JP2018105701A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】残響に基づく物体の不要検知の抑制と、反射波に基づく物体検知性能の向上との両立を図ることができる物体検知装置を提供すること。【解決手段】超音波センサ３０は、振動子から超音波を送信し前記振動子の振動に伴い受波信号を発生する。物体検知装置２０は、超音波センサ３０で受信された反射波に基づいて、移動体としての車両１０の周囲に存在する物体を検知する。物体検知装置２０は、前記振動子から前記超音波が送信された後の残響のうなり状態を検出するうなり検出部２８と、うなり検出部２８によるうなり状態の検出結果に基づいて、前記反射波に基づき前記物体を検知するときの条件を可変に設定する条件設定部２９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波センサを用いて物体を検知する物体検知装置に関する。

従来、超音波センサを移動体に搭載して、移動体の周囲に存在する物体を検知するとともに、その検知結果に基づいて移動体の走行安全性を向上させるための各種制御、例えば運転者に対して報知したり、制動装置を作動させたりすることが行われている。

特許文献１には、超音波センサによる送波後の残響の継続時間の計測値が基準残響時間に対して伸びておらず、かつ超音波センサが反射波を検出している場合に、計測残響時間に、残響終了から第１反射波が終了するまでの時間を加えた加算残響時間が基準残響時間に対して伸びていると判定された場合に、残響があるうちに反射波を受信するほどの近距離に物体が存在していると判定することが開示されている。こうした制御により、近距離に存在する物体を精度良く検知するようにしている。

特開２０１６−３１３５４号公報

超音波センサでは、例えば周囲の環境によって残響波形が変化することがある。また、残響波形が変化することにより、残響が未終了であるにも関わらず、残響を反射波と認識して物体を不要検知したり、あるいは、残響が終了しているにも関わらず、反射波に基づく物体検知に速やかに移行できなかったりすることが懸念される。反射波に基づく物体検知に速やかに移行できない場合、移動体から近距離に存在する物体を検知できず、検知漏れが生じることが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、残響に基づく物体の不要検知の抑制と、反射波に基づく物体検知性能の向上との両立を図ることができる物体検知装置を提供することを一つの目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、振動子から超音波を送信し前記振動子の振動に伴い受波信号を発生する超音波センサ（２０）で受信された反射波に基づいて、移動体（１０）の周囲に存在する物体を検知する物体検知装置に関する。請求項１に記載の発明は、前記振動子から前記超音波が送信された後の残響のうなり状態を検出するうなり検出部と、前記うなり検出部による前記うなり状態の検出結果に基づいて、前記反射波に基づき前記物体を検知するときの条件を可変に設定する条件設定部と、を備えることを特徴とする。

超音波センサでは、送信波の残響のうなり状態に応じて残響波形が異なり、うなりが発生している場合には残響が速やかに減衰するのに対し、うなりが発生していない場合には、うなりが発生している場合に比べて残響が緩やかに減衰する。この点に着目し、残響のうなり状態に基づいて、反射波に基づき物体を検知するときの条件を可変に設定する構成とした。こうした構成によれば、都度の残響波形に相応する条件で、反射波に基づく物体検知を行うことができる。その結果、残響に基づく物体の不要検知の抑制と、反射波に基づく物体検知性能の向上との両立を図ることができる。

第１実施形態の車両の物体検知システムの概略構成を示す図。 超音波センサの送波及び受波を説明するタイムチャート。 残響のうなり状態を説明するタイムチャート。 物体検知処理の具体的態様を示すタイムチャート。 時間閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 反射波の読込開始判定処理の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態の車両の物体検知システムの概略構成を示す図。 物体検知処理の具体的態様を示すタイムチャート。 時間閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 残響周波数に基づくうなり検出処理を説明するタイムチャート。 残響周波数に基づくうなり検出処理を説明するタイムチャート。 第３実施形態の車両の物体検知システムの概略構成図。 時間閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 うなり状態に基づいて低下率を可変設定する場合を示すタイムチャート。 うなり状態に基づいて低下率を可変設定する場合を示すタイムチャート。 低下率及びディレイ時間の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 振幅閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 周囲温度に基づきうなり状態を検出する処理の処理手順を示すフローチャート。

以下、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）
本実施形態の物体検知システムは、移動体としての車両に搭載されている。図１に示す物体検知システムは、車両１０に搭載された超音波センサ３０の測距結果を用いて、車両１０の周囲に存在する物体（例えば、他の車両や道路構造物等）を検知する。

超音波センサ３０は、超音波を探査波として送信し、探査波が周囲の物体で反射した反射波を受信することにより、車両周囲に存在する物体の有無や物体までの距離を検出するセンサである。超音波センサ３０は、車両１０の運転支援制御（例えば、衝突回避制御等）を実施する運転支援ＥＣＵ４０と通信可能に接続されており、運転支援ＥＣＵ４０からの指令に基づいて物体検知情報を出力する。物体検知情報には、車両１０の周囲に存在する物体の位置や距離、方位に関する情報が含まれている。超音波センサ３０は、送受波部２１と、物体検知装置としての検知ＥＣＵ２０とを備えている。送受波部２１は振動子を有し、１個の振動子が送波と受波とを兼用する構成となっている。

検知ＥＣＵ２０は、送波部２２、受波部２３及び制御部２４を備えており、これらにより送受波機能を実現する。送波部２２は、超音波領域の所定周波数の正弦波をパルス変調することによりパルス信号を生成して送受波部２１に出力し、送受波部２１から所定の送信周期で振動子を振動させ、探査波として超音波を出力させる。受波部２３は、振動子の振動を電気信号に変換し、受波信号として波形処理部２５に出力する。

制御部２４は、運転支援ＥＣＵ４０からの指令に基づいて、送波部２２及び受波部２３に対して送受波の指令信号を出力するとともに、反射波に基づき認識した物体検知情報を運転支援ＥＣＵ４０に出力する。検知ＥＣＵ２０は、波形処理部２５、振幅計測部２６及び周波数計測部２７を更に備えており、制御部２４と共に、物体検知情報を生成する機能を実現する。

波形処理部２５は、波形処理として、受波信号に対してフィルタ処理及び増幅処理を行い、包絡線検波回路にて包絡線を検波する。振幅計測部２６は、受信波（残響及び反射波を含む。）の振幅値を計測する。本実施形態では、振幅値の上限値が定められており、振幅値がその上限値よりも大きい場合には、振幅値が上限値Ａｍａｘで固定される。周波数計測部２７は、受信波の周波数を計測する。例えば、電圧が正の値から負の値へ変化する点をゼロクロス点とし、そのゼロクロス点間の時間の逆数を周波数とする。

ここで、図２を参照して、超音波センサ３０の送波及び受波の一連の流れについて説明する。図２の横軸は時間であり、縦軸は振幅値Ａである。図２では包絡線検波した波形で表している。

送波部２２は、制御部２４からの制御指令に応じて、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間、パルス信号を送受波部２１に出力する。これにより、送受波部２１の振動子が振動し、所定周波数の超音波が送受波部２１から送信される（時刻ｔ１０〜ｔ１１）。また、送波終了の時刻ｔ１１以降の期間（ｔ１１〜ｔ１２）で送信波の残響が生じる。残響は、送波のための振動停止後において振動子の機械的な慣性振動が継続することにより発生する。

時刻ｔ１０から時刻ｔ１１の期間に送信された超音波が、車両周囲に存在する物体で反射し、反射波として送受波部２１に受波されると、物体との距離に応じた時刻（図２では時刻１３）で振幅値Ａが増大する。制御部２４は、この反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとを比較し、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも大きいことにより物体有りと判定する。車両１０と物体との距離が短いほど、反射波はより早い時刻に現れる。

残響が継続している期間ｔ１１〜ｔ１２では、残響を反射波と誤認識して、物体の検知を誤るおそれがある。そこで制御部２４は、送受波部２１で超音波を送信してから所定のマスク時間Ｔｍが経過した後に、受信波を反射波として読み込み開始し、その読み込んだ反射波により物体の検知を行うこととしている。マスク時間Ｔｍは、超音波の送信指令が終了した時刻ｔ１１を始点とし、残響終了の時刻ｔ１ａを終点とする期間に対応するように設定される。残響の終了判定について本実施形態では、超音波の送信終了後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも小さくなってから時間閾値Ｔｔｈが経過したことにより残響終了と判定する。超音波の送信指令の終了からマスク時間Ｔｍが経過するまでは、反射波の読み込みを禁止し、マスク時間Ｔｍが経過すると、反射波の読み込みを開始して、反射波の振幅に基づく物体検知を開始する。

なお、本実施形態では、マスク時間Ｔｍを設定する際の振幅閾値と、物体検知する際の振幅閾値とを同じ値としたが（図２参照）、異なる値としてもよい。符号Ｔｃは超音波の送信周期であり、送信周期Ｔｃごとに（例えば、数百ミリ秒間隔で）送受波部２１から超音波が送信される。

残響部分では、周波数が異なる複数の波が干渉して合成波が生成されることにより「うなり」が発生することがある。すなわち、図３に示すように、時刻ｔ２１で送波を終了するとそれ以降の期間で残響が生じるが、残響の振幅値Ａが増減変動することがある。そのため、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを一旦下回っても、その後再び振幅閾値Ａｔｈを超える可能性がある。この点を考慮すると、マスク時間Ｔｍについては、残響に基づく物体の誤検知を回避すべく十分に長い時間を設定しておくことが好ましい。その一方で、マスク時間Ｔｍを必要以上に長く設定すると、近距離に存在する物体に対する検知性能が低下してしまうことが懸念される。こうした残響のうなりの状態は、例えば超音波センサ３０の周囲温度や、超音波センサ３０内のコイル及びコンデンサ等の回路構成に応じて変化する。

そこで本実施形態の検知ＥＣＵ２０は、図１に示すように、送信波の残響のうなり状態を検出するうなり検出部２８と、残響のうなり状態の検出結果に基づいて、反射波に基づき物体を検知するときの条件を可変に設定する条件設定部２９と、を備えている。制御部２４は、条件設定部２９で設定した条件を用いて、反射波に基づく物体検知を行っている。以下、うなり検出部２８及び条件設定部２９で行う処理について詳しく説明する。

残響にうなりが発生している場合とそうでない場合とでは、残響の振幅値Ａが減少傾向にある期間での振幅値Ａの傾きが異なる。具体的には、残響でうなりが発生していない場合には、図２に示すように、残響の振幅値Ａがゼロに向けて単調減少する期間（以下、「振幅立ち下がり期間Ｔｄ」という。）での振幅値Ａの傾きは比較的緩やかである。これに対し、残響でうなりが発生している場合には、図３に示すように、振幅立ち下がり期間Ｔｄでの振幅値Ａの傾きは、うなりが発生していない場合に比べて急峻となる。この点に着目し、うなり検出部２８は、振幅立ち下がり期間Ｔｄでの振幅値Ａの傾きに基づいて残響のうなりの有無を検出する。

具体的には、うなり検出部２８は、図１に示すように、傾き算出部２８ａとうなり判定部２８ｂとを備える。傾き算出部２８ａは、残響が継続している期間、より具体的には、探査波の送信後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回る前の期間において、振幅立ち下がり期間Ｔｄでの振幅値Ａの傾きの絶対値（以下、「立ち下がり傾きα」という。）を算出する。なお、立ち下がり傾きαが「振幅傾き」に相当する。

うなり判定部２８ｂは、傾き算出部２８ａで算出した立ち下がり傾きαと、うなり判定値αｔｈとを比較する。そして、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈ以下の場合、つまり、残響が減衰するときの振幅値Ａの低下が緩慢である場合には、残響にうなりは発生していないと判定する。一方、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きい場合、つまり、残響が減衰するときの振幅値Ａの低下が急峻である場合には、残響にうなりが発生していると判定する。うなり検出部２８は、残響のうなり状態の検出結果を条件設定部２９に出力する。

なお、残響にうなりが発生している場合、図３に示すように、残響が継続している期間内において振幅値Ａが増減変動することによって、１回の残響期間内で、残響の振幅値Ａが減少傾向にある期間が複数回出現する。うなり検出部２８は、振幅値Ａが減少する毎に振幅値Ａの傾きを算出して都度書き替えることにより、最後の振幅立ち下がりＡｐでの振幅値Ａの傾きを認識し、これを立ち下がり傾きαとしてうなり判定を行う。

条件設定部２９は、うなり検出部２８から残響のうなり状態の検出結果を入力し、残響のうなり状態に応じて、反射波に基づき物体を検知するときの条件として時間閾値Ｔｔｈを可変に設定する。すなわち、本実施形態では、残響のうなり状態に基づいて、反射波に基づく物体の検知を開始する開始条件を可変に設定する。具体的には、残響部分でうなりが発生していない場合には、時間閾値Ｔｔｈとして第１時間閾値ＴｔｈＡを設定し、うなりが発生している場合には、第１時間閾値ＴｔｈＡよりも長い第２時間閾値ＴｔｈＢ（ＴｔｈＢ＞ＴｔｈＡ）を設定する。条件設定部２９は、設定した時間閾値Ｔｔｈを制御部２４に出力する。

制御部２４は、超音波を送信した後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ってからの経過時間を計測し、その計測時間（以下、「ＬＯＷ時間」という。）と、残響のうなりの有無に応じて設定した時間閾値Ｔｔｈとを比較する。そして、ＬＯＷ時間が時間閾値Ｔｔｈを超えると反射波の読み込みに移行し、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとの比較結果に基づき物体の検知を行う。

運転支援ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、各種メモリ等から構成されたマイコンを主体として構成され、超音波センサ３０から取得した物体検知情報に基づいて、車両１０の運転支援制御を実施する。運転支援制御としては、車両１０が物体に接触しないように車両１０の運転者に対して警報音による報知を行ったり、あるいは、物体との接触回避のための制動制御やステアリング制御等の各種制御を行ったりする。

本実施形態の物体検知処理の具体的態様について、図４のタイムチャートを用いて説明する。図４中、（ａ）は、送信波の残響でうなりが発生していない場合を示し、（ｂ）は、残響でうなりが発生している場合を示している。

図４（ａ）において、時刻ｔ３０〜ｔ３１で振動子駆動の指令信号が出力され、時刻ｔ３１以降の残響でうなりが発生していない場合、残響の振幅値Ａは緩やかな立ち下がりで減衰していく。また、振幅立ち下がり期間Ｔｄにおいて、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈ以下であることに伴い、時間閾値Ｔｔｈとして第１時間閾値ＴｔｈＡが設定される。振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ると、ＬＯＷ時間のカウントアップが開始される（時刻ｔ３２）。そして、時刻ｔ３２以降でＬＯＷ時間が第１時間閾値ＴｔｈＡを超えると、その時刻ｔ３３以降で反射波の読み込みが開始される。この場合、残響の減衰時において振幅値Ａの変化が安定しているため、残響終了の判定後、反射波の読み込み開始に速やかに移行されることとなる。

一方、残響でうなりが発生している場合には、図４（ｂ）に示すように、残響の振幅値Ａは、振幅値Ａが単調減少する期間、つまり最後の振幅立ち下がりＡｐで急峻に立ち下がる。最後の振幅立ち下がりＡｐでの立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きいことに伴い、時間閾値Ｔｔｈとして第２時間閾値ＴｔｈＢが設定される。振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回った時刻ｔ４１でＬＯＷ時間の計測が開始された後、ＬＯＷ時間が第２時間閾値ＴｔｈＢ（ＴｔｈＢ＞ＴｔｈＡ）を超えると、その時刻ｔ４２以降で反射波の計測が開始される。この場合、探査波の送信後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ってから十分な時間が経過した後に反射波の読み込みが開始され、残響に基づく物体の誤検知が回避される。

次に、本実施形態の物体検知装置で実行される処理について、図５及び図６のフローチャートを用いて説明する。図５は、時間閾値Ｔｔｈの設定処理の処理手順を示し、図６は、反射波の読込開始判定処理の処理手順を示す。これらの処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令が出力された後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。

図５において、ステップＳ１０１では、残響を受波部２３で受信する。ステップＳ１０２では、その受信した残響の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回る前の期間で、振幅値Ａの立ち下がり傾きαを算出する。

ステップＳ１０３では、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きいか否かを判定する。立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈ以下の場合には、ステップＳ１０４へ進み、時間閾値Ｔｔｈとして第１時間閾値ＴｔｈＡを設定し、これを記憶部に記憶する。一方、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ１０５へ進み、時間閾値Ｔｔｈとして第２時間閾値ＴｔｈＢを設定して記憶部に記憶しておく。その後、本処理を終了する。

次に、反射波の読込開始判定処理について説明する。図６において、ステップＳ２０１では、残響を受波部２３で受信し、ステップＳ２０２で、その受信した残響の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも小さいか否かを判定する。振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈ以上であれば、ステップＳ２０３へ進み、ＬＯＷ時間をゼロで保持する。一方、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも小さい場合には、ステップＳ２０４へ進み、ＬＯＷ時間をカウントアップする。

続くステップＳ２０５では、図５の処理で設定した時間閾値Ｔｔｈを記憶部から読み出す。読み出す時間閾値Ｔｔｈは、今回の送信周期内で設定した値であるが、前回以前の送信周期で設定した値であってもよい。ステップＳ２０６では、ＬＯＷ時間と時間閾値Ｔｔｈとを比較する。ＬＯＷ時間が時間閾値Ｔｔｈよりも小さければ、一旦そのまま本ルーチンを終了する。

その後、ＬＯＷ時間がカウントアップされて時間閾値Ｔｔｈを超えると、ステップＳ２０６で肯定判定されてステップＳ２０７へ進み、受信波を反射波として読み込み開始し、本処理を終了する。その後は、図示しない別ルーチンにより、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとの比較結果に基づく物体検知が行われる。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

残響のうなり状態に基づいて、反射波に基づき物体を検知するときの条件を可変に設定する構成としたため、都度の残響波形に相応する条件で、反射波に基づく物体検知を行うことができる。これにより、残響に基づく物体の不要検知の抑制と、反射波に基づく物体検知性能の向上との両立を図ることができる。

残響のうなり状態に応じて、残響波の振幅の立ち下がり傾きαが異なる点に着目し、立ち下がり傾きαに基づいて、残響のうなり状態を検出する構成とした。この構成によれば、最後の振幅立ち下がりＡｐの期間において振幅値Ａの傾きを少なくとも算出すればよいため、少ない処理負荷で残響のうなり状態を検出することができる。

うなり検出部２８による残響のうなり状態の検出結果に基づいて、反射波に基づき物体の検知を開始する条件としての時間閾値Ｔｔｈを可変に設定する構成とした。具体的には、残響にうなりが発生していない場合に、残響にうなりが発生している場合に比べて、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回った後に、受波信号を反射波として取得開始する時期が早くなるように時間閾値Ｔｔｈを設定する構成とした。こうした構成によれば、残響の振幅が再度大きくなる可能性があるような不安定な状況では、反射波に基づく物体の検知開始を遅らせることができ、逆に、残響が安定して減衰している状況では、反射波に基づく物体の検知開始に早目に移行することができる。これにより、残響が未終了のまま物体の検知を開始することによる不要検知の抑制と、車両１０から近距離に存在する物体の検知性能の向上とを両立させることができる。

また、残響波の振幅の立ち下がり傾きαが緩やかであり、残響が伸びている場合でも、反射波に基づく物体の検知を開始するまでの時間を短くでき、物体の検知性能を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態では、残響波形の立ち下がり部分の傾きの絶対値である立ち下がり傾きαに基づいて、残響のうなり状態を検出する構成とした。これに対し、本実施形態では、残響の振幅値Ａが所定以上の変化で増減変動する頻度を検出することにより、残響のうなり状態を検出する。

図７は、本実施形態の物体検知システムの概略構成図である。なお、図７は、図１と異なる部分を示している。図７において、うなり検出部２８は、変動検出部２８ｃとうなり判定部２８ｄとを備える。変動検出部２８ｃは、超音波を送信した後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回る前の期間で、残響の振幅値Ａが所定値以上の変動量で増減変動した回数（以下、「うなり回数δ」という。）を計測する。例えば図８に示すように、探査波の送信終了後の時刻ｔ５１以降の期間において、振幅値Ａが変動閾値Ｄｔｈを下回る極小点Ｐの出現回数をカウントし、その出現回数をうなり回数δとして設定する。変動閾値Ｄｔｈは、上限値Ａｍａｘよりも小さく、かつ振幅閾値Ａｔｈよりも大きい値に設定されている。

うなり判定部２８ｄは、変動検出部２８ｃで検出したうなり回数δと、うなり判定値δｔｈとを比較し、うなり回数δがうなり判定値δｔｈ以下の場合には、残響でうなりは発生していないと判定する。一方、うなり回数δがうなり判定値δｔｈよりも大きい場合には、残響でうなりが発生していると判定する。条件設定部２９は、うなり検出部２８から残響のうなり状態の検出結果を入力し、うなりの有無に応じて時間閾値Ｔｔｈを可変設定する。

次に、本実施形態の時間閾値Ｔｔｈの設定処理について図９のフローチャートを用いて説明する。この処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令が出力された後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。

図９において、ステップＳ３０１では、残響を受波部２３で受信する。ステップＳ３０２では、その受信した残響の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回る前の期間において、残響の振幅値Ａに基づいてうなり回数δを算出する。

ステップＳ３０３では、うなり回数δがうなり判定値δｔｈよりも大きいか否かを判定する。うなり回数δがうなり判定値δｔｈ以下の場合には、ステップＳ３０４へ進み、時間閾値Ｔｔｈとして第１時間閾値ＴｔｈＡを設定し、これを記憶部に記憶する。一方、うなり回数δがうなり判定値δｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ３０５へ進み、時間閾値Ｔｔｈとして第２時間閾値ＴｔｈＢを設定して記憶部に記憶しておく。その後、本処理を終了する。図９の処理で設定した時間閾値Ｔｔｈは、上記図６に示した反射波の読込開始判定処理で用いられ、図示しない別ルーチンにより、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとの比較結果に基づく物体検知が行われる。

以上詳述した第２実施形態によれば、残響のうなり状態に応じて、残響波の振幅が増減変動する頻度が異なる点に着目し、当該頻度を表すうなり回数δに基づいて、残響のうなり状態を検出する構成とした。この構成によれば、残響のうなりを直接検出でき、うなり状態をより精度良く検出することができる。その結果、物体の不要検知の抑制と物体の検知性能向上との両立の観点において、より適した時期で反射波の読み込みを開始することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態では、立ち下がり傾きαに基づいて残響のうなり状態を検出する構成としたが、本実施形態では、残響の周波数に基づいてうなり状態を検出する。

残響周波数に基づくうなり検出処理について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、残響でうなりが発生している場合を表し、図１１は、残響でうなりが発生していない場合を表す。図１０及び図１１中、上段は合成波の振幅値Ａの推移を表し、下段は、低周波数成分及び高周波数成分のそれぞれの振幅値Ａの推移を表したものである。

残響のうなりは、周波数が異なる複数の波が干渉して合成波が生成されることにより生じる。残響でうなりが発生している場合には、図１０に示すように、低周波数成分と高周波数成分との振幅値Ａは経時的にほぼ同じ変化となり、周波数計測部２７では、高周波数成分の周波数が計測される。これに対し、残響が低周波数側にシフトしており、周波数計測部２７で低周波数成分の振動の周波数が計測されている場合、図１１に示すように、残響にうなりは発生しない。この点に着目し、本実施形態では、残響の周波数に基づいてうなり状態を検出することとしている。

図１２は、本実施形態の物体検知システムの概略構成図である。なお、図１２は、図１と異なる部分を示している。うなり検出部２８は、探査波の送信指令の終了後に計測した残響周波数（以下、「残響計測周波数ｆａ」という。）を周波数計測部２７から入力し、その入力した残響計測周波数ｆａに基づいて、残響にうなりが発生しているか否かを判定する。本実施形態では、基準温度時（例えば常温時）の残響周波数と駆動周波数との高低の関係を示す周波数情報を予め記憶部に記憶しておき、その周波数情報を用いて残響のうなり状態を検出する。なお、本実施形態では、基準温度（例えば常温）において残響でうなりが発生するように超音波センサ３０が設計されており、通常は、残響周波数として振幅成分の大きい高周波数成分の周波数（駆動周波数よりも高い周波数）が計測されるシステムを想定している。

具体的には、うなり検出部２８は、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が、基準温度時の残響周波数と駆動周波数との関係と同じか否かを判定する。両者の関係が基準温度時と同じであれば、残響部分にうなりは発生しているものと判定する。一方、両者の関係が基準温度時と異なっている場合には、残響部分にうなりが発生していないものと判定する。条件設定部２９は、うなり検出部２８から残響のうなり状態の検出結果を入力し、うなりの有無に応じて時間閾値Ｔｔｈを可変設定する。

次に、本実施形態の時間閾値Ｔｔｈの設定処理について図１３を用いて説明する。この処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令が出力された後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。

図１３において、ステップＳ４０１では、残響を受波部２３で受信する。ステップＳ４０２では、残響計測周波数ｆａを取得し、ステップＳ４０３で、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じか否かを判定する。残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じでない場合、ステップＳ４０４へ進み、時間閾値Ｔｔｈとして第１時間閾値ＴｔｈＡを設定し、これを記憶部に記憶する。一方、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じ場合には、ステップＳ４０５へ進み、時間閾値Ｔｔｈとして第２時間閾値ＴｔｈＢを設定して記憶部に記憶しておく。その後、本処理を終了する。

なお、図１３の処理で設定した時間閾値Ｔｔｈは、上記図６で示した反射波の読込開始判定処理で用いられ、図示しない別ルーチンにより、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとの比較結果に基づく物体検知が行われる。

以上詳述した第３実施形態によれば、残響のうなり状態に応じて、残響周波数の現れ方が異なる点に着目し、残響周波数に基づいて残響のうなり状態を検出する構成とした。この構成によれば、残響周波数を用いて、残響のうなり状態を比較的簡単に検出することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態では、残響のうなり状態に応じて時間閾値Ｔｔｈを可変に設定することによりマスク時間Ｔｍを可変にした。これに対し、本実施形態では、受波信号に基づき算出した振幅との比較に用いる振幅閾値Ａｔｈとして、受波信号を反射波に基づく信号として取得開始する開始判定に用いる残響閾値Ａｔｈａと、反射波による物体を検知する物体検知判定に用いる反射波閾値Ａｔｈｂとを設け、反射波の読込開始への移行に伴い、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂに切り替える構成としている。

なお、物体検知処理について本実施形態では、探査波の送信後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ってから所定時間が経過したことを条件に反射波の読み込みに移行し、読み込んだ反射波の振幅値Ａに基づいて物体を検知する。残響閾値Ａｔｈａが第１閾値に相当し、反射波閾値Ａｔｈｂが第２閾値に相当する。

ここで、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂに切り替える際、残響波形が振幅閾値Ａｔｈを常時下回るように振幅閾値Ａｔｈを設定することにより、残響による物体の不要検知を回避することが可能である。その一方で、振幅閾値Ａｔｈを高く設定すると、反射率が小さい物体の検知性能を十分に確保できないことが懸念される。また、残響でうなりが発生している場合とそうでない場合とでは、残響の最後の振幅立ち下がりＡｐでの傾きが異なる。

そこで本実施形態では、探査波の送信後に振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂに切り替える際には、振幅閾値Ａｔｈを徐々に低下させるとともに、残響のうなり状態に応じて、振幅閾値を残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂへ徐変させるときの振幅閾値Ａｔｈの単位時間当たりの変化量（以下、「低下率Ｂ」という。）を可変に設定することとしている。なお、低下率Ｂは正の値で示され、低下率Ｂが大きいほど、振幅閾値Ａｔｈを急峻な傾きで低下させることを意味する。

図１４及び図１５は、本実施形態の具体的態様を表すタイムチャートであり、図１４は残響でうなりが発生していない場合、図１５は残響でうなりが発生している場合を示している。

残響が継続している期間では、残響閾値Ａｔｈａを用いて残響が終了したか否かを判定する。本実施形態では、送波後の振幅値Ａが残響閾値Ａｔｈａを下回ってから所定のディレイ時間Ｔｙが経過した時点で残響が終了したと判定し（図１４の時刻ｔ５１、図１５の時刻ｔ６１）、反射波の読み込みを開始する。反射波の読込開始後の期間では、振幅閾値Ａｔｈと振幅値Ａとを比較し、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを超えたことに基づき物体の検知有りと判定する。

残響でうなりが発生していない場合には、図１４に示すように、残響が終了した旨の判定後、振幅閾値Ａｔｈを第１低下率Ｂ１（Ｂ１＞０）で残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂに向けて徐々に小さくしていく。そして、振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂまで低下すると、その後の期間（時刻ｔ５２以降の期間）では、次の送信周期が来るまで、振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂで保持される。

これに対し、残響でうなりが発生している場合には、図１５に示すように、振幅閾値Ａｔｈの低下率Ｂを、第１低下率Ｂ１よりも大きい第２低下率Ｂ２に設定する。これにより、振幅閾値Ａｔｈの徐変期間ｔ６１〜ｔ６２では、振幅閾値Ａｔｈを急峻な傾きで低下させて反射波閾値Ａｔｈｂへと移行させる。この場合、残響でうなりが発生していない場合に比べて、振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂへ速やかに移行し、より早期の段階から低反射率の物体検知が可能となる。一方、残響でうなりが発生していない場合には、振幅閾値Ａｔｈを緩慢に減少させて反射波閾値Ａｔｈｂに移行させるため、残響波形による物体の誤検知を回避することが可能となる。

本実施形態では、残響のうなり状態に応じてディレイ時間Ｔｙを可変に設定している。具体的には、残響にうなりが発生していない場合には、ディレイ時間Ｔｙを第１ディレイ時間Ｔｙ１とし、うなりが発生している場合には、第１ディレイ時間Ｔｙ１よりも長い第２ディレイ時間Ｔｙ２を設定している。残響にうなりが発生している場合、振幅値Ａが増減変動するため、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも一旦小さくなった後に、再び振幅閾値Ａｔｈを超えることが考えられる。したがって、この場合にはディレイ時間Ｔｙを長めに設定することにより、残響に基づく物体の誤検知を回避するようにしている。

次に、本実施形態の物体検知処理について、図１６及び図１７のフローチャートを用いて説明する。図１６は、振幅閾値Ａｔｈの低下率Ｂ及びディレイ時間Ｔｙの設定処理の処理手順を示し、図１７は、振幅閾値Ａｔｈの設定処理の処理手順を示す。これらの処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令を出力した後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。

図１６において、ステップＳ５０１では、残響を受波部２３で受信する。ステップＳ５０２では、その受信した残響の振幅値Ａが残響閾値Ａｔｈａを下回る前の期間で、振幅値Ａに基づいて立ち下がり傾きαを算出し、ステップＳ５０３で、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きいか否かを判定する。立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈ以下の場合には、ステップＳ５０４へ進み、低下率Ｂを第１低下率Ｂ１に設定するとともに、ディレイ時間Ｔｙを第１ディレイ時間Ｔｙ１に設定し、これらを記憶部に記憶する。一方、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ５０５へ進み、低下率Ｂを第２低下率Ｂ２（Ｂ２＞Ｂ１）に設定するとともに、ディレイ時間Ｔｙを第２ディレイ時間Ｔｙ２（Ｔｙ２＞Ｔｙ１）に設定して記憶部に記憶しておく。その後、本処理を終了する。

次に、振幅閾値Ａｔｈの設定処理について説明する。図１７において、ステップＳ６０１では、送信波及び残響を受波部２３で受信し、ステップＳ６０２で、振幅値Ａに基づいて残響が終了したか否かを判定する。具体的には、探査波の送信後の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ってからディレイ時間Ｔｙが経過したか否かを判定する。ディレイ時間Ｔｙは、図１６で設定した値を読み出す。残響が終了していないと判定された場合には、ステップＳ６０３へ進み、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａに設定する。

ステップＳ６０２で肯定判定された場合、つまり残響が終了している場合には、ステップＳ６０４へ進み、振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂまで低下する前か否かを判定する。振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂよりも高ければステップＳ６０４で肯定判定されてステップＳ６０５へ進み、振幅閾値Ａｔｈを低下率Ｂで徐変させる。具体的には、図１６で設定した低下率Ｂを読み出し、振幅閾値Ａｔｈの前回値を低下率Ｂで減少させた値を振幅閾値Ａｔｈの今回値とする。

一方、振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂまで低下している場合にはステップＳ６０６へ進み、振幅閾値Ａｔｈを反射波閾値Ａｔｈｂで保持し、本ルーチンを終了する。なお、図１７の処理で設定した振幅閾値Ａｔｈは、図示しない別ルーチンにより、反射波の振幅値Ａとの比較に用いられ、これにより物体検知が行われる。

以上、詳述した第４実施形態によれば、残響のうなり状態に応じて、残響が減衰するときの振幅の立ち下がり傾きαが異なる点に着目し、うなり検出部２８による残響のうなり状態の検出結果に基づいて、振幅閾値を残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂへ徐変させるときの単位時間当たりの変化量である低下率Ｂを可変に設定する構成とした。具体的には、残響でうなりが発生していない場合には、残響でうなりが発生している場合に比べて低下率Ｂを小さくする構成とした。こうした構成によれば、残響の減衰が緩やかな状況では、振幅閾値Ａｔｈを緩やかに低下させるため、残響による物体の不要検知を抑制することができる。また、残響の減衰が急峻な状況では、振幅閾値Ａｔｈを速やかに低下させるため、車両１０から近距離に存在する物体の検知性能の向上を図ることができる。また、低反射率の物体について精度良く検知することができる。

うなり検出部２８による残響のうなり状態の検出結果に基づいてディレイ時間Ｔｙを可変に設定する構成とした。具体的には、残響にうなりが発生していない場合に、残響にうなりが発生している場合に比べて、受波信号を反射波として取得開始する時期が早くなるようにディレイ時間Ｔｙを設定する構成とした。こうした構成によれば、残響の振幅が再度大きくなる可能性があるような不安定な状況では、反射波に基づく物体の検知開始を遅らせることができ、逆に、残響が安定して減衰している状況では、反射波に基づく物体の検知開始に早目に移行することができる。これにより、残響が未終了のまま物体の検知を開始することによる不要検知の抑制と、車両１０から近距離に存在する物体の検知性能の向上とを両立させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施されてもよい。

・超音波センサ３０の周囲温度に基づいて、残響のうなり状態を検出する構成としてもよい。具体的には、所定の温度範囲内で残響にうなりが発生するように超音波センサ３０が設計されているシステムにおいて、超音波センサ３０の周囲温度が所定の温度範囲内である場合に、残響にうなりが発生しているものと判定する。一方、超音波センサ３０の周囲温度が上記温度範囲から外れている場合に、残響にうなりが発生していないものと判定する。

図１８は、温度に基づく時間閾値Ｔｔｈの設定処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令を出力した後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。図１８において、ステップＳ７０１では、残響を受波部２３で受信し、ステップＳ７０２では、超音波センサ３０の周囲温度を検出する（温度検出部）。温度検出方法は特に限定されず、例えば、外気温度を検出する温度センサを車両１０に設けておき、その温度センサを用いて検出する。続くステップＳ７０３では、検出温度が所定の温度範囲内（例えば、常温又はその付近に設定された温度範囲内）であるか否かを判定し、検出温度が所定の温度範囲外である場合には、ステップＳ７０４へ進み、残響にうなりは発生していないものとして、時間閾値Ｔｔｈとして第１時間閾値ＴｔｈＡを設定する。一方、検出温度が所定の温度範囲内である場合には、ステップＳ７０５へ進み、残響にうなりが発生しているものとして、時間閾値Ｔｔｈとして第２時間閾値ＴｔｈＢを設定する。図１８の処理で設定した時間閾値Ｔｔｈは、上記図６に示した反射波の読込開始判定処理で用いられ、図示しない別ルーチンにより、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとの比較結果に基づく物体検知が行われる。

・上記実施形態では、うなり検出部２８によって残響のうなりの有無を検出したが、うなりの強弱の度合いを検出し、その検出結果に基づいて、時間閾値Ｔｔｈや低下率Ｂを可変に設定する構成としてもよい。具体的には、立ち下がり傾きαに応じて時間閾値Ｔｔｈを設定し、立ち下がり傾きαが大きいほど時間閾値Ｔｔｈを長く設定する。あるいは、うなり回数の数に応じて時間閾値Ｔｔｈを設定し、うなり回数が多いほど時間閾値Ｔｔｈを長く設定する。

・上記第４実施形態では、立ち下がり傾きαに基づいて残響のうなり状態を検出し、その検出結果を用いて低下率Ｂを可変に設定する構成としたが、うなり状態の検出方法はこれに限定されない。例えば、うなり回数や残響周波数、あるいは超音波センサ３０の周囲温度に基づいて残響のうなり状態を検出し、その検出結果を用いて低下率Ｂを可変に設定する構成としてもよい。

・上記第１〜第３実施形態では、探査波の送信終了後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ってからの時間をＬＯＷ時間とし、ＬＯＷ時間と時間閾値Ｔｔｈとの比較結果に基づいて、反射波の読み込み開始に移行する構成としたが、送信終了からの時間をカウントして閾値と比較することにより、反射波の読み込み開始に移行する構成としてもよい。この場合、送信指令終了からの時間の閾値を、残響のうなり状態に基づいて可変に設定する。

・上記第３実施形態では、基準温度時の残響周波数と駆動周波数との関係を示す周波数情報を予め定めておき、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じか否かを判定することによって残響のうなり状態を検出したが、残響の周波数に基づくうなり状態の検出方法はこれに限定されない。例えば、残響が生じている期間内で、駆動周波数に対する残響周波数の高低が変化したか否かを判定し、その判定結果に基づいて残響のうなり状態を検出する構成としてもよい。具体的には、残響が生じている期間内で、残響計測周波数ｆａが駆動周波数よりも高い周波数から低い周波数へ遷移した場合、又は残響計測周波数ｆａが駆動周波数よりも低い周波数から高い周波数へ遷移した場合に、残響でうなりが発生していないものと判定する。また、残響が生じている期間内で、残響計測周波数ｆａが駆動周波数よりも高い状態が継続している場合に、残響でうなりが発生しているものと判定する。

・残響のうなり状態に応じて時間閾値Ｔｔｈを可変設定する構成において、残響部分でうなりが複数回検出された場合に、そのうなりの周期Ｌｅ（図１５参照）に基づいて時間閾値Ｔｔｈを可変に設定してもよい。具体的には、うなりの周期Ｌｅが短いほど、残響波形が安定するまでに時間がかかることに鑑み、うなりの周期Ｌｅが短いほど時間閾値Ｔｔｈを長く設定する。こうした構成とすることにより、残響に基づく物体の不要検知を一層回避することができ、また、残響終了後には速やかに反射波の取得に移行することができる。

・残響部分のうなり状態につき、複数の検出方法を組み合わせて検出する構成としてもよい。例えば、立ち下がり傾きαとうなり回数δとに基づいて残響のうなり状態を検出する構成や、立ち下がり傾きαと残響周波数とに基づいて残響のうなり状態を検出する構成、あるいは、立ち下がり傾きαと周囲温度とに基づいて残響のうなり状態を検出する構成等が挙げられる。複数の検出方法を組み合わせる構成によれば、残響のうなり状態をより精度良く検出することができる。

・上記第１実施形態では、残響にうなりが発生している場合に、振幅値Ａが単調減少する期間、つまり振幅立ち下がりＡｐでの立ち下がり傾きαを認識し、これに基づきうなり判定を行う構成としたが、振幅値Ａが単調減少する期間よりも前で生じた振幅値Ａの増減変動について、振幅の単位時間当たりの減少量を算出し、これに基づきうなり判定を行ってもよい。

・超音波センサ３０は、常温時にうなりが発生するように設計されていてもよいが、常温時にうなりが発生しないように設定されていてもよい。

・上記実施形態では、車両に搭載された物体検知装置を一例に挙げて説明したが、例えば、鉄道車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載することもできる。

・上記の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散して実現したり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素で実現したりしてもよい。

１０…車両（移動体）、２０…検知ＥＣＵ（物体検知装置）、２１…送受波部、２８…うなり検出部、２９…条件設定部、３０…超音波センサ、４０…運転支援ＥＣＵ。

Claims (9)

1. 振動子から超音波を送信し前記振動子の振動に伴い受波信号を発生する超音波センサ（３０）で受信された反射波に基づいて、移動体（１０）の周囲に存在する物体を検知する物体検知装置（２０）であって、
   前記振動子から前記超音波が送信された後の残響のうなり状態を検出するうなり検出部と、
   前記うなり検出部による前記うなり状態の検出結果に基づいて、前記反射波に基づき前記物体を検知するときの条件を可変に設定する条件設定部と、
   を備える物体検知装置。
2. 前記残響の振幅が減少傾向にある期間での前記振幅の単位時間当たりの減少量として振幅傾きを算出する傾き算出部を備え、
   前記うなり検出部は、前記傾き算出部で算出した振幅傾きに基づいて前記うなり状態を検出する、請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記残響の振幅が所定以上の変化量で増減変動する頻度を検出する変動検出部を備え、
   前記うなり検出部は、前記変動検出部で検出した頻度に基づいて前記うなり状態を検出する、請求項１又は２に記載の物体検知装置。
4. 前記残響の周波数を計測する周波数計測部を備え、
   前記うなり検出部は、前記周波数計測部で計測した周波数に基づいて前記うなり状態を検出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物体検知装置。
5. 前記超音波の送信終了から所定時間が経過した後に、前記受波信号を前記反射波に基づく信号として取得開始し、
   前記条件設定部は、前記うなり検出部による前記うなり状態の検出結果に基づいて、前記受波信号を前記反射波に基づく信号として取得開始する時期を可変に設定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の物体検知装置。
6. 前記条件設定部は、前記残響にうなりが発生していない場合に、前記残響にうなりが発生している場合に比べて、前記受波信号を前記反射波に基づく信号として取得開始する時期を早い時期に設定する、請求項５に記載の物体検知装置。
7. 前記超音波の送信終了後の期間において前記受波信号に基づき算出した振幅との比較に用いる振幅閾値として、前記受波信号を前記反射波に基づく信号として取得開始する取得開始判定に用いる第１閾値と、前記反射波に基づき前記物体を検知する物体検知判定に用いる第２閾値とが設定されており、
   前記条件設定部は、前記超音波の送信終了後の期間に前記振幅閾値を前記第１閾値から前記第２閾値へ切り替える際に、前記振幅閾値を前記第１閾値から前記第２閾値へ徐変させ、
   前記うなり検出部による前記うなり状態の検出結果に基づいて、前記振幅閾値を前記第１閾値から前記第２閾値へ徐変させるときの単位時間あたりの変化量を可変に設定する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の物体検知装置。
8. 前記条件設定部は、前記残響にうなりが発生していない場合に、前記残響にうなりが発生している場合に比べて、前記振幅閾値が前記第１閾値から前記第２閾値へ緩慢に変化するように前記変化量を可変に設定する、請求項７に記載の物体検知装置。
9. 前記超音波センサの周囲の温度を検出する温度検出部を備え、
   前記うなり検出部は、前記温度検出部で検出した温度に基づいて前記うなり状態を検出する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の物体検知装置。

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