JP2020180806A - Object detection device - Google Patents

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Abstract

To provide an object detection device capable of improving accuracy of object detection.SOLUTION: An object detection device includes a transmission unit 10 that transmits an ultrasonic wave as a probe wave in response to a drive signal input from a signal generation unit 20, a reception unit 50 that receives the ultrasonic wave and generates a reception signal, a horizontal position acquisition unit 72 that acquires a position of an object in a horizontal direction with respect to the transmission unit, and a signal determination unit 70 that determines detection of the object based on the reception signal and the position of the object. The reception unit receives reflected waves of at least two search waves having different directivity. The signal determination unit calculates a height of the object based on the reception signal and the position of the object, and determines that the object is present when the height is equal to or greater than a predetermined threshold.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超音波の送受信により物体を検知する物体検知装置に関する。 The present invention relates to an object detection device that detects an object by transmitting and receiving ultrasonic waves.

従来、この種の装置としては、例えば特許文献1に記載の物体検知装置が提案されている。この物体検知装置は、車両に搭載され、垂直指向性の異なる2種の送信波を時間差で送信する送信部と、反射波を受信する受信部と、反射波から各送信波由来の周波数成分を抽出する抽出部と、周波数成分から物体を検知する検知部とを備える。 Conventionally, as this type of device, for example, the object detection device described in Patent Document 1 has been proposed. This object detection device is mounted on a vehicle and transmits two types of transmitted waves with different vertical directivity with a time difference, a receiving unit that receives reflected waves, and a frequency component derived from each transmitted wave from the reflected waves. It includes an extraction unit for extracting and a detection unit for detecting an object from a frequency component.

この物体検知装置は、所定の到達範囲とされた第1の送信波を送信した後、その反射波を受信する前に、路面に到達し、かつ第1の送信波よりも到達範囲の広い第2の送信波を送信し、これらの反射波を受信する構成とされる。また、第1の送信波の振幅レベルが、車両から所定の距離にある路面からの反射波の受信レベルが所定基準値以下となる設定とされる一方で、第2の送信波の振幅レベルは、当該路面からの反射波の受信レベルが所定基準値よりも大きくなる設定とされている。そして、この物体検知装置は、受信した反射波から各送信波の周波数成分を抽出し、反射波を受信した時間により当該路面からの反射波を認識すると共に、各送信波の周波数成分の受信タイミングにより、路面上の障害物を検知する。 This object detection device reaches the road surface after transmitting the first transmitted wave having a predetermined reach and before receiving the reflected wave, and has a wider reach than the first transmitted wave. It is configured to transmit the transmitted wave of 2 and receive these reflected waves. Further, the amplitude level of the first transmitted wave is set so that the reception level of the reflected wave from the road surface at a predetermined distance from the vehicle is equal to or less than the predetermined reference value, while the amplitude level of the second transmitted wave is set. , The reception level of the reflected wave from the road surface is set to be higher than the predetermined reference value. Then, this object detection device extracts the frequency component of each transmitted wave from the received reflected wave, recognizes the reflected wave from the road surface by the time when the reflected wave is received, and receives the frequency component of each transmitted wave. Detects obstacles on the road surface.

特開2018−54581号公報JP-A-2018-54581

この種の物体検知装置においては、物体の検知精度をさらに向上することが求められている。例えば、上記の物体検知装置は、垂直指向性の異なる2種の送信波を用い、送信部の正面方向においては所定の高さ以上の障害物を検出できるが、これらの送信波が水平指向性も異なる場合には、水平方向における障害物の検出精度が不十分となり得る。 In this type of object detection device, it is required to further improve the object detection accuracy. For example, the above-mentioned object detection device uses two types of transmitted waves having different vertical directivity, and can detect obstacles having a predetermined height or higher in the front direction of the transmitting unit, but these transmitted waves are horizontally directional. If they are different, the accuracy of detecting obstacles in the horizontal direction may be insufficient.

具体的には、2種の送信波の水平指向性が異なる場合、例えば、送信部に対して正面の方向にある物体と斜め前の方向にある物体とでは、それぞれの物体からの反射波の受信レベルが変化してしまう。つまり、送信部に対する物体の水平方向位置が変わると、当該物体からの反射波の受信レベルも変化することから、異なる水平方向位置において所定の高さ以上の物体を検知するためには、その水平方向位置に応じて受信レベルの基準値を変更しなければならない。しかしながら、周波数の異なる2種の送信波を送信するのみでは、この水平方向位置の変化を考慮することができず、正面方向以外の物体の検出精度を確保することができない。 Specifically, when the horizontal directivity of the two types of transmitted waves is different, for example, an object in the front direction with respect to the transmitting unit and an object in the diagonally forward direction have different reflected waves from the respective objects. The reception level changes. That is, when the horizontal position of the object with respect to the transmitting unit changes, the reception level of the reflected wave from the object also changes. Therefore, in order to detect an object having a predetermined height or higher at different horizontal positions, the horizontal position is used. The reference value of the reception level must be changed according to the direction position. However, it is not possible to consider this change in the horizontal position only by transmitting two types of transmitted waves having different frequencies, and it is not possible to secure the detection accuracy of an object other than the front direction.

本発明は、上記の点に鑑み、送信部に対する垂直方向に加えて、水平方向位置においても、物体の高さの検知精度が従来よりも高い物体検知装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide an object detection device in which the detection accuracy of the height of an object is higher than before in the horizontal direction as well as in the vertical direction with respect to the transmitting unit.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の物体検知装置は、移動体に搭載され、物体を検知する物体検知装置(1)であって、駆動信号を生成する信号生成部(20)と、入力された駆動信号に応じて超音波を探査波として送信する送信部(10)と、超音波を受信して受信信号を生成する受信部(50)と、送信部に対する水平方向における物体の位置を取得する水平位置取得部(72)と、受信信号および物体の位置に基づいて物体の検知判定を行う信号判定部(70)と、を備え、受信部は、少なくとも2つの指向性の異なる探査波の反射波を受信し、信号判定部は、受信信号および物体の位置に基づいて、物体の高さを算出し、高さが所定の閾値以上の場合に前記物体が存在すると判定する。 In order to achieve the above object, the object detection device according to claim 1 is an object detection device (1) mounted on a moving body to detect an object, and has a signal generation unit (20) for generating a drive signal. , A transmitter (10) that transmits ultrasonic waves as a search wave according to the input drive signal, a receiver (50) that receives ultrasonic waves and generates a received signal, and an object in the horizontal direction with respect to the transmitter. A horizontal position acquisition unit (72) for acquiring a position and a signal determination unit (70) for detecting and determining an object based on a received signal and the position of the object are provided, and the receiving unit has at least two different directional directions. Upon receiving the reflected wave of the exploration wave, the signal determination unit calculates the height of the object based on the received signal and the position of the object, and determines that the object exists when the height is equal to or greater than a predetermined threshold value.

これによれば、指向性の異なる2つの探査波の送受信により得られる受信信号に加えて、水平位置取得部により物体の水平位置を取得し、物体の高さを算出する構成の物体検知装置となる。そして、水平位置取得部により、物体の水平位置を取得することで、指向性の異なる2種の探査波の送受信で得られる受信信号に基づく高さ算出の際に、物体の水平位置に応じて受信レベルの基準値を変更可能となる。つまり、水平方位が異なっていても、物体の高さ算出における基準値を水平位置に応じて変更できるため、物体の高さの算出精度が高く、従来よりも物体の検知精度が高い物体検知装置となる。 According to this, in addition to the received signal obtained by transmitting and receiving two exploration waves having different directivity, the object detection device having a configuration in which the horizontal position of the object is acquired by the horizontal position acquisition unit and the height of the object is calculated. Become. Then, by acquiring the horizontal position of the object by the horizontal position acquisition unit, the height is calculated based on the received signal obtained by transmitting and receiving two types of exploration waves having different directivity, according to the horizontal position of the object. The reference value of the reception level can be changed. That is, even if the horizontal orientations are different, the reference value in the object height calculation can be changed according to the horizontal position, so that the object height calculation accuracy is high and the object detection accuracy is higher than before. It becomes.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference reference numerals in parentheses attached to each component or the like indicate an example of the correspondence between the component or the like and the specific component or the like described in the embodiment described later.

第1実施形態の物体検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the object detection apparatus of 1st Embodiment. 駆動信号の振幅および周波数の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the amplitude and frequency of a drive signal. 送受信子の指向性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the directivity of a transmitter / receiver. 物体の位置と垂直方位との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the position of an object, and the vertical direction. 物体の位置と水平方位との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the position of an object, and the horizontal direction. 送受信子の指向性の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the directivity of a transmitter / receiver. 周波数の異なる2種の探査波の到達範囲の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the reach range of two kinds of exploration waves with different frequencies. 垂直指向性の広い探査波を送信したときの反射波の振幅を示す図である。It is a figure which shows the amplitude of the reflected wave when the exploration wave with a wide vertical directivity is transmitted. 垂直指向性の狭い探査波を送信したときの反射波の振幅を示す図である。It is a figure which shows the amplitude of the reflected wave when the exploration wave with narrow vertical directivity is transmitted. 送受信子からの水平距離と垂直方位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the horizontal distance from a transmitter / receiver, and a vertical direction. 送受信子からの水平距離と振幅比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the horizontal distance from a transmitter / receiver, and the amplitude ratio. 判定の基準値と検知範囲とを示す図である。It is a figure which shows the reference value of determination and the detection range. 水平方位の異なる2つの検知対象に対して、垂直指向性の広い探査波を送信したときの反射波の振幅の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the amplitude of the reflected wave when the exploration wave with a wide vertical directivity is transmitted to two detection targets having different horizontal directions. 水平方位の異なる2つの検知対象に対して、垂直指向性の狭い探査波を送信したときの反射波の振幅の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the amplitude of the reflected wave when the exploration wave with narrow vertical directivity is transmitted to two detection targets having different horizontal directions. 高低の周波数における垂直指向性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vertical directivity at a high and low frequencies. 高低の周波数における水平指向性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the horizontal directivity at a high and low frequencies. 図15、図16の指向性を有する高低の周波数に基づいて算出した、水平方位ごとの周波数比と物体の高さとの関係を示す図である。15 is a diagram showing the relationship between the frequency ratio for each horizontal direction and the height of an object, which is calculated based on the high and low frequencies having directivity in FIGS. 15 and 16. 1つのソナーによる検知対象への探査波の送信を示す図である。It is a figure which shows the transmission of the exploration wave to the detection target by one sonar. 2つのソナーによる検知対象への探査波の送信を示す図である。It is a figure which shows the transmission of the exploration wave to the detection target by two sonars. 図1の物体検知装置の動作処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation processing example of the object detection apparatus of FIG. 解析範囲および振幅の抽出方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction method of an analysis range and an amplitude. 送受信子からの直線距離と振幅レベルの減衰量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the linear distance from a transmitter / receiver, and the attenuation amount of an amplitude level. 周波数差が小さいときの振幅レベルの差を示す図である。It is a figure which shows the difference of the amplitude level when the frequency difference is small. 周波数差が大きいときの振幅レベルの差を示す図である。It is a figure which shows the difference of the amplitude level when the frequency difference is large. 送受信子の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a transmitter / receiver. 送受信子の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a transmitter / receiver. 第2実施形態の物体検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the object detection apparatus of 2nd Embodiment. 第3実施形態の物体検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the object detection device of 3rd Embodiment. 第4実施形態の物体検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the object detection apparatus of 4th Embodiment. 送信子と受信子とが別体とされた例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which the transmitter and the receiver are separated.

以下、本発明の実施形態について図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、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態の物体検知装置1について、図1〜図26を参照して説明する。
(First Embodiment)
The object detection device 1 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 26.

〔構成〕
本実施形態の物体検知装置1は、図1に示すように、送信部10、信号生成部20、送受信子30、受信部50および周波数分離部60を有してなるソナー部100を2つ有すると共に、制御部40と、信号判定部70とを備える。
〔Constitution〕
As shown in FIG. 1, the object detection device 1 of the present embodiment has two sonar units 100 including a transmission unit 10, a signal generation unit 20, a transmitter / receiver 30, a reception unit 50, and a frequency separation unit 60. Along with this, a control unit 40 and a signal determination unit 70 are provided.

物体検知装置1は、本実施形態では、制御部40により2つのソナー部100の駆動制御が行われ、これらのソナー部100で得られた振幅値が信号判定部70に出力されると共に、信号判定部70が振幅値に基づいて物体の検知判定を行う構成とされている。物体検知装置1は、超音波ソナー装置であって、例えば車両等の移動体に搭載されて、移動体の外部の物体を検知するものである。本実施形態では、自動車等の車両に搭載された例について説明する。 In the present embodiment, in the object detection device 1, the control unit 40 performs drive control of the two sonar units 100, and the amplitude value obtained by these sonar units 100 is output to the signal determination unit 70 and a signal. The determination unit 70 is configured to detect and determine an object based on the amplitude value. The object detection device 1 is an ultrasonic sonar device, which is mounted on a moving body such as a vehicle to detect an object outside the moving body. In this embodiment, an example mounted on a vehicle such as an automobile will be described.

なお、本実施形態では、説明の便宜上、2つのソナー部100のうち第1位置に搭載されたものを「第1ソナー部100A」と称し、第1位置とは異なる第2位置に搭載されたものを「第2ソナー部100B」と称することがある。ソナー部100A、100Bの座標等の配置関係の情報については、後述する記憶媒体に予め格納される。 In the present embodiment, for convenience of explanation, the one mounted in the first position of the two sonar portions 100 is referred to as "first sonar portion 100A" and mounted in a second position different from the first position. The thing may be referred to as "second sonar part 100B". Arrangement-related information such as the coordinates of the sonar units 100A and 100B is stored in advance in a storage medium described later.

送信部10は、超音波を探査波として送信するものであり、図1に示すように、送信回路11と送受信子30とにより構成される。送信部10は、送信回路11に信号生成部20からの駆動信号が入力される構成となっており、信号生成部20から入力された駆動信号に応じた探査波を送信する。駆動信号は、送受信子30を駆動するための電気信号であって、探査波の周波数に対応する周波数を有しており、例えば時間経過に伴って所定パターンで変化する交流信号とされる。 The transmission unit 10 transmits ultrasonic waves as exploration waves, and is composed of a transmission circuit 11 and a transmitter / receiver 30 as shown in FIG. The transmission unit 10 has a configuration in which a drive signal from the signal generation unit 20 is input to the transmission circuit 11, and transmits an exploration wave corresponding to the drive signal input from the signal generation unit 20. The drive signal is an electric signal for driving the transmitter / receiver 30, has a frequency corresponding to the frequency of the exploration wave, and is, for example, an AC signal that changes in a predetermined pattern with the passage of time.

信号生成部20は、駆動信号として、超音波帯域の周波数を有するパルス信号を生成する。信号生成部20は、少なくとも2つの周波数を有する駆動信号を生成する。例えば、信号生成部20は、図2に示すように、周波数fの信号と周波数f(<f)の信号とを間欠的に生成する。信号生成部20が生成した駆動信号は、図1に示すように、送信回路11に入力される。信号生成部20は、後述する制御部40から、送信指示、駆動信号の設定情報、等が送信される。 The signal generation unit 20 generates a pulse signal having a frequency in the ultrasonic band as a drive signal. The signal generation unit 20 generates a drive signal having at least two frequencies. For example, as shown in FIG. 2, the signal generation unit 20 intermittently generates a signal having a frequency f H and a signal having a frequency f L (<f H ). The drive signal generated by the signal generation unit 20 is input to the transmission circuit 11 as shown in FIG. The signal generation unit 20 transmits transmission instructions, drive signal setting information, and the like from the control unit 40, which will be described later.

送信回路11は、信号生成部20から入力された駆動信号に昇圧等の処理を施し、これにより生成された信号を出力する。送信回路11の出力信号は、送受信子30に入力される。 The transmission circuit 11 performs processing such as boosting on the drive signal input from the signal generation unit 20, and outputs the signal generated thereby. The output signal of the transmission circuit 11 is input to the transmitter / receiver 30.

送受信子30は、送信部10の一部として機能し、送信回路11から入力された信号に応じて、車両の外側に向けて探査波を送信する。送受信子30は、例えば、駆動信号により駆動されることで励振される電気機械変換素子(例えば圧電素子等)を備えるマイクロホンで構成される。また、送受信子30は、受信部50の一部としても機能し、受信波の音圧に応じた電圧を出力する。 The transmitter / receiver 30 functions as a part of the transmission unit 10 and transmits an exploration wave toward the outside of the vehicle in response to a signal input from the transmission circuit 11. The transmitter / receiver 30 is composed of, for example, a microphone including an electromechanical conversion element (for example, a piezoelectric element) that is excited by being driven by a drive signal. The transmitter / receiver 30 also functions as a part of the receiving unit 50, and outputs a voltage corresponding to the sound pressure of the received wave.

受信部50は、超音波を受信し、受信波の音圧に応じて受信信号を生成するものであり、図1に示すように、送受信子30と受信回路51とにより構成される。受信部50が生成した受信信号は、周波数分離部60で処理された後に信号判定部70に入力され、信号判定部70における物体の検知処理に用いられる。 The receiving unit 50 receives ultrasonic waves and generates a receiving signal according to the sound pressure of the received wave, and is composed of a transmitter / receiver 30 and a receiving circuit 51 as shown in FIG. The received signal generated by the receiving unit 50 is input to the signal determination unit 70 after being processed by the frequency separation unit 60, and is used for object detection processing in the signal determination unit 70.

受信回路51は、送受信子30の出力電圧に増幅等の処理を施すことで受信信号を生成し、出力する。受信回路51が生成した受信信号は、周波数分離部60に入力される。 The receiving circuit 51 generates and outputs a received signal by subjecting the output voltage of the transceiver 30 to a process such as amplification. The received signal generated by the receiving circuit 51 is input to the frequency separation unit 60.

周波数分離部60は、受信回路51からの受信信号にフィルタリング等の処理を施し、これにより生成された信号を出力する。周波数分離部60は、図1に示すように、BPF61a、61bと、振幅生成部62a、62bとを備える。 The frequency separation unit 60 performs processing such as filtering on the reception signal from the reception circuit 51, and outputs the signal generated by this processing. As shown in FIG. 1, the frequency separation unit 60 includes BPF 61a and 61b and amplitude generation units 62a and 62b.

BPF61a、61bは、バンドパスフィルタであり、所定の周波数帯域の信号を通過させ、他の周波数帯域の信号を遮断するものである。BPF61a、61bの帯域は、制御部40からの入力信号によって設定される。BPF61a、61bの通過周波数帯域の中心周波数は、例えば、それぞれ、f、fとされている。受信回路51が生成した受信信号のうち、BPF61a、61bを通過した信号は、振幅生成部62a、62bに入力される。 BPF61a and 61b are bandpass filters that allow signals in a predetermined frequency band to pass through and block signals in other frequency bands. The bands of BPF61a and 61b are set by the input signal from the control unit 40. The center frequencies of the passing frequency bands of BPF61a and 61b are, for example, f L and f H , respectively. Among the received signals generated by the receiving circuit 51, the signals that have passed through the BPF 61a and 61b are input to the amplitude generating units 62a and 62b.

振幅生成部62a、62bは、入力された信号の振幅値を算出する。振幅値は、例えば、入力信号のゼロtoピークの測定値、入力信号のピークtoピークの測定値、入力信号の実効値、入力信号をエンベロープ処理した値、入力信号を平均パワーへ変換した値などのうちのいずれかが用いられ得る。 The amplitude generation units 62a and 62b calculate the amplitude value of the input signal. The amplitude value is, for example, the measured value of the zero to peak of the input signal, the measured value of the peak to peak of the input signal, the effective value of the input signal, the value obtained by envelope processing the input signal, the value obtained by converting the input signal to the average power, and the like. Any of these can be used.

BPF61a、61bおよび振幅生成部62a、62bにより、受信信号から2つの周波数f、fに対応する2つの振幅が抽出される。なお、以下の説明において、周波数f、fに対応する振幅をそれぞれA、Aとする。 The BPF 61a and 61b and the amplitude generators 62a and 62b extract two amplitudes corresponding to the two frequencies f L and f H from the received signal. In the following description, the amplitudes corresponding to the frequencies f L and f H will be referred to as A L and A H , respectively.

信号判定部70は、受信信号に基づいて物体の検知判定を行うものであり、図1に示すように、振幅比算出部71と水平位置取得部72とにより構成される。信号判定部70は、振幅比算出部71が算出した振幅Aと振幅Aとの比である振幅比と、水平位置取得部72により得られる物体の水平方向位置とに基づいて、物体が存在するか否かの判定を行う。具体的には、信号判定部70は、振幅比と物体の水平位置とにより算出された物体の高さが所定の閾値以上であるか否かを判定する。信号判定部70の判定結果は、制御部40に送信される。 The signal determination unit 70 performs detection determination of an object based on a received signal, and is composed of an amplitude ratio calculation unit 71 and a horizontal position acquisition unit 72 as shown in FIG. The signal determination unit 70 determines that the object is based on the amplitude ratio, which is the ratio of the amplitude A L and the amplitude A H calculated by the amplitude ratio calculation unit 71, and the horizontal position of the object obtained by the horizontal position acquisition unit 72. Determine if it exists. Specifically, the signal determination unit 70 determines whether or not the height of the object calculated from the amplitude ratio and the horizontal position of the object is equal to or greater than a predetermined threshold value. The determination result of the signal determination unit 70 is transmitted to the control unit 40.

なお、後述する振幅比による物体の高さの算出に用いる閾値は、水平位置取得部72で取得した物体の水平位置に応じて適宜変更される。この理由および信号判定部70による判定の詳細については、後述する。また、物体の検知判定における物体の高さの閾値については、適宜変更されてもよい。 The threshold value used for calculating the height of the object based on the amplitude ratio described later is appropriately changed according to the horizontal position of the object acquired by the horizontal position acquisition unit 72. The reason for this and the details of the determination by the signal determination unit 70 will be described later. Further, the threshold value of the height of the object in the detection determination of the object may be changed as appropriate.

振幅比算出部71は、周波数分離部60から出力された信号に基づき、例えば、振幅比としてAr=A/Aを算出する。振幅比算出部71が算出した振幅比は、信号判定部70による物体の検知判定に用いられる。 The amplitude ratio calculation unit 71 calculates, for example, Ar = A H / A L as the amplitude ratio based on the signal output from the frequency separation unit 60. The amplitude ratio calculated by the amplitude ratio calculation unit 71 is used for the detection determination of the object by the signal determination unit 70.

水平位置取得部72は、送信部10に対する物体の水平位置の情報を取得するものである。検知対象の物体の3次元座標を(x、y、z)として、水平位置取得部72は、本実施形態では、2つのソナー部100における超音波信号の送受信により得られるx、y、zについての3つの数式に基づいて、物体の水平位置を算出する。 The horizontal position acquisition unit 72 acquires information on the horizontal position of the object with respect to the transmission unit 10. With the three-dimensional coordinates of the object to be detected as (x, y, z), the horizontal position acquisition unit 72 refers to x, y, z obtained by transmitting and receiving ultrasonic signals in the two sonar units 100 in the present embodiment. The horizontal position of the object is calculated based on the three mathematical formulas of.

例えば、3つの数式のうち2つは、第1ソナー部100から得られる「物体と第1ソナー部100の送信部10との距離」の関数、および「2つの周波数の振幅差または振幅比」の関数である。残り1つの数式は、例えば、第2ソナー部100から得られる「物体と第2ソナー部100の送信部10との距離」の関数、または「2つの周波数の振幅差または振幅比」の関数とされる。この詳細については、後述する。 For example, two of the three formulas are a function of "distance between an object and the transmitting unit 10 of the first sonar unit 100" obtained from the first sonar unit 100, and "amplitude difference or amplitude ratio of two frequencies". Is a function of. The remaining one formula is, for example, a function of "distance between an object and the transmitting unit 10 of the second sonar unit 100" obtained from the second sonar unit 100, or a function of "amplitude difference or amplitude ratio of two frequencies". Will be done. The details will be described later.

制御部40、信号判定部70等は、例えば、CPU、ROM、RAM、I/O等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROM等に記憶されたプログラムに従って各種演算等の処理を実行する。ROM等には、EEPROM等の書き換え可能な不揮発性メモリも含まれる。ROMおよびRAMは、非遷移的実体的記憶媒体である。 The control unit 40, the signal determination unit 70, etc. are configured by, for example, a well-known microcomputer equipped with a CPU, ROM, RAM, I / O, etc., and execute various operations and the like according to a program stored in the ROM, etc. .. The ROM and the like also include a rewritable non-volatile memory such as an EEPROM. ROMs and RAMs are non-transitional substantive storage media.

以上が、本実施形態の物体検知装置1の基本的な構成である。 The above is the basic configuration of the object detection device 1 of the present embodiment.

次に、物体検知装置1による物体検知について、順を追って説明する。 Next, the object detection by the object detection device 1 will be described step by step.

〔直線距離の算出〕
まず、TOF(Time of Flightの略)による物体とソナーとの直線距離の算出について説明する。
[Calculation of straight line distance]
First, the calculation of the linear distance between an object and sonar by TOF (abbreviation of Time of Flight) will be described.

この種の物体検知装置は、ソナーからの探査波の送信からその反射波の受信までの時間、すなわちTOFに基づき、物体とソナーとの直線距離Lを算出できる。例えば、探査波が超音波である場合において、音速をcとすると、直線距離Lは、L=c×TOF/2の式により算出される。 This type of object detection device can calculate the linear distance L between the object and the sonar based on the time from the transmission of the exploration wave from the sonar to the reception of the reflected wave, that is, the TOF. For example, when the exploration wave is an ultrasonic wave and the speed of sound is c, the linear distance L is calculated by the formula L = c × TOF / 2.

しかしながら、この方法では、物体とソナーとの直線距離が判明するものの、物体の高さを調べることが困難である。物体とソナーとの直線距離が判明しても、例えば、検知された物体が、物体検知装置が搭載された車両に衝突する可能性がある壁等の障害物であるか、もしくは車体に衝突する可能性の少ない、低い段差等であるかについては、判定することができない。 However, with this method, although the linear distance between the object and the sonar can be found, it is difficult to check the height of the object. Even if the linear distance between the object and the sonar is known, for example, the detected object is an obstacle such as a wall that may collide with the vehicle equipped with the object detection device, or collides with the vehicle body. It is not possible to determine whether the level difference is low or unlikely.

本発明者らは、鋭意検討の結果、超音波である探査波の周波数と指向性との関係に着目し、障害物となる物体と他の物体との識別を可能にする構成を考案した。 As a result of diligent studies, the present inventors have focused on the relationship between the frequency and directivity of the exploration wave, which is an ultrasonic wave, and devised a configuration that enables discrimination between an obstacle object and another object.

〔探査波の周波数と指向性〕
続いて、探査波の周波数と指向性との関係について、図3〜図7を参照して説明する。なお、図3、図6では、後述する方位が0°のときの振幅レベルを破線で示している。また、図4に示す「路面段差」とは、例えば輪止め等、通路の路面からの突出高さが小さい段差を指し、車体に衝突する可能性のある「障害物」として検知される必要性が低い物体である。
[Frequency and directivity of exploration waves]
Subsequently, the relationship between the frequency of the exploration wave and the directivity will be described with reference to FIGS. 3 to 7. In addition, in FIGS. 3 and 6, the amplitude level when the orientation described later is 0 ° is shown by a broken line. Further, the "road surface step" shown in FIG. 4 refers to a step having a small protrusion height from the road surface of the passage, such as a wheel chock, and needs to be detected as an "obstacle" that may collide with the vehicle body. Is a low object.

マイクロホン等で構成される送受信子30は、例えば図3に示すように、垂直方位および水平方位が大きくなるにつれて探査波の振幅レベルが小さくなる指向性特性を持っている。 As shown in FIG. 3, for example, the transceiver 30 composed of a microphone or the like has a directivity characteristic in which the amplitude level of the exploration wave decreases as the vertical and horizontal directions increase.

垂直方位は、図4に示すように、鉛直方向を法線方向とする水平面であって送受信子30を通る面と、送受信子30と物体とを結ぶ直線とのなす角度で定められる。図4に示す例では、送受信子30の正面に位置する壁W1は、垂直方位が0°である。路面段差は、垂直方位が0°より大きい。なお、車両が天井のある通路に位置する場合において、天井に図示しない梁等の天井段差があるとき、天井段差の垂直方位も0°よりも大きくなる。 As shown in FIG. 4, the vertical direction is determined by the angle formed by a horizontal plane having the vertical direction as the normal direction and passing through the transceiver 30 and a straight line connecting the transceiver 30 and an object. In the example shown in FIG. 4, the wall W1 located in front of the transmitter / receiver 30 has a vertical orientation of 0 °. The vertical direction of the road surface step is larger than 0 °. When the vehicle is located in a passage with a ceiling and there is a ceiling step such as a beam (not shown) on the ceiling, the vertical direction of the ceiling step is also larger than 0 °.

水平方位は、図5に示すように、上記の送受信子30を通る水平面において、送受信子30の正面方向と、送受信子30と物体とを結ぶ直線とのなす角度で定められる。図5に示す例では、送受信子30の正面に位置する壁W1および路面段差は、垂直方位が0°である。送受信子30の斜め前方に位置する壁W2は、水平方位が0°よりも大きい。 As shown in FIG. 5, the horizontal orientation is determined by the angle formed by the front direction of the transceiver 30 and the straight line connecting the transceiver 30 and the object in the horizontal plane passing through the transceiver 30. In the example shown in FIG. 5, the wall W1 and the road surface step located in front of the transmitter / receiver 30 have a vertical direction of 0 °. The wall W2 located diagonally forward of the transmitter / receiver 30 has a horizontal orientation larger than 0 °.

送受信子30とは異なる高さに向かって進む探査波は、送受信子30から水平面に平行な方向に進む探査波に比べて、その振幅レベルが小さい。したがって、送受信子30とは異なる高さにある物体からの反射波は、送受信子30の正面に位置する物体からの反射波に比べて、その振幅レベルが小さくなる。これは、上記した垂直方位だけでなく、水平方位についても同様である。 The amplitude level of the exploration wave traveling toward a height different from that of the transceiver 30 is smaller than that of the exploration wave traveling from the transceiver 30 in the direction parallel to the horizontal plane. Therefore, the amplitude level of the reflected wave from the object at a height different from that of the transmitter / receiver 30 is smaller than that of the reflected wave from the object located in front of the transmitter / receiver 30. This applies not only to the vertical orientation described above, but also to the horizontal orientation.

ここで、指向性特性は、送受信子30の送信面の大きさ、送信波の波長、送信面の振動モード、等により変わることが知られている。送信面の大きさが一定である場合には、送信信号の周波数を変えることにより、指向性を変えることができる。また、振動モードが同じである場合、一般的には、図3に示すように、周波数の高いfは、周波数の低いfに比べて、その指向性が狭くなる。なお、周波数差が小さい場合、振動モードが同じであることが多い。 Here, it is known that the directivity characteristics change depending on the size of the transmission surface of the transmitter / receiver 30, the wavelength of the transmission wave, the vibration mode of the transmission surface, and the like. When the size of the transmission surface is constant, the directivity can be changed by changing the frequency of the transmission signal. Further, when the vibration modes are the same, in general, as shown in FIG. 3, f H having a high frequency has a narrower directivity than f L having a low frequency. When the frequency difference is small, the vibration modes are often the same.

ただし、2種の探査波の周波数差が大きいと、送信面の振動モードが変化する場合があり、周波数の高低と指向性の狭広との関係が逆転することがある。振動モードによっては、例えば、図6に示すように、周波数の高いfは、周波数の低いfに比べて、その指向性が広くなり得る。 However, if the frequency difference between the two types of exploration waves is large, the vibration mode of the transmitting surface may change, and the relationship between the high and low frequencies and the wide directivity may be reversed. Depending on the vibration mode, for example, as shown in FIG. 6, f H having a high frequency may have a wider directivity than f L having a low frequency.

また、図3または図6に示すように、垂直方位が大きいほど、周波数の違いによる指向性の差が大きくなり、垂直方位が小さいほど、周波数の違いによる指向性の差が小さくなる。言い換えると、物体の垂直方位が大きいほど、周波数の違いによる反射波の振幅レベルの差が大きくなり、物体の垂直方位が小さいほど、周波数の違いによる反射波の振幅レベルの差が小さくなる。 Further, as shown in FIG. 3 or 6, the larger the vertical direction, the larger the difference in directivity due to the difference in frequency, and the smaller the vertical direction, the smaller the difference in directivity due to the difference in frequency. In other words, the larger the vertical orientation of the object, the larger the difference in the amplitude level of the reflected wave due to the difference in frequency, and the smaller the vertical orientation of the object, the smaller the difference in the amplitude level of the reflected wave due to the difference in frequency.

なお、車両に取り付けられたソナーによる、車載型の物体検知装置1は、垂直方位の指向性(垂直指向性)が狭くなる一方で、水平方位の指向性(水平指向性)は広くなるように設定され得る。この場合には、図3および図6に示されているように、周波数の違いによる指向性の違いは、垂直方向に表れ、水平方向では、垂直方向に比べてその違いが小さくなる。 The in-vehicle object detection device 1 using a sonar attached to the vehicle has a narrow vertical directivity (vertical directivity) and a wide horizontal directivity (horizontal directivity). Can be set. In this case, as shown in FIGS. 3 and 6, the difference in directivity due to the difference in frequency appears in the vertical direction, and the difference in the horizontal direction is smaller than that in the vertical direction.

このように、探査波の周波数の違いに伴う、反射波の受信信号の振幅レベルの違いの発生態様は、物体の垂直方位によって変化する。例えば、送受信子30が図3に示す特性を有する場合には、周波数の違いに伴う指向性の違いによって、図7に示すように探査波が届く範囲が変化する。 As described above, the mode of occurrence of the difference in the amplitude level of the received signal of the reflected wave due to the difference in the frequency of the exploration wave changes depending on the vertical orientation of the object. For example, when the transmitter / receiver 30 has the characteristics shown in FIG. 3, the range in which the exploration wave reaches changes as shown in FIG. 7 due to the difference in directivity due to the difference in frequency.

なお、図7に示す領域Rは、指向性が広い低周波数fの探査波の到達範囲である。領域Rは、指向性が狭い高周波数fの探査波の到達範囲である。つまり、垂直指向性の広い探査波は、送受信子30の正面の壁等に加え、路面等にも到達しやすい。一方、垂直指向性の狭い探査波は、送受信子30の正面の壁等には到達するが、路面や通路の天井等の垂直方位が大きい部分には到達しにくい。また、ここでいう高周波数、低周波数とは、相対的な周波数の高低を意味する。 The region R A shown in FIG. 7 is a reach of exploration waves of wide directivity lower frequency f L. Region R B is a reach of exploration wave of narrow directivity high frequency f H. That is, the exploration wave having a wide vertical directivity easily reaches the road surface or the like in addition to the wall or the like in front of the transceiver 30. On the other hand, the exploration wave having a narrow vertical directivity reaches the wall in front of the transceiver 30, but it is difficult to reach a portion having a large vertical direction such as a road surface or a ceiling of a passage. Further, the high frequency and the low frequency referred to here mean the relative high and low frequencies.

〔振幅比に基づく物体検知〕
振幅比に基づく物体の検知について、図8〜図12を参照して説明する。なお、ここでは、水平方位0°における物体の検知を代表例として説明する。
[Object detection based on amplitude ratio]
The detection of an object based on the amplitude ratio will be described with reference to FIGS. 8 to 12. Here, the detection of an object at a horizontal direction of 0 ° will be described as a typical example.

図11では、物体が衝突可能性のある所定の高さ以上の壁である場合における理論値(計算値)を破線で示し、物体が路面段差である場合の理論値(計算値)を一点鎖線で示している。図12では、A=Aのときの振幅比を破線で示している。 In FIG. 11, the theoretical value (calculated value) when the object is a wall having a predetermined height or higher where there is a possibility of collision is shown by a broken line, and the theoretical value (calculated value) when the object is a road surface step is a dashed line. It is shown by. FIG. 12 shows the amplitude ratio when the A H = A L by a broken line.

垂直指向性の広い探査波を送信した場合には、図8に示すように、送受信子30の正面の壁W1からの反射波と、路面の段差等からの反射波との間で、振幅に大きな違いは生じない。一方、垂直指向性の狭い探査波を送信した場合には、図9に示すように、送受信子30の正面の壁W1からの反射波と、路面の段差等からの反射波との間で、振幅に大きな違いが生じる。具体的には、送受信子30の正面の壁W1からの反射波に比べて、路面の段差等からの反射波の振幅が、格段に小さくなる。 When a search wave with a wide vertical directivity is transmitted, as shown in FIG. 8, the amplitude is increased between the reflected wave from the wall W1 in front of the transceiver 30 and the reflected wave from a step on the road surface or the like. It doesn't make a big difference. On the other hand, when a narrow vertical directivity exploration wave is transmitted, as shown in FIG. 9, between the reflected wave from the wall W1 in front of the transmitter / receiver 30 and the reflected wave from a step on the road surface or the like. There is a big difference in amplitude. Specifically, the amplitude of the reflected wave from the step on the road surface or the like is significantly smaller than that of the reflected wave from the wall W1 in front of the transmitter / receiver 30.

上記の性質を利用し、物体の検知判定に用いるため、振幅比算出部71は、低周波数fの振幅Aと高周波数fの振幅Aとの振幅比Arを算出する。そして、信号判定部70は、送受信子30における周波数fと周波数fとの指向性特性に応じて、振幅比Arが所定の基準値以上であるか否か、または所定の基準値以下であるか否かについて判定する。 Utilizing the above properties, for use in the detection determination of the object, the amplitude ratio calculation unit 71 calculates the amplitude ratio Ar between the amplitude A H of the amplitude A L and the high frequency f H of the lower frequency f L. Then, the signal determination unit 70 determines whether or not the amplitude ratio Ar is equal to or greater than a predetermined reference value, or is equal to or less than a predetermined reference value, according to the directivity characteristics of the frequency f L and the frequency f H in the transceiver 30. Determine if it exists.

例えば、図3に示すように、送受信子30における周波数fの指向性が周波数fの指向性よりも広い場合には、信号判定部70は、振幅比Arが所定の基準値以上であるか否かを判定する。一方、図6に示すように、送受信子30における周波数fの指向性が周波数fの指向性よりも狭い場合には、信号判定部70は、振幅比Arが所定の基準値以下であるか否かを判定する。これらのいずれの場合においても、肯定判定のときには、所定の高い以上の物体が所定の検知範囲内にあることを意味し、否定判定のときには、所定の高い以上の物体が所定の検知範囲内の外にあることを意味する。 For example, as shown in FIG. 3, when the directivity of the frequency f L in the transceiver 30 is wider than the directivity of the frequency f H , the signal determination unit 70 has an amplitude ratio Ar of a predetermined reference value or more. Judge whether or not. On the other hand, as shown in FIG. 6, when the directivity of the frequency f L in the transceiver 30 is narrower than the directivity of the frequency f H , the signal determination unit 70 has an amplitude ratio Ar of not more than a predetermined reference value. Judge whether or not. In any of these cases, an affirmative judgment means that an object having a predetermined height or higher is within a predetermined detection range, and a negative judgment means that an object having a predetermined height or higher is within a predetermined detection range. It means being outside.

ここでいう「所定の検知範囲」とは、送受信子30の指向軸を中心として、所定の高さおよび幅を有する領域である。「指向軸」とは、送受信子30からの直線距離を変化させたときの、探査波強度が最高となる点の軌跡と略一致する直線である。「指向軸」は、典型的には、送受信子30の中心軸と略一致する。また、「所定の高さおよび幅」は、送受信子30からの直線距離に応じて変化し得る。「所定の検知範囲」の、指向軸と直交する仮想平面による断面形状は、典型的には円形である。 The "predetermined detection range" here is a region having a predetermined height and width around the directional axis of the transmitter / receiver 30. The "directed axis" is a straight line that substantially coincides with the locus of the point where the exploration wave intensity becomes the highest when the linear distance from the transmitter / receiver 30 is changed. The "directed axis" typically coincides substantially with the central axis of the transmitter / receiver 30. Further, the "predetermined height and width" may change depending on the linear distance from the transmitter / receiver 30. The cross-sectional shape of the "predetermined detection range" in the virtual plane orthogonal to the directional axis is typically circular.

なお、上記では、振幅比Ar=A/Aである例について説明したが、振幅比Ar=A/Aであってもよい。この場合には、信号判定部70は、例えば、送受信子30における指向性が周波数f<周波数fのとき、振幅比Arが所定の基準値以上であるか否かを判定する。一方、送受信子30における指向性が周波数f>周波数fのときには、信号判定部70は、振幅比Arが所定の基準値以下であるか否かを判定する。この場合であっても、肯定判定では、所定の高い以上の物体が所定の検知範囲内にあることを意味し、否定判定では、所定の高い以上の物体が所定の検知範囲内にないことを意味する。 Although the example in which the amplitude ratio Ar = A H / A L has been described above, the amplitude ratio Ar = A L / A H may be used. In this case, for example, when the directivity of the transmitter / receiver 30 is frequency f H <frequency f L , the signal determination unit 70 determines whether or not the amplitude ratio Ar is equal to or greater than a predetermined reference value. On the other hand, when the directivity of the transmitter / receiver 30 is frequency f H > frequency f L , the signal determination unit 70 determines whether or not the amplitude ratio Ar is equal to or less than a predetermined reference value. Even in this case, the affirmative judgment means that the object having a predetermined height or higher is within the predetermined detection range, and the negative judgment means that the object having a predetermined height or higher is not within the predetermined detection range. means.

また、振幅比としてAR=K×log(A/A)=K×log(A)−K×log(A)を用いてもよい。振幅比ARは、「対数振幅比AR」とも称され得る。定数Kは、典型的には20である。定数Kが20である場合、対数振幅比ARは、「デシベル差」とも称され得る。すなわち、「振幅比」は、2つの振幅同士の算術的な除算値には限定されず、デシベル差をも含む概念である。 It is also possible by using the amplitude ratio as AR = K × log (A H / A L) = K × log (A H) -K × log (A L). The amplitude ratio AR may also be referred to as “logarithmic amplitude ratio AR”. The constant K is typically 20. When the constant K is 20, the logarithmic amplitude ratio AR can also be referred to as the "decibel difference". That is, the "amplitude ratio" is not limited to the arithmetic division value between two amplitudes, but is a concept including a decibel difference.

路面段差の垂直方位は、図10に示すように、送受信子30からの水平距離が短いほど大きい。そのため、送受信子30の正面の壁W1からの反射波についての振幅比は、図11に示すように、送受信子30からの水平距離によらずほぼ一定である。これに対し、路面等からの反射波についての振幅比は、送受信子30からの水平距離が短いほど小さくなる。 As shown in FIG. 10, the vertical direction of the road surface step increases as the horizontal distance from the transmitter / receiver 30 becomes shorter. Therefore, as shown in FIG. 11, the amplitude ratio of the reflected wave from the wall W1 in front of the transceiver 30 is substantially constant regardless of the horizontal distance from the transceiver 30. On the other hand, the amplitude ratio of the reflected wave from the road surface or the like becomes smaller as the horizontal distance from the transmitter / receiver 30 becomes shorter.

このことを考慮して、振幅比Arと比較する基準値は、例えば図12に示すように、送受信子30からの直線距離が短いほど小さくなるように設定される。なお、この直線距離は、TOFに基づいて算出され得る。送受信子30が図3に示す特性を有する場合には、信号判定部70は、振幅比ArすなわちA/Aが所定の基準値以上であるか否かを判定する。肯定判定の場合には、物体が検知範囲の中にあることを意味し、否定判定の場合には、物体が検知範囲の外にあることを意味する。 In consideration of this, the reference value to be compared with the amplitude ratio Ar is set so as to be smaller as the linear distance from the transmitter / receiver 30 is shorter, for example, as shown in FIG. The linear distance can be calculated based on the TOF. When the transmitter / receiver 30 has the characteristics shown in FIG. 3, the signal determination unit 70 determines whether or not the amplitude ratio Ar, that is, A H / A L is equal to or greater than a predetermined reference value. In the case of an affirmative judgment, it means that the object is within the detection range, and in the case of a negative judgment, it means that the object is out of the detection range.

なお、図11に示す残響範囲は、探査波の送信による送受信子30の残響が検出される範囲である。TOFから測定した直線距離が所定値よりも短い場合には、信号判定部70は、受信信号が残響によるものと判定し、物体の検知判定を行わない。 The reverberation range shown in FIG. 11 is a range in which the reverberation of the transmitter / receiver 30 due to the transmission of the exploration wave is detected. When the linear distance measured from the TOF is shorter than a predetermined value, the signal determination unit 70 determines that the received signal is due to reverberation and does not determine the detection of the object.

〔物体検知における水平位置による補正〕
物体検知における水平位置による補正について、図13〜図17を参照して説明する。図15、図16では、低周波数fの指向性を破線で、高周波数fの指向性を一点鎖線で示している。図17では、水平方位ごとに振幅比とこれにより算出される物体の高さとの関係をシミュレートした結果を示しており、水平方位0°を実線で、水平方位30°を破線で、水平方位45°を一点鎖線で示している。
[Correction by horizontal position in object detection]
The correction by the horizontal position in the object detection will be described with reference to FIGS. 13 to 17. In FIGS. 15 and 16, the directivity of the low frequency f L is shown by the broken line, and the directivity of the high frequency f H is shown by the alternate long and short dash line. FIG. 17 shows the result of simulating the relationship between the amplitude ratio and the height of the object calculated by this for each horizontal direction. The horizontal direction 0 ° is a solid line, the horizontal direction 30 ° is a broken line, and the horizontal direction is horizontal. 45 ° is indicated by a alternate long and short dash line.

上記では、指向性の異なる2種の探査波を用い、これらの反射波の振幅比に基づいて物体を検知できることについて説明した。しかしながら、2種の探査波において、垂直指向性だけでなく、水平指向性も異なる場合には、検知対象の水平位置(水平方位)の違いにより振幅レベルも変化してしまい、物体の判別が困難となり得る。 In the above, it has been described that an object can be detected based on the amplitude ratio of these reflected waves by using two types of exploration waves having different directivity. However, if not only the vertical directivity but also the horizontal directivity are different in the two types of exploration waves, the amplitude level will change due to the difference in the horizontal position (horizontal direction) of the detection target, making it difficult to distinguish the object. Can be.

具体的には、図5に示すように、水平方位0°に段差が存在し、水平方位20°に壁W2が存在する場合を想定する。この場合、指向性の広い探査波を送信したとき、振幅レベルが水平方位により変化する結果、図13に示すように、水平方位0°にある段差からの反射波と、水平方位20°にある壁W2からの反射波との間で、振幅に大きな違いは生じないことがある。また、指向性の狭い探査波を送信したときについても、図14に示すように、水平方位0°にある段差からの反射波と、水平方位20°にある壁W2からの反射波との間で、振幅に大きな違いは生じない状態となり得る。 Specifically, as shown in FIG. 5, it is assumed that a step exists in the horizontal direction of 0 ° and the wall W2 exists in the horizontal direction of 20 °. In this case, when an exploration wave with wide directional is transmitted, the amplitude level changes depending on the horizontal direction. As a result, as shown in FIG. 13, the reflected wave from the step at 0 ° in the horizontal direction and the reflected wave at 20 ° in the horizontal direction There may not be a significant difference in amplitude between the reflected wave from the wall W2. Also, when a search wave with narrow directivity is transmitted, as shown in FIG. 14, between the reflected wave from the step at the horizontal direction of 0 ° and the reflected wave from the wall W2 at the horizontal direction of 20 °. Therefore, it is possible that there is no significant difference in amplitude.

つまり、この場合、水平方位0°の路面段差と水平方位20°にある壁W2との間において、これらの高さが異なるにも関わらず、その振幅比がほとんど変わらないこととなるため、単に振幅比だけでは、これらの物体の判別をすることができない。 That is, in this case, the amplitude ratio of the road surface step at 0 ° in the horizontal direction and the wall W2 at 20 ° in the horizontal direction are almost the same even though their heights are different. These objects cannot be discriminated only by the amplitude ratio.

また、本発明者らは、図15および図16に示すように、垂直指向性および水平指向性の異なる周波数f、fの探査波を例に、これらの反射波の周波数比と物体の高さとの相関関係のシミュレートを行った。その結果、図17に示すように、物体の高さは、同じ振幅比であっても、物体の水平方位ごとに異なることが判明した。 Further, as shown in FIGS. 15 and 16, the present inventors take exploration waves of frequencies f L and f H having different vertical directivity and horizontal directivity as examples, and the frequency ratios of these reflected waves and the object. The correlation with height was simulated. As a result, as shown in FIG. 17, it was found that the height of the object differs depending on the horizontal orientation of the object even if the amplitude ratio is the same.

例えば、振幅比1.4を基準値とした場合、信号判定部70は、水平方位0°の場合には、高さ0.2m以上の物体を検知できる一方で、水平方位30°の場合には、高さ0.5m以上の物体を検知できるが、0.5m未満の物体を検知できない。 For example, when the amplitude ratio of 1.4 is used as a reference value, the signal determination unit 70 can detect an object having a height of 0.2 m or more in the case of a horizontal direction of 0 °, while the signal determination unit 70 can detect an object in a horizontal direction of 30 °. Can detect an object with a height of 0.5 m or more, but cannot detect an object with a height of less than 0.5 m.

この結果は、水平方位が異なる場合において、同一の所定高さ以上の物体を検知するためには、水平方位に応じて基準値を適宜変更する必要があることを意味する。例えば、異なる水平方位において、高さ0.2m以上の物体を検知する構成とする場合には、振幅比の基準値は、水平方位0°については1.4、水平方位30°については3.0、水平方位45°については6.6とされる必要がある。 This result means that it is necessary to appropriately change the reference value according to the horizontal direction in order to detect an object having the same predetermined height or higher when the horizontal directions are different. For example, when an object having a height of 0.2 m or more is detected in different horizontal directions, the reference value of the amplitude ratio is 1.4 for a horizontal direction of 0 ° and 3. for a horizontal direction of 30 °. 0, horizontal direction 45 ° needs to be 6.6.

逆に言えば、物体の水平位置を取得し、物体の水平位置に応じた振幅比の基準値を設定した上で、算出した振幅比が基準値以上または基準値以下であるかを判定することで、いずれの水平方位であっても、所定の高さ以上の物体を検知できることになる。 Conversely, it is determined whether the calculated amplitude ratio is equal to or more than the reference value or less than the reference value after acquiring the horizontal position of the object and setting the reference value of the amplitude ratio according to the horizontal position of the object. Therefore, it is possible to detect an object having a predetermined height or higher in any horizontal direction.

そこで、本実施形態の物体検知装置1は、異なる水平方位において同一の所定高さ以上の物体を検知するため、水平位置取得部72により物体の水平方位(水平位置)を取得し、これに応じて、振幅比の基準値を補正して物体の高さを算出する構成とされる。 Therefore, in order to detect an object having the same predetermined height or higher in different horizontal directions, the object detection device 1 of the present embodiment acquires the horizontal direction (horizontal position) of the object by the horizontal position acquisition unit 72, and responds accordingly. Therefore, the height of the object is calculated by correcting the reference value of the amplitude ratio.

なお、上記した水平方位ごとの振幅比と物体の高さとの相関データは、例えばデータテーブル化され、記憶媒体に格納されており、必要に応じてCPUから読み込まれる。 The correlation data between the amplitude ratio for each horizontal direction and the height of the object is, for example, converted into a data table, stored in a storage medium, and read from the CPU as needed.

〔水平位置取得部による水平位置の算出〕
水平位置取得部72による物体の水平位置の取得について、図18、図19を参照して説明する。
[Calculation of horizontal position by horizontal position acquisition unit]
The acquisition of the horizontal position of the object by the horizontal position acquisition unit 72 will be described with reference to FIGS. 18 and 19.

なお、図18、図19では、便宜的に、検知対象の物体Xの3次元座標を(x、y、z)とし、第1ソナー部100Aを構成する第1の送受信子30の3次元座標を(x1、y1、z1)としている。図19では、第2ソナー部100Bを構成する第2の送受信子30の3次元座標を(x2、y2、z2)とすると共に、見易くするため、第2ソナー部100Bの送受信子30からの2つの探査波のうち1つを省略している。 In FIGS. 18 and 19, for convenience, the three-dimensional coordinates of the object X to be detected are (x, y, z), and the three-dimensional coordinates of the first transmitter / receiver 30 constituting the first sonar unit 100A. Is (x1, y1, z1). In FIG. 19, the three-dimensional coordinates of the second transmitter / receiver 30 constituting the second sonar portion 100B are set to (x2, y2, z2), and in order to make it easier to see, 2 from the transmitter / receiver 30 of the second sonar portion 100B. One of the two exploration waves is omitted.

図18に示すように、検知対象の物体に、送受信子30から2つの指向性を有する探査波を送信し、これらの反射波を計測する2周波計測によって、物体に対して2つの式が得られる。具体的には、第1ソナー部100Aによる2周波計測により、以下に示す、物体と第1の送受信子30との間の距離D1の関数、および第1ソナー部100Aでの振幅比R1の関数の2つの数式が得られる。 As shown in FIG. 18, two equations are obtained for the object by transmitting exploration waves having two directivities from the transmitter / receiver 30 to the object to be detected and measuring these reflected waves by two-frequency measurement. Be done. Specifically, the function of the distance D1 between the object and the first transmitter / receiver 30 and the function of the amplitude ratio R1 in the first sonar unit 100A are shown below by the two-frequency measurement by the first sonar unit 100A. Two formulas are obtained.

D1=d(x−x1、y−y1、z−z1)・・・(1)
R1=r(x−x1、y−y1、z−z1)・・・(2)
しかしながら、未知数がx、y、zの3つであるため、上記の2式のみでは、x、y、zを算出できず、物体の水平位置を求めることができない。そこで、本実施形態では、第1ソナー部100Aとは異なる位置に搭載された第2ソナー部100Bによる2周波計測により、さらに、以下に示す(3)または(4)の数式を加えて、物体の水平位置の座標を取得する。
D1 = d (xx1, y-y1, z-z1) ... (1)
R1 = r (xx1, y-y1, z-z1) ... (2)
However, since there are three unknowns, x, y, and z, x, y, and z cannot be calculated by the above two equations alone, and the horizontal position of the object cannot be obtained. Therefore, in the present embodiment, the object is further added with the mathematical formulas (3) or (4) shown below by the two-frequency measurement by the second sonar unit 100B mounted at a position different from the first sonar unit 100A. Get the coordinates of the horizontal position of.

D2=d(x−x2、y−y2、z−z2)・・・(3)
R2=r(x−x2、y−y2、z−z2)・・・(4)
なお、(3)式は、物体と第2の送受信子30との間の距離D2の関数である。(4)式は、第2ソナー部100Bでの振幅比R2の関数である。
D2 = d (xx2, y-y2, z-z2) ... (3)
R2 = r (xx2, y-y2, z-z2) ... (4)
Equation (3) is a function of the distance D2 between the object and the second transmitter / receiver 30. Equation (4) is a function of the amplitude ratio R2 in the second sonar portion 100B.

また、物体の水平位置の座標計算は、(A)連立方程式として算出する、(B)d関数において、2つのソナー部100による計測が同一平面であると仮定し、Z=0として、D1、D2からx、yを算出する、の2つが挙げられるが、どちらで行われてもよい。(A)の場合には、算出処理が複雑になるため、計算コストがかかるものの、正確な数値が得られる。(B)の場合には、近似により算出処理が簡便化されるため、計算コストが下がり、処理効率が高くなる利点がある。車載用途のように部品点数をできるだけ少なくすることが望まれる場合には、処理効率を優先する(B)の算出方式が好ましい。 Further, the coordinate calculation of the horizontal position of the object is calculated as (A) simultaneous equations, (B) in the d function, assuming that the measurements by the two sonar portions 100 are on the same plane, and Z = 0, D1, There are two methods of calculating x and y from D2, but either of them may be used. In the case of (A), since the calculation process is complicated, the calculation cost is high, but an accurate numerical value can be obtained. In the case of (B), since the calculation process is simplified by approximation, there is an advantage that the calculation cost is reduced and the processing efficiency is increased. When it is desired to reduce the number of parts as much as possible as in an in-vehicle application, the calculation method (B) that prioritizes processing efficiency is preferable.

〔動作処理例〕
次に、物体検知装置1における動作処理の一例について、図20、図21を参照して説明する。
[Operation processing example]
Next, an example of the operation processing in the object detection device 1 will be described with reference to FIGS. 20 and 21.

受信部50が生成する受信信号の振幅が所定の振幅閾値よりも大きくなると、CPUは、ステップS1の処理を実行する。ステップS1では、周波数分離部60は、受信信号を2つの周波数f、fに対応する周波数成分に分離し、分離された2つの周波数f、fに対応する周波数成分のそれぞれにおける振幅A、Aを抽出する。 When the amplitude of the received signal generated by the receiving unit 50 becomes larger than the predetermined amplitude threshold value, the CPU executes the process of step S1. In step S1, the frequency separation unit 60 receives signals of two frequencies f L, separated into frequency components corresponding to f H, two separated frequencies f L, the amplitude of the respective frequency components corresponding to f H Extract A L and A H.

例えば、所定の時間範囲を解析範囲として、周波数分離部60は、受信信号のうち解析範囲に含まれる部分から振幅A、Aの抽出を行う。解析範囲は、例えば図21に示すように、受信信号の振幅が振幅閾値を超えた時刻を基準として設定される。また、解析範囲を、受信信号の振幅がピークをとる時刻、あるいは、受信信号の立ち上がり開始時刻を基準として設定してもよい。また、解析範囲を、基準とされた時刻から一定時間としてもよいし、基準とされた時刻の前後の一定時間としてもよい。解析範囲の基準時刻を、受信信号の振幅ではなく、受信信号の立ち上がり開始時刻等の所定時刻とすることで、判定精度がより一層向上し得る。 For example, with a predetermined time range as the analysis range, the frequency separation unit 60 extracts the amplitudes A L and A H from the portion of the received signal included in the analysis range. The analysis range is set with reference to the time when the amplitude of the received signal exceeds the amplitude threshold value, as shown in FIG. 21, for example. Further, the analysis range may be set with reference to the time when the amplitude of the received signal peaks or the rising start time of the received signal. Further, the analysis range may be a fixed time from the reference time, or may be a fixed time before and after the reference time. By setting the reference time of the analysis range to a predetermined time such as the rising start time of the received signal instead of the amplitude of the received signal, the determination accuracy can be further improved.

周波数分離部60は、例えば図21に示すように、BPF61aを通過した受信信号の振幅波形のうち解析範囲に含まれる部分から、振幅生成部62aにより、周波数fに対応する振幅Aを抽出する。また、周波数分離部60は、BPF61bを通過した受信信号の振幅波形のうち解析範囲に含まれる部分から、振幅生成部62bにより、周波数fに対応する振幅Aを抽出する。 As shown in FIG. 21, for example, the frequency separation unit 60 extracts the amplitude A L corresponding to the frequency f L from the portion included in the analysis range of the amplitude waveform of the received signal passing through the BPF 61a by the amplitude generation unit 62a. To do. Further, the frequency separation unit 60 extracts the amplitude A H corresponding to the frequency f H from the portion included in the analysis range of the amplitude waveform of the received signal that has passed through the BPF 61b by the amplitude generation unit 62b.

ステップS2では、振幅比算出部71は、振幅比Arを算出する。続いて、ステップS3では、前述のように、水平位置取得部72は、第1ソナー部100Aおよび第2ソナー部100Bにおける2周波計測により得られた3つの数式を用いて、物体の水平位置を算出する。 In step S2, the amplitude ratio calculation unit 71 calculates the amplitude ratio Ar. Subsequently, in step S3, as described above, the horizontal position acquisition unit 72 uses the three mathematical formulas obtained by the two-frequency measurement in the first sonar unit 100A and the second sonar unit 100B to determine the horizontal position of the object. calculate.

ステップS4では、信号判定部70により前述したように振幅比Arと基準値との比較が行い、振幅比Arが所定範囲内にあるか否かを判定する。 In step S4, the signal determination unit 70 compares the amplitude ratio Ar with the reference value as described above, and determines whether or not the amplitude ratio Ar is within a predetermined range.

ステップS4にて肯定判定の場合、CPUは、処理をステップS5に進める。ステップS5では、信号判定部70は、例えば、物体の水平位置に応じたデータテーブルにより、振幅比Arに対する基準値を水平位置ごとに設定する。その上で、信号判定部70は、振幅比が水平位置に対応した閾値以上であるか否かを判定する。 If the affirmative determination is made in step S4, the CPU advances the process to step S5. In step S5, the signal determination unit 70 sets a reference value for the amplitude ratio Ar for each horizontal position, for example, by using a data table corresponding to the horizontal position of the object. Then, the signal determination unit 70 determines whether or not the amplitude ratio is equal to or greater than the threshold value corresponding to the horizontal position.

ステップS5にて肯定判定の場合、信号判定部70は、制御部40に反射波情報を送信して、受信処理を終了する。反射波情報として、例えば、反射波に含まれる周波数のパターン、TOF、波高値等が送信される。制御部40は、送信された反射波情報に応じて、衝突回避動作等を行う。 In the case of an affirmative determination in step S5, the signal determination unit 70 transmits the reflected wave information to the control unit 40 and ends the reception process. As the reflected wave information, for example, a frequency pattern, TOF, peak value, etc. included in the reflected wave are transmitted. The control unit 40 performs a collision avoidance operation or the like according to the transmitted reflected wave information.

ステップS4またはステップS5にて否定判定の場合には、ステップS6が実行されずに受信処理が終了する。すなわち、振幅比Arと基準値との比較結果、または、受信信号の振幅と振幅閾値との比較結果によって、所定の高さ以上の物体が検知範囲の内にないと判定された状況においては、衝突回避動作等が行われずに、受信処理が終了する。 If a negative determination is made in step S4 or step S5, the reception process ends without executing step S6. That is, in a situation where it is determined that an object having a predetermined height or higher is not within the detection range based on the comparison result between the amplitude ratio Ar and the reference value or the comparison result between the amplitude of the received signal and the amplitude threshold value. The reception process ends without performing the collision avoidance operation or the like.

以上説明したように、本実施形態の物体検知装置1は、2つの周波数を有する探査波を送信し、受信信号から周波数ごとに振幅を抽出し、抽出した2つの振幅比を算出する。そして、水平位置取得部72により物体の水平位置を取得した後、信号判定部70は、その水平位置に応じて振幅比の基準値(閾値)を設定し、振幅比と基準値との対比を行うことで、物体が所定の高さ以上であるか否かを判定する。これにより、車体に接触する可能性のある物体と他の物体とを判別することができる。 As described above, the object detection device 1 of the present embodiment transmits a search wave having two frequencies, extracts the amplitude for each frequency from the received signal, and calculates the extracted two amplitude ratios. Then, after the horizontal position acquisition unit 72 acquires the horizontal position of the object, the signal determination unit 70 sets a reference value (threshold) of the amplitude ratio according to the horizontal position, and compares the amplitude ratio with the reference value. By doing so, it is determined whether or not the object has a predetermined height or more. This makes it possible to distinguish between an object that may come into contact with the vehicle body and another object.

なお、超音波は、空気中を伝播中に、風および温度ムラ等による空気の揺らぎの影響を受けることで、振幅が変動する。この振幅の変動量は、同じ伝播経路を同じ時刻に伝播した超音波に対しては同じように作用する。一方、互いに周波数の異なる2つの超音波の発信開始からこれらの同じ物体による反射波の受信終了までの時間は、空気の揺らぎの変化速度に対して極めて短い。このため、互いに周波数の異なる2つの超音波の発信は、空気の揺らぎの変化速度に対しては、ほぼ同じタイミングであるものと取り扱うことが可能である。これは、反射波の受信についても同様である。よって、ほぼ同じタイミングで送信され同じ物体から反射してきた2つ周波数の超音波における、反射波が受けた振幅変動量は、ほぼ同じとなる。したがって、2つの周波数の反射波について、振幅の比を取ることにより、空気の揺らぎの影響をキャンセルすることができる。そのため、2つの周波数に対応する2つの振幅を比較する方法では、空気揺らぎ等による振幅レベルの変化の影響を緩和し、物体の判定精度を向上させることができる。 The amplitude of ultrasonic waves fluctuates due to the influence of air fluctuations due to wind, temperature unevenness, etc. while propagating in the air. This amount of amplitude variation acts in the same way for ultrasonic waves propagating along the same propagation path at the same time. On the other hand, the time from the start of transmission of two ultrasonic waves having different frequencies to the end of reception of reflected waves by these same objects is extremely short with respect to the rate of change of air fluctuations. Therefore, it is possible to treat the transmission of two ultrasonic waves having different frequencies as having substantially the same timing with respect to the rate of change of air fluctuation. This also applies to the reception of reflected waves. Therefore, the amount of amplitude fluctuation received by the reflected wave in the two frequency ultrasonic waves transmitted at substantially the same timing and reflected from the same object is almost the same. Therefore, the influence of air fluctuations can be canceled by taking the amplitude ratio of the reflected waves of the two frequencies. Therefore, in the method of comparing the two amplitudes corresponding to the two frequencies, the influence of the change in the amplitude level due to the air fluctuation or the like can be alleviated, and the determination accuracy of the object can be improved.

〔直線距離と振幅レベルの減衰量〕
次に、反射波の振幅レベルと物体との直線距離との関係について、図22を参照して説明する。
[Attenuation of linear distance and amplitude level]
Next, the relationship between the amplitude level of the reflected wave and the linear distance to the object will be described with reference to FIG.

図22では、「f」は、周波数fにおける振幅すなわち受信電圧VrLを示す。また、「f」は、周波数fにおける振幅すなわち受信電圧VrHを示す。 In FIG. 22, “f L ” indicates the amplitude at the frequency f L , that is, the received voltage V r L. Further, “f H ” indicates the amplitude at the frequency f H , that is, the received voltage V r H.

反射波の振幅は、図22に示すように、物体との距離が大きいほどその減衰が大きい。また、その減衰量は、周波数が高いほど大きくなる。これに対して、本実施形態のように振幅比を用いる方法では、距離によって発生する減衰量の影響を低減し、物体の判定精度を向上させることができる。 As shown in FIG. 22, the amplitude of the reflected wave is attenuated as the distance from the object increases. Further, the amount of attenuation increases as the frequency increases. On the other hand, in the method using the amplitude ratio as in the present embodiment, the influence of the amount of attenuation generated by the distance can be reduced and the determination accuracy of the object can be improved.

周波数の違いにより発生する距離に応じて発生する減衰量の差は、周波数から理論的に導くこともできる。信号判定部70において、TOFから算出された物体との直線距離に応じて、振幅の比較に用いる基準値を理論的に求めた減衰量差で補正することで、周波数の差が大きく減衰量の差が大きいときにも、判定精度を向上させることができる。また、信号判定部70において、2つの振幅を該直線距離に応じて補正した後に比較することでも、同様に判定精度を向上させることができる。図22に示すような距離減衰特性は、実測または理論式によって求めることができ、基準値や振幅の補正量は、この距離減衰特性に基づいて設定することができる。 The difference in the amount of attenuation generated depending on the distance generated by the difference in frequency can also be theoretically derived from the frequency. In the signal determination unit 70, the reference value used for the amplitude comparison is corrected by the theoretically obtained attenuation difference according to the linear distance to the object calculated from the TOF, so that the frequency difference is large and the attenuation is large. Even when the difference is large, the determination accuracy can be improved. Further, the signal determination unit 70 can also improve the determination accuracy by comparing the two amplitudes after correcting them according to the linear distance. The distance attenuation characteristic as shown in FIG. 22 can be obtained by actual measurement or a theoretical formula, and the reference value and the amount of amplitude correction can be set based on this distance attenuation characteristic.

〔周波数の選定〕
図23、図24に示すように、周波数fとfとの差が大きいほど、指向性の差が大きくなるため、反射波の振幅レベルの差が大きくなり、物体が検知範囲にあるか否かの判定精度が向上する。しかしながら、周波数f、fが送受信子30の共振帯域から外れると、探査波の振幅および受信感度が低下して、長距離検知性能が低下する。したがって、検知性能を維持しつつ判定精度を向上させるためには、これら2つの周波数のうちの一方を共振周波数よりも高く設定し、他方を共振周波数よりも低く設定することが望ましい。さらには、送受信子30の共振帯域の上限値と下限値とをそれぞれf、fとして選定することがより望ましい。
[Frequency selection]
As shown in FIGS. 23 and 24, the larger the difference between the frequencies f L and f H , the larger the difference in directivity. Therefore, the difference in the amplitude level of the reflected wave becomes large, and whether the object is within the detection range. The accuracy of determining whether or not to use is improved. However, when the frequencies f L and f H deviate from the resonance band of the transmitter / receiver 30, the amplitude and reception sensitivity of the exploration wave decrease, and the long-distance detection performance deteriorates. Therefore, in order to improve the determination accuracy while maintaining the detection performance, it is desirable to set one of these two frequencies higher than the resonance frequency and the other lower than the resonance frequency. Furthermore, it is more desirable to select the upper limit value and the lower limit value of the resonance band of the transceiver 30 as f H and f L , respectively.

例えば、送受信子30の共振周波数をfとし、fを中心周波数として、中心周波数±3%の範囲を共振帯域とする場合には、中心周波数+3%をfとし、中心周波数−3%をfとすることが望ましい。 For example, when the resonance frequency of the transmitter / receiver 30 is f 0 , f 0 is the center frequency, and the range of the center frequency ± 3% is the resonance band, the center frequency + 3% is f H and the center frequency is -3%. It is desirable to set f L.

また、本実施形態のように周波数fの探査波と周波数fの探査波とを間欠的に送信する場合には、2つの探査波の間隔が長いと、空気揺らぎ等による振幅A、Aの変動量に差が生じやすい。そのため、2つの探査波の間隔を短くすることが望ましい。 Further, in the case of intermittently transmitting the exploration wave of frequency f H and the exploration wave of frequency f L as in the present embodiment, if the distance between the two exploration waves is long, the amplitude A H due to air fluctuation or the like, the difference is likely to occur in the amount of fluctuation of the a L. Therefore, it is desirable to shorten the distance between the two exploration waves.

また、長距離検知性能は、2つの周波数の探査波のうち振幅が小さい方がボトルネックとなって決まる。そのため、送受信子30の正面にある物体からの反射波の振幅が、図25に示すように周波数fとfとで等しくなるように、2つの周波数を設定することが望ましい。 In addition, the long-distance detection performance is determined by the smaller amplitude of the two frequency exploration waves as a bottleneck. Therefore, it is desirable to set two frequencies so that the amplitudes of the reflected waves from the object in front of the transmitter / receiver 30 are equal at the frequencies f L and f H as shown in FIG.

例えば、送受信子30の正面において、周波数f、fに対応する探査波の振幅レベルが等しくなるように、または、送受信子30の正面に位置する物体からの反射波の振幅レベルが等しくなるように駆動信号を生成することが望ましい。なお、ここでの振幅レベルが等しいことには、振幅レベルが完全に等しいことだけでなく、振幅レベルが略等しいことも含まれる。 For example, in front of the transmitter / receiver 30, the amplitude levels of the exploration waves corresponding to the frequencies f L and f H are equal, or the amplitude levels of the reflected waves from the object located in front of the transceiver 30 are equal. It is desirable to generate a drive signal as described above. It should be noted that the equal amplitude level here includes not only that the amplitude levels are completely equal but also that the amplitude levels are substantially equal.

送受信子30の正面に位置する物体からの反射波の振幅レベルが異なる場合、例えば振幅比をAR=20log(A/A)として、AR≠0となる場合には、この振幅比ARに基づいて計測結果の振幅比を補正すればよい。あるいは、振幅比の判定に用いる基準値を振幅比ARだけオフセットすればよい。 If the amplitude level of the reflected wave from an object located in front of Sojushinko 30 are different, for example, the amplitude ratio as AR = 20log (A H / A L), when the AR ≠ 0 is the amplitude ratio AR The amplitude ratio of the measurement result may be corrected based on the above. Alternatively, the reference value used for determining the amplitude ratio may be offset by the amplitude ratio AR.

また、高い周波数fの超音波は、低い周波数fの超音波よりも距離減衰が大きいので、長距離検知の場合には、図26に示すように、周波数fの探査波の振幅が周波数fの探査波の振幅より大きくなるように、周波数f、fを選定してもよい。 Further, since the ultrasonic waves having a high frequency f H have a larger distance attenuation than the ultrasonic waves having a low frequency f L , in the case of long-distance detection, the amplitude of the exploration wave having a frequency f H increases as shown in FIG. The frequencies f L and f H may be selected so as to be larger than the amplitude of the exploration wave at the frequency f L.

また、物体の高さを判定する性能を重視する場合には、指向性の差が最大となるように周波数f、fを選定することが望ましい。ただし、周波数f、fが送受信子30の帯域から外れると長距離検知性能が低下するため、この場合にも送受信子30の帯域に含まれるように周波数f、fを選定することが望ましい。 Further, when the performance of determining the height of the object is emphasized, it is desirable to select the frequencies f L and f H so that the difference in directivity is maximized. However, if the frequencies f L and f H deviate from the band of the transmitter / receiver 30, the long-distance detection performance deteriorates. Therefore, in this case as well, the frequencies f L and f H should be selected so as to be included in the band of the transmitter / receiver 30. Is desirable.

本実施形態によれば、物体検知装置1は、周波数が異なることでその指向性の異なる2つの探査波による2周波計測を2つのソナー部100で行い、物体の水平位置を取得しつつ、物体から指向性の異なる2つの反射波の振幅比を算出する。また、複数の周波数に対応する反射波の受信信号における振幅に基づいて物体の検知判定を行うことで、空気揺らぎ等による振幅レベルの変化の影響を緩和することができる。そして、物体検知装置1は、物体の水平位置に応じてこの振幅比の基準値を変更した上で、物体の検知判定を行うことにより、水平方位における物体の高さの検出精度が従来よりも高い構成となる。 According to the present embodiment, the object detection device 1 performs two-frequency measurement by two sonar units 100 using two exploration waves having different directivities due to different frequencies, and obtains the horizontal position of the object while acquiring the object. The amplitude ratio of two reflected waves with different directivity is calculated from. Further, by performing detection and determination of an object based on the amplitude of the received signal of the reflected wave corresponding to a plurality of frequencies, it is possible to mitigate the influence of the change in the amplitude level due to air fluctuation or the like. Then, the object detection device 1 changes the reference value of this amplitude ratio according to the horizontal position of the object, and then performs the detection determination of the object, so that the detection accuracy of the height of the object in the horizontal direction is higher than before. It has a high composition.

(第2実施形態)
第2実施形態の物体検知装置1について、図27を参照して説明する。
(Second Embodiment)
The object detection device 1 of the second embodiment will be described with reference to FIG. 27.

本実施形態の物体検知装置1は、図27に示すように、送信部10、信号生成部20、送受信子30、受信部50および周波数分離部60を有してなるソナー部100を1つのみ有する構成とされている。そして、水平位置取得部72は、本実施形態では、物体検知装置1が搭載された車両の移動前後において受信部50が受信した反射波に基づいて、送信部10に対する物体の水平位置情報を取得する構成とされている。本実施形態の物体検知装置1は、上記の点において上記第1実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。 As shown in FIG. 27, the object detection device 1 of the present embodiment has only one sonar unit 100 including a transmission unit 10, a signal generation unit 20, a transmitter / receiver 30, a reception unit 50, and a frequency separation unit 60. It is configured to have. Then, in the present embodiment, the horizontal position acquisition unit 72 acquires the horizontal position information of the object with respect to the transmission unit 10 based on the reflected wave received by the reception unit 50 before and after the movement of the vehicle on which the object detection device 1 is mounted. It is configured to be. The object detection device 1 of the present embodiment is different from the first embodiment in the above points. In this embodiment, this difference will be mainly described.

ソナー部100は、本実施形態では、物体検知装置1が搭載された車両の移動前後において、送受信子30から指向性の異なる2種の探査波を送信した後、その反射波を受信する。つまり、本実施形態では、車両の移動前におけるソナー部100の位置が「第1位置」に相当し、車両の移動後におけるソナー部100の位置が「第2位置」に相当する。言い換えると、第2位置は、車両等の移動体の移動により生じる位置ともいえる。 In the present embodiment, the sonar unit 100 transmits two types of exploration waves having different directivities from the transmitter / receiver 30 before and after the movement of the vehicle on which the object detection device 1 is mounted, and then receives the reflected waves. That is, in the present embodiment, the position of the sonar portion 100 before the movement of the vehicle corresponds to the "first position", and the position of the sonar portion 100 after the movement of the vehicle corresponds to the "second position". In other words, the second position can be said to be a position generated by the movement of a moving body such as a vehicle.

水平位置取得部72は、本実施形態では、例えば、水平位置取得部72は、第1位置における物体との距離、および第2位置における物体との距離に基づき、三辺測量により物体のxy座標(すなわち平面座標)を算出し、水平位置を取得してもよい。この場合、水平位置取得部72は、算出の簡略化のため、第1位置および第2位置における測距距離が同一平面であると仮定し、z座標をゼロとして平面座標を算出する。 In the present embodiment, the horizontal position acquisition unit 72 is, for example, the horizontal position acquisition unit 72 based on the distance to the object at the first position and the distance to the object at the second position, and the xy coordinates of the object by three-sided measurement. (That is, the plane coordinates) may be calculated and the horizontal position may be acquired. In this case, the horizontal position acquisition unit 72 calculates the plane coordinates with the z coordinate as zero, assuming that the distance measurement distances at the first position and the second position are the same plane for simplification of the calculation.

これにより、ソナー部100を1つのみ有する構成であっても、水平位置取得部72は、検知対象の物体の水平位置を取得することが可能となる。 As a result, the horizontal position acquisition unit 72 can acquire the horizontal position of the object to be detected even if it has only one sonar unit 100.

なお、車両の移動位置は、例えば、舵角センサにより得られる舵角、車速センサ等により得られる車速、ジャイロセンサにより得られる角速度等の情報に基づいて取得され得るが、これに限定されるものではない。 The moving position of the vehicle can be acquired based on, for example, information such as a steering angle obtained by a steering angle sensor, a vehicle speed obtained by a vehicle speed sensor, and an angular velocity obtained by a gyro sensor, but is limited to this. is not.

本実施形態によれば、物体検知装置1が搭載された移動体の移動前後における2周波計測を行い、算出した2種の反射波の振幅比と、物体の水平位置とに基づいて、物体の検知判定をすることにより、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。また、ソナー部100が1つ有する構成であれば足りるため、部品点数が少なくなり、製造コストの低減効果も得られる。 According to the present embodiment, two-frequency measurement is performed before and after the movement of the moving body on which the object detection device 1 is mounted, and the object is based on the calculated amplitude ratio of the two types of reflected waves and the horizontal position of the object. By making the detection determination, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since it is sufficient that the sonar portion 100 has one sonar portion 100, the number of parts is reduced and the manufacturing cost can be reduced.

(第3実施形態)
第3実施形態の物体検知装置1について、図28を参照して説明する。
(Third Embodiment)
The object detection device 1 of the third embodiment will be described with reference to FIG. 28.

本実施形態の物体検知装置1は、図28に示すように、上記第2実施形態と同様に、ソナー部100を1つのみ有する構成とされている。そして、ソナー部100は、本実施形態では、指向性切替部80をさらに有してなる。また、水平位置取得部72は、本実施形態では、指向性切替部80による送受信子30の位置変更前後における2周波計測に基づいて、物体の水平位置を算出する。本実施形態の物体検知装置1は、上記の点において上記第1実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。 As shown in FIG. 28, the object detection device 1 of the present embodiment is configured to have only one sonar unit 100, as in the second embodiment. Then, the sonar unit 100 further includes a directivity switching unit 80 in the present embodiment. Further, in the present embodiment, the horizontal position acquisition unit 72 calculates the horizontal position of the object based on the two-frequency measurement before and after the position change of the transmitter / receiver 30 by the directivity switching unit 80. The object detection device 1 of the present embodiment is different from the first embodiment in the above points. In this embodiment, this difference will be mainly described.

ソナー部100は、本実施形態では、指向性切替部80により、探査波の送信方向が変更されることが可能な構成とされている。ソナー部100は、指向性切替部80により第1位置または第2位置とされ、その指向性が切り替えられる。言い換えると、第2位置は、本実施形態では、指向性切替部80により生じるともいえる。 In the present embodiment, the sonar unit 100 has a configuration in which the transmission direction of the exploration wave can be changed by the directivity switching unit 80. The sonar unit 100 is set to the first position or the second position by the directivity switching unit 80, and the directivity is switched. In other words, it can be said that the second position is generated by the directivity switching unit 80 in the present embodiment.

水平位置取得部72は、1つのソナー部100を用いた、第1位置および第2位置それぞれにおける2周波計測により、物体の水平位置を取得する。 The horizontal position acquisition unit 72 acquires the horizontal position of the object by two-frequency measurement at each of the first position and the second position using one sonar unit 100.

指向性切替部80は、例えば、送受信子30の向きを変更するための駆動部とされる。この場合、ソナー部100は、「首振りソナー」と称され得る。 The directivity switching unit 80 is, for example, a driving unit for changing the direction of the transmitter / receiver 30. In this case, the sonar unit 100 may be referred to as a "swinging sonar".

また、指向性切替部80は、例えば、ソナー部100が複数の送信部10を備える構成とされる場合には、探査波を送信する送信部を切り替える切替部とされてもよい。この場合、ソナー部100は、「ソナーアレイ」と称され得る。 Further, the directivity switching unit 80 may be a switching unit for switching the transmission unit for transmitting the exploration wave, for example, when the sonar unit 100 is configured to include a plurality of transmission units 10. In this case, the sonar unit 100 may be referred to as a "sonar array."

いずれの場合であっても、指向性切替部80の作動により探査波の送信方向を切り替えることが可能となる。 In any case, the transmission direction of the exploration wave can be switched by operating the directivity switching unit 80.

本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。また、上記第2実施形態と同様に、部品点数が少なくなり、製造コストの低減効果も期待される。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, as in the second embodiment, the number of parts is reduced, and the effect of reducing the manufacturing cost is expected.

(第4実施形態)
第4実施形態の物体検知装置1について、図29を参照して説明する。
(Fourth Embodiment)
The object detection device 1 of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 29.

本実施形態の物体検知装置1は、上記第2実施形態と同様に、ソナー部100を1つのみ有する構成とされると共に、移動体の外部情報を取得する外部情報取得部90をさらに備える。そして、水平位置取得部72は、外部情報取得部90から物体の水平位置を取得する。本実施形態の物体検知装置1は、これらの点が上記第1実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。 Similar to the second embodiment, the object detection device 1 of the present embodiment is configured to have only one sonar unit 100, and further includes an external information acquisition unit 90 for acquiring external information of the moving body. Then, the horizontal position acquisition unit 72 acquires the horizontal position of the object from the external information acquisition unit 90. The object detection device 1 of the present embodiment differs from the first embodiment in these points. In this embodiment, this difference will be mainly described.

外部情報取得部90は、例えば、車両の外部を撮影するカメラや、LiDAR(Light Detection and Rangingの略)等のように超音波とは異なる第2の探査波の送受信を行う任意のセンサとされる。外部情報取得部90は、撮像もしくは第2の探査波の送受信により、少なくともソナー部100による探査波の送信方向の所定範囲を含む所定領域の情報を取得する。外部情報取得部90は、例えば三辺測量等の公知の方法により、物体の水平位置を算出する構成とされ得る。 The external information acquisition unit 90 is an arbitrary sensor that transmits and receives a second exploration wave different from ultrasonic waves, such as a camera that photographs the outside of the vehicle and LiDAR (abbreviation of Light Detection and Ranging). To. The external information acquisition unit 90 acquires information in a predetermined region including at least a predetermined range in the transmission direction of the exploration wave by the sonar unit 100 by imaging or transmitting / receiving the second exploration wave. The external information acquisition unit 90 may be configured to calculate the horizontal position of the object by a known method such as three-sided survey.

なお、外部情報取得部90は、撮像等により得られる信号を水平位置取得部72に出力する構成とされてもよく、この場合には、水平位置取得部72が外部情報取得部90から得られた信号に基づいて物体の水平位置を算出する。 The external information acquisition unit 90 may be configured to output a signal obtained by imaging or the like to the horizontal position acquisition unit 72. In this case, the horizontal position acquisition unit 72 is obtained from the external information acquisition unit 90. The horizontal position of the object is calculated based on the signal.

本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。 The same effect as that of the first embodiment can be obtained by this embodiment as well.

(他の実施形態)
本発明は、実施例に準拠して記述されたが、本発明は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described in accordance with Examples, it is understood that the present invention is not limited to the Examples and structures. The present invention also includes various modifications and modifications within a uniform range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element thereof, more or less, are also within the scope and ideology of the present invention.

(1)例えば、上記各実施形態では、ソナー部100が、送信部10の送信子と受信部50の受信子とが一体とされた送受信子30を備える例について説明した。しかしながら、図30に示すように、ソナー部100は、送受信子30の代わりに、送信子31と受信子32とを有し、送信部10が送信回路11と送信子31とにより構成され、受信部50が受信回路51と受信子32とにより構成されてもよい。 (1) For example, in each of the above embodiments, an example has been described in which the sonar unit 100 includes a transmitter / receiver 30 in which the transmitter of the transmitter 10 and the receiver of the receiver 50 are integrated. However, as shown in FIG. 30, the sonar unit 100 has a transmitter 31 and a receiver 32 instead of the transmitter / receiver 30, and the transmitter 10 is composed of the transmitter circuit 11 and the transmitter 31 to receive. The unit 50 may be composed of a receiving circuit 51 and a receiver 32.

(2)制御部40は、CPU、ROM、RAM、I/O等を備えた周知のマイクロコンピュータに限定されない。例えば、制御部40は、上記のような動作を可能に構成されたデジタル回路、例えばゲートアレイ等のASIC(APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUITの略)であってもよい。信号判定部70等についても同様である。 (2) The control unit 40 is not limited to a well-known microcomputer equipped with a CPU, ROM, RAM, I / O, and the like. For example, the control unit 40 may be an ASIC (abbreviation of APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUIT) such as a digital circuit configured to enable the above operation, for example, a gate array. The same applies to the signal determination unit 70 and the like.

1 物体検知装置
10 送信部
20 信号生成部
50 受信部
70 判定部
72 水平位置取得部
80 指向性切替部
90 外部情報取得部
100 ソナー部
1 Object detection device 10 Transmission unit 20 Signal generation unit 50 Reception unit 70 Judgment unit 72 Horizontal position acquisition unit 80 Directivity switching unit 90 External information acquisition unit 100 Sonar unit

Claims (8)

移動体に搭載され、物体を検知する物体検知装置(1)であって、
駆動信号を生成する信号生成部(20)と、
入力された前記駆動信号に応じて超音波を探査波として送信する送信部(10)と、
超音波を受信して受信信号を生成する受信部(50)と、
前記送信部に対する水平方向における前記物体の位置を取得する水平位置取得部(72)と、
前記受信信号および前記物体の位置に基づいて、前記物体の検知判定を行う信号判定部(70)と、を備え、
前記受信部は、少なくとも2つの指向性の異なる前記探査波の反射波を受信し、
前記信号判定部は、前記受信信号および前記物体の位置に基づいて前記物体の高さを算出し、前記高さが所定の閾値以上の場合に前記物体が存在すると判定する、物体検知装置。
An object detection device (1) mounted on a moving body to detect an object.
A signal generator (20) that generates a drive signal,
A transmitter (10) that transmits ultrasonic waves as exploration waves in response to the input drive signal, and
A receiver (50) that receives ultrasonic waves and generates a reception signal,
A horizontal position acquisition unit (72) that acquires the position of the object in the horizontal direction with respect to the transmission unit, and
A signal determination unit (70) for detecting and determining the object based on the received signal and the position of the object is provided.
The receiving unit receives at least two reflected waves of the exploration wave having different directivity, and receives the reflected wave.
The signal determination unit calculates the height of the object based on the received signal and the position of the object, and determines that the object exists when the height is equal to or higher than a predetermined threshold value.
前記駆動信号は、少なくとも2つの周波数を有し、
前記信号判定部は、前記受信信号から前記少なくとも2つの周波数に対応する少なくとも2つの振幅を抽出し、該少なくとも2つの周波数の振幅比または差を算出した後、前記振幅比または差および前記物体の位置に基づいて前記物体の高さを算出し、前記高さが所定の閾値以上の場合に前記物体が存在すると判定する、請求項1に記載の物体検知装置。
The drive signal has at least two frequencies
The signal determination unit extracts at least two amplitudes corresponding to the at least two frequencies from the received signal, calculates the amplitude ratio or difference of the at least two frequencies, and then calculates the amplitude ratio or difference and the object. The object detection device according to claim 1, wherein the height of the object is calculated based on the position, and it is determined that the object exists when the height is equal to or higher than a predetermined threshold value.
前記水平位置取得部は、前記送信部と前記受信部とを有してなるソナー部(100)が、第1位置、および前記第1位置と異なる第2位置における前記探査波の送受信により得られた前記受信信号に基づいて、前記物体の位置を取得する、請求項1または2に記載の物体検知装置。 The horizontal position acquisition unit is obtained by transmitting and receiving the exploration wave at a first position and a second position different from the first position by a sonar unit (100) having the transmitting unit and the receiving unit. The object detection device according to claim 1 or 2, wherein the position of the object is acquired based on the received signal. 2つの前記ソナー部を備え、
前記第1位置に配置された前記ソナー部を第1ソナー部(100A)とし、前記第2位置に配置された前記ソナー部を第2ソナー部(100B)として、
前記水平位置取得部は、前記第1ソナー部および前記第2ソナー部による前記探査波の送受信により得られた前記受信信号に基づいて、前記物体の位置を取得する、請求項3に記載の物体検知装置。
Equipped with the two sonar sections
The sonar portion arranged at the first position is referred to as a first sonar portion (100A), and the sonar portion arranged at the second position is designated as a second sonar portion (100B).
The object according to claim 3, wherein the horizontal position acquisition unit acquires the position of the object based on the received signal obtained by transmitting and receiving the exploration wave by the first sonar unit and the second sonar unit. Detection device.
1つのみの前記ソナー部を備え、
前記水平位置取得部は、前記第1位置における前記ソナー部、および前記第2位置における前記ソナー部のそれぞれによる前記探査波の送受信により得られた前記受信信号に基づいて、前記物体の位置を取得し、
前記第2位置は、前記移動体の移動により生じる、請求項3に記載の物体検知装置。
With only one sonar section,
The horizontal position acquisition unit acquires the position of the object based on the received signal obtained by transmitting and receiving the exploration wave by each of the sonar unit at the first position and the sonar unit at the second position. And
The object detection device according to claim 3, wherein the second position is generated by the movement of the moving body.
1つのみの前記ソナー部を備え、
前記ソナー部は、前記探査波の送信方向を切り替える指向性切替部(80)を有してなり、
前記第2位置は、前記指向性切替部により生じる、請求項3に記載の物体検知装置。
With only one sonar section,
The sonar unit includes a directivity switching unit (80) for switching the transmission direction of the exploration wave.
The object detection device according to claim 3, wherein the second position is generated by the directivity switching unit.
外部情報取得部(90)をさらに備え、
前記水平位置取得部は、前記外部情報取得部により得られた情報に基づき、前記物体の位置を取得し、
前記外部情報取得部は、前記移動体の外部を撮像するカメラである、請求項1または2に記載の物体検知装置。
Further equipped with an external information acquisition unit (90)
The horizontal position acquisition unit acquires the position of the object based on the information obtained by the external information acquisition unit.
The object detection device according to claim 1 or 2, wherein the external information acquisition unit is a camera that images the outside of the moving body.
外部情報取得部(90)をさらに備え、
前記水平位置取得部は、前記外部情報取得部により得られた情報に基づき、前記物体の位置を取得し、
前記外部情報取得部は、前記移動体の外部に超音波とは異なる第2の探査波の送受信を行うセンサである、請求項1または2に記載の物体検知装置。
Further equipped with an external information acquisition unit (90)
The horizontal position acquisition unit acquires the position of the object based on the information obtained by the external information acquisition unit.
The object detection device according to claim 1 or 2, wherein the external information acquisition unit is a sensor that transmits / receives a second exploration wave different from ultrasonic waves to the outside of the moving body.
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