JP2016075526A

JP2016075526A - 物体検知装置

Info

Publication number: JP2016075526A
Application number: JP2014205012A
Authority: JP
Inventors: 巧麻中川; Takuma Nakagawa
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: EP3203261A4; US10295666B2; WO2016051805A1; EP3203261A1; EP3203261B1; US20170285168A1; JP6403055B2

Abstract

【課題】誤検知を抑えながらも検知距離の短縮が抑えられる物体検知装置を提供する。【解決手段】物体検知装置は、送信波が検知範囲内の物体４によって反射された反射波を受信する第１〜第３受信部１１〜１３と、これらの出力に基づいて回避の必要な物体４の有無を判定する判定部２とを備える。判定部２は、送信波が送信されてから受信部１１〜１３に反射波が受信されるまでの受信時間に基づいて、物体が存在すると推定される第１座標Ｑ１及び第２座標Ｑ２を演算し、第１座標Ｑ１と第２座標Ｑ２との間の距離に基づいて、回避の必要の有無を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、物体検知装置に関する。

従来、自動車に搭載され、検知範囲に対して送信波を送信するとともに検知範囲内の物体で反射された反射波を受信することで物体を検知する物体検知装置が提供されている。上記の物体検知装置は、例えば物体が検知されたときに自動的にブレーキをかけるといった自動制御に用いられる。

ところで、例えば縁石のように背が低く自動車にとって乗り越えることが可能な物体は、衝突を避ける必要がない。そこで、自動車に搭載される物体検知装置においては、上記のように背が低い物体が検知されてしまうという誤検知を避けるため、ある程度低い物体は検知範囲に入らないように設計されていた（例えば、特許文献１）。具体的には、送信波の送信方向は水平方向とされており、車体が傾いて上記のような背の低い物体が検知範囲に入ってしまう可能性がある場合には反射波の受信のゲインが低下されることで検知範囲が縮小されていた。

特開２０００−３４６９３６号公報

しかしながら、上記のように検知範囲が縮小されると、物体を検知可能な距離（以下、「検知距離」と呼ぶ。）まで短縮されてしまう。

本発明の目的は、誤検知を抑えながらも検知距離の短縮が抑えられる物体検知装置を提供することにある。

本発明に係る物体検知装置は、検知範囲に対して送信波を送信する送信部と、前記送信部から送信された送信波が前記検知範囲内の物体によって反射された反射波を受信する第１受信部、第２受信部、並びに第３受信部と、前記第１受信部、前記第２受信部、並びに前記第３受信部の出力に基づいて、回避の必要な物体の有無を判定する判定部とを備え、前記判定部は、前記送信部が送信波を送信してから前記第１受信部に反射波が受信されるまでの第１受信時間と、前記送信部が送信波を送信してから前記第２受信部に反射波が受信されるまでの第２受信時間とに基づいて、物体が存在すると推定される第１座標を演算し、前記第２受信時間と、前記送信部が送信波を送信してから前記第３受信部に反射波が受信されるまでの第３受信時間とに基づいて、物体が存在すると推定される第２座標を演算し、前記第１座標と前記第２座標との間の距離を所定の基準距離と比較し、前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離未満である場合には前記物体は回避の必要があると判定し、前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離以上である場合には前記物体は回避の必要がないと判定することを特徴とする。

上記の物体検知装置において、前記判定部は、前記第２受信時間と、前記送信部が送信波を送信してから前記第３受信部に２回以上の所定回数の反射波が受信されるまでの第４受信時間とに基づいて、物体が存在すると推定される第３座標を演算し、前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離以上である場合であっても、前記第３座標と前記第１座標との間の距離が前記基準距離未満である場合には、前記物体は回避の必要があると判定することが望ましい。

上記の物体検知装置において、前記判定部は、前記第１受信時間と前記第２受信時間と前記第３受信時間とのうち少なくとも１個を用いて、回避の必要な物体における反射波の強度が超えると推定される基準閾値を導出し、前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離以上である場合であっても、前記第１受信部に受信された反射波の強度と、前記第２受信部に受信された反射波の強度と、前記第３受信部に受信された反射波の強度との、全てが前記基準閾値以上であった場合には、前記判定部は、前記物体は回避の必要があると判定することが望ましい。

上記の物体検知装置において、前記第１受信部と前記第３受信部とは互いに異なる高さに配置されていることが望ましい。

本発明によれば、送信波を反射した物体の背が低く回避の必要がないにも関わらず回避の必要があると判定されてしまうという誤検知が抑えられる。また、検知範囲を縮小することで上記のような物体の検知を避ける場合に比べ、検知距離の短縮が抑えられる。

本発明の実施形態に係る物体検知装置の動作であって、送信波を反射した物体がポールである場合の動作を示す説明図である。上記の物体検知装置における受信部の配置の一例を前側から見た状態を示す説明図である。図２の例を左側から見た状態を示す説明図である。上記の物体検知装置の動作であって、送信波を反射した物体が壁である場合の動作を示す説明図である。上記の物体検知装置の動作であって、送信波を反射した物体が２個である場合の動作を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態の物体検知装置は、図１に示すように、それぞれ入射した超音波の強度に応じた電圧値の出力を生成する４個の受信部１１〜１４と、各受信部１１〜１４の出力に基づいて、回避の必要がある物体４（以下、「障害物」と呼ぶ。）の有無を判定する判定部２とを備える。回避の必要がない（つまり障害物ではない）と判定されるべき物体４は、高さ１０ｃｍ程度の低い段差や道路鋲や縁石など、自動車３にとって乗り越えることが可能な程度に背の低い物体４である。

各受信部１１〜１４は、それぞれ、圧電素子と、圧電素子と判定部２との間に介在して増幅やノイズ除去といった適宜の信号処理を行う信号処理回路とを備える。

上記４個の受信部１１〜１４の圧電素子は自動車３の前側または後側に左右に並べて固定される。すなわち、判定部２は、自動車３の前方または後方に形成される所定の検知範囲における障害物の有無を判定する。以下、左右方向は図１を基準として説明する。また、図１の上下方向を前後方向と呼ぶ。つまり、各受信部１１〜１４において反射波を受ける面が向けられて検知範囲が形成される方向（図１での上方）を前方と呼ぶ。

各受信部１１〜１４は、それぞれ、自動車３にとって乗り越えることが可能な（つまり障害物ではないとされる）物体４の高さよりも高い位置に配置されている。

また、受信部１１〜１４のうち、中央に配置された２個の受信部１２，１３は、判定部２から入力される信号に従って圧電素子を駆動する駆動回路を備えており、検知範囲に対して送信波を送信する送信部としても機能する。また、図２及び図３に示すように、上記２個の受信部１２，１３は、他の２個の受信部１１，１４よりも高い位置に配置されている。

以下、受信部１１〜１４を、左から順に、第１受信部１１、第２受信部１２、第３受信部１３、第４受信部１４と呼ぶ。すなわち送信部として用いられる可能性があるのは第２受信部１２と第３受信部１３とである。ただし、一度に送信部として用いられるのは第２受信部１２と第３受信部１３との一方のみである。また、一度に用いられる受信部１１〜１４は３個ずつだけである。つまり、第２受信部１２が送信部として用いられるときには第４受信部１４は用いられず、第１〜第３受信部１３のみが受信部として用いられる。また、第３受信部１３が送信部として用いられるときには第１受信部１１は用いられず、第２〜第４受信部１４のみが受信部として用いられる。すなわち、第２受信部１２が送信部として用いられるときは、第３受信部１３が送信部として用いられるときよりも、検知範囲が左寄りに形成される。

判定部２は、例えば、プログラムやデータが記憶される記憶部と、記憶部に記憶されたプログラムに従って動作するマイクロコントローラとを有する。判定部２は１チップに集積化されていてもよい。また、各受信部１１〜１４の一部（例えば信号処理回路）が判定部２とともに１チップに集積化されてもよい。

次に、第２受信部１２が送信部として用いられる場合における判定部２の動作について説明する。

判定部２は、パルス状の送信波（超音波）を周期的に送信するように第２受信部１２を制御する。送信波の継続時間は、送信が開始されてから想定される最短距離からの反射波が受信される前に第２受信部１２における残響が十分に減衰する程度に短くされる。また、送信波の送信間隔は、想定される最長距離からの反射波が受信されるまでの時間よりも長く、且つ、なるべく短くされる。

また、判定部は、第１受信部１１、第２受信部１２、並びに、第３受信部１３のそれぞれについて、出力電圧を所定の受信閾値と比較し、出力電圧が受信閾値以上となったタイミングを反射波が受信された受信タイミングとする。なお、送信部を兼ねている第２受信部１２では送信波の送信直後に残響が発生するので、送信波の送信後に残響が十分に減衰する程度の時間が経過するまでは第２受信部１２の出力は無視される。さらに、判定部２は、第１受信部１１、第２受信部１２、並びに、第３受信部１３のそれぞれについて、送信波が送信された直近のタイミングから上記の受信タイミングまでの時間（以下、「受信時間」と呼ぶ。）を計時する。受信時間に音速を乗じることで、受信された反射波が反射された点（以下、「反射点」と呼ぶ。）Ｐ１〜Ｐ３から送信部（すなわち第２受信部１２）までの距離と、反射波を受信した受信部１１〜１３から反射点Ｐ１〜Ｐ３までの距離との合計が得られる。つまり物体（反射点Ｐ１〜Ｐ３）が存在すると推定される楕円面が得られる。第２受信部１２は送信部を兼ねているので、第２受信部１２については上記の楕円面は焦点間距離が０（つまり球面）となる。

各受信部１１〜１３でそれぞれ反射波が受信された場合、判定部２は、第１受信部１１における受信時間（以下、「第１受信時間」と呼ぶ。）から得られた楕円面と第２受信部１２における受信時間（以下、「第２受信時間」と呼ぶ。）から得られた球面と第２受信部１２を含む水平面との交点のうち第２受信部１２よりも前側にある点の座標を第１座標Ｑ１として演算する。また、判定部２は、第２受信時間から得られた球面と第３受信部１３における受信時間（以下、「第３受信時間」と呼ぶ。）から得られた楕円面と第２受信部１２を含む水平面との交点のうち第２受信部１２よりも前側にある点の座標を第２座標Ｑ２として演算する。

ところで、上記の第１座標Ｑ１は、第１受信部１１に受信された反射波を反射した反射点（以下、「第１反射点」と呼ぶ。）Ｐ１と、第２受信部１２に受信された反射波を反射した反射点（以下、「第２反射点」と呼ぶ。）Ｐ２とが同一であり、且つ、その反射点Ｐ１（Ｐ２）が第２受信部１２と同一の水平面上に位置するという仮定のもとでの、上記反射点Ｐ１（Ｐ２）の位置（座標）である。同様に、上記の第２座標Ｑ２は、上記の第２反射点Ｐ２と、第３受信部１３に受信された反射波を反射した反射点（以下、「第３反射点」と呼ぶ。）Ｐ３とが同一であり、且つ、その反射点が第２受信部１２と同一の水平面上に位置するという仮定のもとでの、上記反射点Ｐ２（Ｐ３）の位置（座標）である。従って、もし上記の仮定が正しければ、第１座標Ｑ１と第２座標Ｑ２と全ての反射点Ｐ１〜Ｐ３の位置とが一致し、つまり第１座標Ｑ１と第２座標Ｑ２との間の距離は０となる。逆に、上記の仮定からのずれが大きいほど、つまり、第１反射点Ｐ１と第３反射点Ｐ３との間の距離が大きいほど、また、各反射点Ｐ１〜Ｐ３が第２受信部１２から上下方向（高さ方向）に離れているほど、第１座標Ｑ１と第２座標Ｑ２との間の距離は大きくなる。すなわち、物体４の高さが各受信部１１〜１３の高さよりも低い場合には、物体４の高さが各受信部１１〜１３の高さよりも高い場合よりも、第１座標Ｑ１と第２座標Ｑ２との間の距離が大きくなる。

そこで、判定部２は、第１座標Ｑ１と第２座標Ｑ２との間の距離（以下、「判定距離」と呼ぶ。）を所定の基準距離と比較する。

判定距離が基準距離未満であれば、判定部２は、物体４は図１に示すポールのようなものであって障害物である（つまり回避の必要がある）と判定する。回避の必要があるという判定がされたとき、判定部２は所定の電気信号（以下、「検知信号」と呼ぶ。）を外部に出力する。上記の検知信号は、例えば警報や自動緊急ブレーキのトリガとして使用される。

判定距離が基準距離以上であれば、判定部２は、物体４は各受信部１１〜１３よりも背が低く自動車３が乗り越えることが可能であって障害物ではないと判定する。

上記構成によれば、障害物の有無（つまり回避の必要の有無）が判定距離に基づいて判定されることで、送信波を反射した物体４の背が低く回避の必要がないにも関わらず回避の必要があると判定されてしまうという誤検知が抑えられる。また、上記のような背の低い物体４が障害物として誤検知されることを検知範囲の縮小によって避ける場合に比べ、検知距離の短縮が抑えられる。

また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、第１受信部１１と第３受信部１３とが互いに異なる高さに配置されている。これにより、第１受信部１１と第３受信部１３とが互いに同じ高さ（つまり同一水平面上）に位置する場合に比べ、物体４の背が低い場合における第１反射点Ｐ１と第３反射点Ｐ３との間の距離が大きくなって判定距離が大きくなり、従って障害物ではないとの判定がされやすくなる。つまり、自動車３にとって乗り越えることが可能な程度に背が低く障害物として検知されるべきでない物体４が障害物として検知されてしまうという誤検知が抑えられる。なお、図２及び図３では第１受信部１１が第３受信部１３よりも低い位置に配置されているが、第１受信部１１を第３受信部１３よりも高い位置に配置してもよい。この場合であってデザイン上の理由などで第１〜第４受信部１１〜１４の配置を左右対称とする必要がある場合、第１受信部１１と第４受信部１４との両方を第２受信部１２及び第３受信部１３よりも高い位置に配置すればよい。

なお、物体４が図４に示す壁のように幅の広い（つまり左右方向に大きい）物体４である場合には、背が高く回避が必要であっても、第１反射点Ｐ１と第３反射点Ｐ３との間の距離が大きいことにより判定距離が基準距離以上となってしまう。ただし、上記の場合には、背が低く自動車３が乗り越えることができる物体４の場合よりも、反射波の強度（つまり受信部１１〜１３の出力電圧のピーク値）が高くなる。そこで、上記の壁のような物体４が障害物ではないと判定されてしまう検知漏れを抑えるために、判定部２は、各受信部１１〜１３の出力電圧のピーク値（つまり反射波の強度）をそれぞれ基準閾値と比較し、判定距離が基準距離以上であっても全ての受信部１１〜１３の出力電圧のピーク値が基準閾値以上であれば物体４は障害物であると判定してもよい。言い換えれば、判定部２は、判定距離が基準距離以上であって、且つ、いずれかの受信部１１〜１３において出力電圧のピーク値が基準閾値未満である場合に、物体４は障害物ではないと判定する。上記の基準閾値は、回避の必要がある物体（障害物）４における反射波の強度（受信部１１〜１３の出力電圧のピーク値）が超えると推定される値であって、受信タイミングの判定に用いられる受信閾値よりも当然に高くされる。また、各受信部１１〜１３よりも背の低い物体４における反射波の強度は、物体４との距離がある程度以上遠ければ物体４との距離が遠いほど低くなるが、各受信部１１〜１３の指向性により、物体４との距離がある程度以上近ければ物体４との距離が近いほど低くなる。そこで、判定部２は、物体４との距離に応じて基準閾値を変更する。具体的には、判定部２は、第１受信時間、第２受信時間、及び、第３受信時間のうち少なくとも１個を用いて基準閾値を導出する。基準閾値の導出にはテーブルが用いられてもよいし演算が用いられてもよい。上記構成を採用すれば、壁のような物体４が障害物ではないと判定されてしまう検知漏れが抑えられる。

また、物体４が障害物であるにも関わらず判定距離が基準距離以上となる場合としては、図５に示すように第１反射点Ｐ１を有する物体４と第３反射点Ｐ３を有する物体４とが互いに分離していて第１反射点Ｐ１と第３反射点Ｐ３との間に隙間がある場合が考えられる。このような場合には、反射波の強度が低くなるので、上記のような基準閾値を用いても低背の物体４と判別することができない。ただし、上記のような場合には、１個の送信波に対して各受信部１１〜１３には反射波が複数回ずつ受信される。そこで、判定部２は、送信波が送信されてから第３受信部１３にｎ回目（ｎは２以上の所定の整数）の反射波が受信されたタイミング（つまり、第３受信部１３の出力電圧がいったん受信閾値を下回った後に再び受信閾値を上回った回数がｎ−１回となったタイミング）までの時間（以下、「第４受信時間」と呼ぶ。）と第２受信時間とを用いて第３座標Ｑ３を演算する。第３座標Ｑ３の演算は、第３受信時間に代えて上記の第４受信時間が用いられる点以外は第２座標Ｑ２の演算と同様に行われる。さらに、判定部２は、第１座標Ｑ１と第３座標Ｑ３との距離（以下、「第２判定距離」と呼ぶ。）を演算し、判定距離が基準距離以上であっても第２判定距離が基準距離未満であれば物体４は回避の必要がある（つまり障害物である）と判定する。上記構成を採用すれば、物体４が複数個存在する場合などに判定距離が大きくなることで物体４に回避の必要がない（つまり障害物ではない）と判定されてしまうという検知漏れが抑えられる。

また、既に述べたように、本実施形態では、第３受信部１３を送信部として用いる動作も可能である。第３受信部１３が送信部として用いられる場合、上記説明中の第１受信部１１に代えて第２受信部１２が用いられ、上記説明中の第３受信部１３に代えて第４受信部１４が用いられる点以外は上記説明と共通の動作であるので、説明は省略する。

２判定部
４物体
１１第１受信部
１２第２受信部（送信部を兼ねる）
１３第３受信部
Ｑ１第１座標
Ｑ２第２座標

Claims

検知範囲に対して送信波を送信する送信部と、前記送信部から送信された送信波が前記検知範囲内の物体によって反射された反射波を受信する第１受信部、第２受信部、並びに第３受信部と、前記第１受信部、前記第２受信部、並びに前記第３受信部の出力に基づいて、回避の必要な物体の有無を判定する判定部とを備え、
前記判定部は、前記送信部が送信波を送信してから前記第１受信部に反射波が受信されるまでの第１受信時間と、前記送信部が送信波を送信してから前記第２受信部に反射波が受信されるまでの第２受信時間とに基づいて、物体が存在すると推定される第１座標を演算し、
前記第２受信時間と、前記送信部が送信波を送信してから前記第３受信部に反射波が受信されるまでの第３受信時間とに基づいて、物体が存在すると推定される第２座標を演算し、
前記第１座標と前記第２座標との間の距離を所定の基準距離と比較し、前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離未満である場合には前記物体は回避の必要があると判定し、前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離以上である場合には前記物体は回避の必要がないと判定することを特徴とする物体検知装置。
前記判定部は、前記第２受信時間と、前記送信部が送信波を送信してから前記第３受信部に２回以上の所定回数の反射波が受信されるまでの第４受信時間とに基づいて、物体が存在すると推定される第３座標を演算し、
前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離以上である場合であっても、前記第３座標と前記第１座標との間の距離が前記基準距離未満である場合には、前記物体は回避の必要があると判定することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
前記判定部は、前記第１受信時間と前記第２受信時間と前記第３受信時間とのうち少なくとも１個を用いて、回避の必要な物体における反射波の強度が超えると推定される基準閾値を導出し、
前記第１座標と前記第２座標との間の距離が前記基準距離以上である場合であっても、前記第１受信部に受信された反射波の強度と、前記第２受信部に受信された反射波の強度と、前記第３受信部に受信された反射波の強度との、全てが前記基準閾値以上であった場合には、前記判定部は、前記物体は回避の必要があると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の物体検知装置。
前記第１受信部と前記第３受信部とは互いに異なる高さに配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の物体検知装置。