JP2019100881A - 超音波センサおよび車両制御システム - Google Patents

超音波センサおよび車両制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制可能な超音波センサを提供する。【解決手段】本発明の超音波センサは、超音波送信器１と、超音波受信器２と、検知部３と、を備える。超音波送信器は、パルス状の超音波を送信して薄板４を励振させる。超音波受信器は、パルス状の超音波により励振された薄板を伝搬する超音波のうち薄板のみを伝搬する直接波と、該励振された薄板を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体で反射した後に薄板に戻ってくる反射波とを受信する。検知部３は、超音波受信器により直接波が受信された時間と、超音波受信器により反射波が受信された時間との差に基づいて、薄板の近傍に存在する物体を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波センサおよび車両制御システムに関する。
自動車の安全性向上や自動運転に向けて、ミリ波レーダ、赤外線レーザ、カメラ、赤外線カメラや超音波センサなどの各種センサが自動車に搭載され、自動車周辺の障害物を検知・認識するシステムの実用化が進んでいる。特に、駐車支援システムなどに応用される至近距離の物体を検知するセンサとして超音波センサが用いられている（例えば特許文献１参照）。従来の超音波センサでは、指向性の高い超音波を送信し、物体（障害物）からの反射波を検出して、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて物体を検出している。
特開２００９−２３６７７６号公報
しかしながら、従来の超音波センサでは、指向性の高い超音波を利用する関係上、物体を検知可能な範囲も狭くなるため、例えば車両のドアの近傍の物体を検知する場合、ドアの全面にわたって複数の超音波センサを２次元的に配列する必要がある。そのため、製造コストが大きい上、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうという問題がある。
本発明は、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制可能な超音波センサを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パルス状の超音波を送信して薄板を励振させる超音波送信器と、前記パルス状の超音波により励振された前記薄板を伝搬する超音波のうち前記薄板のみを伝搬する直接波と、該励振された前記薄板を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体で反射した後に前記薄板に戻ってくる反射波とを受信する超音波受信器と、前記超音波受信器により前記直接波が受信された時間と、前記超音波受信器により前記反射波が受信された時間との差に基づいて、前記薄板の近傍に存在する物体を検知する検知部と、を備える超音波センサである。
本発明によれば、パルス状の超音波を送信して薄板を励振させ、その励振された薄板を伝搬する超音波のうち薄板のみを伝搬する直接波が受信された時間と、該励振された薄板を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体で反射した後に薄板に戻ってくる反射波が受信された時間との差に基づいて、薄板の近傍に存在する物体を検知する。パルス状の超音波により励振された薄板から外部に放射される超音波は指向性が低く、薄板全面を覆うように放射されるので、薄板の全面にわたって、超音波送信器と超音波受信器との組をそれぞれ含む複数の超音波センサを２次元的に配列する必要は無い。したがって、物体検知に必要な超音波センサの数を少なくすることができる。これにより、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制可能な超音波センサを提供することができる。
図１は、第１の実施形態の超音波センサの概略構成図である。 図２は、第１の実施形態の超音波の送受信のタイミングを示す図である。 図３は、変形例の超音波センサの配置の一例を示す図である。 図４は、変形例の超音波の送受信のタイミングを示す図である。 図５は、変形例の超音波センサの配置の一例を示す図である。 図６は、変形例の超音波センサの配置の一例を示す図である。 図７は、変形例の超音波センサの配置の一例を示す図である。 図８は、第２の実施形態の超音波の送受信のタイミングを示す図である。 図９は、板厚の異なる２つの薄板ごとに、超音波の周波数とラム波の音速との関係を示す図である。 図１０は、第３の実施形態の超音波センサの配置の一例を示す図である。 図１１は、第３の実施形態の超音波の送受信のタイミングを示す図である。 図１２は、第４の実施形態の超音波センサの概略構成図である。 図１３は、変形例の超音波センサの概略構成図である。 図１４は、第５の実施形態の車両制御システムの概略構成図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波センサおよび車両制御システムの実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の超音波センサの概略構成の一例を説明するための図である。図１に示すように、超音波センサは、超音波送信器１と、超音波受信器２と、を備え、超音波受信器２は検知部３を含む。
超音波送信器１は、パルス状の超音波を送信して薄板４を励振させる。ここでは、薄板４は、車両（例えば自動車）の外装面であり、典型的には車両のドアが想定されるが、これに限られるものではない。図１において、薄板４は、２次元的な広がりを持つ有限の大きさの面であり、その断面を示している。なお、図１は、薄板４の概念図であり、薄板４は必ずしも平面である必要は無く、厚さ方向（図１の上下方向）の縮尺と、横方向（図１の左右方向）の縮尺とは異なっている。また、図１の例では、薄板４の上側の面を「表面」とし、下側の面を「裏面」とする。ここでは、「表面」とは薄板４のうち外部に露出する側の面を指し、「裏面」とは外部に露出しない側の面を指す。
図１に示すように、本実施形態では、超音波送信器１は薄板４の裏面に設けられ（貫通することなく設けられ）、超音波送信器１が薄板４へ向けてパルス状の超音波を送信することで薄板４を励振させる。薄板４が十分に薄ければ、励振された薄板４を伝搬する超音波は、振動方向が薄板４に垂直なラム波（屈曲波）となる。また、このとき、パルス状の超音波により励振された薄板４を伝搬する超音波（ラム波）の一部は、通常の超音波６として空気中に放射される。この超音波６（薄板４の表面近傍の空気中に放射される超音波）は、超音波送信器１から直接送信される超音波のように指向性が高い超音波ではなく、薄板４の表面の全面を覆うように放射される（指向性が低い超音波である）。そして、薄板４の表面の近傍に物体７（障害物）が存在した場合、空気中に放射された超音波６は物体７で反射されて再び薄板４に戻ってくる。
以下の説明では、パルス状の超音波により励振された薄板４を伝搬する超音波（ラム波）のうち、薄板４のみを伝搬する超音波を「直接波５」と称し、外部に放射されて物体７で反射した超音波を「反射波８」と称する。薄板４に到達した反射波８は薄板４を励振し、薄板４を伝搬する超音波９（ラム波）となって薄板４全体に広がっていく。以下の説明では、この超音波９（ラム波）を「反射波９」と称する。つまり、パルス状の超音波により励振された薄板４を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体７で反射した後に薄板４に戻ってくる「反射波」とは、物体７で反射して薄板４へ入力される反射波８であってもよいし、反射波８で励振された薄板４を伝搬する反射波９であってもよい。
超音波受信器２は、パルス状の超音波により励振された薄板４を伝搬する超音波のうち薄板４のみを伝搬する直接波５と、該励振された薄板４を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体７で反射した後に薄板４に戻ってくる反射波とを受信する。ここでは、超音波受信器２は上記反射波９を受信する構成であるが、これに限られるものではなく、後述するように、超音波受信器２が反射波８を直接受信する形態もあり得る。また、超音波送信器１と同様に、本実施形態の超音波受信器２は薄板４の裏面に設けられる。
検知部３は、超音波受信器２により直接波５が受信された時間と、超音波受信器２により反射波９が受信された時間との差（時間差）に基づいて、薄板４の近傍に存在する物体７を検知する。より具体的には、検知部３は、上記時間差に基づいて、薄板４と、薄板４の近傍に存在する物体７との間の距離を検知することができる。これは、「薄板４の近傍に存在する物体７を検知する」という概念に含まれる。なお、この例では、超音波受信器２と検知部３は一体に構成されているが、これに限らず、例えば検知部３が独立して（個別に）設けられる形態であってもよい。
図２は、超音波送信器１がパルス状の超音波を送信するタイミングｔ１、超音波受信器２が直接波５を受信するタイミングｔ２、超音波受信器２が反射波９を受信するタイミングｔ３を示す図である。反射波９の伝送経路距離は直接波５の伝送経路距離に比べて長いため、超音波受信器２は、直接波５を受信した後に反射波９を受信することになる。ここでは、タイミングｔ２とタイミングｔ３との時間差は、薄板４の表面近傍の空気中に放射される超音波６が物体７に反射して戻ってくるまでの時間に相当する。そして、空気中の超音波の音速は３４０ｍ／ｓであるので、これらを乗算することで、薄板４から物体７までの往復の距離を算出することができ、薄板４から物体７までの距離を検知できる。
また、反射波９の信号強度は直接波５の信号強度よりも小さいため、直接波５と反射波９が重なった場合には、反射波９を分離検出することは困難になる。図１の例においては、超音波送信器１、物体７、超音波受信器２が同一の平面（図１の断面）上に並んだ場合に、直接波５と反射波９の時間差は最も短くなる。また、この時間差は、薄板４から物体７までの距離を超音波が往復する時間となるため、超音波のパルス幅で最小の検知距離が決まる。例えば１０ｃｍ程度の至近距離を検知したい場合には、超音波のパルス幅を約５００μ秒以下にする必要がある。
なお、超音波送信器１から送信されたパルス状の超音波や物体７からの反射波８で励振された薄板４を伝搬するラム波（直接波５または反射波９）は、薄板４の終端部で反射されるために、いわゆる残響が発生し、正しい信号（超音波信号）の検知を困難にする。そこで、本実施形態では、図１に示すように、超音波送信器１および超音波受信器２を薄板４の周縁部（終端部）に設置することで、残響の影響を最小限に抑えることができる。
以上に説明したように、本実施形態では、パルス状の超音波を送信して薄板４を励振させ、その励振された薄板４を伝搬する超音波のうち、薄板４のみを伝搬する直接波５が受信された時間と、該励振された薄板４を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体７で反射した後に薄板に戻ってくる反射波９が受信された時間との差に基づいて、薄板４の近傍に存在する物体７を検知する。パルス状の超音波により励振された薄板４から外部に放射される超音波は指向性が低く、薄板４の表面の全面を覆うように放射されるので、従来のように、薄板４の全面にわたって、超音波送信器１と超音波受信器２との組をそれぞれ含む複数の超音波センサを２次元的に配列する必要は無い。したがって、物体検知に必要な超音波センサの数を少なくすることができる。これにより、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制できる。
また、本実施形態では、超音波送信器１および超音波受信器２は、薄板４の裏面に設置されるので、薄板４の表面が観察されても超音波送信器１および超音波受信器２が視認されることはない。したがって、この構成（超音波送信器１および超音波受信器２が薄板４の裏面に設置される構成）は、超音波センサが設置される部位の外観デザインが損なわれることを抑制するという観点から格別に有効である。さらに、従来においては、指向性の高い超音波を外部に放射するために（超音波センサを露出させるために）、薄板４をくり抜いて超音波センサを設置するケースもあるが、本実施形態によれば、薄板４をくり抜いて超音波センサを設置する必要もないので、この点においても外観デザインを損なうことを抑制できる。
特に、超音波センサが、車両のドアの近傍の物体を検知することを目的とする場合（要するに、上記薄板４が車両のドアである場合）、車両のドアの表面から超音波センサが露出していると、車両の外観デザインが大きく損なわれてしまう。そのため、上記に説明した本実施形態の超音波センサは、車両のドアの近傍の物体を検知する目的で利用される場合（上記薄板４が車両のドアである場合）において格別に有効である。
（第１の実施形態の変形例１）
例えば図３に示すように、超音波送信器１と超音波受信器２とを隣接させて配置してもよいし、あるいは同一の筐体に混載してもよい。図４は、図３の形態において、超音波送信器１がパルス状の超音波を送信するタイミングｔ１、超音波受信器２が直接波５を受信するタイミングｔ２、および、超音波受信器２が反射波９を受信するタイミングｔ３を示す図である。
（第１の実施形態の変形例２）
例えば超音波受信器２は、薄板４の表面に設置される形態であってもよい。この場合、薄板４の表面における超音波受信器２の位置は任意に設定可能であるが、例えば図５に示すように、超音波受信器２が物体７からの反射波８を直接受信できるよう、超音波受信器２の位置を設定（例えばシミュレーション等により予め設定）することで、超音波受信器２が信号(超音波信号)を受信する感度を向上させることができる。要するに、薄板４を励振させる前の反射波８を直接受信するように超音波受信器２の位置を設定することで、信号の受信感度を向上させることができる。
（第１の実施形態の変形例３）
超音波送信器１および超音波受信器２の薄板４における設置位置は任意に変更可能であり、上述の第１の実施形態および変形例で説明した内容に限定されない。例えば図６に示すように、超音波送信器１は薄板４の表面に設置され、超音波受信器２は薄板４の裏面に設置される形態であってもよいし、例えば図７に示すように、超音波送信器１および超音波受信器２が薄板４の表面に設置される形態であってもよい。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、２つの異なる周波数の超音波を用いて物体７を検知する。以下、具体的に説明する。なお、上述の第１の実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。ここでは、薄板４における超音波送信器１および超音波受信器２の各々の配置は上述の第１の実施形態と同様（図１と同様）であることを前提とするが、これに限られるものではないことは勿論である。
超音波送信器１は、２つの異なる周波数のパルス状の超音波を送信する。具体的には、超音波送信器１は、第１の周波数のパルス状の超音波と、第２の周波数のパルス状の超音波と、を送信する。
超音波受信器２は、第１の周波数のパルス状の超音波に対応する直接波５および反射波９を受信し、第２の周波数のパルス状の超音波に対応する直接波５および反射波９を受信する。検知部３は、第１の周波数のパルス状の超音波を用いた物体７の検知結果と、第２の周波数のパルス状の超音波を用いた物体７の検知結果と、に基づいて、物体７を検知する。より具体的には、検知部３は、第１の周波数のパルス状の超音波に対応する直接波５および反射波９の各々が超音波受信器２により受信された時間の差に基づく物体７の検知結果（「第１の周波数のパルス状の超音波を用いた検知結果」に相当）と、第２の周波数のパルス状の超音波に対応する直接波５および反射波９の各々が超音波受信器２により受信された時間の差に基づく物体７の検知結果（「第２の周波数のパルス状の超音波を用いた検知結果」に相当）と、に基づいて物体７を検知する。
図８は、超音波送信器１が、第１の周波数のパルス状の超音波と、第２の周波数のパルス状の超音波とを所定の時間間隔で送信する場合において、超音波送信機１が、第１の周波数のパルス状の超音波を送信するタイミングｔ１’、超音波受信器２が、第１の周波数に対応する直接波５を受信するタイミングｔ２’、超音波受信器２が、第１の周波数に対応する反射波９を受信するタイミングｔ３’を示すとともに、超音波送信機１が、第２の周波数のパルス状の超音波を送信するタイミングｔ１’’、超音波受信器２が、第２の周波数に対応する直接波５を受信するタイミングｔ２’’、超音波受信器２が、第２の周波数に対応する反射波９を受信するタイミングｔ３’’を示す図である。
例えば上述のタイミングｔ２’と上述のタイミングｔ３’との時間差は、薄板４の表面近傍の空気中に放射される超音波６が物体７に反射して戻ってくるまでの時間に相当する。そして、空気中の超音波の音速は、周波数によって変わらず３４０ｍ／ｓであるので、これらを乗算することで、薄板４から物体７までの往復の距離を算出することができる。同様に、上述のタイミングｔ２’と上述のタイミングｔ３’との時間差から、薄板４から物体７までの往復の距離を算出することもできる。
ここで、超音波の周波数や薄板４から物体７までの距離によっては、薄板４から物体７までの距離が超音波の１波長分の距離未満となり、距離検知ができない場合もあり得る。そのため、本実施形態では、２つの異なる周波数の超音波を用いて、それぞれ距離検知（薄板４と物体７との間の距離検知）を行い、正常な範囲内の値を示す方の検知結果を、最終的な検知結果として選択することもできる。つまり、検知部３は、第１の周波数のパルス状の超音波を用いた検知結果（物体７の距離検知結果）、および、第２の周波数のパルス状の超音波を用いた検知結果のうちの何れか（正常な範囲内の値を示す方）を選択することができる。これにより、距離検知エラーの発生を抑制できる。また、上記に限らず、例えば検知部３は、第１の周波数のパルス状の超音波を用いた検知結果、および、第２の周波数のパルス状の超音波を用いた検知結果の平均や重み付け等を行って両者を合成し、その合成した結果を最終的な検知結果としてもよい。これにより、距離検知の精度を向上させることもできる。
なお、薄板４中のラム波の音速は薄板を構成する材料の物性値だけでなく、薄板４の板厚および超音波の周波数によって異なる。例えば薄板４の材質を鋼材とし、０．７ｍｍおよび０．９ｍｍの板厚の薄板４ごとに、超音波の周波数とラム波の音速との関係を示したのが図９である。音速は周波数に比例して速くなり、例えば板厚０．７ｍｍの鋼材の薄板４では、４０ｋＨｚにおける音速は５２０ｍ／ｓ、６０ｋＨｚにおける音速は６４０ｍ／ｓである。ただし、上述したように、空気中の超音波の音速は周波数によって変わらず３４０ｍ／ｓである。
つまり、超音波送信器１がパルス状の超音波を送信してから、超音波受信器２が反射波９を受信するまでの時間を示す到達時間（ｔ１’からｔ３’までの時間長またはｔ１’’からｔ３’’までの時間長）が周波数ごとに異なるのは、音速の異なる薄板４中の伝搬時間の差による。ここでは、到達時間の差と、音速の差とを用いて、薄板４中の伝搬距離を算出することができる。薄板４中の伝搬距離が分かれば、第１の周波数に対応する薄板４中の音速で除算することで、ラム波が薄板４のみを伝搬する時間（超音波受信器２が直接波５を受信するまでの時間ｔ２’−ｔ１’に相当）を求めることができ、これを、超音波受信器２が第１の周波数に対応する反射波９を受信するまでの時間ｔ３’−ｔ１’から差し引くことで、図８のｔ３’−ｔ２’に相当する時間差を求めることができる。空気中の音速は周波数によって変わらずに３４０ｍ／ｓなので、これらを乗算することで、薄板４から物体７までの往復の距離を算出することができ、薄板４から物体７までの距離を算出することができる。これにより、第１の周波数に対応する検知結果を得ることができる。第２の周波数に対応する検知結果についても、同様にして得ることができる。要するに、超音波の周波数とラム波の音速との関係が分かっていて、かつ、異なる２つの周波数ごとに、超音波送信器１がパルス状の超音波を送信してから、超音波受信器２が反射波９を受信するまでの時間を示す到達時間が分かれば、それぞれの周波数に対応する検知結果を求めることができる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、薄板４には３つ以上の超音波受信器２が設置され、検知部３は、超音波受信器２ごとの、直接波および反射波の各々が超音波受信器２により受信された時間の差に基づいて、物体７を検知する。以下、具体的に説明する。なお、上述の第１の実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。
図１０は、超音波送信器１、および、３つの超音波受信器２ａ〜２ｃの配置の一例を示す平面図である。ここでは、上述の第１の実施形態と同様に、超音波送信器１、および、３つの超音波受信器２ａ〜２ｃは薄板４の裏面に配置される。以下の説明では、超音波受信器２ａ〜２ｃを互いに区別しない場合は、単に「超音波受信器２」と称する。
図１１は、超音波送信器１がパルス状の超音波を送信するタイミングｔ１、超音波受信器２ａ〜２ｃが直接波５を受信するタイミングｔ２ａ〜ｔ２ｃ、超音波受信器２ａ〜２ｃが反射波９を受信するタイミングｔ３ａ〜ｔ３ｃを示す図である。以下の説明では、タイミングｔ２ａ〜ｔ２ｃを互いに区別しない場合は単に「タイミングｔ２」と称し、タイミングｔ３ａ〜ｔ３ｃを互いに区別しない場合は単に「タイミングｔ３」と称する場合がある。ここでは、超音波受信器２ａ〜２ｃごとに、タイミングｔ２とタイミングｔ３との時間差に基づいて、薄板４から物体７までの距離を検知することができる。この検知方法は、上述の第１の実施形態と同様に考えることができる。
例えば薄板４の表面の近傍に存在する物体７が、ポールなどの広がりを持たない物体７の場合は、超音波受信器２の設置場所によっては距離検知できないおそれもある。そこで、本実施形態では、３つ以上の超音波受信器２ａ〜２ｃを薄板４に設置し、検知部３は、超音波受信器２ごとのタイミングｔ２とタイミングｔ３との時間差に基づいて、物体７を検知する。より具体的には、検知部３は、超音波受信器２ａ〜２ｃごとに、該超音波受信器２が直接波５を受信したタイミングｔ２と、反射波９を受信したタイミングｔ３との差に基づいて、薄板４から物体７までの距離を検知する。これにより、超音波受信器２ａ〜２ｃごとの検知結果を得る。そして、検知部３は、超音波受信器２ａ〜２ｃごとの検知結果のうち正常な範囲内の値を示す検知結果を、最終的な検知結果として選択することもできる。
また、例えば薄板４の表面の近傍に存在する物体７が、壁のような広がりを持つ物体の場合であって、超音波受信器２ａ〜２ｃごとの検知結果が得られた場合は、検知部３は、超音波受信器２ａ〜２ｃごとの検知結果（超音波受信器２ａ〜２ｃごとの、直接波５および反射波９の各々が超音波受信器２により受信された時間の差に基づく物体７の検知結果）と、超音波送信器１と各超音波受信器２との位置関係とに基づいて、物体７の３次元位置を推定することができる。この３次元位置の推定方法は、公知の３次元位置の推定技術に関する様々な技術を利用可能である。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図１２に示すように、本実施形態の超音波センサは、信号処理部１１をさらに備える。信号処理部１１は、超音波受信器２により受信された信号（超音波信号）から、物体７以外に起因する信号（超音波信号）を示すリファレンス信号を除去して検知部３へ入力する機能を有する。この例では、信号処理部１１は、超音波受信器２とは別に設けられているが、これに限らず、例えば信号処理部１１は超音波受信器２と一体に設けられる構成であってもよい。
信号処理部１１は、薄板４の表面の近傍に物体７が存在しない状態で、超音波送信器１により送信されたパルス状の超音波で薄板４を励振させた場合に超音波受信器２が受信した信号を、リファレンス信号として予め取得しておく。例えば超音波センサが、車両のドアの近傍の物体を検知することを目的とする場合（上記薄板４が車両のドアである場合）、リファレンス信号は、車両の固定構造物等に起因する信号（固定構造物等で反射して薄板４に戻ってくる信号）を含む。また、リファレンス信号は、例えば超音波送信器１がパルス状の超音波を送信して薄板４を励振させた後に残る振動（余韻の振動）に起因する信号を含む。
検知部３による物体７の検知が行われる場合（検知モードの場合）、信号処理部１１は、超音波受信器２により受信された信号から上記リファレンス信号を除去し、その除去後の信号を検知部３へ入力する。そして、検知部３は、信号処理部１１から入力された信号に基づいて、物体７を検知する。つまり、検知部３は、不要なノイズが有効に除去された信号に基づいて物体７の検知を行うことができるので、結果として、物体７の検知精度を向上させることができる。
（第４の実施形態の変形例）
ここで、物体７以外に起因するリファレンス信号は、薄板４の材質、温度、湿度などの環境に応じて変化する。そこで、より有効にノイズ除去を実施することを目的として、例えば図１３に示すように、超音波センサは、学習部１２をさらに備える形態であってもよい。この例では、学習部１２は、信号処理部１１や超音波受信器２とは別に設けられているが、これに限らず、例えば学習部１２は、信号処理部１１および超音波受信器２のうちの少なくとも１つと一体に設けられる構成であってもよい。
学習部１２は、複数種類の環境ごとにリファレンス信号を学習する。本実施形態における環境は、温度、湿度および薄板４の材質のうちの少なくとも１つを含む。ここでは、温度と湿度と材質との組を１つの「環境」とし、学習部１２は、複数種類の環境ごとに、薄板４の表面の近傍に物体７が存在しない状態で薄板４を励振させた場合に超音波受信器２が受信した信号を収集して学習していく。これにより、複数種類の環境ごとに、学習済みのリファレンス信号を構築することができる。そして、信号処理部１１は、超音波受信器２で受信した信号から、現在の環境に対応する学習済みのリファレンス信号を除去する。これにより、より有効にノイズ除去を実施することが可能になる。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の各実施形態で説明した超音波センサを利用する車両制御システムの実施形態である。車両制御システムは、車両に搭載される制御システムである。図１４は、本実施形態の車両制御システムの概略構成の一例を示す図である。図１４に示すように、車両制御システムは、超音波センサ１００と、車両制御部１１０と、を備え、これらは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークを介して接続される。ただし、これに限らず、例えば有線を介して接続される形態であっても構わない。超音波センサ１００は、上述の各実施形態のうちの何れかの実施形態の超音波センサを適用することができる。超音波センサ１００は、上述の超音波送信器１、上述の超音波受信器２および上述の検知部３を備えている。
車両制御部１１０は、例えばＥＣＵ（engine control unit）であり、超音波センサ１００による検知結果を用いて、車両を制御する。この例では、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果から、ドアから１０ｃｍの距離に障害物（物体７）が存在するか否かを判断する。ドアから１０ｃｍの距離に障害物が存在すると判断した場合、車両制御部１０は、ドアの開放動作を停止させる制御（それ以上ドアが解放されることを防止するための制御）を行い、ドアが障害物に衝突することを回避する。
なお、車両制御部１１０による制御は上記の例に限られるものではない。例えば車両の前方の左右または後方の左右のコーナーの外装面を上記薄板４として超音波センサ１００を設置する形態において、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果から、コーナー（薄板４）から１０ｃｍの距離に障害物（物体７）が存在するか否かを判断する形態であってもよい。そして、コーナーから１０ｃｍの距離に障害物が存在すると判断した場合、車両制御部１０は、車両が障害物に衝突することを回避するよう、車両の走行を制御する形態であってもよい。要するに、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果を用いて車両を制御する形態であればよく、その制御の形態は任意に変更可能である。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
また、上述の各実施形態および変形例は、任意に組み合わせることができる。
１ 超音波送信器
２ 超音波受信器
３ 検知部
４ 薄板
５ 直接波
７ 物体
８ 反射波
９ 反射波
１１ 信号処理部
１２ 学習部
１００ 超音波センサ
１１０ 車両制御部

Claims (11)

  1. パルス状の超音波を送信して薄板を励振させる超音波送信器と、
    前記パルス状の超音波により励振された前記薄板を伝搬する超音波のうち前記薄板のみを伝搬する直接波と、該励振された前記薄板を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体で反射した後に前記薄板に戻ってくる反射波とを受信する超音波受信器と、
    前記超音波受信器により前記直接波が受信された時間と、前記超音波受信器により前記反射波が受信された時間との差に基づいて、前記薄板の近傍に存在する物体を検知する検知部と、を備える、
    超音波センサ。
  2. 前記超音波送信器および前記超音波受信器は、前記薄板の裏面に設置される、
    請求項１に記載の超音波センサ。
  3. 前記超音波受信器は、前記薄板の表面に設置される、
    請求項１に記載の超音波センサ。
  4. 前記超音波送信器および前記超音波受信器は、前記薄板の周縁部に設置される、
    請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の超音波センサ。
  5. 前記超音波送信器は、第１の周波数の前記パルス状の超音波と、第２の周波数の前記パルス状の超音波と、を送信し、
    前記検知部は、
    前記第１の周波数の前記パルス状の超音波を用いた前記物体の検知結果と、前記第２の周波数の前記パルス状の超音波を用いた前記物体の検知結果とに基づいて、前記物体を検知する、
    請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の超音波センサ。
  6. 前記薄板には３つ以上の前記超音波受信器が設置され、
    前記検知部は、
    前記超音波受信器ごとの、前記直接波および前記反射波の各々が前記超音波受信器により受信された時間の差に基づいて、前記物体を検知する、
    請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の超音波センサ。
  7. 前記薄板には３つ以上の前記超音波受信器が設置され、
    前記検知部は、
    前記超音波受信器ごとの、前記直接波および前記反射波の各々が前記超音波受信器により受信された時間の差に基づく前記物体の検知結果と、前記超音波送信器と各前記超音波送信器との位置関係と、に基づいて、前記物体の３次元位置を推定する、
    請求項６に記載の超音波センサ。
  8. 前記超音波受信器により受信された信号から、前記物体以外に起因する信号を示すリファレンス信号を除去して前記検知部へ入力する信号処理部をさらに備える、
    請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の超音波センサ。
  9. 複数種類の環境ごとに前記リファレンス信号を学習する学習部をさらに備え、
    前記信号処理部は、前記超音波受信器により受信された信号から、現在の環境に対応する学習済みの前記リファレンス信号を除去する、
    請求項８に記載の超音波センサ。
  10. 前記薄板は車両のドアである、
    請求項１乃至９のうちの何れか１項に記載の超音波センサ。
  11. 請求項１乃至１０のうちの何れか１項に記載の超音波センサと、
    前記超音波センサによる検知結果を用いて、車両を制御する車両制御部と、を備える、
    車両制御システム。
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