JP2016194451A - 障害物検出装置および超音波センサ調整方法 - Google Patents

障害物検出装置および超音波センサ調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】現在の車両周囲の外気の状態に応じた超音波センサの感度調整値を取得する障害物検出装置および超音波センサ調整方法を提供する。【解決手段】超音波センサ10が送信した超音波を直接受信した場合の受波信号の最大振幅値と、予め取得された最大振幅値の初期値と、に基づいて、超音波センサ10の感度を調整する調整値を算出する。超音波センサ10は、送信した超音波を直接受信する調整用超音波センサ11と、送信した超音波が障害物に反射された場合に反射された超音波を受信する障害物検出用超音波センサ12と、を有し、マイクロコントローラ23は、調整用超音波センサ11の送受信した超音波に基づいて算出した調整値を用いて、障害物検出用超音波センサ12を調整する。【選択図】図1

Description

本発明は、車両に搭載され障害物を検出する障害物検出装置および超音波センサ調整方法に関する。
超音波を送信して障害物により反射した反射波を受信し、その伝搬時間と音速とに基づいて障害物までの距離を取得する超音波センサがある。特に、超音波センサを車両に搭載し、超音波センサが検出する障害物と車両との距離情報に基づいて、運転手に障害物の存在を警告したり、自動的にブレーキをかけることにより衝突を回避したりする技術が普及している。
しかし、超音波は外気の影響、特に温度や湿度等により減衰してしまうので、超音波センサが障害物を検出できる範囲は外気の状況に応じて大きく変動する。車両と障害物との衝突や接近を防止するためには、超音波センサの障害物検出範囲がある程度以上広いことが望ましいが、上述したように周囲の環境に応じて検出範囲が変動するため環境によっては十分な検出範囲を確保できない場合があった。
このような外気の影響による検出範囲の変動を調整するために、外部の温度センサや湿度センサから超音波センサの感度を調整するための調整値を取得し、当該調整値を用いて補正を行う技術が例えば特許文献1に開示されている。
特開2014−89071号公報
しかしながら、車両の外部に温度センサや湿度センサを取り付けても、取り付ける位置によって得られる値のばらつきが大きいため、的確な調整値を得られるとは限らない。
また、超音波の減衰には外気の温度や湿度以外に、雨や風等が影響することもあり、車両周囲の外気の変化を正確に捉えて感度の調整を行うことは難しかった。
本発明の目的は、現在の車両周囲の外気の状態に応じた超音波センサの感度調整値を取得する障害物検出装置および超音波センサ調整方法を提供する。
本発明の障害物検出装置は、超音波の送信および受信により障害物を検出する障害物検出用超音波センサと、前記障害物検出用超音波センサと別に設けられ、超音波の送信および受信を行う調整用超音波センサと、前記調整用超音波センサにより超音波を送信および受信して、周囲の環境に対応するための調整値を算出する制御部と、を備え、前記制御部により算出された前記調整値を使用して前記障害物検出用超音波センサによる障害物の検出を行う。
本発明の超音波センサ調整方法は、調整用超音波センサにより超音波を送信および受信して、周囲の環境に対応するための調整値を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された前記調整値を使用して、前記調整用超音波センサとは別に設けられた障害物検出用超音波センサが障害物の検出を行う障害物検出ステップと、を有する。
本発明によれば、現在の車両周囲の外気の状態に応じた超音波センサの感度調整値を取得する。
障害物検出装置の構成例を示す図 調整用超音波センサについて説明するための図 包絡線検波部が実行する包絡線検波について説明するための図 障害物検出装置の感度調整処理について説明するためのフローチャート
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態の障害物検出装置100の構成例を示す図である。
図1に示すように、障害物検出装置100は、超音波センサ10、ECU(Electronic Control Unit)20を有する。障害物検出装置100は、乗用車等の車両に取り付けられることが想定されている。
超音波センサ10は、超音波の送受信を行い、受信した超音波に基づく電気信号(受波信号)を生成する。超音波センサ10は、自らの受波感度を調整するための調整用超音波センサ11と、障害物を検出するための障害物検出用超音波センサ12の少なくとも2つのセンサを有する。
調整用超音波センサ11は、超音波センサ10の受波感度を調整するために後述する超音波制御部25が行う感度調整処理にて使用する調整値を生成するための超音波センサである。調整用超音波センサ11は、図2(a)に示すように、互いに正対した送波部111と受波部112とを有する。送波部111から送信された超音波は、調整用超音波センサ11が取り付けられた車両周囲の外気を通過して直接受波部112に受信されるように構成されている。したがって、調整用超音波センサ11の受波部112において受信された超音波は、送波部111から受波部112に至るまでの外気による影響のみを受けたものであり、障害物等による反射はされない。ここで、外気による影響とは、例えば外気の温度や湿度、風や雨等による減衰等である。
調整用超音波センサ11は、車両のデザインに影響を及ぼしにくい位置に取り付けられることが望ましい。具体的には、調整用超音波センサ11は、例えば図2(b)に示すように、フロントバンパー付近や、ラジエータグリル付近や、後部のナンバープレート付近等、車両のデザイン上、元々窪んでいたり奥行きがあったりする箇所に取り付けられればよい。また、後述する障害物検出用超音波センサ12との超音波の干渉を防止するため、障害物検出用超音波センサ12とはある程度離して取り付けられることが望ましい。
調整用超音波センサ11の送波部111から受波部112までの距離は、後述するように調整値の算出に使用される値である。この値は、超音波の送受信により算出できる程度には長い距離である必要があり、かつ、互いに正対するように車両外部に搭載されなければならないので、例えば50cmから1.5m位の距離であることが望ましい。
障害物検出用超音波センサ12は、後述するECU20の送波回路21が生成する超音波を送信するとともに、障害物等、車両周囲に存在する物体に反射された反射波や、回り込み波、残響等を受信する。受信された超音波により、例えば超音波センサ10が有する圧電素子等に電力が生じ、超音波センサ10は、その電力の大きさを受波信号としてECU20の受波回路22に出力する。
なお、本実施の形態では、図1に示すように調整用超音波センサ11と障害物検出用超音波センサ12は、同一の送波回路21および受波回路22に接続されている。しかし、本発明はこれには限定されず、例えば調整用超音波センサ11と障害物検出用超音波センサ12とがそれぞれ別の送波回路および受波回路に接続されていてもよい。
ECU20は、障害物検出装置100の動作制御を行う。また、ECU20は超音波センサ10を使用した障害物の検出だけではなく、車両全体の制御、すなわちエンジン制御やブレーキ制御等を行っても良い。本実施の形態では、図1に示すように、ECU20は、送波回路21、受波回路22、マイクロコントローラ23を有する。
送波回路21は、後述するマイクロコントローラ23が有する送信制御部251の制御に基づき、微少周期で図示しない超音波センサ10の圧電素子を振動させて超音波を発生さ、車両の周囲へ向けて送信させる。
受波回路22は、超音波を受信した超音波センサ10の図示しない圧電素子により発生された電圧信号(受波信号)を受信する。受波回路22は、増幅部221および包絡線検波部222を有する。
増幅部221は、超音波センサ10から受信した受波信号を増幅する。包絡線検波部222は、増幅部221が増幅した受波信号に対して包絡線検波を行い、検波信号を出力する。
図3は、包絡線検波部222が実行する包絡線検波について説明するための図である。図3(a)は、受波信号の振幅を示しており、図3(b)は、その包絡線を示している。包絡線検波部222は、図2に示すように包絡線をとることにより検波を行う。
マイクロコントローラ23は、演算処理機能を有し、種々の処理を行う。マイクロコントローラ23は、メモリ24、超音波制御部25、車両制御部26を有する。
メモリ24は、マイクロコントローラ23が行う各処理に使用される各種データを格納する。本実施の形態では特に、超音波制御部25が行う処理に使用されるデータ、例えば超音波センサ10の受波感度を調整する際に使用される調整用パラメータ等がメモリ24に格納される。
超音波制御部25は、超音波センサ10に関する様々な処理を制御する。すなわち、例えば超音波センサ10に送信させる超音波を生成するためのパルス信号を送波回路21に出力したり、受波回路22における増幅部221の信号増幅や包絡線検波部222の包絡線検波を行わせるように制御したりする。また、超音波センサ10の受波感度を調整する感度調整処理を行う。感度調整処理については、後に詳しく説明する。
超音波制御部25は、送信制御部251、受信制御部252、測距部253を有する。
送信制御部251は、超音波センサ10に送信させる超音波に関する制御、例えば、超音波生成のためのパルス信号を出力する等の処理を行う。
受信制御部252は、超音波センサ10が受信した超音波に関する制御、例えば受波回路22の包絡線検波部222が出力した検波信号を評価して障害物を検出する等の処理を行う。
測距部253は、超音波センサ10が超音波を送信してから受信されるまでの時間と、音速とに基づいて、超音波が送信されてから受信されるまでの距離を算出する。
車両制御部26は、障害物検出装置100が搭載された車両の制御、例えば走行制御やブレーキ制御等を行う。具体的には、例えば測距部253の算出した障害物までの距離が所定の距離であった場合にブレーキを作動させる等、車両と障害物との接触や異常接近を防止するための処理等を行う。
障害物検出装置100は、上述した構成により、超音波により障害物の検出や障害物までの測距等の処理を行う。また、超音波による障害物検出や測距等の精度を高めるために、受波感度を調整する感度調整処理を行う。以下では、障害物検出装置100の感度調整処理について詳細に説明する。なお、受波感度とは、受信した超音波の受信レベル、あるいは、受信した超音波に基づいて障害物の有無を判定する際のしきい値を意味する。
図4は、障害物検出装置100の感度調整処理について説明するためのフローチャートである。
ステップS1において、マイクロコントローラ23は、メモリ24に予め格納されていた調整用パラメータを取得する。調整用パラメータとは、感度調整処理を行うために使用されるパラメータであり、例えば工場出荷時に測定された調整用超音波センサ11の最大振幅値の初期値Adef、および、送波部111から受波部112までの距離の初期値Ldefである。調整用超音波センサ11の最大振幅値の初期値Adefとは、具体的には、例えば、外乱がない状態で調整用超音波センサ11の送波部111が送信した超音波を受波部112が受信したときの最大振幅値である。また、送波部111から受波部112までの距離の初期値Ldefとは、具体的には、例えば送波部111から受波部112までの実測値である。
なお、図4に示す感度調整処理の動作例では、ステップS1においてマイクロコントローラ23はが調整用パラメータを取得しているが、本発明はこれには限定されない。例えば、後述する各ステップにおいて、調整用パラメータが必要になる度にメモリ24から調整用パラメータを読み出すようにしてもよい。
ステップS2において、マイクロコントローラ23は車両が停止中であるか否かを判定する。当該判定は、例えば車両制御部の車両に対する制御状態に基づいて判定してもよいし、図1に図示しない車速センサ等により車速情報を取得して判定してもよい。本ステップS2において、車両が停止中であると判定された場合、フローはステップS3に進み、そうでない場合、ステップS1に戻る。
本ステップS2において、車両が停止中であるか否かを判定するのは、感度調整処理を進めるか否かを判断するためである。すなわち、本実施の形態では、感度調整処理を進めるための条件として、車両が停止中であることを設定している。車両が停止中であることを感度調整処理を進めるための条件とした理由は、以下の通りである。
感度調整処理では、以下のステップで説明するように、調整用超音波センサ11により超音波の送受信を行う。このとき、障害物を検出するための障害物検出用超音波センサ12が動作していると、超音波の干渉等によりうまく調整を行うことができないことがある。そして、車両の走行中には、安全のため、障害物検出用超音波センサ12が動作していることが望ましい。すなわち、車両が停止しているときは障害物検出用超音波センサ12が動作していなくともよいので、障害物検出用超音波センサ12の動作を停止し、調整用超音波センサ11による感度調整処理を行うことが望ましいからである。
なお、車両停止中でも、シフトレバーが車両停止を維持する「P(パーキング)」ではなく、走行可能となる「D(ドライブ)」や「R(リバース)」であるときは、安全のため障害物検出用超音波センサ12を動作させる場合もある。これは、停止状態でも障害物を検出し、運転手に対して警報を発したり、障害物が近くにある状態で車両が発進された場合に、緊急停止させたりする必要があるからである。このように車両停止中でもシフトレバーが「D」や「R」であるときに障害物検出用超音波センサ12を動作させる場合には、本ステップS2において感度調整処理を進めるか否かを判断する条件として、車両が停止中であるか否かに加えて、後述するステップS3のように、障害物検出用超音波センサ12が動作中であるか否かの判定を行うようにすればよい。
また、例えば長距離の移動中等、長時間車両が停止、且つ、障害物検出用超音波センサ12が非動作である状況が生じない場合がある。このような場合、移動中の車両周囲の環境変化を的確に捉えて感度調整を行うために、走行中や停止中でも感度調整処理を進めた方が望ましいこともある。このような場合には、例えば信号待ちの一時停止中や渋滞等の低速運転時等、障害物との接触の危険が小さい状況を見計らって障害物検出用超音波センサ12の動作を停止し、感度調整処理を進めるようにしてもよい。あるいは、調整用超音波センサ11と障害物検出用超音波センサ12の取り付け位置を工夫する等して、これらが互いに干渉しないようにした場合には、障害物検出用超音波センサ12の動作時に感度調整処理を行うようにしてもよい。
ステップS3において、マイクロコントローラ23は、障害物を検出するための障害物検出用超音波センサ12が動作中であるか否かの判定を行う。障害物検出用超音波センサ12が動作中ではないと判定された場合、フローはステップS4に進み、動作中であると判定された場合、ステップS1に戻る。
なお、本実施の形態では、図4に示すように、車両の停止時、および障害物検出用超音波センサ12の非動作時に感度調整処理を進めるようにしたが、本発明はこれには限定されない。調整用超音波センサ11と障害物検出用超音波センサ12の取り付け位置を工夫する等して、これらが互いに干渉しないようにした場合には、障害物検出用超音波センサ12の動作時に感度調整処理を行うようにしてもよい。
ステップS4において、マイクロコントローラ23は、調整用超音波センサ11に超音波の送受信を行わせる。すなわち、具体的には、マイクロコントローラ23は、送波回路21にパルス信号を出力して送波信号を生成させ、調整用超音波センサ11の送波部111に送信させるとともに、受波部112により受信された超音波の受波信号を取得する。
ステップS5において、マイクロコントローラ23は、ステップS4において取得した調整用超音波センサ11による受波信号に基づき、包絡線検波部222に検波信号を生成させてこれを取得する。
ステップS6において、マイクロコントローラ23は、ステップS5において取得した調整用超音波センサ11による受信波の検波信号と、ステップS1において予め取得した調整用パラメータとを比較する。具体的には、マイクロコントローラ23は、調整用超音波センサ11による受信波の検波信号の最大振幅値Aadjと、調整用パラメータとしての調整用超音波センサ11の最大振幅値の初期値Adefとを比較し、その振幅比Ramp(=Adef/Aadj)を算出する。
ステップS7において、マイクロコントローラ23は、ステップS6において算出した振幅比Rampが所定の範囲内にあるか否かを判定する。所定の範囲内にあると判定された場合、車両周囲の外気の影響による感度調整処理の必要が無いと判断され、フローはステップS1に戻り、次の感度調整処理に移行する。所定の範囲内に無いと判定された場合、感度調整処理の必要があると判断され、ステップS8に進む。なお、所定の範囲は、例えば車両の工場出荷時に予め様々な外気の条件で測定された超音波センサ10の受波感度に基づき予め決定され、メモリ24等に格納されていればよい。
ステップS8において、マイクロコントローラ23はステップS6において算出された振幅比Rampに基づいて、調整用超音波センサ11の受波感度を一時的に調整する。すなわち、具体的には、調整用超音波センサ11の出力する受波信号の受信レベルに振幅比Rampを積算して調整を行う。これにより、車両周囲の外気による超音波の減衰を考慮した受波感度の調整が調整用超音波センサ11に対してなされる。
ステップS9において、マイクロコントローラ23は、ステップS8における調整済みの調整用超音波センサ11に超音波の送受信を行わせる。そして、受波信号に基づいて送波部111から受波部112までの距離を測距部253に算出させる。具体的には、調整用超音波センサ11の送波部111が超音波を送信してから、受波部112により超音波が受信されるまでの時間を計測し、当該計測した時間と音速とから送波部111から受波部112までの距離を算出する。
ステップS10において、マイクロコントローラ23は、ステップS9において算出させた、送波部111から受波部112までの距離と、ステップS1において予め取得した調整用パラメータとを比較する。具体的には、マイクロコントローラ23は、調整した調整用超音波センサ11により測定された送波部111から受波部112までの距離Lと、車両の工場出荷時に予め計測された送波部111から受波部112までの距離Ldefとを比較する。そして、マイクロコントローラ23は、比較した距離LとLdefとの差が所定値以内であるか否かを判定する。
すなわち、本ステップS10では、ステップS8において一時的に調整した調整用超音波センサ11により測定された距離Lと、実測値である距離Ldefとの差を見ることにより、調整用超音波センサ11が好適に調整されているか否かを判定している。差が所定値以内であると判定された場合、調整用超音波センサ11の調整が好適に行われていると判断され、フローはステップS11に進む。そうでない場合、調整用超音波センサ11の調整が好適に行われていないと判断され、ステップS1に戻る。
ステップS11において、マイクロコントローラ23は、ステップS6において算出された振幅比Rampに基づいて、障害物検出用超音波センサ12の受波感度を調整する。そして、このステップS11以降、マイクロコントローラ23は、障害物検出用超音波センサ12にて障害物検出や距離測定を行うとき、調整された受波感度で検出する。これにより、車両周囲の外気の直近の状態に応じて障害物検出用超音波センサ12の受波感度が調整され、障害物検出用超音波センサ12による障害物検出や距離測定の精度が向上する。
ステップS12において、マイクロコントローラ23は、ステップS8において一時的に調整した調整用超音波センサ11を初期値に戻し、ステップS1に戻る。本ステップS12は、次の感度調整処理を行うための準備である。これにより、次の感度調整処理を好適に行うことができる。そして、次の感度調整処理が開始されるまで、マイクロコントローラ23は、ステップS11において調整された受波感度で、適宜障害物検出用超音波センサ12により車両周囲の障害物検出や障害物までの距離測定を行う。
以上説明したように、本実施の形態の障害物検出装置100によれば、超音波の送信および受信により障害物を検出する障害物検出用超音波センサ12と、障害物検出用超音波センサと別に設けられ、超音波の送信および受信を行う調整用超音波センサ11と、調整用超音波センサ11により超音波を送信および受信して、周囲の環境に対応するための調整値を算出するECU20のマイクロコントローラ23と、を備え、マイクロコントローラ23により算出された調整値を使用して障害物検出用超音波センサ12による障害物の検出を行う。
このような構成により、障害物検出装置100では、調整用超音波センサ11の送波部111が送信した超音波を受波部112が直接受信することにより、車両周囲の外気による影響(例えば、温度、湿度、風、雨等による超音波の減衰等)を受けた超音波のサンプルを取得することができる。そして、マイクロコントローラ23が当該サンプルに基づいて調整値を算出するので、車両周囲の外気の直近の状態に応じて障害物検出用超音波センサ12の受波感度が調整され、障害物検出用超音波センサ12による障害物検出や距離測定の精度を向上させることができる。
また、本実施の形態の障害物検出装置100によれば、マイクロコントローラ23は、障害物検出用超音波センサ12が動作しているか否かの判定を行い、当該障害物検出用超音波センサ12が動作していない場合に、調整用超音波センサ11に対して超音波の送受信を行わせ、受波信号に基づいて調整値を算出する。
このような構成により、障害物検出装置100では、調整用超音波センサ11と障害物検出用超音波センサ12との超音波の干渉等を防止し、好適に超音波センサ10の調整値を算出することができる。
マイクロコントローラ23は、算出した調整値に基づいて調整用超音波センサ11を一時的に調整し、調整された調整用超音波センサ11の送波部111から送信された超音波が当該調整用超音波センサ11の受波部112に受信されるまでの時間に基づいて、送波部111から受波部112までの距離を算出し、算出された距離と、予め実測された当該調整用超音波センサ11の送波部111と受波部112との距離との差が所定値以内である場合に、算出した調整値を使用して障害物検出用超音波センサ12に障害物を検出させる。そして、障害物検出用超音波センサ12を調整した後、調整用超音波センサ11の一時的な調整を解除する。
このような構成により、障害物検出装置100では、算出した調整値により超音波センサ10が好適に調整されるか否かを、障害物検出用超音波センサ12による障害物の検出が行われるより前に、調整用超音波センサ11により確認することができる。このため、超音波センサ10の調整を好適に行うことができる。
本発明は、超音波により障害物を検出する障害物検出装置に好適である。
100 障害物検出装置
10 超音波センサ
11 調整用超音波センサ
111 送波部
112 受波部
12 障害物検出用超音波センサ
21 送波回路
22 受波回路
221 増幅部
222 包絡線検波部
23 マイクロコントローラ
24 メモリ
25 超音波制御部
251 送信制御部
252 受信制御部
253 測距部
26 車両制御部

Claims (8)

  1. 超音波の送信および受信により障害物を検出する障害物検出用超音波センサと、
    前記障害物検出用超音波センサと別に設けられ、超音波の送信および受信を行う調整用超音波センサと、
    前記調整用超音波センサにより超音波を送信および受信して、周囲の環境に対応するための調整値を算出する制御部と、
    を備え、
    前記制御部により算出された前記調整値を使用して前記障害物検出用超音波センサによる障害物の検出を行う、
    障害物検出装置。
  2. 前記調整用超音波センサは、超音波を受信する受波部と、前記受波部と異なる位置に設けられ、前記受波部へ向けて超音波を送信する送波部と、を有する、
    請求項1記載の障害物検出装置。
  3. 前記調整用超音波センサの前記受波部と前記送波部とは対向して配置される、
    請求項2記載の障害物検出装置。
  4. 前記調整値は、超音波の受信感度を調整する値である、
    請求項1記載の障害物検出装置。
  5. 前記制御部は、前記調整用超音波センサが受信した超音波の振幅に基づいて前記調整値を算出する、
    請求項1記載の障害物検出装置。
  6. 前記制御部は、前記障害物検出用超音波センサが動作しているか否かの判定を行い、当該障害物検出用超音波センサが動作していない場合に、前記調整用超音波センサに対して超音波の送受信を行わせ、受波信号に基づいて前記調整値を算出する、
    請求項1に記載の障害物検出装置。
  7. 前記制御部は、前記算出した調整値に基づいて前記調整用超音波センサを一時的に調整し、調整された調整用超音波センサの送波部から送信された超音波が当該調整用超音波センサの受波部に受信されるまでの時間に基づいて、前記送波部から前記受波部までの距離を算出し、算出された前記距離と、予め実測された当該調整用超音波センサの前記送波部と前記受波部との距離との差が所定値以内である場合に、前記算出した調整値を使用して前記障害物検出用超音波センサに障害物を検出させる、
    請求項1に記載の障害物検出装置。
  8. 調整用超音波センサにより超音波を送信および受信して、周囲の環境に対応するための調整値を算出する算出ステップと、
    前記算出ステップにおいて算出された前記調整値を使用して、前記調整用超音波センサとは別に設けられた障害物検出用超音波センサが障害物の検出を行う障害物検出ステップと、
    を有する超音波センサ調整方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109426266A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 苏州宝时得电动工具有限公司 自移动设备
WO2023276825A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 株式会社アイシン 物体検出装置

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