JP4055563B2

JP4055563B2 - 侵入検知装置

Info

Publication number: JP4055563B2
Application number: JP2002347576A
Authority: JP
Inventors: 文彦松下; 正中村; 英仁寺沢; 清和吉田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004181982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内に人が侵入したときに生じる超音波のドップラシフトを利用して人の不法侵入を検知する侵入検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の侵入検知装置は、車室内に送信された超音波と車室内で反射され低周波信号が重畳した超音波との間の周波数差に応じたドップラ信号を形成し、このドップラ信号に基づき車室内への不法侵入の有無を検出するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような侵入検知装置では、車外から外乱波、例えば、大音量のサイレンなどの騒音が到来して、車室内で反射された超音波に重畳すると、この外乱波を人の移動に応じたドップラ信号と区別することなく検出して、その結果、車室内への人の侵入がないのに侵入ありと誤検知してしまう場合があった。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、車室内への人の侵入を表す信号以外の外乱波、または騒音成分による誤検知を防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両の車室内に設けられて超音波を送信する超音波送信手段と、前記車室内に設けられて前記車室内を伝搬する超音波を受信し受信信号を出力する超音波受信手段と、前記超音波受信手段から出力された受信信号より、前記受信超音波に重畳した低周波信号を抽出する低周波信号抽出手段と、前記抽出された低周波信号を基準電圧と比較してパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、所定期間に前記パルス信号出力手段から出力されたパルス信号のうち、人の動きに応じたドップラ周波数の周期に相当するパルス信号の周期を計測し、該計測された周期についてのバラツキ度である分散または標準偏差を演算するバラツキ度演算手段と、前記演算された分散または標準偏差が予め設定された閾値を越えた場合に車室内への人の侵入ありと判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、車室内を伝搬する超音波に重畳した低周波信号に応じたパルス信号のうち、人の動きに応じたドップラ周波数の周期に相当するパルス信号の周期を計測し、該計測された周期についてのバラツキ度である分散または標準偏差を演算し、演算された分散または標準偏差が予め設定された閾値を越えた場合に車室内への人の侵入ありと判定するので、低周波信号に人の動きに相当する信号以外に外乱騒音による振動が重畳しても、パルス周期のバラツキ度が人の動きに相当するパルス信号のバラツキ度と異なる外乱騒音の影響を排除することができ、したがってこのような外乱騒音によらず人の侵入の有無を正確に判定することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載のように、前記バラツキ度演算手段は、前記所定期間のパルス信号のうち、前記人の動きに応じたドップラ周波数の周期に相当するパルス信号の個数をさらに算出し、前記判定手段は、前記バラツキ度が予め設定された閾値を越えた場合であって、かつ前記ドップラ周波数の周期に相当するパルス信号の個数が予め設定された閾値を越えた場合に前記車室内への人の侵入ありと判定するように構成することができる。
【００１２】
なお、上記発明において、前記超音波受信手段は、前記車室内にそれぞれ設けられている第１および第２の超音波受信手段を備え、前記低周波抽出手段は、前記第１の超音波受信手段の受信出力より、前記受信超音波に重畳した低周波信号を抽出する第１の低周波信号抽出手段と、前記第２の超音波受信手段の受信出力より、前記受信超音波に重畳した低周波信号を抽出する第２の低周波信号抽出手段とを備え、前記パルス信号出力手段は、前記第１の低周波信号抽出手段からの低周波信号に応じたパルス信号を出力する第１のパルス信号出力手段と、前記第２の低周波信号抽出手段からの低周波信号に応じたパルス信号を出力する第２のパルス信号出力手段とを備え、前記バラツキ度演算手段は、前記第１のパルス信号出力手段からのパルス信号の各パルスの周期を計測し、該計測された周期についてのバラツキ度を演算する第１のバラツキ度演算手段と、前記第２のパルス信号出力手段からのパルス信号の各パルスの周期を計測し、該計測された周期についてのバラツキ度を演算する第２のバラツキ度演算手段とを備え、前記判定手段は、前記第１または第２バラツキ度演算手段の少なくともいずれか一方が演算したバラツキ度が予め設定した閾値を越えた場合に前記車室内への人の侵入ありと判定するように構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る侵入検知装置の一例を示すブロック図である。この侵入検知装置は、超音波送受信センサＳ１を備えており、この超音波送受信センサＳ１は、図２に示すように、当該車両の車室内のフロントシールド上縁中央部のルームミラーに配置されている。
【００１４】
この超音波送受信センサＳ１は、超音波送信機１０および超音波受信機３０を備えており、これら超音波送信機１０および超音波受信機３０は互いに近接して、ルームミラー内の同一筐体内に配置されている。なお、これに限ることなく、これら超音波送信機１０および超音波受信機３０は互いに送受信可能な位置であれば、互いに離れて配置されていてもよい。
【００１５】
超音波送信機１０には駆動回路２０が接続されており、この駆動回路２０は後述するマイクロコンピュータ８０から出力される４０ｋＨｚの発振周波数の発振パルスに基づいて出力する駆動信号により超音波送信機１０を駆動する。このことは、超音波送信機１０が、その駆動に応じ、車室内にて反射させるように超音波を送信することを意味する。
【００１６】
また、駆動回路２０は、後述するマイクロコンピュータ８０の制御信号により、超音波送信機１０を駆動する駆動信号を所定時間出力するよう制御される。したがって超音波送信機１０は、マイクロコンピュータ８０および駆動回路２０により、所定時間超音波を送信することができる。なお、超音波送信機１０および駆動回路２０が超音波送信手段を構成する。
【００１７】
超音波受信機３０は、車室内で反射された送信超音波を含む、車室内を伝搬し低周波信号を重畳した超音波を受信して受信信号として増幅回路４０に出力する。この増幅回路４０は、超音波受信機３０からの受信信号を増幅して正弦波形を有する増幅電圧として検波回路５０へ出力する。なお、超音波受信機３０および増幅回路４０が超音波受信手段を構成する。
【００１８】
検波回路５０は、増幅回路４０に接続され、増幅回路４０の出力信号に含まれている低周波信号を抽出し、検波出力信号としてフィルタ回路６０へ出力する。この低周波信号には、人の動き（通常、０．２〜２ｍ／ｓｅｃ）に伴う送信超音波に対するドップラ周波数（通常、４４〜４５０Ｈｚ）の信号や、車外からの外乱騒音（たとえば大音量のサイレン音など）に相当する信号が含まれている。なお、検波回路５０は、超音波送信手段における発振パルス、すなわちマイクロコンピュータ８０から駆動回路２０へ出力される発振パルスに基づいて検波するものであってもよい。
【００１９】
フィルタ回路６０は、人の動きに相当するドップラ周波数帯を通過するローパスフィルタを備えており、検波出力信号の内ドップラ周波数帯より高い周波数の信号を遮断し、ドップラ周波数帯以下の低周波信号を比較回路７０へ出力する。なお、検波回路５０およびフィルタ回路６０は低周波信号抽出手段を構成する。
【００２０】
パルス信号出力手段としての比較回路７０は、フィルタ回路６０に接続され、フィルタ回路６０の出力信号を基準電源７１の基準電圧Ｖｒと比較する。そして検波出力信号に含まれるドップラ周波数以下の低周波信号が基準電圧Ｖｒよりも高いときにのみ比較回路７０がハイレベルとするパルス信号を生成し、マイクロコンピュータ８０へ出力する。このパルス信号は、フィルタ回路６０の出力である低周波信号の周波数に対応した矩形パルス信号である。なお、以下では、このパルス信号を単に超音波送受信センサＳ１のパルス出力信号という。
【００２１】
マイクロコンピュータ８０は、図３、図４に示す侵入者検出のフローチャートに従いコンピュータプログラムを実行し、この実行中において、駆動回路２０の制御や人の不法侵入の有無の判定に要する演算処理を行う。このマイクロコンピュータ８０によるコンピュータプログラムの実行は、所定周期または所定タイミング毎に行われる。なお、上記コンピュータプログラムはマイクロコンピュータ８０のＲＯＭに予め記憶されている。マイクロコンピュータ８０が、バラツキ度演算手段および判定手段を構成する。
【００２２】
警報器９０は、図示しないインタフェースを介してマイクロコンピュータ８０により制御されて人の不法侵入を表す警報を行う。
【００２３】
次に、マイクロコンピュータ８０が実行するコンピュータプログラムの侵入者検出手順について図３、図４のフローチャートおよび図５のタイムチャートに基づいて説明する。このコンピュータプログラムは、運転者により車外よりなされる侵入検知装置のオン操作とともに実行が開始され、オフ操作とともに実行停止される。
【００２４】
ステップＳ１００で、タイマｔをリセットした後、ステップＳ１１０で超音波送信機１０を駆動して車室内への超音波送信を開始する。次にステップＳ１２０で、比較回路７０の出力信号中に矩形パルス（すなわち超音波送受信センサＳ１のパルス出力）の立ち上がりエッジがあるかを判定する。立ち上がりエッジがあった場合はステップＳ１６０へ、なかった場合はステップＳ１３０へ移行する。
【００２５】
ステップＳ１３０では、タイマｔが所定のサーチ期間Ｔ１を越えたかを判定し、タイマｔがサーチ期間Ｔ１に達するまでパルスの立ち上がりエッジを検出する。そして、サーチ期間Ｔ１の間にパルスの立ち上がりエッジが検出されないときには、ステップＳ１４０で超音波送信機１０の駆動を停止してステップＳ１５０の省電力制御に移行する。
【００２６】
ステップＳ１５０の省電力制御では、所定時間、超音波送信機１０の駆動を停止させることにより、車載バッテリーの消費電力を削減するものである。この省電力制御が終了すると、ステップＳ１００へ戻って処理を繰り返す。
【００２７】
一方、ステップＳ１２０でサーチ期間Ｔ１内に、パルスの立ち上がり（図５中、Ｒで示す）が検出されると、ステップＳ１６０で、侵入検出期間Ｔ２の設定が行われる。この侵入検出期間Ｔ２においては、パルス信号の立ち上がりエッジで図４の割込みプログラムが起動される。
【００２８】
割込みプログラムにおいては、まずステップＳ３００で、タイマによりパルスの立ち上がりから次のパルスの立ち上がりまでの時間を計測し、この時間をパルス周期τとする。
【００２９】
ステップＳ３１０で、測定されたパルス周期τが、予め設定されている周期範囲Ｔｍｉｎ≦τ≦Ｔｍａｘに入っているかを判定する。この周期範囲は、人の動きに相当するドップラ信号のパルス周期として予め実験的に求められ、マイクロコンピュータ８０に記憶されている。測定されたパルス周期τが周期範囲外であれば割込み復帰を行い、周期範囲内であればステップＳ３２０へ移行する。なお、この割込みは、侵入検出期間Ｔ２が終了するまで、パルスの立ち上がりの発生毎に実行される。
【００３０】
図５においては、周期範囲に入っているパルス周期ａ₁、ａ₂、・・・、ａ_N-1、ａ_Nと、上記周期範囲外のパルス周期ｂ₁、ｂ₂、・・・、ｂ_Mとして表されている。したがって、周期のバラツキ度である標準偏差（または分散）を算出するための統計処理対象としてのパルス周期は、ａ₁、ａ₂、・・・、ａ_N-1、ａ_Nである。
【００３１】
ステップＳ３２０では、パルスカウンタ値ｎの更新（ｎ＝ｎ＋１）、記録すべきパルス周期ａ_nの書き込み（ａ_n＝τ）、パルス周期ａ_nの和（Σａ_n）の算出と記録、およびパルス周期の自乗（ａ_n）²の和（Σ（ａ_n）²）の算出を、数式１および数式２に基づき行い、各値ｎ、ａ_n、Σａ_n、Σ（ａ_n）²を記録する。
【００３２】
【数１】

【００３３】
【数２】

ステップＳ１７０では、侵入検出期間が終ったので超音波送信機１０の駆動を停止する。そしてステップＳ１８０でパルス数Ｎを集計し、ステップＳ１９０で上記記録された各値を用いて、数式３に基づき分散ρおよび標準偏差σを算出する。
【００３４】
【数３】

次に、ステップＳ２００で、パルス数Ｎが予め設定された閾値Ｔｈ（ｎ）より大きいか、および標準偏差σが予め設定された閾値Ｔｈ（σ）より大きいかを判定し、いずれも肯定の場合はステップＳ２１０で警報を発生させ、少なくとも一方が否定のときは警報を発生せずステップＳ１５０へ移行する。
【００３５】
ところで、人の動きに相当する周波数は、ほぼ４４〜４５０Ｈｚの範囲に分布しているが、これは、人の動きに応じて時間的に変動する。
【００３６】
一方、サイレンなどの外乱騒音も、上記周波数帯の成分を有しているが時間的には一定である。このため、同じ周波数帯のパルス信号であっても、パルス周期のバラツキ度、すなわちパルス周期についての統計処理結果である分散ρまたはその平方根で定義される標準偏差σ（＝√（ρ））は異なったものとなる。すなわち、時間的変動が大きくなるほど、分散ρまたは標準偏差σも大きくなる。
【００３７】
したがって、バラツキ度である分散ρまたは標準偏差σに閾値Ｔｈ（ρ）またはＴｈ（σ）を設けて、外乱騒音などの時間的変動の小さい振動と、人の動きに相当する時間的変動の大きい振動とを区別することができる。
【００３８】
すなわち、ある期間のパルス信号のパルス周期の分散または標準偏差が閾値Ｔｈ（ρ）またはＴｈ（σ）を越えたら、パルス信号には人の動きに相当する振動が含まれている、すなわち人の動きを検知したとして警報を発生することができる。
【００３９】
逆に、パルス周期の分散または標準偏差が閾値より小さければ、パルス信号には人の動きに相当する振動が含まれていない、すなわち人の侵入は無いと判定することができる。
【００４０】
本実施形態では、ステップＳ２００において、カウントされたパルス数Ｎが予め設定した閾値Ｔｈ（ｎ）以上となった場合、すなわちある程度パルス数が大きい場合を選別し、さらに、パルス周期の標準偏差σが閾値Ｔｈ（σ）以上であるときに、人の侵入があるものと判定して、ステップＳ２１０で警報を発生するものである。このように人の侵入の有無判定を、パルスの発生個数および標準偏差の両者のＡＮＤ条件としているので、誤判定を防止し、判定の確実性を増すことができる。
【００４１】
以上の、侵入検出期間Ｔ２での処理が終了すると、次のサーチ期間の開始までステップＳ１５０で省電力制御が行われシステムが待機状態となる。
【００４２】
このように、本実施形態では、車室内を伝搬する超音波を受信し、この超音波受信信号より、人の動きに応じたドップラ周波数に相当する低周波信号を抽出し、この低周波信号に応じて矩形パルス信号を生成する。この所定期間（侵入検出期間Ｔ２）内に受信した超音波より生成された矩形パルス信号の各パルス周期が所定周期範囲（Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘ）にあるパルスの、パルス数Ｎおよびパルス周期に対する標準偏差σがともにそれぞれ閾値Ｔｈ（ｎ）、Ｔｈ（σ）を越える場合に、車室内への人の侵入ありと判定する。
【００４３】
したがって、受信超音波に、人の動きに応じた周波数帯に時間的な変動の少ない外乱騒音（たとえば、サイレンなど）のみが重畳する場合には、パルス信号は発生するものの、そのパルス周期のバラツキ度である標準偏差σは小さいので、閾値Ｔｈ（σ）により、時間的な変動の少ない外乱騒音の影響による誤警報の発生を防止することができる。
【００４４】
なお、本第１実施形態では、パルス周期のバラツキ度として、数式３で定義される標準偏差または分散を用いたが、これに限らない。例えば、侵入検出期間内のパルス周期の平均値と各パルス周期との差の絶対値の総和、またはその総和をパルス個数で規格化したものを用いてもよい。さらに、これ以外にも、統計処理されたバラツキ度は種々の演算方法により演算することができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、超音波送受信センサＳ１を車室内のフロントシールド上縁中央部のルームミラー内に１個配置した例について説明したが、本第２実施形態では、この超音波送受信センサをさらに１つ、例えば、図６に示すように、車室内ルームランプ内に配設して、２系列の超音波送受信センサＳ１およびＳ２を用い、両センサを同時に動作させるものである。図７は第２実施形態の侵入検知装置のブロック図であり、図中、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
超音波送受信センサＳ２の超音波送信機１０１に接続される駆動回路２０１および超音波受信機３０１に接続される増幅回路４０１、検波回路５０１、フィルタ回路６０１、比較回路７０１および基準電源７１１は、それぞれ第１実施形態と同様、超音波送受信センサＳ１に接続される駆動回路２０、増幅回路４０、検波回路５０、フィルタ回路６０、比較回路７０および基準電源７１と同一の構成を備え、さらに、駆動回路２０１および比較回路７０１はそれぞれ、駆動回路２０および比較回路７０と同様、マイクロコンピュータ８０に接続されている。
【００４７】
したがって、超音波送信機１０および駆動回路２０が第１の超音波送信手段を、超音波送信機１０１および駆動回路２０１が第２の超音波送信手段をそれぞれ構成し、超音波受信機３０および増幅回路４０が第１の超音波受信手段を、超音波受信機３０１および増幅回路４０１が第２の超音波受信手段をそれぞれ構成している。
【００４８】
また、検波回路５０およびフィルタ回路６０が第１の低周波信号抽出手段を、検波回路５０１およびフィルタ回路６０１が第２の低周波信号抽出手段をそれぞれ構成し、比較回路７０および基準電源７１が第１のパルス信号出力手段を、比較回路７０１および基準電源７１１が第２のパルス信号出力手段をそれぞれ構成している。
【００４９】
さらに、マイクロコンピュータ８０が、第１および第２のバラツキ度演算手段と判定手段とを構成している。
【００５０】
第２実施形態のマイクロコンピュータ８０は、図８に示す侵入者検出のフローチャートにしたがいコンピュータプログラムを実行する。第１実施形態と同じ処理ステップには同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
ステップＳ１２１では、超音波送受信センサＳ１またはＳ２の少なくと一方の出力パルスの立ち上がりエッジが検出されたら、ステップＳ１６０へ移行する。
【００５２】
ステップＳ１６０では、第１実施形態と同様、検出期間が設定される（ｔ＝Ｔ２）が、外部割込みは、２つの超音波送受信センサＳ１およびＳ２からのそれぞれの割込みを受け付ける。これらの外部割込みプログラムは、第１実施形態と同様、超音波送受信センサＳ１およびＳ２の出力パルスに対して、それぞれ図４に示すフローチャートにしたがい実行される。
【００５３】
超音波送信が停止した（ステップＳ１７０）後、ステップＳ１８１で超音波送受信センサＳ１およびセンサＳ２のそれぞれのパルス数Ｎ１およびＮ２を、更新されたパルス数ｎ１およびｎ２に基づき集計する。
【００５４】
ステップＳ１９１では、第１実施形態と同様、超音波送受信センサＳ１およびＳ２におけるそれぞれのパルス数、パルス周期和、およびパルス周期の自乗和を用いて、数式３に基づき、センサＳ１およびＳ２の各標準偏差σ１およびσ２を算出する。
【００５５】
ステップＳ２０１では、超音波送受信センサＳ１の出力パルスに対して、パルス数Ｎ１が閾値Ｔｈ１（ｎ）以上、かつ、標準偏差σ１が閾値Ｔｈ１（σ）以上か否かが判断される。ＹＥＳならば、警報を出力し（ステップＳ２１０）、ＮＯならばステップＳ２０２へ移行する。
【００５６】
ステップＳ２０２では、超音波送受信センサＳ２の出力パルスに対して、パルス数Ｎ２が閾値Ｔｈ２（ｎ）（＝Ｔｈ１（ｎ））以上、かつ、標準偏差σ２が閾値Ｔｈ２（σ）（＝Ｔｈ１（σ））以上か否かが判断される。ＹＥＳならば、警報を出力し（ステップＳ２１０）、ＮＯならばステップＳ１５０の省電力制御に移行する。
【００５７】
なお、パルス数に対する閾値Ｔｈ１（ｎ）、Ｔｈ２（ｎ）および標準偏差に対する閾値Ｔｈ１（σ）、Ｔｈ２（σ）はそれぞれ、車室の大きさおよび超音波送受信センサＳ１、Ｓ２の配設位置を考慮して、予め設定されている。
【００５８】
このように、第２実施形態では、設置位置の異なる２つの超音波送受信センサＳ１およびＳ２の出力パルスに対して、少なくともいずれか一方の出力パルスのパルス数およびパルス周期の標準偏差が共にそれぞれ閾値以上となったときに人の侵入が有ったと判定するので、大きな車室を有する車両でも、確実に人の進入を検知することができる。
【００５９】
なお、上記第２実施形態では、パルス数に対する閾値をＴｈ１（ｎ）＝Ｔｈ２（ｎ）、標準偏差に対する閾値をＴｈ１（σ）＝Ｔｈ２（σ）としたが、これに限らない。例えば、後部座席側への侵入者に対してより早く警報を出力したい場合には、超音波送受信センサＳ２の出力パルスに対して判定基準が低くなるよう、Ｔｈ１（ｎ）≧Ｔｈ２（ｎ）およびＴｈ１（σ）≧Ｔｈ２（σ）と設定を変更してもよい。このような閾値の設定変更は、ユーザの使用状況に応じて適宜行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の侵入検知装置のブロック図である。
【図２】第１実施形態の超音波送受信センサの車室内への設置位置を示す図である。
【図３】第１実施形態の侵入検知プログラムの手順を示すフローチャートである。
【図４】外部割込みプログラムの手順を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態におけるパルス信号のタイムチャートである。
【図６】第２実施形態の超音波送受信センサの車室内への設置位置を示す図である。
【図７】第２実施形態の侵入検知装置のブロック図である。
【図８】第２実施形態の侵入検知プログラムの手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０、１０１…超音波送信機、２０、２０１…駆動回路、
３０、３０１…超音波受信機、４０、４０１…増幅回路、
５０、５０１…検波回路、６０、６０１…フィルタ回路、
７０、７０１…比較回路、７１、７１１…基準電源、
８０…マイクロコンピュータ、９０…警報器、
Ｓ１、Ｓ２…超音波送受信センサ。

Claims

車両の車室内に設けられて超音波を送信する超音波送信手段と、
前記車室内に設けられて前記車室内を伝搬する超音波を受信し受信信号を出力する超音波受信手段と、
前記超音波受信手段から出力された受信信号より、前記受信超音波に重畳した低周波信号を抽出する低周波信号抽出手段と、
前記抽出された低周波信号を基準電圧と比較してパルス信号を出力するパルス信号出力手段と、
所定期間に前記パルス信号出力手段から出力されたパルス信号のうち、人の動きに応じたドップラ周波数の周期に相当するパルス信号の周期を計測し、該計測された周期についてのバラツキ度である分散または標準偏差を演算するバラツキ度演算手段と、
前記演算された分散または標準偏差が予め設定された閾値を越えた場合に車室内への人の侵入ありと判定する判定手段と、を備えることを特徴とする侵入検知装置。
前記バラツキ度演算手段は、前記所定期間に前記パルス信号出力手段から出力されたパルス信号のうち、前記人の動きに応じたドップラ周波数の周期に相当するパルス信号の個数をさらに算出し、
前記判定手段は、前記分散または標準偏差が予め設定された閾値を越えた場合であって、かつ前記ドップラ周波数の周期に相当するパルス信号の個数が予め設定された閾値を越えた場合に前記車室内への人の侵入ありと判定することを特徴とする請求項１に記載の侵入検知装置。