JP2022122197A

JP2022122197A - 物体検出装置及び移動体制御装置

Info

Publication number: JP2022122197A
Application number: JP2021019366A
Authority: JP
Inventors: 一平菅江; Ippei Sugae; 幸典脇田; Yukinori Wakita
Original assignee: Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-22
Also published as: US20220250625A1; DE102022102772A1; CN114910916A; US11999353B2

Abstract

【課題】超音波を利用して路面の状態を検出することが可能な物体検出装置及び移動体制御装置を提供する。【解決手段】物体検出装置は、路面を移動する移動体から送信波を送信し物体からの反射波を受信する送受信部と、送受信部により受信された反射波の強度の経時的変化を示すエコー情報と、予め定められた路面からの反射波の強度の経時的変化を示す基準エコー情報との差に基づいて、路面の変化に関する路面情報を生成する生成部と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、物体検出装置及び移動体制御装置に関する。

車両制御システム等において、超音波の送受により車両の周辺に存在する物体を検出する装置が利用されている。また、車両が走行する路面の状況を推定する装置が利用されている。例えば、路面にレーザ光又は電波を照射し、その反射光の強度に基づいて路面状態を推定する装置が開示されている（特許文献１）。

特開２０２０－６６２４６号公報

本開示が解決しようとする課題の一つは、超音波を利用して路面の状態を検出することが可能な物体検出装置及び移動体制御装置を提供することである。

本開示の一例としての物体検出装置は、路面を移動する移動体から送信波を送信し物体からの反射波を受信する送受信部と、送受信部により受信された反射波の強度の経時的変化を示すエコー情報と、予め定められた路面からの反射波の強度の経時的変化を示す基準エコー情報との差に基づいて、路面の変化に関する路面情報を生成する生成部と、を備える。

上記構成によれば、路面の変化に伴う超音波の反射特性の変化を利用して路面の状態を検出できる。

また、生成部は、基準エコー情報において強度が所定の路面閾値以上となる基準路面検出期間と、エコー情報において強度が路面閾値以上となる路面検出期間との差に基づいて路面情報を生成してもよい。

これにより、路面の変化を正確に検出できる。

また、生成部は、基準路面検出期間において、エコー情報における強度が路面閾値以上の状態から路面閾値より低くなる時点が検出された場合に、路面の摩擦抵抗が低くなることを示す路面情報を生成してもよい。

これにより、路面の摩擦抵抗の低下に伴い反射波の強度が低下する現象を利用して、路面の摩擦抵抗の低下を検出できる。

また、基準路面検出期間において、エコー情報の強度が路面閾値より低い状態から路面閾値以上となる時点が検出された場合に、路面の摩擦抵抗が高くなることを示す路面情報を生成してもよい。

これにより、路面の摩擦抵抗の増加に伴い反射波の強度が増加する現象を利用して、路面の摩擦抵抗の増加を検出できる。

また、エコー情報は、複数の送受信部により取得された強度の平均値に基づいて生成されてもよい。

これにより、エコー情報の精度を向上させることができる。

また、本開示の一例としての移動体制御装置は、上記物体検出装置と、物体検出装置から出力された路面の変化に関する路面情報に基づいて、路面を移動する移動体を制御するための処理を行う制御装置と、を備える。

上記構成によれば、物体検出装置により生成された路面情報に基づいて移動体を制御できる。

図１は、実施形態に係る車両の構成の一例を示す上面図である。図２は、実施形態に係る車両制御装置の構成の一例を示すブロック図である。図３は、実施形態に係る物体検出装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図４は、実施形態においてＴＯＦを利用して物体を検出する際のエコー情報の一例を示す図である。図５は、実施形態において路面の摩擦抵抗が低くなるように変化する場合における包絡線と基準包絡線との差の一例を示す図である。図６は、実施形態において路面の摩擦抵抗が増加するように変化する場合におけるエコー情報と基準エコー情報との差の一例を示す図である。図７は、実施形態に係る物体情報を生成する際の処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。以下に記載する実施形態の構成、並びに当該構成によってもたらされる作用及び効果は一例であって、本発明は以下の記載内容に限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る車両１の構成の一例を示す上面図である。車両１は、本実施形態に係る物体検出装置が搭載される移動体の一例である。本実施形態に係る物体検出装置は、車両１から超音波を送信し物体からの反射波を受信することにより取得されるＴＯＦ、ドップラーシフト情報等に基づき、車両１の周辺に存在する物体（他車両、構造物、歩行者、路面等）を検出する装置である。

本実施形態に係る物体検出装置は、複数の送受信部２１Ａ～２１Ｈ（以下、複数の送受信部２１Ａ～２１Ｈを区別する必要がない場合には送受信部２１と略記する。）を有する。各送受信部２１は、車両１の外装としての車体２に設置され、車体２の外側へ向けて超音波（送信波）を送信し、車体２の外側に存在する物体からの反射波を受信する。図１に示す例では、車体２の前端部に４つの送受信部２１Ａ～２１Ｄが配置され、後端部に４つの送受信部２１Ｅ～２１Ｈが配置されている。なお、送受信部２１の数及び設置位置は上記例に限定されるものではない。

図２は、実施形態に係る車両制御装置１０の構成の一例を示すブロック図である。車両制御装置１０（移動体制御装置の一例）は、物体検出装置１１及びＥＣＵ１２を含む。車両制御装置１０は、物体検出装置１１から出力される情報に基づいて車両１を制御するための処理を行う。

物体検出装置１１は、複数の送受信部２１及び制御部２２を含む。各送受信部２１は、圧電素子等を利用して構成される振動子３１、増幅器等を含み、振動子３１の振動により超音波の送受信を実現するものである。具体的には、各送受信部２１は、振動子３１の振動に応じて発生する超音波を送信波として送信し、当該送信波が物体により反射された反射波によりもたらされる振動子３１の振動を検出する。当該物体には、車両１が接触を避けるべき対象物Ｏと、車両１が走行する路面Ｇとが含まれる。振動子３１の振動は、電気信号に変換され、当該電気信号に基づいて、物体からの反射波の強度（振幅）の経時的変化を示すエコー情報を取得できる。当該エコー情報に基づいて、送受信部２１（車体２）から物体までの距離に対応するＴＯＦ等を取得できる。

エコー情報は、１つの送受信部２１により取得されるデータに基づいて生成されてもよいし、複数の送受信部２１のそれぞれにより取得される複数のデータに基づいて生成されてもよい。例えば、車体２の前方の存在する物体についてのエコー情報は、車体２の前方に配置された４つの送受信部２１Ａ～２１Ｄ（図１参照）のうちの２つ以上により取得された２以上のデータ（例えば平均値等）に基づいて生成されてもよい。同様に、車体２の後方の存在する物体についてのエコー情報は、車体２の後方に配置された４つの送受信部２１Ｅ～２１Ｈ（図１参照）のうちの２つ以上により取得された２以上のデータに基づいて生成されてもよい。

なお、図２に示す例では、送信波の送信と反射波の受信との両方が単一の振動子３１を利用して行われる構成が例示されているが、送受信部２１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、送信波の送信用の振動子と反射波の受信用の振動子とが個別に設けられた構成のように、送信側と受信側とが分離された構成であってもよい。

制御部２２は、入出力装置４１、記憶装置４２、及びプロセッサ４３を含む。入出力装置４１は、制御部２２と外部（送受信部２１、ＥＣＵ１２等）との間で情報の送受信を実現するためのインターフェースデバイスである。記憶装置４２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶装置、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶装置を含む。プロセッサ４３は、制御部２２の機能を実現するための各種処理を実行する集積回路であり、例えばプログラムに従い動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）、特定用途向けに設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を含む。プロセッサ４３は、記憶装置４２に記憶されたプログラムを読み出して実行することで各種の演算処理及び制御処理を実行する。

ＥＣＵ１２は、物体検出装置１１等から取得される各種情報に基づき、車両１を制御するための各種処理を実行するユニットである。ＥＣＵ１２は、入出力装置５１、記憶装置５２、及びプロセッサ５３を有する。入出力装置５１は、ＥＣＵ１２と外部機構（物体検出装置１１、駆動機構、制動機構、操舵機構、変速機構、車内ディスプレイ、スピーカ等）との間で情報の送受信を実現するためのインターフェースデバイスである。記憶装置５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の主記憶装置、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の補助記憶装置を含む。プロセッサ５３は、ＥＣＵ１２の機能を実現するための各種処理を実行する集積回路であり、例えばＣＰＵ、ＡＳＩＣ等を含む。プロセッサ５３は、記憶装置５２に記憶されたプログラムを読み出して各種の演算処理及び制御処理を実行する。

図３は、実施形態に係る物体検出装置１１の機能構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る物体検出装置１１は、信号処理部１０１、物体情報生成部１０２、路面情報生成部１０３（生成部）、記憶部１０４、及び出力部１０５を含む。これらの機能的構成要素１０１～１０５は、図２に例示するような物体検出装置１１のハードウェア構成要素、及びファームウェア、プログラム等のソフトウェア構成要素の協働により実現される。

信号処理部１０１は、送受信部２１により取得されたデータを処理し、各種情報を生成する。信号処理部１０１は、例えば、振動子３１の振動に対応する電気信号に対する増幅処理、フィルタ処理、包絡線処理等を行い、送受信部２１により送信され物体により反射された反射波の強度（振幅）の経時的変化を示すエコー情報を生成する。当該エコー情報に基づいて、車両１の周辺に存在する物体に対応するＴＯＦを検出し、車体２から物体までの距離等を算出できる。

物体情報生成部１０２は、信号処理部１０１により生成された情報に基づいて、車両１の周辺に存在する対象物（例えば他車両、構造物、歩行者等）に関する物体情報を生成する。物体情報には、例えば、車体２から対象物までの距離、対象物の相対速度、対象物の種類等が含まれ得る。

路面情報生成部１０３は、信号処理部１０１により生成された、反射波の強度の経時的変化を示すエコー情報と、予め定められた路面Ｇからの反射波の強度の経時的変化を示す基準エコー情報との差に基づいて、路面Ｇの変化に関する路面情報を生成する。路面情報生成部１０３による処理については後に詳述する。

記憶部１０４は、基準エコー情報を記憶する。

出力部１０５は、物体情報生成部１０２により生成された物体情報及び路面情報生成部１０３により生成された路面情報を出力する。物体情報及び路面情報は、例えばＥＣＵ１２等に出力され、車両１の制御（例えば加減速制御、操舵制御、乗員への警告等）に利用される。

図４は、実施形態においてＴＯＦを利用して物体を検出する際のエコー情報の一例を示す図である。図４には、送受信部２１が送受信する超音波の強度の経時的変化を示す包絡線Ｌ１１（エコー情報の一例）が例示されている。図４に示すグラフにおいて、横軸は時間（ＴＯＦ）に対応し、縦軸は送受信部２１により送受信される超音波の強度に対応する。

包絡線Ｌ１１は、振動子３１の振動の大きさを示す強度の経時的変化を示している。この包絡線Ｌ１１からは、振動子３１がタイミングｔ０から時間Ｔａだけ駆動されて振動することで、タイミングｔ１で送信波の送信が完了し、その後タイミングｔ２に至るまでの時間Ｔｂの間、慣性による振動子３１の振動が減衰しながら継続する、ということが読み取れる。従って、図４に示されるグラフにおいては、時間Ｔｂが、いわゆる残響時間に対応する。

包絡線Ｌ１１は、送信波の送信が開始したタイミングｔ０から時間Ｔｐだけ経過したタイミングｔ４で、振動子３１の振動の大きさが所定の対象物閾値Ｔｈ１以上となるピークを迎える。この対象物閾値Ｔｈ１は、振動子３１の振動が対象物Ｏ（他車両、構造物、歩行者等）からの反射波の受信によってもたらされたものか、又は、対象物Ｏ以外の物体（例えば路面Ｇ等）からの反射波の受信によってもたらされたものかを識別するために予め設定される値である。ここでは対象物閾値Ｔｈ１が一定値として示されているが、対象物閾値Ｔｈ１は時間経過、状況等に応じて変化する変動値であってもよい。従って、対象物閾値Ｔｈ１以上のピークを有する振動は、対象物Ｏからの反射波の受信によってもたらされたものとみなすことができる。

なお、包絡線Ｌ１１においては、タイミングｔ４以降で、振動子３１の振動が減衰している。従って、タイミングｔ４は、対象物Ｏからの反射波の受信が完了したタイミング、換言すればタイミングｔ１で最後に送信された送信波が反射波として戻ってくるタイミングに対応する。

また、包絡線Ｌ１１において、タイミングｔ４におけるピークの開始点としてのタイミングｔ３は、対象物Ｏからの反射波の受信が開始したタイミング、換言すればタイミングｔ０で最初に送信された送信波が反射波として戻ってくるタイミング、に対応する。従って、タイミングｔ３とタイミングｔ４との間の時間ΔＴが、送信波の送信時間としての時間Ｔａと等しくなる。

上記を踏まえて、ＴＯＦを利用して対象物Ｏまでの距離を求めるためには、送信波が送信され始めたタイミングｔ０と反射波が受信され始めたタイミングｔ３との間の時間Ｔｆを求めることが必要となる。この時間Ｔｆは、タイミングｔ０と反射波の強度が対象物閾値Ｔｈ１を超えてピークを迎えるタイミングｔ４との差分としての時間Ｔｐから、送信波の送信時間としての時間Ｔａに等しい時間ΔＴを差し引くことで求めることができる。

送信波が送信され始めたタイミングｔ０は、物体検出装置１１が動作を開始したタイミングとして容易に特定することができ、送信波の送信時間としての時間Ｔａは、設定等によって予め定められている。従って、反射波の強度が対象物閾値Ｔｈ１以上となるピークを迎えるタイミングｔ４を特定することにより、対象物Ｏまでの距離を求めることができる。物体情報生成部１０２は、例えば上記のような方法により対象物Ｏに関する物体情報を生成する。

以下に、本実施形態に係る路面情報生成部１０３による処理について説明する。路面情報生成部１０３は、反射波の強度の経時的変化を示すエコー情報（例えば上記のような包絡線）と、予め定められた路面Ｇからの反射波の強度の経時的変化を示す基準エコー情報との差に基づいて、路面Ｇの変化に関する路面情報を生成する。

図５は、実施形態において路面Ｇの摩擦抵抗が低くなるように変化する場合における包絡線Ｌａと基準包絡線Ｌｓとの差の一例を示す図である。包絡線Ｌａはエコー情報の一例であり、基準包絡線Ｌｓは基準エコー情報の一例である。

基準包絡線Ｌｓは、路面Ｇからの反射波の強度が所定の路面閾値Ｔｈ２以上となる基準路面検出期間Ｒｓを含む。基準路面検出期間Ｒｓは、反射波の強度が路面閾値Ｔｈ２より低い状態から路面閾値Ｔｈ２以上となる第１基準時点ｔｓ１と、強度が路面閾値Ｔｈ２以上の状態から路面閾値Ｔｈ２より低くなる第２基準時点ｔｓ２との間の期間である。路面閾値Ｔｈ２は、基準となる状態の路面（例えば乾燥状態のアスファルト等）からの反射波に基づいて予め設定された値である。路面閾値Ｔｈ２は、例えば、送受信部２１（振動子３１等）の構造等に起因するノイズを除去可能な値等であり得る。路面閾値Ｔｈ２は、通常、上述したような対象物Ｏを検出するための対象物閾値Ｔｈ１より低い値となる。路面閾値Ｔｈ２は、一定値であってもよいし、変動値であってもよい。

図５に例示する包絡線Ｌａは、反射波の強度が路面閾値Ｔｈ２より低い状態から路面閾値Ｔｈ２以上となる第１時点ｔａ１と、強度が路面閾値Ｔｈ２以上の状態から路面閾値Ｔｈ２より低くなる第２時点ｔａ２との間の路面検出期間Ｒａを含む。路面検出期間Ｒａは、基準路面検出期間Ｒｓより短くなっている。このような路面検出期間Ｒａと基準路面検出期間Ｒｓとの差は、包絡線Ｌａに対応する路面Ｇの状態が、基準包絡線Ｌｓに対応する基準となる路面の状態と異なっていることにより生じる。

図５における第２時点ｔａ２は、第２基準時点ｔｓ２より近距離に対応する時点で検出されている。すなわち、路面Ｇからの反射波の強度が、基準となる位置より近い位置で路面閾値Ｔｈ２より低くなっている。このような現象は、路面Ｇの摩擦抵抗が低下するように変化する場合（摩擦抵抗が基準値以上の状態から基準値より低い値に変化する場合）に生じる。

超音波の反射特性は、路面の材質、水分量、温度等に応じて変化し、超音波の反射効率は、多くの場合、反射対象（路面）の摩擦抵抗が小さくなるほど低くなる。そのため、上記のように、反射波の強度が路面閾値Ｔｈ２以上の状態から路面閾値Ｔｈ２より低くなる第２時点ｔａ２が第２基準時点ｔｓ２より近距離に対応する時点で検出されるか否か、換言すれば、基準路面検出期間Ｒｓにおいて第２時点ｔａ２が検出されるか否かを監視することにより、車両１の進行方向における路面Ｇの摩擦抵抗の低下を未然に検出できる。これにより、路面Ｇの摩擦抵抗が低くなることを示す路面情報を生成し、当該路面情報を車両１の制御に利用することが可能となる。

図６は、実施形態において路面Ｇの摩擦抵抗が増加するように変化する場合におけるエコー情報Ｌａと基準エコー情報Ｌｓとの差の一例を示す図である。図６における第１時点ｔａ１は、第１基準時点ｔｓ１より遠距離に対応する時点で検出されている。すなわち、路面Ｇからの反射波の強度が、基準となる位置より遠い位置で路面閾値Ｔｈ２以上となっている。このような現象は、路面Ｇの摩擦抵抗が増加するように変化する場合（摩擦抵抗が基準値より低い状態から基準値以上に変化する場合）に生じる。

このように、反射波の強度が路面閾値Ｔｈ２より低い状態から路面閾値Ｔｈ２以上となる第１時点ｔａ１が第１基準時点ｔｓ１より遠距離に対応する時点で検出されるか否か、換言すれば、基準路面検出期間Ｒｓにおいて第１時点ｔａ１が検出されるか否かを監視することにより、車両１の進行方向における路面Ｇの摩擦抵抗の増加を未然に検出できる。これにより、路面Ｇの摩擦抵抗が高くなることを示す路面情報を生成し、当該路面情報を車両１の制御に利用することが可能となる。

図７は、実施形態に係る物体情報を生成する際の処理の一例を示すフローチャートである。複数の送受信部２１が超音波を送受すると（Ｓ１０１）、信号処理部１０１は、複数の送受信部２１のそれぞれにより取得される複数のデータ（反射波の強度値等）の平均値からエコー情報Ｌａを取得する（Ｓ１０２）。

路面情報生成部１０３は、記憶部１０４に記憶されている基準エコー情報Ｌｓと信号処理部１０１により取得されたエコー情報Ｌａとを比較し（Ｓ１０３）、基準路面検出期間Ｒｓ内で第２時点ｔａ２が検出されたか否かを判定する（Ｓ１０４）。基準路面検出期間Ｒｓ内で第２時点ｔａ２が検出された場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、路面情報生成部１０３は路面の摩擦抵抗の低下を示す路面情報を生成し、出力部１０５は当該路面情報をＥＣＵ１２等に出力し（Ｓ１０５）、本ルーチンは終了する。

基準路面検出期間Ｒｓ内で第２時点ｔａ２が検出されなかった場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、路面情報生成部１０３は、基準路面検出期間Ｒｓ内で第１時点ｔａ１が検出されたか否かを判定する（Ｓ１０６）。基準路面検出期間Ｒｓ内で第１時点ｔａ１が検出された場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、路面情報生成部１０３は路面の摩擦抵抗の増加を示す路面情報を生成し、出力部１０５は当該路面情報をＥＣＵ１２等に出力し（Ｓ１０７）、本ルーチンは終了する。基準路面検出期間Ｒｓ内で第１時点ｔａ１が検出されなかった場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、本ルーチンは終了する。

上記実施形態によれば、超音波を利用して路面の状態（摩擦抵抗の変化等）を検出することが可能となる。

上記実施形態における各種機能を実現するための処理をコンピュータ（例えば制御部２２のプロセッサ４３、ＥＣＵ１２のプロセッサ５３等）に実行させるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供することが可能なものである。また、当該プログラムは、インターネット等のネットワーク経由で提供又は配布されてもよい。

以上、本開示の実施形態について説明したが、上述した実施形態及びその変形例はあくまで例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態及び変形例は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、及び変更を行うことができる。上述した実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…車両、２…車体、１０…車両制御装置（移動体制御装置）、１１…物体検出装置、１２…ＥＣＵ（制御装置）、２１，２１Ａ～２１Ｈ…送受信部、２２…制御部、３１…振動子、４１…入出力装置、４２…記憶装置、４３…プロセッサ、５１…入出力装置、５２…記憶装置、５３…プロセッサ、１０１…信号処理部、１０２…物体情報生成部、１０３…路面情報生成部（生成部）、１０４…記憶部、１０５…出力部、Ｇ…路面、Ｌａ…包絡線（エコー情報）、Ｌｓ…基準包絡線（基準エコー情報）、Ｏ…対象物、Ｒｓ…基準路面検出期間（路面検出期間）、Ｔｈ１…対象物閾値、Ｔｈ２…路面閾値

Claims

路面を移動する移動体から送信波を送信し物体からの反射波を受信する送受信部と、
前記送受信部により受信された反射波の強度の経時的変化を示すエコー情報と、予め定められた前記路面からの反射波の強度の経時的変化を示す基準エコー情報との差に基づいて、前記路面の変化に関する路面情報を生成する生成部と、
を備える物体検出装置。
前記生成部は、前記基準エコー情報において前記強度が所定の路面閾値以上となる基準路面検出期間と、前記エコー情報において前記強度が前記路面閾値以上となる路面検出期間との差に基づいて前記路面情報を生成する、
請求項１に記載の物体検出装置。
前記生成部は、前記基準路面検出期間において、前記エコー情報における前記強度が前記路面閾値以上の状態から前記路面閾値より低くなる時点が検出された場合に、前記路面の摩擦抵抗が低くなることを示す前記路面情報を生成する、
請求項２に記載の物体検出装置。
前記生成部は、前記基準路面検出期間において、前記エコー情報の前記強度が前記路面閾値より低い状態から前記路面閾値以上となる時点が検出された場合に、前記路面の摩擦抵抗が高くなることを示す前記路面情報を生成する、
請求項２又は３に記載の物体検出装置。
前記エコー情報は、複数の前記送受信部により取得された前記強度の平均値に基づいて生成される、
請求項１～４のいずれか１項に記載の物体検出装置。
請求項１～５のいずれか１項に記載の物体検出装置と、
前記物体検出装置から出力された路面の変化に関する路面情報に基づいて、前記路面を移動する移動体を制御するための処理を行う制御装置と、
を備える移動体制御装置。