JP5103794B2 - 障害物検出装置および位置特定方法 - Google Patents
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Description
この従来の障害物検出装置では、送信波として電波レーダを用いており、その反射波の受信波形の振幅や周波数等を得ている。
しかしながら、電波レーダには、指向性等の問題があるため、角度によって受信部(センサ)の受信感度に違いが生じてしまう。そのため、同じ障害物からの反射波であっても、角度によっては受信波形の振幅が異なってしまい、別の障害物からの反射波と誤認してしまう場合がある。
つまり、反射波の組合せを誤認してしまうと、最終的に各障害物の位置の精度が低下してしまうことになる。
また、ドップラーシフトにより受信波形の周波数変動を検出することは、電波レーダを用いる場合に好適であり(効率がよく)、他に超音波等を用いる場合には、コストや効率の面から適切であるとはいえない。
バースト波の超音波を測定タイミング毎に送信する送信手段と、
前記送信手段により送信された超音波の反射波を異なる受信位置にてそれぞれ受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した各反射波を検波することにより、各受信位置における各反射波の包絡線波をそれぞれ取得する包絡線波取得手段と、
前記包絡線波取得手段が取得した各包絡線波の頂点時刻をそれぞれ特定すると共に、各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測する推測手段と、
前記推測手段が特定した各頂点時刻を用いて、各受信位置同士における各包絡線波の頂点時刻が所定の関係を満たす包絡線波の中から、受信位置毎に1つずつ選んだ包絡線波の組合せを複数選定する選定手段と、
前記選定手段が選定した包絡線波の組合せ毎に、前記推測手段により推測されている当該包絡線波の立ち上がり時刻に基づいた障害物の候補位置を算定する位置算定手段と、
前記位置算定手段により算定された候補位置を複数の測定回数分保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された候補位置を平均処理して、障害物の位置を特定する位置特定手段と、
を備える、ことを特徴とする。
前記推測手段は、前記包絡線波取得手段が取得した各包絡線波について、頂点の電圧値及び当該頂点前の所定範囲の電圧値から近似直線をそれぞれ求め、当該各近似直線から各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測する。
バースト波の超音波を送信部から計測タイミング毎に送信し、当該超音波の反射波を異なる受信位置にてそれぞれ受信する障害物検出装置における位置特定方法であって、
各受信位置にて受信した各反射波を検波することにより、各受信位置における各反射波の包絡線波をそれぞれ取得する包絡線波取得ステップと、
前記包絡線波取得ステップにて取得した各包絡線波の頂点時刻をそれぞれ特定すると共に、各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測する推測ステップと、
前記推測ステップにて特定した各頂点時刻を用いて、各受信位置同士における各包絡線波の頂点時刻が所定の関係を満たす包絡線波の中から、受信位置毎に1つずつ選んだ包絡線波の組合せを複数選定する選定ステップと、
前記選定ステップにて選定した包絡線波の組合せ毎に、前記推測ステップにて推測されている当該包絡線波の立ち上がり時刻に基づいた障害物の候補位置を算定する位置算定ステップと、
前記位置算定ステップにて算定された候補位置をテーブルに格納し、複数の測定回数分の候補位置を保持させる格納ステップと、
前記テーブルに格納された候補位置を平均処理して、障害物の位置を特定する位置特定ステップと、
を備える、ことを特徴とする。
前記推測ステップは、前記包絡線波取得ステップにて取得した各包絡線波について、頂点の電圧値及び当該頂点前の所定範囲の電圧値から近似直線をそれぞれ求め、当該各近似直線から各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測する。
また、複数の障害物で反射された反射波から、各障害物の位置を精度良く検出することができる。
本実施形態に係る障害物検出装置100が適用される車両10は、図1(a),(b)に示すように、跳ね上げ式のPBD(Power Back Door)11を備えた、いわゆるハッチバック車であり、センサユニット110、センサECU(Electronic Control Unit)130、及び、PBD用ECU140等が適宜設置されている。
昇圧コイル112は、40kHz発信器113から供給されるパルス電圧を昇圧して、送信部111に駆動電圧を供給する。
バースト発信器114は、タイミング回路115に制御され、バースト波を40kHz発信器113に供給する。
タイミング回路115は、センサECU130に制御され、一定タイミング(例えば、0.1秒)毎に、バースト発信器114からバースト波を供給させる。
なお、受信部121及び、送信部111等によりセンサユニット110を構成し、上述した図1(b)等に示すように、PBD11における例えば、ライセンスランプの横に設置される。
より詳細には、図3に示すように、受信部121aと受信部121b、及び、送信部111と受信部121cが、鉛直方向(Y軸方向)にそれぞれ並んで配置され、また、受信部121aと送信部111、及び、受信部121bと受信部121cが、水平方向(X軸方向)にそれぞれ並んで配置されている。つまり、受信部121と送信部111は、正方形状に配列されている。
なお、受信部121と送信部111とを別構成とした場合について説明しているが、何れか1つの受信部121が送信部111を兼ねるようにしてもよい。
BPF123(123a〜123c)は、アンプ122から供給された信号のうち、所定周波数範囲の信号だけを通過させて、検波部124に供給する。
S/H125(125a〜125c)は、S/Hトリガー制御部126に制御され、検波部124により全波整流された信号をサンプリングし、AD入力部127がAD変換を行えるように、一時的に保持する。
AD入力部127(127a〜127c)は、積分方式のAD変換器等からなり、アナログの信号電圧をデジタルの電圧カウンタ値に変換し、センサECU130に供給する。
この電圧カウンタ値は、受信部121にて受信した信号が、アンプ122により増幅され、検波部124により全波整流され、AD入力部127により積分されることにより、反射波の包絡線(包絡線波)の値となる。
また、センサECU130は、内部に備えたタイマ回路等により、超音波の発信時からのタイム計測を開始する。そして、反射波として有効となる、タイマカウンタ値が所定範囲内で、かつ、閾値(例えば、電圧カウンタ値6000)以上の包絡線波の電圧カウンタ値をAD入力部127から順次取得し、包絡線波の頂点を特定すると共に、包絡線波の立ち上がり時刻を推測する。
例えば、図4に示すように、今回の測定タイミングで、受信部121にて5つの反射波を受信し、AD入力部127から包絡線波W1〜W5が得られた場合を一例として説明すると、まず、センサECU130は、各包絡線波の頂点P1〜P5を特定し、各頂点前の所定範囲の電圧カウンタ値を用いて、最小二乗法等により近似直線L1〜L5を求める。そして、各近似直線が電圧カウント値0と交差するタイマカウント値(ゼロクロス時刻)を求める。すなわち、各包絡線波の立ち上がり推測値T1〜T5を特定する。
なお、センサECU130は、このような頂点の特定及び、立ち上がり推測値の特定を、各受信箇所(受信部121a〜121cにて受信した反射波)についてそれぞれ行う。
そして、センサECU130は、頂点のタイマカウンタ値、頂点の電圧カウンタ値、及び、立ち上がり推測値(タイマカウンタ値)を、候補テーブルに格納する。
例えば、センサECU130は、内部のメモリに、図5に示すような候補テーブル200a〜200cの領域を確保し、それぞれに、対応する受信箇所(受信部121a〜121c)について算出した各データ(各包絡線波についての頂点のタイマカウンタ値、頂点の電圧カウンタ値、立ち上がり時刻を推測値)をセットする。
より詳細に説明すると、まず、候補テーブル200a−200b間で、頂点のタイマカウンタ値の差分が任意値α以下である候補の組みを抽出する。また、候補テーブル200b−200c間で、頂点のタイマカウンタ値の差分が任意値β以下である候補の組みを抽出する。そして、候補テーブル200c−200a間で、頂点のタイマカウンタ値の差分が任意値γ以下である候補の組みを抽出する。そして、最終的に、抽出した各組みから全体としての候補の組合せを選定する。
なお、組みを抽出する際に用いられる任意値α〜γは、対応する受信部121同士(121a−121b,121b−121c,121c−121a)の間隔Dをn倍(nは、1〜3)した距離を、音速Cで割って得られた時間(カウント値)とする。
ここで、n倍の値の決め方は、例えば、以下の方法による。
同様に、図6(b)に示すように、候補テーブル200b−200c間での全ての組みについて頂点のタイマカウンタ値の差分を求め、求めた差分が150以内となる候補の組みを抽出する。この場合も、全ての組みが抽出される。
更に、図6(c)に示すように、候補テーブル200c−200a間での全ての組みについて頂点のタイマカウンタ値の差分を求め、求めた差分が150以内となる候補の組みを抽出する。この場合は、組み2,3の差分が150より大きいためこれらが除かれ、組み1,4だけが抽出される。
そして、これら抽出した組みから全体としての候補の組合せを選定する。すなわち、抽出した組みだけから構成される候補テーブル200a〜200cにおける組合せを、図6(d)に示すように選定する。このように、これら4つの組合せが最終的な候補の組合せとして選定される。
すなわち、図7に示すように、受信部121a及び受信部121bでの受信時刻によって、障害物BのY軸方向の位置y(座標値)とZ軸方向の位置(距離z)を求めることができる。
具体的に説明すると、次式が成立する。
L2=C・T2−L1
L2:受信部121aと物体Bとの距離
C:超音波の速度
T1:受信部121aで受信した反射波(包絡線波)の立ち上がり推測値
T2:受信部121bで受信した反射波(包絡線波)の立ち上がり推測値
y =D/2−(D 2 +L2 2 −L1 2 )/(2・D)
z =√{L2 2 −((D 2 +L2 2 −L1 2 )/(2・D) 2 }
例えば、センサECU130は、内部のメモリに、図8に示すよう障害物位置テーブル300の領域を確保し、候補となる各障害物の三次元位置(x位置、y位置、z位置)をそれぞれセットする。
なお、これら障害物の候補は、上述したように頂点候補(より詳細には立ち上がり推測値)の組合せに基づいて得られるものであるため、実際の障害物の数よりも多くなることも予想される。つまり、障害物をあたかも画像のエイリアスのように捉えていることになる。そこで、このようなエイリアスを時系列での移動平均(平均化処理)により、除去する必要がある。
そのために、図8に示す障害物位置テーブル300は、測定タイミング毎に求めた候補となる障害物の三次元位置を、時系列に保持する。なお、時系列に保持する数は、移動平均のために必要となる数となっている。
例えば、時系列が0.1秒間隔の場合では、秒速5mまでの移動体(障害物)を検出可能とすることが仕様により求められているため、50cm以内を平均化して、座標(三次元位置)を求めることにより、エイリアスを除去する。
この際、複数の障害物が存在している状態でも、それぞれのエイリアスが除去されるため、各障害物について、三次元位置を適切に求めることができる。
なお、PBD用ECU140は、開閉させるPBD11のドア角度信号をセンサECU130に供給する。また、センサECU130から障害物検知信号が供給されると、モータ150を停止させる。
操作SW160は、ユーザに操作され、指示信号をPBD用ECU140に供給する。
障害物検出装置100は、例えば、車両10の後進時(リバース時)やPBD11の開閉時に、図9のフローチャートに示す障害物検出処理を開始する。なお、この障害物検出処理は、車両10の後進やPBD11の開閉が終了するまで、測定タイミング毎に、繰り返し実行されるものとする。
例えば、包絡線波の頂点を特定すると、その頂点近傍の立ち上がり部分を近似する近似直線を求め、その近似直線が電圧カウンタ値0と交差するゼロクロス時刻を求めることにより、包絡線波の立ち上がり時刻を推測する。
そして、センサECU130は、頂点のタイマカウンタ値、頂点の電圧カウンタ値、及び、立ち上がり推測値(タイマカウンタ値)を、候補テーブル200a〜200cに格納する。
例えば、候補テーブル200a−200b間、候補テーブル200b−200c間、及び、候補テーブル200c−200a間で、頂点のタイマカウンタ値の差分が任意値(任意値α〜γ)以内となる候補の組みをそれぞれ抽出する。そして、最終的に、抽出した各組みから全体としての候補の組合せを選定する。
つまり、各候補の立ち上がり推測値を、受信波の受信時刻として、上述した三角測量の要領で障害物の三次元位置を特定し、上述した図8に示すような障害物位置テーブル300に追加して格納する。
なお、特定した障害物の位置がPBD11の近傍である場合に、センサECU130は、障害物検知信号をPBD用ECU140に供給するなどして、障害物への接触等を防止する。
この結果、最終的に障害物の位置を精度良く算出することができる。
例えば、上記の実施形態では、障害物位置テーブル300を使用して、候補となる障害物の位置を時系列に保持し、移動平均によって、エイリアスを除去した真の障害物の位置を求める場合について説明したが、図6(e)に示すような波形の候補の組合せ(立ち上がり推測値の組合せ)を時系列に保持するようにし、移動平均によって、真の組合せを求めた後に、障害物の位置を算出するようにしてもよい。
この場合も、時系列での移動平均により、不適切な立ち上がり推測値の組合せが除去されるため、最終的に障害物の位置を精度良く算出することができる。
11 PBD
111 送信部(送信手段)
121a〜121c 受信部(受信手段)
124a〜124c 検波部(検波手段、包絡線波取得手段)
127a〜127c AD入力部(サンプリング手段、包絡線波取得手段)
130 センサECU(推測手段、選定手段、位置算定手段、保持手段、位置特定手段)
Claims (6)
- バースト波の超音波を測定タイミング毎に送信する送信手段と、
前記送信手段により送信された超音波の反射波を異なる受信位置にてそれぞれ受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した各反射波を検波することにより、各受信位置における各反射波の包絡線波をそれぞれ取得する包絡線波取得手段と、
前記包絡線波取得手段が取得した各包絡線波の頂点時刻をそれぞれ特定すると共に、各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測する推測手段と、
前記推測手段が特定した各頂点時刻を用いて、各受信位置同士における各包絡線波の頂点時刻が所定の関係を満たす包絡線波の中から、受信位置毎に1つずつ選んだ包絡線波の組合せを複数選定する選定手段と、
前記選定手段が選定した包絡線波の組合せ毎に、前記推測手段により推測されている当該包絡線波の立ち上がり時刻に基づいた障害物の候補位置を算定する位置算定手段と、
前記位置算定手段により算定された候補位置を複数の測定回数分保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された候補位置を平均処理して、障害物の位置を特定する位置特定手段と、
を備える、ことを特徴とする障害物検出装置。 - 前記選定手段は、各受信位置同士における各包絡線波の頂点時刻の差分が所定値以内に収まっている包絡線波の組みをそれぞれ抽出し、抽出した各組みから受信位置全体としての包絡線波の組合せを選択する、ことを特徴とする請求項1に記載の障害物検出装置。
- 前記位置算定手段は、実際の障害物より多い数の候補位置を算定し、
前記位置特定手段は、時系列での移動平均によって、障害物の位置を特定する、ことを特徴とする請求項1に記載の障害物検出装置。 - 前記包絡線波取得手段は、前記受信手段が受信した各反射波をそれぞれ整流し、当該整流した各反射波形をそれぞれ積分することにより、各反射波の包絡線波をそれぞれ取得し、
前記推測手段は、前記包絡線波取得手段が取得した各包絡線波について、頂点の電圧値及び当該頂点前の所定範囲の電圧値から近似直線をそれぞれ求め、当該各近似直線から各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測するものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の障害物検出装置。 - バースト波の超音波を送信部から計測タイミング毎に送信し、当該超音波の反射波を異なる受信位置にてそれぞれ受信する障害物検出装置における位置特定方法であって、
各受信位置にて受信した各反射波を検波することにより、各受信位置における各反射波の包絡線波をそれぞれ取得する包絡線波取得ステップと、
前記包絡線波取得ステップにて取得した各包絡線波の頂点時刻をそれぞれ特定すると共に、各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測する推測ステップと、
前記推測ステップにて特定した各頂点時刻を用いて、各受信位置同士における各包絡線波の頂点時刻が所定の関係を満たす包絡線波の中から、受信位置毎に1つずつ選んだ包絡線波の組合せを複数選定する選定ステップと、
前記選定ステップにて選定した包絡線波の組合せ毎に、前記推測ステップにて推測されている当該包絡線波の立ち上がり時刻に基づいた障害物の候補位置を算定する位置算定ステップと、
前記位置算定ステップにて算定された候補位置をテーブルに格納し、複数の測定回数分の候補位置を保持させる格納ステップと、
前記テーブルに格納された候補位置を平均処理して、障害物の位置を特定する位置特定ステップと、
を備える、ことを特徴とする位置特定方法。 - 前記包絡線波取得ステップは、前記受信ステップにて受信した各反射波をそれぞれ整流し、当該整流した各反射波形をそれぞれ積分することにより、各反射波の包絡線波をそれぞれ取得し、
前記推測ステップは、前記包絡線波取得ステップにて取得した各包絡線波について、頂点の電圧値及び当該頂点前の所定範囲の電圧値から近似直線をそれぞれ求め、当該各近似直線から各包絡線波の立ち上がり時刻をそれぞれ推測するものであることを特徴とする請求項5に記載の位置特定方法。
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