WO2012029376A1 - 超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びに車載用障害物検知装置 - Google Patents

超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びに車載用障害物検知装置 Download PDF

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calibration
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フローリアン エステレ
ヨッヘン カラー
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ボッシュ株式会社
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    • G01S7/526—Receivers
    • G01S7/527—Extracting wanted echo signals

Definitions

  • the present invention converts an ultrasonic reflected wave transmitted from a transmission element into a reception signal by a reception element, and calibrates an ultrasonic detection apparatus in which distance information calculation processing is performed using the reception signal.
  • the present invention relates to a calibration processing apparatus and a calibration processing method of an ultrasonic detection apparatus for performing processing, and an on-vehicle obstacle detection apparatus including such a calibration processing apparatus.
  • ultrasonic detection devices including an ultrasonic sensor and an arithmetic processing device that performs arithmetic processing using a reception signal of the ultrasonic sensor, such as an obstacle detection device mounted on a vehicle, are known.
  • the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element of the ultrasonic sensor is received by the receiving element of the ultrasonic sensor, and the reflected wave is converted into a received signal corresponding to the intensity of the reflected wave.
  • the distance information to the detected object is calculated using the output received signal group.
  • Ultrasonic waves have a characteristic that their sound pressures are attenuated by changes in environmental conditions such as ambient temperature and humidity. For this reason, it is necessary to consider changes in ambient environmental conditions in order to obtain an accurate calculation result by the ultrasonic detector.
  • an ultrasonic sensor that prevents a decrease in the transmission efficiency of ultrasonic waves due to temperature.
  • the ultrasonic sensor includes a temperature sensing element that detects the ambient temperature of the vibration transmitting member, and the drive signal generation unit is configured to generate a drive signal corresponding to the output signal of the temperature sensing element. According to this ultrasonic sensor, even if the Young's modulus of the vibration transmitting member changes according to the temperature and the resonance frequency changes, a drive signal corresponding to the resonance frequency of the vibration transmitting member is given to the transmitting vibrator, and the temperature Can prevent a decrease in transmission efficiency (see Patent Document 1).
  • an ultrasonic sensor device has been proposed that can solve the problem of detection accuracy deterioration due to adhesion of water droplets and dust and humidity change.
  • This ultrasonic sensor device is configured by integrating one or more transmission elements and two or more reception elements on the same substrate, so that the transmission elements transmit ultrasonic waves of two or more different frequencies. It is configured and has a humidity correction function. With this ultrasonic sensor device, it is possible to obtain an ultrasonic sensor device that can cope with detection accuracy deterioration due to a change in humidity at low cost (see Patent Document 2).
  • an ultrasonic sensor that can suppress a decrease in detection accuracy due to a change in humidity.
  • This ultrasonic sensor detects reception of an ultrasonic wave by the receiving element when the output voltage output from the piezoelectric element constituting the receiving element is equal to or higher than a threshold value.
  • the sound pressure is calculated based on the humidity calculated by the humidity calculation process, and is adjusted so as to lower the threshold when the minimum output voltage obtained from the sound pressure is smaller than a value obtained by multiplying the threshold by a coefficient. (See Patent Document 3).
  • the ultrasonic sensor devices described in Patent Document 2 and Patent Document 3 attempt to cope with a change in humidity without using a humidity sensor, but the ultrasonic sensor device disclosed in Patent Document 2 has a plurality of frequencies. Therefore, it is necessary to use a plurality of receiving elements, which may lead to an increase in size and cost of the ultrasonic sensor. Further, the ultrasonic sensor of Patent Document 3 estimates humidity using a complicated arithmetic expression, and requires calculation accuracy and processing capability of the control device.
  • the inventors of the present invention have made extensive studies and obtained a data group of calculation results of distance information using a plurality of determination thresholds while a predetermined condition is satisfied, and used as a reference for calculation processing. It has been found that such a problem can be solved by adjusting the threshold value, and the present invention has been completed. That is, according to the present invention, the calibration processing of the ultrasonic detection device can be automatically performed without using an additional sensor or the like, and the arithmetic processing can be accurately performed regardless of the ambient environment such as temperature and humidity.
  • An object of the present invention is to provide a calibration processing apparatus and calibration processing method for an ultrasonic detection apparatus and an on-vehicle obstacle detection apparatus.
  • a transmitting element that transmits ultrasonic waves
  • a receiving element that receives a reflected wave of ultrasonic waves transmitted from the transmitting element and converts it into a received signal corresponding to the intensity of the reflected wave
  • the output signal group that is greater than or equal to a predetermined reference threshold
  • Distance information calculation means for calculating distance information using a received signal, and a received signal that is equal to or higher than a predetermined determination threshold among a group of received signals that are output in a state where ultrasonic waves are reflected by a predetermined detection target
  • a boundary value discriminating means for discriminating a boundary value between a state where the object can be recognized and a state where the detected object cannot be stably recognized from the determination threshold value, and when calculating the distance information based on the determined boundary value
  • a reference threshold value adjusting means for adjusting a reference threshold value used in the above, a calibration processing device for an ultrasonic detection device is provided, which can solve the above-described problems.
  • the boundary value determining means recognizes the detected object and the detected object based on the data group of the calculation result. It is preferable to obtain a first boundary value that is a boundary value with respect to a state that is not.
  • the boundary value determining means recognizes the detected object and the detected object based on the data group of the calculation result.
  • a second boundary value which is a boundary value between the state where the noise is included and a state where a lot of noise is included.
  • the reference threshold value adjusting means sets the average value of the first boundary value and the second boundary value as the reference threshold value.
  • the reference threshold value adjusting means adds or subtracts a predetermined value to the first boundary value or the second boundary value, or the first boundary value or A value obtained by multiplying or dividing the second boundary value by a predetermined coefficient is preferably set as the reference threshold value.
  • the calibration processing apparatus of the ultrasonic detection apparatus of the present invention when the calibration data acquisition means has passed a predetermined time from the start of data acquisition, or when the outside air temperature has risen above a predetermined value, It is preferable to stop data acquisition.
  • the calibration data acquisition means acquires the calculation result data filtered by the low-pass filter.
  • the ultrasonic detection apparatus is an on-vehicle obstacle detection apparatus, and at least the acquisition of data by the calibration data acquisition means is executed in a stopped state of the vehicle.
  • the data acquisition is preferably stopped when the distance from the vehicle to the detected object changes.
  • Another aspect of the present invention provides a transmitting element that transmits ultrasonic waves, and a receiving element that receives a reflected wave of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element and converts it into a received signal corresponding to the intensity of the reflected wave.
  • a calibration processing method of an ultrasonic detection apparatus that automatically performs calibration processing of an ultrasonic detection apparatus that performs calculation processing of distance information to a detection target using a received signal
  • ultrasonic waves are generated by a predetermined detection target.
  • the data of the calculation result of the distance information obtained by using a received signal equal to or higher than a predetermined determination threshold among the reception signal group output in a state where the light is reflected is acquired for each determination threshold while changing the determination threshold.
  • a boundary value between a state in which the detected object can be stably recognized and a state in which the detected object cannot be stably recognized is determined from the determination threshold values, and is determined. Based on the boundary value There are a calibration processing method of the ultrasonic detecting apparatus characterized by adjusting the reference threshold used when performing the calculation of distance information.
  • Still another aspect of the present invention is an on-vehicle obstacle detection device including any one of the ultrasonic detection devices described above.
  • the ultrasonic sensor is output from the receiving element in a state where the distance between the ultrasonic sensor and the detected object is constant.
  • a predetermined calculation process is performed for each of a plurality of determination threshold values using the received signal group, and a reference threshold value used in the distance information calculation process is automatically adjusted based on the data group of the calculation result. Therefore, the reference threshold value for distinguishing the received signal group output from the receiving element into the received signal of the reflected wave from the detected object and the noise is automatically set according to the environmental conditions such as temperature and humidity at that time. Will be adjusted. As a result, it is possible to improve the accuracy of the distance information calculation process using the received signal group output from the receiving element.
  • FIG. 1 illustrates an overall configuration of an in-vehicle obstacle detection device 10 as an ultrasonic detection device provided with a calibration processing device according to an embodiment of the present invention.
  • the arithmetic processing device 30 is configured to function also as a calibration processing device.
  • the obstacle detection device 10 includes an ultrasonic sensor 21 provided around the vehicle, such as a bumper, and an arithmetic processing device 30 that reads a signal output from the ultrasonic sensor 21 and performs arithmetic processing.
  • the arithmetic processing device 30 basically obtains information on a detected object (obstacle) existing around the vehicle based on a signal output from the ultrasonic sensor 21. ing.
  • the ultrasonic sensor 21 receives a transmission element 22 that transmits an ultrasonic wave toward the outside of the vehicle, and a reflected wave of the ultrasonic wave transmitted from the transmission element 22, and converts the reflected wave into a voltage signal and outputs the voltage signal. And a receiving element 23.
  • the transmission element 22 includes a transmission vibration unit 22a that transmits an ultrasonic wave when excited, and a piezoelectric element 22b that abuts the transmission vibration unit 22a to excite the transmission vibration unit 22a.
  • the piezoelectric element 22b excites the transmission vibration unit 22a in a pulse shape according to a voltage signal output from the arithmetic processing unit 30 at a predetermined minute period, and transmits ultrasonic waves.
  • the sound pressure, frequency, etc. of the ultrasonic wave to be transmitted are instructed by a voltage signal from the arithmetic processing unit 30.
  • the receiving element 23 receives a reflected wave of the ultrasonic wave reflected by the detection object and vibrates the receiving vibration unit 23a, and abuts on the receiving vibration unit 23a to convert the vibration of the receiving vibration unit 23a into a voltage signal. And a piezoelectric element 23b.
  • the piezoelectric element 23 b When the reception vibration unit 23 a is excited by receiving the reflected wave, the piezoelectric element 23 b outputs a voltage signal corresponding to the vibration of the reception vibration unit 23 a to the arithmetic processing device 30.
  • the arithmetic processing unit 30 is composed of a CPU, RAM, etc. (not shown) with a known microcomputer as the center.
  • the arithmetic processing device 30 outputs a drive instruction signal for the ultrasonic sensor 21 to the oscillation circuit 25 at a predetermined minute cycle.
  • the oscillation circuit 25 receives the drive instruction signal
  • the oscillation circuit 25 outputs a pulse signal having a preset predetermined frequency to the drive circuit 27.
  • the drive circuit 27 drives the piezoelectric element 22 b of the transmission element 22 of the ultrasonic sensor 21 according to the pulse signal from the oscillation circuit 25.
  • the transmission vibration part 22a is excited by the piezoelectric element 22b, and ultrasonic waves are transmitted.
  • the voltage signal group output from the receiving element 23 of the ultrasonic sensor 21 is input to the arithmetic processing device 30 via the amplifier circuit 29.
  • the voltage signal output from the ultrasonic sensor 21 contains a little noise.
  • a typical one is a voltage signal of a reflected wave irregularly reflected by the ground. Therefore, in order to distinguish a normal reflected wave voltage signal reflected by the detected object from noise, the arithmetic processing unit 30 detects a voltage signal larger than the reference threshold voltage among the input voltage signal group. Recognized as a reflected wave from the body.
  • FIG. 2 shows a waveform of each part when an obstacle is detected by the obstacle detection device 10 configured as described above.
  • a pulse signal is output from the oscillation circuit 25 to the drive circuit 27 during the period from t11 to t12
  • the piezoelectric element 22b excites the transmission vibration unit 22a by the drive signal from the drive circuit 27, and ultrasonic waves are transmitted.
  • this ultrasonic wave is reflected by the detection object, the reflected wave is received by the receiving element 23 and input to the arithmetic processing unit 30 as an amplified voltage signal during a period from t13 to t15.
  • the detected object is detected at time t14 when the voltage signal of the reference threshold voltage V0 or higher is input, and the voltage signal of the reference threshold voltage V0 or higher from the time t11 when the transmission of the ultrasonic wave is started. Is input to estimate the distance to the detected object.
  • the sound pressure of ultrasonic waves is attenuated according to environmental conditions such as ambient temperature and humidity, and the attenuation rate varies depending on temperature and humidity.
  • the value of the reference threshold voltage V0 for distinguishing differs depending on the surrounding environment at that time.
  • the arithmetic processing device 30 can automatically execute the calibration processing of the ultrasonic sensor 21 so that the reference threshold voltage V0 corresponding to the surrounding environment at that time is set.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a part related to the calibration process of the ultrasonic sensor 21 in the configuration of the arithmetic processing unit 30.
  • the arithmetic processing unit 30 includes a voltage signal read generation unit 31, a distance information calculation unit 33, a calibration condition determination unit 35, a calibration data acquisition unit 36, a boundary value determination unit 37, and a reference threshold adjustment unit 39. It is configured with.
  • the arithmetic processing unit 30 is configured around a known microcomputer, and each means is realized by execution of a program by the microcomputer.
  • the arithmetic processing unit 30 is provided with storage means such as a RAM (Random Access Memory) (not shown) so that the voltage signal output from the ultrasonic sensor 21 and the calculation results of the respective means are stored. It has become.
  • RAM Random Access Memory
  • the voltage signal reading and generating means 31 reads voltage signal groups Sv1, Sv2,... Svx output from the ultrasonic sensor 21 into the arithmetic processing unit 30 and generates voltage signal information.
  • the distance information calculation means 33 extracts information on voltage signals of the reference threshold voltage V0 or higher from the voltage signal groups Sv1, Sv2,... Svx read by the voltage signal read generation means 31, and the extracted voltage signals Is used to calculate the distance to the detected object.
  • the distance information calculation means 33 obtains the distance information to the detected object in the state where the calibration processing mode is not entered, the distance information calculation means 33 outputs an alarm sound transmission instruction or the like to the notification means or the like. Since a conventionally known method can be adopted as a specific calculation method of the distance information, a specific description thereof is omitted here.
  • the calibration condition determining means 35 is configured to detect that a condition for executing the calibration process of the ultrasonic sensor 21 is satisfied. In the present embodiment, the calibration condition determining means 35 determines whether or not an appropriate object to be detected is recognized at a certain distance by the ultrasonic sensor 21 and whether or not another calibration environment is prepared. It is configured.
  • Whether or not an appropriate object to be detected is recognized at a certain distance is determined by maintaining the distance between the object to be detected and the ultrasonic sensor 21 during acquisition of data for the calibration process, and accurately performing the calibration process. It has been added to the conditions to make it possible.
  • the object to be detected at the time of calibration processing is preferably one that easily reflects ultrasonic waves.
  • a power pole is more suitable than a curb block located near the ground, and other vehicle bumpers, etc. Is more suitable.
  • the calibration condition determination unit 35 determines this condition based on whether or not the voltage signal group currently output from the ultrasonic sensor 21 includes more voltage signals having a relatively high level. Can be configured.
  • the other calibration environment is established is added to the condition that the calibration process is executed in a state where there is no abnormality in the ultrasonic sensor 21 and no system error has occurred in the obstacle detection device 10. It has been.
  • the vehicle environment is zero, that is, the vehicle is stopped, the vehicle is not tilted, etc. It may be included in the conditions.
  • the calibration data acquisition unit 36 determines the threshold value Thre_S as the reference threshold voltage V0 to be set for the distance information calculation unit 33 while the calibration condition determination unit 35 detects that the condition for executing the calibration process is satisfied. Instruct / N. Further, the calibration data acquisition means 36 acquires the data of the calculation result of the distance information performed with each determination threshold Thre_S / N as the reference threshold voltage V0 while changing the instruction value of the determination threshold Thre_S / N, and the storage means To come to remember.
  • a plurality of determination thresholds Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn are set in stages so that the determination threshold Thre_S / N includes a range of sound pressures that can be received by the ultrasonic sensor 21. .
  • the calibration data obtaining unit 36 obtains calculation result data while changing the determination threshold Thre_S / N from a large value to a small value or from a small value to a large value. If it is possible to acquire data of calculation results of all determination thresholds Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn, the determination threshold Thre_S / N may be changed at random.
  • the number and interval of the determination threshold Thre_S / N to be set can be appropriately determined according to the time required for the calibration process and the accuracy of the required calibration process result.
  • the determination threshold Thre_S / N is changed so that a plurality of calculation results of distance information can be obtained for each determination threshold Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn.
  • the determination threshold Thre_S / N can be set to change every predetermined time.
  • the determination threshold Thre_S / N can be set to be changed at the time when the determination becomes possible.
  • the boundary value discriminating means 37 is based on the data group of the calculation results obtained by the calibration data obtaining means 36, and the first boundary value ThreA from among the judgment thresholds Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn. In addition, data processing for determining the second boundary value ThreB is performed.
  • the first boundary value ThreA is a determination threshold Thre_S / N that is a boundary on whether or not the detected object is recognized in each calculation result, and the second boundary value ThreB is in a state where the detected object is recognized. This is a determination threshold Thre_S / N that serves as a boundary of whether or not the included noise is within an allowable range.
  • the boundary value discriminating means 37 is based on a data group of calculation results of a plurality of distance information obtained by using the respective threshold values Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn as the reference threshold voltage V0.
  • the maximum determination threshold Thre_S / N from which distance information can be stably obtained is determined and set as the first boundary value ThreA.
  • the boundary value discriminating means 37 is based on a data group of calculation results of a plurality of distance information obtained by using the respective threshold values Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn as the reference threshold voltage V0.
  • the minimum determination threshold Thre_S / N with which distance information can be stably obtained is determined and set as the second boundary value ThreB.
  • the output value of the voltage signal output from the ultrasonic sensor 21 is zero.
  • a normal reflected wave by the detection object causes attenuation of sound pressure according to the surrounding environment such as temperature and humidity at that time, but the output voltage signal shows a substantially constant value.
  • the ultrasonic voltage signal scattered by road surface reflection etc. has a higher sound pressure attenuation rate and the attenuation rate varies, the output varies with a smaller range than the normal reflected wave voltage signal. Indicates the value.
  • the determination threshold value Thre_S / N is such that most of the normal reflected wave voltage signal is removed.
  • the determination threshold Thre_S / N is a value close to the appropriate reference threshold voltage V0, the calculation result of the distance information can easily indicate a value that is not the maximum value Dmax.
  • the value of the calculation result of the distance information indicates a higher value as the object to be detected more easily reflects the ultrasonic wave.
  • the determination threshold Thre_S / N is too low, the calculation of distance information including noise is performed, so the calculation result of the distance information is likely to vary within a range of values smaller than the distance to the actual detected object. Become.
  • the boundary value discriminating means 37 statistically calculates the calculated value and variation of the calculation result of the distance information obtained for each judgment threshold Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn.
  • the maximum value and the minimum value of the determination threshold Thre_S / N at which the distance information to the detected object is stably obtained are determined as the first boundary value ThreA and the second boundary value ThreB, respectively.
  • the first boundary value ThreA and the second boundary value ThreB are determined by the boundary value determination means 36 by distance information with all the determination thresholds Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn as the reference threshold voltage V0. It may be executed after obtaining the calculation result data of (2), or the calculation threshold value Thre_S / N is changed stepwise to increase or decrease step by step and the calculation result data by the previous determination threshold value Thre_S / N and It can also be performed by comparing.
  • the reference threshold value adjusting means 39 is a distance information calculating process performed by the distance information calculating means 33 when not in the calibration mode.
  • the reference threshold voltage V0 used for the calculation is obtained by calculation and updated.
  • an average value of the first boundary value ThreA and the second boundary value ThreB is obtained as the reference threshold voltage V0.
  • the method for obtaining the reference threshold voltage V0 may be other methods.
  • a value obtained by adding or subtracting a predetermined value to the first boundary value ThreA or the second boundary value ThreB can be set as the reference threshold voltage V0.
  • the reference threshold voltage V0 may be a value obtained by multiplying or gradually calculating the first boundary value ThreA or the second boundary value ThreB by a predetermined coefficient. Since the setting of the reference threshold voltage V0 affects the calculation result of the distance information calculation means 33, the first threshold value ThreA and / or the second boundary value ThreB is set according to the accuracy required for the calculation result. Based on this, it is possible to set a method for obtaining the reference threshold voltage V0. Depending on how to obtain the reference threshold voltage V0, either the first boundary value ThreA or the second boundary value ThreB obtained by the boundary value discriminating means 37 can be omitted.
  • FIGS. 4 and 5 are flowcharts for explaining an example of the automatic calibration processing method of the obstacle detection device 10 executed by the arithmetic processing device 30 of this embodiment.
  • step S1 of FIG. 4 after transmitting ultrasonic waves from the ultrasonic sensor 21 at a predetermined minute cycle, in step S2, voltage signal groups Sv1, Sv2,... Svx output from the ultrasonic sensor 21 are obtained. Read.
  • step S3 a distance to the detected object is calculated using a voltage signal equal to or higher than the reference threshold voltage V0current in the normal mode set in the voltage signal group Sv1, Sv2,... Svx.
  • step S4 it is determined whether or not the detected object is suitable for the calibration process.
  • this step S4 it is determined whether or not the voltage signal group Sv1, Sv2,... Svx currently output from the ultrasonic sensor 21 includes more voltage signals at a relatively high level. It is to be determined. If the object to be detected is not suitable for the calibration process (No), this routine is terminated and the process returns to Step S1, while if the object to be detected is suitable for the calibration process (Yes), the process proceeds to Step S5. move on.
  • step S5 it is determined whether or not another calibration environment is prepared. In this embodiment, in step S5, it is determined whether an error signal is output from the ultrasonic sensor 21, whether a system error has occurred in the obstacle detection device 10, or whether the vehicle speed is zero. ing. When these calibration environments are not prepared (No), this routine is finished and the process returns to Step S1. When the calibration environment is prepared (Yes), the process proceeds to Step S6 and the reference threshold voltage in the normal mode is set. Get data information for adjusting V0current.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a subroutine for performing the data information acquisition performed in step S6.
  • the determination threshold Thre_S / N that is set as the reference threshold voltage V0 in the calibration mode is set to the largest value Thre_S / N1, and then in step S22, ultrasonic waves are emitted from the ultrasonic sensor 21 at a predetermined minute cycle. Send.
  • a distance to the detection object is calculated using a voltage signal equal to or higher than a determination threshold Thre_S / N among the voltage signal groups Sv1, Sv2,... Svx output from the ultrasonic sensor 21.
  • step S24 it is determined whether or not the number of data of the distance information calculation result at the currently set determination threshold Thre_S / N is equal to or greater than a predetermined threshold N. If the number of data has reached the threshold value N (Yes), the process proceeds to step S25. If the number of data is less than the threshold value N (No), the process proceeds to step S27, and whether or not the calibration environment is maintained. Determined.
  • the calibration environment at this time is basically determined in the same manner as in step S5 of FIG. 4, but in order to prevent the calibration process from being performed properly due to the influence of the attenuation rate of the ultrasonic wave due to the change in the surrounding environment. Further, whether the outside air temperature has risen by a predetermined value or more, or whether a predetermined time or more has not passed since the start of data information acquisition may be added to the conditions. For example, when the current stop state of the vehicle is due to a traffic jam or the like, the ambient temperature tends to increase, and there is a possibility that the calibration process cannot be performed properly. Further, the distance to the detected object may be calculated using the currently set reference threshold voltage V0current in the normal mode, and it may be determined whether the distance to the detected object is maintained.
  • step S1 the calibration environment is not maintained (No)
  • the calibration process is interrupted and the process returns to step S1 in FIG.
  • the process returns to step S22, and distance information is calculated again with the current determination threshold Thre_S / N.
  • step S24 when the number of data of the calculation result of the distance information at the currently set determination threshold Thre_S / N has reached the threshold N, the determination threshold Thre_S / N is set to the lower limit value Thre_S / Nn. It is determined whether or not. If the determination threshold value Thre_S / N is not the lower limit value Thre_S / Nn (No), the process proceeds to step S26, the determination threshold value Thre_S / N is changed to one step smaller value, then the process proceeds to step S27, and the calibration environment is maintained. Returning to step S22, the same steps as before are repeated.
  • step S25 All the determination thresholds Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Steps S22 to S27 are repeated until data of distance information calculation results with Thre_S / Nn as the reference threshold voltage V0 is acquired. If it is determined in step S25 that the determination threshold Thre_S / N is set to the lower limit value Thre_S / Nn (Yes), this subroutine is terminated, and the process proceeds to step S7 in FIG.
  • step S7 statistical processing is executed based on the data group of the calculation result of the distance information acquired in step S6, and a predetermined first value is selected from among the determination thresholds Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn.
  • the first boundary value ThreA and the second boundary value ThreB are discriminated.
  • calculation processing in the normal mode is executed based on the first boundary value ThreA and / or the second boundary value ThreB in step S8.
  • An appropriate value V0new of the reference threshold voltage V0current used for the determination is obtained and updated.
  • the updated reference threshold voltage V0new is obtained as an appropriate value according to the current environmental conditions such as temperature and humidity, and is executed using the updated reference threshold voltage V0new in step S3.
  • the calculation result of the distance information of the detection object is highly accurate.
  • FIG. 6 shows an example in which the calibration process is executed while the pole existing at a position of 3.5 m from the ultrasonic sensor 21 is detected by the ultrasonic sensor 21.
  • the thick solid line in FIG. 6 indicates the determination thresholds Thre_S / N1, Thre_S / N2,... Thre_S / Nn set to the reference threshold voltage V0, and the value is incremented by one step for each predetermined period. It has been changed slightly.
  • the thin solid line in FIG. 6 is equal to or higher than the determination threshold Thre_S / N set at that time among the voltage signal groups Sv1, Sv2,... Svx output from the ultrasonic sensor 21 at each time point. The data of the calculation result of the distance information performed using the voltage signal is shown.
  • the reference threshold voltage V0 is set to the largest determination threshold Thre_S / N1 at t0, and the distance is based on a voltage signal equal to or higher than the determination threshold Thre_S / N1 in the output voltage signal group Sv1, Sv2,.
  • Calculate information The calculation of the distance information using the determination threshold value Thre_S / N1 is repeated until the time point t1 when the reference threshold voltage V0 is changed to a value smaller by one step. In the period from t0 to t1, the voltage signal of the normal reflected wave is not used for the calculation of the distance information. Therefore, the calculated distance information indicates the maximum value Dmax representing the recognition state of the detected object. .
  • the reference threshold voltage V0 is set to the determination threshold Thre_S / N2 that is one step smaller, and the calculation of distance information is repeated. Even during the period from t1 to t2, most of the calculated distance information shows the maximum value Dmax, and it is determined that the detection target is not recognized.
  • the reference threshold voltage V0 is set to the determination threshold Thre_S / N3 which is smaller by one step, and the calculation of distance information is repeated. Even during the period from t2 to t3, the calculated distance information includes many maximum values Dmax, and it is determined that the detected object is not recognized.
  • the reference threshold voltage V0 is set to the determination threshold Thre_S / N4 which is smaller by one step, and the calculation of the distance information is repeated. Even during the period from t3 to t4, the calculated distance information includes many maximum values Dmax, and it is determined that the detection target is not recognized in the determination setting of the present embodiment.
  • the reference threshold voltage V0 is set to the determination threshold Thre_S / N5 which is smaller by one step, and the calculation of distance information is repeated.
  • the maximum value Dmax included in the calculated distance information decreases, and the value of the distance information starts to stabilize. Therefore, it is determined that the detected object starts to be recognized when the reference threshold voltage V0 is set to the determination threshold Thre_S / N5, and the boundary whether or not the determination threshold Thre_S / N5 is in a state where the detected object is recognized. It is determined as the first boundary value ThreA, which is a value.
  • the value of the determination threshold Thre_S / N determined as the first boundary value ThreA varies greatly depending on the form of the detected object. For example, when the object to be detected is not a pole but a vehicle bumper that easily reflects an ultrasonic wave, a reflected wave having a high level is easily received, so that the determination is made as the first boundary value ThreA.
  • the threshold value Thre_S / N is a larger value.
  • the reference threshold voltage V0 is decreased by one step and the distance information is repeatedly calculated. During this period, the calculated distance information is constant. It is determined that the object to be detected is stably recognized.
  • the reference threshold voltage V0 is set to the determination threshold Thre_S / N8 which is smaller by one step, and the calculation of distance information is repeated.
  • the calculated distance information starts to show variations and is in an unstable state. Therefore, it is determined that a lot of noise is included in the voltage signal output from the ultrasonic sensor 21, and the determination threshold Thre_S / N8 is determined as the second boundary value ThreB, which is a boundary value indicating whether the noise is within the allowable range.
  • the reference threshold voltage V0 is decreased by one step and the distance information is repeatedly calculated. Even during this period, the calculated distance information Variations are observed, and it is determined that the voltage signal contains a lot of noise. From t10, although the reference threshold voltage V0 is set to the determination threshold Thre_S / N11 and the calculation of the distance information is performed, the acquisition of the data of the calculation result of the distance information is interrupted halfway due to the time over.
  • the calculation process of the distance information is executed while changing the determination threshold Thre_S / N as the set value of the reference threshold voltage V0, and the data group of the calculation result is statistically processed, so that a predetermined first boundary is obtained.
  • the value ThreA and the second boundary value ThreB can be easily grasped.
  • the reference threshold voltage V0new to be updated is set in the vicinity of the range of Thre_S / N5 to Thre_S / N7, so that distance information can be accurately obtained under the current ambient environment. Become.
  • FIG. 6 shows values obtained by filtering the data in FIG. 6 with a low-pass filter. If it is a filtered value, the transition of the calculated distance information is captured as a smooth curve, and the calculation for determining the first boundary value ThreA or the second boundary value ThreB becomes easy, or the calculation formula It becomes possible to increase the variation of the setting.
  • the calibration processing device is configured by the arithmetic processing device 30 different from the ultrasonic sensor 21, but the calibration processing device can also be realized by an electronic circuit provided in the ultrasonic sensor 21. . Further, the electronic sensor and the arithmetic processing device 30 provided in the ultrasonic sensor 21 may be used. In the ultrasonic sensor 21 of the present embodiment, the received signal corresponding to the intensity of the reflected wave is output as a voltage signal, but other signal values may be used.

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Abstract

　超音波検知装置による演算処理を温度や湿度等の周囲環境の違いにかかわらず精度よく行えるようにするための校正処理を、追加のセンサ等を用いることなく、自動で行うことができる超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びに車載用障害物検知装置を提供する。　所定の被検出体によって超音波が反射されている状態で出力される受信信号群のうち所定の判定閾値以上の受信信号を用いて求められる距離情報の演算結果のデータを、判定閾値を変えながらそれぞれの判定閾値について取得し、取得された演算結果のデータ群に基づいて、被検出体を安定的に認識できる状態と、被検出体を安定的に認識できない状態と、の境界値を判定閾値の中から判別し、判別された境界値に基づいて、距離情報の演算処理を行う際に用いる基準閾値を調整する。

Description

超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びに車載用障害物検知装置
　本発明は、送信素子から送信された超音波の反射波を受信素子で受信信号に変換し、この受信信号を用いて被検出体までの距離情報の演算処理が行われる超音波検知装置の校正処理を行うための超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びにそのような校正処理装置を備えた車載用障害物検知装置に関するものである。
　従来、車両に搭載される障害物検知装置のように、超音波センサと、超音波センサの受信信号を用いて演算処理を行う演算処理装置とを備えた超音波検知装置が種々知られている。このような超音波検知装置では、超音波センサの送信素子から送信した超音波の反射波を超音波センサの受信素子で受信するとともに反射波を反射波の強さに相当する受信信号に変換して出力し、出力された受信信号群を用いて被検出体までの距離情報の演算処理を行うように構成されている。
　超音波は、周囲の温度や湿度等の環境条件の変化によってその音圧が減衰する特性を有している。そのために、超音波検知装置による演算結果を正確なものとするためには周囲の環境条件の変化を考慮する必要がある。
　例えば、温度による超音波の送信効率の低下を防ぐようにした超音波センサが提案されている。この超音波センサは、振動伝達部材の周囲温度を検出する感温素子を含み、駆動信号生成部が感温素子の出力信号に応じた駆動信号を生成するように構成されている。この超音波センサによれば、温度に応じて振動伝達部材のヤング率が変化し共振周波数が変化しても、振動伝達部材の共振周波数に応じた駆動信号が送信用振動子に与えられ、温度による送信効率の低下を防ぐことができる（特許文献１を参照。）。
　また、水滴やごみの付着及び湿度変化による検出精度劣化の問題を解決できるようにした超音波センサ装置が提案されている。この超音波センサ装置は、１個以上の送信素子と２個以上の受信素子が同一基板上に集積化されて構成されており、送信素子が２以上の異なる周波数の超音波を送信するように構成されるとともに、湿度補正機能を有している。この超音波センサ装置によって、低コストで、かつ湿度変化による検出精度劣化に対処可能な超音波センサ装置を得ることができる（特許文献２を参照。）。
　さらに、湿度変化による検出精度の低下を抑制できるようにした超音波センサが提案されている。この超音波センサは、受信素子を構成する圧電素子から出力される出力電圧が閾値以上である場合に受信素子による超音波の受信を検知するものであり、伝播距離を伝播したときの超音波の音圧を湿度演算処理により演算される湿度に基づいて演算し、この音圧から求められる最小出力電圧が閾値に係数を乗算した値よりも小さい場合には閾値を下げるように調整するように構成されている（特許文献３を参照。）。
特開２００７－１８３１８５号公報 特開２００６－２４２６５０号公報 特開２００９－２５７９７８号公報
　特許文献１に記載の超音波センサは、温度に応じた駆動信号が生成されるようになっているものの、超音波の音圧は、温度よりも湿度の影響によってより減衰しやすいものであるため、対策が不十分となるおそれがある。
　一方、特許文献２や特許文献３に記載の超音波センサ装置は、湿度センサを用いることなく湿度の変化に対応しようとするものであるが、特許文献２の超音波センサ装置では、複数の周波数の異なる超音波を送信する必要があるとともに、複数の受信素子を用いる必要があり、超音波センサの大型化やコストの増大につながるおそれがある。また、特許文献３の超音波センサは、複雑な演算式を用いて湿度を推定するようになっており、演算の精度や制御装置の処理能力が要求される。
　また、特許文献２及び特許文献３に記載の超音波センサ装置は、いずれも湿度の変化に応じて補正が行われるように構成されているものの、温度の影響をも考慮しようとした場合には、温度補正の演算式を別途組み入れる必要がある。温度の影響と湿度の影響をともに包含するように校正を行うことができれば、校正の方法としては簡単かつ有利である。
　そこで、本発明の発明者らは鋭意検討を重ね、所定の条件が成立している間に複数の判定閾値を用いた距離情報の演算結果のデータ群を取得して、演算処理に用いられる基準閾値を調整することによりこのような問題が解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、超音波検知装置の校正処理を、追加のセンサ等を用いることなく自動で行うことができ、温度や湿度等の周囲環境の違いにかかわらず演算処理を精度よく行えるようにした超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びに車載用障害物検知装置を提供することを目的とする。
　本発明によれば、超音波を送信する送信素子、及び送信素子から送信された超音波の反射波を受信して反射波の強さに相当する受信信号に変換する受信素子を有し、受信信号を用いて被検出体までの距離情報の演算処理が行われる超音波検知装置の校正処理を行う超音波検知装置の校正処理装置において、出力される受信信号群のうち所定の基準閾値以上の受信信号を用いて距離情報の演算処理を行う距離情報演算手段と、所定の被検出体によって超音波が反射されている状態で出力される受信信号群のうち所定の判定閾値以上の受信信号を用いて求められる距離情報の演算結果のデータを、判定閾値を変えながらそれぞれの判定閾値について取得する校正用データ取得手段と、取得された演算結果のデータ群に基づいて、被検出体を安定的に認識できる状態と被検出体を安定的に認識できない状態との境界値を判定閾値の中から判別する境界値判別手段と、判別された境界値に基づいて、距離情報の演算処理を行う際に用いる基準閾値を調整する基準閾値調整手段と、を備えることを特徴とする超音波検知装置の校正処理装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
　また、本発明の超音波検知装置の校正処理装置を構成するにあたり、境界値判別手段が、演算結果のデータ群に基づいて、被検出体が認識されている状態と、被検出体が認識されていない状態との境界値である第１境界値を求めることが好ましい。
　また、本発明の超音波検知装置の校正処理装置を構成するにあたり、境界値判別手段が、演算結果のデータ群に基づいて、被検出体が認識されている状態と、被検出体が認識されているもののノイズが多く含まれている状態と、の境界値である第２境界値を求めることが好ましい。
　また、本発明の超音波検知装置の校正処理装置を構成するにあたり、基準閾値調整手段は、第１境界値及び第２境界値の平均値を基準閾値に設定することが好ましい。
　また、本発明の超音波検知装置の校正処理装置を構成するにあたり、基準閾値調整手段は、第１境界値又は第２境界値に所定値を加算又は減算した値、あるいは、第１境界値又は第２境界値に所定係数を乗算又は除算した値を基準閾値に設定することが好ましい。
　また、本発明の超音波検知装置の校正処理装置を構成するにあたり、校正用データ取得手段が、データの取得開始から所定時間を経過したとき、又は、外気温度が所定値以上上昇したときに、データの取得を中止することが好ましい。
　また、本発明の超音波検知装置の校正処理装置を構成するにあたり、校正用データ取得手段は、ローパスフィルタによってフィルタ処理された演算結果のデータを取得することが好ましい。
　また、本発明の超音波検知装置の校正処理装置を構成するにあたり、超音波検知装置が車載用障害物検知装置であり、少なくとも校正用データ取得手段によるデータの取得は車両の停止状態で実行され、車両から被検出体までの距離が変化したときにはデータの取得を中止することが好ましい。
　また、本発明の別の態様は、超音波を送信する送信素子、及び送信素子から送信された超音波の反射波を受信して反射波の強さに相当する受信信号に変換する受信素子を有し、受信信号を用いて被検出体までの距離情報の演算処理が行われる超音波検知装置の校正処理を自動で行う超音波検知装置の校正処理方法において、所定の被検出体によって超音波が反射されている状態で出力される受信信号群のうち所定の判定閾値以上の受信信号を用いて求められる距離情報の演算結果のデータを、判定閾値を変えながらそれぞれの判定閾値について取得し、取得された演算結果のデータ群に基づいて、被検出体を安定的に認識できる状態と、被検出体を安定的に認識できない状態と、の境界値を判定閾値の中から判別し、判別された境界値に基づいて、距離情報の演算処理を行う際に用いる基準閾値を調整することを特徴とする超音波検知装置の校正処理方法である。
　また、本発明のさらに別の態様は、上述したいずれかの超音波検知装置の校正処理装置を備えた車載用障害物検知装置である。
　本発明の超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びに車載用障害物検知装置によれば、超音波センサと被検出体との距離が一定となっている状態で受信素子から出力される受信信号群を用いて、複数の判定閾値ごとに所定の演算処理が行われ、この演算結果のデータ群に基づいて距離情報の演算処理の際に用いる基準閾値が自動的に調整される。したがって、受信素子から出力される受信信号群を、被検出体による反射波の受信信号とノイズとに区別するための基準閾値が、そのときどきの温度や湿度等の環境条件に応じて自動的に調整されるようになる。その結果、受信素子から出力される受信信号群を用いた距離情報の演算処理の精度を向上させることができるようになる。
本実施形態の校正処理装置が備えられた障害物検知装置の全体的構成を示す図である。 障害物を検知する際の各部の波形を示すチャート図である 演算処理装置の構成を説明するためのブロック図である。 本実施形態の校正処理方法を説明するためのフローチャートである。 校正用データを取得する方法を説明するためのフローチャートである。 校正用データ群に基づく統計処理について説明するためのチャート図である。 フィルタ処理された校正用データ群に基づく統計処理について説明するためのチャート図である。
　以下、図面を参照して、本発明の超音波検知装置の校正処理装置及び校正処理方法並びに車載用障害物検知装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、以下の実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
１．超音波検知装置の校正処理装置
　図１は、本発明の実施の形態にかかる校正処理装置が備えられた超音波検知装置としての車載用障害物検知装置１０の全体的構成を例示している。この障害物検知装置１０において、演算処理装置３０が校正処理装置としても機能するように構成されている。
　障害物検知装置１０は、バンパー等、車両の周囲に備えられた超音波センサ２１と、超音波センサ２１から出力される信号を読込んで演算処理を行う演算処理装置３０とを備えている。この障害物検知装置１０において、演算処理装置３０は、基本的には超音波センサ２１から出力される信号に基づいて車両の周囲に存在する被検出体（障害物）の情報を求めるようになっている。
　超音波センサ２１は、車両の外側に向けて超音波を送信する送信素子２２と、送信素子２２から送信された超音波の反射波を受信するとともに、反射波を電圧信号に変換して出力する受信素子２３とを備えている。
　送信素子２２は、励振されることで超音波を送信する送信振動部２２ａと、送信振動部２２ａに当接して送信振動部２２ａを励振させる圧電素子２２ｂとを備えている。圧電素子２２ｂは、所定の微小周期で演算処理装置３０から出力される電圧信号に応じて送信振動部２２ａをパルス状に励振させ、超音波を送信させる。送信する超音波の音圧や周波数等は演算処理装置３０からの電圧信号によって指示される。
　また、受信素子２３は、被検出体によって反射された超音波の反射波を受けて振動する受信振動部２３ａと、受信振動部２３ａに当接して受信振動部２３ａの振動を電圧信号に変換する圧電素子２３ｂとを備えている。受信振動部２３ａが反射波を受けて励振されると、圧電素子２３ｂが受信振動部２３ａの振動に応じた電圧信号を演算処理装置３０に向けて出力する。
　演算処理装置３０は、公知のマイクロコンピュータを中心として、図示しないＣＰＵやＲＡＭ等によって構成されている。この演算処理装置３０は、発振回路２５に対して所定の微小周期で超音波センサ２１の駆動指示信号を出力する。発振回路２５は駆動指示信号を受け取ると、あらかじめ設定された所定周波数のパルス信号を駆動回路２７に出力する。そして、駆動回路２７は、発振回路２５からのパルス信号にしたがって超音波センサ２１の送信素子２２の圧電素子２２ｂを駆動させる。その結果、送信振動部２２ａが圧電素子２２ｂによって励振され、超音波が送信される。
　また、演算処理装置３０から駆動指示信号が出力されていないときには、演算処理装置３０には超音波センサ２１の受信素子２３から出力される電圧信号群が増幅回路２９を介して入力される。超音波センサ２１から出力される電圧信号には少なからずノイズが含まれている。代表的なものは、地面によって乱反射された反射波の電圧信号である。そのため、被検出体によって反射された正常な反射波の電圧信号とノイズとを区別するために、演算処理装置３０は入力された電圧信号群のうち、基準閾電圧よりも大きい電圧信号を被検出体からの反射波であると認識するようになっている。
　図２は、このように構成される障害物検知装置１０によって障害物を検知する際の各部の波形を示している。
　ｔ１１からｔ１２までの期間に発振回路２５から駆動回路２７にパルス信号が出力されると、駆動回路２７からの駆動信号によって圧電素子２２ｂが送信振動部２２ａを励振させ、超音波が送信される。この超音波が被検出体によって反射されると、ｔ１３からｔ１５までの期間にその反射波が受信素子２３によって受信されるとともに増幅された電圧信号として演算処理装置３０に入力される。超音波の送信完了後、基準閾電圧V0以上の電圧信号が入力されたｔ１４の時点で被検出体が検知され、また、超音波の送信が開始されたｔ１１から基準閾電圧V0以上の電圧信号が入力されるｔ１４までの時間Tに基づいて、被検出体までの距離が演算によって推定される。
　ここで、超音波の音圧は、周囲の温度や湿度等の環境条件によって減衰するとともに、その減衰率も温度や湿度等によって異なってくることから、正常な反射波の電圧信号とノイズとを区別するための基準閾電圧V0の値は、そのときの周囲環境によって異なってくる。本実施形態において、演算処理装置３０は、そのときの周囲環境に応じた基準閾電圧V0が設定されるように、超音波センサ２１の校正処理を自動で実行できるようになっている。
　図３は、演算処理装置３０の構成のうち、超音波センサ２１の校正処理に関連する部分を機能的なブロックで表したものである。
　この演算処理装置３０は、電圧信号読込生成手段３１と、距離情報演算手段３３と、校正条件判定手段３５と、校正用データ取得手段３６と、境界値判別手段３７と、基準閾値調整手段３９とを備えて構成されている。演算処理装置３０は公知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、各手段は、マイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものである。また、演算処理装置３０には図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶手段が備えられており、超音波センサ２１から出力される電圧信号や、上記各手段の演算結果等が記憶されるようになっている。
　電圧信号読込生成手段３１は、超音波センサ２１から出力される電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxを演算処理装置３０内に読み込み、電圧信号の情報を生成するようになっている。
　距離情報演算手段３３は、電圧信号読込生成手段３１で読込まれた電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxのうち、基準閾電圧V0以上の電圧信号の情報を抽出し、抽出された電圧信号を用いて被検出体までの距離の演算を行うようになっている。校正処理モードに入っていない状態において、距離情報演算手段３３は、被検出体までの距離情報を得ると、報知手段等に対して警報音の発信指示等を出力するようになっている。距離情報の具体的な演算方法については従来公知の方法を採用することができるため、ここでの具体的な説明は省略する。
　校正条件判定手段３５は、超音波センサ２１の校正処理を実行するための条件の成立を検出するようになっている。本実施形態において、校正条件判定手段３５は、超音波センサ２１によって適正な被検出体が一定の距離で認識されているか否か、及び、その他の校正環境が整っているか否かを判別するように構成されている。
　適正な被検出体が一定の距離で認識されているか否かは、校正処理のためのデータの取得中に被検出体と超音波センサ２１との距離が一定に維持され、校正処理を正確に行えるようにするために条件に加えられている。校正処理時の被検出体としては超音波を反射しやすいものが好ましく、例えば、地面に近い位置にある縁石ブロックよりも電柱の方が適しており、また、電柱よりも他の車両のバンパー等の方がより適している。校正条件判定手段３５は、例えば、超音波センサ２１から現在出力されてくる電圧信号群に、比較的高いレベルの電圧信号をより多く含まれている状態か否かでこの条件を判別するように構成することができる。
　また、その他の校正環境が成立しているか否かは、超音波センサ２１自体に異常がなく、障害物検知装置１０にシステムエラーが生じていない状態で校正処理が実行されるように条件に加えられている。これ以外にも、車速がゼロ、すなわち、車両が停止していることや、車両が大きく傾いていないこと等、被検出体を適切に測定できる車両側の環境が整っていることを、校正環境の条件に含んでいてもよい。車両の停止状態で校正処理が開始されるようにすることで、車両の走行状態で校正処理の実行が開始されるとともに被検出体との距離が変化するたびにリセットされて、演算処理装置３０によって無駄に演算処理が繰り返されることを低減できる。
　校正用データ取得手段３６は、校正条件判定手段３５によって校正処理を実行するための条件成立が検出されている間、距離情報演算手段３３に対して、設定する基準閾電圧V0としての判定閾値Thre_S/Nの指示を行う。また、校正用データ取得手段３６は、判定閾値Thre_S/Nの指示値を変えながら、それぞれの判定閾値Thre_S/Nを基準閾電圧V0として行われる距離情報の演算結果のデータを取得し、記憶手段に記憶するようになっている。
　判定閾値Thre_S/Nは、超音波センサ２１による受信が可能な音圧の範囲を含むように、段階的に複数の判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnが設定される。校正用データ取得手段３６は、判定閾値Thre_S/Nを大きい値から小さい値へ、あるいは、小さい値から大きい値へ変更しながら、演算結果のデータを取得するようになっている。すべての判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnの演算結果のデータを取得できるようになっていれば、判定閾値Thre_S/Nをランダムに変更するようにしてもよい。設定する判定閾値Thre_S/Nの数や間隔は、校正処理にかける時間や、要求される校正処理結果の精度に応じて適宜決めることができる。
　また、判定閾値Thre_S/Nは、それぞれの判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnごとに距離情報の演算結果が複数得られるように変更される。例えば、演算結果のデータに基づく被検出体の認識状態の判別を後のステップで行うのであれば、所定時間ごとに判定閾値Thre_S/Nを変更するように設定することができる。あるいは、演算結果のデータに基づく被検出体の認識状態の判別を並行して行うのであれば、当該判別が可能になって時点で判定閾値Thre_S/Nを変更するように設定することができる。
　境界値判別手段３７は、校正用データ取得手段３６によって取得された演算結果のデータ群に基づいて、判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnの中から第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBを判別するデータ処理を行うようになっている。第１境界値ThreAは、各演算結果において被検出体が認識されているか否かの境界となる判定閾値Thre_S/Nであり、第２境界値ThreBは、被検出体が認識されている状態において含まれるノイズが許容範囲か否かの境界となる判定閾値Thre_S/Nである。
　具体的に、判定閾値Thre_S/Nが高すぎる場合には、距離情報の演算処理において正常な反射波の電圧信号も除かれやすくなり、演算結果からは被検出体が認識できないことになる。したがって、境界値判別手段３７は、それぞれの判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnを基準閾電圧V0として得られた複数の距離情報の演算結果のデータ群を基に、距離情報が安定的に得られる最大の判定閾値Thre_S/Nを判別して第１境界値ThreAとする。
　また、判定閾値Thre_S/Nが低すぎる場合には、正常な反射波の電圧信号以外のノイズも距離情報の演算処理に用いられやすくなり、演算結果は不安定になりばらつきが大きくなる。したがって、境界値判別手段３７は、それぞれの判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnを基準閾電圧V0として得られた複数の距離情報の演算結果のデータ群を基に、距離情報が安定的に得られる最小の判定閾値Thre_S/Nを判別して第２境界値ThreBとする。
　例えば、被検出体が存在しないとき、すなわち、超音波センサ２１が反射波を受信できないときには、超音波センサ２１から出力される電圧信号の出力値はゼロとなる。また、被検出体による正常な反射波は、そのときの温度や湿度等の周囲環境に応じて音圧の減衰を生じるが、出力される電圧信号はほぼ一定の値を示す。さらに、路面反射等によって散乱した超音波の電圧信号は、音圧の減衰率がさらに高くなるとともに減衰率もばらつくために、正常な反射波の電圧信号よりも小さい値の範囲でばらつきのある出力値を示す。
　したがって、それぞれの判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnを基準閾電圧V0とした演算処理において、正常な反射波の電圧信号の大部分が除かれるほど判定閾値Thre_S/Nが高いときには、距離情報の演算結果は最大値Dmaxを示しやすくなる。また、判定閾値Thre_S/Nが適正な基準閾電圧V0に近い値のときには、距離情報の演算結果は最大値Dmaxではない値を安定的に示しやすくなる。このとき、被検出体が超音波を反射しやすいものであるほど、距離情報の演算結果の値は高い値を示す。さらに、判定閾値Thre_S/Nが低すぎると、ノイズも含めて距離情報の演算が行われるために、距離情報の演算結果は、現実の被検出体までの距離よりも小さい値の範囲でばらつきやすくなる。
　これを踏まえて、境界値判別手段３７は、それぞれの判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnごとに得られている距離情報の演算結果の算出値やばらつきを統計的に処理することで、被検出体までの距離情報が安定的に得られている判定閾値Thre_S/Nの最大値及び最小値をそれぞれ第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBとして判別する。
　なお、境界値判別手段３６による第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBの判別は、すべての判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnを基準閾電圧V0とした距離情報の演算結果のデータを取得した後に実行してもよく、あるいは、判定閾値Thre_S/Nを段階的に大きくあるいは小さく変更しながら、その都度一つ前の判定閾値Thre_S/Nによる演算結果のデータと比較することによって実行することもできる。
　基準閾値調整手段３９は、境界値判別手段３７で得られた第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBに基づいて、校正モード以外のときに距離情報演算手段３３で行われる距離情報の演算処理に用いる基準閾電圧V0を演算により求め、更新をかけるように構成されている。本実施形態の例では、第１境界値ThreAと第２境界値ThreBとの平均値が基準閾電圧V0として求められるようになっている。
　ただし、基準閾電圧V0の求め方はこれ以外の方法であってもよい。例えば、第１境界値ThreA又は第２境界値ThreBに所定値を加減算した値を基準閾電圧V0とすることができる。あるいは、第１境界値ThreA又は第２境界値ThreBに所定係数を乗算又は徐算した値を基準閾電圧V0としてもよい。基準閾電圧V0の設定は、距離情報演算手段３３の演算結果に影響を与えるため、この演算結果に要求される精度に応じて、第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBあるいはいずれか一方に基づく基準閾電圧V0の求め方を設定することができる。この基準閾電圧V0の求め方によっては、境界値判別手段３７で求める第１境界値ThreA又は第２境界値ThreBのいずれかを省略することもできる。
２．超音波検知装置の校正処理方法
　図４及び図５は、本実施形態の演算処理装置３０によって実行される障害物検知装置１０の自動校正処理方法の一例を説明するためのフローチャートを示している。
　まず、図４のステップＳ１において、超音波センサ２１から所定の微小周期で超音波を送信した後、ステップＳ２において、超音波センサ２１から出力される電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxを読込む。次いで、ステップＳ３において、電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxのうち、設定されている通常モードでの基準閾電圧V0current以上の電圧信号を用いて、被検出体までの距離を演算する。
　次いで、ステップＳ４において、被検出体が校正処理に適したものであるか否かを判別する。本実施形態では、このステップＳ４において、超音波センサ２１から現在出力される電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxが、比較的高いレベルの電圧信号をより多く含んでいる状態か否かを判別するようになっている。被検出体が校正処理に適したものでない場合（Ｎｏ）には本ルーチンを終了してステップＳ１に戻る一方、被検出体が校正処理に適したものである場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ５に進む。
　ステップＳ５では、その他の校正環境が整っているか否かを判別する。本実施形態では、このステップＳ５において、超音波センサ２１からエラー信号が出力されていないか、障害物検知装置１０にシステムエラーが生じていないか、車速がゼロであるかを判別するようになっている。これらの校正環境が整っていない場合（Ｎｏ）には本ルーチンを終了してステップＳ１に戻る一方、校正環境が整っている場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ６に進み、通常モードでの基準閾電圧V0currentを調整するためのデータ情報を取得する。
　図５は、ステップＳ６で行われるデータ情報の取得を実行するサブルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１において、校正モードでの基準閾電圧V0として設定する判定閾値Thre_S/Nを最も大きな値Thre_S/N1に設定した後、ステップＳ２２において、超音波センサ２１から所定の微小周期で超音波を送信する。次いで、ステップＳ２３において、超音波センサ２１から出力される電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxのうち判定閾値Thre_S/N以上の電圧信号を用いて、被検出体までの距離を演算する。
　次いで、ステップＳ２４において、現在設定されている判定閾値Thre_S/Nでの距離情報の演算結果のデータ数があらかじめ決められた閾値N以上になったか否かが判別される。データ数が閾値Nに到達している場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ２５に進む一方、データ数が閾値N未満の場合（Ｎｏ）にはステップＳ２７に進み、校正環境が維持されているか否かが判別される。
　このときの校正環境は、基本的に図４のステップＳ５と同じように判別されるが、周囲環境の変化によって超音波の減衰率が影響を受けて校正処理が適切に行えなくなることを防ぐために、外気温度が所定値以上上昇していないか、データ情報の取得開始から所定時間以上経過していないかを条件に加えても良い。例えば、現在の車両の停止状態が渋滞等による場合には、周囲温度が上昇しやすく、校正処理が適切に行えなくなるおそれがある。さらに、現在設定されている通常モードでの基準閾電圧V0currentを用いて被検出体までの距離を算出し、被検出体までの距離が維持されているかについても判別するようにしても良い。
　校正環境が維持されていない場合（Ｎｏ）には校正処理が中断され、図４のステップＳ１に戻ることになる。一方、校正環境が維持されている場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ２２に戻り、再び現在の判定閾値Thre_S/Nでの距離情報の演算を行う。
　ステップＳ２４において、現在設定されている判定閾値Thre_S/Nでの距離情報の演算結果のデータ数が閾値Nに到達して進んだステップＳ２５では、判定閾値Thre_S/Nが下限値Thre_S/Nnに設定されているか否かを判別する。判定閾値Thre_S/Nが下限値Thre_S/Nnでない場合（No）にはステップＳ２６に進み、判定閾値Thre_S/Nを１段階小さい値に変更した後ステップＳ２７に進み、校正環境が維持されていればステップＳ２２に戻って、これまでと同様のステップを繰り返す。
　すべての判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnを基準閾電圧V0とした距離情報の演算結果のデータが取得されるまでこのステップＳ２２～ステップＳ２７が繰り返される。そして、ステップＳ２５で判定閾値Thre_S/Nが下限値Thre_S/Nnに設定されている（Ｙｅｓ）と判別されると、このサブルーチンを終了し、図４のステップＳ７に進む。
　ステップＳ７では、ステップＳ６で取得した距離情報の演算結果のデータ群に基づいて統計的な処理を実行し、判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnの中から所定の第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBを判別する。第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBが得られると、ステップＳ８において、第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBあるいはいずれか一方の境界値に基づいて、通常モードでの演算処理を実行する際に用いる基準閾電圧V0currentの適正値V0newを求めて、更新をかける。
　このように更新された基準閾電圧V0newは、現在の温度や湿度等の環境条件に応じた適正値として得られるものであり、ステップＳ３において、更新された基準閾電圧V0newを用いて実行される被検出体の距離情報の演算結果は精度の高いものとなる。
３．統計処理の具体例
　次に、それぞれの判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnを基準閾電圧V0に設定して得られる距離情報の演算結果のデータ群に基づいて、更新する基準閾電圧Vocurrentの値V0newを求めるための第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBを得るための統計処理の具体例について、図６を参照しながら具体的に説明する。
　図６のチャート図において、横軸は時間（ｓｅｃ）であり、縦軸は距離（ｃｍ）及び電圧（ｖ）を示している。この図６は、超音波センサ２１からの距離が３．５ｍの位置に存在するポールを超音波センサ２１によって検出しながら校正処理を実行する例を示している。また、図６中の太い実線は、基準閾電圧V0に設定される判定閾値Thre_S/N1、Thre_S/N2、・・・Thre_S/Nnを示しており、所定の期間ごとにその値が１段階ずつ小さく変更されている。また、図６中の細い実線は、それぞれの時点で超音波センサ２１から出力される電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxのうち、そのときに設定されている判定閾値Thre_S/N以上の電圧信号を用いて行った距離情報の演算結果のデータを示している。
　まず、ｔ０で基準閾電圧V0を最も大きい判定閾値Thre_S/N1にセットし、出力される電圧信号群Sv1、Sv2、・・・Svxのうちの判定閾値Thre_S/N1以上の電圧信号に基づいて距離情報の演算を行う。この判定閾値Thre_S/N1を用いた距離情報の演算は、基準閾電圧V0が１段階小さい値に変更されるｔ１の時点まで繰返し行われる。このｔ０からｔ１の期間においては、正常な反射波の電圧信号も距離情報の演算に用いられなくなるため、算出される距離情報は、被検出体の被認識状態を表す最大値Dmaxを示している。
　次のｔ１からｔ２の期間では、基準閾電圧V0を１段階小さい判定閾値Thre_S/N2にセットして、距離情報の演算を繰返し行う。このｔ１からｔ２の期間においても、算出される距離情報のほとんどが最大値Dmaxを示しており、やはり被検出体は認識されていないと判別される。
　次のｔ２からｔ３の期間では、基準閾電圧V0をさらに１段階小さい判定閾値Thre_S/N3にセットして、距離情報の演算を繰返し行う。このｔ２からｔ３の期間においても、算出される距離情報に最大値Dmaxが多く含まれており、やはり被検出体は認識されていないと判別される。
　次のｔ３からｔ４の期間では、基準閾電圧V0をさらに１段階小さい判定閾値Thre_S/N4にセットして、距離情報の演算を繰返し行う。このｔ３からｔ４の期間においても、算出される距離情報に最大値Dmaxが多く含まれており、本実施形態の判別の設定ではやはり被検出体は認識されていないと判別される。
　次のｔ４からｔ５の期間では、基準閾電圧V0をさらに１段階小さい判定閾値Thre_S/N5にセットして、距離情報の演算を繰返し行う。このｔ４からｔ５の期間においては、算出される距離情報に含まれる最大値Dmaxが減少し、距離情報の値が安定し始めている。したがって、基準閾電圧V0をこの判定閾値Thre_S/N5にセットしたときに被検出体が認識され始めると判別され、この判定閾値Thre_S/N5が被検出体が認識されている状態か否かの境界値である第１境界値ThreAとして判別される。
　第１境界値ThreAとして判定される判定閾値Thre_S/Nの値は、被検出体の形態によって大きく異なる。例えば、被検出体がポールではなく車両のバンパーのように超音波を反射しやすいものである場合には、レベルの高い反射波が受信されやすくなるため、第１境界値ThreAとして判定される判定閾値Thre_S/Nはより大きい値となる。
　さらに次のｔ５からｔ６の期間、及びｔ６からｔ７の期間では、基準閾電圧V0をそれぞれ１段階ずつ小さくして距離情報の演算を繰返し行うが、この期間中は、算出される距離情報が一定の値を示しており、被検出体が安定的に認識されていると判別される。
　次のｔ７からｔ８の期間では、基準閾電圧V0を１段階小さい判定閾値Thre_S/N8にセットして、距離情報の演算を繰返し行う。このｔ７からｔ８の期間では、算出される距離情報がばらつきを見せ始め、不安定な状態になっている。そのため、超音波センサ２１から出力される電圧信号にノイズが多く含まれ始めたと判別され、この判定閾値Thre_S/N8がノイズが許容範囲か否かの境界値である第２境界値ThreBとして判別される。
　この後のｔ８からｔ９の期間、及びｔ９からｔ１０の期間では、基準閾電圧V0をそれぞれ１段階ずつ小さくして距離情報の演算を繰返し行うが、この期間中においても、算出される距離情報にばらつきが見られ、電圧信号にノイズが多く含まれているものと判別される。ｔ１０からは基準閾電圧V0が判定閾値Thre_S/N11にセットされて距離情報の演算が行われているものの、タイムオーバーのため、途中で距離情報の演算結果のデータの取得を中断している。
　このようにして、基準閾電圧V0の設定値としての判定閾値Thre_S/Nを変えながら距離情報の演算処理を実行し、演算結果のデータ群を統計的に処理することで、所定の第１境界値ThreA及び第２境界値ThreBを容易に把握することができる。この図６の例によれば、更新する基準閾電圧V0newがThre_S/N5～Thre_S/N7の範囲の近傍に設定されることによって、現在の周囲環境下で正確に距離情報を得ることができることになる。
　なお、図６の例では、算出される距離情報のデータをそのまま用いて算出される距離情報のばらつき等を見ているが、算出される距離情報のデータをローパスフィルタによってフィルタ処理した値を用いて演算結果の安定性を判別しても良い。例えば、図７は、図６のデータをローパスフィルタによってフィルタ処理した値を示している。フィルタ処理された値であれば算出される距離情報の推移が滑らかな曲線として捉えられ、第１境界値ThreAあるいは第２境界値ThreBを判別する際の計算等が容易になり、あるいは、計算式の設定のバリエーションを増やすことが可能になる。
　また、本実施形態では、超音波センサ２１とは別の演算処理装置３０によって校正処理装置が構成されているが、超音波センサ２１内に備えられる電子回路によって校正処理装置を実現することもできる。また、超音波センサ２１内に備えられる電子回路及び演算処理装置３０によって構成することもできる。また、本実施形態の超音波センサ２１では、反射波の強さに相当する受信信号が電圧信号として出力されているが、これ以外の信号値であってもよい。
１０：障害物検知装置、２１：超音波センサ、２２：送信素子、２２ａ：送信振動部、２２ｂ：圧電素子、２３：受信素子、２３ａ：受信振動部、２３ｂ：圧電素子、２５：発振回路、２７：駆動回路、２９：増幅回路、３０：演算処理装置（校正処理装置）、３１：電圧信号読込生成手段、３３：距離情報演算手段、３５：校正条件判定手段、３６：校正用データ取得手段、３７：境界値判別手段、３９：基準閾値調整手段

Claims (10)

  1. 　超音波を送信する送信素子、及び前記送信素子から送信された超音波の反射波を受信して前記反射波の強さに相当する受信信号に変換する受信素子を有し、前記受信信号を用いて被検出体までの距離情報の演算処理が行われる超音波検知装置の校正処理を行う超音波検知装置の校正処理装置において、
    　出力される受信信号群のうち所定の基準閾値以上の受信信号を用いて前記距離情報の演算処理を行う距離情報演算手段と、
    　所定の被検出体によって超音波が反射されている状態で出力される受信信号群のうち所定の判定閾値以上の受信信号を用いて求められる前記距離情報の演算結果のデータを、判定閾値を変えながらそれぞれの前記判定閾値について取得する校正用データ取得手段と、
    　取得された前記演算結果のデータ群に基づいて、前記被検出体を安定的に認識できる状態と前記被検出体を安定的に認識できない状態との境界値を前記判定閾値の中から判別する境界値判別手段と、
    　判別された前記境界値に基づいて、前記距離情報の演算処理を行う際に用いる前記基準閾値を調整する基準閾値調整手段と、
    　を備えることを特徴とする超音波検知装置の校正処理装置。
  2. 　前記境界値判別手段が、前記演算結果のデータ群に基づいて、前記被検出体が認識されている状態と、前記被検出体が認識されていない状態と、の境界値である第１境界値を求めることを特徴とする請求項１に記載の超音波検知装置の校正処理装置。
  3. 　前記境界値判別手段が、前記演算結果のデータ群に基づいて、前記被検出体が認識されている状態と、前記被検出体が認識されているもののノイズが多く含まれている状態と、の境界値である第２境界値を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波検知装置の校正処理装置。
  4. 　前記基準閾値調整手段は、前記第１境界値及び前記第２境界値の平均値を前記基準閾値に設定することを特徴とする請求項３に記載の超音波検知装置の校正処理装置。
  5. 　前記基準閾値調整手段は、前記第１境界値又は前記第２境界値に所定値を加算又は減算した値、あるいは、前記第１境界値又は前記第２境界値に所定係数を乗算又は除算した値を前記基準閾値に設定することを特徴とする請求項３に記載の超音波検知装置の校正処理装置。
  6. 　前記校正用データ取得手段は、前記データの取得開始から所定時間を経過したとき、又は、外気温度が所定値以上上昇したときに、前記データの取得を中止することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の超音波検知装置の校正処理装置。
  7. 　前記校正用データ取得手段は、ローパスフィルタによってフィルタ処理された前記演算結果のデータを取得することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波検知装置の校正処理装置。
  8. 　前記超音波検知装置が車載用障害物検知装置であり、少なくとも前記校正用データ取得手段による前記データの取得は車両の停止状態で実行され、
    　前記車両から前記被検出体までの距離が変化したときには前記データの取得を中止することを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の超音波検知装置の校正処理装置。
  9. 　超音波を送信する送信素子、及び前記送信素子から送信された超音波の反射波を受信して前記反射波の強さに相当する受信信号に変換する受信素子を有し、前記受信信号を用いて被検出体までの距離情報の演算処理が行われる超音波検知装置の校正処理を自動で行う超音波検知装置の校正処理方法において、
    　所定の被検出体によって超音波が反射されている状態で出力される受信信号群のうち所定の判定閾値以上の受信信号を用いて求められる前記距離情報の演算結果のデータを、判定閾値を変えながらそれぞれの前記判定閾値について取得し、
    　取得された前記演算結果のデータ群に基づいて、前記被検出体を安定的に認識できる状態と、前記被検出体を安定的に認識できない状態と、の境界値を前記判定閾値の中から判別し、
    　判別された前記境界値に基づいて、前記距離情報の演算処理を行う際に用いる基準閾値を調整することを特徴とする超音波検知装置の校正処理方法。
  10. 　請求項１～８のいずれか一項に記載の超音波検知装置の校正処理装置を備えることを特徴とする車載用障害物検知装置。
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