JP4750641B2 - 障害物検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を用いて障害物を検出する障害物検出装置に関するものである。

従来、例えば車両用の障害物検出装置として、超音波を用いたものが安価で普及している。このような、超音波を用いて障害物を検出する障害物検出装置として、側溝を検出することのできるものが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１によれば、車両の下面に超音波センサ（超音波送受信器）を取り付け、路面に向けてパルス状の超音波を送信するとともに反射波を受信し、路面との距離を算出することで、側溝を検出するようにしている。
特開昭６０−６４２８２号公報

特許文献１に示される障害物検出装置によれば、路面に在る側溝を検出することができるので、検出された障害物を側溝として判定することも可能である。しかしながら、車両周囲に在る障害物（例えば標識やガードレール）を検出するためには、車両の周囲に超音波を送信し、障害物からの反射波を検出する超音波センサを、側溝検出用の超音波センサとは別に設ける必要がある。

また、超音波センサとして、車両周囲に超音波を送信し、障害物からの反射波を検出する超音波センサのみを備えた従来の障害物検出装置においては、車両周囲の障害物の有無を検出することはできても、障害物の種類まで判定することができなかった。また、側溝を検出することができなかった。

本発明は上記問題点に鑑み、障害物の種類に応じた専用の超音波センサを設けることなく、移動体の周囲に在る障害物の種類を判定することができる障害物検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の障害物検出装置は、移動体の周囲に、送信波としてパルス状の超音波を送信するとともに、送信波の障害物による反射波を受信して、反射波の強度に応じた受信信号を出力する超音波センサと、受信信号に基づいて、送信波に対応する反射波の数と反射波のピーク値を検出する反射状態検出手段と、反射波のピーク値に基づいて、障害物の有無を判定するとともに、反射波の数と複数の反射波が検出された場合における各ピーク値の大小関係との移動体の移動に伴う経時変化に基づいて、障害物の種類を判定する判定手段と、を備える。そして、判定手段は、送信波に対応する反射波の反射状態が、第１反射波と、当該第１反射波よりも遅れて検出され、第１反射波よりもピーク値の大きい第２反射波とによる第１反射状態、第１反射波と、当該第１反射波よりも遅れて検出され、第１反射波よりもピーク値の小さい第２反射波とによる第２反射状態、第１反射波のみによる第３反射状態、の順で変化した場合、障害物を側溝と判定することを特徴とする。

本発明者は、１回の駆動によって送信される送信波に対応する反射波の数と、各反射波のピーク値の大小関係が、移動体の移動にともなって経時変化（換言すれば、障害物との距離によって変化）し、その変化が障害物の種類によって異なることを見出した。この点に基づいて構成された本発明によれば、障害物の種類に応じた専用の超音波センサを設けることなく、移動体の移動に伴う反射状態の経時変化に基づいて、障害物の種類を判定することができる。したがって、判定手段による判定結果に基づき、障害物の種類に応じて報知や車両の動作状態制御を実施する構成とすることも可能である。

また、障害物が側溝の場合、上記したように、反射状態が特徴的な経時変化を示すので、これに基づき、判定手段は、検出した障害物を側溝として判定することができる。

請求項２に記載のように、送信波と反射波との時間差に基づいて距離を算出する距離算出手段を備え、判定手段が障害物を側溝と判定した場合、距離算出手段は、距離として、移動体から側溝までの距離を算出する構成とすることが好ましい。

このように、距離算出手段を備えると、障害物までの距離に応じて、報知や車両の動作状態制御を変化させることも可能である。また、障害物が側溝の場合、距離算出手段は、側溝（側溝の手前側の端部）までの距離を算出するので、側溝への脱輪を低減又は防止することができる。

側溝の深さと幅はＪＩＳ規格によって定められており、超音波センサは所定位置に取り付けられる。したがって、請求項３に記載のように、距離補正データとして、側溝の深さと幅、及び、超音波センサの地面からの取付け高さが予め記憶された補正データ記憶手段を備え、判定手段が障害物を側溝と判定した場合、距離算出手段は、送信波と第１反射波との時間差に基づいて算出される距離を距離補正データに基づいて補正し、移動体から側溝までの距離を算出する構成としても良い。また、請求項４に記載のように、側溝の深さと幅、及び、超音波センサの地面からの取付け高さに基づいて設定された距離補正データが予め記憶された補正データ記憶手段を備え、判定手段が障害物を側溝と判定した場合、距離算出手段は、送信波と第１反射波との時間差に基づいて算出される距離から距離補正データを減算して、移動体から側溝までの距離を算出する構成としても良い。なお、送信波と第１反射波との時間差に基づいて算出される距離は、側溝と判定された後の最新の受信結果（例えば第３反射状態）を用いることが好ましい。

具体的には、反射状態検出手段による検出結果を、反射状態データとして記憶する反射状態記憶手段を備えることで、判定手段が反射状態の経時変化に基づいて、障害物の種類を判定することができるが、請求項５に記載のように、判定手段によって障害物が無しと判定された場合、反射状態記憶手段に記憶された反射状態データがクリアされる構成とすると良い。これにより、誤判定を低減することができる。

超音波センサとしては、例えば請求項６に記載のように、超音波素子から送信波を送信し、同一の超音波素子によって反射波を受信する構成のものを採用することができる。この場合、超音波素子の個数を減らすことができるので、障害物検出装置の体格を小型化することができる。

それ以外にも、請求項７に記載のように、２次元配置（所謂アレイ化）された複数の超音波素子を有する超音波センサを採用し、反射状態検出手段が、複数の超音波素子の受信信号に基づいて、ピーク値を算出する構成としても良いし、請求項８に記載のように、直線配置された複数の超音波素子を有する超音波センサを採用し、反射状態検出手段が、複数の超音波素子の受信信号に基づいて、ピーク値を算出する構成としても良い。

また、請求項９に記載のように、方位算出手段を備える構成とすると、複数の超音波素子の素子間位相差、又は、素子間時間差に基づいて、障害物の方位を算出することもできる。したがって、障害物の方位に応じて、報知や車両の動作状態制御を変化させることも可能である。

請求項１０に記載のように、判定手段による判定結果に基づいて、障害物の種類を乗員に報知する報知手段を備える構成としても良い。例えば請求項１１に記載のように、報知手段は、障害物の種類に応じて異なる報知音又はパターンで報知する構成を採用することができる。なお、報知手段が、障害物の種類を乗員に報知するのみならず、障害物を検出した時点から報知したり、障害物との距離に応じて異なる報知音又はパターンで報知するようにしても良い。

請求項１〜１１いずれか１項に記載の発明は、請求項１２に記載のように、移動体が車両であり、超音波センサが車両のバンパ又はボディに取り付けられた構成に対して好適である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、障害物検出装置が車両用障害物検出装置として用いられる例について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の各実施形態に係る車両用障害物検出装置の全体構成を示す構成図である。図１に示すように、車両用障害物検出装置１００は、超音波センサ１１０、ＥＣＵ（Electric Control Unit）１２０、駆動信号生成部１３０、受信信号処理部１４０、及び報知部１５０などからなる。

超音波センサ１１０は、車両の周囲に存在する障害物１０を検出できるように、例えば車両の前方、後方、或いは四隅側のバンパやボディに取り付けられている。図２に示すように、超音波センサ１１０は、主として、超音波振動子としての圧電振動子１１１、圧電振動子１１１などを収容するハウジング１１２、圧電振動子１１１による超音波の送受信結果に基づいて、障害物までの距離の算出等の処理を行う処理回路が形成された回路基板１１５などから構成されている。なお、図２は、超音波センサ１１０がバンパ２０に取り付けられた状態における、超音波センサ１１０の構造を示す断面図である。

圧電振動子１１１は、例えばチタン酸バリウム等の金属酸化物の粉末を圧縮焼成した圧電セラミックからなり、ハウジング１１２の底面部１１２ａに設置されている。このハウジング１１２は、例えばアルミニウムや合成樹脂によって構成されている。なお、本実施形態においては、図２に示すように、同一の圧電振動子１１１によって、超音波の送信と受信を行うように構成されている。したがって、超音波センサ１１０（障害物検出装置１００）の体格を小型化することができる。

振動吸収体１１４は、ハウジング１１２の底面部１１２ａに面する面を除いて圧電振動子１１１を取り囲むように設けられている。この振動吸収体１１４は、圧電振動子１１１による振動がハウジング１１２の底面部１１２ａ以外の部位に伝わることを低減するために、例えばシリコン製ゴムやポリウレタン等の弾性を備える弾性体によって形成されている。なお、この振動吸収体１１４や回路基板１１５を固定するために、ハウジング１１２内にストッパ１１２ｂが設けられている。

回路基板１１５は、リード線１１３を介して、圧電振動子１１１と接続されており、この圧電振動子１１１を振動させて超音波を発生するための駆動信号を出力したり、圧電振動子１１１に超音波が伝達されて、圧電振動子１１１に歪みが生じた場合に、圧電効果によって生じる電圧信号を入力する処理回路が形成されている。処理回路では、例えば超音波の送信から受信までの時間に基づいて、車両の周囲に存在する障害物までの距離を算出する。なお、図２に示す符号１１６はコネクタであり、回路基板１１５の処理回路と、例えば車室内に設けられている報知処理等を行う制御部とを接続するものである。また、符号１１７はハウジング１１２内を気密に封止する封止材である。

このように構成される超音波センサ１１０は、底面部１１２ａの外面がバンパ２０に形成された貫通孔２１を介してバンパ２０の外面２２側（車両外部）に露出するように、バンパ２０の内面２３に固定されたホルダ１１８によって位置決め固定されている。具体的には、底面部１１２ａの外面がバンパ２０の外面２２と略面一となる状態で、ホルダ１１８に設けられた嵌合穴１１８ａにハウジング１１２の外周面に設けられた突起部１１２ｃが嵌合され、ホルダ１１８によってハウジング１１２の側面が挟持されている。

ＥＣＵ１２０は、通常のコンピュータであり、図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらを接続するバスによって構成される。ＥＣＵ１２０は、駆動信号生成部１３０に対して、所定のタイミングで超音波センサ１１０（圧電振動子１１１）の駆動指示信号を出力する。また、駆動指示信号が出力されない状態で、ＥＣＵ１２０は、超音波センサ１１０の受信信号に基づいて、反射波の数と複数の反射波がある場合には各反射波のピーク値を検出し、検出したピーク値の少なくとも１つが予め設定されている閾値よりも大きいときに、障害物１０からの反射波であると判定する。そして、その判定結果を報知部１５０が報知するように報知部１５０の出力を制御する。また、ＥＣＵ１２０は、反射波の数と各反射波のピーク値の大小関係を示す反射状態データを記憶し、反射状態データの車両移動に伴う経時変化に基づいて、障害物１０の種類を判定する。そして、その判定結果に応じた報知を報知部１５０がするように報知部１５０の出力を制御する。このように、本実施形態に係るＥＣＵ１２０は、記憶、判定、演算、制御の各機能を有している。

駆動信号生成部１３０は、発振回路１３１と駆動回路１３２を含んでいる。発振回路１３１は、ＥＣＵ１２０からの駆動指示信号を受けて、予め設定された所定周波数のパルス信号を駆動回路１３２に出力する。そして、駆動回路１３２は、超音波センサ１１０に入力される電源電圧の供給を受けて駆動し、発振回路１３１からのパルス信号（駆動信号）により超音波センサ１１０の圧電振動子１１１を駆動させる。これにより、超音波センサ１１０の圧電振動子１１１が送信振動し、図２に示したハウジング１１２の底面部１１２ａを介して車両外部に送信波（超音波）が送信される。

なお、ＥＣＵ１２０から駆動指示信号が駆動信号生成部１３０に対して出力されている間は、駆動信号生成部１３０と超音波センサ１１０が接続され、超音波センサ１１０から車両外部に超音波が送信される。また、少なくともＥＣＵ１２０から駆動指示信号が出力されていない間は、主として増幅回路１４１を含む受信信号処理部１４０と超音波センサ１１０が接続され、超音波センサ１１０の受信信号が受信信号処理部１４０にて処理されて、ＥＣＵ１２０に出力される。本実施形態においては、図２に示したように、同一の圧電振動子１１１によって送信と受信を行うように超音波センサ１１０が構成されているので、駆動指示信号停止後の残響を考慮して、駆動指示信号の出力が停止されてから所定時間経過後に、受信信号処理部１４０と超音波センサ１１０が接続されるように構成されている。

報知部１５０は、上述したように、ＥＣＵ１２０の判定結果、演算結果に応じた報知を乗員にするものである。本実施形態においては、警報音出力装置を採用している。

次に、側溝（障害物１０の種類）を判定する原理を、図３〜５を用いて説明する。図３は、車両と側溝との関係を示す図である。図４は、車両の移動に伴う受信信号の変化を示す図であり、（ａ）は第１反射状態、（ｂ）は第２反射状態、（ｃ）は第３反射状態を示す図である。図５は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す受信信号の変化を説明するための図であり、（ａ）は第１反射状態、（ｂ）は第２反射状態、（ｃ）は第３反射状態に対応している。

本発明者は、例えば図３に示すように、車両の後方に存在する障害物１０を検出するために、車両後部のバンパに取り付けられた超音波センサ１１０によって、路面に形成された側溝１１を検出した。なお、図３において、符号１１ａは側溝１１の底面、符号１１ｂは車両に対して遠い側の側面、符号１１ｃが車両に対して近い側（手前側）の側面、符号１１ｄは車両に対して遠い側の底面側角部、符号１１ｅは車両に対して近い側（手前側）の底面側角部、符号１１ｆは、車両に対して近い側（手前側）の上面側角部を示している。

その結果、側溝１１からの反射波が特徴的な反射状態を示すことを見出した。具体的には、１回の送信振動によって形成される送信波に対応する反射波が、図４（ａ）〜（ｃ）に示す第１反射状態〜第３反射状態を順に示すことを見出した。

先ず、車両と側溝１１の距離Ｌが比較的遠い場合、図４（ａ）に示すように、最初に検出される第１反射波と、当該第１反射波に遅れて検出（第１反射波の次に検出）され、第１反射波よりも振幅（ピーク値、ピーク強度、音圧）の大きい第２反射波を含む第１反射状態を示した。

このような反射状態を示す理由としては、例えば以下のように考えられる。図５（ａ）に示すように、車両に対して遠い側の底面側角部１１ｄ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｂ）にて反射されてなる反射波が、側溝１１による反射経路のもっとも短い反射波であり、第１反射波となる。また、車両に対して遠い側の側面１１ｂにて反射（正反射）され、車両に対して近い側の底面側角部１１ｅ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｃ）にて反射され、再度側面１１ｂにて反射（正反射）されてなる反射波が、第１反射波よりも反射経路が長く、第１反射波よりも遅れて検出される第２反射波となる。なお、図５（ａ）〜（ｃ）においては、便宜上、第１反射波及び第１反射波を構成する超音波（送信波）を実線で示し、図５（ａ），（ｂ）においても、便宜上、第２反射波及び第２反射波を構成する超音波（送信波）を破線で示している。また、図５（ａ）〜（ｃ）において、検知エリアのうち、垂直方向の下限を一点鎖線で図示している。

ここで、図５（ａ）に示すように、車両（すなわち超音波センサ１１０）と側溝１１との距離が、底面側角部１１ｄ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｂ）にて反射されて第１反射波を構成すべき超音波（送信波）の一部、及び／又は、底面側角部１１ｄ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｂ）にて反射された第１反射波の一部が、側溝１１の手前側の路面（上面側角部１１ｆよりも手前側）にて遮られるような遠い距離Ｌ１であると、第１反射波のピーク値が小さくなる。これに対し、側面１１ｂにて反射（正反射）にて反射され、底面側角部１１ｅ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｃ）にて反射され、再度側面１１ｂにて反射（正反射）されて第２反射波を構成すべき超音波（送信波）、及び／又は、第２反射波は、側溝１１の手前側の路面（上面側角部１１ｆよりも手前側）にて遮られないか、遮られたとしても第１反射波を構成する超音波よりも少ない。このように、第１反射波よりも第２反射波のピーク値が大きい反射状態を示すものと考えられる。

また、車両が移動して、第１反射状態よりも車両と側溝１１の距離Ｌが近くなると、図４（ｂ）に示すように、第１反射波のほうが、第１反射波の次に検出される第２反射波よりも、ピーク値が大きい第２反射状態を示した。

このような反射状態を示す理由としては、例えば以下のように考えられる。図５（ｂ）に示すように、車両（すなわち超音波センサ１１０）と側溝１１との距離Ｌ２が、図５（ａ）に示す距離Ｌ１よりも小さくなると、底面側角部１１ｄ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｂ）にて反射されて第１反射波を構成すべき超音波（送信波）の一部、及び／又は、第１反射波の一部が、側溝１１の手前側の路面（上面側角部１１ｆよりも手前側）にて遮られる量が、第１反射状態と比べて少なくなる。したがって、第１反射波のピーク値が、第１反射状態よりも大きくなる。これに対し、車両と側溝１１との距離Ｌ２が小さくなるとともに、第２反射波を検出するための側面１１ｂでの反射角が大きくなるので、側面１１ｂでの反射点（図中の破線と側面１１ｂ（及びその延長線）との交点）が第１反射状態よりも上方にずれる。したがって、送信波が側面１１ｂに当たらなかったり、底面側角部１１ｅ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｃ）にて反射された超音波の一部が側面１１ｂに当たらないことにより、第２反射波を形成する反射波の反射する幅（側面１１ｂで再反射される深さ方向の幅）が狭くなる。したがって、第２反射波のピーク値が、第１反射状態よりも小さくなる。このように、第２反射波よりも第１反射波のピーク値が大きい反射状態を示すものと考えられる。なお、第２反射波のピーク値が、第１反射状態よりも小さくなる理由としては、上記以外にも、超音波センサ１１０（圧電振動子１１１）の音圧分布も考えられる。超音波センサ１１０の音圧分布は、例えば検出軸が地面に対して水平であると、検出軸を頂点とした放物状の分布であるため、側溝１１との距離が遠いほど、反射波が検出軸に近づき、音圧が大きくなる。

また、さらに車両が移動して、第２反射状態よりも車両と側溝１１の距離Ｌが近くなると、図４（ｃ）に示すように、第１反射波のみによる第３反射状態を示した。

このような反射状態を示す理由としては、例えば以下のように考えられる。図５（ｃ）に示すように、車両（すなわち超音波センサ１１０）と側溝１１との距離Ｌ３が、図５（ｂ）に示す距離Ｌ２よりも小さくなると、第２反射波を検出するための側面１１ｂでの反射角がさらに大きくなるので、側面１１ｂでの反射点（図中の破線と側面１１ｂ（及びその延長線）との交点）が第２反射状態よりもさらに上方にずれる。その結果、反射点が側面１１ｂよりも上方となり、第２反射波を形成する底面側角部１１ｅ及びその周辺（底面１１ａ且つ側面１１ｃ）に超音波が当たらなくなって、第２反射波が喪失するものと考えられる。なお、第２反射状態よりも反射距離が短くなるため、第１反射波のピーク値が、第２反射状態よりも大きくなる。このように、第１反射波のみが検出されるものと考えられる。

例えば、地面に垂直に立てられた障害物１０（例えばポール）の場合、ポールに対して略垂直（地面に対して平行）な送信波の反射によって第１反射波が構成され、ポールと地面との角部に当たる送信波の反射によって第２反射波が構成される。したがって、反射波は、先ず本実施形態に示す第２反射状態に相当する状態を示し、その後車両とポールとの距離が小さくなると、角部に送信波が当たらなくなって本実施形態に示す第３反射状態に相当する状態を示すものと考えられる。このように、反射状態の経時変化（車両の移動による変化）によって、障害物１０の種類を判定することができる。

なお、超音波センサ１１０の指向性、取り付け角度、及び取り付け高さ等と、側溝１１の深さ、幅によっては、反射波の反射状態が、上述した第１反射状態〜第３反射状態の順に変化を示さないことも考えられる。したがって、第１反射状態を示すように、適宜設定することが好ましい。

このような反射状態の経時変化に基づいて、障害物１０の種類を判定する判定処理は種々考えられるが、その一例を、図６を用いて説明する。図６は、側溝判定処理の一例を示すフロー図である。本処理は、ＩＧがオンの状態で、所定間隔ごとに繰り返し実行される。

先ず、超音波センサ１１０からの受信信号が受信信号処理部１４０を経てＥＣＵ１２０に入力される(Ｓ１０)と、ＥＣＵ１２０は、反射波のピーク強度がメモリに予め記憶された閾値以上であるか否かを比較する（Ｓ２０）。その結果、閾値未満の場合には、障害部１０が存在しないものと判定し、報知部１５０が報知オンの場合には報知オフとなるように指示信号を出力し、メモリに後述する反射状態データが記憶されている場合には、反射状態データをクリアする（Ｓ３０）。

閾値以上の場合には、ＥＣＵ１２０は、障害物１０が存在するものと判定し、既に側溝判定をしたか否かを確認する（Ｓ４０）。側溝判定をしていない場合には、側溝以外の障害物１０を検出した際のパターン１で乗員に報知するように、報知部１５０に報知指示信号を出力する。そして、報知部１５０は、パターン１（例えばブザー音）で乗員に報知する（Ｓ５０）。このパターン１の報知は、上述したように、障害物がないと判定した場合、又は後述する側溝判定をした場合に解除される。

報知処理後、ＥＣＵ１２０は、超音波センサ１１０からの受信信号に基づいて、反射波の数を検出する（Ｓ６０）。なお、報知指示信号を出力するのと同時に反射波数の検出を実行しても良いし、報知指示信号の出力前に反射波数の検出を実行しても良い。Ｓ４０にて、側溝判定をした状態にあることを確認した場合には、後述する側溝判定に伴う報知（パターン２）を維持するために、Ｓ５０には進まず、Ｓ６０の反射波数の検出を実行する。

Ｓ６０の後、ＥＣＵ１２０は、検出された反射波が１つであるか複数であるかを判定する（Ｓ７０）。この判定により、反射波の数が複数であると判定した場合には、複数の反射波のうち、最初に検出された第１反射波と、第１反射波の次に検出された第２反射波のそれぞれのピーク値の大小関係を比較する（Ｓ８０）。この比較により、例えば反射状態が図４（ａ）に示した第１反射状態に相当する状態にあるのか、図４（ｂ）に示した第２反射状態に相当する状態あるのかが決定される。なお、Ｓ６０〜Ｓ８０から、特許請求の範囲に示す反射状態検出手段に相当する。また、第１反射波と第２反射波のピーク値が等しい場合には、後述するＳ９０にて反射状態を記憶させない。また、Ｓ７０にて、検出された反射波が１つであると判定した場合には、反射状態が、図４（ｃ）に示した第３反射状態に相当する状態にあると決定される。

そして、Ｓ６０〜Ｓ８０の結果に基づいて、ＥＣＵ１２０は、決定された反射状態をメモリに記憶させる（Ｓ９０）。なお、各反射状態は、記憶順が分かるように記憶される。本実施形態においては、反射波の数やピーク値のデータは記憶されず、所定の反射状態にあるという情報が記憶される。

Ｓ９０後、ＥＣＵ１２０は、メモリに記憶された情報から、最新の記憶された情報が第３反射状態であり、反射状態が図４（ａ）に示した第１反射状態、図４（ｂ）に示した第２反射状態、図４（ｃ）に示した第３反射状態の順で変化したかどうかを判定する（Ｓ１００）。この結果、反射状態が第１反射状態、第２反射状態、第３反射状態の順で変化していないと判定した場合には、ＩＧがオフとならない限り、上述したＳ１０からの処理を繰り返す。

また、反射状態が第１反射状態、第２反射状態、第３反射状態の順で変化したと判定した場合には、障害物１０を側溝１１であると判定する（Ｓ１１０）。なお、Ｓ２０、Ｓ１００、及びＳ１１０が、特許請求の範囲に示す判定手段に相当する。そして、ＥＣＵ１２０は、側溝１１を検出した際のパターン２で乗員に報知するように、報知部１５０に報知指示信号を出力し、報知部１５０は、パターン２（例えば音声）で乗員に報知する（Ｓ１２０）。このパターン２の報知は、上述したように、Ｓ２０にて障害物がないと判定した場合に解除される。

なお、メモリに記憶された反射状態情報は、Ｓ２０にて障害物１０がないと判定されるまで記憶されるので、例えば側溝判定による報知時にシフト位置を例えばＲ（リバース）から一次的にＰ（パーキング）に変更し、その後Ｒに戻したとしても、Ｓ１０〜Ｓ９０の処理によって、第３反射状態であることが検出されれば、側溝判定されて再度側溝報知をすることができる。また、Ｓ２０にて障害物１０がないと判定されたときに反射状態がクリアされないと、誤判定する恐れがある。例えば第１反射状態と第２反射状態が順に記憶された状態で、シフト位置を例えばＲからＤ（ドライブ）に変更し、車両を障害物１０の検出されない位置に移動させ、再びシフト位置をＲに変更してから障害物１０を検出した結果、第３反射状態を示した場合、障害物１０が側溝１１でないのに側溝１１と誤判定することも考えられる。これに対し、本実施形態においては、メモリに記憶された反射状態情報は、Ｓ２０にて障害物１０がないと判定されるとクリアされるので、誤判定を低減することができる。

このように本実施形態に示す障害物検出装置１００によれば、障害物１０の種類に応じた専用の超音波センサ１１０を設けることなく、車両の周囲に存在する障害物１０を検出し、車両の移動に伴う反射状態の経時変化に基づいて、障害物１０の種類、特に側溝１１を判定することができる。換言すれば同一の超音波センサ１１０からの信号に基づいて、種類の異なる障害物１０を判定することができる。したがって、障害物１０の種類に応じて報知状態を変化させたり、車両制御をすることができる。

また、側溝１１を判定することができるので、側溝１１への脱輪の危険性を低減することができる。

なお、本実施形態においては、障害物１０を知らせる報知がブザー音であり、側溝１１を知らせる報知が音声である、すなわち報知部１５０が警報音出力装置として構成された例を示した。しかしながら、報知部１５０は上記例に限定されるものではない。それ以外にも車両のインパネに取り付けられた表示装置などを採用することができる。また、障害物１０の種類に応じて、音の周波数や鳴動間隔を変化させて、乗員に違いがわかるようにしても良い。

また、本実施形態においては、障害物１０のなかから側溝１１を判定する例を示した。しかしながら、車両の移動に伴う反射状態の経時変化に基づいて、側溝１１以外の障害物１０を判定することも可能であるので、判定結果に応じた報知や車両制御を行うようにしても良い。

また、本実施形態においては、図６に示すように、ＩＧのオンにより、判定処理が実行される例を示した。しかしながら、シフト位置に応じて、対応する位置の超音波センサ１１０のみが検出可能となって、判定処理が実行されるような構成としても良い。例えば、図３に示したように、リア側のバンパ２０に超音波センサ１１０が取り付けられ、シフト位置がＲの場合において、所定間隔ごとに判定処理が繰り返し実行されても良い。この場合、シフト位置の変更（ＤやＰ）によって、判定処理は終了となる。したがって、例えばシフト変更にともなって、報知がオフとなり、メモリに記憶された反射状態がクリアされる構成とすれば、図６に示したＳ３０の処理を不要とすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図７〜図９に基づいて説明する。図７は、側溝１１までの距離算出の一例を説明するための図である。図８，図９は、距離算出を含む側溝判定処理の一例を示すフロー図である。なお、本実施形態に示す側溝判定処理は、第１実施形態に示した図６を基本的に同じであり、異なる部分のみを図８，９に示している。

第２実施形態に係る障害物検出装置１００は、第１実施形態に示した障害物検出装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

本実施形態においては、第１実施形態の図１に示したＥＣＵ１２０が、受信信号が閾値を超えたときの時間と、送信指示したときの時間との時間差から、障害物１０との距離を算出する機能と、算出結果に応じた報知を報知部１５０がするように報知部１５０の出力を制御する機能を有している。そして、障害物１０を側溝１１と判定した場合には、障害物１０との距離として、車両から側溝１１（側溝１１の手前側の端部）までの距離を算出する点を特徴とする。

このような車両から側溝１１（側溝１１の手前側の端部）までの距離を算出する構成としては種々考えられるが、その一例を説明する。図７に示すように、送信波と第１反射波との時間差に基づいて算出される距離Ｄは、超音波センサ１１０（圧電振動子１１１）と側溝１１の車両に対して遠い側の底面側角部１１ｄとの間の距離である。したがって、超音波センサ１１０（圧電振動子１１１）と側溝１１の手前側の端部（車両に対して近い側の側面１１ｃ）の間の地面に水平な距離Ｌを算出することが好ましい。そこで、本実施形態においては、距離Ｌを算出するために、ＥＣＵ１２０のメモリに、距離補正データとして、側溝１１の深さＨｍと幅Ｌｍ、及び、超音波センサ１１０の地面からの取付け高さＨが予め記憶されている。したがって、ＥＣＵ１２０は、以下の数式１に基づいて、距離Ｌを算出することができる。
（数１）Ｌ＝（Ｄ^２−（Ｈ＋Ｈｍ）^２）^１／２−Ｌｍ
なお、側溝１１の深さＨｍと幅ＬｍはＪＩＳ規格によって定められている。具体的には、規格番号：Ａ５３７２、側溝に関する規格：付属書５、路面排水溝類、ｐ９２〜に記載されている側溝のなかで、例えばもっともシンプルで車道に設置するタイプである「Ｕ型側溝：推奨仕様５−１」の最大深さ６００ｍｍ、最大幅６００ｍｍを側溝１１の深さＨｍと幅Ｌｍとすれば良い。また、超音波センサ１１０は所定位置に取り付けられるので、取付け高さＨを規定することができる。

次に、このような算出処理を含む判定処理の一例を説明する。第１実施形態に示した図６と同様の処理を実行し、図８に示すように、Ｓ４０にて側溝判定していないと判定した場合、ＥＣＵ１２０は、送信波と第１反射波との時間差に基づいて、車両と障害物１０との距離を算出する（Ｓ４５）。そして、算出された距離に応じたパターンで乗員に報知するように、報知部１５０に報知指示信号を出力し、報知部１５０は、パターン１（例えば距離に応じた間隔を有するブザー音）で乗員に報知する（Ｓ５０）。

また、Ｓ６０以後、基本的には第１実施形態に示した図６と同様の処理を実行する。ただし、本実施形態においては、反射波の数やピーク値のデータも記憶される。そして、図９に示すように、Ｓ１１０にて側溝判定した場合、ＥＣＵ１２０は、上述した方法により、例えばメモリに記憶された最新の受信結果（第３反射状態）を用いて、車両（超音波センサ１１０）と側溝１１の手前側の端部の間の地面に水平な距離Ｌを算出する（Ｓ１１５）。そして、算出された距離に応じたパターンで乗員に報知するように、報知部１５０に報知指示信号を出力し、報知部１５０は、パターン２（例えば距離に応じたアナウンスをする音声）で乗員に報知する（Ｓ１２０）。

このように本実施形態によれば、障害物１０との距離、特に側溝１１との水平距離Ｌを算出し、距離に応じた報知をすることができる。したがって、第１実施形態に示した構成と比べて、障害物１０との衝突、側溝１１への脱輪の危険性をより低減することができる。

なお、本実施形態においては、距離補正データとして予め記憶された、側溝１１の深さＨｍと幅Ｌｍ、及び、超音波センサ１１０の地面からの取付け高さＨを用いて、ＥＣＵ１２０が、距離Ｌを算出する例を示した。しかしながら、距離Ｌを算出する方法は上記例に限定されるものではない。例えば、側溝１１の深さＨｍと幅Ｌｍ、及び、超音波センサ１１０の地面からの取付け高さＨに基づいて設定された距離補正データとして、図１０に示すように、側溝１１の幅に対して所定のマージンを加味した値Ｌｎを予めＥＣＵ１２０のメモリに記憶させておき、以下の数式２に基づいて、ＥＣＵ１２０が距離Ｌを算出するようにしても良い。図１０は、側溝１１との水平距離Ｌを算出する例の変形例を説明するための図である。
（数２）Ｌ＝Ｄ−Ｌｎ
また、メモリに記憶された第１反射状態及び／又は第２反射状態のデータから、第１反射波と第２反射波との時間差から側溝１１の溝に基づく距離補正データを算出することも可能である。したがって、送信波と第１反射波との時間差に基づいて算出される距離Ｄを、第１反射波と第２反射波との時間差から算出される距離補正データに基づいて補正し、側溝１１との水平距離Ｌを算出する構成としても良い。この場合、予め補正データをメモリに記憶させなくとも、水平距離Ｌを算出することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図１１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図１１（ａ），（ｂ）は、ともに第３実施形態に係る障害物検出装置１００に適用される超音波センサ１１０の例を示す平面図である。なお、図１１（ａ），（ｂ）においては、圧電振動子１１１の配置が分かるように、簡略化して図示している。

第３実施形態に係る障害物検出装置１００は、第１実施形態に示した障害物検出装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

本実施形態においては、超音波センサ１１０として、例えば図１１（ａ）又は図１１（ｂ）に示すように複数の圧電振動子１１１を有し、複数の圧電振動子１１１によって、反射波を検出する構成のものを採用している。なお、図１１（ａ）においては、複数個（図中においては２個）の圧電振動子１１１が、地面に対して水平方向及び垂直方向にそれぞれ配置（アレイ化）されている。また、図１１（ｂ）においては、複数個（図中においては２個）の圧電振動子１１１が、地面に対して水平方向に配置されている。

また、第１実施形態に示したＥＣＵ１２０が、複数の圧電振動子１１１の素子間位相差、又は、素子間時間差に基づいて、障害物１０の方位を算出する機能と、算出結果に応じた報知を報知部１５０がするように報知部１５０の出力を制御する機能を有している。

このような構成によれば、障害物１０の方位を算出することができるので、障害物１０（側溝１１を含む）の方位に応じて、報知や車両の動作状態制御を変化させることも可能である。なお、判定処理においては、例えば、第２実施形態（図８、図９参照）に示したＳ４５，Ｓ１１５において、距離算出とともに方位を算出し、Ｓ５０、Ｓ１２０にて、算出した距離、方位に応じた報知をするようにすれば良い。

なお、本実施形態においては、ＥＣＵ１２０が、複数の圧電振動子１１１の受信信号に基づいて（具体的には圧電振動子１１１の和から）、ピーク値を算出するように構成されている。しかしながら、ピーク値の算出方法は上記例に限定されるものではない。要は、複数の圧電振動子１１１によって、反射波を検出する構成において、少なくとも１つの圧電振動子１１１の受信信号から、ピーク値が算出されれば良い。

また、本実施形態においては、図１１（ａ），（ｂ）に示すように複数の圧電振動子１１１が２次元配置された超音波センサ１１０と水平方向に直線配置された超音波センサ１１０を示した。２次元配置された超音波センサ１１０の場合、水平方向とともに垂直方向の方位を算出できるので、水平方向の方位を算出できる直線配置された超音波センサ１１０と比べて、検出された方位から精度良く側溝１１を判定することも可能である。なお、車両に取り付けられた超音波センサ１１０の指向性は、一般的に垂直方向と比べて水平方向に広いので、水平方向に直線配置された超音波センサ１１０を採用することも可能であり、この場合、２次元配置された超音波センサ１１０よりもコストを低減することができる。

また、本実施形態に示した構成は、第１実施形態に示した構成のみならず、第２実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本発明の特徴とするところは、反射波の数と、複数の反射波が検出された場合における各ピーク値の大小関係と、の車両の移動に伴う経時変化に基づいて、障害物１０の種類を判定する点にある。したがって、それ以外の部分については、特に限定されるものではない。

本実施形態においては、障害物検出装置１００として、報知部１５０を含む例を示した。しかしながら、報知部１５０を含まない構成としても良い。例えば、ＥＣＵ１２０による判定結果に基づく信号を、外部の報知部や車両制御部（例えば制動制御部）に出力する構成としても良い。

本実施形態においては、第１反射状態、第２反射状態、第３反射状態の順に反射状態が経時変化した場合、障害物１０を側溝１１と判定する例を示した。しかしながら、側溝１１による反射波の特徴は、第１反射波の一部、及び／または、第１反射波を構成する超音波（送信波）の一部が、側溝１１の手前側の路面（上面側角部１１ｆよりも手前側）にて遮られるか否かによって、第１反射波のピーク値が変化し、第１反射波と第２反射波のピーク値の大小関係が、車両の移動にともなって逆転する状態が形成される点にある。したがって、第１反射状態、第２反射状態の順に反射状態の変化を検出した時点で、障害物１０を側溝１１と判定するようにしても良い。この場合、判定時間を短縮することができる。

しかしながら、判定条件が少なくなるほど、誤判定の確率が上昇するので、本実施形態に示すように、第１反射状態、第２反射状態、第３反射状態の順に反射状態が経時変化した場合、障害物１０を側溝１１と判定するほうが、側溝１１として正しく判定する確率を上げることができる。

また、本実施形態に示す側溝１１の検出によれば、反射波の反射状態として、図４（ａ）に示す第１反射状態の前に、図５（ａ）に示すところの、第２反射波のみによる反射状態を示し、図４（ｃ）に示す第３反射状態の後に、図５（ｃ）に示す第１反射波のピーク値が減少し、最終的に喪失する反射状態を示す。したがって、これらの少なくとも一方の反射状態の変化を含めて側溝１１であることを判定するようにすれば、側溝１１として正しく判定する確率をより上げることができる。

本実施形態においては、移動体としての車両にバンパ２０に、超音波センサ１１０が取り付けられる例を示した。しかしながら、移動体は車両に限定されるものではなく、車両であっても、例えばボディに取り付けることができる。また、その取り付け位置は、リア側のバンパ２０に限定されるものではない。図１２に示すように、例えば車両側方の側溝１１を検出するように車両の側面側の後方（リアタイア付近のボディ）に超音波センサ１１０を取り付け、車両が図１２の白抜き矢印方向に移動する際に、側溝１１を検出するように構成しても良い。図１２は、その他変形例を示す図である。

本実施形態においては、障害物検出装置１００として、記憶、判定、演算、制御の各機能を有するＥＣＵ１２０を含む例を示した。しかしながら、各機能を別個に構成しても良い。

本実施形態においては、反射状態の経時変化から、側溝１１を判定する例を示した。しかしながら、地面（路面）に形成された側溝同様の凹形状を有するもの（例えば穴）であっても、判定することが可能である。

本実施形態においては、ハウジング１１２の底面部１１２ａを介して圧電振動子１１１の振動が外部に超音波として送信され、底面部１１２ａを介して反射波が受信される例を示した。しかしながら、本実施形態に示した構造はその一例にすぎず、超音波センサ１１０の構造は上記例に限定されるものではない。例えば、所謂インビジブルソナー（超音波センサ１１０が例えばバンパ２０から車外に露出せず、バンパ２０が振動面を構成するもの）を採用することもでできる。

本発明の各実施形態に係る車両用障害物検出装置の全体構成を示す構成図である。 第１実施形態において、超音波センサがバンパに取り付けられた状態における、超音波センサの構造を示す断面図である。 車両と側溝との関係を示す図である 車両の移動に伴う受信信号の変化を示す図であり、（ａ）は第１反射状態、（ｂ）は第２反射状態、（ｃ）は第３反射状態を示す図である。 図４（ａ）〜（ｃ）に示す受信信号の変化を説明するための図であり、（ａ）は第１反射状態、（ｂ）は第２反射状態、（ｃ）は第３反射状態に対応している。 側溝判定処理を示すフロー図である。 第２実施形態において、側溝までの距離算出の一例を説明するための図である。 距離算出を含む側溝判定処理の一例を示すフロー図である。 距離算出を含む側溝判定処理の一例を示すフロー図である 側溝との水平距離Ｌを算出する例の変形例を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）ともに、第３実施形態に係る障害物検出装置に適用される超音波センサの例を示す平面図である。 その他変形例を示す図である。

符号の説明

１０・・・障害物
１１・・・側溝
２０・・・バンパ
１００・・・障害物検出装置
１１０・・・超音波センサ
１２０・・・ＥＣＵ
１５０・・・報知部

Claims (12)

1. 移動体の周囲に、送信波としてパルス状の超音波を送信するとともに、前記送信波の障害物による反射波を受信して、前記反射波の強度に応じた受信信号を出力する超音波センサと、
   前記受信信号に基づいて、前記送信波に対応する前記反射波の数と前記反射波のピーク値を検出する反射状態検出手段と、
   前記反射波のピーク値に基づいて、前記障害物の有無を判定するとともに、前記反射波の数と複数の前記反射波が検出された場合における各ピーク値の大小関係との前記移動体の移動に伴う経時変化に基づいて、前記障害物の種類を判定する判定手段と、を備え、
   前記判定手段は、
   前記送信波に対応する前記反射波の反射状態が、
   第１反射波と、当該第１反射波よりも遅れて検出され、前記第１反射波よりも前記ピーク値の大きい第２反射波とによる第１反射状態、
   第１反射波と、当該第１反射波よりも遅れて検出され、前記第１反射波よりも前記ピーク値の小さい第２反射波とによる第２反射状態、
   第１反射波のみによる第３反射状態、の順で変化した場合、
   前記障害物を側溝と判定することを特徴とする障害物検出装置。
2. 前記送信波と前記反射波との時間差に基づいて距離を算出する距離算出手段を備え、
   前記判定手段が前記障害物を側溝と判定した場合、前記距離算出手段は、前記距離として、前記移動体から前記側溝までの距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の障害物検出装置。
3. 距離補正データとして、前記側溝の深さと幅、及び、前記超音波センサの地面からの取付け高さが予め記憶された補正データ記憶手段を備え、
   前記判定手段が前記障害物を側溝と判定した場合、前記距離算出手段は、前記送信波と前記第１反射波との時間差に基づいて算出される前記距離を前記距離補正データに基づいて補正し、前記移動体から前記側溝までの距離を算出することを特徴とする請求項２に記載の障害物検出装置。
4. 前記側溝の深さと幅、及び、前記超音波センサの地面からの取付け高さに基づいて設定された距離補正データが予め記憶された補正データ記憶手段を備え、
   前記判定手段が前記障害物を側溝と判定した場合、前記距離算出手段は、前記送信波と前記第１反射波との時間差に基づいて算出される前記距離から前記距離補正データを減算して、前記移動体から前記側溝までの距離を算出することを特徴とする請求項２に記載の障害物検出装置。
5. 前記反射状態検出手段による検出結果を、反射状態データとして記憶する反射状態記憶手段を備え、
   前記判定手段によって前記障害物が無しと判定された場合、前記反射状態記憶手段に記憶された前記反射状態データがクリアされることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の障害物検出装置。
6. 前記超音波センサは、超音波素子から前記送信波を送信し、同一の前記超音波素子によって前記反射波を受信することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の障害物検出装置。
7. 前記超音波センサは、２次元配置された複数の超音波素子を有し、
   前記反射状態検出手段は、複数の前記超音波素子の受信信号に基づいて、前記ピーク値を算出することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の障害物検出装置。
8. 前記超音波センサは、直線配置された複数の超音波素子を有し、
   前記反射状態検出手段は、複数の前記超音波素子の受信信号に基づいて、前記ピーク値を算出することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の障害物検出装置。
9. 前記複数の前記超音波素子の素子間位相差、又は、素子間時間差に基づいて、前記障害物の方位を算出する方位算出手段を備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の障害物検出装置。
10. 前記判定手段による判定結果に基づいて、前記障害物の種類を乗員に報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の障害物検出装置。
11. 前記報知手段は、前記障害物の種類に応じて異なる報知音又はパターンで報知することを特徴とする請求項１０に記載の障害物検出装置。
12. 前記移動体は車両であり、前記超音波センサは、前記車両のバンパ又はボディに取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項に記載の障害物検出装置。

Images