JP2017106751A - 物体検知装置、物体検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気ノイズへの耐性を確保しつつ、制御装置との通信の再開までの時間を短縮することができる物体検知装置を提供する。【解決手段】制御装置と物体検知装置２０が通信線１４を介して接続され、通信線１４を介して電力の供給が行われ、且つ通信線１４を流れる電流に信号を重畳させて情報の伝達を行う物体検知システムに適用され、所定の制御周期で圧電振動子８０を駆動して探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する物体検知装置２０であって、圧電振動子８０を駆動するドライブ回路３０に並列接続されたコンデンサ４４と、ドライブ回路３０への電力供給の終了後の通信線の電流値を制御する電流制御部と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する物体検知装置、及び物体検知システムに関する。

探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信してその物体との距離を検知する物体検知装置として、特許文献１に記載の物体検知装置がある。特許文献１に記載の物体検知装置では、電気ノイズ対策のために、電源回路中に抵抗とコンデンサとからなるフィルタを設けている。

特開昭６３−８１２８８号公報

特許文献１に記載されている物体検知装置において、電気ノイズに対する耐性を向上させようとすれば、ドライブ回路へ電流を供給するコンデンサの静電容量が大きくすればよい。一方、コンデンサの静電容量を大きくすれば、そのコンデンサの充電に時間を要することとなる。このとき、ＥＣＵとセンサ間の接続に電源重畳型の通信規格を採用していれば、コンデンサへの充電中には通信規格で定められた上限値を超える電流が流れるため、通信ができない。このため、制御装置との通信の再開までにより長い時間を要することとなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、ＥＭＣ性能（電気ノイズへの耐性及び、ドライブ回路の駆動時のノイズの放射抑制性能）を確保しつつ、制御装置との通信の再開までの時間を短縮することができる物体検知装置及び物体検知システムを提供することにある。

本発明は、制御装置と物体検知装置が通信線を介して接続され、通信線を介して電力の供給が行われ、且つ通信線を流れる電流に信号を重畳させて情報の伝達を行う物体検知システムに適用され、所定の制御周期で圧電振動子を駆動して探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する物体検知装置であって、圧電振動子を駆動するドライブ回路に並列接続されたコンデンサと、ドライブ回路への電力供給の終了後の通信線の電流値を制御する電流制御部と、を備える。

上記構成では、電流制御部が電流値の制御を行うため、ドライブ回路への電力の供給後に物体検知装置と制御装置との通信をより早期に再開することが可能となる。加えて、電流制御部により通信の再開までの時間を短縮することができるため、コンデンサとして静電容量がより大きく、充電により長い時間を要するものを採用することができ、電気ノイズへの耐性を向上させることができる。

物体検知システムの全体構成図である。 超音波センサが備える電源回路の回路図である。 ドライブ回路への電力の供給時のタイムチャートである。 物体検知システムの全体の処理を示すタイムチャートである。 超音波センサの制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における電源回路の回路図である。 第３実施形態における電源回路の回路図である。 第３実施形態における、ドライブ回路への電力の供給時のタイムチャートである。 第３実施形態における、物体検知システムの全体の処理を示すタイムチャートである。 第３実施形態における、超音波センサの制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 第４実施形態における電源回路の回路図である。 第４実施形態における、ドライブ回路への電力の供給時のタイムチャートである。

以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る物体検知装置は超音波センサであり、車両等の移動体に搭載されるものである。超音波センサは、超音波を移動体の周囲に送信し、周囲に存在する物体により反射された反射波を受信し、送信から受信までの時間を測定することにより、移動体と物体との距離を求める。

図１は、超音波センサを備える物体検知システムの全体構成図である。物体検知システムは、制御装置であるＥＣＵ１０と複数の超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂを含んで構成されている。１つのシステムに超音波センサは２から１２個搭載されている。

ＥＣＵ１０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を有するコンピュータである。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵが、ＲＯＭにインストールされているプログラムを実行することで機能を実現する。ＥＣＵ１０は、制御部１１と電源供給部１２と通信回路１３を備えている。制御部１１は、超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂへの制御指令等を生成する機能、超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂから計測結果を処理する機能等を備えている。電源供給部１２は、車両から供給される電力を、通信線１４を介して超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂに供給する機能を備えている。通信回路１３は、制御部１１が生成した制御指令を超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂへ送信する機能、及び、超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂから計測結果を受信して制御部１１へ入力する機能を備えている。制御部１１と超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂとの通信の際の信号は、通信線１４に流れる電流に重畳されて行われる。

超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂは、圧電振動子８０を発振させて超音波である探査波を発生させ、その探査波が物体に反射された場合に生ずる反射波を圧電振動子８０により受信するものである。超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂは、圧電振動子８０を駆動するドライブ回路３０，３０ａ，３０ｂと、そのドライブ回路３０，３０ａ，３０ｂへ電力を供給する電源回路４０，４０ａ，４０ｂ、圧電振動子８０が受信した反射波の信号を増幅し波高を電圧として検出する受信回路５０，５０ａ，５０ｂ、その受信回路５０，５０ａ，５０ｂの検出結果をＥＣＵ１０へと送信する通信回路６０，６０ａ，６０ｂとを備えている。これらドライブ回路３０，３０ａ，３０ｂ、電源回路４０，４０ａ，４０ｂ、受信回路５０，５０ａ，５０ｂ、及び通信回路６０，６０ａ，６０ｂは、制御部７０，７０ａ，７０ｂにより制御される。

図２は、本実施形態に係る超音波センサ２０の詳細を示した図である。なお、超音波センサ２０ａ，２０ｂは、超音波センサ２０と同等の構成であるため、その説明を省略する。

電源回路４０は、通信線１４の正極側配線１４ａに設けられた第１抵抗４１と、第１抵抗４１にスイッチ４３を介して並列接続される第２抵抗４２を備えている。このスイッチ４３の開閉状態は、制御部７０からの制御指令により切り替えられる。電源回路４０のドライブ回路３０との接続側には、コンデンサ４４が並列接続されている。具体的には、コンデンサ４４の一端が通信線１４の正極側配線１４ａに接続され、コンデンサ４４の他端が通信線１４の負極側配線１４ｂに接続されている。図２において、ＥＣＵ１０から供給されコンデンサ４４の充電及びドライブ回路３０の駆動に用いられる電流を、充電電流Ｉ＿ｃｈｒとしている。また、電源回路４０からドライブ回路３０へ出力される電流を出力電流Ｉ＿ｄｒｖとしており、電源回路４０のコンデンサ４４の電圧を出力電圧Ｖ＿ｄｒｖとしている。

通信回路６０には、正極側配線１４ａ及び負極側配線１４ｂが接続され、正極側配線１４ａには抵抗６２が設けられており、正極側配線１４ａと負極側配線１４ｂとを介するようにコンデンサ６１が設けられている。すなわち、抵抗６２及びコンデンサ６１によりフィルタを構成している。同様に、制御部７０には、正極側配線１４ａ及び負極側配線１４ｂが接続され、正極側配線１４ａには抵抗７２が設けられており、正極側配線１４ａと負極側配線１４ｂとを介するようにコンデンサ７１が設けられている。

制御部７０へは、制御部７０を駆動する電流である駆動電流Ｉ＿ｏｐｒが、通信線１４を介して入力される。したがって、ＥＣＵ１０から超音波センサ２０へ通信線１４を介して供給される電流である供給電流Ｉ＿ｂｕｓは、各超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂへ供給される充電電流Ｉ＿ｃｈｒと駆動電流Ｉ＿ｏｐｒを合算した値となる。なお、この供給電流Ｉ＿ｂｕｓには、ＥＣＵ１０の電源供給部１２の性能によって定められる供給可能な上限値が定められている。

図３は、電源回路４０からドライブ回路３０へ電力を供給する際のタイムチャートである。図中、充電電流Ｉ＿ｃｈｒについて、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で情報の伝達が可能な電流の上限値を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍとして示している。この通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍは、例えば、通信規格で定められた通信可能な電流の上限値を、超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂの数で除算した値として設定されている。すなわち、各超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂにおいて充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下であれば、ＥＣＵ１０から超音波センサ２０へ制御指令等を送信することができ、且つ、超音波センサ２０からＥＣＵ１０へ検知結果等を送信することができる。

時刻ｔ１で電源回路４０からドライブ回路３０への電力の供給が開始されると、出力電流Ｉ＿ｄｒｖがパルス電流として供給される。このとき、コンデンサ４４に蓄積された電荷も用いて電力を供給するため、出力電圧Ｖ＿ｄｒｖは、パルス状に増減を繰り返すとともに、制御周期あたりの平均値は単調減少する。また、コンデンサ４４に蓄積された電荷の減少に伴い、ＥＣＵ１０から供給される電力をも用いてドライブ回路３０へ電力を供給する必要が生ずるため、充電電流Ｉ＿ｃｈｒがパルス状に増減を繰り返すとともに、制御周期当たりの平均値は上昇する。

電源回路４０からドライブ回路３０への電力の供給は、予め定められた所定時間継続され、時刻ｔ２で電力の供給が終了する。電力の供給を終了した際に、コンデンサ４４の電荷は減少しているため、ＥＣＵ１０から電源回路４０への電力の供給が継続される。このとき、充電電流Ｉ＿ｃｈｒは通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きいため、通信線１４を介した情報の伝達を行うことができない。そのため、コンデンサ４４への充電をより早期に終了させるべく、時刻ｔ３においてスイッチ４３をＯＮとし、第１抵抗４１と第２抵抗４２とを並列接続状態とすることで、スイッチ４３がＯＦＦである場合よりも合成抵抗の値を小さくする。

図３では、時刻ｔ３においてスイッチ４３をＯＮとした場合を実線で示しており、時刻ｔ３においてスイッチ４３をＯＮとしない場合（第２抵抗４２が並列接続されていない場合）を破線で示している。時刻ｔ３においてスイッチ４３をＯＮとすることで充電電流Ｉ＿ｃｈｒが増加し、コンデンサ４４の充電が早まる。そして、時刻ｔ４において充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下となり、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信が可能となる。そして、充電電流Ｉ＿ｃｈｒがゼロとなる時刻ｔ５で、スイッチ４３をＯＦＦとする。なお、本実施形態では、ドライブ回路３０への電力の供給後、所定時間が経過してからスイッチ４３をＯＮとしているが、ドライブ回路３０への電力の供給が終了したタイミングでスイッチ４３をＯＮとしてもよい。また、時刻ｔ４以降ではＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信が可能であるため、スイッチ４３をＯＦＦとするタイミングは時刻ｔ５に限られず、時刻ｔ４以降であればよい。

なお、上述したとおり、第１抵抗４１、第２抵抗４２、及びスイッチ４３と、そのスイッチ４３を制御する制御部７０によりコンデンサ４４の充電期間を短縮することにより、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの減衰を早めている。したがって、第１抵抗４１、第２抵抗４２、及びスイッチ４３により電流制御部を構成するということができる。

続いて、物体検知システムが実行する一連の処理を図４のタイムチャートを用いて説明する。なお、図４で示すタイムチャートにおける１制御周期は、数十〜数百ミリ秒である。まず、時刻ｔ１０でＥＣＵ１０が計測開始の制御指令（計測開始指令）を生成し、超音波センサ２０へ送信する。超音波センサ２０は、計測開始指令を受け、時刻ｔ１１においてそれぞれドライブ回路３０の駆動を開始し、探査波を送信する。探査波の送信を終了したｔ１２から、超音波センサ２０は反射波の受信待機を行う。なお、図４における時刻ｔ１１は、図３における時刻ｔ１に対応しており、図４における時刻ｔ１２は図３における時刻ｔ２に対応している。

受信待機の際、時刻ｔ１３において充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下となれば、ＥＣＵ１０は超音波センサ２０へ前制御周期の計測結果の送信を要求する。時刻ｔ１３は、図３における時刻ｔ４に対応している。この要求により、超音波センサ２０は前制御周期の計測結果をＥＣＵ１０へと送信する。この計測結果の送信は、超音波センサ２０ごとに期間が重複しないように設けられている。すなわち、時刻ｔ１４において第１センサからの結果の送信が行われ、その送信が終了した時刻ｔ１５において、第２センサからの結果の送信が行われる。
この受信待機を行ううえで、超音波センサ２０の感度を漸増させる。この感度の漸増は時刻ｔ１６において結果の送信が終了した後も継続され、時刻ｔ１７において感度が所定の閾値以上となり、高感度状態とされる。この高感度状態は、受信した反射波の波高値に対する閾値、すなわち検出される電圧の値に対する閾値を下げ、波高値が小さい場合でも受信の検知を可能とする状態である。受信待機の時間が長くなるにつれ、検出される物体はより遠方に位置することとなる。このとき、探査波及び反射波の波高値は距離に応じて減衰するものであるため、超音波センサ２０が反射波を受信した際の波高値がより小さいものとなる。このような大きく減衰した反射波を受信可能とすべく、高感度状態に設定するのである。

一方、高感度状態では通信の際に生ずる電気ノイズが計測に影響を与えるおそれがあるため、高感度状態に設定される時刻ｔ１７以降は計測結果の送信は行わないものとしている。なお、高感度状態では、波高値に対する閾値を下げる代わりに、圧電振動子８０で検出される反射波電圧に対する増幅率（ゲイン）を上昇させるものとしてもよく、これらを共に用いるものとしてもよい。

時刻ｔ１８において計測期間が経過すれば、計測期間において反射波を検出した場合、超音波センサ２０の制御部７０のメモリに計測結果を格納する。反射波を検出していない場合には、検出していない旨の情報を計測結果として格納する。そして、時刻ｔ１９において一制御周期の一連の処理を終了する。

この一連の処理において、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信ができない期間は、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きい時刻ｔ１１〜ｔ１３の期間、及び、高感度状態に設定される時刻ｔ１７〜ｔ１８の期間である。

計測結果の格納が終了した後の時刻ｔ２０において、ＥＣＵ１０は次の制御周期の計測開始指令を送信する。時刻ｔ２１〜２８の期間において行われる処理は、時刻ｔ１１〜ｔ１８で行われる処理と同等である。なお、時刻ｔ２４〜時刻ｔ２６における計測結果の送信処理では、前制御周期の時刻ｔ１８における計測結果の格納処理において、超音波センサ２０の制御部７０に格納された計測結果が送信される。

この超音波センサ２０の制御部７０が実行する一連の処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。まず、ＥＣＵ１０から計測開始指令を受信したかを判定する（Ｓ１０１）。計測開始指令を受信しなければ（Ｓ１０１：ＮＯ）、計測開始指令を受信するまでこの処理を継続する。受信開始指令を受信すれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ドライブ回路３０の駆動を開始する（Ｓ１０２）。続いて、ドライブ回路３０の駆動の開始から所定時間が継続したかを判定する（Ｓ１０３）。所定時間が継続していなければ（Ｓ１０３：ＮＯ）、ドライブ回路３０の駆動を継続する。所定時間が経過していれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ドライブ回路３０の駆動を終了する（Ｓ１０４）。

ドライブ回路３０の駆動を終了すれば、図３を用いて説明したように、スイッチ４３をＯＮとし（Ｓ１０５）、コンデンサ４４への充電が終了したかを判定する（Ｓ１０６）。このとき、充電電流Ｉ＿ｃｈｒを計測することにより判定してもよく、所定時間の経過に基づいて判定してもよい。コンデンサ４４への充電が終了していなければ（Ｓ１０６：ＮＯ）、スイッチ４３のＯＮ状態を継続する。コンデンサ４４への充電が終了すれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、スイッチ４３をＯＦＦとする（Ｓ１０７）。このとき、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での情報の伝達が可能となっているため、前制御周期の結果要求を受信する（Ｓ１０８）。

続いて、結果送信タイミングとなっているかを判定する（Ｓ１０９）。この判定は、本実施形態における物体検知システムにおいて超音波センサ２０を複数設けており、結果送信のタイミングを重複させないために行うものである。結果送信タイミングとなっていなければ（Ｓ１０９：ＮＯ）、結果送信タイミングとなるまで待機し、結果送信タイミングとなっていれば（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、前制御周期の検知結果を送信する（Ｓ１１０）。続いて、計測期間が終了しているかを判定する（Ｓ１１１）。計測期間が終了していなければ（Ｓ１１１：ＮＯ）、計測（受信待機）を継続する。計測期間が終了していれば（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、計測期間で取得した検知結果をメモリに格納し（Ｓ１１２）、一連の処理を終了する。

上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０は以下の効果を奏する。

・電源重畳型の通信線１４を用いる場合、通信線１４流れる電流が所定値よりも小さい場合に、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０とは通信が可能である。この点、コンデンサ４４への充電時に第１抵抗４１と第２抵抗４２とを並列接続し、電源回路４０のコンデンサ４４への充電を行う期間を短縮することで、通信が可能となるまでの間隔を短縮することができる。

・コンデンサ４４への充電を行う期間を短縮することができるため、コンデンサ４４としてより静電容量の大きいものを採用したり、第１抵抗４１としてより抵抗値の大きいものを採用したりすることができる。ゆえに、回路の電気ノイズに対する耐性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、電源回路４０の構成が第１実施形態と一部異なっている。図６は、本実施形態における電源回路４０の回路図である。電源回路４０は、可変抵抗４５と、ドライブ回路３０との接続側に並列接続されたコンデンサ４４を備えている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。制御部７０は、可変抵抗４５に抵抗値の変更指令を送信する。具体的には、電源回路４０からドライブ回路３０への電力の供給後に、抵抗値を小さくする制御を行う。なお、他の処理は第１実施形態と同等であるため、説明を省略する。

上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０は第１実施形態に準ずる効果を奏する。

＜第３実施形態＞
本実施形態では、電源回路４０の構成が第１実施形態と一部異なっており、それに伴い、制御部７０が行う処理も第１実施形態と一部異なっている。図７は、本実施形態における電源回路４０の回路図である。電源回路４０は、電流の上限値を可変に設定する電流制限回路４６を備えている。この電流制限回路４６は制御部７０からの指令により、電流の上限値を設定するものである。電源回路４０のドライブ回路３０との接続側には、コンデンサ４４が並列接続されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図８は、電源回路４０からドライブ回路３０へ電力を供給する際のタイムチャートである。図中、本実施形態に係る制御を行った際の充電電流Ｉ＿ｃｈｒを実線で示しており、本実施形態に係る制御を行わない場合、すなわち電流制限回路４６を設けない場合の充電電流Ｉ＿ｃｈｒを破線で示している。また、第１実施形態と同様に充電電流Ｉ＿ｃｈｒには通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍが設定されており、加えて、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍが設定されている。この供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍは、例えば、ＥＣＵ１０の電源供給部１２の電力の供給性能に基づく値を、超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂの数で除算した値として設定されている。

このタイムチャートの開始時には、電流制限回路４６における充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定されている。時刻ｔ１で電源回路４０からドライブ回路３０への電力の供給を開始する際に、充電電流Ｉ＿ｃｈｒを増加すべく、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。このとき、時間の経過と共にコンデンサ４４に蓄積された電荷が減少し、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが上昇する。そして、時刻ｔ２において充電電流Ｉ＿ｃｈｒは供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに到達し、その後は、ドライブ回路３０への電力の供給が終了する時刻ｔ３まで供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍでの供給が継続される。

時刻ｔ３でドライブ回路３０への電力の供給が終了すれば、電流制限回路４６における充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定し、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信を可能とする。このとき、時刻ｔ３から遅延した時刻ｔ４において、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍとなる。なお、時刻ｔ４ではコンデンサ４４への充電が完了していないため、時刻ｔ４以降では充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍである状態が継続される。

このように、電流制限回路４６を用いてドライブ回路３０への電力の供給後に充電電流Ｉ＿ｃｈｒを制限すれば、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍの設定によっては１制御周期の間にコンデンサ４４への充電が完了しないため、コンデンサ４４へ充電を行う期間を設ける必要がある。この期間は、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信を行わない期間として予め定めた期間であり、時刻ｔ５に充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。充電電流Ｉ＿ｃｈｒは漸増した後、コンデンサ４４への充電に伴い漸減し、時刻ｔ６において充電が完了すれば、ゼロとなる。

続いて、物体検知システムが実行する一連の処理を図９のタイムチャートを用いて説明する。なお、図９で示すタイムチャートにおける１制御周期は、第１実施形態と同様に、数十〜数百ミリ秒である。まず、時刻ｔ１０でＥＣＵ１０が計測開始指令を生成し、超音波センサ２０へ送信する。超音波センサ２０は、計測開始指令を受け、時刻ｔ１１においてそれぞれドライブ回路３０の駆動を開始し、探査波を送信する。このとき、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定される。探査波の送信を終了した時刻ｔ１２では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定される。この時刻ｔ１２において、超音波センサ２０は反射波の受信待機を行い、ＥＣＵ１０は超音波センサ２０へ前制御周期の計測結果の送信を要求する。なお、図９における時刻ｔ１１は、図３における時刻ｔ１に対応しており、図４における時刻ｔ１２は図３における時刻ｔ４に対応している。

ＥＣＵ１０からの計測結果の送信要求により、時刻ｔ１３において第１センサからの結果の送信が行われ、その送信が終了した時刻ｔ１４において、第２センサからの結果の送信が行われる。計測結果の送信が行われる際、超音波センサ２０の感度を漸増させる。この感度の漸増は時刻ｔ１５において結果の送信が終了した後も継続され、時刻ｔ１６において感度が所定の閾値以上となり、高感度状態とされる。

時刻ｔ１７において計測期間が経過すれば、計測期間において反射波を検出した場合、超音波センサ２０において制御部７０のメモリに計測結果を格納する。計測結果を格納する期間では、通信線１４を介する通信を行わないため、時刻ｔ１７において充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定し、コンデンサ４４への充電を行う。この計測結果を格納する期間は、コンデンサ４４への充電が十分に完了する長さに設定されているため、この期間中の時刻ｔ１８においてコンデンサ４４への充電が完了し、充電電流Ｉ＿ｃｈｒがゼロとなる。そして、時刻ｔ１９において一制御周期の一連の制御を終了する。

計測結果の格納が終了した後の時刻ｔ２０において、ＥＣＵ１０は次の制御周期の計測開始指令を送信する。時刻ｔ２１〜２８の期間において行われる処理は、時刻ｔ１１〜ｔ１８で行われる処理と同等である。

この一連の処理において、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信ができない期間は、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きい時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間、高感度状態に設定される時刻ｔ１７〜ｔ１８の期間、及び、コンデンサ４４への充電を行う時刻ｔ１７〜ｔ１８の期間である。

この超音波センサ２０の制御部７０が実行する一連の処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。まず、ＥＣＵ１０から計測開始指令を受信したかを判定する（Ｓ２０１）。計測開始指令を受信しなければ（Ｓ２０１）、計測開始指令を受信するまでこの処理を継続する。受信開始指令を受信すれば（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定し（Ｓ２０２）、ドライブ回路３０の駆動を開始する（Ｓ２０３）。続いて、ドライブ回路３０の駆動の開始から所定時間が継続したかを判定する（Ｓ２０４）。所定時間が継続していなければ（Ｓ２０４：ＮＯ）、ドライブ回路３０の駆動を継続する。所定時間が経過していれば（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、ドライブ回路３０の駆動を終了し（Ｓ２０５）、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定する（Ｓ２０６）。

充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍとなれば、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での情報の伝達が可能であるため、前制御周期の結果要求を受信する（Ｓ２０７）。続いて、結果送信タイミングとなっているかを判定する（Ｓ２０８）。結果送信タイミングとなっていなければ（Ｓ２０８：ＮＯ）、結果送信タイミングとなるまで待機し、結果送信タイミングとなっていれば（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、前制御周期の検知結果を送信する（Ｓ２０９）。続いて、計測期間が終了しているかを判定する（Ｓ２１０）。計測期間が終了していなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、計測（受信待機）を継続する。

計測期間が終了していれば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定してコンデンサ４４への充電を行いつつ（Ｓ２１１）、計測期間で取得した検知結果をメモリに格納する（Ｓ２１２）。続いて、所定時間が経過したかを判定する（Ｓ２１３）。この所定時間は、コンデンサ４４の充電が十分に完了する時間に設定されている。所定時間が経過していなければ（Ｓ２１３：ＮＯ）、コンデンサ４４の充電が完了していない可能性があるため待機を継続し、所定時間が経過していれば（Ｓ２１３：ＹＥＳ）、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定し、一連の処理を終了する。

上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０は、第１実施形態に準ずる効果に加えて以下の効果を奏する。

・電源回路４０からドライブ回路３０への電力の供給後に、電流制限回路４６により充電電流Ｉ＿ｃｈｒを通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに低下させているため、コンデンサ４４への充電を待たずにＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での情報の伝達を可能とすることができる。

・計測期間の終了後に計測結果をメモリに格納する期間を設ける必要があり、この期間には、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での情報の伝達を行わない。本実施形態では、この情報の伝達を行わない期間を利用して、コンデンサ４４への充電を行うものとしているため、１制御周期の長さをより短くすることができる。これにより、より短い間隔で物体の検知が可能となるため、物体の検出精度を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
本実施形態では、電源回路４０の構成が第３実施形態と一部異なっており、それに伴い制御部７０が行う処理も第３実施形態と一部異なっている。図１１は、本実施形態における電源回路４０の回路図である。電源回路４０は、電流の上限値を可変に設定する電流調整回路４６ａと、この電流調整回路４６ａに直列接続された第１抵抗４１ａを備えている。この第１抵抗４１ａには、第２抵抗４２ａとスイッチ４３ａとの直列接続体が並列接続されている。電流調整回路４６ａは制御部７０からの指令により、電流の上限値を設定するものである。スイッチ４３ａの開閉状態は制御部７０からの指令により切り替えられ、スイッチ４３ａをＯＮとすることで、第１抵抗４１ａと第２抵抗４２ａとが並列接続状態となる。また、電源回路４０のドライブ回路３０との接続側には、コンデンサ４４が並列接続されている。

図１２は、電源回路４０からドライブ回路３０へ電力を供給する際のタイムチャートである。図中、本実施形態に係る制御を行った際の充電電流Ｉ＿ｃｈｒを実線で示しており、本実施形態に係る制御を行わない場合の充電電流Ｉ＿ｃｈｒを破線で示している。このタイムチャートの開始時には、電流調整回路４６ａにおける充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定されている。時刻ｔ１で電源回路４０からドライブ回路３０への電力の供給を開始する際に、充電電流Ｉ＿ｃｈｒを増加すべく、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。このとき、時間の経過と共にコンデンサ４４に蓄積された電荷が減少し、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが上昇する。そして、時刻ｔ２において充電電流Ｉ＿ｃｈｒは供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに到達し、その後は、ドライブ回路３０への電力の供給が終了する時刻ｔ３まで供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍでの供給が継続される。

時刻ｔ３でドライブ回路３０への電力の供給が終了すれば、電流調整回路４６ａにおける充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定し、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信を可能とする。このとき、時刻ｔ３から遅延した時刻ｔ４において、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍとなる。なお、時刻ｔ４ではコンデンサ４４への充電が完了していないため、時刻ｔ４以降では充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍである状態が継続される。

このように、電流調整回路４６ａを用いてドライブ回路３０への電力の供給後に充電電流Ｉ＿ｃｈｒを制限すれば、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍの設定によっては１制御周期の間にコンデンサ４４への充電が完了しないため、コンデンサ４４へ充電を行う期間を設ける必要がある。この期間は、第３実施形態と同様に、検知結果をメモリに格納する期間である。時刻ｔ５に充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。充電電流Ｉ＿ｃｈｒは漸増した後、コンデンサ４４への充電に伴い漸減する。このとき、時刻ｔ６でスイッチ４３ａをＯＮとし、第１抵抗４１ａと第２抵抗４２ａとを並列接続状態とすることで、コンデンサ４４への充電速度を速める。こうすることにより、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下となる時間を早めることができる。そして、時刻ｔ７において充電が完了すれば、充電電流Ｉ＿ｃｈｒはゼロとなる。

なお、第１抵抗４１ａに第２抵抗４２ａ及びスイッチ４３ａの直列接続体を並列接続する代わりに、第２実施形態のごとく可変抵抗を設けるものとしてもよい。

上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０は、第３実施形態に準ずる効果に加えて以下の効果を奏する。

・コンデンサ４４の充電期間において、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの減衰中にスイッチ４３ａをＯＮとし、充電期間を短縮している。これにより、制御周期間の情報の伝達ができない期間を短縮することができる。

＜変形例＞
・各実施形態において、ＥＣＵ１０と複数の超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂとにより物体検知システムを構成するものとしたが、ＥＣＵ１０とひとつの超音波センサ２０とにより物体検知システムを構成してもよい。

・第１、第３実施形態において、複数の超音波センサでコンデンサ４４を充電する期間を共通なものとしたが、異なるものとしてもよい。また、複数の超音波センサにおける感度を同じものとしたが、異なるものとしてもよい。

・第１、第３実施形態において、反射波の受信待機中に前制御周期の検知結果を送信するものとしたが、受信待機の期間の終了後に、検知結果を送信するものとしてもよい。この場合には、送信される検知結果は前制御周期のものであってもよいが、その制御周期で取得した検知結果を送信するものとしてもよい。

・実施形態では、各超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂにおける充電電流Ｉ＿ｃｈｒに対して供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ及び通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍを設けるものとした。この点、各超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂにおける充電電流Ｉ＿ｃｈｒ及び駆動電流Ｉ＿ｏｐｒを合算した値である供給電流Ｉ＿ｂｕｓに対して供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ及び通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍを設けるものとしてもよい。この場合には、充電電流Ｉ＿ｃｈｒ及び駆動電流Ｉ＿ｏｐｒの値を監視してその合計値が供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍや通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きくならないように制御してもよい。

・第３、第４実施形態において、充電電流Ｉ＿ｃｈｒに供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設けるものとしたが、この供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍについては設けないものとしてもよい。

・第１実施形態では、ドライブ回路３０への電力の供給後に抵抗値を小さくして充電電流Ｉ＿ｃｈｒを大きくしてコンデンサ４４の充電時間を短縮している。この点、ドライブ回路３０への電力の供給後に抵抗値を大きくし、第３、第４実施形態のごとく、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下となるようにしてもよい。この場合には、通信の終了後に抵抗値を小さくしてコンデンサ４４の充電を行う期間を設ければよい。

・実施形態では超音波センサにより物体との距離を計測するものとしたが、所定距離以内における物体の存在を検知するために用いるものとしてもよい。

・実施形態では、超音波センサを備える物体検知システムを車両等の移動体に搭載するものとしたが、搭載対象はこれに限られない。静止物等に搭載し、その静止物の周囲に存在する物体との距離を検出するものとしてもよい。

１０…ＥＣＵ、１４…通信線、２０…超音波センサ、３０…ドライブ回路、４１…第１抵抗、４１ａ…第１抵抗、４２…第２抵抗、４２ａ…第２抵抗、４４…コンデンサ、４５…可変抵抗、４６…電流制限回路、４６ａ…電流制限回路。

Claims (10)

1. 制御装置（１０）と物体検知装置（２０）が通信線（１４）を介して接続され、前記通信線を介して電力の供給が行われ、且つ前記通信線を流れる電流に信号を重畳させて情報の伝達を行う物体検知システムに適用され、所定の制御周期で圧電振動子を駆動して探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する物体検知装置であって、
   前記圧電振動子を駆動するドライブ回路（３０）に並列接続されたコンデンサ（４４）と、
   前記ドライブ回路への電力供給の終了後の前記通信線の電流値を制御する電流制御部と、を備える物体検知装置。
2. 前記電流制御部は、前記ドライブ回路への電力の供給が終了以降に、電力の供給時よりも前記電流値を大きくする、請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記電流値には、前記制御装置との前記情報の伝達が可能な値である通信上限値が定められており、
   前記電流制御部は、前記ドライブ回路への電力の供給が終了した以降に、前記電流値を前記通信上限値以下に設定する、請求項１に記載の物体検知装置。
4. 前記探査波の送信後に、前記反射波を受信すべく所定期間待機するものであり、
   前記電流制御部は、前記所定期間の経過後であり且つ次の制御周期前に、前記電流値を前記通信上限値よりも大きい値に設定する期間である充電期間を設ける、請求項３に記載の物体検知装置。
5. 前記所定期間に前記制御装置との間で前記情報の伝達を行う、請求項４に記載の物体検知装置。
6. 前記制御装置は、前記通信線を介して物体検知装置へ電力を供給する電源供給部（１２）をさらに備え、
   前記電源供給部には供給可能な電力の上限として供給上限値が定められており、
   前記電流制御部は、前記供給上限値以下に前記電流値を設定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
7. 前記電流制御部は、抵抗値が可変である抵抗（４１、４２、４５）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
8. 前記電流制御部は、前記電流値を可変にする電流制限回路（４６）を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
9. 前記電流制御部は、前記電流制限回路に直列接続された、抵抗値が可変である抵抗（４１ａ，４２ａ）をさらに備える、請求項８に記載の物体検知装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の複数の物体検知装置と、
    前記制御装置と、
    前記制御装置と前記複数の物体検知装置を通信可能に接続する前記通信線と、を備え、
    前記複数の物体検知装置にてそれぞれ取得された前記情報を、前記ドライブ回路のへの電力の供給後から次の制御周期までの間に、前記通信線を介して送信する、物体検知システム。

Images