JP2010197342A - 物体検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 送信素子Aから送信され、受信素子C,Dにより受信された受信波は、それぞれ障害物以外からの反射波である不要波RC1〜RC3,RD1〜RD3と、障害物反射波RC4,RD4とから構成される。振幅(電圧)が閾値Vthを超えており、かつ、その閾値Vthを超えたときの受信時間の受信素子C,D間における受信時間差Δtが規定時間ta以下である障害物反射波RC4,RD4を検出したときに障害物が存在すると判定する。
【選択図】 図8
Description
さらに、上記距離の最大値および最小値の差分が5cm未満であり、かつ、角度の最大値および最小値の差分が40°未満の場合は、上記の乱反射判定用距離との比較ではなく、検知した障害物の位置と接触判定線とを比較して接触か回避かの判定を行う。
したがって、送信波を送信してから物体が存在すると判定するまでの応答性を良くすることができる。
なお、乱反射物とは、表面に凹凸を有し、送信波を乱反射する性質を有する物であり、例えば、アスファルト、コンクリート、砂利、土などにより形成された路面などである。
そこで、上記の第4の特徴のように、上記の加算値が閾値を超えた波の組を検出すれば、上記の時間差が規定時間以下となる波の組を検出したことになる。
そこで、上記の第5の特徴のように、上記の相関係数が規定値を超えた波の組を検出すれば、上記の時間差が規定時間以下となる波の組を検出したことになる。
例えば、図12に示すように、受信素子Cにより受信された障害物反射波(物体からの反射波)RC4の後部と、不要波(物体以外からの反射波)RC3の前部とが重複することが起こり得る。この場合、障害物検出装置は、障害物反射波RC4と不要波RC3とを識別できないし、障害物反射波RC4の電圧V(レベル)が第1の閾値Vth1を超えたポイントP2は、不要波RC3の中に隠れているため、障害物反射波RC4が第1の閾値Vth1を超えたことを検出することができない。
そこで、電圧Vが第1の閾値Vth1を超えているが、各受信素子における受信時間の時間差が規定時間を超えている波の組を検出した場合は、さらに、その検出した波の組の電圧Vが第1の閾値Vth1よりも大きい第2の閾値Vth2を超えており、かつ、電圧Vが第2の閾値Vth2を超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間以下であるか否かを検出し、それが検出された場合に物体が存在すると判定する。
したがって、障害物反射波および不要波が重複することによって、障害物が存在するにも拘わらず、障害物が存在しないと判定する可能性を低くすることができる。
そこで、上記の第9の特徴のように、時間差が規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、加算値が閾値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けすれば、判定の精度をより一層高めることができる。
そこで、上記の第10の特徴のように、時間差が規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、相関係数が規定値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けすれば、判定の精度をより一層高めることができる。
そこで、上記の第13の特徴のように、規定距離差を受信素子間の間隔に設定し、その規定距離差以下となる波の組を検出することで物体の存在を判定することが可能になる。
この発明に係る第1実施形態について図を参照しながら説明する。以下の各実施形態では、この発明に係る物体検出装置として、障害物を検出するために車両に備えられた超音波センサを例に挙げて説明する。
最初に、この実施形態に係る超音波センサの配置例について、それを概略的に示した模式図である図1を参照して説明する。
次に、超音波センサ10〜13の構造について図2を参照して説明する。図2(a)は、リヤバンパ4の一部を示す正面図、(b)は、超音波センサ10の構造を示す正面図である。
次に、超音波センサの主な電気的構成について図を参照して説明する。
図3は、各超音波センサの主な電気的構成をブロックで模式的に示す説明図である。各超音波センサ10〜13に搭載された各送信制御部20および受信制御部30は、LANケーブル40を通じてECU2と接続されている。
ECU2はコンピュータであり、CPU2a、ROM2b、RAM2c、I/O2dおよびこれらを接続するバス2eなどによって構成される。
この実施形態では、CPU2aは、各超音波センサの送信素子Aに対して送信波の送信指示を行い、受信素子B,C,Dに対しては反射波の受信指示を行う。例えば、送信波の送信指示は、配列方向の一端の超音波センサ10から配列順に行い、配列方向の他端の超音波センサ13に対して送信指示を行うと、次は、超音波センサ13から折り返して配列順に超音波センサ10まで送信指示を行う。つまり、送信指示は、超音波センサの配列順に往復して行う。
換言すると、CPU2aは、超音波で障害物を走査して検出するように各超音波センサに指示を行い、その走査方向は往復方向でもよいし、反復方向でもよい。さらには、送信指示の順序はランダムであってもよい。
また、反射波の受信指示は、送信波の送信指示と同時に行ってもよいし、常に受信状態となるように指示してもよい。
送信制御部20は、ECU2の送信指示に基づき送信信号を生成して送信素子Aに出力する部分である。図4は、図3に示す送信制御部20の構成をブロックで模式的に示す説明図である。送信制御部20は、発振回路20aおよび駆動回路20bを備える。
図5は、障害物の位置を検出する手法を示す説明図である。送信波が送信された時間と、反射波が受信された時間との時間差に基づいて障害物までの距離を求める。また、水平方向に配列された受信素子C,Dによってそれぞれ受信された反射波の位相差に基づいて障害物の水平方位を求める。さらに、垂直方向に配列された受信素子B,Dによってそれぞれ受信された反射波の位相差に基づいて障害物の垂直方位を求める。
図6は、図3に示す受信制御部30の構成をブロックで模式的に示す説明図である。図8は、受信素子C,Dの受信波の一例を示す説明図である。受信制御部30は、受信素子B,C,Dから送られてきた信号に基いて、その信号が障害物の反射波であるか否かを判定し、反射波であると判定したときは、その反射波に基づいて障害物の位置を算出する部分である。
アンプ31a〜31cは、それぞれ受信素子B〜Dから出力された信号を所定の増幅率で増幅する。A/D変換・直交復調部32a〜32cは、それぞれアンプ31a〜31cから出力された信号をデジタル信号に変換し、その変換されたデジタル信号を直交復調する。
振幅・位相算出部33は、A/D変換・直交復調部32aによって求めた同相成分I1および直交成分Q1を用いて受信素子Bにおける反射波の振幅および位相を算出し、A/D変換・直交復調部32bによって求めた同相成分I2および直交成分Q2を用いて受信素子Cにおける反射波の振幅および位相を算出し、A/D変換・直交復調部32cによって求めた同相成分I3および直交成分Q3を用いて受信素子Dにおける反射波の振幅および位相を算出する。
この出願の発明者らは、障害物からの反射波形は、各受信素子において略同一となるが、路面などの乱反射物では反射点が複数存在し、無数の反射波が合成、干渉するため、受信素子の位置によって反射波形が異なることに着目した。そして、各受信素子での反射波が閾値を超えたタイミングの各受信素子間で生じる時間差(受信時間差)が規定時間を超えている場合は、障害物が存在しないと判定し、上記の時間差が規定時間以下の場合に、障害物が存在すると判定することができることを開発した。
受信時間検出部35は、送信素子Aが送信波を送信したタイミングから、受信素子B,C,Dが受信した受信波を構成する波のうち、所定の波の振幅が閾値Vthを超えたタイミングになるまでに要した時間を検出する。そして、受信時間検出部35は、検出した受信時間示す受信時間データを障害物判定部36に渡す。この実施形態では、受信時間検出部35が検出した時間を、受信素子が反射波を受信した受信時間として扱う。
障害物判定部36は、受信時間検出部35から受け取った受信時間データに基づいて、障害物が存在するか否かを判定する。障害物判定部36は、受け取った受信時間データのうち、受信素子C,Dの各受信波間で対応する波の組の各受信時間データを参照し、受信時間の時間差Δtを各波の組毎に算出する。そして、その算出した時間差Δtが規定時間ta以下であるか否かを判定する。
従って、障害物判定部36は、算出した時間差Δtが規定時間ta以下の波の組を検出したときに障害物が存在すると判定する。換言すると、時間差Δtが規定時間taを超える波を検出したときは障害物ではなく、送信波を乱反射する乱反射物であると判定する。
なお、受信時間差に音速(超音波の伝搬速度)を乗じて距離差Δxを算出し、その距離差Δxが規定距離差d以下の場合に、障害物が存在すると判定することもできる。
位置算出部37は、障害物の位置(超音波センサ10から障害物までの距離および障害物の方位)を算出する。障害物の位置を算出する対象となるのは、障害物判定部36において障害物が存在すると判定されたときの判定の対象となった波の組である。超音波センサ10から障害物までの距離は、送信素子Aが送信波を送信したときのタイミングから、基準とする受信素子、たとえば受信素子Cの受信波形において、障害物として判定された波の振幅が閾値Vthを超えたタイミングまでに要した時間tc4に送信波の伝搬速度を乗じて算出する。
ここで、各復調信号の位相差Δφを算出するために、先ず、基準素子とする受信素子Cの受信波形において障害物と判定された波の振幅が閾値を超えたタイミング以降の複数のサンプルポイントにおいて、各復調信号の位相差を示す位相差ベクトルDefを算出する。位相差ベクトルDefは、受信信号の大きさを反映したものであり、次の式(2)により算出する。
次に、ECU2に備えられたCPU2aおよび各超音波センサ10〜13が実行する障害物検出処理の流れについて、それを示す図11のフローチャートを参照して説明する。例えば、CPU2aは、車両の変速機が後退(バック)に選択されたことをトリガーとして以下に示す障害物検出処理を実行する。
上述の第1実施形態に係る障害物検出装置10を用いれば、振幅(電圧)が閾値Vthを超えており、かつ、振幅が閾値Vthを超えた時間の各受信素子間における時間差Δtが規定時間ta以下となる波の組が検出された場合に障害物が存在すると判定することができる。
したがって、送信波の送信および反射波の受信を複数回行う必要がないため、送信波を送信してから障害物が存在すると判定するまでの応答性を良くすることができる。
次に、この発明の第2実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係る障害物検出装置は、反射波に対して複数の閾値を用いてレベル判定を行うことにより、障害物の判定精度を高めることを特徴とする。図12は、反射波と2つの閾値との関係を示す説明図である。
しかし、反射波が重複しており、各ポイントP2は、反射波RC3,RD3の中に隠れているため、各ポイントP2は、閾値Vth1を超えたポイントとしては処理できない。
つまり、本来であれば、障害物が存在すると判定されるべきところ、反射波が重複しているために障害物が存在しないと判定されるという事態が起こり得る。
次に、この発明の第3実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係る障害物検出装置は、2つの受信素子により受信された反射波間の相関係数に基づいて障害物の存在を判定することを特徴とする。図13(a)は、2つの受信素子により受信された反射波の説明図であり、同図(b)は相関係数の変化を示すグラフである。
したがって、正の相関があるときに一方の受信素子の受信波の振幅(電圧)が増加すると、他方の受信素子の受信波の振幅(電圧)も増加する。一方、負の相関があるときに一方の受信素子の受信波の振幅が増加すると、他方の受信素子の受信波の振幅は減少する。
つまり、各受信素子の受信波に対する規定時間間隔毎の相関係数を算出し、その算出した相関係数が規定値以上か否かを判定する。そして、その判定において肯定判定した場合に障害物が存在すると判定する。
各受信素子における受信波のうち、振幅が閾値を超えた波の組であって相互に対応する波の受信時間差Δtが規定時間ta以下であり、かつ、相関係数が規定値を超えた波の組を検出した場合に障害物が存在すると判定することもできる。
この判定手法を用いれば、受信時間差および相関係数の一方のみに基いて障害物の存在を判定する場合よりも判定の精度を高めることができる。
次に、この発明の第4実施形態について説明する。この実施形態に係る障害物検出装置は、各受信素子における受信波の振幅を時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値を超えた波の組を検出した場合に障害物が存在すると判定する。
つまり、各受信素子における受信波の振幅を時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値を超えたか否かを判定する。そして、その判定において肯定判定した場合に障害物が存在すると判定する。
各受信素子における受信波のうち、振幅が閾値を超えた波の組であって相互に対応する波の受信時間差Δtが規定時間ta以下であり、かつ、振幅の加算値が閾値を超えた波の組を検出した場合に障害物が存在すると判定することもできる。
この判定手法を用いれば、受信時間差および振幅の加算値の一方のみに基いて障害物の存在を判定する場合よりも判定の精度を高めることができる。
次に、この発明の第5実施形態に図を参照して説明する。図14は、この実施形態に係る障害物検出装置の主な電気的構成をブロックで模式的に示す説明図である。
この実施形態に係る障害物検出装置10は、障害物検出装置10の環境温度を測定する温度センサ15を備える。
そこで、受信時間検出部35は、温度センサ15によって測定された環境温度に応じて受信時間を補正するようにする。そして、障害物判定部36は、補正された受信時間に基いて各受信素子間の受信時間差をΔtを算出する。
(1)前述の各実施形態では、素子Aを送信用として用い、素子B,C,Dを受信用として用いたが、どの素子を送信用または受信用とするかは、使用状況に応じて変更することができる。また、素子A〜Dを送受信兼用とすることもできる。例えば、素子Aを送受信用として用い、素子B,C,Dを受信用として用いる。そして、素子A,Bおよび素子C,Dにおける各位相差の平均値を求め、その平均値に基づいて障害物の水平方位を求める。また、素子A,CおよびB,Dにおける各位相差の平均値を求め、その平均値に基づいて障害物の垂直方位を求める。この構成によれば、障害物の位置の検出精度をより一層高めることができる。
この構成によれば、障害物の検出範囲を縦方向に広げることができるため、地表面から離れた位置に存在する障害物を高精度で検出することができる。例えば、駐車場の壁面から前方へ突出した障害物や上方から下方へ突出した障害物などを検出することができる。
(4)超音波センサ10〜13が実行する処理の一部または前部をECUが実行するように構成することもできる。
A・・送信素子、B,C,D・・受信素子。
Claims (16)
- 送信波を送信する少なくとも1つ以上の送信素子と、前記送信波の物体からの反射波を受信可能な少なくとも2つ以上の受信素子と、を備えており、各受信素子が受信した各反射波間の位相差に基づいて前記物体の存在を検出する物体検出装置であって、
前記各受信素子が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、レベルが規定レベルを超えており、かつ、前記レベルが前記規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間以下となる波の組を検出する検出手段と、
前記検出手段により、前記レベルが前記規定レベルを超えており、かつ、前記時間差が前記規定時間以下となる波の組が検出された場合に前記物体が存在すると判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする物体検出装置。 - 前記判定手段は、
前記検出手段が、前記各受信素子が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、レベルが規定レベルを超えているが前記時間差が前記規定時間を超えている波の組を検出した場合に、前記物体は、前記送信波を乱反射する乱反射物であると判定することを特徴とする請求項1に記載の物体検出装置。 - 前記乱反射物は地面、網状物および草木のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項2に記載の物体検出装置。
- 前記検出手段は、
前記各受信素子が受信した各反射波のレベルを時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値を超えた波の組を検出するものであ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つに記載の物体検出装置。 - 前記検出手段は、
前記各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、相互に対応する波間の相関係数を規定時間間隔毎に算出し、その算出した相関係数が規定値を超えた波の組を検出するものであ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つに記載の物体検出装置。 - 前記検出手段は、
前記各受信素子が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、レベルが第1の規定レベルを超えているが、前記レベルが前記第1の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間を超えた波の組を検出した場合は、さらに、その検出した波の組のレベルが前記第1の規定レベルよりも大きい第2の規定レベルを超えており、かつ、レベルが前記第2の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間以下であるか否かを検出し、
前記判定手段は、
前記検出手段により、前記検出した波の組のレベルが前記第2の規定レベルを超えており、かつ、レベルが前記第2の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が前記規定時間以下であることが検出された場合に前記物体が存在すると判定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つに記載の物体検出装置。 - 前記検出手段は、
前記時間差が前記規定時間以下であり、かつ、前記加算値が前記閾値を超えている波の組を検出するものであることを特徴とする請求項4に記載の物体検出装置。 - 前記検出手段は、
前記時間差が前記規定時間以下であり、かつ、前記相関係数が前記規定値を超えている波の組を検出するものであることを特徴とする請求項5に記載の物体検出装置。 - 前記時間差が前記規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、前記加算値が前記閾値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けする重み付け手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の物体検出装置。
- 前記時間差が前記規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、前記相関係数が前記規定値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けする重み付け手段を備えることを特徴とする請求項8に記載の物体検出装置。
- 前記時間差は、前記受信素子および物体間の距離に対して受信素子間で生じる距離差に対応することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の物体検出装置。
- 前記時間差および前記送信波の速度に基いて前記距離差を算出し、その算出した距離差および規定距離差を前記時間差および規定時間に代えて用いることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の物体検出装置。
- 前記規定距離差は、前記受信素子間の間隔であることを特徴とする請求項12に記載の物体検出装置。
- 前記送信波は超音波であり、
環境温度を測定する環境温度測定手段を備えており、
前記検出手段は、前記環境温度測定手段により測定された環境温度に応じて前記時間差を補正することを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1つに記載の物体検出装置。 - 前記送信波は超音波であり、
環境温度を測定する環境温度測定手段を備えており、
前記検出手段は、前記環境温度測定手段により測定された環境温度に応じて前記送信波の速度を補正することを特徴とする請求項12または請求項13に記載の物体検出装置。 - 前記少なくとも1つ以上の送信素子と、前記少なくとも2つ以上の受信素子と、前記検出手段と、前記物体が存在すると判定する判定手段とを車両に備えてなることを特徴とする請求項1ないし請求項15のいずれか1つに記載の物体検出装置。
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