CN117063088A - 物体检测装置 - Google Patents

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Abstract

物体检测装置具备：取得部，其基于超声波被物体反射而产生的反射波的强度，取得表示从规定部分至物体为止的距离的距离信息；以及生成部，其基于在规定的时间间隔内检测出的1对距离信息，生成表示物体的高度的阶梯差信息。1对距离信息包含与从规定部分至物体的上端部为止的距离对应的第1距离信息、和与从规定部分至物体的下端部为止的距离对应的第2距离信息。

Description

物体检测装置
技术领域
本公开涉及物体检测装置。
背景技术
在车辆控制系统等中，利用了通过超声波的收发检测在车辆的周边存在的物体的物体检测装置。在这种物体检测装置中，利用了用于对应回避的障碍物和无需回避的较低的阶梯差进行判别的技术。
专利文献1：日本专利第6026948号公报
发明内容
本公开想要解决的课题之一在于提供能够利用超声波推定物体的高度的物体检测装置。
作为本公开的一例的物体检测装置具备：取得部，其基于超声波被物体反射而产生的反射波的强度，取得表示从规定部分至物体为止的距离的距离信息；以及生成部，其基于在规定的时间间隔内检测出的1对距离信息，生成表示物体的高度的阶梯差信息。
根据上述结构，能够利用超声波推定物体的高度。
另外，1对距离信息也可以包含与从规定部分至物体的上端部为止的距离对应的第1距离信息、和与从规定部分至物体的下端部为止的距离对应的第2距离信息。
若朝向物体发送超声波，则存在与物体的上端部对应的反射波的强度和与物体的下端部对应的反射波的强度比较强地出现的情况。通过利用这样的超声波的反射特性，能够高精度地推定物体的高度。
另外，生成部基于第1距离信息、第2距离信息、和表示收发超声波的信号收发部距离路面的高度的设置高度，生成表示低于设置高度的物体的高度的阶梯差信息。
由此，能够高精度地推定低于信号收发部的设置高度的物体的高度。
另外，取得部也可以基于由1个接收部接收到的反射波取得1对距离信息。
由此，能够提高1对距离信息的精度。
另外，1对距离信息也可以包含与在时间间隔内反射波的强度超过阈值的峰值对应的距离信息。
由此，能够通过阈值的设定任意进行1对距离信息的选定。
另外，生成部也可以基于第2距离信息表示的第2距离和设置高度计算从自信号收发部沿铅垂方向延伸的垂线与路面的接触点至物体的下端部为止的第3距离，基于第1距离信息表示的第1距离和第3距离计算物体的上端部与信号收发部的高低差，基于设置高度与高低差之差计算物体的高度。
由此，能够高精度地计算物体的高度。
附图说明
图1是表示实施方式的车辆的结构的一例的俯视图。
图2是表示实施方式的车辆控制装置的结构的一例的框图。
图3是表示实施方式的物体检测装置的功能结构的一例的框图。
图4是表示在实施方式中根据回波信息取得距离信息的方法的一例的图。
图5是表示在实施方式中计算物体的高度时的状况的一例的图。
图6是表示在实施方式中与图5所示的状况对应的回波信息的一例的图。
图7是表示实施方式的物体检测装置中的处理的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。以下记载的实施方式的结构以及由该结构带来的作用及效果是一例，本发明并不限定于以下的记载内容。
图1是表示实施方式的车辆1的结构的一例的俯视图。车辆1是搭载本实施方式的物体检测装置的移动体的一例。本实施方式的物体检测装置是基于通过从车辆1发送超声波并接收来自物体的反射波而取得的TOF(Time Of Flight：飞行时间)、多普勒频移信息等对在车辆1的周边存在的物体(其他车辆、构造物、行人、路面等)进行检测的装置。
本实施方式的物体检测装置具有多个信号收发部21A～21H(以下，在无需对多个信号收发部21A～21H彼此进行区别的情况下，简记为信号收发部21)。各信号收发部21设置于作为车辆1的外装的车体2，朝向车体2的外侧发送超声波(发送波)，并接收来自在车体2的外侧存在的物体的反射波。在图1所示的例子中，在车体2的前端部配置有4个信号收发部21A～21D，在后端部配置有4个信号收发部21E～21H。此外，信号收发部21的数量及设置位置不限定于上述例子。
图2是表示实施方式的车辆控制装置10的结构的一例的框图。车辆控制装置10包括物体检测装置11以及ECU12。车辆控制装置10基于从物体检测装置11输出的信息进行用于对车辆1进行控制的处理。
物体检测装置11包括多个信号收发部21以及控制部22。各信号收发部21包括利用压电元件等构成的振子31、放大器等，通过振子31的振动来实现超声波的收发。具体而言，各信号收发部21将根据振子31的振动产生的超声波作为发送波进行发送，并检测由该发送波被物体反射回的反射波带来的振子31的振动。对于该物体，包括车辆1应避免接触的对象物O、车辆1行驶的路面G等。振子31的振动被转换为电信号，基于该电信号，能够取得表示来自物体的反射波的强度(振幅)的经时变化的回波信息。基于该回波信息，能够取得与从信号收发部21(车体2)至物体为止的距离对应的TOF等距离信息。
回波信息可以基于由1个信号收发部21取得的数据生成，也可以基于由多个信号收发部21分别取得的多个数据生成。例如，针对在车体2的前方存在的物体的回波信息也可以基于由配置于车体2的前方的4个信号收发部21A～21D(参照图1)中的2个以上取得的2个以上的数据(例如平均值等)来生成。相同地，针对在车体2的后方存在的物体的回波信息也可以基于由配置于车体2的后方的4个信号收发部21E～21H(参照图1)中的2个以上取得的2个以上的数据来生成。
此外，在图2所示的例子中，例示出发送波的发送和反射波的接收这双方利用单一振子31来进行的结构，但信号收发部21的结构不限定于此。例如，也可以如单独设置有用于发送发送波的振子和用于接收反射波的振子的结构那样成为发送发送波的发送部与接收反射波的接收部分离的结构。
控制部22包括输入输出装置41、存储装置42以及处理器43。输入输出装置41是在控制部22与外部(信号收发部21、ECU12等)之间进行数据转送的接口设备。存储装置42包括ROM(Read Only Memory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等主存储装置、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive：固态驱动器)等辅助存储装置。处理器43是执行用于实现控制部22的功能的各种处理的集成电路，例如能够利用按照程序进行动作的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、面向特定用途设计出的ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等来构成。处理器43通过读出并执行存储于存储装置42的程序来执行各种运算处理及控制处理。
ECU12是基于从物体检测装置11等取得的各种信息来执行用于控制车辆1的各种处理的单元。ECU12具有输入输出装置51、存储装置52以及处理器53。输入输出装置51是在ECU12与外部机构(物体检测装置11、驱动机构、制动机构、转向操纵机构、变速机构、车内显示器、扬声器等)之间进行数据转送的接口设备。存储装置52包括ROM、RAM等主存储装置、HDD、SSD等辅助存储装置。处理器53是执行用于实现ECU12的功能的各种处理的集成电路，例如能够利用CPU、ASIC等来构成。处理器53读出存储于存储装置52的程序来执行各种运算处理及控制处理。
物体检测装置11的输入输出装置41和ECU12的输入输出装置51经由依据CAN(Controller Area Network：控制器局域网)等的规定标准的总线60连接。
图3是表示实施方式的物体检测装置11的功能结构的一例的框图。本实施方式的物体检测装置11包括信号处理部101、距离信息取得部102(取得部)、阶梯差信息生成部103(生成部)以及输出部104。这些功能构成要素101～104通过在图2中例示的那种物体检测装置11的硬件构成要素与存储于存储装置42的程序等软件构成要素的配合来实现。
信号处理部101对由信号收发部21取得的数据(振子31的振动量等)实施规定的处理，来生成表示反射波的强度的经时变化的回波信息。规定的处理例如是指针对与振子31的振动对应的电信号的放大处理、滤波处理、包络线处理等。
距离信息取得部102基于由信号处理部101生成的回波信息，取得表示从信号收发部21的设置位置(规定部分的一例)至在车辆1的周边存在的物体(对象物O)为止的距离的距离信息(例如TOF)。距离信息取得部102例如取得与来自物体的反射波的强度超过阈值的时机(峰值)对应的TOF。
阶梯差信息生成部103基于由距离信息取得部102取得的距离信息，生成表示在车辆1的周边存在的物体的高度的阶梯差信息。本实施方式的阶梯差信息生成部103基于在规定的时间间隔内检测出的1对距离信息计算物体的高度。针对计算物体的高度的方法，之后叙述。
输出部104将由距离信息取得部102取得的距离信息以及由阶梯差信息生成部104生成的阶梯差信息输出至ECU12等。
图4是表示在实施方式中根据回波信息取得距离信息的方法的一例的图。在图4中，例示出表示反射波的强度的经时变化的包络线L11(回波信息的一例)。在图4所示的图表中，横轴与时间(TOF)对应，纵轴与由信号收发部21进行收发的超声波的强度(振子31的振动量)对应。
根据包络线L11可知，振子31从时机t0起被驱动时间Ta而振动，由此在时机t1完成发送波的发送，之后，在到达时机t2为止的时间Tb的期间，由惯性引起的振子31的振动一边衰减一边持续。因此，在图4所示的图表中，时间Tb与所谓的余响时间对应。
包络线L11在从发送波的发送已开始的时机t0起经过了时间Tp的时机t4，迎来振子31的振动的大小成为规定的阈值Th以上的峰值。阈值Th是为了识别振子31的振动是由来自对象物O(其他车辆、构造物、行人等)的反射波的接收引起的振动还是由来自除对象物O以外的物体(例如路面G等)的反射波的接收引起的振动而预先设定的值。此外，这里，阈值Th作为恒定值示出，但阈值Th也可以为根据时间经过、状况等而变化的变动值。具有阈值Th以上的峰值的振动能够视为由来自对象物O的反射波的接收引起的振动。
此外，在包络线L11中，在时机t4以后，振子31的振动衰减。因此，时机t4与来自对象物O的反射波的接收已完成的时机对应，换言之，与在时机t1最后发送出的发送波作为反射波返回来的时机对应。
另外，在包络线L11中，作为时机t4的峰值的开始点的时机t3与来自对象物O的反射波的接收已开始的时机对应，换言之，与在时机t0最初发送出的发送波作为反射波返回来的时机对应。因此，时机t3与时机t4之间的时间ΔT与作为发送波的发送时间的时间Ta相等。
根据上述内容，为了利用TOF求出至对象物O为止的距离，需要求出开始发送发送波的时机t0与开始接收反射波的时机t3之间的时间Tf。时间Tf成为与从信号收发部21的设置位置至对象物O为止的距离对应的TOF。时间Tf能够通过从时间Tp减去时间ΔT来求出，其中，上述时间Tp作为时机t0与反射波的强度超过阈值Th而迎来峰值的时机t4之差，上述时间ΔT与作为发送波的发送时间的时间Ta相等。
开始发送发送波的时机t0能够容易确定为物体检测装置11已开始动作的时机，作为发送波的发送时间的时间Ta通过设定等预先决定。因此，通过确定反射波的强度成为阈值Th以上而迎来峰值的时机t4，能够计算时间Tf，能够计算从信号收发部21至对象物O为止的距离。距离信息取得部102例如通过上述那种方法取得与对象物O有关的物体信息(TOF)。
以下，对本实施方式的阶梯差信息生成部104的功能进行说明。图5是表示在实施方式中计算物体61的高度H时的状况的一例的图。图6是表示在实施方式中与图5所示的状况对应的回波信息的一例的图。
在图5中，例示出计算在车辆1的前方存在的物体61距离路面G的高度H的状况。这里例示的物体61的高度H低于信号收发部21的设置高度H0。设置高度H0是从路面G至信号收发部21的规定位置(例如振动板的中心等)为止的高度，是已知的值。
若从信号收发部21的发送部发送出的超声波被具有低于设置高度H0的高度H的物体61反射而产生的反射波被信号收发部21的接收部接收，则如图6所示，反射波的强度超过阈值Th的2个峰值P1、P2在时间轴上相互接近地出现。如果检测出第1峰值P1的时刻tp1与检测出第2峰值P2的时刻tp2的时间差ΔTp为规定的时间间隔Ts以下，则能够推定为两峰值P1、P2与1个物体61对应。而且，与两峰值P1、P2对应的2个距离信息(TOF)被作为1对距离信息来处理。即，1对距离信息包含与在规定的时间间隔Ts内反射波的强度超过阈值Th的峰值对应的距离信息。反射波的强度也可以利用在超声波(发送波)被物体61的角反射时产生的波的衍射来检测。由此，能够基于由1个接收部接收到的反射波取得1对距离信息。这样，通过利用由1个接收部接收到的反射波，能够在计算基于距离信息的设置高度时利用1个数据取得1对距离信息，因此能够实现阶梯差信息生成部103进行的运算处理的速度的提高。
第1峰值P1与物体61的车辆1侧的面的上端部61A(参照图5)对应。第2峰值P2与物体61的车辆1侧的面的下端部61B对应。即，能够基于根据检测出第1峰值P1的时刻tp1计算出的TOF(第1距离信息)，计算从信号收发部21至上端部61A为止的距离D1(第1距离的一例)。另外，能够基于根据检测出第2峰值P2的时刻tp2计算出的TOF(第2距离信息)，计算从信号收发部21至下端部61B为止的距离D2(第2距离的一例)。
能够基于距离D2和设置高度H0计算从自信号收发部21的设置位置沿铅垂方向延伸的垂线V与路面G的接触点至物体61为止的距离D(第3距离的一例)。另外，能够基于距离D1和距离D计算物体61的上端部61A与信号收发部21的高低差H1。而且，物体61的高度H能够根据H＝H0－H1来计算。本实施方式的阶梯差信息生成部103例如通过上述那种方法来计算物体61的高度H，生成表示该高度H的阶梯差信息。
此外，虽然在上述中例示出计算在车辆1的前方存在的物体61的高度H的情况，但针对在车辆1的后方存在的物体的高度，也能够与上述相同地进行计算。
图7是表示实施方式的物体检测装置11中的处理的一例的流程图。若信号收发部21收发超声波(S101)，则信号处理部101从由信号收发部21取得的数据中取得回波信息(S102)。距离信息取得部102基于回波信息检测超过阈值Th的峰值(S103)。
阶梯差信息生成部103基于距离信息取得部102的检测结果判定是否检测出时间差ΔTp为时间间隔Ts以下的2个峰值P1、P2(S104)。在检测出时间差ΔTp为时间间隔Ts以下的2个峰值P1、P2的情况下(S104：是)，阶梯差信息生成部103基于与检测出第1峰值P1的时刻tp1对应的TOF以及与检测出第2峰值P2的时刻tp2对应的TOF，如上述那样计算物体61的高度H(S105)。输出部104将由距离信息取得部102取得的距离信息以及由阶梯差信息生成部103生成的阶梯差信息输出至ECU12等(S106)。另一方面，在未检测出时间差ΔTp为时间间隔Ts以下的2个峰值P1、P2的情况下(S104：否)，输出部104仅将由距离信息取得部102取得的距离信息输出至ECU12等(S107)。
使计算机(例如控制部22的处理器43等)执行上述实施方式中的用于实现各种功能的处理的程序能够以可安装的形式或可执行的形式的文件记录于CD(Compact Disc：压缩光盘)－ROM、软盘(FD)、CD－R(Recordable：可记录)、DVD(Digital Versatile Disk：数字多用途光盘)等可由计算机读取的记录介质来提供。另外，该程序也可以经由因特网等网络来提供或配布。
根据上述实施方式，能够利用超声波检测物体61的存在，且能够推定该物体61的高度H。而且，能够基于推定出的物体61的高度H进行该物体61是能够越过的物体还是应回避的物体等的判断。由此，能够提高车辆1在自动行驶(例如自动驻车等)中的控制性。
以上，对本公开的实施方式进行了说明，但上述实施方式及其变形例只是例子，并非意图对发明的范围进行限定。上述的新的实施方式及变形例能够以各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围，能够进行各种省略、置换及变更。上述的实施方式及变形例包含在发明的范围、主旨中，且包含在权利要求书记载的发明及其等同范围中。
附图标记说明：
1…车辆；2…车体；10…车辆控制装置；11…物体检测装置；12…ECU；21、21A～21H…信号收发部；22…控制部；31…振子；41…输入输出装置；42…存储装置；43…处理器；51…输入输出装置；52…存储装置；53…处理器；60…总线；61…物体；101…信号处理部；102…距离信息取得部；103…阶梯差信息生成部；104…输出部；G…路面；O…对象物。

Claims (6)

1.一种物体检测装置，其中，具备：
取得部，其基于超声波被物体反射而产生的反射波的强度，取得表示从规定部分至所述物体为止的距离的距离信息；以及
生成部，其基于在规定的时间间隔内检测出的1对所述距离信息，生成表示所述物体的高度的阶梯差信息。
2.根据权利要求1所述的物体检测装置，其中，
1对所述距离信息包含与从所述规定部分至所述物体的上端部为止的距离对应的第1距离信息、和与从所述规定部分至所述物体的下端部为止的距离对应的第2距离信息。
3.根据权利要求2所述的物体检测装置，其中，
所述生成部基于所述第1距离信息、所述第2距离信息、和表示收发超声波的信号收发部距离路面的高度的设置高度，生成表示低于所述设置高度的所述物体的高度的所述阶梯差信息。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的物体检测装置，其中，
所述取得部基于由1个接收部接收到的所述反射波，取得1对所述距离信息。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的物体检测装置，其中，
1对所述距离信息包含与在所述时间间隔内所述反射波的强度超过阈值的峰值对应的所述距离信息。
6.根据权利要求3所述的物体检测装置，其中，
所述生成部基于所述第2距离信息表示的第2距离和所述设置高度计算从自所述信号收发部沿铅垂方向延伸的垂线与路面的接触点至所述物体的下端部为止的第3距离，基于所述第1距离信息表示的第1距离和所述第3距离计算所述物体的上端部与所述信号收发部的高低差，基于所述设置高度与所述高低差之差计算所述物体的高度。
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