JP2003248050A - 障害物検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサの個体差による残響時間のばらつきに
よる影響を受けずに、センサ異常を正確に判定できる障
害物検出装置を提供する。 【解決手段】 超音波の送信時にマイクロフォン１１０
の機械的な振動により発生する残響の残響時間（ｔ１）
を記憶する記憶手段（１５０）を備え、学習モードと検
知モードを有し、学習モード時には、送信手段（１２
０）から送信信号を送信させて残響時間（ｔ１）を測定
し、この測定した残響時間（ｔ１）を記憶手段に記憶さ
せ、検知モード時には、送信手段（１２０）から送信信
号を送信させ、受信手段（１３０）からの受信信号に基
づいて障害物の検出を行うとともに、この障害物検出時
の残響時間（ｔ２）を測定し、この測定した残響時間
（ｔ２）と記憶手段に記憶された残響時間（ｔ１）とか
らセンサ異常の判定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、障害物検出装置に
関するもので、例えば、車両に搭載される超音波センサ
に適用して好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動車等において、後方の障
害物との間の距離を超音波を利用して検出し、その距離
情報を表示部や警報器を通じて報知するようにしたバッ
クソナーや、自動車のコーナー部からの所定距離以内の
障害物を超音波を利用して検出し、その距離および位置
情報を報知するようにしたコーナーソナーのような障害
物検出装置（超音波センサ）が提供されている。

【０００３】このような障害物検出装置の多くは、１個
のマイクロフォンが送受信を兼用し、マイクロフォンか
ら超音波を送信し、障害物によって反射してきた超音波
をマイクロフォンで受信し、送信した時間から反射波を
受信するまでの時間から障害物までの距離を算出してい
る。

【０００４】また、マイクロフォンで超音波を送信した
場合、マイクロフォンは機械的な振動を行う為、送信を
停止しても暫くの間振動が止まらない。これを残響と呼
んでいる。そして、残響の発生している時間（残響時
間）は、例えば、マイクロフォンが断線した場合には発
生しない。また、マイクロフォンが凍結したり、マイク
ロフォンに異物が付着したような場合には、マイクロフ
ォンが正常な場合よりも短くなる。ところが、信号と雑
音の比（Ｓ／Ｎ比）を改善するために、マイクロフォン
からの受信信号を帯域フィルタに入力する構成において
は、マイクロフォンが断線した場合でも、帯域フィルタ
による電気的な共振による残響が発生し、その残響時間
は短い。また、マイクロフォンが凍結したり、マイクロ
フォンに異物が付着したような場合には、帯域フィルタ
がない場合に比べると残響時間が長くなるが、マイクロ
フォンが正常な場合よりも短くなる。

【０００５】このような残響の特性により、センサ異常
の判定を行っている。しかし、残響時間は、個体差によ
りばらつきがあるため、確実にセンサが断線となってい
ると判定する時間（センサの断線の判定時間）や、凍結
や異物付着と判定する時間（凍結または異物付着の判定
時間）、障害物の検出を開始する時間（障害物の検出開
始時間）は残響時間のばらつきを考慮して設定してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、センサの
個体差による残響時間のばらつきのため、残響時間をあ
る範囲内に調整するための機構を設けたり、マイクロフ
ォンの残響についての規格が必要となっている。また、
残響時間のばらつきを考慮して、センサの断線の判定時
間、凍結または異物付着の判定時間および障害物の検出
開始時間等を設定する必要があり、センサ異常を正確に
判定することが困難である。

【０００７】本発明は、上記問題に鑑みたもので、セン
サの個体差による残響時間のばらつきによる影響を受け
ずに、センサ異常を正確に判定できる障害物検出装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、超音波の送信時にマイ
クロフォン（１１０）の機械的な振動により発生する残
響の残響時間（ｔ１）を記憶する記憶手段（１５０）
と、学習モードと検知モードで動作するようになってお
り、学習モード時には、送信手段（１２０）から送信信
号を送信させて残響時間（ｔ１）を測定し、この測定し
た残響時間（ｔ１）を記憶手段に記憶させ、検知モード
時には、送信手段（１２０）から送信信号を送信させ、
受信手段（１３０）からの受信信号に基づいて障害物の
検出を行うとともに、この障害物検出時の残響時間（ｔ
２）を測定し、この測定した残響時間（ｔ２）と記憶手
段に記憶された残響時間（ｔ１）とからセンサ異常の判
定を行う制御手段（１４０）とを備えることを特徴とし
ている。

【０００９】このように、学習モード時に送信手段（１
２０）から送信信号を送信させて残響時間（ｔ１）を測
定し、記憶手段に記憶された残響時間（ｔ１）は、セン
サ毎に異なるセンサ固有の残響時間であり、このセンサ
固有の残響時間（ｔ１）と検知モード時の障害物検出時
の残響時間（ｔ２）からセンサ異常の判定を行うことに
より、センサの個体差による残響時間のばらつきとは関
係なく、センサ異常の判定を正確に行うことができる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、制御手
段（１４０）は、記憶手段に記憶された残響時間（ｔ
１）と障害物検出時の残響時間（ｔ２）の差とセンサ異
常の判定時間（ΔＴ１、ΔＴ２）との大小関係からセン
サ異常の判定を行うことを特徴としている。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、制御手
段（１４０）は、学習モード時に残響時間（ｔ１）を複
数回測定し、記憶手段（１５０）に残響時間（ｔ１）を
記憶させることを特徴としている。

【００１２】このように、学習モード時に残響響時間
（ｔ１）を複数回測定することで、より精度の高いセン
サ異常の判定ができ、経年変化にも対応できる。

【００１３】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明の一実施
形態を適用した障害物検出装置のブロック構成を図１に
示す。障害物検出装置は、センサ１０とＥＣＵ１４を有
しており、センサ１０の電源端子１１、信号端子１２お
よびＧＮＤ端子１３は、それぞれＥＣＵ１４の電源端子
１５、信号端子１６およびＧＮＤ端子１７とコネクタも
しくはワイヤーハーネスを介して接続されており、信号
端子１２、１６を介して通信を行っている。

【００１５】センサ１０は、マイクロフォン１１０、送
信部１２０、受信部１３０、制御部１４０および記憶回
路１５０から構成されている。また、送信部１２０は、
発振回路１２０ａおよび昇圧回路１２０ｂから構成さ
れ、受信部１３０は、受信回路１３０ａ、波形処理回路
１３０ｂおよび判定回路１３０ｃから構成されている。
なお、受信回路１３０ａは、図示しない増幅回路および
フィルタ回路を有している。また、制御部１４０は、制
御回路１４０ａおよび通信回路１４０ｂから構成されて
おり、制御回路１４０ａは、マイコンもしくはカスタム
ＩＣを有しており、通信回路１４０ｂによりＥＣＵ１４
との通信を行っている。ここで、マイクロフォン１１
０、発信回路１２０ａ、昇圧回路１２０ｂおよび受信回
路１３０ａは車両のバンパに埋め込まれ、他の部材１３
０ｂ、１３０ｃ、１４０ａ、１４０ｂおよび１５０は車
室内に配置されている。

【００１６】上記構成において、まず、送信について説
明する。発信回路１２０ａは、制御回路１４０ａからの
指示で昇圧回路１２０ｂに対して周波数信号（４０ｋＨ
ｚ）を２５０μｓ間送出し、昇圧回路２は入力された周
波数信号を昇圧してマイクロフォン１１０に送出する。
そして、マイクロフォン１１０は、送信パワーの大きな
超音波を車両の周囲に向かって送信する。

【００１７】次に、受信について説明する。障害物から
反射された超音波は、マイクロフォン１１０で受信さ
れ、受信回路１３０ａにおいて図示しない増幅回路によ
り増幅され、図示しないフィルタにより雑音が除去さ
れ、波形処理回路１３０ｂで波形処理される。そして、
波形処理回路１３０ｂで波形処理された信号は、そのレ
ベルを判定回路１３０ｃで判定され、障害物の有無が判
定される。そこで、障害物があると判定された場合は、
制御回路１４０ａにより、送信した時間から反射波を受
信するまでの時間から障害物までの距離が算出される。
このようにして、障害物検出を行っている。

【００１８】上記した構成の障害物検出装置において
は、超音波の送信時にマイクロフォン１１０の機械的な
振動により残響が発生する。この残響の残響時間は、セ
ンサ毎に異なるセンサ固有の残響時間である。これは、
センサ固有の残響時間であって、制御回路１４０ａが有
する学習モードにおいて、送信回路１２０から送信信号
を送信させ、受信部１３０からの受信信号から測定さ
れ、記憶回路１５０に記憶される。また、制御回路１４
０ａが有する検知モードにおいて、送信回路１２０から
送信信号を送信させ、受信回路１３０からの受信信号に
基づいて障害物の検出を行うとともに、この障害物検出
時の残響時間が測定される。そして、この測定した残響
時間と記憶回路１５０に記憶された残響時間とからセン
サ異常の判定が行われる。

【００１９】上記した説明において、センサの断線と
は、制御回路１４０ａから、発振回路１２０ａ、昇圧回
路１２０ｂ、マイクロフォン１１０、受信回路１３０ａ
および波形処理回路１３０ｂを経由して制御回路１４０
ａに接続される信号線のいずれかの断線である。また、
センサ異常とは、このようなセンサの断線の他に、マイ
クロフォンが凍結したり、マイクロフォンに異物が付着
したような状態である。

【００２０】図２（ａ）、（ｂ）に、センサの断線時お
よびマイクロフォンの凍結または異物付着時の受信回路
１３０ａ出力の残響波形を示す。ここで、ｔ１は記憶回
路１５０に記憶されているセンサ固有の残響時間であ
り、ｔ２は障害物検出時の残響波形である。また、ΔＴ
１、ΔＴ２はそれぞれ、センサの断線の判定時間、凍結
または異物付着の判定時間である。なお、図中における
波線は、センサ固有の残響波形であり、センサが正常な
場合はｔ２≒ｔ１となる。このように、センサの断線時
の残響波形は短く、マイクロフォンの凍結または異物付
着時の残響波形は、センサの断線時よりも長い。

【００２１】図２（ａ）のように、ｔ２＜ｔ１−ΔＴ１
の場合、すなわち、ΔＴ１＜ｔ１−ｔ２であって、セン
サ固有の残響時間ｔ１と障害物検出時の残響時間ｔ２の
差がセンサの断線の判定時間ΔＴ１よりも長い場合、セ
ンサ断線時のセンサ特性からセンサの断線と判定され
る。

【００２２】また、図２（ｂ）のように、ｔ１−ΔＴ１
＜ｔ２＜ｔ１−ΔＴ２の場合、すなわち、ΔＴ２＜ｔ１
−ｔ２＜ΔＴ１であって、センサ固有の残響時間ｔ１と
障害物検出時の残響時間ｔ２の差が凍結または異物付着
の判定時間ΔＴ２よりも長く、センサの断線の判定時間
ΔＴ１よりも短い場合、凍結または異物付着のセンサの
特性からセンサ異常と判定される。

【００２３】従来、センサの断線の判定時間ΔＴ１およ
び凍結または異物付着の判定時間ΔＴ２は、超音波の送
信開始時等を基準として決めていたため、センサの個体
差による残響時間のばらつきを考慮する必要があった。
しかし、本実施形態では、制御回路１４０ａは、記憶回
路１５０に記憶された残響時間ｔ１と障害物検出時の残
響時間ｔ２の差とセンサ異常の判定時間ΔＴ１、ΔＴ２
との大小関係からセンサ異常の判定を行っている。この
ように、センサ固有の残響時間ｔ１を予め測定して記憶
しておくことにより、センサの個体差による残響時間の
ばらつきとは関係なく、センサ異常の判定を正確に行う
ことができる。

【００２４】また、センサの断線の判定時間ΔＴ１と凍
結または異物付着の判定時間ΔＴ２を最適値に設定する
ことにより、障害物の検出を開始する時間（障害物の検
出開始時間）をより早く設定できるため、送信した時間
から反射波を受信するまでの時間が短い場合（すなわち
近距離に障害物がある場合）でも正確に距離を算出する
ことができる。なお、障害物検出は、残響による誤検出
を防ぐため、図２（ａ）、（ｂ）に示した受信期間中に
反射波の受信を行う。

【００２５】本実施形態での制御回路１４０ａの制御処
理を、図３に示すフローチャートに従って説明する。な
お、この制御回路１４０ａは、生産時の検査において、
他の検査と共にセンサ固有の残響時間ｔ１を測定して記
憶回路１５０に記憶させる検査モードと、高速道路の走
行時等、周囲に障害物が無い状況において、記憶回路１
５０に記憶されているセンサ固有の残響時間ｔ１を更新
する学習モードと、後方進行時等において、障害物を検
出する検知モードで動作する。 （検査モードでの動作）ＥＣＵ１４からセンサ１０に対
し検査モードのスタートが指示されると、制御回路１４
０ａは、以下の処理を行う。まず、ＥＣＵ１４からの通
信コマンドが検知モードであるか否かを判定する（ステ
ップ３０１）。この場合、検知モードではないのでＮＯ
と判定し、次に検査モードであるか否かを判定する（ス
テップ３０９）。そして、検査モードであるのでＹＥＳ
と判定し、検査モードを設定する（ステップ３１０）。
この検査モードでは、まず学習モードを設定し（ステッ
プ３１１）、送信部１２０に送信信号を送出して超音波
送信を行い（ステップ３１２）、受信部１３０からの受
信信号に含まれる残響から残響時間ｔ１を測定し（ステ
ップ３１３）、この測定した残響時間ｔ１を記憶回路１
５０に記憶させる（ステップ３１４）。そして、測定完
了として（ステップ３１５）、他の検査を行い（ステッ
プ３１６、３１７・・・）、ステップ３０１に戻る。 （学習モードでの動作）ＥＣＵ１４からセンサ１０に対
し学習モードのスタートが指示されると、制御回路１４
０ａは、ＥＣＵ１４からの通信コマンドが検知モードか
否かを判定する（ステップ３０１）。この場合、検知モ
ードではないのでＮＯと判定し、検査モードであるか否
かを判定する（ステップ３０９）。そして、検査モード
でないのでＮＯと判定し、次に学習モードを設定（ステ
ップ３１８）する。そして、送信部１２０に送信信号を
送出して超音波送信を行い（ステップ３１９）、受信部
１３０からの受信信号に含まれる残響から残響時間ｔ１
を測定し（ステップ３２０）、測定した残響時間ｔ１を
記憶回路１５０に記憶させる（ステップ３２１）。そし
て、測定を完了として（ステップ３２２）、ステップ３
０１に戻る。 （検知モードでの動作）ＥＣＵ１４からセンサ１０に対
し検知モードのスタートが指示されると、制御回路１４
０ａは、ＥＣＵ１４からの通信コマンドが検知モードか
否かを判定する（ステップ３０１）。この場合、検知モ
ードであるのでＹＥＳと判定し、検知モードを設定する
（ステップ３０２）。そして、送信部１２０に送信信号
を送出して超音波送信を行い（ステップ３０３）、受信
部１３０からの受信信号に含まれる残響から残響時間ｔ
２を測定する。そして、その残響時間ｔ２と記憶回路１
５０に記憶されている残響時間ｔ１の大小関係からセン
サの断線を確認し（ステップ３０４）、マイクロフォン
１１０の凍結または異物付着の確認する（ステップ３０
５）。この場合、ｔ２＜ｔ１−ΔＴ１であれば、センサ
の断線、ｔ１−ΔＴ１＜ｔ２＜ｔ１−ΔＴ２であれば、
凍結または異物付着によるセンサ異常であるとする。そ
して、センサが正常か否かを判定し（ステップ３０
６）、センサ異常の場合はＮＯと判定し、センサの断線
およびマイクロフォン１１０の凍結または異物付着の確
認の検出結果を通信回路１４０ｂを介してＥＣＵ１４に
送信する（ステップ３０８）。センサが正常の場合はス
テップ３０６でＹＥＳと判定し、送信部１２０に送信信
号を送出してから受信部１３０で反射波を受信するまで
の時間差から反射時間を測定し（ステップ３０７）、Ｅ
ＣＵ１４に対してセンサの正常および反射時間の検出結
果を通信回路１４０ｂを介して送信し（ステップ３０
８）、ステップ３０１に戻る。

【００２６】（第２実施形態）次に、第２の実施形態
を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。図４
に、第２の実施形態のブロック構成を示す。障害物検出
装置は、センサ２０とＥＣＵ２４を有しており、センサ
２０の電源端子２１、信号端子２２およびＧＮＤ端子２
３は、それぞれＥＣＵ２４の電源端子２５、信号端子２
６およびＧＮＤ端子２７とコネクタもしくはワイヤーハ
ーネスを介して接続されており、信号端子２２、２６を
介して通信を行っている。

【００２７】センサ２０は、マイクロフォン２００ａ、
受信回路２００ｂおよび昇圧回路２００ｃから構成され
ている。また、ＥＣＵ２４は、波形処理回路２４０ａ、
判定回路２４０ｂ、記憶回路２４０ｃ、制御回路２４０
ｄおよび発振回路２４０ｅから構成されている。

【００２８】これは、図１に示した第１の実施形態にお
いて、センサ１０を構成していた波形処理回路１３０
ｂ、判定回路１３０ｃ、記憶回路１５０、制御回路１４
０ａおよび発振回路１２０ａを、ＥＣＵ１４側で構成し
たものと同等であり、機能的には第１の実施形態と同じ
である。

【００２９】そして、図４に示すように、記憶回路２４
０ｃをＥＣＵ２４側で構成するようにしてもよい。

【００３０】（その他の実施形態）上記実施形態では、
学習モードにおいて、１回分のセンサ固有の残響時間ｔ
１を記憶回路１５０に記憶するようにしているが、通常
走行時からセンサ固有の残響時間ｔ１を複数回測定し、
それらの残響時間ｔ１を記憶回路１５０に記憶するよう
にしてもよい。このようにすれば、より精度の高いセン
サ異常の判定ができ、マイクロフォン１１０の経年変化
にも対応することができる。

【００３１】また、上記実施形態では、センサの異常の
判定時間ΔＴ１、ΔＴ２は定数としているが、センサ固
有の残響時間ｔ１を複数回測定して記憶回路１５０に記
憶し、それらの時間からセンサの異常の判定時間ΔＴ
１、ΔＴ２を決定するようにしてもよい。

【００３２】また、上記実施形態において、学習モード
はセンサが正常な場合に行われることを前提として説明
したが、センサ異常のときに学習モードが設定された場
合には、制御回路１４０ａは、送信信号を送信させて測
定された残響時間ｔ１と記憶回路１５０に記憶されたセ
ンサ固有の残響時間ｔ１を比較し、不適当と判定した場
合には、その時の残響時間ｔ１を記憶させないようにし
てもよい。

【００３３】なお、上記第１、第２実施形態において記
憶手段として記憶回路１５０、２４０ｃを示したが、例
えば、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはハードディスクでも
よく、要するに、制御回路１４０ａから書き込み、読み
出し可能な記憶媒体であればよい。

【００３４】本発明の実施にあたり、上記障害物検出装
置は、自動車で用いられる超音波センサに限ることな
く、各種の産業分野で採用される各種センサで用いられ
る障害物検出装置として使用されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態を適用したブロック構成を示す
図である。

【図２】第１の実施形態を適用したセンサの受信回路１
３０ａの出力波形を示す図である。

【図３】第１の実施形態を適用した制御回路１４０ａの
制御処理を示すフローチャートである。

【図４】第２の実施形態を適用したブロック構成を示す
図である。

【符号の説明】

１０、２０・・・センサ、１３０ａ、２００ｂ・・・受信回
路、１３０ｂ、２４０ａ・・・波形処理回路、１３０ｃ、
２４０ｂ・・・判定回路、１１０、２０ａ・・・マイクロフォ
ン、１５０、２４０ｃ・・・記憶回路、１４０ａ、２４０
ｄ・・・制御回路、１２０ｂ、２００ｃ・・・昇圧回路、１２
０ａ、２４０ｅ・・・発振回路、１４０ｂ・・・通信回路、１
４、２４・・・ＥＣＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H180 AA28 CC11 EE15 LL01 5J083 AA02 AB13 AC17 AC27 AC29 AD04 AE01 AF05 BA01 BE16 CA01 CA10 EC19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送信し、障害物から反射されて
   きた前記超音波を受信するマイクロフォン（１１０）
   と、 前記マイクロフォン（１１０）へ送信信号を送信する送
   信手段（１２０）と、 前記マイクロフォン（１１０）からの信号を受信する受
   信手段（１３０）と、 前記超音波の送信時に前記マイクロフォン（１１０）の
   機械的な振動により発生する残響の残響時間（ｔ１）を
   記憶する記憶手段（１５０）と、 学習モードと検知モードで動作するようになっており、
   前記学習モード時には、前記送信手段（１２０）から前
   記送信信号を送信させて前記残響時間（ｔ１）を測定
   し、この測定した残響時間（ｔ１）を前記記憶手段に記
   憶させ、前記検知モード時には、前記送信手段（１２
   ０）から前記送信信号を送信させ、前記受信手段（１３
   ０）からの前記受信信号に基づいて障害物の検出を行う
   とともに、この障害物検出時の前記残響時間（ｔ２）を
   測定し、この測定した残響時間（ｔ２）と前記記憶手段
   に記憶された残響時間（ｔ１）とからセンサ異常の判定
   を行う制御手段（１４０）と、を備えることを特徴とす
   る障害物検出装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段（１４０）は、前記記憶手
   段に記憶された残響時間（ｔ１）と前記障害物検出時の
   前記残響時間（ｔ２）の差と前記センサ異常の判定時間
   （ΔＴ１、ΔＴ２）との大小関係から前記センサ異常の
   判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の障害物検
   出装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段（１４０）は、前記学習モ
   ード時に前記残響時間（ｔ１）を複数回測定し、前記記
   憶手段（１５０）に前記残響時間（ｔ１）を記憶させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の障害物検出
   装置。