JP2017187315A - Detection device and detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、周囲の振動を検知する検知装置、及びその検知装置を備える検知システムに関する。 The present invention relates to a detection device that detects ambient vibration and a detection system including the detection device.
従来、送波部から超音波である探査波を送信し、周囲の物体により反射された反射波を受波部により受信して、その送受信間の時間を取得することにより、周囲の物体との距離を検知する検知装置が実現されている。 Conventionally, an exploration wave that is an ultrasonic wave is transmitted from a transmission unit, a reflected wave reflected by a surrounding object is received by a receiving unit, and a time between the transmission and reception is obtained, thereby obtaining A detection device for detecting a distance is realized.
このような検知装置として、特許文献1に記載の検知装置がある。特許文献1に記載の検知装置では、探査波の送信時に、受波部と信号処理部との電気的な接続を遮断している。これにより、特許文献1に記載の検知装置では、探査波の送信時に駆動信号が信号処理部へ入力されることを防ぐことができる。
As such a detection device, there is a detection device described in
ところで、特許文献1に記載されているような検知装置では、検知装置の周囲に設けられた機器等から、信号処理部へと電気ノイズが侵入することがある。信号処理部へ電気ノイズが侵入した場合、その電気ノイズと、反射波に基づいて生じた信号との区別ができなければ、物体の位置の誤検知が生ずるおそれがある。
By the way, in the detection device as described in
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、電気ノイズの検知が可能な検知装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and a main object thereof is to provide a detection device capable of detecting electrical noise.
本発明は、検知装置であって、受信した超音波を電気信号として出力する圧電素子と、圧電素子に接続され、圧電素子から出力される電気信号を取得する信号処理部と、圧電素子と信号処理部との、電気的な接続状態と遮断状態とを切り替える切替部と、切替部が遮断状態である場合に信号処理部が取得すれば、その電気信号に基づいて電気ノイズの検知を行う判定部と、を備える。 The present invention is a detection device, a piezoelectric element that outputs received ultrasonic waves as an electrical signal, a signal processing unit that is connected to the piezoelectric element and acquires an electrical signal output from the piezoelectric element, a piezoelectric element, and a signal A switching unit that switches between an electrical connection state and a cutoff state with the processing unit, and a determination that performs detection of electrical noise based on the electrical signal if the signal processing unit acquires when the switching unit is in the cutoff state A section.
圧電素子を用いて超音波の検知を行う場合、その超音波を電気信号として取得するため、周囲の機器からの電気ノイズの影響がある場合、電気信号の値の取得精度が低下する。ところが、圧電素子は、周囲の超音波ノイズを取得した場合にもその超音波ノイズに基づく電気信号を出力するため、信号処理部が取得したノイズが、圧電素子が取得した超音波ノイズであるのか、周囲の機器等から生じた電気ノイズであるのかの区別が困難である。 When detecting an ultrasonic wave using a piezoelectric element, the ultrasonic wave is acquired as an electric signal. Therefore, when there is an influence of electric noise from surrounding devices, the acquisition accuracy of the value of the electric signal is lowered. However, since the piezoelectric element outputs an electrical signal based on the ultrasonic noise even when the surrounding ultrasonic noise is acquired, is the noise acquired by the signal processing unit the ultrasonic noise acquired by the piezoelectric element? It is difficult to distinguish between electrical noises generated from surrounding devices and the like.
この点、上記構成では、圧電素子と信号処理部とを切替部を介して接続しているため、切替部が遮断状態であれば、圧電素子が受信した超音波よって生ずる電気信号は、信号処理部に入力されない。そのため、切替部が遮断状態である場合に電気信号が検出されれば、その電気信号は、周囲の機器等から生じた電気ノイズであるといえる。したがって、上記構成により、信号処理部へ入力された電気ノイズの検知を精度よく行うことができる。 In this regard, in the above configuration, since the piezoelectric element and the signal processing unit are connected via the switching unit, if the switching unit is in a cut-off state, the electrical signal generated by the ultrasonic wave received by the piezoelectric element is It is not input to the department. Therefore, if an electrical signal is detected when the switching unit is in the shut-off state, it can be said that the electrical signal is electrical noise generated from surrounding equipment or the like. Therefore, with the above configuration, it is possible to accurately detect the electrical noise input to the signal processing unit.
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。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.
<第1実施形態>
本実施形態に係る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。
<First Embodiment>
The detection device according to the present embodiment is an ultrasonic sensor and is mounted on a moving body such as a vehicle. The ultrasonic sensor transmits ultrasonic waves to the surroundings of the moving body, receives the reflected waves reflected by the objects existing in the surroundings, and measures the time from transmission to reception, thereby measuring the distance between the moving body and the objects. Ask for.
図1は、本実施形態に係る超音波センサ10の構成図である。超音波センサ10は、圧電素子20への電圧の印加により超音波を送信する。また、圧電素子20は受信した超音波のエネルギを電圧へ変換する。
FIG. 1 is a configuration diagram of an
圧電素子20への電圧の印加は、駆動部30を制御することにより行われる。駆動部30は、正の定電圧を印加する第1電源31と負の定電圧を印加する第2電源32とを含んで構成されている。第1電源31は、第1スイッチQ1を介して圧電素子20の第1側に接続されており、第2電源32は、第2スイッチQ2を介して圧電素子20の第1側に接続されている。また、圧電素子20の第2側は、接地されている。第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2は、例えば、MOSFETである。
Application of a voltage to the
このように駆動部30が構成されているため、第1スイッチQ1をONとし第2スイッチQ2をOFFとする制御と、第1スイッチQ1をOFFとし第2スイッチQ2をONとする制御とを交互に繰り返すことにより、圧電素子20へ正の電圧と負の電圧とが交互に印加される。この電圧の印加により圧電素子20は発振し、超音波が送信される。この超音波の周波数は、第1スイッチQ1と第2スイッチQ2とを交互にONとする制御周期と等しい周波数となる。
Since the
一方、圧電素子20が受信した超音波のエネルギは、圧電素子20により、超音波のエネルギに基づく電圧を有する電気信号へと変換される。この電気信号は、信号処理部40の入力部である入力端子へと入力される。信号処理部40において、電気信号は、まず増幅部41へ入力される。この増幅部41は、ゲインを可変に設定できるように構成されている。具体的には、高ゲインと、その高ゲインよりも低いゲインである低ゲインに設定できるように構成されている。増幅部41では、入力された電気信号を所定のゲインで増幅し、増幅後の電気信号をバンドパスフィルタ42へ入力する。
On the other hand, the ultrasonic energy received by the
バンドパスフィルタ42は、通過帯域を、送信時の超音波の周波数を含むものとしている。これは、物周囲の物体により反射された反射波の周波数は、送信した超音波の周波数と近い周波数となるためである。このように通過帯域が設定されているため、このバンドパスフィルタ42では、圧電素子20から送信された超音波の周波数から乖離した周波数の電気信号が除去される。バンドパスフィルタ42を通過した電気信号は、比較部43へ入力される。比較部43では、電気信号の電圧の値と、予め定められた値である閾値とを比較し、その比較結果を出力する。
The
なお、増幅部41、バンドパスフィルタ42、及び比較部43には、接地部位との電位差44が、基準値設定部45により入力される。こうすることで、入力された電気信号の、基準の電位差からの乖離量に応じた制御が可能となる。
Note that the reference
この信号処理部40と圧電素子20とは、切替部50を介して接続されている。切替部50は、信号処理部40の入力端子と圧電素子20の第1側との電気的な接続状態を切り替える第3スイッチQ3と、信号処理部40の入力端子と接地部位との電気的な接続状態を切り替える第4スイッチQ4とを含んで構成されている。第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4は、例えば、MOSFETである。第3スイッチQ3がONであり、第4スイッチQ4がOFFであれば、信号処理部40と圧電素子20とが電気的に接続され、圧電素子20から出力された電気信号が信号処理部40へ入力される。一方、第3スイッチQ3がOFFであり、第4スイッチQ4がONであれば、信号処理部40と圧電素子20とが電気的に遮断され、圧電素子20から出力された電気信号は信号処理部40へ入力されなくなる。また、第3スイッチQ3がOFFであり、第4スイッチQ4がONであれば、信号処理部40の入力端子が接地される。
The
上述した第1〜第4スイッチQ1〜Q4の開閉状態、及び、増幅部41のゲインは、制御装置60が備える制御部61からの指令により、制御される。具体的には、まず、超音波センサ10の周囲に超音波ノイズが存在するか否かを判定すべく、第3スイッチQ3をONとし、第4スイッチQ4をOFFとして、超音波ノイズに基づいて圧電素子20から生じた電気信号が、信号処理部40へ入力されるようにする。このとき、信号処理部40の増幅部41のゲインは、高ゲインに設定される。なお、超音波ノイズを検知する制御を行う期間を、第1検知期間と称する。
The above-described open / closed states of the first to fourth switches Q1 to Q4 and the gain of the amplifying
第1検知期間に続いて、圧電素子20から超音波を発生させるべく、第1スイッチQ1と第2スイッチQ2とを交互にONとする制御を行う。第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4の制御状態は、第1検知期間と同じ状態に維持される。すなわち、第3スイッチQ3はONとされており、第4スイッチQ4はOFFとされている。このとき、駆動部30の電圧は信号処理部40へも入力されるため、その電圧が過剰に増幅されないように、増幅部41のゲインは低ゲインに設定される。なお、駆動回路を制御して超音波を発生させる期間を、駆動期間と称する。
Following the first detection period, control is performed to alternately turn on the first switch Q1 and the second switch Q2 in order to generate ultrasonic waves from the
駆動期間に続いて、第3スイッチQ3をONし、第4スイッチQ4をOFFとした状態を維持し、駆動期間で送信された超音波が周囲の物体に反射された場合に、その反射波を受信可能とする。このとき、受信波により生ずる電気信号を増幅して検出しやすくすべく、増幅部41のゲインは高ゲインに設定される。なお、反射波の受信を待機する期間を、受信待機期間と称する。
Following the driving period, the state where the third switch Q3 is turned on and the fourth switch Q4 is turned off is maintained, and when the ultrasonic wave transmitted in the driving period is reflected by a surrounding object, the reflected wave is Enable reception. At this time, the gain of the amplifying
受信待機期間に続いて、超音波センサ10の周囲に搭載された電気機器から生ずる電気ノイズを検知すべく、第3スイッチQ3をOFFとし、第4スイッチQ4をONとして、超音波ノイズに基づいて圧電素子20から生じた電気信号が、信号処理部40へ入力されないようにする。このとき、周囲の電気機器がノイズ源70となって電気ノイズを生じさせていた場合、その電気ノイズに基づく電気信号は、増幅部41、バンドパスフィルタ42、及び比較部43を通過することとなる。したがって、信号処理部40に生ずる電気信号は、電気ノイズによるものと判定することができる。このとき、信号処理部40の増幅部41のゲインは、高ゲインに設定される。なお、電気ノイズを検知する制御を行う期間を、第2検知期間と称する。
Based on the ultrasonic noise, the third switch Q3 is turned off and the fourth switch Q4 is turned on to detect electric noise generated from the electric devices mounted around the
本実施形態では、第1検知期間の開始時点から第2検知期間の終了時点までを、1回の探査周期としており、1回の探査周期が終了すれば、続いて次の探査周期が開始される。なお、探査周期の開始時点をどの期間の始期にするかは任意に設定することができる。 In the present embodiment, the period from the start of the first detection period to the end of the second detection period is defined as one exploration cycle. When one exploration period is completed, the next exploration period is subsequently started. The Note that it is possible to arbitrarily set which period the start point of the search cycle is set to.
信号処理部40の比較部43から出力される比較結果は、制御装置60の判定部62へと入力される。判定部62は、受信待機期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号は反射波により生じたものである可能性が高いため、物体の検知結果としてECU100へ送信する。また、第1検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を超音波ノイズとして判定し、その判定結果をECU100へ送信する。加えて、第2検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を電気ノイズとして判定し、その判定結果をECU100へ送信する。
The comparison result output from the
ECU100は、判定部62から物体の検知結果を受信すれば、その検知結果により物体の位置を算出し、物体の位置に応じた処理を行う。具体的には、車両の運転者に対して物体の存在を知らせる報知を行う。この報知は、車両に搭載されたスピーカを用いて行ってもよいし、ランプや表示装置等を用いて行ってもよい。また、物体との距離が小さくなり、且つ、車両がその物体が存在する方向へと移動している場合には、車両が備えるブレーキ装置を作動させる制御等を行ってもよい。
When
一方、ECU100は、超音波ノイズ又は電気ノイズが存在する旨の判定結果を取得すれば、そのノイズの判定結果を所定期間蓄積し、ノイズが周期的に、又は継続して生じているか否かを判定する。これは、ノイズが単発で生じたものであれば、その影響は一時的なものであり、物体の検知結果に対する影響が限定的であるためである。なお、電気ノイズが単発で生ずる場合とは、例えば、電気機器の起動時に生ずる電気ノイズ等が挙げられる。
On the other hand, if the
ノイズが周期的に生じていれば、そのノイズの物体検知への影響を抑制する処理を行う。具体的には、超音波センサ10の信号処理部40が備える比較部43に対して指令を行い、閾値を上昇させる。これにより、ノイズに基づく電気信号が反射波による電気信号よりも比較的小さければ、そのノイズに基づく物体の誤検知を抑制できる。一方、ノイズに基づく電気信号が反射波により電気信号と同程度の大きさである場合や、反射波による電気信号よりも大きい場合等には、閾値の変更によるノイズの影響を除去する処理は、困難である。したがって、この場合には、車両の運転者に対して、物体の検知ができない旨の報知を行ったうえで、物体の検知結果の報知や、物体との衝突を回避する制御等を行わないものとする。なお、この場合において、物体の検知結果の報知や、物体との衝突を回避する制御等は行わないものの、物体の検知及びノイズの検知は継続して行う。これは、ノイズを検知しなくなった場合に、物体の位置に基づく制御を再開できるようにするためである。
If noise is periodically generated, processing for suppressing the influence of the noise on object detection is performed. Specifically, an instruction is given to the
また、ECU100は、周期的、又は継続して生ずる電気ノイズが存在すると判定した場合、その判定結果を蓄積する。こうすることで、車両の点検時等にその判定結果を読み出すことにより、電気ノイズを発生させるノイズ源70の特定が容易になる。
When
続いて、超音波センサ10において実行される処理について、図2のフローチャートを参照して説明する。図2のフローチャートは、所定の探査周期毎に繰り返し実行される。
Next, processing executed in the
まず、ステップS101にて、第3スイッチQ3をONとし第4スイッチQ4をOFFとして、圧電素子20から出力された電気信号が信号処理部40へ入力されるようにする。このとき、超音波センサ10の周囲で生じた超音波ノイズを圧電素子20が受信すれば、その超音波ノイズに基づく電気信号が圧電素子20から生じ、信号処理部40へ入力される。この超音波ノイズを検知する期間を、第1検知期間と称する。続いて、ステップS102にて第1検知期間が終了したか否かを判定する。このステップS102の処理は、肯定判定するまで、すなわち第1検知期間が終了するまで繰り返し行われる。
First, in step S101, the third switch Q3 is turned on and the fourth switch Q4 is turned off, so that the electrical signal output from the
ステップS102にて肯定判定すれば、すなわち第1検知期間が終了すれば、ステップS103へ進み、第1検知期間にて超音波ノイズを検知したか否かを判定する。このS103の処理では、比較部43における閾値との比較処理の結果として、閾値を超えた超音波ノイズが存在しているか否かを判定する。ステップS103にて肯定判定すれば、すなわち第1検知期間にて超音波ノイズを検出していれば、ステップS104においてその検出結果をECU100へ送信し、ステップS105へ進む。
If an affirmative determination is made in step S102, that is, if the first detection period ends, the process proceeds to step S103, and it is determined whether ultrasonic noise is detected in the first detection period. In the process of S103, as a result of the comparison process with the threshold value in the
一方、ステップS103にて否定判定すれば、すなわち第1検知期間にて超音波ノイズを検出していなければ、そのままステップS105へ進む。なお、ステップS103にて否定判定した場合、すなわち第1検知期間にて超音波ノイズを検出していないと判定した場合において、超音波ノイズを検出していない旨の結果をECU100へ送信するものとしてもよい。また、第1検知期間が終了した時点で超音波ノイズの検知結果を送信するのではなく、超音波ノイズを検知するごとにその検知結果をECU100へ送信するものとしてもよい。
On the other hand, if a negative determination is made in step S103, that is, if no ultrasonic noise is detected in the first detection period, the process proceeds to step S105 as it is. When a negative determination is made in step S103, that is, when it is determined that no ultrasonic noise is detected in the first detection period, a result indicating that no ultrasonic noise is detected is transmitted to the
ステップS105では、増幅部41のゲインを低ゲインへと切り替え、信号処理部40へ入力された圧電素子20の駆動時の電気信号が、過剰に大きくならないようにする。続くステップS106にて、駆動部30における駆動制御を開始する。すなわち、上述したとおり、第1スイッチQ1をONとし第2スイッチQ2をOFFとする制御と、第1スイッチQ1をOFFとし第2スイッチQ2をONとする制御とを交互に繰り返す駆動制御を開始する。
In step S105, the gain of the amplifying
続いて、ステップS107にて、駆動制御が行われる期間である駆動期間が終了したか否かを判定する。このステップS107の処理は、肯定判定するまで、すなわち駆動期間が終了するまで繰り返し行われる。 Subsequently, in step S107, it is determined whether or not the drive period, which is a period during which drive control is performed, has ended. The process in step S107 is repeated until an affirmative determination is made, that is, until the drive period ends.
ステップS107にて肯定判定すれば、すなわち駆動期間が終了すれば、ステップS108へ進み、駆動制御を終了する。すなわち、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2を共にOFFとする。続くステップS109では、増幅部41のゲインを高ゲインへと切り替え、ステップS110へ進む。
If an affirmative determination is made in step S107, that is, if the drive period ends, the process proceeds to step S108, and the drive control ends. That is, both the first switch Q1 and the second switch Q2 are turned off. In subsequent step S109, the gain of the amplifying
ステップS110では、受信待機期間が終了したか否かを判定する。このステップS110の処理は、肯定判定するまで、すなわち受信待機期間が終了するまで繰り返し行われる。 In step S110, it is determined whether or not the reception standby period has ended. The process in step S110 is repeatedly performed until an affirmative determination is made, that is, until the reception standby period ends.
ステップS110にて肯定判定すれば、すなわち受信待機期間が終了すれば、ステップS111へ進み、反射波の受信結果をECU100へ送信する。なお、反射波を受信していなければ、受信結果の送信を行わなくてもよい。また、受信待機期間が終了した時点で反射波の受信結果を送信するのではなく、反射波を受信するごとにその受信結果をECU100へ送信するものとしてもよい。
If an affirmative determination is made in step S110, that is, if the reception standby period ends, the process proceeds to step S111, and the reception result of the reflected wave is transmitted to the
続いて、ステップS112へ進み、第3スイッチQ3をOFFとし、第4スイッチQ4をONとする。すなわち、圧電素子20と信号処理部40とを電気的に遮断し、圧電素子20から出力される電気信号が信号処理部40へ入力されないようにするとともに、信号処理部40の入力端子を接地させ、信号処理部40において閉回路を形成する。このステップS112の処理が行われた後に信号処理部40にて電気信号が検知されれば、その電気信号は、他の電気機器から生じた電気ノイズである可能性が高い。この電気ノイズを検知する期間を第2検知期間と称する。
Subsequently, the process proceeds to step S112, where the third switch Q3 is turned off and the fourth switch Q4 is turned on. That is, the
続いて、ステップS113にて第2検知期間が終了したか否かを判定する。このステップS113の処理は、肯定判定するまで、すなわち第2検知期間が終了するまで繰り返し行われる。 Subsequently, in step S113, it is determined whether or not the second detection period has ended. The process of step S113 is repeatedly performed until an affirmative determination is made, that is, until the second detection period ends.
ステップS113にて肯定判定すれば、すなわち第2検知期間が終了すれば、ステップS114へ進み、第2検知期間にて電気ノイズを検知したか否かを判定する。このS114の処理では、比較部43における閾値との比較処理の結果として、閾値を超えた電気ノイズが存在しているか否かを判定する。ステップS114にて肯定判定すれば、すなわち第2検知期間にて電気ノイズを検出していれば、ステップS115においてその検出結果をECU100へ送信し、一連の処理を終了する。
If an affirmative determination is made in step S113, that is, if the second detection period ends, the process proceeds to step S114 to determine whether or not electrical noise is detected in the second detection period. In the process of S <b> 114, it is determined whether there is electrical noise exceeding the threshold as a result of the comparison process with the threshold in the
一方、ステップS114にて否定判定すれば、すなわち第2検知期間にて電気ノイズを検出していなければ、そのまま一連の処理を終了する。なお、ステップS114にて否定判定した場合、第1検知期間の場合と同様に、電気ノイズを検出していない旨の結果をECU100へ送信するものとしてもよい。また、第2検知期間が終了した時点で電気ノイズの検知結果を送信するのではなく、電気ノイズを検知するごとにその検知結果をECU100へ送信するものとしてもよい。
On the other hand, if a negative determination is made in step S114, that is, if no electrical noise is detected in the second detection period, the series of processing ends. If a negative determination is made in step S114, a result indicating that no electrical noise is detected may be transmitted to the
以上のように超音波センサ10において行われる処理が行われた際の、第1〜第4スイッチQ1〜Q4の制御状態、及び増幅部41のゲインについて、図3のタイムチャートを用いて説明する。
The control state of the first to fourth switches Q1 to Q4 and the gain of the amplifying
まず時刻t1にて、ステップS101の第3スイッチQ3をONとし第4スイッチQ4をOFFとする制御が行われる。時刻t1から続く時刻t2までの期間は、圧電素子20と信号処理部40とを電気的に接続して超音波ノイズの検知を行う第1検知期間である。
First, at time t1, control is performed to turn on the third switch Q3 and turn off the fourth switch Q4 in step S101. A period from time t1 to time t2 is a first detection period in which the
時刻t2では、ステップS105の増幅部41のゲインを低ゲインへと切り替える制御が行われ、且つ、ステップS106の駆動部30における駆動制御を開始する。時刻t2から時刻t3までは、駆動部30における駆動制御を行い、圧電素子20から超音波を発生させる駆動期間である。
At time t2, control for switching the gain of the amplifying
時刻t3では、ステップS108の駆動制御を終了させる制御が行われ、且つ、ステップS109のゲインを高ゲインへと切り替える制御が行われる。時刻t3から時刻t4までは、周囲の物体により反射された反射波の受信を待機する受信待機期間である。この受信待機期間の長さにより、超音波センサ10の検知範囲が定まる。すなわち、受信待機期間の長さの半分に音速を乗算した距離に位置する物体との距離を、検知することができる。
At time t3, control for ending the drive control in step S108 is performed, and control for switching the gain in step S109 to a high gain is performed. From time t3 to time t4 is a reception standby period in which reception of reflected waves reflected by surrounding objects is waited. The detection range of the
時刻t4では、ステップS112における第3スイッチQ3をOFFとし第4スイッチQ4をONとする制御が行われる。すなわち、時刻t4にて、圧電素子20と信号処理部40とが電気的に遮断される。時刻t4から時刻t5までは、信号処理部40を閉回路として電気ノイズの影響を判定する第2検知期間である。時刻t5では、時刻t1と同様に、ステップS101の第3スイッチQ3をONとし第4スイッチQ4をOFFとする制御が行われる。続く時刻t6、時刻t7では、それぞれ、時刻t2、時刻t3と同様の制御が行われる。
At time t4, control is performed to turn off the third switch Q3 and turn on the fourth switch Q4 in step S112. That is, at time t4, the
上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ10は、以下の効果を奏する。
With the above configuration, the
・圧電素子20と信号処理部40とを切替部50を介して接続しているため、切替部50が遮断状態であれば、圧電素子20が受信した超音波によって生ずる電気信号は、信号処理部40に入力されない。そのため、切替部50が遮断状態である場合に電気信号が検出されれば、その電圧は、周囲の機器等から生じた電気ノイズであるといえる。したがって、信号処理部40へ入力された電気ノイズの検知を精度よく行うことができる。
Since the
・車両の製造時には、超音波センサ10に対する電気ノイズの影響が小さくなるように、電気機器等の配置が行われている。一方、車両の販売後に電気機器等が追加された場合には、その電気機器から生ずる電気ノイズが超音波センサ10へ影響を与える場合がある。本実施形態では、超音波センサ10の検知結果に影響を与える可能性のあるノイズ源70が存在する場合に、その影響を除外したり、その影響を受けた検知結果を用いた制御を行わなかったりしているため、追加された電気機器などから生ずる電気ノイズによる影響を抑制することができる。
-At the time of manufacture of a vehicle, arrangement | positioning of an electric equipment etc. is performed so that the influence of the electrical noise with respect to the
・電気ノイズが生じたとしても、電気機器の起動時に生ずる電気ノイズである場合等、一時的に生ずる電気ノイズであれば、その影響は限定的であるため、無視することができる。一方、電気ノイズが継続して生ずる場合には、その電気ノイズにより超音波センサ10において物体の誤検知が生ずる可能性が高い。本実施形態では、探査周期ごとに電気ノイズを検知する第2検知期間を設けているため、継続して生ずる電気ノイズであるか否かを判定することができる。
Even if electrical noise occurs, it can be ignored because the effect is limited if it is temporarily generated, such as when it is generated at the start-up of an electrical device. On the other hand, if electrical noise continues to occur, there is a high possibility that an erroneous object detection will occur in the
・受信待機期間、第1検知期間、及び第2検知期間におけるゲインを、駆動期間のゲインよりも大きくしているため、駆動期間の信号が過剰に増幅されることを抑制しつつ、受信待機期間、第1検知期間及び第2検知期間における受信波の検知精度及びノイズの検知精度を向上させることができる。 -Since the gain in the reception standby period, the first detection period, and the second detection period is larger than the gain in the drive period, the reception standby period is suppressed while suppressing excessive amplification of the signal in the drive period. In addition, it is possible to improve the detection accuracy of received waves and the detection accuracy of noise in the first detection period and the second detection period.
・受信待機期間、第1検知期間、及び第2検知期間におけるゲインを等しくしているため、受信波に対するノイズの相対的な大きさが判定しやすくなる。したがって、受信波を検知するうえでノイズを無視することができるか否かを容易に判定することができるとともに、ノイズが検出された際に行われる閾値を変更する処理において、閾値をノイズの影響を受けない値に設定することができる。 Since the gains in the reception standby period, the first detection period, and the second detection period are equal, it is easy to determine the relative magnitude of noise with respect to the received wave. Therefore, it is possible to easily determine whether or not noise can be ignored in detecting the received wave, and in the process of changing the threshold value when noise is detected, the threshold value is influenced by the noise. Can be set to a value that does not receive.
・受信待機期間の直後は、検知範囲外に存在する物体により反射された反射波を受信することがある。この場合の反射波は実際には超音波ノイズでないものの、受信待機期間に続いて第1検知期間を設けた場合、検知範囲外に存在する物体により反射された反射波を超音波ノイズとして誤判定することがある。本実施形態では、受信待機期間に続いて、電気ノイズを検知する第2検知期間を設け、その第2検知期間に続いて超音波ノイズを検知する第1検知期間を設けているため、検知範囲外に検知範囲外に存在する物体により反射された反射波を超音波ノイズとして誤判定する事態を、抑制することができる。 -Immediately after the reception standby period, a reflected wave reflected by an object outside the detection range may be received. Although the reflected wave in this case is not actually ultrasonic noise, if the first detection period is provided after the reception standby period, the reflected wave reflected by the object existing outside the detection range is erroneously determined as ultrasonic noise. There are things to do. In this embodiment, since the second detection period for detecting electrical noise is provided following the reception standby period, and the first detection period for detecting ultrasonic noise is provided subsequent to the second detection period, the detection range is provided. A situation in which a reflected wave reflected by an object outside the detection range outside is erroneously determined as ultrasonic noise can be suppressed.
・切替部50により圧電素子20と信号処理部40とを遮断状態とした第2検知期間では、検出される電気信号は電気ノイズに基づくものである。一方、切替部50により圧電素子20と信号処理部40とを電気的に接続した第1検知期間では、検出される電気信号は、超音波ノイズと電気ノイズとが混在したものとなる。第2検知期間において、電気ノイズが周期的に、若しくは継続して生じていることが検知できれば、第1検知期間において、その電気ノイズを除いたノイズが超音波ノイズであると判定することができる。したがって、電気ノイズの検知に加えて、超音波ノイズの検知も精度よく行うことができる。
In the second detection period in which the
・切替部50により圧電素子20と信号処理部40とを電気的に遮断した際に、信号処理部40の入力部を接地するものとしているため、信号処理部40と切替部50とにより形成される閉回路は、信号処理部40と切替部50と圧電素子20とにより形成される閉回路から圧電素子20を切り離したものとなる。これにより、電気ノイズを検出する際の閉回路は、圧電素子20により超音波の検知を行う際の閉回路に近似した回路構成となる。したがって、圧電素子20を用いた物体の検知に影響を与える可能性の高い電気ノイズの検知を行うことができる。
Since the input unit of the
<第2実施形態>
本実施形態に係る超音波センサ110は、回路構成の一部が第1実施形態と異なっている。また、回路構成の一部が第1実施形態と異なっているため、行われる制御も一部異なっている。
Second Embodiment
The
本実施形態に係る超音波センサ110の構成について、図4を参照して説明する。超音波センサ110は、第1実施形態に係る超音波センサ10の近傍に配置されており、超音波センサ10が送信した超音波が周囲の物体に反射された場合に、その反射波を受信する。そして、超音波センサ10による超音波の送信時刻と、超音波センサ10及び超音波センサ110の反射波の受信時刻とを用いることで、物体の位置を特定する。
The configuration of the
超音波センサ110が備える圧電素子120は、受信した超音波を電圧を有する電気信号へ変換して出力する。この電気信号は、信号処理部140の入力部である入力端子へと入力される。信号処理部140において、電気信号は、まず増幅部141へ入力される。この増幅部141は、ゲインの値が一定の値とされている。増幅部141により増幅された電気信号は、バンドパスフィルタ142を経た後に、比較部143へ入力される。このバンドパスフィルタ142及び比較部143は、第1実施形態と同等のものであるため、具体的な説明を省略する。なお、増幅部141、バンドパスフィルタ142、及び比較部143には、接地部位との電位差144が、基準値設定部145により入力される。
The
この信号処理部140と圧電素子120とは、切替部150を介して接続されている。この切替部150の構成は、第1実施形態と同等であるため、説明を省略する。
The
切替部150が備える第3,第4スイッチQ3,Q4の開閉状態は、制御装置160が備える制御部161からの指令により、制御される。具体的には、まず、超音波センサ110の周囲に超音波ノイズが存在するか否かを判定すべく、第3スイッチQ3をONとし、第4スイッチQ4をOFFとして、超音波ノイズに基づいて圧電素子120から生じた電気信号が、信号処理部140へ入力されるようにする。すなわち、第1実施形態と同様に、超音波ノイズを検知する制御を行う期間である第1検知期間を設ける。
Opening and closing states of the third and fourth switches Q3 and Q4 provided in the
第1検知期間に続いて、他の超音波センサ10により超音波の送信が行われている間、処理を行わず待機する期間を設ける。なお、この期間を送信待機期間と称する。送信待機期間に続いて、反射波の受信を待機する受信待機期間を設ける。この受信待機期間に続いて、第2検知期間を設ける。これら受信待機期間及び第2検知期間については、第1実施形態と同等であるため、説明を省略する。
Subsequent to the first detection period, a period of waiting without processing is provided while ultrasonic transmission is performed by another
信号処理部140の比較部143から出力される比較結果は、制御装置160の判定部162へと入力される。判定部162は、受信待機期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号は反射波により生じたものである可能性が高いため、物体の検知結果としてECU100へ送信する。また、第1検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を超音波ノイズとして判定し、その判定結果をECU100へ送信する。加えて、第2検知期間において閾値を超えた電気信号を取得すれば、その電気信号を電気ノイズとして判定し、その判定結果をECU100へ送信する。
The comparison result output from the
続いて、超音波センサ110において実行される処理について、図5のフローチャートを参照して説明する。図5のフローチャートは、所定の探査周期毎に繰り返し実行される。
Subsequently, processing executed in the
まず、ステップS201〜ステップS204で第1検知期間の処理を行う。この第1検知期間の処理については、第1実施形態のステップS101〜S104の処理と同等のものであるため、説明を省略する。 First, the process of a 1st detection period is performed by step S201-step S204. Since the processing in the first detection period is the same as the processing in steps S101 to S104 in the first embodiment, description thereof is omitted.
続くステップS205にて、送信待機期間を開始し、ステップS206の送信待機期間が終了したか否かの判定を繰り返すことにより、送信待機期間が経過するまで待機を行う。 In subsequent step S205, a transmission standby period is started, and by repeating the determination of whether or not the transmission standby period in step S206 has ended, standby is performed until the transmission standby period elapses.
送信待機期間が経過してステップS206で肯定判定すれば、ステップS207に進み受信待機期間を開始する。なお、受信待機期間を開始した後のステップS208からステップS213までの処理は、第1実施形態のステップS110からステップS115の処理と同等のものであるため、説明を省略する。 If the transmission standby period has elapsed and an affirmative determination is made in step S206, the process proceeds to step S207 to start the reception standby period. Note that the processing from step S208 to step S213 after the start of the reception standby period is the same as the processing from step S110 to step S115 of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
続いて、本実施形態に係る処理を行った際の第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4の制御状態を、図6を参照して説明する。 Subsequently, the control states of the third switch Q3 and the fourth switch Q4 when the processing according to the present embodiment is performed will be described with reference to FIG.
まず時刻t11にて、ステップS201の第3スイッチQ3をONとし第4スイッチQ4をOFFとする制御が行われる。時刻t11から続く時刻t12までの期間は、圧電素子120と信号処理部140とを電気的に接続して超音波ノイズの検知を行う第1検知期間である。時刻t12から時刻t13までは、他の超音波センサ10で超音波が送信されるのを待機する送信待機期間である。その送信待機期間に続く時刻t13から時刻t14までの期間は受信待機期間である。これら、第1検知期間、送信待機期間、及び受信待機期間では、第3スイッチQ3はONとされ、第4スイッチQ4はOFFとされる。すなわち、圧電素子20から発せられた電気信号が、信号処理部140へ入力される状態が維持される。
First, at time t11, control is performed to turn on the third switch Q3 and turn off the fourth switch Q4 in step S201. A period from time t11 to time t12 is a first detection period in which the
時刻t14では、ステップS210における第3スイッチQ3をOFFとし第4スイッチQ4をONとする制御が行われる。すなわち、時刻t14にて、圧電素子120と信号処理部140とが電気的に遮断される。時刻t14から時刻t15までは、信号処理部140を閉回路として電気ノイズの影響を判定する第2検知期間である。時刻t15では、時刻t11と同様に、ステップS201の第3スイッチQ3をONとし第4スイッチQ4をOFFとする制御が行われる。続く時刻t16、時刻t17では、それぞれ、時刻t12、時刻t13と同様の制御が行われる。
At time t14, control is performed to turn off the third switch Q3 and turn on the fourth switch Q4 in step S210. That is, at time t14, the
上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ110は、第1実施形態に係る超音波センサ10が奏する効果に準ずる効果を奏する。
With the above configuration, the
<第3実施形態>
本実施形態では、第1実施形態に係る複数の超音波センサ10とECU100とにより検知システムを構成している。この検知システムについて、図7を参照して説明する。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, a plurality of
複数の超音波センサ10は、互いに間隔を開けて、車両200のフロントバンパに取り付けられている。いずれかの超音波センサ10が超音波を送信する際には、その超音波センサ10の隣の超音波センサ10は、超音波の送信は行わず、且つ、反射波の受信処理を行う。すなわち、第2実施形態に係る超音波センサ110が行う処理を同等の処理を行う。こうすることで、超音波を送信した超音波センサ10の送受信の時刻と、その超音波センサ10の隣の超音波センサ10の受信の時刻とを用いて、物体の位置の算出が可能となる。
The plurality of
ECU100は、いずれかの超音波センサ10から電気ノイズの検知結果を取得すれば、その超音波センサ10において、第1実施形態に準ずる電気ノイズの影響を低減する処理を行う。加えて、電気ノイズを検知した超音波センサ10を特定して、内蔵するメモリに記憶する。こうすることで、ノイズ源70の近傍に位置する超音波センサ10を特定することができ、ノイズ源70の位置を推定することができる。なお、このときECU100は、ノイズ源70の位置を推定する推定部として機能するといえる。
If ECU100 acquires the detection result of the electrical noise from any
上記構成により、本実施形態に係る検知システムは、第1実施形態に係る超音波センサ10が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。
With the above configuration, the detection system according to the present embodiment has the following effects in addition to the effects exhibited by the
・電気ノイズは、一般的に、そのノイズ源70である電気機器の周囲に対して影響を及ぼすものであり、距離が離れるほどその影響は低下する。本実施形態では、複数の超音波センサ10が、それぞれ車両200の定められた位置に取り付けられているため、電気ノイズの検知を検知した超音波センサ10の近傍にノイズ源70が存在していると推定することができる。したがって、ノイズ源70となっている電気機器を取り除いたり、電気ノイズを生じさせないようにする処置を行ったりすることが容易になる。
The electric noise generally affects the surroundings of the electric device that is the
<変形例>
・切替部50の回路構成は、実施形態で示したものに限られない。切替部50は、少なくとも、圧電素子20と信号処理部40との電気的な接続状態と遮断状態とを切り替える機能を有していればよく、具体的な回路構成は、任意に設計することができる。
<Modification>
The circuit configuration of the switching
・各実施形態において、電気ノイズ又は超音波ノイズを検知し、且つ、その周波数が探査波の送信周波数から乖離している場合には、バンドパスフィルタ42,142の通過帯域を狭めるものとしてもよい。こうすれば、バンドパスフィルタ42,142を通過したノイズは、除去されるか、又は十分に減衰したものとなり、比較部43,143において、閾値を超えるおそれが小さくなる。また、この制御を、比較部43,143の閾値を上昇させる制御を組み合わせて行ってもよい。
In each embodiment, when electric noise or ultrasonic noise is detected and the frequency deviates from the transmission frequency of the exploration wave, the pass band of the bandpass filters 42 and 142 may be narrowed. . In this way, the noise that has passed through the bandpass filters 42 and 142 is removed or sufficiently attenuated, and the possibility that the
・第1実施形態の駆動期間において、第3スイッチQ3をOFFとし第4スイッチQ4をONとして、電気ノイズを検知可能としてもよい。このようにした場合、駆動期間には電気信号が信号処理回路へ入力されないため、増幅部41のゲインは可変としなくてもよい。
In the driving period of the first embodiment, the third switch Q3 may be turned off and the fourth switch Q4 may be turned on so that electrical noise can be detected. In this case, since the electric signal is not input to the signal processing circuit during the driving period, the gain of the amplifying
・第2実施形態の送信待機期間において、第3スイッチQ3をOFFとし第4スイッチQ4をONとして、電気ノイズを検知可能としてもよい。 In the transmission waiting period of the second embodiment, the third switch Q3 may be turned off and the fourth switch Q4 may be turned on so that electrical noise can be detected.
・第1実施形態において、第1〜第4スイッチQ1〜Q4をMOSFETとしたが、他のスイッチを採用してもよい。第2実施形態の第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4についても同様である。 In the first embodiment, the first to fourth switches Q1 to Q4 are MOSFETs, but other switches may be employed. The same applies to the third switch Q3 and the fourth switch Q4 of the second embodiment.
・第3実施形態において、第1実施形態に係る超音波センサ10を複数設けるものとしたが、第1実施形態に係る超音波センサ10と第2実施形態に係る超音波センサ110とを混在させて設けるものとしてもよい。この場合、第2実施形態に係る超音波センサ110の隣には第1実施形態に係る超音波センサ10を設置するものとすれば、第1実施形態に係る超音波センサ10から送信された超音波に基づく反射波を、第2実施形態に係る超音波センサ110が受信することができる。
In the third embodiment, a plurality of
・第3実施形態において、いずれかの超音波センサ10において電気ノイズを検知した場合、ノイズ源70はその超音波センサ10の近傍に存在しており、その超音波センサ10への影響が大きい。一方、そのノイズ源70は隣の超音波センサ10に対しても影響を与えることがある。したがって、電気ノイズを検知した超音波センサ10に隣接する超音波センサ10についても、電気ノイズの影響を抑制する制御を行うものとしてもよい。
In the third embodiment, when electrical noise is detected in any of the
・実施形態では、超音波センサ10を車両200に搭載するものとしたが、車両以外の移動体に搭載してもよい。また、搭載対象は移動体に限られず、静止物に搭載して周囲の物体との距離の検知に用いるものとしてもよい。
In the embodiment, the
10…超音波センサ、20…圧電素子、30…駆動部、40…信号処理部、41…増幅部、50…切替部、62…判定部、70…ノイズ源、110…超音波センサ、120…圧電素子、140…信号処理部、141…増幅部、150…切替部、162…判定部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記圧電素子に接続され、前記圧電素子から出力される電気信号を取得する信号処理部(40,140)と、
前記圧電素子と前記信号処理部との、電気的な接続状態と遮断状態とを切り替える切替部(50,150)と、
前記切替部が遮断状態である場合に前記信号処理部が電気信号を取得すれば、その取得した電気信号に基づいて、電気ノイズの検知を行う判定部(62,162)と、を備える検知装置。 A piezoelectric element (20, 120) for outputting the received ultrasonic wave as an electrical signal;
A signal processing unit (40, 140) connected to the piezoelectric element and acquiring an electrical signal output from the piezoelectric element;
A switching unit (50, 150) for switching between an electrical connection state and a cutoff state between the piezoelectric element and the signal processing unit;
If the signal processing unit acquires an electrical signal when the switching unit is in a cut-off state, the detection device includes a determination unit (62, 162) that detects electrical noise based on the acquired electrical signal. .
前記待機期間が終了してから、次の周期の前記待機期間の開始までの間に、前記切替部(50,150)を遮断状態として前記検知を行う期間を含む検知期間が設けられている、請求項1に記載の検知装置。 A standby period for waiting to receive the ultrasonic waves is provided for each predetermined period,
Between the end of the standby period and the start of the standby period of the next cycle, a detection period including a period of performing the detection with the switching unit (50, 150) being in a shut-off state is provided. The detection device according to claim 1.
前記待機期間は、各周期において、前記駆動電力を供給する期間である駆動期間の後に設けられている、請求項2に記載の検知装置(10)。 A drive unit (30) for supplying drive power for generating ultrasonic waves from the piezoelectric element;
The detection device (10) according to claim 2, wherein the standby period is provided after a driving period in which the driving power is supplied in each cycle.
前記信号処理部(40)は、入力された前記電気信号を増幅する増幅部(41)を備え、
前記増幅部は、前記待機期間のゲイン及び前記検知期間のゲインを、前記駆動期間のゲインよりも大きくする、請求項3に記載の検知装置。 The detection period is provided between the end of the standby period and the start of the driving period of the next cycle,
The signal processing unit (40) includes an amplification unit (41) that amplifies the input electric signal,
The detection device according to claim 3, wherein the amplification unit makes the gain in the standby period and the gain in the detection period larger than the gain in the drive period.
前記増幅部は、前記待機期間のゲインと前記検知期間のゲインとを等しくする、請求項2又は3に記載の検知装置。 The signal processing unit includes an amplification unit (41, 141) for amplifying the input electric signal,
The detection device according to claim 2, wherein the amplification unit equalizes the gain in the standby period and the gain in the detection period.
前記検知期間は、前記切替部を接続状態として前記検知を行う期間である第1検知期間と、前記切替部を遮断状態として前記検知を行う第2検知期間とを含む、請求項2〜6のいずれか1項に記載の検知装置。 The determination unit further detects noise based on the electrical signal acquired by the signal processing unit when the switching unit is in a connected state,
The detection period includes a first detection period in which the detection is performed with the switching unit in a connected state, and a second detection period in which the detection is performed with the switching unit in a cut-off state. The detection device according to any one of claims.
各検知装置は、それぞれ、定められた位置に設けられており、
ノイズの存在を検知した前記判定部を備える前記検知装置の位置に基づいて、ノイズ源(70)の位置を推定する推定部(100)を備える、検知システム。 A detection system comprising a plurality of the detection devices according to any one of claims 1 to 9,
Each detection device is provided at a predetermined position,
A detection system comprising an estimation unit (100) that estimates a position of a noise source (70) based on a position of the detection device including the determination unit that has detected the presence of noise.
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