JP4904808B2 - ドア制御装置及びセンサユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両用のドア制御装置及びセンタユニットに関し、特に、障害物を検出した際に該障害物にドアが衝突しないように開動作を制限する機能を備えたドア制御装置と該ドア制御装置に用いて好適なセンサユニットに関する。

従来から、車両のドアを自動で開閉させるための車両用ドア開扉装置が種々考案されている。これらの車両用ドア開扉装置のなかには、障害物を検知するための距離センサを用いてドアと障害物との離間距離を測定することにより、ドアが開扉される際に障害物との衝突を防止するものがある。（例えば、特許文献１と２参照）
特開２００４−３４７９６号公報 特開２００５−９１５７号公報

特許文献１に開示されたドア開度制限装置は、車両のコーナーについているクリアランスソナーによってドアの開度を自動的に制限し、ドアが障害物と接触することを未然に防ぐ。

特許文献２に開示された車両用ドア開扉装置は、ドアが障害物に衝突するのを防ぐためにドアパネルに超音波センサを埋め込み、この超音波センサによってドアの開度を自動的に制限し、ドアが障害物と接触することを未然に防ぐ。

特許文献１に記載されているドア開度制限装置は、車両の４つのコーナーに配置された計測範囲の狭いクリアランスソナーによって車両から障害物までの距離を測定するものである。このため、車両のコーナーと障害物との距離は測定できても、ドアと障害物との距離の計測が困難であり、ドアが障害物と接触することを防ぐことが困難な場合がありうる。クリアランスソナーの特徴として、直接の残響音と検知すべき反射音とが重なる部分があり、この重なりはセンサ素子の共振構造による残響に起因している。そのため、障害物を感度よく検知するには、現状のセンサ構造では、残響の長さ分の検知（２０ｃｍ相当長さの残響特定）ができず、センサの感度から２０ｃｍ以内の検出は困難であった。

また、特許文献２に開示された車両用ドア開扉装置では、超音波センサがドアに取り付けてあるため、検知エリアが車両のドアの開き角度（ドア角）に連動し、車両と平行な壁を検出しにくいという問題がある。このため、特許文献２では、超音波センサの向きをドアの開度に応じて変更する構成を採用している。しかし、この構成では、モータを含む超音波センサの駆動装置を必要とするためにコストがかかる。また、超音波センサの向きが、振動やバックラッシュにより、ずれてしまう虞がある。さらに、ドアパネルにセンサを取り付ける場合には、超音波センサがドアパネルから突き出すために、走行中の風きり音等の騒音が発生する。また、センサの形状が一般的には円筒形であるため、センサの角度を可変とするためには、センサとドアパネルの間に隙間を設けなければならず防水性能が低下する。さらに、その隙間に粉塵のようなゴミが入りやすくなったり、モータの駆動トルクを高めなければならない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で車両周辺の障害物等を的確に判別可能とすることを目的とする。さらに、このようにして判別した障害物に衝突しないようにドアの開閉を制御することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、この発明のドア制御装置は、
車両のドアに装着され、ドアの開閉に伴って指向方向が変化するドアミラーと、
前記ドアミラーに装着され、少なくとも１つの超音波発信子と少なくとも２つの超音波受信子とを備える超音波センサと、
前記超音波センサの出力に基づいて、物体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段が検出した物体の位置に基づいて、該物体に衝突しないように前記ドアの開度を制限する開度制限手段と、
を備え、
前記少なくとも２つの超音波受信子は、ドアミラーをドアに固定する支持軸の車両後方側に、車両後方かつドア近傍を検出範囲として、上下方向にシフトして配置されており、
前記位置検出手段は、前記ドアに沿った位置にある物体の位置を検出する、
ことを特徴とする。

例えば、前記開度制限手段は、前記位置検出手段が検出した物体の位置が前記ドア面上にドアのサイズよりも一定のマージンを含めて一回り大きく設定された検出範囲内にあるときに、ドアの開度を制限する。

例えば、前記位置検出手段は、物体の少なくとも上下方向の位置を求め、前記開度制限手段は、求めた障害物の上下方向の位置に基づいて、ドアの開度を制限する。

後方を撮影するカメラと、ギヤがリバースに入れられたことを条件として、前記カメラで撮影した後方の画像を表示する手段と、をさらに備えてもよい。

この発明のドア制御装置によれば、ドアミラーにセンサユニットが固定されている。従って、ドアの開度によらず、ドアの近傍の障害物を的確に監視し、ドアを制御することができる。また、風切り音などのが発生することもない。

以下、本発明の実施形態に係る開扉制限装置１００について説明する。
本実施形態に係る開扉制限装置１００が適用される車両１０は、図１に示すように、左右にそれぞれ２枚のドアが配設された、いわゆる２ドアタイプの車両であり、左方向に開扉する左ドア１１と右側方面に開扉する右ドア１２（図１では反対側に配置）とを備えている。左ドア１１と右ドア１２には、左ドアミラー２１（図１では反対側に配置）と右ドアミラー２２がそれぞれ固定されている。

開扉制限装置１００は、図２に示すように、左ドアミラー内蔵カメラ２１１と、左ドアミラー超音波センサユニット２１２と、右ドアミラー内蔵カメラ２２１と、右ドアミラー超音波センサユニット２２２と、左ドア開閉制御部１１１、右ドア開閉制御部１１２と、表示切替スイッチ１２１と、温度センサ１２２と、ドアロックセンサ１２３と、制御部１３１とを備える。

左ドアミラー内蔵カメラ２１１と左ドアミラー超音波センサユニット２１２とは、図３（ａ）に示すように、左ドアミラー２１の支持軸２１３の背面部に後方を向いてほぼ埋め込み状態で配置されている。同様に、右ドアミラー内蔵カメラ２２１と右ドアミラー超音波センサユニット２２２とは、図３（ｂ）に示すように、右ドアミラー２２の支持軸２２３の背面部に後方を向いてほぼ埋め込み状態で配置されている。このように配置することにより、カメラやセンサが風きり音を発生する原因にならず、また、雨水や埃からも保護される。

左ドアミラー内蔵カメラ２１１は、左ドア１１の表面とその近傍領域を撮影し、映像信号を制御部１３１に供給する。右ドアミラー内蔵カメラ２２１は、右ドア１２の表面とその近傍領域を撮影し、映像信号を制御部１３１に供給する。なお、左ドアミラー内蔵カメラ２１１及び右ドアミラー内蔵カメラ２２１から制御部１３１に出力される映像は、ルームミラーで後方を見た場合と同じになるように表示装置２００で表示するため、それぞれ左右反転させている。

左ドアミラー超音波センサユニット２１２は、図４に拡大して示すように、縦方向に並んでシフトして配置された超音波素子２１２ａと２１２ｂとを備え、車両後方かつ左ドア１１の近傍領域を検出範囲とする。
また、右ドアミラー超音波センサユニット２２２も、図４に拡大して示すように、縦方向に並んでシフトして配置された超音波素子２２２ａと２２２ｂとを備え、車両後方かつ右ドア１２の近傍領域を検出範囲とする。

超音波素子２１２ａは、超音波発信子の機能と超音波受信子の機能とを兼ね備える。具体的には、超音波素子２１２ａは、図５に断面で示すように、圧電素子２５とカバー２６等から構成される。図示せぬ駆動回路（発振回路）が圧電素子２５にパルス電圧を印加することにより、圧電素子２５が発振して、共振器として機能するカバー２６を介して超音波（発信波）を発信する。一方、共振器として機能するカバー２６を介して超音波（受信波）を受けると、超音波に対応する圧力が圧電素子２５に加わる。圧電素子２５は、加わった圧力に対応する起電力を生じ、この起電力を出力する。図示せぬ検出回路で、この起電力を検出することにより、超音波を受信したことを検出することができる。

超音波素子２１２ｂは、超音波受信子としての機能を備える。その構造は、基本的に、図５に示す構成と同一である。ただし、圧電素子２５にパルス電圧を印加するための構成を備えていない。

このような構成とするとことにより、超音波センサユニット２１２（２２２）には、超音波発信子２１２ａ（２２２ａ）と超音波受信子２１２ａ（２２２ａ）とから構成され、超音波発信子２１２ａ（２２２ａ）から超音波を発信して反射波を超音波受信子２１２ａ（２２２ａ）で検出する超音波センサと、超音波発信子２１２ａ（２２２ａ）と超音波受信子２１２ｂ（２２２ｂ）とから構成され、超音波発信子２１２ａ（２２２ａ）から超音波を発信して反射波を超音波受信子２１２ｂ（２２２ｂ）で検出する超音波センサと、の２つの超音波センサがＹ軸方向にシフトした位置に配置されることになる。

超音波センサユニット２１２及び２２２は、風切音を発生せず、また、雨水がたまったりしないように、ドアミラー２１，２２の支持軸２１３，２２３の後面とほぼ面一に埋め込まれるようにして配置されている。

図６に模式的に示すように、超音波素子２１２ａ（２２２ａ）が発信した超音波が、物体（障害物）Ｂで反射された反射波を受信するまでの時間を測定することにより、三角測量の要領で物体Ｂの位置（θ，Ｌ）を判別することができる。
具体的に説明すると、次式が成立する。

Ｌ１＝Ｃ・Ｔ１／２
Ｌ２＝Ｃ・Ｔ２−Ｌ１

Ｌ１：超音波素子２１２ａと物体Ｂとの距離
Ｌ２：超音波素子２１２ｂと物体Ｂとの距離
Ｃ：超音波の速度（＝３３１＋０．６Ｆ（ｍ／ｓ）
Ｆ：温度センサ１２２で測定した外気の摂氏温度）
Ｔ１：超音波素子２１２ａ又は２２２ａが超音波を発信してから、超音波素子２１２ａ又は２２２ａが反射波を受信するまでの時間
Ｔ２：超音波素子２１２ａ又は２２２ａが超音波を発信してから、超音波素子２１２ｂ又は２２２ｂが反射波を受信するまでの時間

ここで、Ｄを超音波素子２１２ａ（２２２ａ）と超音波素子２１２ｂ（２２２ｂ）との距離とすると、θと、ｙと、ｘは次式で表される。

θ ＝ ｔａｎ^−１（ｙ／ｘ）
・・・（１）
ｙ ＝ Ｄ／２−（Ｄ^２＋Ｌ２^２−Ｌ１^２）／（２・Ｄ）
・・・（２）
ｘ ＝ √｛Ｌ２^２−（（Ｄ^２＋Ｌ２^２−Ｌ１^２）／（２・Ｄ）^２｝ ・・・（３）

なお、座標の原点は、超音波素子２１２ａ（２２２ａ）と２１２ｂ（２２２ｂ）との中間位置である。

このような構成とすることにより、超音波センサユニット２１２と２２２により、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、左ドア１１及び右ドア１２に沿った位置にある物体の位置を判別することができる。

左ドア開閉制御部１１１及び右ドア開閉制御部１１２は、それぞれ、アクチュエータ、保持部、ドアチェッカー等から構成され、左ドア１１と右ドア１２の開度を、制御部１３１が指示する開度に制限する。

図２の、表示切替スイッチ（ＳＷ）１２１は、表示装置２００に表示させる画像を左ドアミラー内蔵カメラ２１１からの画像、右ドアミラー内蔵カメラ２２１からの画像、その他の画像のいずれかに切り替えるためのスイッチである。

温度センサ１２２は、外気温度を測定する。
ドアロックセンサ１２３は、ドアロックが解除されたか否かを判別する。

制御部１３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、動作プログラムを実行することにより、左ドア１１及び右ドア１２が障害物に衝突しないように制御する。また、制御部１３１は、左ドアミラー内蔵カメラ２１１或いは右ドアミラー内蔵カメラ２２１により取得された画像を表示装置２００に表示する。

また、制御部１３１のＲＯＭには、図８に示すように、左ドア１１と右ドア１２について、障害物の存在を検出して、近接範囲を判別するための座標情報が格納されている。即ち、制御部１３１は、図８に示すように、左ドアミラー超音波センサユニット２１２と右ドアミラー超音波センサユニット２２２を基準として、障害物の検出範囲を特定するデータをＲＯＭに記憶する。図８の例では、障害物がＸ座標がｘ１以下、かつ、Ｙ座標がｙ１〜ｙ２の範囲、θがθref以下の範囲にあるときに、障害物がドア１１，１２の近傍に存在すると判別して、ドア１１，１２が障害物に衝突（接触）しないように開動作を停止する。検出範囲をドア１１，１２のサイズよりも、一定のマージンを含めて、一回り大きく設定し、また、図７（ｂ）に示すようにドア面からほぼ１０〜２０センチの高さまで検出範囲としているので、障害物がドア１１，１２に接触するまでに、障害物を検出することができる。
また、制御部１３１は、計時タイマを備える。

次に、上記構成の開扉制限装置１００の動作を説明する。
ドア１１及び／又は１２のロックが解除され、ドア１１，１２が開閉可能な状態になると、ドアロックセンサ１２３は、これを検出し、制御部１３１に検出信号を送信する。
制御部１３１は、この検出信号に応答して、図９のフローチャートに示すドア開閉制御処理を開始する。

なお、制御部１３１は、左ドア１１に関する制御と右ドア１２に関する制御とを並行して行うが、以下では理解を容易にするため、左ドア１１に関して動作を説明する。右ドア１２についての動作も同様である。

まず、制御部１３１は、左ドアミラー超音波センサユニット２１２を駆動して、超音波素子２１２ａから超音波を発信させる（ステップＳ１１）。制御部１３１は、超音波発信後の経過時間を計時する。

続いて、制御部１３１は、超音波素子２１２ａ、２１２ｂからの信号により、超音波素子２１２ａ、２１２ｂが反射波をそれぞれ受信するまでの時間を求める（ステップＳ１２）。

制御部１３１は、超音波を発信してから、超音波素子２１２ａ、２１２ｂが反射波をそれぞれ受信するまでの時間Ｔ１とＴ２に基づいて、式（１）に従って、障害物（ここでは、検出される物体を障害物と呼ぶ）の角度位置θｏを求める（ステップＳ１３）。

次に、制御部１３１は、障害物の角度位置θｏが図８に示す検出範囲限界のθrefよりも大きいか否かを判別する（ステップＳ１４）。
障害物の角度位置θｏが検出範囲限界のθref以下であると判別された場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、障害物のｘ座標ｘｏとｙ座標ｙｏとを式（２）と（３）から求める（ステップＳ１５）。

続いて、求めた障害物のｘ座標ｘｏとｙ座標ｙｏとが、図８に示す検出範囲内にあるか否か、即ち、ｘｏ≦ｘ１，かつ、ｙ１≦ｙｏ≦ｙ２が成立するか否かを判別する（ステップＳ１６）。

障害物が図８に示す検出範囲内にあると判別された場合、即ち、ｘｏ≦ｘ１，かつ、ｙ１≦ｙｏ≦ｙ２が成立すると判別された場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ドアが障害物に接近しているので、左ドア開閉制御部１１１を駆動して、左ドア１１を停止させる（ステップＳ１７）。

一方、ステップＳ１７でのドアの停止後、ステップＳ１４でθｏがθrefより大きいと判別された場合、及び、ステップＳ１６で検出範囲内に障害物が存在しないと判別された場合には、ステップＳ１８で、ドアがロックされたか否かをドアロックセンサ１２３の出力から判別し、ロックされていなければ（ステップＳ１８；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って、同様の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１８で、ドアが閉じられてロックされたと判別された場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、処理を終了する。

このような処理を行うことにより、例えば、図１０（ａ）に示すように、例えば、右ドア１２の開度が小さくて、右ドア１２に沿って距離ｘ１の位置までに障害物３１が存在しない場合には、右ドア開閉制御部１１２による制限を受けずに、右ドア１２を開閉することができる。しかし、図１０（ｂ）に示すように、右ドア１２の開度がより大きくなって、右ドア１２に沿って距離ｘ１の位置に障害物を検出した場合には、右ドア開閉制御部１１２により、右ドア１２がそれ以上開かないように制御される。

障害物の検出距離ｘ１及びｙ１〜ｙ２は、実際のサイズに対してマージンが付加されているので、このような制御を行うことにより、ドアと障害物３１との接触や衝突を防止することができる。

同様に、ドア側方に障害物４１が存在する場合に、例えば、図１１（ａ）に示すように、右ドア１２の開度が小さくて、障害物４１が超音波センサユニット２２２の検知範囲に入らない場合には、右ドア開閉制御部１１２による制限を受けずに、右ドア１２を開閉することができる。しかし、図１１（ｂ）に示すように、右ドア１２の開度がより大きくなって、障害物４１が超音波センサユニット２２２の検出範囲に入ると、右ドア開閉制御部１１２により、右ドア１２がそれ以上開かないように制御される。

超音波センサの場合、障害物が鏡面状のものであったり、ポール状のものであった場合、反射波がセンサに戻らず、障害物を検出できない場合がある。この実施の形態の構成によれば、図１０，図１１に示すように、障害物とドアが接近すると、超音波の通路を塞ぐ状態になる。このため、障害物で反射された超音波が超音波センサユニット２１２，２２２に戻り、障害物を確実に検出することが可能となる。

また、制御部１３１は、車両１０のギアがリバースに入れられると、或いは、表示切替スイッチ１２１が操作されると、表示装置２００にそれまで行っていた表示を中断させ、左ドアミラー内蔵カメラ２１１と右ドアミラー内蔵カメラ２２１で取得した車両１０の後方の画像を表示させる処理を実行する。
この後方画像表示処理を図１２を参照して説明する。

まず、制御部１３１は、左ドアミラー内蔵カメラ２１１と右ドアミラー内蔵カメラ２２１に撮像を開始させる（ステップＳ２１）。

制御部１３１は、左ドアミラー内蔵カメラ２１１の撮影画像と右ドアミラー内蔵カメラ２２１の撮影画像とを合成して、表示装置２００に表示させる（ステップＳ２２）。合成の態様は、任意であるが、例えば、画面の左半分には、左ドアミラー内蔵カメラ２１１の撮影画像を、画面の右半分には、右ドアミラー内蔵カメラ２２１の撮影画像を表示させる。

制御部１３１は、表示切替スイッチ１２１が操作されると（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、表示態様を、例えば、全画面に左ドアミラー内蔵カメラ２１１の撮影画像を表示する、全画面に右ドアミラー内蔵カメラ２２１の撮影画像を表示させる、カーナビゲーションなどの他の画面を表示させる等、適宜切り替える（ステップＳ２４）。

制御部１３１は、画像表示の終了が検出されるまで（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、同様の処理を繰り返す。

このような構成によれば、必要に応じてカメラで撮影した後方の画像を表示装置２００に表示させることができる。しかも、カメラをドアミラーの支持軸に配置しているので、場所を取らず、比較的容易にカメラを固定することができる。また、風切り音の問題なども発生しない。

この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

例えば、ドア開閉制御部１１１，１１２の構成及びドア開閉制御部１１１，１１２によるドア１１，１２の開度の制限の手法は任意である。例えば、制御部１３１が、障害物を検出すると、障害物の位置と現在のドアの開度とから、障害物と接触しない範囲でどの程度までドアを開けるかを判別し、開ける最大限度まで（マージン及び安全度を含む）開ける位置に、開の限度を設定してもよい。

例えば、図８に例示した検出範囲の設定は任意であり、より細かく区分してもよい。

例えば、上記実施の形態においては、支持軸に、上限方向に並べて、２つの超音波センサを配置した。これにより、障害物の上下方向の位置は検出可能であった。これに限定されず、例えば、上下方向及び左右方向に位置のずれた少なくとも３つの超音波センサを配置することにより、障害物の上下方向の位置のみならず、左右方向の位置を検出可能としてもよい。また、配置する超音波センサの数自体は任意である。

また、超音波センサとカメラとを組み合わせてユニット化してもよい。
例えば、図１３（ａ）はドアミラー内蔵カメラ２１１と、４つの超音波センサ２１２ａ〜２１２ｄと、温度センサ１２２とを１つのユニット２１３にユニット化した構成例を示す。
また、図１３（ｂ）は、ドアミラー内蔵カメラ２１１と、３つの超音波センサ２１２ａ〜２１２ｄと、温度センサ１２２とを１つのユニット２１３にユニット化した構成例を示す。

上記の説明では、左右のドア近傍を監視する場合に、この発明を適用したが、センサユニットをバックドア、ハッチバックドアなどに配置し、これらのドアの近傍の障害物を監視するために使用することも可能である。

上述したシステム構成やフローチャートは一例であり、任意に変更可能である。

本発明の実施形態に係る車両の側面図である。 本発明の実施の形態に係る開扉制限装置の構成図である。 （ａ）と（ｂ）は、一対のドアミラーの構成を示す図である。 センサユニットの平面図である。 超音波素子の構成を示す断面図である。 超音波センサにより障害物の位置を検出する手法を説明するための図である。 （ａ）と（ｂ）は、超音波センサの検出範囲を説明するための図である。 左右のドアに設定された障害物の検出範囲を説明するための図である。 ドア開閉制御処理を説明するためのフローチャートである。 障害物が検出される様子を説明するための図である。 障害物が検出される様子を説明するための図である。 リバース時の表示処理を説明するためのフローチャートである。 （ａ）と（ｂ）は、それぞれ、センサユニットの構成例を示す図である。

符号の説明

１０ 車両
１１，１２ ドア
２１，２２ ドアミラー
２１１，２２１ ドアミラー内蔵カメラ
２１２，２２２ 超音波センサユニット
１１１、１１２ ドア開閉制御部（開閉制限手段）
１３１ 制御部 （位置検出手段）

Claims (4)

1. 車両のドアに装着され、ドアの開閉に伴って指向方向が変化するドアミラーと、
   前記ドアミラーに装着され、少なくとも１つの超音波発信子と少なくとも２つの超音波受信子とを備える超音波センサと、
   前記超音波センサの出力に基づいて、物体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段が検出した物体の位置に基づいて、該物体に衝突しないように前記ドアの開度を制限する開度制限手段と、
   を備え、
   前記少なくとも２つの超音波受信子は、ドアミラーをドアに固定する支持軸の車両後方側に、車両後方かつドア近傍を検出範囲として、上下方向にシフトして配置されており、
   前記位置検出手段は、前記ドアに沿った位置にある物体の位置を検出する、
   ことを特徴とするドア制御装置。
2. 前記開度制限手段は、前記位置検出手段が検出した物体の位置が前記ドア面上にドアのサイズよりも一定のマージンを含めて一回り大きく設定された検出範囲内にあるときに、ドアの開度を制限する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のドア制御装置。
3. 前記位置検出手段は、物体の少なくとも上下方向の位置を求め、
   前記開度制限手段は、求めた障害物の上下方向の位置に基づいて、ドアの開度を制限する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のドア制御装置。
4. 後方を撮影するカメラと、ギヤがリバースに入れられたことを条件として、前記カメラで撮影した後方の画像を表示する手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のドア制御装置。

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