JP2010181208A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】
超音波を利用して物体を検知する超音波センサおいて、マイクロフォンに雪や霜等の異物が付着した時でも、残響時間延長による影響を排除して、障害物を検知可能な超音波センサを提供する。
【解決手段】
超音波を送受信するマイクロフォン１０１と、超音波を送信させるための送信回路１０３と、超音波を受信することにより得られる受信信号を増幅する増幅回路１０４と、増幅回路１０３により得られた受信信号に基づいて、物体を検知する検知回路１０５と、超音波を送信してから、検知回路１０５が検知を開始するまでの検知開始時間を設定する検知開始時間制御回路１０６と、マイクロフォン１０１の温度およびマイクロフォン１０１周辺の雰囲気温度を検知する温度検知回路１０７とを備え、検知開始時間制御回路１０６は、温度検知回路１０７により得られた温度に応じて、検知開始時間を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を利用して物体を検知する超音波センサに関するものである。

超音波センサとは、超音波を利用して検知エリアの障害物を検知する装置である。マイクロフォンから超音波を送信して障害物による反射波を受信し、送信してから受信するまでの時間を基に、障害物を検知している。

図４に従来の超音波センサのブロック構成図を示す。この超音波センサは、車両の周囲の障害物を検知する車両用超音波センサであって、車両のバンパー等外面に配置され、超音波の送受信素子であるマイクロフォン４０１と、車両内に配設され、マイクロフォン４０１の超音波送受信の処理を行う制御回路４０２から構成される。

ここで制御回路４０２とは、マイクロフォンに超音波送信させるための送信回路４０３と、送信した超音波の障害物による反射波をマイクロフォン４０１が受信し、その受信信号を増幅する増幅回路４０４と、増幅回路４０４により得られた受信信号に基づいて、物体を検知する検知回路４０５と、超音波センサを駆動するための電源回路４０６とから構成されている。

マイクロフォン４０１は、機械的振動によって超音波を送信するため、送信停止後も超音波振動が続く残響が発生する。残響中は反射波との判別が不可能なため、物体を検知することは出来ない。このため、残響の終了後より物体からの反射波の検知を開始するように設定されている。しかし、残響時間はマイクロフォン４０１の個体差により、ばらつきが発生するため、残響時間をある範囲内に調整するための機構を設けることや、マイクロフォン４０１の残響についての規格が必要となる。

また、マイクロフォン４０１は、車両の周囲に存在する障害物に向けて超音波を送信する必要があるため、車両のバンパー等外面に周囲に向けて露呈させるように配置されている。従って、冬季にはマイクロフォン４０１に雪や霜等が付着しやすい。

図２に雪が付着したマイクロフォン４０１の断面図を示す。マイクロフォン表面２０１に雪の結晶の一部が溶けて付着することにより、雪の結晶２０２が付着する。

マイクロフォン表面２０１に雪や霜等が付着すると、雪や霜等の結晶と共振することでマイクロフォン４０１を駆動している周波数以外の共振点が発生し、マイクロフォン４０１固有の残響波形に重畳されることで残響時間が延長される。

図５（ａ）（ｂ）に異物が付着する前後の超音波送信時のマイクロフォンの振動波形を示す。

図５（ａ）は異物が付着していない状態の超音波送信時のマイクロフォンの振動波形Ｙ１１である。超音波の送信時間をＴ５１、残響時間をＴ５２、超音波を送信してから検知を開始するまでの検知開始時間Ｔ５３とすると、下記式（１）が成立し、物体を検知することが出来る。

Ｔ５１＋Ｔ５２＜Ｔ５３ （１）
図５（ｂ）は異物が付着した状態での超音波送信時のマイクロフォンの振動波形Ｙ１２である。異物が付着していることで残響時間が延長される。残響時間をＴ５４とすると、下記式（２）および（３）が成立する。なお、図５（ａ）（ｂ）において、超音波の送信時間Ｔ５１は一定であり、検知開始時間Ｔ５３を１．４５ｍｓと設定している。

Ｔ５４＞Ｔ５２ （２）
Ｔ５１＋Ｔ５４＞Ｔ５３ （３）
検知開始時間Ｔ５３より、送信時間Ｔ５１と残響時間Ｔ５４の和が大きくなる。つまり、超音波検知回路４０５による検知開始後も残響が続いている状態となる。

その結果、残響を反射波として認識してしまい、実際には車両の周囲には障害物が存在しない状態でも、近距離に障害物が存在するように検知されてしまうという誤動作を招く。

そこで、残響時間を考慮した超音波センサの例として、特許文献１により開示されている従来例がある。

本従来例では、残響時間を測定する機能を備えており、正常時に学習モードで残響時間を記憶しておく。そして、検知モードで障害物の検知を行うと共に残響時間を測定し、学習モードで記憶した残響時間と比較して、マイクロフォンの異常を判断している。例えば、マイクロフォンが断線した場合には残響が発生しなくなり、マイクロフォンの凍結や異物の付着時には残響時間が変化する。このように、学習モード時に測定した残響時間は、マイクロフォン毎に異なる固有の残響時間であり、このマイクロフォン固有の残響時間と検知モード時の残響時間から、マイクロフォンの異常の判断を行っている。

特開２００３−２４８０５０号公報

特許文献１の従来例では、異物の付着によるマイクロフォンの異常を判断し、報知することは出来るが、異物の付着状態では物体の検知をすることが出来なくなる。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波を利用して物体を検知する超音波センサおいて、マイクロフォンに雪や霜等の異物が付着した時でも、残響時間延長による影響を排除して、障害物等の物体を検知可能な超音波センサを提供する。

請求項１の発明は、超音波を送受信するマイクロフォンと、当該マイクロフォンに超音波を送信させるための送信手段と、前記マイクロフォンが超音波を受信することにより得られる受信信号を増幅する増幅手段と、当該増幅手段により得られた受信信号に基づいて、物体を検知する検知手段と、前記マイクロフォンが超音波を送信してから、前記検知手段が検知を開始するまでの検知開始時間を設定する検知開始時間制御手段と、前記マイクロフォンの温度および前記マイクロフォン周辺の雰囲気温度を検知する温度検知手段とを備え、前記検知開始時間制御手段は、前記温度検知手段により得られた前記マイクロフォンの温度および前記マイクロフォン周辺の雰囲気温度に応じて、検知開始時間を制御することを特徴とする。

この発明によれば、温度検知手段でマイクロフォンの温度とマイクロフォン周辺の雰囲気温度を検知することにより、マイクロフォンに雪や霜等が付着しやすい状況を判断することができる。例えば、マイクロフォンの温度が１℃〜５℃かつ、マイクロフォン周辺の雰囲気温度が−１０℃以下の場合では、マイクロフォンの表面に雪が付着しやすくなる。このような状況において、検知開始時間制御手段が予め設定された検知開始時間を遅延させることにより、残響時間延長の影響を受けなくする。これにより、降雪時や低温時における雪や霜等のマイクロフォンの表面への付着時でも、誤動作を起こすことなく物体の検知を行うことができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、ユーザーの操作によって、検知開始時間を設定する信号を前記検知開始時間制御手段に出力する検知開始時間切り替え手段を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、ユーザーが検知開始時間を切替えることが出来る。例えば、ユーザーが降雪を確認した時に、検知開始時間を切替えることにより、故意に検知開始時間を遅延させることが出来る。これにより、マイクロフォンに雪や霜等の異物が付着した時に、残響時間延長による超音波センサの誤動作を未然に防ぐことが出来る。

以上説明したように、本発明では、超音波を利用して物体を検知する超音波センサにおいて、マイクロフォンに雪や霜等の異物が付着した時でも、残響時間延長による影響を排除して、障害物等の物体の検知をすることができるという効果がある。

実施形態のブロック構成図である。 雪が付着したマイクロフォンの断面図である。 検知開始時間が遅延したマイクロフォンの振動波形を示す図である。 従来の超音波センサのブロック構成図である。 同上の異物付着前後のマイクロフォンの振動波形を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
図１に超音波センサのブロック構成図を示す。

本実施形態は、車両の周囲の障害物を検知する車両用超音波センサであって、車両のバンパー外面に配置され、超音波の送受信素子であるマイクロフォン１０１と、車両内に配設され、マイクロフォン１０１の超音波送受信の処理を行う制御回路１０２とから構成される。

ここで制御回路１０２とは、マイクロフォン１０１に超音波送信させるための送信回路１０３と、送信した超音波の障害物による反射波をマイクロフォン１０１が受信し、その受信信号を増幅する増幅回路１０４と、増幅回路１０４により得られた受信信号に基づいて、物体を検知する検知回路１０５と、超音波を送信してから検知回路１０５が検知を開始するまでの検知開始時間を設定する検知開始時間制御回路１０６と、マイクロフォン１０１が配置されているバンパーの表面温度を測定するバンパー温度測定部１０７ａおよびマイクロフォン１０１周辺の雰囲気温度を測定する雰囲気温度測定部１０７ｂからなる温度検知回路１０７と、温度検知回路１０７で得られた温度をモニターし、検知開始時間制御回路１０６に温度信号として出力する通信回路１０８と、超音波センサを駆動するための電源回路１０９とから構成されている。

設定した検知エリア内に障害物が存在すると、マイクロフォン１０１から送信された超音波は障害物により反射される。その反射波をマイクロフォン１０１が受信し、受信信号が増幅回路１０４によって増幅され検知回路１０５に入力される。検知回路１０５にて、超音波を送信してから受信するまでに要した時間を基に、障害物が検知エリア内に存在するか判断し、ユーザーへ報知される。また、障害物との距離を算出してユーザーに報知する超音波センサもある。ユーザーへの報知手段として、ブザーや音声による警告や、ディスプレイやランプ等の表示による警告手段がある。

マイクロフォン１０１は、機械的振動によって超音波を送信するため、送信停止後も超音波振動が続く残響が発生する。残響中は反射波との判別が不可能なため、障害物を検知することが出来なくなる。そこで、検知開始時間制御回路１０６が残響時間を考慮して検知開始時間を設定しており、検知開始時間経過後に反射波の検知を開始している。

しかし、マイクロフォン１０１は車両の周囲に存在する障害物に向けて超音波を送信する必要があるため、車両のバンパー外面に周囲に向けて露呈させるように配置されている。従って、冬季にはマイクロフォン１０１に雪や霜等の異物が付着しやすい。

図２に雪が付着した状態のマイクロフォン１０１の断面図を示す。マイクロフォン表面２０１に雪の結晶の一部が溶けて付着することにより、雪の結晶２０２が付着する。

マイクロフォン表面２０１に雪や霜等が付着すると、雪や霜等の結晶と共振することでマイクロフォン１０１を駆動している周波数以外の共振点が発生し、マイクロフォン１０１固有の残響波形に重畳されることで、残響時間が延長される。そのため、検知回路１０５による検知開始後も残響が続いている状態となる。その結果、残響を反射波として認識してしまい、実際には車両の周囲には障害物が存在しない状態でも、近距離に障害物が存在するように検知されてしまうという誤動作を招く。

そこで、バンパー温度測定部１０７ａにてマイクロフォン１０１が配置されているバンパーの表面温度を測定し、さらに雰囲気温度測定部１０７ｂにてマイクロフォン１０１周辺の雰囲気温度を測定する。この２点の温度をモニターしている通信回路１０８から検知開始時間制御回路１０６に温度信号が出力され、その温度信号を基に検知開始時間制御回路１０６が雪や霜等の異物が付着しやすい状況を判断し、検知開始時間を遅延させる。それにより延長された残響時間の終了後に検知を開始することができ、誤動作を防止することができる。雪や霜等の異物が付着しやすい状況とは、バンパーの表面温度が０℃より高くかつ、雰囲気温度が氷点下の場合である。例えば、バンパーの表面温度が１℃〜５℃かつ、雰囲気温度が−１０℃以下のような場合である。以上のような条件下において、検知開始時間制御回路１０６が検知開始時間を遅延させる処理を行う。

図３に雪や霜等の異物が付着した状態での超音波送信時のマイクロフォン１０１の振動波形Ｙ１を示す。超音波の送信時間をＴ３１、残響時間をＴ３２、通常の検知開始時間をＴ３３、遅延後の検知開始時間をＴ３４とする。本実施形態では、通常の検知開始時間Ｔ３３を１．４５ｍｓ、遅延後の検知開始時間Ｔ３４を２〜２．５ｍｓと設定している。

ここで、温度検知回路１０７にて測定したバンパーの表面温度と雰囲気温度を通信回路１０８が温度信号として検知開始時間制御回路１０６に出力し、検知開始時間制御回路１０６が雪や霜等の異物が付着しやすい条件下にあるか否かを判断する。図３の条件では、バンパーの表面温度が１℃〜５℃かつ、雰囲気温度が−１０℃以下であるため、雪や霜等の異物が付着しやすい状況であると判断され、検知開始時間制御回路１０６は検知開始時間の遅延処理を行う。それにより、下記式（４）が成立する。

Ｔ３３＜Ｔ３１＋Ｔ３２＜Ｔ３４ （４）
通常の検知開始時間Ｔ３３の経過時は、残響が続いている状態であるが、遅延後の検知開始時間Ｔ３４の経過時は、残響が終了しており、障害物を検知することが出来る。

このような構成により、温度検知回路１０７にてマイクロフォン１０１が配置されているバンパーの表面温度およびマイクロフォン１０１周辺の雰囲気温度を測定し、その温度をモニターしている通信回路１０８が温度信号として検知開始時間制御回路１０６に出力する。その温度信号を基に検知開始時間制御回路１０６がマイクロフォン１０１に雪や霜等の異物が上記付着条件にあるか否かを判断し、バンパーの表面温度および雰囲気温度が上記条件と一致すると検知開始時間制御回路１０６が検知開始時間を遅延させる。それにより、雪や霜等の異物がマイクロフォン１０１に付着して残響時間が延長した場合でも、物体を検知することが出来る。

さらに本実施形態では、ユーザーが検知開始時間を設定することが出来るユーザー操作部１１０を備えている。ユーザー操作部１１０は検知開始時間制御回路１０６に接続されており、検知開始時間を設定する信号を検知開始時間制御回路１０６に出力する。検知開始時間制御回路１０６はユーザー操作部１１０から検知開始時間設定信号を受信すると、温度検知回路１０７で測定した温度にかかわらず、ユーザー操作部１１０からの検知開始時間設定信号に基づいて、検知開始時間を制御する。

ユーザー操作部１１０とは検知開始時間を、スイッチやダイヤルで段階的に設定するものや、ボリュームやレバーで連続的に設定するものや、ディスプレイを用いて設定するもの等があり、ユーザーが操作することによって検知開始時間を設定することができ、その設定に応じた検知開始時間設定信号を出力する手段である。

これにより、例えばユーザーが目視でマイクロフォン１０１に雪や霜等の付着を確認した場合や、運転中に降雪してきた場合など、ユーザー操作部１１０で検知開始時間を予め遅延させておくことで、超音波センサの誤動作を防止することができる。

また本発明では、マイクロフォン１０１の表面温度とマイクロフォン１０１周辺の雰囲気温度を用いて、検知開始時間制御回路１０６が検知開始時間を制御するのであるが、本実施形態においては、マイクロフォン１０１が配置されているバンパーの表面温度を、マイクロフォン１０１の表面温度と略同一とみなして、温度検知回路１０７はバンパーの表面温度と雰囲気温度を測定している。この他にもマイクロフォン１０１の表面温度と略同一とみなせる箇所であるならば、その箇所を測定してもよい。

また本実施形態ではマイクロフォン１０１をバンパーに配置した場合について例示しているが、マイクロフォン１０１をサイドミラーやサイドドア、バックドア等に配置してもよい。

１０１ マイクロフォン
１０２ 制御回路
１０３ 送信回路
１０４ 増幅回路
１０５ 検知回路
１０６ 検知開始時間制御回路
１０７ 温度検知回路
１０７ａ バンパー温度測定部
１０７ｂ 雰囲気温度測定部
１０８ 通信回路
１０９ 電源回路
１１０ ユーザー操作部

Claims (2)

1. 超音波を送受信するマイクロフォンと、当該マイクロフォンに超音波を送信させるための送信手段と、前記マイクロフォンが超音波を受信することにより得られる受信信号を増幅する増幅手段と、当該増幅手段により得られた受信信号に基づいて、物体を検知する検知手段と、前記マイクロフォンが超音波を送信してから、前記検知手段が検知を開始するまでの検知開始時間を設定する検知開始時間制御手段と、前記マイクロフォンの温度および前記マイクロフォン周辺の雰囲気温度を検知する温度検知手段とを備え、前記検知開始時間制御手段は、前記温度検知手段により得られた前記マイクロフォンの温度および前記マイクロフォンの周辺温度に応じて、検知開始時間を制御することを特徴とする超音波センサ。
2. ユーザーの操作によって、検知開始時間を設定する信号を前記検知開始時間制御手段に出力する検知開始時間切り替え手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のある超音波センサ。

Images