JP6811914B2 - 障害物検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両周辺の障害物を検知する障害物検知装置に関するものである。

特許文献１に係る歩行支援装置は、周波数の異なる２つの信号を送信し、その反射信号から得られた２つのドップラ信号の位相差を用いて、障害物までの距離を検出する。また、上記歩行支援装置は、上記２つのドップラ信号のいずれかを用いて、ドップラ周波数から障害物の相対速度を検出する。

特開２０１８−４７０７１号公報

従来の障害物検知装置は以上のように構成されているので、ドップラ周波数を解析する機能が必要となり、演算負荷が大きくなる、及び装置コストが高くなるという課題があった。

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、周波数解析を実施することなく、簡易な構成で、障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定することを目的とする。

この発明に係る障害物検知装置は、車両に設けられた超音波センサの共振周波数をまたぐ２つの異なる周波数の探査波、又は共振周波数と同じ周波数を含む２つの異なる周波数の探査波を、超音波センサから送信させる探査波送信部と、探査波送信部が超音波センサから送信させる探査波の２つの異なる周波数を制御する探査波制御部と、探査波が障害物で反射して超音波センサにより受信された反射波を受信信号に変換する反射波受信部と、２つの異なる周波数の探査波に対応する２つの受信信号の各受信強度を算出する反射波解析部と、反射波解析部により算出された受信強度の比に基づいて、障害物が車両に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定する動態判定部とを備えるものである。

この発明によれば、周波数解析を実施することなく、簡易な構成で、障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定することができる。

実施の形態１に係る障害物検知装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１における探査波の周波数スペクトルと超音波センサの周波数特性とを示すグラフである。 実施の形態１における受信信号の周波数スペクトルと超音波センサの周波数特性とを示すグラフであり、図３Ａは障害物が自車に対して相対的に静止している例、図３Ｂは障害物が自車に対して相対的に接近している例、図３Ｃは障害物が自車に対して相対的に離反している例である。 実施の形態１の動態判定部による判定処理を説明するグラフである。 実施の形態１に係る障害物検知装置の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る障害物検知装置の構成例を示すブロック図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、実施の形態２における低周波数側の探査波の周波数スペクトルと超音波センサの周波数特性とを示すグラフである。 図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態２における高周波数側の探査波の周波数スペクトルと超音波センサの周波数特性とを示すグラフである。 実施の形態３に係る障害物検知装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態３における超音波センサの車両取付例を示し、図１０Ａは側面図、図１０Ｂは平面図である。 図１１Ａは、実施の形態３における探査波の周波数スペクトルと超音波センサの周波数特性とを示すグラフである。図１１Ｂは、実施の形態３における探査波の伝搬経路を説明する図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、実施の形態３において障害物が自車に対して相対的に静止している場合の受信信号を説明するグラフである。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施の形態３において障害物が自車に対して相対的に接近している場合の受信信号を説明するグラフである。 各実施の形態に係る障害物検知装置のハードウェア構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る障害物検知装置１の構成例を示すブロック図である。車両には、障害物検知装置１、及び１個以上の超音波センサ２が搭載されている。障害物検知装置１には、超音波センサ２が接続されている。

障害物検知装置１は、探査波制御部１１、探査波送信部１２、反射波受信部１３、反射波解析部１４、及び動態判定部１５を備える。動態判定部１５は、同一物体判定部１６を有する。

探査波制御部１１は、探査波の送信タイミング及び送信方法を、探査波送信部１２へ指示する。また、探査波制御部１１は、探査波の周波数を制御する。

探査波送信部１２は、探査波制御部１１から指示された送信タイミング及び送信方法に従って、探査波制御部１１により制御される周波数の探査信号を生成し、超音波センサ２へ出力する。

超音波センサ２は、探査波送信部１２からの探査信号を、探査波として空間へ送信する。超音波センサ２が送信した探査波は、車両周辺の障害物で反射し、反射波として超音波センサ２により受信される。

図２は、実施の形態１における探査波２１，２２の周波数スペクトルと超音波センサ２の周波数特性とを示すグラフである。グラフの横軸は探査波の周波数、縦軸は探査波の送信強度である。図２の例では、探査波送信部１２が、超音波センサ２の共振周波数ｆ０より低い周波数ｆ１をもつ探査波２１と、共振周波数ｆ０より高い周波数ｆ２をもつ探査波２２とを生成する。図２に示されるように、超音波センサ２から送信される探査波２１の周波数ｆ１と探査波２２の周波数ｆ２とは、超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して線対称である。また、図２に曲線で示された超音波センサ２の周波数特性は、共振周波数ｆ０に対して線対称である。そのため、探査波２１と探査波２２とは、同じ強度で空間へ送信される。

ここで、探査波の送信方法について説明する。
送信方法は、時分割送信方法、周波数多重送信方法、又は変調信号送信方法がある。探査波制御部１１は、これらの送信方法のうちの１つを選択して探査波送信部１２に指示する。時分割送信方法は、探査波２１と探査波２２とを切り替えながら超音波センサ２から送信するものである。周波数多重送信方法は、探査波２１と探査波２２とを合成して超音波センサ２から同時に送信するものである。変調信号送信方法は、チャープ変調若しくはＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調等の周波数変調、又はＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調等の位相変調により広帯域化した信号を探査波として超音波センサ２から送信するものである。

反射波受信部１３は、超音波センサ２により受信された反射波を受信信号に変換し、変換した受信信号を反射波解析部１４へ出力する。

反射波解析部１４は、反射波受信部１３からの受信信号のうち、周波数ｆ１をもつ探査波２１に対応する受信信号成分（以下、「受信信号３１」と称する）の受信強度と、周波数ｆ２をもつ探査波２２に対応する受信信号成分（以下、「受信信号３２」と称する）の受信強度とを算出する。

探査波の送信方法が時分割送信方法である場合、反射波解析部１４は、超音波センサ２が探査波２１を送信したときの受信信号を受信信号３１とみなしてその受信強度を算出し、超音波センサ２が探査波２２を送信したときの受信信号を受信信号３２とみなしてその受信強度を算出する。

探査波の送信方法が周波数多重送信方法又は変調信号送信方法である場合、反射波解析部１４は、共振周波数ｆ０より低い周波数帯域が通過するフィルタを用いて、受信信号から受信信号３１を分離する。また、反射波解析部１４は、共振周波数ｆ０より高い周波数帯域が通過するフィルタを用いて、受信信号から受信信号３２を分離する。そして、反射波解析部１４は、分離後の受信信号３１の受信強度と、分離後の受信信号３２の受信強度を算出する。
なお、共振周波数ｆ０より低い周波数帯域が通過するフィルタは、周波数ｆ１が通過するのはもちろんのこと、周波数ｆ１が高周波数側又は低周波数側にドップラシフトした周波数も通過するように設計される。同様に、共振周波数ｆ０より高い周波数帯域が通過するフィルタは、周波数ｆ２が通過するのはもちろんのこと、周波数ｆ２が高周波数側又は低周波数側にドップラシフトした周波数も通過するように設計される。

また、反射波解析部１４は、受信信号３１を用いて、超音波センサ２が探査波を送信してから反射波を受信するまでの伝搬遅延時間ΔＴを算出する。そして、反射波解析部１４は、探査波の伝搬速度Ｖと伝搬遅延時間ΔＴとを用いて、式（１）を計算し、超音波センサ２から障害物までの距離Ｌを求める。同様に、反射波解析部１４は、受信信号３２を用いて式（１）を計算し、障害物までの距離Ｌを求める。そして、反射波解析部１４は、受信信号３１の受信強度、受信信号３２の受信強度、及び障害物までの距離を、動態判定部１５へ出力する。
Ｌ＝（Ｖ×ΔＴ）／２ （１）

同一物体判定部１６は、受信信号３１と受信信号３２とが同一の障害物で反射したものであるか否かを判定する。

探査波の送信方法が時分割送信方法である場合、同一物体判定部１６は、反射波解析部１４が受信信号３１を用いて算出した障害物までの距離と、受信信号３１を受信した時点から受信信号３２を受信した時点までの自車の移動距離とを用いて、受信信号３２を受信した時点で障害物が存在するであろう距離範囲を予測する。そして、同一物体判定部１６は、反射波解析部１４が受信信号３２を用いて算出した障害物までの距離が、予測した距離範囲内にある場合、受信信号３１と受信信号３２とが同一の障害物で反射したものであると判定する。

探査波の送信方法が周波数多重送信方法又は変調信号送信方法である場合、同一物体判定部１６は、反射波解析部１４が受信信号３１を用いて算出した障害物までの距離と、反射波解析部１４が受信信号３２を用いて算出した障害物までの距離とを比較する、そして、同一物体判定部１６は、両者が同一である場合、受信信号３１と受信信号３２とが同一の障害物で反射したものであると判定する。

動態判定部１５は、同一物体判定部１６により同一の障害物で反射したと判定された受信信号３１と受信信号３２との受信強度比を算出する。そして、動態判定部１５は、受信強度比と、予め定められた２つ以上の閾値とを比較することにより、障害物の動態、すなわち障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定する。

図３は、実施の形態１における受信信号３１，３２の周波数スペクトルと超音波センサ２の周波数特性とを示すグラフであり、図３Ａは障害物が自車に対して相対的に静止している例、図３Ｂは障害物が自車に対して相対的に接近している例、図３Ｃは障害物が自車に対して相対的に離反している例である。各グラフの横軸は周波数、縦軸は受信信号の受信強度である。ここでは、図２に示される周波数ｆ１をもつ探査波２１と、周波数ｆ２をもつ探査波２２とが超音波センサ２から送信されたものとする。

超音波センサ２が反射波を受信する際に、超音波センサ２の周波数特性自身がバンドパスフィルタとして動作する。そのため、図３Ａのように、自車に対して相対的に静止している障害物、すなわち相対速度がゼロの障害物で反射した反射波は、ドップラシフトが生じていないので、探査波２１に対応する受信信号３１の受信強度と、探査波２２に対応する受信信号３２の受信強度とは、ほぼ同一となる。

障害物が自車に対して相対的に接近している場合、この障害物で反射した反射波の周波数は、ドップラシフトにより周波数シフト量ｆｄだけ高周波数側へシフトする。このため、周波数ｆ１＋ｆｄをもつ反射波の超音波センサ２の通過損失は、周波数ｆ２＋ｆｄをもつ反射波の超音波センサ２の通過損失と比較して小さくなる。したがって、図３Ｂのように、探査波２１に対応する受信信号３１の受信強度は、探査波２２に対応する受信信号３２の受信強度と比較して大きくなる。

障害物が自車に対して相対的に離反している場合、この障害物で反射した反射波の周波数は、ドップラシフトにより周波数シフト量ｆｄだけ低周波数側へシフトする。このため、周波数ｆ２＋ｆｄをもつ反射波の超音波センサ２の通過損失は、周波数ｆ１＋ｆｄをもつ反射波の超音波センサ２の通過損失と比較して小さくなる。したがって、図３Ｃのように、探査波２２に対応する受信信号３２の受信強度は、探査波２１に対応する受信信号３１の受信強度と比較して大きくなる。

このように、反射波のドップラシフトは、超音波センサ２自身の周波数特性を利用することにより、受信信号の受信強度の変化として検知可能である。

図４は、実施の形態１の動態判定部１５による判定処理を説明するグラフである。グラフの横軸は自車と障害物の相対速度であり、縦軸は受信強度比Ｐである。ここでの受信強度比Ｐは、受信信号３２の受信強度に対する受信信号３１の受信強度の比、すなわち（受信信号３１の受信強度）／（受信信号３２の受信強度）である。動態判定部１５は、２つの閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２と受信強度比Ｐとの比較により、障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定する。具体的には、図４の例において、動態判定部１５は、Ｔｈ１＜Ｐ＜Ｔｈ２である場合に障害物が自車に対して相対的に静止していると判定する。また、動態判定部１５は、Ｔｈ２≦Ｐである場合に障害物が自車に対して相対的に接近していると判定する。また、動態判定部１５は、Ｔｈ１≧Ｐである場合に障害物が自車に対して相対的に離反していると判定する。

さらに、動態判定部１５は、閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２に加えて閾値Ｔｈ３，Ｔｈ４を用いて、接近する障害物がゆっくり接近するのか急接近するのか、及び離反する障害物がゆっくり離反するのか急離反するのかを判定してもよい。具体的には、図４の例において、動態判定部１５は、Ｔｈ３≦Ｐである場合に障害物が自車に対して相対的に急接近していると判定し、Ｔｈ２≦Ｐ＜Ｔｈ３である場合にゆっくり接近していると判定する。また、動態判定部１５は、Ｔｈ４≧Ｐである場合に障害物が自車に対して相対的に急離反していると判定し、Ｔｈ４＜Ｐ≦Ｔｈ１である場合にゆっくり離反していると判定する。

図５は、実施の形態１に係る障害物検知装置１の動作例を示すフローチャートである。障害物検知装置１は、図５のフローチャートに示される動作を繰り返す。
探査波送信部１２は、探査波制御部１１から指示された送信タイミングで周波数ｆ１，ｆ２をもつ探査波２１，２２を超音波センサ２から送信させる（ステップＳＴ１）。反射波受信部１３は、超音波センサ２が反射波を受信した場合（ステップＳＴ２“ＹＥＳ”）、反射波を受信信号に変換して反射波解析部１４へ出力する。反射波解析部１４は、探査波２１，２２に対応する受信信号３１，３２の各受信強度を算出すると共に、受信信号３１，３２を用いて障害物までの距離を算出する（ステップＳＴ３）。同一物体判定部１６は、障害物までの距離を用いて、受信信号３１，３２が同一の障害物で反射したものであるか否かを判定する（ステップＳＴ４）。動態判定部１５は、受信信号３１，３２が同一の障害物で反射したものである場合（ステップＳＴ４“ＹＥＳ”）、受信信号３１，３２の受信強度比と２つ以上の閾値とを比較することにより、障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定する（ステップＳＴ５）。
なお、超音波センサ２が反射波を受信しなかった場合（ステップＳＴ２“ＮＯ”）、又は、受信信号３１，３２が同一の障害物で反射したものでなかった場合（ステップＳＴ４“ＮＯ”）、処理は、ステップＳＴ１へ戻る。

以上のように、実施の形態１に係る障害物検知装置１は、探査波送信部１２と、探査波制御部１１と、反射波受信部１３と、反射波解析部１４と、動態判定部１５とを備える。探査波送信部１２は、車両に設けられた超音波センサ２の共振周波数ｆ０をまたぐ２つの異なる周波数ｆ１，ｆ２の探査波２１，２２を、超音波センサ２から送信させる。探査波制御部１１は、探査波送信部１２が超音波センサ２から送信させる探査波２１，２２の周波数ｆ１，ｆ２を制御する。反射波受信部１３は、探査波２１，２２が障害物で反射して超音波センサ２により受信された反射波を受信信号に変換する。反射波解析部１４は、探査波２１，２２に対応する受信信号３１，３２の各受信強度を算出する。動態判定部１５は、反射波解析部１４により算出された受信強度の比に基づいて、障害物が車両に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定する。この構成により、障害物検知装置１は、従来のような周波数解析を実施することなく、簡易な構成で、障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定することができる。また、障害物検知装置１は、探査波の送受信を繰り返して障害物の相対速度を判定するのではなく、より少ない探査回数で障害物の相対速度を判定することができるので、車両制御装置が車両を自動制御する際の距離余裕を長くすることができる。

また、実施の形態１では、探査波２１の周波数ｆ１と探査波２２の周波数ｆ２とが、超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して線対称である。これにより、動態判定部１５は、図４に示されるように、プラス側の相対速度とマイナス側の相対速度の両方を判定できるので、接近と離反の両方を判定できる。

また、実施の形態１の探査波送信部１２は、２つの異なる周波数ｆ１，ｆ２の探査波２１，２２を合成し、超音波センサ２から同時に送信させてもよい。周波数多重送信方法の場合、時分割送信方法の場合に比べ、より短時間で障害物の動態を判定できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、周波数ｆ１と周波数ｆ２とが、超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して線対称である例を説明した。実施の形態２では、周波数ｆ１と周波数ｆ２とが、超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して非線対称である例を説明する。

図６は、実施の形態２に係る障害物検知装置１の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る障害物検知装置１は、図１に示された実施の形態１の障害物検知装置１における探査波制御部１１、探査波送信部１２、及び動態判定部１５に代えて、探査波制御部１１ａ、探査波送信部１２ａ、及び動態判定部１５ａを備える構成である。なお、図６において図１と同一又は相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

図７Ａ及び図７Ｂは、実施の形態２における低周波数側の探査波２１，２２の周波数スペクトルと超音波センサ２の周波数特性とを示すグラフである。
障害物が自車に対して相対的に静止又は接近のいずれであるかを判定したい場合、探査波制御部１１ａは、自車と障害物との接近速度をより高速度域まで判定できるような周波数ｆ１，ｆ２を設定して探査波送信部１２ａへ指示する。この場合、探査波制御部１１ａは、共振周波数ｆ０をまたぐ２つの周波数ｆ１，ｆ２を、図２に示された周波数ｆ１，ｆ２よりも低周波数側にシフトさせ、図７Ａに示される値に設定する。または、探査波制御部１１ａは、図７Ｂに示されるように、周波数ｆ１を超音波センサ２の共振周波数ｆ０より低く設定し、周波数ｆ２を超音波センサ２の共振周波数ｆ０に設定してもよい。周波数ｆ１，ｆ２が図７Ａ及び図７Ｂのように設定された場合、自車と障害物との接近速度が速くなりドップラ効果による周波数シフト量ｆｄが大きくなっても、反射波の周波数ｆ２＋ｆｄ，ｆ２＋ｆｄが超音波センサ２の受信周波数帯域内に収まるため、超音波センサ２での受信が可能である。

図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態２における高周波数側の探査波２１，２２の周波数スペクトルと超音波センサ２の周波数特性とを示すグラフである。
障害物が自車に対して相対的に静止又は離反のいずれであるかを判定したい場合、探査波制御部１１ａは、自車と障害物との離反速度をより高速度域まで判定できるような周波数ｆ１，ｆ２を設定して探査波送信部１２ａへ指示する。この場合、探査波制御部１１ａは、共振周波数ｆ０をまたぐ２つの周波数ｆ１，ｆ２を、図２に示された周波数ｆ１，ｆ２よりも高周波数側にシフトさせ、図８Ａに示される値に設定する。または、探査波制御部１１ａは、図８Ｂに示されるように、周波数ｆ１を超音波センサ２の共振周波数ｆ０に設定し、周波数ｆ２を超音波センサ２の共振周波数ｆ０より高く設定してもよい。周波数ｆ１，ｆ２が図８Ａ及び図８Ｂのように設定された場合、自車と障害物との離反速度が速くなりドップラ効果による周波数シフト量ｆｄが大きくなっても、反射波の周波数ｆ１−ｆｄ，ｆ２−ｆｄが超音波センサ２の受信周波数帯域内に収まるため、超音波センサ２での受信が可能である。

図２で示されるように、周波数ｆ１，ｆ２が共振周波数ｆ０に対して線対称である場合、探査波２１の送信強度と探査波２２の送信強度とが同じである。そのため、図３に示されるように、障害物が自車に対して相対的に静止している場合に受信信号３１と受信信号３２の受信強度比が「１」になる。これに対し、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、及び図８Ｂに示されるように、周波数ｆ１，ｆ２が共振周波数ｆ０に対して非線対称である場合、探査波２１の送信強度と探査波２２の送信強度とが異なる。そのため、障害物が自車に対して相対的に静止している場合に受信信号３１と受信信号３２の受信強度比が「１」にならない。したがって、受信強度比と閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４との比較により、障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを正しく判定できない。

そこで、周波数ｆ１，ｆ２が共振周波数ｆ０に対して非線対称である場合、探査波制御部１１ａは、探査波２１，２２の送信強度を同じにするように探査波送信部１２ａに指示する。この指示を受けた探査波送信部１２ａは、超音波センサ２から送信させる探査波２１の送信強度と探査波２２の送信強度とが同じになるように、探査波２１の送信強度又は探査波２２の送信強度の少なくとも一方を補正する。例えば、図７Ｂのように探査波２１の送信強度と探査波２２の送信強度との比が「１：２」である場合、探査波制御部１１ａは、探査波２１の送信強度を２倍に補正するように探査波送信部１２ａに指示する。

または、探査波制御部１１ａは、探査波２１と探査波２２の送信強度比に応じて、受信信号３１の受信強度又は受信信号３２の受信強度の少なくとも一方を補正するように動態判定部１５ａに指示する。この指示を受けた動態判定部１５ａは、受信信号３１の受信強度又は受信信号３２の受信強度の少なくとも一方を補正する。例えば、図７Ｂのように探査波２１の送信強度と探査波２２の送信強度との比が「１：２」である場合、探査波制御部１１ａは、受信信号３１の受信強度を２倍に補正するように動態判定部１５ａに指示する。

なお、超音波センサ２を駆動する回路（例えば、後述する図１４の送受信アナログ回路１０１）の特性、又は超音波センサ２のQ値等に起因して超音波センサ２の周波数特性が共振周波数ｆ０に対して非線対称である場合、周波数ｆ１，ｆ２が共振周波数ｆ０に対して線対称であったとしても、探査波２１の送信強度と探査波２２の送信強度が異なる。この場合には、上記同様、探査波送信部１２ａが、探査波２１の送信強度又は探査波２２の送信強度の少なくとも一方を補正すればよい。または、動態判定部１５ａが、受信信号３１の受信強度又は受信信号３２の受信強度の少なくとも一方を補正してもよい。

以上のように、実施の形態２の探査波送信部１２ａは、図７Ｂのように、車両に設けられた超音波センサ２の共振周波数ｆ０と同じ周波数ｆ２を含む２つの異なる周波数ｆ１，ｆ２の探査波２１，２２を、超音波センサ２から送信させる。この構成により、障害物検知装置１は、車両と障害物との接近速度をより高速度域まで判定することができる。また、実施の形態２の探査波送信部１２ａは、図８Ｂのように、車両に設けられた超音波センサ２の共振周波数ｆ０と同じ周波数ｆ１を含む２つの異なる周波数ｆ１，ｆ２の探査波２１，２２を、超音波センサ２から送信させてもよい。この構成により、障害物検知装置１は、自車と障害物との離反速度をより高速度域まで判定することができる。

また、実施の形態２では、図７Ａのように、探査波２１の周波数ｆ１と探査波２２の周波数ｆ２とが、超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して低周波数側にシフトしていてもよい。この構成により、障害物検知装置１は、自車と障害物との接近速度をより高速度域まで判定することができる。

また、実施の形態２では、図８Ａのように、探査波２１の周波数ｆ１と探査波２２の周波数ｆ２とが、超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して高周波数側にシフトしていてもよい。この構成により、障害物検知装置１は、自車と障害物との離反速度をより高速度域まで判定することができる。

また、実施の形態２では、探査波送信部１２ａが探査波２１，２２の送信強度を補正する、又は動態判定部１５ａが受信信号３１，３２の受信強度を補正する。この構成により、障害物検知装置１は、探査波２１の周波数ｆ１と探査波２２の周波数ｆ２とが超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して非線対称である場合にも、障害物が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを精度よく判定することができる。

なお、実施の形態２では、探査波送信部１２ａが探査波２１，２２の送信強度を補正する、又は動態判定部１５ａが受信信号３１，３２の受信強度を補正する構成であったが、動態判定部１５ａが探査波２１と探査波２２との送信強度比に基づいて閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を補正する構成であってもよい。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、１個の超音波センサ２を用いて例を説明した。実施の形態３では、複数の超音波センサ２を連携させて受信した直接波と間接波を用いて、障害物の動態を判定する。

ここで、直接波とは、探査波を送信した超音波センサで、その探査波が障害物で反射した反射波を受信する伝搬経路の波のことである。
間接波とは、探査波を送信した超音波センサ以外の異なる超音波センサで、その探査波が障害物で反射した反射波を受信する伝搬経路の波のことである。

図９は、実施の形態３に係る障害物検知装置１の構成例を示すブロック図である。実施の形態３に係る障害物検知装置１は、図１に示された実施の形態１の障害物検知装置１における動態判定部１５に代えて、動態判定部１５ｂを備える構成である。また、超音波センサ２は、Ｎ個（Ｎは２以上の任意の整数）の超音波センサ２−１〜２−Ｎにより構成される。なお、図９において図１と同一又は相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

図１０は、実施の形態３における超音波センサ２−１〜２−１２の車両取付例を示し、図１０Ａは側面図、図１０Ｂは平面図である。この例では、車両の前側に６個の超音波センサ２−１〜２−６が取り付けられ、車両の後ろ側にも６個の超音波センサ２−７〜２−１２が取り付けられている。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂの車両取付例では、超音波センサ２−１〜２−１２のすべてが同じ高さに取り付けられているが、異なる高さに取り付けられていてもよい。
以下では、超音波センサ２−１を「第１の超音波センサ」、超音波センサ２−２を「第２の超音波センサ」として用いる例を説明する。なお、超音波センサ２−１〜２−１２のうち、第１の超音波センサ及び第２の超音波センサとして用いる超音波センサの組み合わせは、任意でよい。

図１１Ａは、実施の形態３における探査波２１，２２の周波数スペクトルと超音波センサ２−１，２−２の周波数特性とを示すグラフである。グラフの横軸は探査波の周波数、縦軸は探査波の送信強度である。この例では、周波数ｆ１，ｆ２が共振周波数ｆ０に対して非線対称であるため、周波数ｆ１をもつ探査波２１の送信強度と周波数ｆ２をもつ探査波２２の送信強度とが同じになるよう、探査波送信部１２により補正されているものとする。図１１Ｂは、実施の形態３における探査波２１，２２の伝搬経路を説明する図である。探査波送信部１２は、周波数ｆ１の探査波２１を、超音波センサ２−１から送信させる。また、探査波送信部１２は、周波数ｆ２の探査波２２を、超音波センサ２−２から送信させる。探査波２１は、障害物４０で反射し、超音波センサ２−２により間接波として受信される。探査波２２は、障害物４０で反射し、超音波センサ２−２により直接波として受信される。

反射波解析部１４は、探査波２１に対応する間接波の受信信号３１を用いて、受信強度及び障害物４０までの距離を算出する。また、反射波解析部１４は、探査波２２に対応する直接波の受信信号３２を用いて、受信強度及び障害物４０までの距離を算出する。同一物体判定部１６は、超音波センサ２−１と超音波センサ２−２の各車両取付位置を焦点とし、受信信号３１から算出された距離を用いた楕円を算出する。また、同一物体判定部１６は、超音波センサ２−２の車両取付位置を中心とし、受信信号３２から算出された距離を半径とした円を算出する。そして、同一物体判定部１６は、楕円と円との交点を算出し、算出した交点の位置を障害物４０の位置とする。

動態判定部１５ｂは、探査波２１に対応する間接波の受信信号３１の受信強度と、探査波２２に対応する直接波の受信信号３２の受信強度との比を、予め定められた２つ以上の閾値と比較することにより、障害物４０の動態を判定する。

図１２は、実施の形態３において障害物４０が自車に対して相対的に静止している場合の受信信号３１，３２を説明するグラフである。図１２Ａは、図１１に示される探査波２１，２２が超音波センサ２−１，２−２から送信された場合の、受信信号３１，３２の周波数スペクトルと超音波センサ２−１，２−２の周波数特性とを示すグラフである。グラフの横軸は周波数であり、縦軸は受信強度である。図１２Ｂは、図１１に示される探査波２１，２２が超音波センサ２−１，２−２から送信された場合の受信信号３１，３２の波形を示すグラフである。グラフの横軸は伝搬時間であり、縦軸は受信強度である。

図１３は、実施の形態３において障害物４０が自車に対して相対的に接近している場合の受信信号３１，３２を説明するグラフである。図１３Ａは、図１１に示される探査波２１，２２が超音波センサ２−１，２−２から送信された場合の、受信信号３１，３２の周波数スペクトルと超音波センサ２−１，２−２の周波数特性とを示すグラフである。グラフの横軸は周波数であり、縦軸は受信強度である。図１３Ｂは、図１１に示される探査波２１，２２が超音波センサ２−１，２−２から送信された場合の受信信号３１，３２の波形を示すグラフである。グラフの横軸は伝搬時間であり、縦軸は受信強度である。

図１１Ｂに示されるように、間接波である探査波２１の伝搬距離は、直接波である探査波２２の伝搬距離より長い。そのため、図１２Ｂ及び図１３Ｂに示されるように、間接波である受信信号３１の伝搬時間は、直接波である受信信号３２の伝搬時間より長い。超音波センサ２が送信する探査波は、伝搬距離が長いほど減衰量が大きくなるため、探査波２１，２２の送信強度が同じであっても、間接波である受信信号３１の受信強度は直接波である受信信号３２の受信強度より小さくなる。このように、直接波と間接波とは空間伝搬の減衰量が異なるため、障害物４０が自車に対して相対的に静止している場合に受信信号３１と受信信号３２との受信強度比が「１」にならない。したがって、受信強度比と閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４との比較により、障害物４０が自車に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを正しく判定できない。

そこで、動態判定部１５ｂは、反射波解析部１４により算出された間接波である受信信号３１の受信強度と直接波である受信信号３２の受信強度との比を算出するときに、空間伝搬による減衰分を補正する。例えば、空間伝搬による減衰分を補正するための、伝搬時間ごとの補正係数が、動態判定部１５ｂに予め与えられている。動態判定部１５ｂは、受信信号３１の伝搬時間に対応する補正係数を用いて、受信信号３１の受信強度を補正すると共に、受信信号３２の伝搬時間に対応する補正係数を用いて、受信信号３２の受信強度を補正する。これにより、動態判定部１５ｂは、直接波と間接波の受信強度比を用いて、障害物４０の動態を正しく判定することができる。

以上のように、実施の形態３の探査波送信部１２は、周波数ｆ１の探査波２１を、第１の超音波センサである超音波センサ２−１から送信させる。また、探査波送信部１２は、周波数ｆ２の探査波２２を、第２の超音波センサである超音波センサ２−２から送信させる。反射波受信部１３は、超音波センサ２−１から送信された探査波２１が障害物４０で反射して超音波センサ２−２により受信された間接波と、超音波センサ２−２から送信された探査波２２が障害物４０で反射して超音波センサ２−２により受信された直接波とを受信信号に変換する。反射波解析部１４は、間接波の受信信号３１及び直接波の受信信号３２の各受信強度を算出する。動態判定部１５ｂは、反射波解析部１４により算出された間接波の受信信号３１と直接波の受信信号３２との受信強度比を算出するときに空間伝搬による減衰分を補正する。この構成により、障害物検知装置１は、直接波及び間接波を用いる場合に受信強度比を精度よく算出することができる。

なお、実施の形態３では、動態判定部１５ｂが受信信号３１，３２の受信強度を補正する構成であったが、動態判定部１５ｂが受信信号３１，３２の伝搬時間に基づいて閾値Ｔｈ１〜Ｔｈ４を補正する構成であってもよい。

また、実施の形態３において探査波２１の周波数ｆ１と探査波２２の周波数ｆ２とが超音波センサ２の共振周波数ｆ０に対して非線対称である場合、実施の形態２と同様に、探査波送信部１２が探査波２１，２２の送信強度を補正する、又は動態判定部１５ｂが受信信号３１，３２の受信強度を補正すればよい。

また、実施の形態３において、反射波解析部１４による直接波と間接波の分離性能を高めるために、探査波送信部１２は、探査波２１と探査波２２を異なる符号で変調して相互干渉を抑圧してもよい。

実施の形態４．
実施の形態４に係る障害物検知装置１の構成は、実施の形態１〜３の図１、図６又は図９に示された構成と図面上は同一であるため、以下では図１を援用する。

実施の形態４では、周囲温度の変動による超音波センサ２の共振周波数ｆ０の変化を補正して、より高精度に障害物の動態を判定する。

探査波制御部１１は、温度センサから周囲温度を取得する。温度センサは、例えば、超音波センサ２を駆動する回路（例えば、後述する図１４の送受信アナログ回路１０１）に実装されている。探査波制御部１１は、事前に作成された温度補正テーブルを用いて、温度センサが測定した周囲温度に対応する周波数ｆ１，ｆ２を決定し、探査波送信部１２へ指示する。具体的には、探査波制御部１１は、周囲温度が高い場合、低い場合に比して周波数ｆ１，ｆ２を低周波数側にシフトさせる。探査波送信部１２は、探査波制御部１１に指示された周波数ｆ１，ｆ２の探査波２１，２２を超音波センサ２から送信させる。

以上のように、実施の形態４の探査波制御部１１は、周囲温度が高い場合、低い場合に比して周波数ｆ１，ｆ２を低周波数側にシフトさせる。この構成により、障害物検知装置１は、より高精度に障害物の動態を判定することができる。

最後に、各実施の形態に係る障害物検知装置１のハードウェア構成例を説明する。
図１４は、各実施の形態に係る障害物検知装置１のハードウェア構成図である。障害物検知装置１における探査波制御部１１、反射波解析部１４、動態判定部１５、及び同一物体判定部１６は、デジタル信号処理回路１０４である。探査波送信部１２は、送受信アナログ回路１０１とＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０２とにより構成される。反射波受信部１３は、送受信アナログ回路１０１とＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０３とにより構成される。

デジタル信号処理回路１０４は、周波数ｆ１，ｆ２の探査信号を生成し、ＤＡＣ１０２を介して送受信アナログ回路１０１へ出力する。送受信アナログ回路１０１は、所定の電力まで探査信号を増幅し、超音波センサ２へ出力する。また、送受信アナログ回路１０１は、超音波センサ２が受信した反射波を増幅しノイズを除去する。ＡＤＣ１０３は、送受信アナログ回路１０１で増幅及びノイズ除去された反射波を受信信号に変換する。デジタル信号処理回路１０４は、受信信号を用いて受信強度及び障害物までの距離を算出し、受信強度比を閾値判定して障害物の動態を判定する。

通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１０５は、障害物までの距離及び動態の情報を、車両に搭載されている他の車載機器へ伝送する。車載機器は、例えば、衝突回避装置、車両側方物体検知装置、コーナセンサ、自動駐車装置、又は車両制御装置である。

なお、送受信アナログ回路１０１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。

デジタル信号処理回路１０４は、メモリと、メモリに格納されたプログラムを実行するプロセッサとで構成される。探査波制御部１１、反射波解析部１４、動態判定部１５、及び同一物体判定部１６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。プロセッサは、メモリに格納されたプログラムを読みだして実行することにより、各部の機能を実現する。即ち、デジタル信号処理回路１０４は、プロセッサにより実行されるときに、図５のフローチャートで示されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリを備える。また、このプログラムは、探査波制御部１１、反射波解析部１４、動態判定部１５、及び同一物体判定部１６の手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、又は各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る障害物検知装置は、例えば、周辺監視、衝突回避、又は駐車支援に係る制御に応用することができる。

１ 障害物検知装置、２，２−１〜２−１２，２−Ｎ 超音波センサ、１１，１１ａ 探査波制御部、１２，１２ａ 探査波送信部、１３ 反射波受信部、１４ 反射波解析部、１５，１５ａ，１５ｂ 動態判定部、１６ 同一物体判定部、２１，２２ 探査波、３１，３２ 受信信号、４０ 障害物、１０１ 送受信アナログ回路、１０２ ＤＡＣ、１０３ ＡＤＣ、１０４ デジタル信号処理回路、１０５ 通信ＩＦ、ｆ０ 共振周波数、ｆ１，ｆ２ 周波数、Ｔｈ１〜Ｔｈ４ 閾値。

Claims (8)

1. 車両に設けられた超音波センサの共振周波数をまたぐ２つの異なる周波数の探査波、又は前記共振周波数と同じ周波数を含む２つの異なる周波数の探査波を、前記超音波センサから送信させる探査波送信部と、
   前記探査波送信部が前記超音波センサから送信させる前記探査波の前記２つの異なる周波数を制御する探査波制御部と、
   前記探査波が障害物で反射して前記超音波センサにより受信された反射波を受信信号に変換する反射波受信部と、
   前記２つの異なる周波数の探査波に対応する２つの前記受信信号の各受信強度を算出する反射波解析部と、
   前記反射波解析部により算出された前記受信強度の比に基づいて、前記障害物が前記車両に対して相対的に静止、接近、又は離反のいずれであるかを判定する動態判定部とを備える障害物検知装置。
2. 前記探査波制御部は、周囲温度が高い場合、低い場合に比して前記２つの異なる周波数を低周波数側にシフトさせることを特徴とする請求項１記載の障害物検知装置。
3. 前記探査波送信部は、前記２つの異なる周波数の探査波を合成し、前記超音波センサから同時に送信させることを特徴とする請求項１記載の障害物検知装置。
4. 前記探査波送信部は、前記２つの異なる周波数のいずれか一方の周波数の探査波を前記車両に設けられた第１の超音波センサから送信させ、もう一方の周波数の探査波を前記車両に設けられた第２の超音波センサから送信させ、
   前記反射波受信部は、前記第１の超音波センサから送信された前記一方の周波数の探査波が前記障害物で反射して前記第２の超音波センサにより受信された間接波と、前記第２の超音波センサから送信された前記もう一方の周波数の探査波が前記障害物で反射して前記第２の超音波センサにより受信された直接波とを受信信号に変換し、
   前記反射波解析部は、前記直接波の受信信号及び前記間接波の受信信号の各受信強度を算出し、
   前記動態判定部は、前記反射波解析部により算出された前記直接波の受信強度と前記間接波の受信強度との比を算出するときに空間伝搬による減衰分を補正することを特徴とする請求項１記載の障害物検知装置。
5. 前記２つの異なる周波数は、前記超音波センサの共振周波数に対して線対称であることを特徴とする請求項１記載の障害物検知装置。
6. 前記２つの異なる周波数が前記超音波センサの共振周波数に対して非線対称である場合、前記探査波送信部が前記探査波の送信強度を補正する、又は前記動態判定部が前記受信信号の受信強度を補正することを特徴とする請求項１記載の障害物検知装置。
7. 前記２つの異なる周波数は、前記超音波センサの共振周波数に対して低周波数側にシフトしていることを特徴とする請求項６記載の障害物検知装置。
8. 前記２つの異なる周波数は、前記超音波センサの共振周波数に対して高周波数側にシフトしていることを特徴とする請求項６記載の障害物検知装置。

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