JP2018054581A - 検出装置、検出方法、および検出プログラム - Google Patents

検出装置、検出方法、および検出プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】より広範囲の障害物を検出でき、かつ、路面上の障害物を精度良く検出すること。【解決手段】検知装置１００は、車両において用いられる超音波センサ２から、第１の周波数の第１の送信波と、第２の周波数の第２の送信波とを連続で送信させる送受信制御部１１と、超音波センサ２により受信された反射波のうち受信レベルが所定閾値より大きい反射波から周波数成分を抽出する抽出部１２と、周波数成分の周波数に基づいて、障害物を検出する検出部１３と、を備える。第２の送信波の振幅レベルは、第１の送信波の振幅レベルよりも大きい。第１の送信波の振幅レベルは、第１の送信波に対する路面からの反射波の受信レベルが所定閾値以下となるように設定されている。第２の送信波の振幅レベルは、第２の送信波に対する路面の一部領域からの反射波の受信レベルが所定閾値より大きくなるように設定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、障害物を検出する検出装置、検出方法、および検出プログラムに関する。
従来、自動車等の車両の後方部に取り付けられた超音波センサ（ソナー）を用いて車両の後方に存在する障害物を検出する障害物検出装置が知られている。超音波センサは、車両の後方に向けて超音波（送信波）を送信し、障害物検出装置は、その超音波が障害物に当たって反射した反射波を受信し、その反射波に基づいて障害物を検出する。
このような障害物検出装置において、送信波の到達範囲を長距離化する場合、送波電圧ゲインを大きくすることが考えられる。しかし、送波電圧ゲインを大きくした場合、送信波が路面に当たって反射し、障害物検出装置が、路面のみからの反射波に基づいて、路面に障害物があると誤検出してしまう。
そこで、例えば、特許文献１には、障害物が存在する路面からの反射波の平均値と、路面のみからの反射波の平均値とを比較することで、路面に存在する障害物を検出する技術が開示されている。
特開平３−２４３４１３号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、障害物が存在する路面からの反射波の平均値と、路面のみからの反射波の平均値とが同等である場合、障害物を検出できないおそれがある。
本発明の目的は、より広範囲の障害物を検出でき、かつ、路面上の障害物を精度良く検出できる検出装置、検出方法、および検出プログラムを提供することである。
本発明に係る検出装置は、車両において用いられる超音波センサから、第１の周波数の第１の送信波を送信させた後、前記超音波センサが前記第１の送信波の反射波を受信する前に前記第１の周波数と異なる第２の周波数の第２の送信波を送信させる送信部と、前記超音波センサにより受信された反射波のうち受信レベルが所定閾値より大きい反射波から、周波数の成分を抽出する抽出部と、抽出された前記成分の周波数に基づいて、障害物を検出する検出部と、を備え、前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波の振幅レベルよりも大きく、前記第１の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波に対する路面からの反射波の受信レベルが前記所定閾値以下となるように設定され、前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第２の送信波に対する路面の一部領域からの反射波の受信レベルが前記所定閾値より大きくなるように設定されている。
本発明に係る検出方法は、車両において用いられる超音波センサから、第１の周波数の第１の送信波を送信させた後、前記超音波センサが前記第１の送信波の反射波を受信する前に前記第１の周波数と異なる第２の周波数の第２の送信波を送信させるステップと、前記超音波センサにより受信された反射波のうち受信レベルが所定閾値より大きい反射波から、周波数の成分を抽出するステップと、抽出された前記成分の周波数に基づいて、障害物を検出するステップと、を含み、前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波の振幅レベルよりも大きく、前記第１の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波に対する路面からの反射波の受信レベルが前記所定閾値以下となるように設定され、前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第２の送信波に対する路面の一部領域からの反射波の受信レベルが前記所定閾値より大きくなるように設定されている。
本発明に係る検出プログラムは、車両において用いられる超音波センサから、第１の周波数の第１の送信波を送信させた後、前記超音波センサが前記第１の送信波の反射波を受信する前に前記第１の周波数と異なる第２の周波数の第２の送信波を送信させる処理と、前記超音波センサにより受信された反射波のうち受信レベルが所定閾値より大きい反射波から、周波数の成分を抽出する処理と、抽出された前記成分の周波数に基づいて、障害物を検出する処理と、をコンピュータに実行させ、前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波の振幅レベルよりも大きく、前記第１の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波に対する路面からの反射波の受信レベルが前記所定閾値以下となるように設定され、前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第２の送信波に対する路面の一部領域からの反射波の受信レベルが前記所定閾値より大きくなるように設定されている。
本発明によれば、より広範囲の障害物を検出でき、かつ、路面上の障害物を精度良く検出できる。
本発明の実施の形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図 図１に示した超音波センサの搭載位置の一例を示す図 本発明の実施の形態に係る連続送信波の一例を示す図 図３Ａに示した連続送信波の到達範囲の一例を示す概念図 本発明の実施の形態に係る検出装置の動作例を示すフローチャート 第１の検出例における障害物の位置を示す図 第１の検出例における連続送信波および反射波を示す図 第２の検出例における障害物の位置を示す図 第２の検出例における連続送信波および反射波を示す図 第３の検出例における障害物の位置を示す図 第３の検出例における連続送信波および反射波を示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施の形態に係る検出装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の検出装置１００の構成例を示す図である。
図１に示す検出装置１００は、自動車等の車両（図２参照）に搭載され、同じ車両に搭載された超音波センサ２と電気的に接続される。超音波センサ２は、例えば、図２に示すように、車両１の後方部（例えば、リヤダンパ近傍）に取り付けられる。
超音波センサ２は、超音波（以下、送信波という）を車両１の後方に向けて送信する。送信波は、路面４０に当たって反射する。また、車両１の後方において路面４０上に障害物が存在する場合、送信波は、その障害物（例えば、壁、縁石等の物体、または、人間、動物等の生物）に当たって反射する。超音波センサ２は、このようにして反射された超音波（以下、反射波という）を受信する。なお、送信波については、図３Ａ、図３Ｂを用いて後述する。また、反射波については、図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂを用いて後述する。
図１に示すように、検出装置１００は、制御部１０、送信回路２０、および受信回路３０を備える。検出装置１００は、例えば、超音波距離測定ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。
制御部１０は、送受信制御部１１、抽出部１２、および検出部１３を有する。図示は省略するが、制御部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。図１に示した送受信制御部１１、抽出部１２、および検出部１３の機能（詳細は後述）は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。
送受信制御部１１（送信部の一例）は、後述する連続送信波Ｔ（図３Ａ参照）を超音波センサ２から送信するように送信回路２０を制御する。また、例えば、送受信制御部１１は、送信回路２０および受信回路３０のそれぞれに対し、制御信号を出力する。送信回路２０へ出力される制御信号には、例えば、送波電圧ゲイン（送信ゲインともいう）の指示が含まれる。また、受信回路３０へ出力される制御信号には、例えば、受波信号ゲイン（受信ゲインともいう）の指示が含まれる。
抽出部１２は、受信回路３０から受け取った受信信号（詳細は後述）に対してフーリエ変換等を行い、周波数成分（以下、単に「成分」ともいう）を抽出する。なお、周波数成分とは、周波数、周波数の成分の強さ、周波数の振幅等を意味する。
検出部１３は、抽出された周波数成分の周波数に基づいて、障害物を検出する。この検出処理の具体例（後述の第１〜第３の検出例）については後述する。
送信回路２０は、例えば、発振回路（図示略）と駆動回路（図示略）を含んで構成される。発振回路は、所定周波数の矩形波（図３Ａ参照）を生成する。駆動回路は、生成された矩形波を駆動信号として超音波センサ２へ出力する。これにより、超音波センサ２は、予め設定された送波電圧ゲインで送信波を送信する。
受信回路３０は、増幅回路（図示略）とフィルタ回路（図示略）を含んで構成される。増幅回路は、超音波センサ２から受け取った反射波（受信信号）を、予め設定された受波信号ゲインで増幅する。フィルタ回路は、増幅された受信信号に対してフィルタリングを行い、その後、受信信号を制御部１０へ出力する。
以上、検出装置１００の構成について説明した。
次に、本発明の実施の形態に係る送信波について、図３Ａ、図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、本実施の形態の連続送信波Ｔを示す図である。図３Ｂは、連続送信波Ｔに含まれる送信波Ｔ１と送信波Ｔ２それぞれの到達範囲を示す概念図である。
図３Ａに示すように、連続送信波Ｔは、送信波Ｔ１（第１の送信波の一例）と送信波Ｔ２（第２の送信波の一例）を含む。超音波センサ２は、送信波Ｔ１を送信し、その後、超音波センサ２が送信波Ｔ１の反射波を受信する前に送信波Ｔ２を送信する。送信波Ｔ１と送信波Ｔ２の周波数は異なる。以下では、送信波Ｔ１の周波数を「周波数Ａ」、送信波Ｔ２の周波数を「周波数Ｂ」という。なお、送信波の周波数は、固定周波数でなく、周波数に帯域幅を持たせ、徐々に周波数を変化させる送信波などでもよい。
図３Ｂにおいて、到達範囲Ｓ１は送信波Ｔ１の到達範囲を示し、到達範囲Ｓ２は送信波Ｔ２の到達範囲を示す。
図３Ｂに示すように、到達範囲Ｓ２は、到達範囲Ｓ１よりも広い（長い）。すなわち、送信波Ｔ２の振幅レベル（送信レベル）は、送信波Ｔ１の振幅レベル（送信レベル）よりも大きい。
また、図３Ｂに示すように、到達範囲Ｓ２は、路面４０上の領域４１（超音波センサ２からの距離が一定となる領域。一部領域の一例）を含んでいる。よって、送信波Ｔ２が領域４１に到達することにより、超音波センサ２は、少なくとも領域４１からの反射波を受信する。
送信波Ｔ２の振幅レベルは、領域４１からの反射波の受信レベルが所定閾値（ゼロを含む。以下同じ）より大きくなるように設定されている。また、送信波Ｔ１の振幅レベルは、送信波Ｔ１に対する路面４０からの反射波の受信レベルが所定閾値以下となるように設定されている。
なお、本実施の形態では、受信レベルが所定閾値より大きい反射波は、抽出部１２による周波数成分の抽出処理の対象となる一方、受信レベルが所定閾値以下の反射波は、抽出部１２による周波数成分の抽出処理の対象とならない。また、微小レベルも含むすべての反射波の周波数成分の抽出処理をし、抽出成分の信号の強さから判定してもよい。
超音波センサ２と領域４１との間の距離は、検出装置１００（例えば、検出部１３）にとって既知である。よって、検出装置１００は、反射波を受信した時間から、その反射波が、領域４１からの反射波であるか否かを認識できる。
図３Ｂに示すように、到達範囲Ｓ１は、路面４０上の領域４１を含んでいない。よって、送信波Ｔ１は領域４１に到達しない。なお、本実施の形態において、「到達しない」とは、送信波が所定の領域に実際に到達しないことを意味する以外に、送信波が所定の領域に到達するが、その送信波に対する反射波の受信レベルが所定閾値以下であることも意味する。
図３Ｂにおいて、領域４２は、領域４１よりも車両１から遠い路面４０上の領域である。領域４３は、領域４１よりも車両１に近い路面４０上の領域である。送信波Ｔ１および送信波Ｔ２は、領域４２および領域４３のいずれにも到達しない。
以上、連続送信波Ｔについて説明した。
次に、検出装置１００の動作について、図４を用いて説明する。図４は、検出装置１００の動作例を示すフローチャートである。
まず、送信回路２０は、図３Ａに示した連続送信波Ｔを送信するように超音波センサ２を制御する（ステップＳ１０１）。これにより、超音波センサ２は、車両１の後方に向けて連続送信波Ｔを送信する。図３Ｂに示したように、送信波Ｔ１は到達範囲Ｓ１に送信され、送信波Ｔ２は到達範囲Ｓ２に送信される。
次に、受信回路３０は、超音波センサ２から受け取った反射波（受信信号）を増幅し、フィルタリングを行う（ステップＳ１０２）。その後、受信回路３０は、受信信号を制御部１０へ出力する。
次に、制御部１０の抽出部１２は、受信信号に対してフーリエ変換等を行い、周波数成分を抽出する（ステップＳ１０３）。
次に、制御部１０の検出部１３は、抽出された周波数成分の周波数に基づいて障害物を検出する（ステップＳ１０４）。
ここで、ステップＳ１０４の検出処理の具体例として、第１〜第３の検出例について説明する。図５Ａは、第１の検出例における障害物の位置を示す図であり、図５Ｂは、第１の検出例における連続送信波および反射波を示す図である。図６Ａは、第２の検出例における障害物の位置を示す図であり、図６Ｂは、第２の検出例における連続送信波および反射波を示す図である。図７Ａは、第３の検出例における障害物の位置を示す図であり、図７Ｂは、第３の検出例における連続送信波および反射波を示す図である。
まず、図５Ａ、図５Ｂを参照して、第１の検出例について説明する。
例えば、図５Ａに示すように、障害物５０が領域４２に存在し、障害物５０の一部が到達範囲Ｓ２に含まれるとする。
この場合、超音波センサ２は、図５Ｂに示すように、まず反射波Ｒ１を受信し、その後、反射波Ｒ２を受信する。反射波Ｒ１および反射波Ｒ２は、受信レベルが所定閾値より大きいとする。
そして、図４のステップＳ１０３では、反射波Ｒ１および反射波Ｒ２のそれぞれに対してフーリエ変換が行われ、反射波Ｒ１および反射波Ｒ２のそれぞれから周波数Ｂの成分のみが抽出される。
検出部１３は、上述したとおり、反射波Ｒ１が領域４１からの反射波であることを認識できる。また、検出部１３は、反射波Ｒ１から周波数Ｂの成分のみが抽出されたことから、反射波Ｒ１が領域４１のみによって反射されたものであると認識する。よって、検出部１３は、領域４１に障害物５０は存在しないと判定する。
また、検出部１３は、反射波Ｒ２が反射波Ｒ１よりも後に受信され、かつ、反射波Ｒ２から周波数Ｂの成分が抽出されたことから、領域４２に障害物５０が存在すると判定する。
また、検出部１３は、反射波Ｒ１よりも前に反射波を受信していないことから、領域４３に障害物５０は存在しないと判定する。
以上、第１の検出例について説明した。
次に、図６Ａ、図６Ｂを参照して、第２の検出例について説明する。
例えば、図６Ａに示すように、障害物５０が領域４１に存在し、障害物５０の一部が到達範囲Ｓ１および到達範囲Ｓ２の両方に含まれるとする。
この場合、超音波センサ２は、図６Ｂに示すように、反射波Ｒ３を受信する。反射波Ｒ３は、送信波Ｔ１が障害物５０に到達して反射した反射波と、送信波Ｔ２が障害物５０に到達して反射した反射波と、送信波Ｔ２が領域４１に到達して反射した反射波とを含む混合波である。この混合波に含まれる各反射波は、受信レベルが所定閾値より大きいとする。よって、反射波Ｒ３は、受信レベルが所定閾値より大きい。
そして、図４のステップＳ１０３では、反射波Ｒ３に対してフーリエ変換が行われ、反射波はＲ３から周波数Ａの成分および周波数Ｂの成分の両方が抽出される。
検出部１３は、反射波Ｒ３が領域４１からの反射波であると認識できる。また、検出部１３は、反射波Ｒ３から周波数Ａの成分と周波数Ｂの成分の両方が抽出されたことから、反射波Ｒ３が領域４１によって反射されたものだけでなく、障害物５０によって反射されたものを含むと認識する。よって、検出部１３は、領域４１に障害物５０が存在すると判定する。
また、検出部１３は、反射波Ｒ３よりも後に反射波を受信していないことから、領域４２に障害物５０は存在しないと判定する。ただし、車両１と障害物５０を結ぶ直線上で、かつ、障害物５０の後方側に存在しうる別の障害物については、ここでの判定の対象外とする。
また、検出部１３は、反射波Ｒ３よりも前に反射波を受信していないことから、領域４３に障害物５０は存在しないと判定する。
以上、第２の検出例について説明した。
次に、図７Ａ、図７Ｂを参照して、第３の検出例について説明する。
例えば、図７Ａに示すように、障害物５０が領域４３に存在し、障害物５０の一部が到達範囲Ｓ１および到達範囲Ｓ２の両方に含まれるとする。
この場合、超音波センサ２は、図７Ｂに示すように、まず反射波Ｒ４を受信し、その後、反射波Ｒ５を受信する。反射波Ｒ４および反射波Ｒ５は、受信レベルが所定閾値より大きいとする。
そして、図４のステップＳ１０３では、反射波Ｒ４および反射波Ｒ５のそれぞれに対してフーリエ変換が行われ、反射波Ｒ４から周波数Ａの成分および周波数Ｂの成分の両方が抽出され、反射波Ｒ５から周波数Ｂの成分のみが抽出される。
検出部１３は、反射波Ｒ４が反射波Ｒ５よりも前に受信され、かつ、反射波Ｒ４から周波数Ａの成分と周波数Ｂの成分の両方が抽出されたことから、反射波Ｒ４が障害物５０によって反射されたものであると認識する。よって、検出部１３は、領域４３に障害物５０が存在すると判定する。
また、検出部１３は、反射波Ｒ５が領域４１からの反射波であることを認識できる。また、検出部１３は、反射波Ｒ５から周波数Ｂの成分のみが抽出されたことから、反射波Ｒ５が領域４１のみによって反射されたものであると認識する。よって、検出部１３は、領域４１に障害物５０は存在しないと判定する。ただし、車両１と障害物５０を結ぶ直線上で、かつ、障害物５０の後方側に存在しうる別の障害物については、ここでの判定の対象外とする。
また、検出部１３は、反射波Ｒ５よりも後に反射波を受信していないことから、領域４２に障害物５０は存在しないと判定する。ただし、車両１と障害物５０を結ぶ直線上で、かつ、障害物５０の後方側に存在しうる別の障害物については、ここでの判定の対象外とする。
以上、第３の検出例について説明した。以下、図４の説明に戻る。
次に、検出部１３は、検出結果を示す検出結果情報を所定の装置へ出力する（ステップＳ１０５）。検出結果情報は、例えば、障害物の有無のみを示す内容であってもよいし、どの領域（例えば、領域４１、４２、４３）に障害物があるかを示す内容であってもよい。また、検出結果情報の出力先は、例えば、超音波距離測定ＥＣＵ以外のＥＣＵ（例えば、車両の運転支援を行うＥＣＵなど）、または、ディスプレイ装置などであってもよい。
以上、検出装置１００の動作について説明した。
詳述してきたように、本実施の形態の検出装置１００は、周波数成分と到達範囲が異なる連続送信波Ｔを超音波センサ２に送信させ、反射波から抽出された周波数成分に基づいて障害物５０の有無を検出する。これにより、検出装置１００は、より広範囲の障害物を検出でき、かつ、路面上の障害物を精度良く検出できる。
本発明は、上記実施の形態の説明に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、実施の形態では、検出装置１００および超音波センサ２を車両１に搭載する場合を例に挙げて説明したが、検出装置１００および超音波センサ２は、車両（自動車）以外の移動体に搭載されてもよい。
また、例えば、実施の形態では、超音波センサ２を車両１の後方部に搭載し、車両１の後方に向けて連続送信波Ｔを送信する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。超音波センサ２は、例えば、車両１の側方または前方に搭載され、車両１の側方または前方に向けて連続送信波Ｔを送信してもよい。
本発明は、障害物を検出する検出装置、検出方法、および検出プログラムに好適である。
１ 車両
２ 超音波センサ
１０ 制御部
１１ 送受信制御部
１２ 抽出部
１３ 検出部
２０ 送信回路
３０ 受信回路
１００ 検出装置

Claims (7)

  1. 車両において用いられる超音波センサから、第１の周波数の第１の送信波を送信させた後、前記超音波センサが前記第１の送信波の反射波を受信する前に前記第１の周波数と異なる第２の周波数の第２の送信波を送信させる送信部と、
    前記超音波センサにより受信された反射波のうち受信レベルが所定閾値より大きい反射波から、周波数の成分を抽出する抽出部と、
    抽出された前記成分の周波数に基づいて、障害物を検出する検出部と、を備え、
    前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波の振幅レベルよりも大きく、
    前記第１の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波に対する路面からの反射波の受信レベルが前記所定閾値以下となるように設定され、
    前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第２の送信波に対する路面の一部領域からの反射波の受信レベルが前記所定閾値より大きくなるように設定されている、
    検出装置。
  2. 前記検出部は、
    前記一部領域からの反射波から、前記第１の周波数の成分と前記第２の周波数の成分の両方が抽出された場合、前記一部領域に障害物があると判定する、
    請求項１に記載の検出装置。
  3. 前記検出部は、
    前記一部領域からの反射波の受信後に受信された反射波から、前記第２の周波数の成分のみが抽出された場合、前記一部領域より前記車両から遠い領域に障害物があると判定する、
    請求項１に記載の検出装置。
  4. 前記検出部は、
    前記一部領域からの反射波の受信前に受信された反射波から、前記第１の周波数の成分と前記第２の周波数の成分の両方が抽出された場合、前記一部領域より前記車両に近い領域に障害物があると判定する、
    請求項１に記載の検出装置。
  5. 前記検出部は、
    前記一部領域からの反射波から前記第２の周波数の成分のみが抽出された場合、前記一部領域に障害物がないと判定する、
    請求項３または４に記載の検出装置。
  6. 車両において用いられる超音波センサから、第１の周波数の第１の送信波を送信させた後、前記超音波センサが前記第１の送信波の反射波を受信する前に前記第１の周波数と異なる第２の周波数の第２の送信波を送信させるステップと、
    前記超音波センサにより受信された反射波のうち受信レベルが所定閾値より大きい反射波から、周波数の成分を抽出するステップと、
    抽出された前記成分の周波数に基づいて、障害物を検出するステップと、を含み、
    前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波の振幅レベルよりも大きく、
    前記第１の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波に対する路面からの反射波の受信レベルが前記所定閾値以下となるように設定され、
    前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第２の送信波に対する路面の一部領域からの反射波の受信レベルが前記所定閾値より大きくなるように設定されている、
    検出方法。
  7. 車両において用いられる超音波センサから、第１の周波数の第１の送信波を送信させた後、前記超音波センサが前記第１の送信波の反射波を受信する前に前記第１の周波数と異なる第２の周波数の第２の送信波を送信させる処理と、
    前記超音波センサにより受信された反射波のうち受信レベルが所定閾値より大きい反射波から、周波数の成分を抽出する処理と、
    抽出された前記成分の周波数に基づいて、障害物を検出する処理と、をコンピュータに実行させ、
    前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波の振幅レベルよりも大きく、
    前記第１の送信波の振幅レベルは、前記第１の送信波に対する路面からの反射波の受信レベルが前記所定閾値以下となるように設定され、
    前記第２の送信波の振幅レベルは、前記第２の送信波に対する路面の一部領域からの反射波の受信レベルが前記所定閾値より大きくなるように設定されている、
    検出プログラム。
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