JP6257573B2

JP6257573B2 - 超音波センサ装置

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Publication number: JP6257573B2
Application number: JP2015218076A
Authority: JP
Inventors: 雄一合田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: JP2017090136A

Description

この発明は、超音波によって障害物を検出する超音波センサ装置に関するものである。

従来から、超音波センサ装置は、車両などの移動体（以降では自車と呼ぶ）などに搭載され、自車周辺に位置する対象物の位置や相対速度を測定し、運転者の前方不注意などによる先行車への衝突を回避するための緊急自動ブレーキシステムや、自動車用の駐車支援システムなど、自車の安全性や快適性を向上するための車両用アプリケーションで活用されている。

超音波センサ装置では、超音波素子部からパルス状に超音波を照射し、障害物からの反射波を受信パルスとして観測することにより、障害物を検出し、障害物までの距離や相対速度などを測定している。しかしながら、このような方式の超音波センサ装置の場合、観測された受信パルスの中には、電磁ノイズ、風切り音ノイズ、雨滴ノイズ、タイヤでの水切りノイズ等の不要な受信パルスが含まれることが知られている。

このような不要な受信パルスが受信された場合、自車周辺に障害物が存在しないにもかかわらず、あたかも障害物が存在するかのように超音波センサ装置が検出結果を出力してしまう、すなわち、誤検知してしまう恐れがあり、誤検知した場合、例えば緊急自動ブレーキシステムの誤作動や、駐車支援システムでの誤警報が懸念される。
このような課題に対し、特許文献１では、受信パルスの時間幅を計測し、受信パルス時間幅が所定値以下、または所定値以上になった場合に、その受信パルスは不要な受信パルスとして除去する仕組みについて言及されている。

また、特許文献２では、雨滴がアスファルト舗装面に衝突する際に発生する超音波帯の信号が含まれていることを考慮し、降雨状態判定部で車両周辺が降雨状態であると判定された場合には、反射信号の受信ゲインを通常の受信ゲインより低いゲインに切り換え、また、連続して複数回反射信号を検知した場合に障害物の存在を判定し、前記降雨状態判定部で車両周辺が降雨状態であると判定された場合には、障害物の存在を判定するための反射信号の連続検知回数を増加するようにしている。なお、降雨状態の判定は、ワイパ動作状態を検知するワイパ動作検知部、または、雨滴の有無を検知する雨滴感知センサを用いる。

特開昭６２−２２０８８９号公報特開平１１−３０４９１１号公報

しかしながら、例えば車両を対象とした場合、対象物は立体的に広がりを持っており、図１０の車両の受信パルスの例Ｐ０１のように、対象物の受信パルス時間幅が広い場合もあれば、車両の受信パルスの例Ｐ０２のように、部分的には時間幅の狭いピークが密集する場合もある。一方、不要な受信パルスの中には、不要な受信パルスの例Ｐ０３のように受信パルス幅の狭い場合もあれば、不要な受信パルスの例Ｐ０４のように、受信パルス幅が広い場合もある。このため、受信パルス時間幅のみを指標とする場合、除去しきれない不要な受信パルスが発生したり、対象物の受信パルスを不要な受信パルスとして除去したりする恐れがあった。

一方、特許文献２では、特許文献１のような問題はないものの、雨滴を感知するための別のセンサが必要なため、システムコストが増大することに加え、雨滴以外の影響によって発生する不要な信号を除去できない問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、検知したい対象物を誤って不要な受信パルスとして除去する確率を低減し、かつ、不要な受信パルスを除去する確率を向上した超音波センサ装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る超音波センサ装置は、対象物に向けて送信信号を送信するとともに送信信号に対する対象物からの反射信号を受信する超音波センサ装置であって、対象物からの反射信号の受信パルスの傾きを検出する傾き算出部、傾き算出部で検出された受信パルスの傾きが所定の範囲内であるか否かを判別して対象物からの受信パルスと不要な受信パルスを弁別し、不要な受信パルスと判定された受信パルスを除去するようにした傾きによるノイズ弁別部、傾きによるノイズ弁別部により不要な受信パルスと判定されなかった受信パルスを入力として、受信パルスの時間幅を算出する時間幅算出部、および時間幅算出部で算出された受信パルスの時間幅が所定の範囲内であるか否かを判別して対象物からの反射信号とノイズを弁別し、ノイズと判定された受信パルスを除去する時間幅によるノイズ弁別部を備え、時間幅算出部は、所定の時間間隔内に複数の受信パルスが存在する場合、それらの受信パルスをグループ化し、グループ化した受信パルスの時間幅を、グループ化した先頭の受信パルスから、グループ化した最後の受信パルスまでの時間幅として算出するようにしたものである。

この発明によれば、対象物からの反射信号の受信パルスの傾きを検出するだけで、検知したい対象物を誤って不要な受信パルスとして除去する確率を低減でき、かつ、不要な受信パルスを除去する確率が向上できる。また、受信パルスの傾きと受信パルスの時間幅による弁別を併用することで、反射信号の受信パルスから不要な受信パルスを除去する確率が更に向上する。

対象物の受信パルスと不要な受信パルスの傾きと確率密度の関係の例を示すグラフの図である。この発明の実施の形態１に係る超音波センサ装置および周辺機器のブロック図である。この発明の実施の形態１に係る超音波センサ装置の送信波および受信パルスの例を示す概念図である。この発明の実施の形態１に係る超音波センサ装置の受信パルスの検知信号の例を示す概念図である。この発明の実施の形態１に係る超音波センサ装置の受信パルスの傾きの計算方法を説明するための概念図である。この発明の実施の形態２に係る超音波センサ装置および周辺機器のブロック図である。この発明の実施の形態２に係る超音波センサ装置の受信パルスの時間幅の計算方法を説明するための概念図である。対象物の受信パルスと不要な受信パルスが時間的に密集する場合の概念図である。この発明の実施の形態３に係る超音波センサ装置の受信パルスが所定のサンプル区間内に複数存在する場合の時間幅の計算方法を説明するための概念図である。対象物の受信パルスと不要な受信パルスの概念図である。

発明者らは、超音波センサ装置で受信される不要な受信パルスと、車両等の対象物からの受信パルスの傾きを調査し、対象物からの受信パルスの傾きの分布範囲と、不要な受信パルスの傾きの分布範囲が異なることを確認した。一例として、発明者らの調査によれば、図１に示すように、横軸を受信パルスの傾き、縦軸を傾きの確率密度とした場合、対象物からの受信パルスの傾きの確率密度Ｄ０１と、雨滴ノイズの傾きの確率密度Ｄ０２を比較すると、雨滴ノイズの傾きの方が大きい傾向があることを確認した。

受信パルスの傾きは超音波センサ装置を構成する回路や、傾きの計算方法によって異なるため、必ずしも対象物からの受信パルスの傾きより、雨滴ノイズの傾きの分布範囲の方が大きくなるとは限らないが、少なくとも、対象物からの受信パルスの傾きと、不要な受信パルスの傾きの分布範囲が異なっていれば、受信パルスの傾きが所定の範囲内の場合はノイズとして不要な受信パルスを除去し、受信パルスの傾きが所定の範囲外の場合は受信パルスを除去せずに残すことで、対象物からの受信パルスか否かを弁別することができ、検知したい対象物を誤ってノイズとして除去せずに、かつ、不要な受信パルスを除去することができるといえる。
なお、ここでは雨滴ノイズの分布範囲についてのみ言及したが、対象物からの受信パルスの傾きの分布範囲に入らないあらゆる不要な受信パルス、たとえば、電磁ノイズや他の超音波発生源から生じるノイズなどに対してこの発明は有効である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る超音波センサ装置を図２から図５に基づいて説明する。
図２はこの発明の実施の形態１に係る超音波センサ装置および周辺機器のブロック図である。なお、図中の矢印は信号の入出力の流れを示す。以降では、車両に超音波センサ装置を搭載する場合を例に説明するが、超音波センサ装置を車両に取り付ける場合に限らず、自動ドア開閉装置など他の装置にも適用が可能である。なお、超音波センサ装置を搭載した車両を、以降では自車と呼ぶ。

図２に示す通り、超音波センサ装置１０は、センサ制御部１０１、送信回路部１０２、超音波素子部１０３、受信回路部１０４、検知信号生成部１０５、ピーク検知部１０６、傾き算出部１０７、傾きによるノイズ弁別部１０８、測距処理部１０９、対象確定部１１０を備えている。これらは、超音波の送受信に関わるアナログ回路や専用ロジック回路、汎用のＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）内のプログラム、データ記憶回路（メモリ）などから構成される。この超音波センサ装置１０と通信を行う機器として、車両制御部１１が自車に搭載されている。

超音波センサ装置１０と車両制御部１１の間の通信は、例えば、ＣＡＮ（ＣｏｎｔｏｒｏｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）などの通信方式が適用される。このほかにも、自車の走行速度（自車速度）を測定するための走行速度センサや自車のヨーレート（自車の旋回方向への回転角の変化速度）を検出するヨーレートセンサ等のセンサ類が必要に応じて超音波センサ装置１０に接続される（図示せず）。

センサ制御部１０１は、汎用のＣＰＵ内のプログラムや専用ロジック回路などによって構成され、各部の処理のタイミングや処理順序などを管理する。以降では、図３を参照しながら各部の動作を説明する。
まず、センサ制御部１０１から送信回路部１０２に電気信号を出力し、電気信号を受信した送信回路部１０２は、所定の電圧・周波数・波形の電気信号に変換した超音波素子駆動用の電気信号を出力する。超音波素子駆動用の電気信号を入力された超音波素子部１０３は、電気信号を所定の音圧・周波数・波形の超音波に変換して、図３に示す通り、超音波の送信波として送信パルスＴＸＰ０１を空間へ放射する。

送信パルスＴＸＰ０１は対象物（図示せず）で反射して、図３に示す通り、超音波素子部１０３で、送信パルスＴＸＰ０１に対して遅延時間τ［ｓ］の遅れで超音波の受信パルスＰ１０として受信される。また、送信パルスＴＸＰ０１の送信タイミングとは無関係に、不要な受信パルスが存在する場合は、不要な受信パルスＰ１１も受信される。受信パルスＰ１０、受信パルスＰ１１は、超音波素子部１０３で所定の電圧の電気信号に変換されて受信回路部１０４に出力される。受信回路部１０４はバンドパスフィルタや増幅回路によって構成され、バンドパスフィルタで不要な周波数成分を抑圧し、また、所定の電圧の電気信号に増幅される。

なお、一般に、受信回路部１０４の構成によって、受信パルスの観測可能な振幅の上限が決定される。たとえば、受信回路部１０４の出力する電圧範囲が０Ｖ〜３Ｖの場合、中心の電圧を１．５Ｖとすると、観測可能な振幅の上限は１．５Ｖとなり、それ以上の振幅の信号が入力された場合は、上限３Ｖ、下限０Ｖでクリップされた波形として出力される。特に不要な受信パルスの場合は不要な受信パルスの発生源次第で、観測可能な上限を超える場合もあり、その場合は振幅の上下限がクリップされる。

受信回路部１０４が出力した所定の電圧の電気信号は検知信号生成部１０５で時間領域における離散的な検知信号に変換される。検知信号生成部１０５では、受信回路部１０４から出力された電気信号をＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって所定のサンプリング間隔で所定の時間だけサンプリングし、デジタル値に変換する。サンプリング間隔は放射する超音波の周波数に合わせて、サンプリング定理にもとづき適切に設定する。その後、公知の包絡線検波などの手法により、振幅に相当する信号を抽出する。この際、後段の処理に支障のない範囲で適当な間隔でサンプルを間引いても良い。ここでは検知信号をデジタル信号処理で生成する例で説明したが、受信回路部１０４が出力した所定の電圧の電気信号の振幅に相当する信号に変換して、後段のピーク検知部１０６の処理を実現できる方法であれば他の方法でも良い。たとえば、アナログ回路で包絡線検波の手法を実現し、その出力をＡＤＣによってサンプリングして検知信号を生成しても良い。

この結果、検知信号生成部１０５から出力される検知信号は、受信回路部１０４から出力された電気信号の振幅に相当する時間領域における離散的な信号となる。図３に示した対象物の受信パルスＰ１０および不要な受信パルスＰ１１に対応する検知信号の概念図を図４に示す。以降では、検知信号のサンプリング間隔をΔｔｄとする。すなわち、送信時刻を基準としてｋサンプル目の信号は、時刻（ｋ×Δｔｄ）の信号となる。

ピーク検知部１０６では、検知信号生成部１０５で生成された検知信号の中から、振幅が極大で、かつ、予め設定したピーク検知用しきい値より大きな成分の信号を抽出するなどの方法でピーク検知を行う。ピーク検知の方法は他の方法でも良く、たとえば、公知のＣＦＡＲ（ＣｏｎｓｔａｎｔＦａｌｓｅＡｌａｒｍＲａｔｅ）方式のように、入力信号の統計的性質から、ピーク検知用しきい値が入力信号に応じて可変となるように設定しても良いし、所定のしきい値を超えたサンプルら、所定のしきい値を下回るサンプルまでの間で最も高い部分をピークのサンプルとして抽出しても良い。

傾き算出部１０７では、ピーク検知部１０６で検知したすべてのピークに対し、ピークの傾きを算出する。具体的な算出方法の一例について図５を用いて説明する。図５に示す通り、ｍｐｋ番目のサンプルがピークとして検出され、その検出されたピークの振幅がＡｐｋであるとする。まず、ｍｐｋ番目のサンプルからマイナス方向に検知信号の振幅を探索し、ピークの半分の振幅Ａｐｋ／２を初めて下回るｍ０番目のサンプルを探索する。ここで、ｍ０番目のサンプルの振幅Ａ０が得られたものとする。次いで、ｍ１（＝ｍ０＋１）番目のサンプルの振幅Ａ１を得る。そして、ｍ０番目のサンプルからｍ１番目のサンプルへの振幅の変化量（Ａ１−Ａ０）を次式（１）のように振幅Ａｐｋで除算したものを傾きＬｋとして算出する。
Ｌｋ＝（Ａ１−Ａ０）÷Ａｐｋ・・（１）

これにより、ピークの振幅の大きさによらず、ピークの傾きの急峻さを表す指標を得ることができる。傾きの算出方法は必ずしも前記方法である必要はなく、ピークの立上り、または、立下りの傾きを計算できる方法であり、かつ、対象物の受信パルスの傾きと、不要な信号の受信パルスの傾きの分布範囲が異なるような傾きの計算方法であればどのような計算方法でも良い。例えば、前述の例では「Ａｐｋ／２」としたが、「Ａｐｋ／３」など、係数は他の値としても良いし、ｍ１＝ｍ０＋２のように、２サンプル以上離れた区間の振幅の変化量から傾きを計算したり、複数サンプル間の振幅の変化量を平均化したり、複数サンプル間の振幅の変化量のうち、最も大きい振幅の変化量をピークの振幅Ａｐｋで除算したものを傾きとしても良い。

傾きによるノイズ弁別部１０８では、傾き算出部１０７で計算した傾きが図１のＤ０２のように大きい場合の所定の範囲内の場合はピークを除去し、所定の範囲内でない場合はピークを除去しない。このように傾きによるノイズ弁別部１０８は、傾き算出部１０７で検出された受信パルスの傾きが所定の範囲内であるか否かを判別して、対象物からの受信パルスと不要な受信パルスを弁別し、不要な受信パルスと判定された受信パルスを除去するようにする。

測距処理部１０９では、傾きによるノイズ弁別部１０８で除去されなかった受信パルスのピークのサンプル番号から距離へ換算する。サンプル番号から距離への換算式は、相対距離をＲ［ｍ］、遅延時間をτ［ｓ］、サンプル番号をｋ、サンプリング間隔をΔｔｄ［ｓ］、音速をｃ［ｍ／ｓ］として下記の式（２）、式（３）で表される。
なお、ここではピークのサンプル番号ｋから相対距離Ｒ［ｍ］を算出する例を示したが、図４などから明らかな通り、受信パルスＰ１０の先頭は振幅が極大となるピークのサンプル番号より手前であるため、ピークの立ち上がりに相当するサンプルを推定し、そのサンプルから距離を算出する方がより正確な相対距離を算出することができる。
τ＝ｋ＊Δｔｄ（２）
Ｒ＝ｃτ／２（３）

より高精度な距離が求められる場合は、超音波センサ装置１０に対して外気温センサを接続し（図示せず）、外気温センサを介して得られる外気温を用いて音速ｃ［ｍ／ｓ］を算出してもよい。例えば、外気温をＴ_ｏｕｔ［℃］としたときの公知の近似式である下記の式（４）によって温度による音速の変化を補正して音速は算出される。外気温センサを接続していない場合は、代表的な温度（たとえば２５℃）で算出した音速で代用しても良い。また、湿度によっても音速は変化するため、湿度センサも搭載して、湿度も考慮した音速を算出するようにしても良いし、代表的な湿度（たとえば５０％）で算出した音速で代用しても良い。
ｃ＝３３１．５＋０．６１＊Ｔ_ｏｕｔ（４）

対象確定部１１０には、測距処理部１０９で測定された複数の対象物におけるそれぞれの相対距離が、複数の測定周期にわたって入力される。対象確定部１１０では、複数の測定周期にわたって入力された相対距離のうち、時系列で相関がある対象物の相対距離を同一の対象物として同定する。この同定を毎測定周期実施し、同一の対象物であると認識したものを必要な期間同定し続ける。

具体的には、以下の手順で同定を行う。対象確定部１１０では、今回測定周期における対象物の相対距離および過去の測定周期における対象物の相対距離に基づき、各々の対象物について次回周期に測定される相対距離を予測した予測相対距離を算出する。予測相対距離の算出方法としては、公知の追尾フィルタ処理などにより、相対距離の時間変化から相対速度を計算し、次の周期の相対距離を予測する方法が挙げられる。次回測定周期では、測距処理部１０９で測定された各々の対象物の相対距離と、予測相対距離を比較し、予測相対距離に最も近い対象物を同一の対象物であると判断する。同一の対象物であると判断されたものには、毎回の測定周期で同じ対象物番号を割り当てて同定し続ける。この同定を連続検知回数のしきい値以上連続して実施できた場合のみ、車両制御部１１に検出結果を出力する。

対象確定部１１０から出力される対象の距離情報は車両制御部１１に送られ、車両制御部１１は、距離情報に基づき車両用アプリケーションを作動させる。たとえば、駐車支援システムの場合は、所定の時間以内に自車が対象物に到達する距離に存在する場合に、警報を鳴らしたりする。
このように実施の形態１の発明は、対象物からの反射信号の受信パルスの傾きが所定の範囲内であるか否かを判別することで、対象物からの受信パルスと不要な受信パルスを弁別することができるので、検知したい対象物を誤って不要な受信パルスとして除去する確率を低減し、かつ、不要な受信パルスを除去する確率を向上することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る超音波センサ装置を図６から図８に基づいて説明する。
図１に示す通り、一部の不要な受信パルスは対象物からの受信パルスの傾きと類似している場合があるため、より確実にノイズを除去するためには、受信パルスの傾きによって不要な受信パルスを除去した後、さらに受信パルスの傾き以外の指標で不要な受信パルスを除去するのが望ましい。

実施の形態２の発明は、傾きによるノイズ弁別部１０８により不要な受信パルスと判定されなかった受信パルスを入力として、さらに別の手段で不要な受信パルスを除去するようにしたものである。
図６はこの発明の実施の形態２に係る超音波センサ装置および周辺機器のブロック図を示す。図６に示す超音波センサ装置は、傾きによるノイズ弁別部１０８と測距処理部１０９との間に、受信パルスの時間幅を算出する時間幅算出部１１１と時間幅によりノイズを弁別する時間幅によるノイズ弁別部１１２を追加して設けたものである。その他の構成は実施の形態１の図２と同じに付き、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。

時間幅算出部１１１は、傾きによるノイズ弁別部１０８で不要なピークが除去された後の受信パルスを入力する。即ち、時間幅算出部１１１は、傾きによるノイズ弁別部１０８で不要な受信パルスと判定されなかった受信パルスを入力し、その受信パルスのピークに対して時間幅を計算する。
時間幅の具体的な計算方法の一例を図７により説明する。図７に示す通り、ｍｐｋ番目のサンプルがピークとして検出され、その検出されたピークの振幅がＡｐｋであるとする。まず、ｍｐｋ番目のサンプルからマイナス方向に検知信号の振幅を探索し、ピークの振幅Ａｐｋ／２を初めて下回るサンプルをピーク先頭サンプルｋｓｔａｒｔとし、また、ｍｐｋ番目のサンプルからプラス方向に検知信号の振幅を探索し、ピークの振幅Ａｐｋ／２を初めて下回るサンプルをピーク終端サンプルｋｅｎｄとし、時間幅ｗを次式（５）で計算する。
ｗ＝（ｋｅｎｄ−ｋｓｔａｒｔ＋１）×Δｔｄ（５）

この計算により、ピークの振幅の極大値の大きさによらず、時間幅を安定して計算することができる。時間幅の計算方法は他の方法でも良く、前述の傾きの計算方法と同様、係数は他の値でも良い。また、例えば、時間幅は、所定のしきい値を超えたサンプルから、
所定のしきい値を下回るサンプルまでの間の時間としても良い。また、式（５）では、離散的な整数のサンプルｋｓｔａｒｔ、サンプルｋｅｎｄから時間幅ｗを計算したが、サンプルｋｓｔａｒｔと（ｋｓｔａｒｔ＋１）の間、および、サンプルｋｅｎｄとサンプル（ｋｅｎｄ−１）の間を線形補間して、振幅が（Ａｐｋ／２）となるサンプルを実数でより厳密に計算し、時間幅ｗをより厳密に計算しても良い。

いずれにしても、対象物の受信パルスの時間幅と、不要な受信パルスの時間幅の分布範囲が異なるような時間幅の計算方法であればどのような計算方法でも良い。なお、式（５）では１サンプルの時間Δｔｄを乗算したが、この発明では対象物の受信パルスの時間幅と不要な信号の時間幅の相対的な関係が分かれば良いため、必ずしもΔｔｄを乗算しなくても良い。また、式（５）では、時間幅を計算するためにｋｓｔａｒｔ番目のサンプルからｋｅｎｄ番目のサンプルまでの間隔を計算するために「＋１」を加算したが、この発明では対象物の受信パルスの時間幅と不要な信号の時間幅の相対的な関係が分かれば良いため、「＋１」は必ずしも必要ない。

時間幅によるノイズ弁別部１１２は、時間幅算出部１１１で算出された受信パルスの時間幅が所定の範囲内であるか否かを判別して対象物からの反射信号とノイズを弁別し、ノイズと判定された受信パルス（不要な受信パルス）を除去する。即ち、時間幅算出部１１１で算出された受信パルスの時間幅が予め決めた値より長いまたは短いなど所定の範囲外の場合は、ノイズとしてその受信パルスを除去し、所定の範囲内の場合は、その受信パルスを除去しない。
傾きによるノイズ弁別部１０８と時間幅によるノイズ弁別部１１２で除去されなかった受信パルスは測距処理部１０９に入力され、実施の形態１と同様に、測距処理部１０９は傾きおよび時間幅によるノイズ弁別部１０８、１１２で除去されなかった受信パルスのピークのサンプル番号から距離へ換算する。また、同様に、対象確定部１１０は、測距処理部１０９で測定された各々の対象物の相対距離と、予測相対距離を比較し、予測相対距離に最も近い対象物を同一の対象物であると判断する。

この発明における傾きによるノイズ弁別手段と時間幅によるノイズ弁別手段を組み合わせることによる効果を説明する。たとえば、図８に示すように傾きは小さいが受信パルス時間幅の小さい不要な受信パルスＰ０５と、傾きの大きい不要な受信パルスＰ０６、Ｐ０７と、対象物からの受信パルスＰ０８が時間的に密集して受信された場合、傾きによるノイズ弁別を行わずに、受信パルス時間幅のみでノイズを除去する場合では、不要な受信パルスと対象物の受信パルスがグループ化されてしまい、一塊の受信パルスと判定され、その結果、受信パルス時間幅が車両の受信パルスと同等の長さになってしまうと、不要な受信パルスと対象物の受信パルスを適切に分離できず、実際よりも近距離に物体を誤検知する恐れがある。

これに対し、この発明では、まず、傾きによるノイズ弁別部１０８により、不要な受信パルスＰ０６、Ｐ０７を除去する。次いで、時間幅によるノイズ弁別部１１２で不要な受信パルスの除去を行うが、受信パルスＰ０５と受信パルスＰ０８は、不要な受信パルスＰ０６、Ｐ０７が除去されたことで、時間的に離れた位置にある受信パルスとして分離できるので、時間幅によるノイズ弁別により、不要な受信パルスＰ０５のみを除去することができる。
以上のように、実施の形態２の発明では、不要な受信パルスと対象物の受信パルスが密集する場合であっても、不要な受信パルスのみを除去する確率を向上することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る超音波センサ装置を図９に基づいて説明する。対象物の受信パルスは、図１０の受信パルスの例Ｐ０２に示す通り、部分的には時間幅の狭いピークが密集する場合もある。そこで、実施の形態３の発明では、時間幅算出部１１１は、複数の受信パルスが所定の時間間隔内に存在する場合、それらの受信パルスをグループ化し、グループ化した受信パルスの時間幅を、グループ化した先頭の受信パルスから、グループ化した最後の受信パルスまでの時間幅として算出するようにしたものである。
また、グループ化時の時間幅の他の計算方法として、グループ化したすべての受信パルスの時間幅の和として算出しても良い。

時間幅算出部１１１において、グループ化した受信パルスの時間幅を、グループ化した先頭の受信パルスから、グループ化した最後の受信パルスまでの時間幅として算出する例について具体的な計算方法を図９を用いて説明する。
図９の例では、所定のサンプル区間に受信パルスのピークが３つあり、前述の計算方法によって、ピーク０１については、ピーク先頭サンプルｋｓｔａｒｔ０１、ピーク終端サンプルｋｅｎｄ０１、時間幅ｗ０１、ピーク０２については、ピーク先頭サンプルｋｓｔａｒｔ０２、ピーク終端サンプルｋｅｎｄ０２、時間幅ｗ０２、ピーク０３については、ピーク先頭サンプルｋｓｔａｒｔ０３、ピーク終端サンプルｋｅｎｄ０３、時間幅ｗ０３が計算されているものとする。

この例では、所定のサンプル区間に存在する１番目のピークのサンプルの先頭ｋｓｔａｒｔ０１から、所定のサンプル区間に存在する１番最後のサンプルのピーク終端サンプルｋｅｎｄ０３までを一塊として、グループ化後のピークの時間幅は
ｗ＝（ｋｅｎｄ０３−ｋｓｔａｒｔ０１）×Δｔｄ（６）
として計算する。これにより、車両のピークであるにもかかわらず、時間幅が狭いことで不要なピークとして除去されてしまうことを回避できる。

次に、グループ化時の時間幅の他の計算方法として、時間幅算出部１１１において、グループ化したすべての受信パルスの時間幅の和として算出する場合は、図９の例では、グループ化後のピークの時間幅は
ｗ＝ｗ０１＋ｗ０２＋ｗ０３（７）
として計算する。
時間幅によるノイズ弁別部１１２では、時間幅算出部１１１において算出した受信パルスの時間幅が所定の範囲内であるか否かを判別して対象物からの反射信号とノイズを弁別し、ノイズと判定された受信パルス（不要な受信パルス）を除去する。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る超音波センサ装置について説明する。
以上の発明では、対象物と同等の受信パルスの傾きを有した受信パルス、または対象物と同等の受信パルスの時間幅を要する不要な受信パルスが存在した場合、傾きによるノイズ弁別部１０８でも、時間幅によるノイズ弁別部１１２でも、その不要な受信パルスを除去できない可能性がある。

実施の形態４の発明は、これらを考慮して、図２または図６に示す対象確定部１１０は、傾きによるノイズ弁別部１０８により除去された不要な受信パルスの数、または、時間幅によるノイズ弁別部１１２により除去された不要な受信パルスの数、または、その両方の和を所定の観測周期にわたって加算して、所定の観測周期内に除去された不要な受信パルス数を除去済受信パルス数として記憶し、前記所定期間内の除去済受信パルス数が多いほど障害物の存在を判定するための連続検知回数のしきい値を高くするようにしたものである。

ここで連続検知回数とは、連続した観測周期にわたって所定の距離範囲に受信パルスを検知した回数を指す。また、以降では、傾きによるノイズ弁別部１０８でも、時間幅によるノイズ弁別部１１２でも除去しきれなかった不要な受信パルスを、残存不要受信パルスと呼ぶ。
一般に、１回の受信パルスの検知のみで対象として確定してしまう場合と比較して、連続した観測周期にわたって所定の距離範囲に検知した場合のみ対象として確定する方が、不要な受信パルスを対象として確定する確率を低減できる。このため、連続検知回数のしきい値は高ければ高いほど、不要な受信パルスを対象として確定させる確率を低減できる。

一方で、連続検知回数のしきい値を高くすればするほど、対象を確定させるまでに時間を要してしまうため、超音波センサ装置の測距結果を使用する後段のアプリケーションが、緊急自動ブレーキシステムのようなリアルタイム性を要求するようなアプリケーションの場合、常に連続検知回数のしきい値を高くすることは望ましくなく、この発明の場合では、残存不要受信パルスの数が多い場合にのみ、連続検知回数のしきい値を高くすることが望ましい。

しかしながら、残存不要受信パルスは直接観測することはできない。そこでこの発明では、残存不要受信パルスはすべての不要な受信パルスの中に一定の割合で存在すると考えられることから、この発明で観測可能な除去済受信パルス数が多いほど、除去しきれなかった残存不要受信パルス数も多いという点に着目し、除去済受信パルス数が多いほど連続検知回数のしきい値を高くすることとした。これにより、特許文献２のように雨滴を感知するための別のセンサが無くても、残存不要受信パルス数が多い場合も、対象として確定する確率を低減できる。また、残存不要受信パルス数が少ない場合には、対象をより早期に確定することができる。

残存不要受信パルスの割合の計算方法について具体的に説明する。例えば、傾きによるノイズ弁別部１０８により、８０［％］の不要な受信パルスを除去でき、さらに、時間幅によるノイズ弁別部１１２により、７０［％］の不要な受信パルスを除去できるようなパラメータ設定にした場合、残存する不要な受信パルスの割合Ｘ［％］は、次式（８）で表される。
Ｘ＝（１−０．８）×（１−０．７）×１００＝６［％］（８）

これは、傾きによるノイズ弁別部１０８により、１０周期の間に合計で８０個の不要な信号を除去できて、かつ、時間幅によるノイズ弁別部１１２により、１４個の不要な信号を除去できたと仮定すると、１０周期の間に合計９４個の不要な信号を除去できたこととなり、除去できなかった不要な信号が１０周期の間に確率的にはあと６個存在していた可能性があることを意味する。このことは、傾きによるノイズ弁別部１０８および時間幅によるノイズ弁別部１１２によって除去されたノイズの数によって、残存不要受信パルスの数が予測できることを意味し、傾きによるノイズ弁別部１０８および時間幅によるノイズ弁別部１１２によって除去されたノイズの数が多いほど、連続検知回数を増加させることで、不要な受信パルスによって対象が確定される確率を低減することが可能となる。

以上に説明した各実施の形態の構成、動作に限定されることはなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、この発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
例えば、対象確定部１１０は、超音波センサ装置１０内に設けられるものに限らず、車両制御部１１側にあるものでもよい。また、超音波センサ装置１０の送信回路部１０２、超音波素子部１０３、受信回路部１０４は必ずしも超音波センサ装置１０と一体である必要は無く、超音波の送受信を行う送信回路部１０２、超音波素子部１０３、受信回路部１０４と、受信した信号の信号処理を行うそれ以外の部分を超音波センサＥＣＵ部として、２つの構成要素に分離しても良い。

１０：超音波センサ装置、１１：車両制御部、１０１：センサ制御部、
１０２：送信回路部、１０３：超音波素子部、１０４：受信回路部、
１０５：検知信号生成部、１０６：ピーク検知部、１０７：傾き算出部、
１０８：傾きによるノイズ弁別部、１０９：測距処理部、１１０：対象確定部、
１１１：時間幅算出部、１１２：時間幅によるノイズ弁別部

Claims

対象物に向けて送信信号を送信するとともに前記送信信号に対する対象物からの反射信号を受信する超音波センサ装置であって、
前記対象物からの反射信号の受信パルスの傾きを検出する傾き算出部、前記傾き算出部で検出された受信パルスの傾きが所定の範囲内であるか否かを判別して前記対象物からの受信パルスと不要な受信パルスを弁別し、前記不要な受信パルスと判定された受信パルスを除去するようにした傾きによるノイズ弁別部、前記傾きによるノイズ弁別部により不要な受信パルスと判定されなかった受信パルスを入力として、前記受信パルスの時間幅を算出する時間幅算出部、および前記時間幅算出部で算出された受信パルスの時間幅が所定の範囲内であるか否かを判別して前記対象物からの反射信号とノイズを弁別し、前記ノイズと判定された受信パルスを除去する時間幅によるノイズ弁別部を備え、
前記時間幅算出部は、所定の時間間隔内に複数の受信パルスが存在する場合、それらの受信パルスをグループ化し、前記グループ化した受信パルスの時間幅を、グループ化した先頭の受信パルスから、グループ化した最後の受信パルスまでの時間幅として算出することを特徴とする超音波センサ装置。
対象物に向けて送信信号を送信するとともに前記送信信号に対する対象物からの反射信号を受信する超音波センサ装置であって、
前記対象物からの反射信号の受信パルスの傾きを検出する傾き算出部、前記傾き算出部で検出された受信パルスの傾きが所定の範囲内であるか否かを判別して前記対象物からの受信パルスと不要な受信パルスを弁別し、前記不要な受信パルスと判定された受信パルスを除去するようにした傾きによるノイズ弁別部、前記傾きによるノイズ弁別部により不要な受信パルスと判定されなかった受信パルスを入力として、前記受信パルスの時間幅を算出する時間幅算出部、および前記時間幅算出部で算出された受信パルスの時間幅が所定の範囲内であるか否かを判別して前記対象物からの反射信号とノイズを弁別し、前記ノイズと判定された受信パルスを除去する時間幅によるノイズ弁別部を備え、
前記時間幅算出部は、所定の時間間隔内に複数の受信パルスが存在する場合、それらの受信パルスをグループ化し、前記グループ化した受信パルスの時間幅を、グループ化したすべての受信パルスの時間幅の和として算出することを特徴とする超音波センサ装置。
前記傾きによるノイズ弁別部または時間幅によるノイズ弁別部からの出力により前記対象物を確定する対象確定部を備え、前記対象確定部は、前記傾きによるノイズ弁別部により除去された不要な受信パルスの数、または前記時間幅によるノイズ弁別部により除去された不要な受信パルスの数、またはその両方の和を所定の観測周期にわたって加算して、前記所定の観測周期内に除去された不要な受信パルス数を除去済受信パルス数として記憶し、前記所定の観測周期内の除去済受信パルス数が多いほど障害物の存在を判定するための連続検知回数のしきい値を高くするようにした請求項１または請求項２に記載の超音波センサ装置。