JP2016038794A

JP2016038794A - 音検出装置

Info

Publication number: JP2016038794A
Application number: JP2014162886A
Authority: JP
Inventors: 悠川▲瀬▼; Hisashi Kawase; 充保松浦; Mitsuyasu Matsuura; 川真田　進也; Shinya Kawamata; 進也川真田; 清人埴田; Kiyoto Hanida
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2016-03-22

Abstract

【課題】走行風の音を利用して異常判定を行う音検出装置において、異常判定の精度を向上させることができる音検出装置を提供する報知部。【解決手段】音検出装置１０ａでは、異常判定部４６により、速度Ｖが速度閾値以上であり、信号レベルＰが信号レベル閾値Ｐｔｈ未満であるときに、異常判定が行われる。信号レベル演算部４４は、走行風領域の周波数成分の信号レベルそれぞれに周波数成分ごとの係数ａｆ（Ｖ）を乗じた値を新たな信号レベルＰとして演算し、速度が低いほど、低周波数側の周波数成分の係数ａｆｎ（Ｖ）を大きくするとともに高周波数側の周波数成分の係数ａｆｍ（Ｖ）を小さくし、速度が高いほど、低周波数側の周波数成分の係数ａｆｎ（Ｖ）を小さくするとともに高周波数側の周波数成分の係数ａｆｍ（Ｖ）を大きくするため、速度Ｖによる走行風の音の変化を利用して精度良く異常判定を行うことができる。【選択図】図１

Description

本発明は、音検出装置に関する。

車両の外部の障害物を検知するための超音波検知器のために、車両の外部の音を検出する装置が開発されている。例えば、特許文献１には、マイクロフォンにより超音波信号を送信及び受信することにより、車両の外部の障害物の有無を検知する装置が開示されている。特許文献１の装置では、マイクロフォンに雪等が付着したことにより、走行風による音等が検出できず、マイクロフォンが送信した超音波の残響波のみが存在する信号が観測された場合、障害物が検知不能である旨を使用者に警告し、注意を促す。

特開平５‐０５２９５２号公報

ところで、車両の外部の環境音が大きい場合には、走行風の音との区別が付き難く、異常判定の精度が低下するという問題がある。そのため、走行風の音を利用して異常判定を行う音検出装置においては、さらに異常判定の精度を向上させることが望まれている。

そこで本発明は、走行風の音を利用して異常判定を行う音検出装置において、異常判定の精度を向上させることができる音検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面は、車両の外部の音及び車両の走行風の音を検出する位置に配置されたマイクロフォンを備える車両の音検出装置であって、車両の速度を取得する速度取得部と、マイクロフォンから出力された音信号から走行風領域の周波数成分の信号レベルを演算する信号レベル演算部と、速度が速度閾値以上であり、信号レベルが信号レベル閾値未満であるときに、異常判定を行う異常判定部とを備え、信号レベル演算部は、走行風領域の周波数成分の信号レベルそれぞれに周波数成分ごとの係数を乗じた値を新たな信号レベルとして演算し、速度が低いほど、低周波数側の周波数成分の係数を大きくするとともに高周波数側の周波数成分の係数を小さくし、速度が高いほど、低周波数側の周波数成分の係数を小さくするとともに高周波数側の周波数成分の係数を大きくする音検出装置である。

この構成によれば、異常判定部により、速度が速度閾値以上であり、信号レベルが信号レベル閾値未満であるときに、異常判定が行われるため、低速での雑音の影響を低減して、異常判定の精度を向上させることができる。

また、車両の速度が低いほど、走行風による音信号は低周波側の周波数成分の信号レベルが相対的に大きくなるとともに高周波数側の周波数成分の信号レベルが相対的に小さくなる。一方、車両の速度が高いほど、走行風による音信号は低周波側の周波数成分の信号レベルが相対的に小さくなるとともに高周波数側の周波数成分の信号レベルが相対的に大きくなる。そこで、上記の構成によれば、信号レベル演算部は、走行風領域の周波数成分の信号レベルそれぞれに周波数成分ごとの係数を乗じた値を新たな信号レベルとして演算し、速度が低いほど、低周波数側の周波数成分の係数を大きくするとともに高周波数側の周波数成分の係数を小さくし、速度が高いほど、低周波数側の周波数成分の係数を小さくするとともに高周波数側の周波数成分の係数を大きくするため、速度による走行風の音の変化を利用して精度良く異常判定を行うことができる。

この場合、マイクロフォンに、走行風により走行風領域の風切音を発生する風切音発生部を備えていてもよい。

風切音発生部が走行風領域の風切音を発生することにより、走行風領域における走行風による音信号の周波数成分の信号レベルを任意に設定することができる。

また、異常判定部が異常判定を行ったときに、車両のドライバーに異常を報知する報知部をさらに備えてもよい。

この構成によれば、異常判定部が異常判定を行ったときに、報知部により、車両のドライバーに異常が報知される。このため、ドライバーは音検出装置の異常を把握することができる。

上記本発明の一側面によれば、速度による走行風の音の変化を利用して精度良く異常判定を行うことができる。

第１実施形態の音検出装置を示すブロック図である。車両へのマイクロフォンの配置の一例を示す斜視図である。車両へのマイクロフォンの配置の別の例を示す斜視図である。周波数成分ごとの速度に応じた信号レベルを示すグラフである。低速度における周波数成分ごとの信号レベルを示すグラフである。第１実施形態の音検出装置の動作のメインフローを示すフローチャートである。第１実施形態のマイクロフォンの異常検出処理を示すフローチャートである。第２実施形態の音検出装置を示すブロック図である。第２実施形態の風切音発生部を示す正面図である。図９のＡ−Ａ線による断面図である。周波数成分ごとの風切音発生部の有無に対する信号レベルを示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る音検出装置について詳細に説明する。以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、音検出装置１０ａは、マイクロフォン２１、速度センサ３１、ＥＣＵ４０、スピーカ５１及びディスプレイ６１を備えている。

図１に示す第１実施形態に係る音検出装置１０ａは車両に搭載され、例えば、見通しの悪い場所で、マイクロフォン２１により、歩行者の足音や他の車両のエンジン音を検出するための装置である。本実施形態の音検出装置１０ａでは、音検出装置１０ａの異常判定を行うための機能を有する。異常判定とは、例えば、マイクロフォン２１の音孔に泥、雪等が詰まり、マイクロフォン２１が車両の外部の音を検出できない状態であるか否かを判定することを意味する。また、異常判定には、マイクロフォン２１及び音検出装置１０ａの回路の断線等により、音検出装置１０ａが車両の外部の音を検出できない状態であるか否かを判定することを含む。

マイクロフォン２１は、車両の外部の音を検出する。マイクロフォン２１は、例えば、コンデンサ型、ムービングコイル型のマイクロフォンを適用することができる。マイクロフォン２１は、車両の外部の音及び車両の走行風の音を検出する位置に配置されている。図２に示すように、マイクロフォン２１は、例えば、車両１００の車体前部１１０に配置される。また、図３に示すように、マイクロフォン２１は、ドアミラー１２０の底部に配置されていてもよい。マイクロフォン２１は、必ずしもその集音部が車両１００の前方に向いている必要はなく、車両１００の外部にその集音部が向き、車両１００の走行風の音を検出する位置に配置されていればよい。マイクロフォン２１は、音信号をＥＣＵ４０に出力する。

速度センサ３１は、車両１００の車速を検出するためのセンサである。速度センサ３１としては、例えば、車輪の回転速度を信号として検出する車輪速センサが用いられる。車輪速センサは、例えば、コイルと磁極で構成され、ドライブシャフト又はアクスルハブ等の車輪と一体に回転する部分に形成された歯車状のロータの外周と対向するように配置される。この車輪速センサでは、ロータの回転によりコイルを通過する磁束が変化するため、車輪の回転速度に応じた交流信号が出力される。速度センサ３１は、車輪の回転速度に応じた信号をＥＣＵ４０に送信する。

ＥＣＵ（electronic control unit）４０は、音検出装置１０ａを制御するコンピュータである。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ及び入出力インターフェイス等を備える。ＥＣＵ４０は、アンプ部４１、フーリエ変換部４２、速度取得部４３、信号レベル演算部４４、信号レベル閾値設定部４５、異常判定部４６及び報知部４７を備える。ＥＣＵ４０のハードウェアが予め定められたプログラムに従って動作することにより、ＥＣＵ４０のハードウェアが、アンプ部４１、フーリエ変換部４２、速度取得部４３、信号レベル演算部４４、信号レベル閾値設定部４５、異常判定部４６及び報知部４７として機能する。ＥＣＵ４０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。

アンプ部４１は、マイクロフォン２１から出力された音信号を増幅する。アンプ部４１により増幅された音信号はスピーカ５１に出力される。アンプ部４１は、音信号の周波数成分ごとの増幅率を変更可能とされていてもよい。

フーリエ変換部４２は、マイクロフォン２１から出力された音信号を複数の周波数成分にフーリエ変換する。フーリエ変換部４２は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）によりフーリエ変換を行うことができる。フーリエ変換部４２は、周波数ｆの周波数成分の信号レベルＳ（ｆ）を演算する。フーリエ変換部４２により演算された周波数ｆの周波数成分の信号レベルＳ（ｆ）は、信号レベル演算部４４に出力される。

速度取得部４３は、速度センサ３１から送信された信号により、車両１００の速度を取得する。速度取得部４３により取得された速度に関する情報は、信号レベル演算部４４、信号レベル閾値設定部４５及び異常判定部４６に出力される。

信号レベル演算部４４は、マイクロフォン２１から出力された音信号から走行風領域の周波数成分の信号レベルを演算する。走行風領域とは、走行風による音信号を適切に取得できる周波数帯域を意味する。走行風領域は、例えば、２０Ｈｚ〜５ｋＨｚの周波数帯域に設定することができる。

信号レベル演算部４４は、フーリエ変換部４２による算出結果を用いて、走行風領域の周波数帯域ｆ_ｎ≦ｆ≦ｆ_ｍにおいて複数の周波数成分の信号レベルＳ（ｆ_ｎ）〜Ｓ（ｆ_ｍ）を抽出する。信号レベル演算部４４は、速度取得部４３により取得された車両１００の速度Ｖを用いて、下式（１）のように、複数の周波数成分の信号レベルＳ（ｆ）それぞれに周波数成分ごとの係数ａ_ｆ（Ｖ）を乗じた値の加算値を走行風による音の新たな信号レベルＰとして演算する。
Ｐ＝Σａ_ｆ（Ｖ）・Ｓ（ｆ） …（１）

図４に示すように、車両の速度が低いほど、走行風による音信号は低周波側の周波数成分の信号レベルが相対的に大きくなるとともに高周波数側の周波数成分の信号レベルが相対的に小さくなる。一方、車両の速度が高いほど、走行風による音信号は低周波側の周波数成分の信号レベルが相対的に小さくなるとともに高周波数側の周波数成分の信号レベルが相対的に大きくなる。そのため、複数の周波数成分の信号レベルＳ（ｆ_ｎ）〜Ｓ（ｆ_ｍ）の中で、速度Ｖが低いほど、低周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｎ（Ｖ）を大きくするとともに高周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｍ（Ｖ）を小さくし、速度Ｖが高いほど、低周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｎ（Ｖ）を小さくするとともに高周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｍ（Ｖ）を大きくする。一般的に、信号レベル演算部４４が演算する走行風の信号レベルＰは、速度Ｖが高いほど大きくなる。しかし、係数ａ_ｆ（Ｖ）の値を適宜設定することにより、信号レベル演算部４４は、信号レベルＰの値を全ての速度域でほぼ同じ値になるように演算してもよい。

図５は、車両１００が時速２０〜４０ｋｍで走行している際の走行風による周波数成分を示す。図５に示すように、車両１００が低速で走行しているときには、低い周波数の周波数成分の信号レベルが大きくなっている。そのため、信号レベル演算部４４は、速度Ｖが、例えば、２０ｋｍ／ｈ〜４０ｋｍ／ｈであるときは、走行風領域を５００Ｈｚ以下の周波数帯域に設定することができる。信号レベル演算部４４が演算した信号レベルＰは、異常判定部４６に送信される。

信号レベル閾値設定部４５は、速度取得部４３により取得された車両１００の速度Ｖを用いて、信号レベル閾値Ｐ_ｔｈを設定する。信号レベル閾値Ｐ_ｔｈとは、マイクロフォン２１が正常に走行風による信号レベルＰを検出できているか否かを判定するための閾値である。信号レベル閾値設定部４５は、例えば、速度Ｖに対してマイクロフォン２１が検出する走行風による信号レベルＰの９５〜８０％の値を信号レベル閾値Ｐ_ｔｈに設定することができる。

信号レベル閾値設定部４５は、一般的には、速度Ｖが高いほど、大きな信号レベル閾値Ｐ_ｔｈを設定する。ただし、上述したように、係数ａ_ｆ（Ｖ）の値を適宜設定することにより、信号レベル演算部４４が信号レベルＰの値を全ての速度域でほぼ同じ値になるように演算する場合には、信号レベル閾値設定部４５は、速度Ｖに関わらず、同じ信号レベル閾値Ｐ_ｔｈを設定しても良い。信号レベル閾値設定部４５が設定した信号レベル閾値Ｐ_ｔｈは、異常判定部４６に送信される。

異常判定部４６は、速度Ｖが速度閾値以上であり、信号レベルＰが信号レベル閾値Ｐ_ｔｈ未満であるときに、異常判定を行う。速度閾値とは、走行風による信号レベルＰを用いて異常判定をするために十分な速度Ｖで車両１００が走行しているか否かを判断するための閾値である。速度閾値は、例えば、１０ｋｍ／ｈ〜３０ｋｍ／ｈに設定することができる。異常判定部４６の判定結果は報知部４７に送信される。

報知部４７は、異常判定部４６がマイクロフォン２１が異常であると判定した際に、スピーカ５１又はディスプレイ６１に制御信号を送信して、車両１００のドライバーに異常を報知する。

スピーカ５１は、例えば、車両１００のインストルメントパネル裏に設けられたスピーカ、車両１００の運転席のドア内側に設けられたスピーカ、ＥＣＵ４０の内蔵スピーカ等のうち少なくとも一つを含んでいる。スピーカ５１は、ＥＣＵ４０の報知部４７からの制御信号に応じて警報音又は音を出力する。

ディスプレイ６１は、例えば、コンビネーションメータのＭＩＤ、インストルメントパネルのセンターディスプレイ、ＨＵＤ等のうち少なくとも一つを含んでいる。ディスプレイ６１は、ＥＣＵ４０の報知部４７からの制御信号に応じてディスプレイに表示を行う。

以下、本実施形態の音検出装置１０ａの動作について説明する。まず、音検出装置のメインフローについて説明する。図６に示すように、異常判定処理が行われる（Ｓ１１）。マイクロフォン２１の異常判定が行われない場合は（Ｓ１２）、マイクロフォン２１により、車両１００の外部の音が検出される（Ｓ１３）。ＥＣＵ４０のアンプ部４１は、マイクロフォン２１の音信号を増幅する（Ｓ１４）。増幅された音信号により、スピーカ５１は車両１００の外部の音を出力する（Ｓ１５）。一方、マイクロフォン２１の異常検出処理でマイクロフォン２１に異常が有る場合は（Ｓ１２）、後述するように、ＥＣＵ４０の報知部４７は異常を報知する（Ｓ１６）。

次にマイクロフォン２１の異常判定処理について説明する。図７に示すように、ＥＣＵ４０の速度取得部４３により車両１００の速度Ｖが取得される（Ｓ２１）。上述したように、ＥＣＵ４０の信号レベル演算部４４により、走行風による音信号の信号レベルＰが演算される（Ｓ２２）。また、ＥＣＵ４０の信号レベル閾値設定部４５により、速度Ｖに応じた信号レベル閾値Ｐ_ｔｈが設定される（Ｓ２３）。ＥＣＵ４０の異常判定部４６は、速度Ｖが上述した速度閾値以上であり、且つ信号レベルＰが信号レベル閾値Ｐ_ｔｈであるか否かを判定する（Ｓ２４）。異常判定部４６が異常判定を行ったときは、ＥＣＵ４０の報知部４７は、スピーカ５１又はディスプレイ６１を用いて、車両１００のドライバーに異常を報知する（Ｓ２５）。

本実施形態では、異常判定部４６により、速度Ｖが速度閾値以上であり、信号レベルＰが信号レベル閾値Ｐ_ｔｈ未満であるときに、異常判定が行われるため、低速での雑音の影響を低減して、異常判定の精度を向上させることができる。

また、車両の速度が低いほど、走行風による音信号は低周波側の周波数成分の信号レベルが相対的に大きくなるとともに高周波数側の周波数成分の信号レベルが相対的に小さくなる。一方、車両の速度が高いほど、走行風による音信号は低周波側の周波数成分の信号レベルが相対的に小さくなるとともに高周波数側の周波数成分の信号レベルが相対的に大きくなる。そこで、本実施形態によれば、信号レベル演算部４４は、走行風領域の周波数成分の信号レベルそれぞれに周波数成分ごとの係数ａ_ｆ（Ｖ）を乗じた値を新たな信号レベルＰとして演算し、速度が低いほど、低周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｎ（Ｖ）を大きくするとともに高周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｍ（Ｖ）を小さくし、速度が高いほど、低周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｎ（Ｖ）を小さくするとともに高周波数側の周波数成分の係数ａ_ｆｍ（Ｖ）を大きくするため、速度Ｖによる走行風の音の変化を利用して精度良く異常判定を行うことができる。

また、異常判定部４６が異常判定を行ったときに、報知部４７により、車両１００のドライバーに異常が報知される。このため、ドライバーは音検出装置の異常を把握することができる。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。図８に示すように、本実施形態の音検出装置１０ｂでは、マイクロフォン２１に、走行風により走行風領域の風切音を発生する風切音発生部２２を備えている。図９及び図１０に示すように、風切音発生部２２は、マイクロフォン２１を支持するマイクロフォン支持部２４に配置されている。マイクロフォン２１は、その集音部を円筒形状のマイクロフォン支持部２４の開口部２６に向けて支持されている。開口部２６には、円盤状の風切音発生部２２が風切音発生部支持部２５により支持されている。風切音発生部２２には、複数のスリット部２３が設けられている。スリット部２３を介して、マイクロフォン２１は車両１００の外部の音を検出することができる。また、スリット部２３は車両１００の走行風により、走行風領域内で予め設定された周波数成分の風切音を発生する。

例えば、図１１に示すように、風切音発生部２２がある場合には、風切音発生部２２が無い場合に比べて高い周波数成分を大きくすることができる。したがって、例えば、マイクロフォン２１により検出することが望まれる周波数帯域とは異なる風切音を風切音発生部２２により発生させることにより、車両１００の外部の音の検出の妨げにならずに、マイクロフォン２１の異常を判定することができる。

本実施形態の音検出装置１０ｂの動作は、上記第１実施形態と同様に行われる。信号レベル演算部４４は、風切音発生部２２が発生する風切音の周波数成分に合わせて係数ａ_ｆ（Ｖ）を設定し、信号レベル閾値設定部４５は速度Ｖに対して風切音発生部２２が発生する風切音に応じた信号レベル閾値Ｐ_ｔｈを設定する。

本実施形態では、風切音発生部２２が走行風領域の風切音を発生することにより、走行風領域における走行風による音信号の周波数成分を任意に設定することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。

１０ａ，１０ｂ…音検出装置、２１…マイクロフォン、２２…風切音発生部、２３…スリット部、２４…マイクロフォン支持部、２５…風切音発生部支持部、２６…開口部、３１…速度センサ、４０…ＥＣＵ、４１…アンプ部、４２…フーリエ変換部、４３…速度取得部、４４…信号レベル演算部、４５…信号レベル閾値設定部、４６…異常判定部、４７…報知部、５１…スピーカ、６１…ディスプレイ、１００…車両、１１０…車体前部、１２０…ドアミラー。

Claims

車両の外部の音及び前記車両の走行風の音を検出する位置に配置されたマイクロフォンを備える前記車両の音検出装置であって、
前記車両の速度を取得する速度取得部と、
前記マイクロフォンから出力された音信号から走行風領域の周波数成分の信号レベルを演算する信号レベル演算部と、
前記速度が速度閾値以上であり、前記信号レベルが信号レベル閾値未満であるときに、異常判定を行う異常判定部と、を備え、
前記信号レベル演算部は、
前記走行風領域の前記周波数成分の前記信号レベルそれぞれに前記周波数成分ごとの係数を乗じた値を新たな前記信号レベルとして演算し、
前記速度が低いほど、低周波数側の前記周波数成分の前記係数を大きくするとともに高周波数側の前記周波数成分の前記係数を小さくし、前記速度が高いほど、低周波数側の前記周波数成分の前記係数を小さくするとともに高周波数側の前記周波数成分の前記係数を大きくする、音検出装置。
前記マイクロフォンに、前記走行風により前記走行風領域の風切音を発生する風切音発生部を備えた、請求項１に記載の音検出装置。
前記異常判定部が前記異常判定を行ったときに、前記車両のドライバーに異常を報知する報知部をさらに備えた、請求項１又は２に記載の音検出装置。