为主体进行说明。
障碍物判定单元5具有接收部5a和判定部5b。相对于实施方式1中的根据环境信息而变更阈值Th，判定部5b中的阈值Thc是恒定的值。其他方面与实施方式1相同。
控制单元6具有驱动单元控制部6a，该驱动单元控制部6a接收控制信号，输出用于使驱动单元4输出驱动信号的驱动控制信号。另外，控制单元6具有辅助控制部6c，该辅助控制部6c从环境状态判定单元8接收超声波传感器1附近的温度和湿度中的至少一方的环境信息，将驱动电压信息提供给驱动单元控制部6a，该驱动电压信息使得根据从环境状态判定单元8接收到的环境信息，变更针对来自驱动单元控制部6a的驱动控制信号而从驱动单元4输出的驱动信号的电压。即，控制单元6一并具有根据来自环境状态判定单元8的环境信息而变更从驱动单元4输出的驱动信号的输出电压的功能。
另外，控制单元6由微型计算机构成。另外，也可以由一个微型计算机构成控制单元6和驱动单元4，还可以构成障碍物判定单元5。
辅助控制部6c具有输入部6c1、存储部6c2以及驱动信号的电压决定部6c3。输入部6c1从环境状态判定单元8接收环境信息。存储部6c2存储有驱动信号电压表，该驱动信号电压表由以输入部6c1接收的环境信息为参数的多个检测信号的电平数据构成。电压决定部6c3根据输入部6c1接收的环境信息，从存储于存储部6c2的驱动信号电压表参照检测信号的电平，以成为与参照的检测信号的电平对应的输出的方式，决定提供给超声波传感器1的来自驱动单元4的驱动信号的电压，将与决定的驱动信号的电压对应的驱动电压信息提供给驱动单元控制部6a。
在本实施方式2中，存储于存储部6c2的驱动信号电压表与实施方式1同样地是基于图3的表。
例如，在温度为20℃的情况下，检测信号的电平表示-3.1dB。即，在以温度为-30℃时的检测信号的电平为基准的情况下，在温度为20℃的情况下，检测信号的电平相对于温度为-30℃时低-3.1dB。
换言之，在温度为-30℃时和20℃时的来自驱动单元4的驱动信号的电压相同的情况下，在20℃时，被障碍物3反射后的超声波2相对于-30℃时的检测信号的电平低-3.1dB。因此，有可能判定为不是被障碍物3反射后的超声波2中的检测信号，而未检测到障碍物3。在本实施方式2中，为了不产生这样的不良情况，电压决定部6c3根据存储于存储部6c2的驱动信号电压表，向驱动单元控制部6a提供驱动电压信息，使得在20℃时从驱动单元4输出比基准的驱动信号的电压高3dB以上的驱动信号。
由此，驱动单元控制部6a根据来自环境状态判定单元8的环境信息控制驱动单元4，以控制从驱动单元4输出的驱动信号的电压，因此，能够防止未检测到障碍物3。
接下来，使用图7对动作概要进行说明。
步骤ST1和步骤ST2与实施方式1相同，因此省略说明。在步骤ST3a中，通过控制单元6中的辅助控制部6c，根据从环境状态判定单元8输入到输入部6c1的环境信息和存储于存储部6c2的驱动信号电压表，电压决定部6c3决定从驱动单元4向超声波传感器1输出的驱动信号的电压。在步骤ST4a中，控制单元6中的辅助控制部6c的电压决定部6c3将与决定的驱动信号的电压对应的驱动电压信息提供给驱动单元控制部6a。驱动单元控制部6a根据提供的驱动电压信息控制驱动单元4，以设定从驱动单元4输出的驱动信号的电压。
在步骤ST5a中，驱动单元4向超声波传感器1提供具有在设定的时机设定的频率以及由驱动单元控制部6a设定的电压的驱动信号。同时，驱动单元4向障碍物判定单元5的判定部5b提供将驱动信号提供给超声波传感器1的时刻。在步骤ST6a中，超声波传感器1发送与从驱动单元4提供的驱动信号对应的超声波2。在步骤ST7a中，当从超声波传感器1发送的超声波2被障碍物3反射后再次到达超声波传感器1时，超声波传感器1接收被障碍物3反射后的超声波2。接收到的超声波2由超声波传感器1转换成电信号，传递给障碍物判定单元5的接收部5a。
在步骤ST8a中，通过障碍物判定单元5，接收部5a对从超声波传感器1传递的电信号附加接收到来自超声波传感器1的电信号的时刻而作为检测信号。判定部5b首先根据来自接收部5a的检测信号和预先设定的阈值Thc，判定从超声波传感器1传递的电信号是否是基于被障碍物3反射后的超声波2的电信号。当判定部5b判定为是基于被障碍物3反射后的超声波2的电信号时，通过检测信号中包含的被障碍物3反射后的超声波2所示的时刻与从驱动单元4提供的从超声波传感器1发送超声波2的时刻之差，计算距障碍物3的距离，输出计算出的结果作为表示距障碍物3的距离的距离信号。
在这样构成的本发明的实施方式2的车辆用障碍物检测装置中，(i)电特性计测单元9计测作为超声波传感器1的反射系数或阻抗的电特性，(ii)根据由电特性计测单元9计测出的电特性，环境状态判定单元8计算由温度和湿度中的至少一方构成的环境信息，(iii)控制单元6中的辅助控制部6c将根据环境信息决定从驱动单元4输出的驱动信号的电压的驱动电压信息提供给驱动单元控制部6a，(iV)驱动单元控制部6a根据提供的驱动电压信息控制驱动单元4，以设定从驱动单元4输出的驱动信号的电压，因此，无需使用温度传感器等传感器，即使因气温和湿度的周围环境的变化而产生了超声波2的特性变化，也能够通过超声波传感器1进行障碍物的正确检测。
另外，本发明在其发明范围内，可以进行各实施方式的自由组合或者各实施方式的任意构成要素的变形，或者在各实施方式中省略任意构成要素。
产业上的可利用性
本发明的物体检测装置适合用作设置于车辆保险杠等而用于车辆周边的障碍物检测的车辆用障碍物检测装置。但是，并不限于车辆用障碍物检测装置，只要是使用超声波检测物体的装置即可应用。
本发明的实施方式中的障碍物3对应于物体，障碍物判定单元5对应于物体判定单元，障碍物判定单元控制部6b对应于物体判定单元控制部。
标号说明
1：超声波传感器；2：超声波；3：障碍物；4：驱动单元；5：障碍物判定单元；5a：接收部；5b：判定部；6：控制单元；6a：驱动单元控制部；6b：障碍物判定单元控制部；6c：辅助控制部；8：环境状态判定单元；9：电特性计测单元。

Claims (7)

1.一种物体检测装置，其特征在于，
该物体检测装置具有：
超声波传感器，其发送和接收超声波；
驱动单元，其驱动该超声波传感器的发送；
障碍物判定单元，其接收来自所述超声波传感器的接收信号，根据该接收信号判定有无障碍物；
电特性计测单元，其计测所述超声波传感器的电特性并输出电特性信息；以及
环境状态判定单元，其接收来自该电特性计测单元的电特性信息，根据该电特性信息而输出所述超声波传感器的温度和湿度中的至少一方的环境信息。
2.根据权利要求1所述的物体检测装置，其特征在于，
所述电特性计测单元计测的电特性是所述超声波传感器的反射系数。
3.根据权利要求1所述的物体检测装置，其特征在于，
所述电特性计测单元计测的电特性是所述超声波传感器的阻抗。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物体检测装置，其特征在于，
该物体检测装置设置有控制单元，该控制单元接收来自所述环境状态判定单元的环境信息，控制所述障碍物判定单元。
5.根据权利要求4所述的物体检测装置，其特征在于，
所述障碍物判定单元基于阈值根据该接收信号判定有无障碍物，
所述控制单元对所述障碍物判定单元的控制，是根据来自所述环境状态判定单元的环境信息变更赋予给所述障碍物判定单元的阈值。
6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物体检测装置，其特征在于，
该物体检测装置设置有控制单元，该控制单元接收来自所述环境状态判定单元的环境信息，控制所述驱动单元。
7.根据权利要求6所述的物体检测装置，其特征在于，
所述驱动单元向所述超声波传感器输出驱动信号，
所述控制单元对所述驱动单元的控制，是根据来自所述环境状态判定单元的环境信息变更从所述驱动单元输出的驱动信号的输出电压。
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