JP7460020B2 - 物体検出装置 - Google Patents

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Description

本開示は、物体検出装置に関する。
車両制御システム等において、超音波の送受により車両の周辺に存在する物体を検出する物体検出装置が利用されている。物体検出装置により取得されたデータは、車両を制御するための演算処理を実行するECU(Electronic Control Unit)に出力され、危険
回避制御、自動走行制御等に利用される。
特開2014-215283号公報
物体検出装置からECUへデータを転送するデータ転送能力やECUの情報処理能力には限界があるため、物体検出装置からECUへ転送されるデータの転送量(転送速度)を調整する必要がある。
本開示が解決しようとする課題の1つは、データ転送を最適化可能な物体検出装置を提供することである。
本開示の一例としての物体検出装置は、送受信部から送信された超音波が物体に反射されて戻ってくるまでの時間に基づいて送受信部から物体までの距離を示す距離情報を取得する取得部と、距離情報を出力する出力部と、超音波を1回送受信する期間に対応する測定周期を所定の時間幅で分割するように設定された複数の分割期間のそれぞれにおいて出力部から出力される距離情報の数を所定の第1上限値以下となるように調整する調整部と、を備える。
上記構成によれば、距離情報をECUに出力する際のデータ転送を、物体検出装置とECUとを接続するデバイスのデータ転送能力やECUの情報処理能力に応じて最適化できる。
また、調整部は、測定周期において出力部から出力される距離情報の数を所定の第2上限値以下となるように調整してもよい。
このように、出力される距離情報のデータ量を分割期間毎だけでなく測定周期毎に調整することにより、より適切にデータ転送を最適化できる。
また、調整部は、1つの分割期間において第1上限値より多い距離情報が取得された場合に、超音波の送信時からの経過時間が短い距離情報を優先的に出力させてもよい。
これにより、近距離に存在する物体に対応する距離情報を優先的に出力できる。
また、調整部は、1つの分割期間において第1上限値より多い距離情報が取得された場合に、物体からの反射波の強度が高い距離情報を優先的に出力させてもよい。
これにより、検出精度が高い距離情報を優先的に出力できる。
また、複数の分割期間は、測定周期を不均等に分割するように設定されてもよい。
分割期間の時間幅を短くすることにより検出精度を向上させることができる。そのため、特定の距離範囲に対応する分割期間の時間幅を短く設定することにより、特定の距離範囲の検出精度を向上させることができる。
また、複数の分割期間は、超音波の送信時からの経過時間が短いほど短くてもよい。
これにより、近距離における検出精度を向上させることができる。
図1は、第1実施形態に係る車両の構成の一例を示す上面図である。 図2は、第1実施形態に係る車両制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 図3は、第1実施形態に係る物体検出装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 図4は、第1実施形態においてエコー情報からTOFを取得する方法の一例を示す図である。 図5は、第1実施形態に係る測定周期と複数の分割期間とエコー情報との関係の一例を示す図である。 図6は、第1実施形態に係るデータ量調整部の機能の第1例を示す図である。 図7は、第1実施形態に係るデータ量調整部の機能の第2例を示す図である。 図8は、第1実施形態に係る物体検出装置における処理の一例を示すフローチャートである。 図9は、第2実施形態に係る測定周期と複数の分割期間とエコー情報との関係の一例を示す図である。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。以下に記載する実施形態の構成、並びに当該構成によってもたらされる作用及び効果は一例であって、本発明は以下の記載内容に限定されるものではない。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る車両1の構成の一例を示す上面図である。車両1は、本実施形態に係る物体検出装置が搭載される移動体の一例である。本実施形態に係る物体検出装置は、車両1から超音波を送信し物体からの反射波を受信することにより取得されるTOF(Time Of Flight)、ドップラーシフト情報等に基づいて、車両1の周辺に存在する物体(他車両、構造物、歩行者、路面等)を検出する装置である。
本実施形態に係る物体検出装置は、複数の送受信部21A~21H(以下、複数の送受信部21A~21Hのそれぞれを区別する必要がない場合には送受信部21と略記する。)を有する。各送受信部21は、車両1の外装としての車体2に設置され、車体2の外側へ向けて超音波(送信波)を送信し、車体2の外側に存在する物体からの反射波を受信する。図1に示す例では、車体2の前端部に4つの送受信部21A~21Dが配置され、後端部に4つの送受信部21E~21Hが配置されている。なお、送受信部21の数及び設置位置は上記例に限定されるものではない。
図2は、第1実施形態に係る車両制御装置10の構成の一例を示すブロック図である。車両制御装置10は、物体検出装置11及びECU12を含む。車両制御装置10は、物体検出装置11から出力される情報に基づいて車両1を制御するための処理を行う。
物体検出装置11は、複数の送受信部21及び制御部22を含む。各送受信部21は、圧電素子等を利用して構成される振動子31、増幅器等を含み、振動子31の振動により超音波の送受信を実現するものである。具体的には、各送受信部21は、振動子31の振動に応じて発生する超音波を送信波として送信し、当該送信波が物体により反射された反射波によりもたらされる振動子31の振動を検出する。当該物体には、車両1が接触を避けるべき対象物O、車両1が走行する路面G等が含まれる。振動子31の振動は、電気信号に変換され、当該電気信号に基づいて物体からの反射波の強度(振幅)の経時的変化を示すエコー情報を取得できる。当該エコー情報に基づいて、送受信部21(車体2)から物体までの距離に対応するTOF等の距離情報を取得できる。
エコー情報は、1つの送受信部21により取得されるデータに基づいて生成されてもよいし、複数の送受信部21のそれぞれにより取得される複数のデータに基づいて生成されてもよい。例えば、車体2の前方の存在する物体についてのエコー情報は、車体2の前方に配置された4つの送受信部21A~21D(図1参照)のうちの2つ以上により取得された2以上のデータ(例えば平均値等)に基づいて生成されてもよい。同様に、車体2の後方の存在する物体についてのエコー情報は、車体2の後方に配置された4つの送受信部21E~21H(図1参照)のうちの2つ以上により取得された2以上のデータに基づいて生成されてもよい。
なお、図2に示す例では、送信波の送信と反射波の受信との両方が単一の振動子31を利用して行われる構成が例示されているが、送受信部21の構成はこれに限定されるものではない。例えば、送信波の送信用の振動子と反射波の受信用の振動子とが個別に設けられた構成のように、送信側と受信側とが分離された構成であってもよい。
制御部22は、入出力装置41、記憶装置42、及びプロセッサ43を含む。入出力装置41は、制御部22と外部(送受信部21、ECU12等)との間でデータ転送を行うインターフェースデバイスである。記憶装置42は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の主記憶装置、HDD(Hard Disk Drive)、SS
D(Solid State Drive)等の補助記憶装置を含む。プロセッサ43は、制御部22の
機能を実現するための各種処理を実行する集積回路であり、例えばプログラムに従い動作するCPU(Central Processing Unit)、特定用途向けに設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)等を利用して構成され得る。プロセッサ43
は、記憶装置42に記憶されたプログラムを読み出して実行することで各種の演算処理及び制御処理を実行する。
ECU12は、物体検出装置11等から取得される各種情報に基づき、車両1を制御するための各種処理を実行するユニットである。ECU12は、入出力装置51、記憶装置52、及びプロセッサ53を有する。入出力装置51は、ECU12と外部機構(物体検出装置11、駆動機構、制動機構、操舵機構、変速機構、車内ディスプレイ、スピーカ等)との間でデータ転送を行うインターフェースデバイスである。記憶装置52は、ROM、RAM等の主記憶装置、HDD、SSD等の補助記憶装置を含む。プロセッサ53は、ECU12の機能を実現するための各種処理を実行する集積回路であり、例えばCPU、ASIC等を利用して構成され得る。プロセッサ53は、記憶装置52に記憶されたプログラムを読み出して各種の演算処理及び制御処理を実行する。
物体検出装置11の入出力装置41とECU12の入出力装置51とは、CAN(Controller Area Network)等の所定の規格に準拠したバス60を介して接続されている。
図3は、第1実施形態に係る物体検出装置11の機能構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る物体検出装置11は、信号処理部101、距離情報取得部102(取得部)、データ量調整部103(調整部)、及び出力部104を含む。これらの機能的構成要素101~104は、図2に例示するような物体検出装置11のハードウェア構成要素、及び記憶装置42に記憶されたプログラム等のソフトウェア構成要素の協働により実現される。
信号処理部101は、送受信部21により取得されたデータに所定の処理を施し、測定周期毎に反射波の強度(振幅)の経時的変化を示すエコー情報を生成する。所定の処理とは、例えば、振動子31の振動に対応する電気信号に対する増幅処理、フィルタ処理、包絡線処理等である。測定周期とは、送受信部21が超音波を1回送受信する期間に対応し、送受信部21の性能、使用状況等に応じて適宜定められる期間である。測定周期は、例えば10m以下に対応するTOF等であり得る。
距離情報取得部102は、信号処理部101により生成されたエコー情報に基づいて、車両1から車両1の周辺に存在する物体(対象物0)までの距離を示す距離情報(例えばTOF)を取得する。距離情報取得部102は、例えば、物体からの反射波の強度が閾値を超えたタイミング(ピーク)に対応するTOFを取得する。
データ量調整部103は、1つの測定周期を所定の時間幅で分割するように設定された複数の分割期間のそれぞれにおいて出力される距離情報の数を所定の分割期間上限値(第1上限値)以下となるように調整する。また、データ量調整部103は、測定周期において出力される距離情報の数が所定の総合上限値(第2上限値)以下となるように調整してもよい。
出力部104は、データ量調整部103により調整された距離情報をECU12等に出力する。
図4は、第1実施形態においてエコー情報からTOFを取得する方法の一例を示す図である。図4には、反射波の強度(振動子31の振動の大きさ)の経時的変化を示す包絡線L11(エコー情報の一例)が例示されている。図4に示すグラフにおいて、横軸は時間(TOF)に対応し、縦軸は送受信部21により送受信される超音波の強度に対応する。
包絡線L11からは、振動子31がタイミングt0から時間Taだけ駆動されて振動することで、タイミングt1で送信波の送信が完了し、その後タイミングt2に至るまでの時間Tbの間、慣性による振動子31の振動が減衰しながら継続する、ということが読み取れる。従って、図4に示されるグラフにおいては、時間Tbが、いわゆる残響時間に対応する。
包絡線L11は、送信波の送信が開始したタイミングt0から時間Tpだけ経過したタイミングt4で、振動子31の振動の大きさが所定の閾値Th以上となるピークを迎える。閾値Thは、振動子31の振動が対象物O(他車両、構造物、歩行者等)からの反射波の受信によってもたらされたものか、又は、対象物O以外の物体(例えば路面G等)からの反射波の受信によってもたらされたものかを識別するために予め設定される値である。なお、ここでは閾値Thが一定値として示されているが、閾値Thは時間経過、状況等に応じて変化する変動値であってもよい。閾値Th以上のピークを有する振動は、対象物Oからの反射波の受信によってもたらされたものとみなすことができる。
なお、包絡線L11においては、タイミングt4以降で、振動子31の振動が減衰している。従って、タイミングt4は、対象物Oからの反射波の受信が完了したタイミング、換言すればタイミングt1で最後に送信された送信波が反射波として戻ってくるタイミングに対応する。
また、包絡線L11において、タイミングt4におけるピークの開始点としてのタイミングt3は、対象物Oからの反射波の受信が開始したタイミング、換言すればタイミングt0で最初に送信された送信波が反射波として戻ってくるタイミング、に対応する。従って、タイミングt3とタイミングt4との間の時間ΔTが、送信波の送信時間としての時間Taと等しくなる。
上記を踏まえて、TOFを利用して対象物Oまでの距離を求めるためには、送信波が送信され始めたタイミングt0と反射波が受信され始めたタイミングt3との間の時間Tfを求めることが必要となる。この時間Tfは、タイミングt0と反射波の強度が閾値Thを超えてピークを迎えるタイミングt4との差分としての時間Tpから、送信波の送信時間としての時間Taに等しい時間ΔTを差し引くことで求めることができる。
送信波が送信され始めたタイミングt0は、物体検出装置11が動作を開始したタイミングとして容易に特定することができ、送信波の送信時間としての時間Taは、設定等によって予め定められている。従って、反射波の強度が閾値Th以上となりピークを迎えるタイミングt4を特定することにより、対象物Oまでの距離を求めることができる。距離情報取得部102は、例えば上記のような方法により対象物Oに関する物体情報(TOF)を取得する。
以下に、本実施形態に係るデータ量調整部103の機能について説明する。データ量調整部103は、距離情報取得部102により取得された距離情報のデータ量を、物体検出装置11とECU12とを接続するデバイス(入出力装置41,51、バス60等)のデータ転送能力や、ECU12の情報処理能力に適合するように調整する。
図5は、第1実施形態に係る測定周期Cと複数の分割期間S1~S6とエコー情報との関係の一例を示す図である。本実施形態においては、測定周期Cが6つの分割期間S1~S6に分割されている。また、複数の分割期間S1~S6のそれぞれの時間幅Δtは、同一となっている。測定周期C及び時間幅Δtは、特に限定されるべきものではないが、例えば、測定周期Cが6m程度に対応する期間であり、時間幅Δtが1m程度に対応する期間であってもよい。
図5に例示するエコー情報(包絡線)において、閾値Thを超える強度を有するピークに対応する時間は、車体2(送受信部21)から対象物0までの距離に対応するTOFとなる。図5に示す例では、第1分割期間S1においては閾値Thを超えるピーク(TOFピーク)が検出されていない。第2分割期間S2においては1つのTOFピークが検出されている。第3分割期間S3においては1つのTOFピークが検出されている。第4分割期間S4においては2つのTOFピークP1,P2が検出されている。第5分割期間S5においては1つのTOFピークが検出されている。第6分割期間S6においてはTOFピークが検出されていない。
本実施形態に係るデータ量調整部103は、1つの分割期間(複数の分割期間S1~S6のそれぞれ)において出力されるTOFの数を分割期間上限値以下となるように調整する。また、データ量調整部103は、測定周期Cにおいて出力されるTOFの数を総合上限値以下となるように調整してもよい。
図6は、第1実施形態に係るデータ量調整部103の機能の第1例を示す図である。本例では、分割期間上限値が1に設定されている。
図6中、検出数は、検出されたTOFピークの数を分割期間S1~S6毎に示しており、図5に示すTOFピーク数に対応している。総合検出数は、測定周期C全体において検出されたTOFピークの数を示しており、各分割期間S1~S6の検出数の合計となっている。分割期間出力数は、データ量調整部103による調整後のTOFピークの数を示している。総合出力数は、測定周期C全体において最終的に出力部105から出力されるTOFピークの数を示しており、各分割期間S1~S6の分割期間出力数の合計となっている。
本例におけるデータ量調整部103は、全ての分割期間出力数が分割期間上限値「1」以下となるように調整する。本例においては、図5及び図6に示すように、第4分割期間S4において2つのTOFピークP1,P2が検出されている。すなわち、第4分割期間S4における検出数「2」は、分割期間上限値「1」を超えている。このような場合、データ量調整部103は、2つのTOFピークP1,P2のうちいずれか一方のみが出力されるようにする。なお、このように1つの分割期間において分割期間上限値を超える検出数のTOFピークが検出された場合に、どのように出力対象となるTOFピークを選択するかは特に限定されるべきものではなく、使用状況等に応じて適宜決定されればよい。例えば、超音波の送信時からの経過時間が短いTOF(本例ではTOFピークP1)から優先的に出力されてもよい。これにより、近距離に存在する物体に対応するTOFを優先的に出力でき、危険回避制御等の精度を向上させることができる。また、反射波の強度が高いTOF(本例ではTOFピークP2)から優先的に出力されてもよい。これにより、信頼性が高いTOFを優先的に出力でき、危険回避制御等の精度を向上させることができる。
図7は、第1実施形態に係るデータ量調整部103の機能の第2例を示す図である。本例では、分割期間上限値が1に設定され、総合上限値が3に設定されている。
本例におけるデータ量調整部103は、全ての分割期間出力数が分割期間上限値「1」以下となるように、且つ総合出力数が総合上限値「3」以下となるように調整する。本例においては、分割期間上限値「1」以下という条件を満たすために、図6に示す第1例と同様に、第4分割期間S4の分割期間出力数が「1」に調整されている。また、総合上限値「3」以下という条件を満たすために、第5分割期間S5の分割期間出力数が「0」に調整されている。なお、このように測定周期Cにおいて総合上限値を超える検出数のTOFピークが検出された場合に、どのように出力対象となるTOFピークを選択するかは特に限定されるべきものではなく、使用状況等に応じて適宜決定されればよい。例えば、超音波の送信時からの経過時間が短いTOFから優先的に出力されてもよい。これにより、近距離に存在する物体に対応するTOFを優先的に出力でき、危険回避制御等の精度を向上させることができる。また、反射波の強度が高いTOFから優先的に出力されてもよい。これにより、信頼性が高いTOFを優先的に出力でき、危険回避制御等の精度を向上させることができる。
上記のように、取得されたTOF(距離情報)のデータ量を分割期間上限値や総合上限値に基づいて調整することにより、物体検出装置11からECU12へのデータ転送を最適化することが可能となる。
図8は、第1実施形態に係る物体検出装置11における処理の一例を示すフローチャートである。図8に示すフローチャートは、1回の測定周期Cにおける処理を示しており、測定周期C毎に繰り返し実行される。
送受信部21が超音波を送受すると(S101)、信号処理部101は、送受信部21により取得されたデータ(反射波の強度の経時的変化等)からエコー情報を取得する(S102)。距離情報取得部102は、エコー情報に基づいて車体2から対象物0までの距離に対応するTOFを取得する(S103)。
データ量調整部103は、複数の分割期間S1~S6の順番を示す変数Sを0にリセットした後(S104)、変数Sに1を加算する(S105)。その後、データ量調整部103は、第S分割期間の検出数が分割期間上限値以下であるか否かを判定する(S106)。
第S分割期間の検出数が分割期間上限値以下である場合(S106:Yes)、データ量調整部103は、第S分割期間において検出された全てTOFを出力部107に出力させる(S107)。このとき、第S分割期間においてTOFが検出されていない場合、TOFは出力されない。一方、第S分割期間の検出数が分割期間上限値以下でない場合(S106:No)、データ量調整部103は、第S分割期間において検出された複数のTOFから選択された、分割期間上限値以下のTOFのみを出力部107に出力させる(S108)。
ステップS107又はS108の実行後、データ量調整部103は、総合出力数(現在の測定周期Cにおいてこれまで出力されたTOFの数)が総合上限値に達したか否かを判定し(S109)、総合出力数が総合上限値に達した場合(S109:Yes)、現在の測定周期CにおけるTOFの出力処理を終了する。一方、総合出力数が総合上限値に達していない場合(S109:No)、変数Sが分割期間の総数St(図5~図7に示す例では6)に達したか否かを判定する(S110)。変数Sが総数Stに達した場合(S110:Yes)、現在の測定周期CにおけるTOFの出力処理を終了する。一方、変数Sが総数Stに達していない場合(S110:No)、ステップS105において変数Sに1を加算してステップS106以降の処理が再度実行される。
上記実施形態によれば、物体検出装置11からECU12へ出力される距離情報(TOF)のデータ量(転送速度)を、データ転送能力や情報処理能力に応じて最適化することが可能となる。
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態について説明する。図9は、第2実施形態に係る測定周期Cと複数の分割期間S1~S6とエコー情報との関係の一例を示す図である。
本実施形態における複数の分割期間S1~S6は、それぞれ異なる時間幅Δt1~Δt6を有する。当該時間幅を小さくするほど対象物0の検出精度を向上させることができる。そのため、このように異なる時間幅を有する複数の分割期間S1~S6を設定することにより、局所的に検出精度を向上させることができる。図9に示す例では、Δt1<Δt2<Δt3<Δt4<Δd5<Δt6の関係が成り立っている。このように複数の分割期間S1~S6を設定することにより、車体2に近い領域の検出精度を向上させることができる。
上記実施形態における各種機能を実現するための処理をコンピュータ(例えば制御部22のプロセッサ43等)に実行させるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD(Compact Disc)-ROM、フレキシブルディスク(FD)
、CD-R(Recordable)、DVD(Digital Versatile Disk)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供することが可能なものである。また、当該プログラムは、インターネット等のネットワーク経由で提供又は配布されてもよい。
以上、本開示の実施形態について説明したが、上述した実施形態及びその変形例はあくまで例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態及び変形例は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、及び変更を行うことができる。上述した実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…車両、2…車体、10…車両制御装置、11…物体検出装置、12…ECU、21,21A~21H…送受信部、22…制御部、31…振動子、41…入出力装置、42…記憶装置、43…プロセッサ、51…入出力装置、52…記憶装置、53…プロセッサ、60…バス、101…信号処理部、102…距離情報取得部、103…データ量調整部、104…出力部、G…路面、O…対象物

Claims (6)

  1. 送受信部から送信された超音波が物体に反射されて戻ってくるまでの時間に基づいて前記送受信部から前記物体までの距離を示す距離情報を取得する取得部と、
    前記距離情報を出力する出力部と、
    前記超音波を1回送受信する期間に対応する測定周期を所定の時間幅で分割するように設定された複数の分割期間のそれぞれにおいて前記出力部から出力される前記距離情報の数を所定の第1上限値以下となるように調整する調整部と、
    を備える物体検出装置。
  2. 前記調整部は、前記測定周期において前記出力部から出力される前記距離情報の数を所定の第2上限値以下となるように調整する、
    請求項1に記載の物体検出装置。
  3. 前記調整部は、1つの前記分割期間において前記第1上限値より多い前記距離情報が取得された場合に、前記超音波の送信時からの経過時間が短い前記距離情報を優先的に出力させる、
    請求項1又は2に記載の物体検出装置。
  4. 前記調整部は、1つの前記分割期間において前記第1上限値より多い前記距離情報が取得された場合に、前記物体からの反射波の強度が高い前記距離情報を優先的に出力させる、
    請求項1又は2に記載の物体検出装置。
  5. 前記複数の分割期間は、前記測定周期を不均等に分割するように設定される、
    請求項1~4のいずれか1項に記載の物体検出装置。
  6. 前記複数の分割期間は、前記超音波の送信時からの経過時間が短いほど短い、
    請求項5に記載の物体検出装置。
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