JP2005241511A - 車両周辺障害物警告装置及びこれに用いる信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 障害物までの距離、方向を視覚的に認識できドライバーにとって使い勝手の良い車両周辺障害物警告装置を提供する。
【解決手段】 本発明の車両周辺障害物警告装置は、車両に設置されて超音波を発射する送信機１０Ａ〜１０Ｄと送信機１０Ａ〜１０Ｄから発射された超音波の反射波を受信する受信機１１Ａ〜１１Ｄとからなる超音波センサと、車内に設置されて画像を表示するモニタ２３と、モニタ２３の画面２３Ａに車両パターンを表示する画像信号を生成すると共に障害物により反射された超音波の反射波の波形の時間的変化状態を車両から障害物までの距離の変化状態パターンとしてモニタ２３の画面２３Ａに視覚的に表示する画像信号を生成する信号処理装置１７Ａとを備えている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、超音波センサを用いた車両周辺障害物警告装置及びこれに用いる信号処理装置に関する。

従来から、車両周辺障害物警告装置には、超音波センサを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、図１に示すように、車両１の後部に車幅方向に間隔を開けて複数個の超音波センサ２〜５を設けたものがある。その超音波センサ２〜５は、図２に示すように、送信機６と受信機７とから概略構成され、送信機６から矩形状のパルス波Ｐを発射し、障害物８で反射された反射波Ｑを受信機７で受信する。

受信機７で受信する反射波Ｑはパルス波Ｐに対して波形がくずれたものとなるが、スレッシュレベルＬを設けて、スレッシュレベルＬよりも大きい振幅の強度が得られた時点を受信ポイントとする。

このとき、超音波の速度（音速）をＣとし、超音波センサ２〜５から障害物８までの距離をＬとし、パルス波Ｐの発射時点からスレッシュレベルＬよりも大きい振幅の強度が得られた時点までの時間をＴとすると、
Ｌ＝Ｔ×Ｃ／２
という公式により、距離Ｌを求めることができる。

障害物８の距離Ｌが求まったときには、ブザー等の警告音によりドライバーに知らせる方法やブザーの音色を距離Ｌに応じて変える方法や間欠音の種類を変えてドライバーに知らせるようにしている。また、図３に示すように、ドライバーのインストルメントパネルの適宜箇所に自車両の絵図９とこの絵図９の周囲に超音波センサの配設位置に対応する表示ランプ１０を配設し、障害物８を検知したとき、その障害物８を検知した超音波センサに対応する表示ランプ１０’を点灯させると共にブザーで警告する方法も採用されている。
特開平６−２２２１３６号公報

ところで、車載用の超音波センサは車両１に固定されており、車両１に対して移動又は角度を変更できるように設けられていないため、車両１が停止又は後退している場合には、超音波センサに対する車幅方向（左右方向）の位置情報を取得できず、超音波センサの有効検出範囲に障害物８が存在するときにのみ、超音波センサから障害物８までの距離Ｌが得られるのみである。

すなわち、１個の超音波センサからは１個の位置情報しか得られないので、超音波センサの設置個数が少ないと粗い位置情報しか得られない。通常、コストと精度との兼ね合いから、図１に示すように、車両１の後部には４個程度の超音波センサを設けるのが一般的である。

しかし、ドライバーの大半は、当初は使用していたとしても、通常、超音波センサのスイッチを切った状態で、運転を行っているのが現状である。

というのは、ドライバーにとって、必要と感じていないときにも頻繁にブザーがなり、ドライバーが煩わしさを感じること、スレッシュレベル、距離設定をドライバーが調節できないために、使いにくいという印象を与えていることに原因があるからである。

要するに、インタフェースが貧弱であることに起因する。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、障害物までの距離、方向を視覚的に認識できドライバーにとってなじみやすくかつ使い勝手の良い車両周辺障害物警告装置及びこれに用いる信号処理装置を提供するところにある。

請求項１に記載の車両周辺障害物警告装置は、車両に設置されて超音波を発射する送信機と該送信機から発射された超音波の反射波を受信する受信機とからなる超音波センサと、車内に設置されて画像を表示するモニタと、該モニタの画面に車両パターンを表示する画像信号を生成すると共に障害物により反射された超音波の反射波の波形の時間的変化状態を車両から障害物までの距離の変化状態パターンとして前記モニタの画面に視覚的に表示する画像信号を生成する信号処理装置とを備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の車両周辺障害物警告装置は、前記反射波の波形の振幅の大きさに応じて色分け表示したことを特徴とする。

請求項３に記載の車両周辺障害物警告装置は、前記超音波センサが車両の後部に複数個車幅方向に間隔を開けて設けられ、各超音波センサの検出範囲毎に区分して前記反射波の波形の時間的変化状態を前記車両から前記障害物までの距離の変化状態パターンとして前記モニタの画面に視覚的に表示することを特徴とする。

請求項４に記載の車両周辺障害物警告装置は、前記超音波センサは前記画像信号の垂直同期信号に同期して超音波信号を発射することを特徴とする。

請求項５に記載の車両周辺障害物警告装置は、前記反射波の波形の振幅が閾値を超えた時点で警告音を発生させることを特徴とする。

請求項６に記載の信号処理装置は、車内に設置されて画像を表示するモニタの画面に車両パターンを表示する画像信号を生成すると共に、超音波センサにより発射されて障害物により反射された超音波の反射波の波形の時間的変化状態を車両から障害物までの距離の変化状態パターンとして前記モニタの画面に視覚的に表示する画像信号を生成することを特徴とする。

本発明に係わる車両周辺障害物警告装置及びこれに用いる信号処理装置によれば、単なるビープ音で警告するのではなく、視覚的情報を用いてドライバーに障害物の存在を警告することができるので、リヤカメラを見ているような感覚で運転操作を行うことができ、ドライバーにとってなじみ易くかつ使い勝手の良いものとなる。

また、あたかも超音波レーダを見ているような感覚を抱くことができ、エンターテーメント的要素を持っているので、ドライバーにこの装置を使わせる積極的誘因となる。

以下に、本発明に係わる車両周辺障害物警告装置及び信号処理装置の実施例を図面を参照しつつ説明する。

図４は本発明に係わる車両周辺障害物警告装置のブロック回路図である。その図４において、１０Ａ〜１０Ｄは超音波センサの送信機、１１Ａ〜１１Ｄは超音波センサの受信機であり、図１に示す超音波センサ２〜５と同様の位置関係で、車両１の後部に車幅方向に間隔を開けて配置される。その送信機１０Ａ〜１０Ｄは送信用パルス発生器１２Ａ〜１２Ｄからの矩形波状のパルスによって駆動され、送信機１０Ａ〜１０Ｄは超音波パルスを車両１の後方に向かって発射する。

受信機１１Ａ〜１１Ｄは障害物からの反射波を受信し、その反射波はアナログ電気信号に変換されて、アンプリファイア１３Ａ〜１３Ｄにより増幅され、その増幅されたアナログ電気信号はＡ／Ｄコンバータ１４に入力される。Ａ／Ｄコンバータ１４の機能は後述する。なお、この図４では、送信機１０Ａ〜１０Ｄと受信機１１Ａ〜１１Ｄとは別体の構成とされているが、送信機１０Ａ〜１０Ｄと受信機１１Ａ〜１１Ｄとが一体構成のものであっても良い。

その送信用パルス発生器１２Ａ〜１２Ｄは信号処理装置１７Ａの一部を構成するビデオSYNC信号発生器（ビデオ同期信号発生器）１５からの同期信号に基づき駆動される。そのビデオSYNC信号発生器１５はシステムクロック発生器１６からのクロック信号に基づき垂直同期信号（VSYNC）と水平同期信号（HSYNC）とを生成する。

その垂直同期信号は送信用パルス発生器１２Ａ〜１２Ｄとマッピングコントローラ１７とブザー制御回路１８とデジタルエンコーダ１９とに入力される。水平同期信号はマッピングコントローラ１７とブザー制御回路１８とデジタルエンコーダ１９とに入力される。

マッピングコントローラ１７には、システムクロック発生器１６からのクロック信号が入力されることにより、マッピングコントローラ１７はクロック信号と垂直同期信号と水平同期信号とに基づき、アドレス信号と切り換え信号とリード信号（ＲＤ）とライト信号（ＷＲ）とを生成する。アドレス信号はパターンＲＯＭ２０とワークメモリ２１とに向かって出力され、リード信号ＲＤとライト信号ＷＲとはワークメモリ２１に向かって出力され、切り換え信号は映像切り換えスイッチ２２に向かって出力される。

パターンＲＯＭ２０には後述する液晶モニタの画面に表示すべき自車両の絵や線、数値等のデータが格納され、アドレスにより指定された映像データがマッピングコントローラ１７と映像切り換えスイッチ２２とに向けて出力される。なお、液晶モニタ２３には例えばナビゲーションシステムに用いるものを利用する。

デジタルエンコーダ１９はその映像データをＮＴＳＣの映像信号に変換する役割を果たす。その映像データに基づく映像信号は液晶モニタ２３に入力され、図４に示すように、パターンＲＯＭ２０のデータがデジタルエンコーダ１９に入力されるように映像切り換えスイッチ２２が接続されている状態のときには、液晶モニタ２３の画面２３Ａには、図５に示す映像が表示される。この図５では、液晶モニタ２３の画面２３Ａの上部に自車両１の後部が描画により表示されていると共に、各超音波センサによる検出範囲と後部からの距離とが描画されている。その図５において、符号１Ａは自車両の後部を示し、符号１Ｂは後部最右側の超音波センサ（送信機１０Ａと受信機１１Ａ）による検出範囲を示し、符号１Ｃは後部中央右側の超音波センサ（送信機１０Ｂと受信機１１Ｂ）による検出範囲を示し、符号１Ｄは後部中央左側の超音波センサ（送信機１０Ｃと受信機１１Ｃ）による検出範囲を示し、符号１Ｅは後部最左側の超音波センサ（送信機１０Ｄと受信機１１Ｄ）による検出範囲を示している。

Ａ／Ｄコンバータ１４とワークメモリ２１とは反射波に基づく描画を描くために用いられる。そのＡ／Ｄコンバータ１４は、増幅された電気信号をサンプリングするのに用いられ、図６に示すように、ここでは、そのサンプリング期間はある垂直同期信号から次の同期信号の期間内とされている。

垂直同期信号（VSYNC）が送信用パルス発生器１２Ａ〜１２Ｄに入力されると、各送信機１０Ａ〜１０Ｄから同時に矩形波状の超音波パルスが送信され、障害物が存在するとその反射波が各受信機１１Ａ〜１１Ｄのいずれかに受信される。その反射波の波形の形状及び強度は距離及び障害物の形状等に依存する。

この図６では、受信機１１Ａと受信機１１Ｃとから反射波に基づく受信信号（１Ｃｈ、３Ｃｈ）が得られた状態が示されている。その受信機１１Ａ〜１１Ｄから障害物までの距離は、超音波パルスが発射されてからその反射波が受信機１１Ａ〜１１Ｄに到達するまでの時間によって求められ、この図６では、受信機１１Ｂ、受信機１１Ｄからの受信信号（２Ｃｈ、４Ｃｈ）は微弱である状態が示されている。

ワークメモリ２１は、ここでは、図４に示すように、二分割されてメモリＡとメモリＢとに区分けされており、時分割方式によって読み書きが行われるようになっている。その書き込み対象は、反射波に基づく受信信号の振幅強度である。書き込み時間間隔を一定とすることにより、その超音波パルスが発射されてから受信信号が得られるまでの時間間隔がわかるので、障害物までの距離に関するデータも得られる。

超音波センサによる計測はある垂直同期信号から次の垂直同期信号が入力されるまでの期間内に１回行われ、垂直同期信号が入力されるたびに、メモリＡに書き込みが行われかつメモリＢから読み出しが行われている処理とメモリＡから読み出しが行われかつメモリＢに書き込みが行われる処理とが交互に実行されるようになっている。

そのメモリＡへの書き込み、メモリＡからの読み出し、メモリＢへの書き込み、メモリＢからの読み出しはマッピングコントローラ１７のライト信号ＷＲ、リード信号ＲＤ及びアドレス信号を用いて行われる。

その図４では、メモリＡに書き込みが行われ、メモリＢから読み出しが行われており、その読み出し信号は色データ変換回路２４とブザー制御回路１８とに入力される。そのメモリＢからの読み出しデータは、現在の垂直同期信号よりも一つ手前の垂直同期信号の際に発射された超音波パルスの反射波に基づき得られたものである。

なお、ワークメモリ２１を２個用いたわけは、一方のメモリに書き込みを行っている際中に他方のメモリから非同期で読み出しを行うことができるからであり、コストの問題を無視すれば、物理的に２個のメモリをワークメモリとして用いることもできる。

色データ変換回路２４は、信号の強度データをＲＧＢの色データに変換する。この変換方式には、例えば信号の強度データをアドレス値に指定してそのデータとしてＲＧＢの色データを書き込んだＲＯＭを用いるＲＯＭ変換方式が用いられる。

そのＲＧＢの色データに変換されたデータは映像切り換えスイッチ２２に入力される。パターンＲＯＭ２０には、描画範囲を切り換えるためのデータが記憶されており、マッピングコントローラ１７はその描画範囲を切り換えるためのデータに基づき反射波に基づくデータを描くように映像切り換えスイッチ２２を切り換える。

その色データに変換されたデータは、映像切り換えスイッチ２２を介してデジタルエンコーダ１９に入力され、これによりＮＴＳＣの映像信号に変換されて、図７に示すように車両後部の画像と共に液晶モニタ２３の画面２３Ａに合成表示される。

その図７には、液晶モニタ２３の画面２３Ａに障害物により反射された反射波Ｑの時間的変化状態が後部１Ａから障害物までの距離の変化状態パターン１Ｆとして視覚的に表示されている。

ここでは、車両の後部最右側から２ｍの箇所に障害物が存在するのと、車両後部中央左側から１ｍの箇所に障害物が存在するのとを視覚的に認識できる。

また、受信信号の振幅が小さい場合には、寒色系（青色系）で表示し、受信信号の振幅が大きければ暖色系（赤色系）で表示することにすれば、障害物への遠近感が視覚的により一層迅速に判断できる。

その図７において、例えば、１Ｇは振幅強度の大きい赤色系で表示された帯域であり、１Ｈは比較的振幅強度の小さい寒色系の帯域を示し、１Ｊは振幅強度の微弱な帯域を示している。なお、この図７では、例示として帯域を直線によって仕切っているが、色は連続的に変化しているものである。

これにより、ドライバーはあたかもリアカメラにより見ていると同様な感覚でバック操作を行うことができることになる。

また、スレッシュレベル設定回路２４’によりスレッシュレベルを設定し、スレッシュレベルを超えた時点でブザー２５を鳴らすようにすれば、視覚と聴覚とによりドライバーは障害物に対する安全性を判断できることになる。

この場合、スレッシュレベルとして、距離に対するレベルと受信信号の振幅強度に対するレベルとの双方を用い、このスレッシュレベルをドライバーが調節できるものとすれば、より一層使い勝手の良いものとすることができる。このスレッシュレベルの設定手段としては、押しボタンスイッチ、可変抵抗器等の手段が用いられる。

なお、距離に対するスレッシュレベルは、読み取りデータのデータ個数に換算して設定できる。

また、なお、この実施例では、４個の超音波センサを用いることにしたが、これに限られるものではなく、１個でも良く、個数を増やせば増やすほど、検出精度が高い車両周辺障害物警告装置の精度の向上が高いものとなる。

従来の車両周辺障害物警告装置の一例を示す図であって、超音波センサを車両の後部に配設した状態を示す説明図である。 超音波センサの原理を説明するための図である。 従来の超音波センサの配設状態を示す絵図とランプとの位置関係を示す説明図である。 本発明に係わる車両周辺障害物警告装置のブロック回路図である。 本発明に係わる液晶モニタの画面に表示された自車両の後部と超音波センサの検出範囲とを示す説明図である。 本発明に係わる画像信号と超音波センサから発射された超音波パルスと反射波との三者の関係を示すタイミングチャートである。 モニタの画面に、障害物により反射された超音波の反射波の波形の時間的変化状態を車両から障害物までの距離の変化状態パターンと車両のパターンとを表示した状態を示す説明図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｄ…送信機
１１Ａ〜１１Ｄ…受信機
１７Ａ…信号処理装置
２３…モニタ
２３Ａ…画面

Claims (6)

1. 車両に設置されて超音波を発射する送信機と該送信機から発射された超音波の反射波を受信する受信機とからなる超音波センサと、車内に設置されて画像を表示するモニタと、該モニタの画面に車両パターンを表示する画像信号を生成すると共に障害物により反射された超音波の反射波の波形の時間的変化状態を車両から障害物までの距離の変化状態パターンとして前記モニタの画面に視覚的に表示する画像信号を生成する信号処理装置とを備えていることを特徴とする車両周辺障害物警告装置。
2. 前記反射波の波形の振幅の大きさに応じて色分け表示したことを特徴とする請求項１に記載の車両周辺障害物警告装置。
3. 前記超音波センサが車両の後部に複数個車幅方向に間隔を開けて設けられ、各超音波センサの検出範囲毎に区分して前記反射波の波形の時間的変化状態を前記車両から前記障害物までの距離の変化状態パターンとして前記モニタの画面に視覚的に表示することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両周辺障害物警告装置。
4. 前記超音波センサは前記画像信号の垂直同期信号に同期して超音波信号を発射することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両周辺障害物警告装置。
5. 前記反射波の波形の振幅が閾値を超えた時点で警告音を発生させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両周辺障害物警告装置。
6. 車内に設置されて画像を表示するモニタの画面に車両パターンを表示する画像信号を生成すると共に、超音波センサにより発射されて障害物により反射された超音波の反射波の波形の時間的変化状態を車両から障害物までの距離の変化状態パターンとして前記モニタの画面に視覚的に表示する画像信号を生成することを特徴とする信号処理装置。

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