WO2019053812A1 - 障害物検出装置および障害物検出方法 - Google Patents

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井上　悟
光昭 岡田
裕 小野寺
涼太郎 鈴木
亘 辻田
努 朝比奈
良次 澤
井幡　光詞
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三菱電機株式会社
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    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes

Definitions

  • the present invention relates to an obstacle detection device and an obstacle detection method for detecting an obstacle around a vehicle.
  • the obstacle detection device transmits an ultrasonic wave toward the rear of the vehicle to receive a reflected wave from the obstacle, detects a peak value of the reflected wave, and changes with the backward movement of the vehicle.
  • the difference between the peak values to be calculated is a negative value, it is determined as a low obstacle, and when it is a positive value, it is determined as a high obstacle.
  • the conventional obstacle detection device is configured as described above, there is a problem that the height of the obstacle can not be determined when the vehicle is stopped.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to determine the height of an obstacle not only when the vehicle is traveling but also when the vehicle is stopped. .
  • An obstacle detection device is installed side by side in a vehicle, and transmits at least one of a plurality of distance sensors for transmitting a survey wave and receiving a reflected wave which is a survey wave reflected by an obstacle and at least one of the plurality of distance sensors.
  • a separation unit that separates the reflected wave received by the third into a direct wave and an indirect wave, and a specific unit that specifies that the direct wave and the indirect wave separated by the separation unit are reflected waves that are reflected by the same obstacle;
  • a determination unit that determines whether the same obstacle is a road surface obstacle or not based on the intensities of the direct wave and the indirect wave that are identified as the reflected waves reflected by the same obstacle by the identification unit .
  • the height of the obstacle can be determined not only when the vehicle is traveling but also when the vehicle is stopped.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an obstacle detection device according to a first embodiment.
  • 2A and 2B are hardware configuration diagrams showing a configuration example of the obstacle detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of vehicle installation of a plurality of distance sensors in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining direct waves and indirect waves in the first embodiment. It is a figure explaining the 2-circle intersection process by the specific part of Embodiment 1, and is an example of a 2-wave intersection process of a direct wave. It is a figure explaining the 2-circle intersection process by the specific part of Embodiment 1, and is an example of 2-circle intersection process of a direct wave and an indirect wave.
  • FIG. 10A to 10C are graphs showing the characteristics of the intensity of direct waves and indirect waves reflected by a high obstacle such as a wall in the first embodiment.
  • 11A to 11C are graphs showing characteristics of the intensity of direct waves and indirect waves reflected by a low obstacle such as a curb in the first embodiment.
  • FIG. 7 is an XZ plan view for explaining a propagation path of a reflected wave from an obstacle in the first embodiment.
  • FIG. 7 is an XY plan view for explaining a propagation path of a reflected wave from a high obstacle such as a wall or the like in the first embodiment.
  • FIG. 7 is an XY plan view for explaining a propagation path of a reflected wave from a low obstacle such as a curb or stone in the first embodiment.
  • 7 is a flowchart showing an operation example of the obstacle detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an obstacle detection device 10 according to the first embodiment.
  • the obstacle detection device 10 includes a plurality of distance sensors 1 to n (n ⁇ 2), a sorting unit 11, a specifying unit 12, and a determining unit 13, and determines the height of obstacles around the vehicle.
  • FIGS. 2A and 2B are hardware configuration diagrams showing a configuration example of the obstacle detection device 10 according to the first embodiment.
  • Each function of the classification unit 11, the identification unit 12, and the determination unit 13 in the obstacle detection device 10 is realized by a processing circuit. That is, the obstacle detection device 10 includes a processing circuit for realizing the above functions.
  • the processing circuit may be the processing circuit 20 as dedicated hardware, or may be the processor 21 that executes a program stored in the memory 22.
  • the processing circuit 20 or the processor 21 and the memory 22 are connected to the distance sensors 1 to n.
  • the processing circuit 20 when the processing circuit is dedicated hardware, the processing circuit 20 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an application specific integrated circuit (ASIC). , FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof.
  • the functions of the sorting unit 11, the identification unit 12, and the determination unit 13 may be realized by a plurality of processing circuits 20, or the functions of each unit may be realized by one processing circuit 20.
  • each function of the classification unit 11, the identification unit 12, and the determination unit 13 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software or firmware is written as a program and stored in the memory 22.
  • the processor 21 realizes the functions of the respective units by reading and executing the program stored in the memory 22. That is, the obstacle detection device 10 is provided with a memory 22 for storing a program which, when executed by the processor 21, results in the steps shown in the flowchart of FIG. 15 described later being executed. Also, it can be said that this program causes a computer to execute the procedures or methods of the sorting unit 11, the identification unit 12, and the determination unit 13.
  • the processor 21 refers to a central processing unit (CPU), a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, or the like.
  • the memory 22 may be a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), an erasable programmable ROM (EPROM), or a flash memory, a hard disk, a flexible disk, or the like. Or an optical disc such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc).
  • the functions of the classification unit 11, the identification unit 12, and the determination unit 13 may be partially realized by dedicated hardware and partially realized by software or firmware.
  • the processing circuit in the obstacle detection device 10 can realize each of the functions described above by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of installation of a plurality of distance sensors 1 to n in the first embodiment.
  • the left and right direction of the vehicle is taken as an X axis, the up and down direction as a Y axis, and the front and back direction as a Z axis.
  • the distance sensors 1 to 4 are arranged in a row on the front or rear of the vehicle. That is, the distance sensors 1 to 4 are installed at substantially the same height position indicated by the broken line.
  • the distance sensors 1 to 4 transmit ultrasonic waves or radio waves as the search waves, and receive the reflected waves which are the search waves reflected by the obstacle around the vehicle.
  • the distance sensors 1 to 4 are ultrasonic sensors.
  • Distance sensors 1 to 4 installed on the front of the vehicle as shown in FIG. 3 can detect obstacles such as curbs and walls within the detection range. Obstacles lower than the installation height of the distance sensors 1 to 4 such as curbs and car stops are “road surface obstacles”.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the direct wave and the indirect wave in the first embodiment.
  • two distance sensors 1 and 2 are illustrated.
  • the distance sensor 1 receives the reflected wave of the ultrasonic wave transmitted by the distance sensor 1
  • the reflected wave received by the distance sensor 1 is referred to as a “direct wave”.
  • the reflected wave received by the distance sensor 2 is called "indirect wave”.
  • the combination of the distance sensors for transmission and reception is free. For example, as time passes, the combination of distance sensors for transmission and reception changes.
  • the separation unit 11 separates the reflected waves received by the distance sensors 1 to n into direct waves and indirect waves using information indicating which of the distance sensors 1 to n is used for transmission and which is used for reception. . For example, when the distance sensor 1 is used for transmission and the distance sensors 1 and 2 are used for reception, the separation unit 11 separates the reflected wave received by the distance sensor 1 from the direct wave, and the reflection received by the distance sensor 2 Separate waves from indirect waves.
  • the sorting unit 11 outputs distance information based on the time from transmission of an ultrasonic wave to reception of a reflected wave, reception intensity of the reflected wave, and a result of sorting the reflected wave to the identifying unit 12 and the determining unit 13.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the two-circle intersection processing by the specification unit 12 of the first embodiment, and is an example of the two-wave intersection processing of the direct wave.
  • the two-circle intersection processing is also referred to as aperture synthesis processing.
  • the identifying unit 12 performs a two-circle intersection process using the two direct waves separated by the separating unit 11, and calculates the position on the XZ plane of the reflection point at which the ultrasonic wave is reflected.
  • the identification unit 12 determines the intersection point of the circle A1 centered on the distance sensor 1 and the circle A2 centered on the distance sensor 2 based on the distance information of each direct wave of the distance sensors 1 and 2. It calculates
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the two-circle intersection processing by the specification unit 12 of the first embodiment, and is an example of the two-circle intersection processing of the direct wave and the indirect wave.
  • the identifying unit 12 performs a two-circle intersection process using the direct wave and the indirect wave separated by the separating unit 11, and calculates the position of the reflection point on the XZ plane.
  • the identification unit 12 determines the distance between the circle A1 centered on the distance sensor 1 and the distance sensor based on the distance information of the direct wave of the distance sensor 1 and the distance information of the indirect wave between the distance sensors 1 and 2
  • the point of intersection with the ellipse B1 whose focal point is 1 and 2 is determined to be a reflection point B2.
  • the identification unit 12 determines the circle A 2 centered on the distance sensor 2 and the distance sensors 1, 2 based on the distance information of the direct wave of the distance sensor 2 and the distance information of the indirect wave between the distance sensors 1, 2.
  • the point of intersection with the ellipse B1 to be the focal point is determined to be a reflection point B3.
  • the identification unit 12 When the distance L1 between reflection points from the adjacent reflection point A3 to the reflection point B2 is equal to or less than a predetermined distance, the identification unit 12 identifies that the reflection points A3 and B2 are reflected by the same obstacle, The reflection points A3 and B2 are classified into the same group. Further, when the distance L2 between reflection points from the adjacent reflection point A3 to the reflection point B3 is equal to or less than a predetermined distance, the identification unit 12 identifies that the reflection points A3 and B3 are reflected by the same obstacle. And the reflection points A3 and B3 are classified into the same group.
  • the predetermined distance is a value set based on the distance between adjacent distance sensors and the like.
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams for explaining the grouping processing result by the identifying unit 12 of the first embodiment.
  • a group C1 in which reflection points are linearly distributed is obtained.
  • FIG. 8 when the obstacle is a car stop, two groups C2 and C3 in which reflection points are linearly distributed are obtained.
  • FIG. 9 when the obstacle is a pole, a group C4 in which the reflection points are concentrated in one place is obtained. The reflection points not classified into the groups C1 to C4 in FIGS. 7 to 9 are not shown.
  • FIG. 10 is a graph showing characteristics of the intensity of the direct wave and the indirect wave reflected by a high obstacle such as a wall in the first embodiment.
  • FIG. 10A is a graph showing the intensities of direct and indirect waves. The vertical axis of the graph is the signal strength of the direct wave received by the distance sensors 1 to n and the signal strength of the indirect wave, and the horizontal axis is the distance d from the distance sensors 1 to n to the obstacle.
  • FIG. 10B is a graph which shows ratio of the intensity of a direct wave and the intensity of an indirect wave
  • FIG. 10C is a graph which shows the difference value of the intensity of a direct wave and the intensity of an indirect wave.
  • FIG. 11 is a graph showing the characteristics of the intensity of direct waves and indirect waves reflected by a low obstacle such as a curb in the first embodiment.
  • FIG. 11A is a graph showing the intensities of direct and indirect waves. The vertical axis of the graph is the signal strength of the direct wave received by the distance sensors 1 to n and the signal strength of the indirect wave, and the horizontal axis is the distance d from the distance sensors 1 to n to the obstacle.
  • 11B is a graph showing the ratio between the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave
  • FIG. 11C is a graph showing the difference between the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave.
  • FIG. 12 is an XZ plan view for explaining the propagation path of the reflected wave from the obstacle in the first embodiment.
  • the obstacle shown in FIG. 12 may be either a high obstacle such as a wall or a low obstacle such as a curb.
  • FIG. 13 is an XY plan view for explaining the propagation path of the reflected wave from a high obstacle such as a wall in the first embodiment.
  • FIG. 14 is an XY plan view for explaining the propagation path of the reflected wave from a low obstacle such as curb in the first embodiment.
  • the distance of the propagation path of the direct wave transmitted and received by the distance sensor 1 is “2 ⁇ D1”.
  • D1 is the distance from the distance sensor 1 to the obstacle relatively far.
  • the distance of the propagation path of the indirect wave that the distance sensor 1 transmits and the distance sensor 2 receives is “D21 + D22”.
  • the magnitude relationship between the distance of the propagation path of the direct wave and the distance of the propagation path of the indirect wave is “(2 ⁇ D1) ⁇ (D21 + D22)”.
  • the longer the propagation distance the larger the amount of propagation attenuation, and the attenuation coefficient is about 12 dB / m.
  • the intensity of direct waves is higher than the intensity of indirect waves for both high obstacles and low obstacles.
  • the difference between the propagation distance of the direct wave and the propagation distance of the indirect wave increases. Therefore, as the distance from the distance sensors 1 and 2 to the obstacle becomes closer to both the high obstacle and the low obstacle, the reduction amount of the indirect wave becomes larger than the reduction amount of the direct wave.
  • the intensity of the indirect wave attenuates depending on the horizontal directivity ⁇ (h1) and ⁇ (h2) components as the distance between the distance sensors 1 and 2 and the obstacle changes ( ⁇ (h1) ⁇ (h2) )). Therefore, for both high and low obstacles, the intensity of the indirect wave decreases as the distance from the distance sensors 1 and 2 to the obstacle decreases.
  • the intensity of the direct wave and the indirect wave is perpendicular directivity ⁇ (v1), ⁇ (v2) with the change in distance between the distance sensors 1 and 2 and the obstacle. Attenuation depending on the component) ( ⁇ (v1) ⁇ (v2)).
  • the low obstacle deviates from the detection range of the distance sensors 1 and 2 and thus the strengths of the direct wave and the indirect wave decrease.
  • both the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave decrease as the distance d from the distance sensor to the obstacle increases.
  • the difference between the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave increases.
  • the difference between the direct wave strength and the indirect wave strength is the direct wave strength and the indirect wave strength in the case of a low obstacle. It is smaller than the difference value with. Therefore, in the case of a high obstacle, in the first embodiment, the difference value between the direct wave and the indirect wave is treated as being substantially absent.
  • the ratio of intensities is about 1 regardless of the distance d
  • the difference value of intensities is also about 0 regardless of the distance d.
  • the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave both have waveforms having maximum points.
  • the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave both increase, and when the respective maximum points are exceeded, the intensity of the direct wave and the indirect wave increases as the distance d increases.
  • the strength of the waves is reduced at all.
  • the difference between the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave increases.
  • the intensity ratio is about 1 when the distance d is greater than the determination distance (for example, 2 to 3 m) and becomes significantly smaller than 1 below the determination distance. Further, as shown in FIG. 11C, the difference value of the intensity is also about 0 when the distance d is equal to or greater than the determination distance, and is significantly smaller than 0 when the distance d is less than the determination distance.
  • the determination unit 13 determines that the obstacle in the group C1 is a wall or the like based on the obstacles identified as the same obstacle by the identification unit 12, for example, the intensity of the direct wave and the indirect wave reflected by the obstacle in the group C1. Determine if it is a high obstacle or a low obstacle such as a curb.
  • the determination unit 13 divides the intensity of the indirect wave by the intensity of the direct wave to calculate the ratio. If the calculated ratio is less than the predetermined threshold of the ratio, the determination unit 13 determines that the obstacle in group C1 is a low obstacle, and if the calculated ratio is equal to or greater than the predetermined threshold of the ratio, An obstacle in group C1 is determined to be a high obstacle.
  • the determination unit 13 subtracts the direct wave intensity from the indirect wave intensity to calculate a difference value. If the calculated difference value is less than the predetermined difference value threshold, the determination unit 13 determines that the obstacle in group C1 is a low obstacle, and the calculated difference value is equal to or more than the predetermined difference value threshold If so, the obstacle in group C1 is determined to be a high obstacle.
  • the determination unit 13 determines the strength of the direct wave obtained during the movement of the minute distance Based on the intensity of the indirect wave and the intensity of the indirect wave, the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave may be differentiated to calculate the ratio or difference value between the two, and may be used for height determination.
  • the determination unit 13 uses an average value obtained from the intensities of the plurality of direct waves and an average value obtained from the intensities of the plurality of indirect waves.
  • the ratio or difference value may be calculated.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an operation example of the obstacle detection device 10 according to the first embodiment.
  • the obstacle detection device 10 repeatedly performs the operation shown in the flowchart of FIG. 15 regardless of whether the vehicle is traveling or stopped.
  • step ST1 the distance sensors 1 to n transmit and receive ultrasonic waves in a predetermined order.
  • step ST2 the sorting unit 11 collects the reflected wave received by at least one of the distance sensors 1 to n, and indicates information indicating which of the distance sensors 1 to n is used for transmission and which is used for reception. Separates the collected reflected waves into direct and indirect waves.
  • step ST3 when the separating unit 11 can collect the reflected waves from the distance sensors 1 to n (step ST3 "YES"), it determines that there is an obstacle around the vehicle, and proceeds to step ST4.
  • Step ST3 “NO” it determines that there is no obstacle around the vehicle, and ends the operation shown in the flowchart of FIG. Do.
  • step ST4 the identification unit 12 performs 2-circle intersection processing using the direct wave and the indirect wave separated by the separation unit 11, and calculates the position of the reflection point.
  • step ST5 the identification unit 12 performs a grouping process of reflection points based on the calculated position of the reflection point, and classifies the reflection points for each obstacle.
  • step ST6 when a plurality of classified obstacles exist (step ST6 "YES"), the specification unit 12 proceeds to step ST7, and when one obstacle is classified (step ST6 "NO”) Proceed to step ST8.
  • step ST7 the separation unit 11 separates the reflected wave reflected by the same obstacle into a direct wave and an indirect wave for each obstacle classified by the identification unit 12.
  • the separation unit 11 performs the step Skip the processing of ST7.
  • the determination unit 13 repeatedly performs the processing of steps ST8 to ST12 described below, as many as the number of obstacles classified by the identification unit 12.
  • step ST8 the determination unit 13 determines whether the distance from the distance sensors 1 to n to the obstacle is less than the determination distance shown in FIG. 11B for the same obstacle classified by the identification unit 12. Do. If the distance to the obstacle is less than the judgment distance (step ST8 "YES"), the determination unit 13 proceeds to step ST9, and if the distance to the obstacle is equal to or more than the judgment distance (step ST8 "NO") The operation shown in the flowchart of 15 is ended.
  • step ST9 the determination unit 13 calculates the ratio of the strength of the direct wave and the indirect wave of the obstacle.
  • step ST10 when the ratio of the strength of the direct wave to the indirect wave of the obstacle is less than the threshold (YES in step ST10), the determination unit 13 proceeds to step ST11, and the direct wave and the indirect wave of the obstacle If the ratio of the strengths of the two is greater than or equal to the threshold (step ST10 “NO”), the process proceeds to step ST12.
  • step ST11 the determination unit 13 determines that the obstacle is a low obstacle such as a curb.
  • step ST12 the determination unit 13 determines that the obstacle is a high obstacle such as a wall.
  • steps ST9 and ST10 instead of calculating the ratio of the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave and comparing it with the threshold value, the determination unit 13 calculates the difference value between the intensity of the direct wave and the indirect wave and compares it with the threshold value.
  • the obstacle detection device 10 includes the plurality of distance sensors 1 to n, the classification unit 11, the identification unit 12, and the determination unit 13.
  • the plurality of distance sensors 1 to n are arranged side by side in a vehicle, transmit a survey wave, and receive a reflected wave that is a survey wave reflected by an obstacle.
  • the separating unit 11 separates the reflected wave received by at least one of the distance sensors 1 to n into a direct wave and an indirect wave.
  • the identifying unit 12 identifies that the direct wave and the indirect wave separated by the separating unit 11 are reflected waves that are reflected by the same obstacle.
  • the determination unit 13 determines whether or not the same obstacle is a road surface obstacle, based on the intensities of the direct wave and the indirect wave that are identified as the reflected waves reflected by the same obstacle by the identification unit 12.
  • the height of the obstacle can be determined not only when the vehicle is traveling but also when the vehicle is stopped. Further, by using the intensities of the direct wave and the indirect wave reflected by the same obstacle, height determination can be performed for each obstacle when there are multiple obstacles, so the accuracy of the height determination You can raise it.
  • the determination unit 13 of the first embodiment determines whether the same obstacle is a road surface obstacle, using the ratio of the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave.
  • the ratio between the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave the variation in the intensity of the reflected wave caused by the property of the obstacle such as the variation in the reflectance can be corrected, and the accuracy in determining the height of the obstacle is increased. be able to.
  • the determination unit 13 of the first embodiment determines whether the same obstacle is a road surface obstacle, using the difference value between the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave. By calculating the difference between the intensity of the direct wave and the intensity of the indirect wave, the variation in the intensity of the reflected wave caused by the property of the obstacle such as the variation in the reflectance can be corrected, and the judgment accuracy of the height of the obstacle is You can raise it.
  • the determination unit 13 determines whether the same obstacle is a road surface obstacle based on the average value obtained from the intensities of the plurality of direct waves and the average value obtained from the intensities of the plurality of indirect waves. Determine The determination accuracy of the height of the obstacle can be enhanced by using a plurality of reflected waves.
  • the obstacle detection device is suitable for use in a driving support system or the like because the height of the obstacle is determined while the vehicle is traveling and at rest.

Abstract

距離センサ（１～ｎ）は、車両に並べて設置され、探査波を送信し障害物で反射した探査波である反射波を受信する。分別部（１１）は、距離センサ（１～ｎ）のうちの少なくとも１つが受信した反射波を直接波と間接波とに分別する。特定部（１２）は、分別部（１１）により分別された直接波と間接波が同一の障害物で反射した反射波であることを特定する。判定部（１３）は、特定部（１２）により同一の障害物で反射した反射波であると特定された直接波と間接波の強度に基づき、同一の障害物が路面障害物か否かを判定する。

Description

障害物検出装置および障害物検出方法
　この発明は、車両周辺の障害物を検出する障害物検出装置および障害物検出方法に関するものである。
　特許文献１に係る障害物検出装置は、車両の後方に向けて超音波を送信して障害物からの反射波を受信し、反射波のピーク値を検出し、車両の後方移動に伴って変化するピーク値の差分が負の値であるときに低い障害物と判定し、正の値であるときに高い障害物と判定する。
特開２０１０－１９７３５１号公報
　従来の障害物検出装置は以上のように構成されているので、車両が停止している場合に障害物の高さを判定できない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、車両が走行している場合だけでなく停止している場合にも、障害物の高さを判定することを目的とする。
　この発明に係る障害物検出装置は、車両に並べて設置され、探査波を送信し障害物で反射した探査波である反射波を受信する複数の距離センサと、複数の距離センサのうちの少なくとも１つが受信した反射波を直接波と間接波とに分別する分別部と、分別部により分別された直接波と間接波が同一の障害物で反射した反射波であることを特定する特定部と、特定部により同一の障害物で反射した反射波であると特定された直接波と間接波の強度に基づき、同一の障害物が路面障害物か否かを判定する判定部とを備えるものである。
　この発明によれば、直接波と間接波を用いるようにしたので、車両が走行している場合だけでなく停止している場合にも、障害物の高さを判定することができる。
実施の形態１に係る障害物検出装置の構成例を示すブロック図である。 図２Ａおよび図２Ｂは、実施の形態１に係る障害物検出装置の構成例を示すハードウェア構成図である。 実施の形態１における複数の距離センサの車両設置例を示す図である。 実施の形態１における直接波と間接波を説明する図である。 実施の形態１の特定部による２円交点処理を説明する図であり、直接波の２円交点処理の例である。 実施の形態１の特定部による２円交点処理を説明する図であり、直接波と間接波の２円交点処理の例である。 実施の形態１の特定部によるグルーピング処理結果を説明する図であり、障害物が壁または縁石等である場合を示す。 実施の形態１の特定部によるグルーピング処理結果を説明する図であり、障害物が車止めである場合を示す。 実施の形態１の特定部によるグルーピング処理結果を説明する図であり、障害物がポールである場合を示す。 図１０Ａ～図１０Ｃは、実施の形態１において、壁等の高い障害物で反射した直接波と間接波の強度の特性を示すグラフである。 図１１Ａ～図１１Ｃは、実施の形態１において、縁石等の低い障害物で反射した直接波と間接波の強度の特性を示すグラフである。 実施の形態１において障害物からの反射波の伝搬経路を説明するＸ－Ｚ平面図である。 実施の形態１において壁等の高い障害物からの反射波の伝搬経路を説明するＸ－Ｙ平面図である。 実施の形態１において縁石等の低い障害物からの反射波の伝搬経路を説明するＸ－Ｙ平面図である。 実施の形態１に係る障害物検出装置の動作例を示すフローチャートである。
　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に係る障害物検出装置１０の構成例を示すブロック図である。障害物検出装置１０は、複数の距離センサ１～ｎ（ｎ≧２）と、分別部１１と、特定部１２と、判定部１３とを備え、車両周辺の障害物の高さを判定する。
　図２Ａおよび図２Ｂは、実施の形態１に係る障害物検出装置１０の構成例を示すハードウェア構成図である。障害物検出装置１０における分別部１１、特定部１２、および判定部１３の各機能は、処理回路により実現される。即ち、障害物検出装置１０は、上記各機能を実現するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアとしての処理回路２０であってもよいし、メモリ２２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ２１であってもよい。処理回路２０、または、プロセッサ２１とメモリ２２は、距離センサ１～ｎに接続される。
　図２Ａに示すように、処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路２０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）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。分別部１１、特定部１２、および判定部１３の機能を複数の処理回路２０で実現してもよいし、各部の機能をまとめて１つの処理回路２０で実現してもよい。
　図２Ｂに示すように、処理回路がプロセッサ２１である場合、分別部１１、特定部１２、および判定部１３の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、また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。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ２２に格納される。プロセッサ２１は、メモリ２２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、障害物検出装置１０は、プロセッサ２１により実行されるときに、後述する図１５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２２を備える。また、このプログラムは、分別部１１、特定部１２、および判定部１３の手順また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。
　ここで、プロセッサ２１とは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、またはマイクロコンピュータ等のことである。
　メモリ２２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、またはフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスクまたはフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等の光ディスクであってもよい。
　なお、分別部１１、特定部１２、および判定部１３の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、障害物検出装置１０における処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　図３は、実施の形態１における複数の距離センサ１～ｎの車両設置例を示す図である。図３の例はｎ＝４の場合の例である。車両の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、前後方向をＺ軸とする。
　距離センサ１～４は、車両の前面または後面等に、横一列に並べて設置される。即ち、距離センサ１～４は、破線で示される略同じ高さ位置に設置される。距離センサ１～４は、探査波として超音波または電波等を送信し、車両周辺の障害物で反射した探査波である反射波を受信する。以下では、距離センサ１～４が超音波センサであるものとする。図３に示されるように車両の前面に設置された距離センサ１～４は、検出範囲内に存在する縁石および壁等の障害物を検出可能である。縁石および車止め等の、距離センサ１～４の設置高さより低い障害物は、「路面障害物」である。
　図４は、実施の形態１における直接波と間接波を説明する図である。ここでは、距離センサ１，２の２個を例示する。
　距離センサ１が送信した超音波の反射波をこの距離センサ１が受信する場合、距離センサ１が受信した反射波を「直接波」と呼ぶ。一方、２個の距離センサ１，２のうちの一方の距離センサ１を送信用、もう一方の距離センサ２を受信用とする場合、距離センサ２が受信した反射波を「間接波」と呼ぶ。なお、距離センサ１～ｎのうち、送信用および受信用となる距離センサの組み合わせは自由である。例えば、時間の経過とともに、送信用および受信用となる距離センサの組み合わせが変更される。
　分別部１１は、距離センサ１～ｎのどれが送信用でどれが受信用として使用されたかを示す情報を用いて、距離センサ１～ｎが受信した反射波を直接波と間接波に分別する。例えば、距離センサ１が送信用、距離センサ１，２が受信用として使用される場合、分別部１１は、距離センサ１が受信した反射波を直接波と分別し、距離センサ２が受信した反射波を間接波と分別する。分別部１１は、超音波の送信から反射波の受信までの時間に基づく距離情報、反射波の受信強度、および反射波の分別結果を、特定部１２および判定部１３へ出力する。
　図５は、実施の形態１の特定部１２による２円交点処理を説明する図であり、直接波の２円交点処理の例である。２円交点処理は、開口合成処理とも言う。
　特定部１２は、分別部１１により分別された２つの直接波を用いて２円交点処理を行い、超音波が反射した反射点のＸ－Ｚ平面上の位置を算出する。図５の例では、特定部１２は、距離センサ１，２の各直接波の距離情報に基づいて、距離センサ１を中心とする円Ａ１と距離センサ２を中心とする円Ａ２との交点を求めて反射点Ａ３とする。
　図６は、実施の形態１の特定部１２による２円交点処理を説明する図であり、直接波と間接波の２円交点処理の例である。
　特定部１２は、分別部１１により分別された直接波と間接波を用いて２円交点処理を行い、Ｘ－Ｚ平面上の反射点の位置を算出する。図６の例では、特定部１２は、距離センサ１の直接波の距離情報と距離センサ１，２間の間接波の距離情報とに基づいて、距離センサ１を中心とする円Ａ１と距離センサ１，２を焦点とする楕円Ｂ１との交点を求めて反射点Ｂ２とする。また、特定部１２は、距離センサ２の直接波の距離情報と距離センサ１，２間の間接波の距離情報とに基づいて、距離センサ２を中心とする円Ａ２と距離センサ１，２を焦点とする楕円Ｂ１との交点を求めて反射点Ｂ３とする。
　特定部１２は、隣り合う反射点Ａ３から反射点Ｂ２までの反射点間距離Ｌ１が予め定められた距離以下である場合、反射点Ａ３，Ｂ２は同一の障害物で反射したことを特定し、反射点Ａ３，Ｂ２を同じグループに分類する。また、特定部１２は、隣り合う反射点Ａ３から反射点Ｂ３までの反射点間距離Ｌ２が予め定められた距離以下である場合、反射点Ａ３，Ｂ３は同一の障害物で反射したことを特定し、反射点Ａ３，Ｂ３を同じグループに分類する。なお、予め定められた距離は、隣接する距離センサ間の距離などに基づいて設定された値である。
　図７～図９は、実施の形態１の特定部１２によるグルーピング処理結果を説明する図である。図７に示されるように障害物が壁または縁石等である場合、反射点が直線状に分布したグループＣ１が得られる。図８に示されるように障害物が車止めである場合、反射点が直線状に分布した２つのグループＣ２，Ｃ３が得られる。図９に示されるように障害物がポールである場合、反射点が１か所に集中したグループＣ４が得られる。なお、図７～図９においてグループＣ１～Ｃ４に分類されなかった反射点は図示されていない。
　図１０は、実施の形態１において、壁等の高い障害物で反射した直接波と間接波の強度の特性を示すグラフである。図１０Ａは、直接波と間接波の強度を示すグラフである。グラフの縦軸は、距離センサ１～ｎが受信した直接波の信号強度と間接波の信号強度であり、横軸は、距離センサ１～ｎから障害物までの距離ｄである。また、図１０Ｂは、直接波の強度と間接波の強度との比を示すグラフであり、図１０Ｃは、直接波の強度と間接波の強度との差分値を示すグラフである。
　図１１は、実施の形態１において、縁石等の低い障害物で反射した直接波と間接波の強度の特性を示すグラフである。図１１Ａは、直接波と間接波の強度を示すグラフである。グラフの縦軸は、距離センサ１～ｎが受信した直接波の信号強度と間接波の信号強度であり、横軸は、距離センサ１～ｎから障害物までの距離ｄである。また、図１１Ｂは、直接波の強度と間接波の強度との比を示すグラフであり、図１１Ｃは、直接波の強度と間接波の強度との差分値を示すグラフである。
　図１２は、実施の形態１において障害物からの反射波の伝搬経路を説明するＸ－Ｚ平面図である。図１２に示される障害物は、壁等の高い障害物および縁石等の低い障害物のどちらでもよい。図１３は、実施の形態１において壁等の高い障害物からの反射波の伝搬経路を説明するＸ－Ｙ平面図である。他方、図１４は、実施の形態１において縁石等の低い障害物からの反射波の伝搬経路を説明するＸ－Ｙ平面図である。
　図１２に示されるように、距離センサ１が送受信する直接波の伝搬経路の距離は「２×Ｄ１」である。Ｄ１は、距離センサ１から相対的に遠い側の障害物までの距離である。一方、距離センサ１が送信し距離センサ２が受信する間接波の伝搬経路の距離は「Ｄ２１＋Ｄ２２」である。直接波の伝搬経路の距離と間接波の伝搬経路の距離との大小関係は、「（２×Ｄ１）＜（Ｄ２１＋Ｄ２２）」である。また、直接波、間接波ともに、伝搬距離が長くなるほど伝搬減衰量が大きくなり、減衰係数は約１２ｄＢ／ｍである。そのため、高い障害物、低い障害物ともに、直接波の強度は間接波の強度より大きい。また、距離センサ１，２から障害物までの距離が近くなると、直接波の伝搬距離と間接波の伝搬距離との差が大きくなる。そのため、高い障害物、低い障害物ともに、距離センサ１，２から障害物までの距離が近くなるにつれ、間接波の強度低下量は直接波の強度低下量より大きくなる。さらに、距離センサ１，２と障害物との距離変化に伴い、間接波の強度は水平指向性θ（ｈ１），θ（ｈ２）成分に依存して減衰する（θ（ｈ１）＜θ（ｈ２））。そのため、高い障害物、低い障害物ともに、距離センサ１，２から障害物までの距離が近くなるにつれ、間接波の強度が小さくなる。
　図１３に示されるように、高い障害物の場合、距離センサ１，２と障害物との距離が変化しても、直接波と間接波の強度は、垂直指向性θ（ｖ１），θ（ｖ２）成分に依存して減衰することがない（θ（ｖ１）＝θ（ｖ２）＝０）。一方、図１４に示されるように、低い障害物の場合、距離センサ１，２と障害物との距離変化に伴い、直接波と間接波の強度は垂直指向性θ（ｖ１），θ（ｖ２）成分に依存して減衰する（θ（ｖ１）＜θ（ｖ２））。また、距離センサ１，２と低い障害物との距離が小さくなると、低い障害物が距離センサ１，２の検出範囲から外れるため、直接波と間接波の強度が小さくなる。
　以上のことから、図１０Ａのグラフのように、高い障害物の場合、距離センサから障害物までの距離ｄが大きくなるにつれ、直接波の強度と間接波の強度がいずれも小さくなる。また、距離センサから障害物までの距離ｄが小さくなるにつれ、直接波の強度と間接波の強度との差分値が大きくなる。ただし、高い障害物の場合、垂直指向性成分に依存した減衰がないため、直接波の強度と間接波の強度との差分値は、低い障害物の場合の直接波の強度と間接波の強度との差分値に比べて小さい。したがって、高い障害物の場合、実施の形態１では直接波と間接波の差分値は略無いものとして扱う。図１０Ｂのグラフのように、強度の比は距離ｄによらず約１になり、図１０Ｃのように、強度の差分値も距離ｄによらず約０になる。
　一方、図１１Ａのグラフのように、低い障害物の場合、直接波の強度と間接波の強度は、いずれも極大点をもった波形となる。距離センサから障害物までの距離ｄが大きくなるにつれ、直接波の強度と間接波の強度がいずれも大きくなり、それぞれの極大点を超えると、距離ｄが大きくなるにつれ、直接波の強度と間接波の強度がいずれも小さくなる。また、距離センサから障害物までの距離ｄが小さくなるにつれ、直接波の強度と間接波の強度との差分値が大きくなる。図１１Ｂのグラフのように、強度の比は距離ｄが判定距離（例えば、２～３ｍ）以上では約１になり判定距離未満では１より大幅に小さい値になる。また、図１１Ｃのように、強度の差分値も距離ｄが判定距離以上では約０になり判定距離未満では０より大幅に小さい値になる。
　判定部１３は、特定部１２により同一の障害物であると特定された障害物、例えばグループＣ１の障害物で反射した直接波と間接波の強度に基づき、グループＣ１の障害物が壁等の高い障害物か縁石等の低い障害物かを判定する。
　具体的には、図１０Ｂおよび図１１Ｂのように、判定部１３は、距離ｄが判定距離未満である場合に間接波の強度を直接波の強度で除算して比を算出する。判定部１３は、算出した比が予め定められた比の閾値未満である場合、グループＣ１の障害物を低い障害物と判定し、算出した比が予め定められた比の閾値以上である場合、グループＣ１の障害物を高い障害物と判定する。
　また、例えば図１０Ｃおよび図１１Ｃのように、判定部１３は、距離ｄが判定距離未満である場合に間接波の強度から直接波の強度を減算して差分値を算出する。判定部１３は、算出した差分値が予め定められた差分値の閾値未満である場合、グループＣ１の障害物を低い障害物と判定し、算出した差分値が予め定められた差分値の閾値以上である場合、グループＣ１の障害物を高い障害物と判定する。
　なお、判定部１３は、車両が微小な距離（例えば、１ｃｍ未満）だけ移動した場合かつ距離ｄが判定距離未満である場合に、当該微小な距離の移動の間に得られた直接波の強度と間接波の強度に基づき、直接波の強度と間接波の強度をそれぞれ微分して、両者の比または差分値を算出し、高さ判定に用いてもよい。
　また、判定部１３は、同一の障害物について直接波および間接波がそれぞれ複数存在する場合、複数の直接波の強度から求めた平均値と複数の間接波の強度から求めた平均値とを用いて、比または差分値を算出してもよい。
　図１５は、実施の形態１に係る障害物検出装置１０の動作例を示すフローチャートである。障害物検出装置１０は、車両の走行中および停止中にかかわらず図１５のフローチャートに示される動作を繰り返し行う。
　ステップＳＴ１において、距離センサ１～ｎは、予め定められた順序で超音波を送受信する。
　ステップＳＴ２において、分別部１１は、距離センサ１～ｎのうちの少なくとも１つが受信した反射波を収集し、距離センサ１～ｎのどれが送信用でどれが受信用として使用されたかを示す情報を用いて、収集した反射波を直接波と間接波に分別する。
　ステップＳＴ３において、分別部１１は、距離センサ１～ｎから反射波を収集できた場合（ステップＳＴ３“ＹＥＳ”）、車両周辺に障害物があると判定してステップＳＴ４へ進む。分別部１１は、距離センサ１～ｎから反射波を収集できなかった場合（ステップＳＴ３“ＮＯ”）、車両周辺に障害物が存在しないと判定して、図１５のフローチャートに示される動作を終了する。
　ステップＳＴ４において、特定部１２は、分別部１１により分別された直接波と間接波を用いて２円交点処理を行い、反射点の位置を算出する。
　ステップＳＴ５において、特定部１２は、算出した反射点の位置に基づいて反射点のグルーピング処理を行い、反射点を障害物ごとに分類する。
　ステップＳＴ６において、特定部１２は、分類した障害物が複数存在している場合（ステップＳＴ６“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ７へ進み、分類した障害物が１つである場合（ステップＳＴ６“ＮＯ”）、ステップＳＴ８へ進む。
　ステップＳＴ７において、分別部１１は、特定部１２により分類された障害物ごとに、同一の障害物で反射した反射波を直接波と間接波に分別する。なお、特定部１２により分類された障害物が１つである場合、ステップＳＴ２において既にこの障害物で反射した反射波の直接波と間接波の分別が行われているため、分別部１１はステップＳＴ７の処理をスキップする。
　判定部１３は、以下に説明するステップＳＴ８～ＳＴ１２の処理を、特定部１２により分類された障害物の数だけ、繰り返し行う。
　ステップＳＴ８において、判定部１３は、特定部１２により分類された同一の障害物について、距離センサ１～ｎからその障害物までの距離が図１１Ｂに示される判定距離未満であるか否かを判定する。判定部１３は、その障害物までの距離が判定距離未満である場合（ステップＳＴ８“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ９へ進み、判定距離以上である場合（ステップＳＴ８“ＮＯ”）、その障害物について図１５のフローチャートに示される動作を終了する。
　ステップＳＴ９において、判定部１３は、上記障害物の直接波と間接波の強度の比を算出する。
　ステップＳＴ１０において、判定部１３は、上記障害物の直接波と間接波の強度の比が閾値未満である場合（ステップＳＴ１０“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ１１へ進み、上記障害物の直接波と間接波の強度の比が閾値以上である場合（ステップＳＴ１０“ＮＯ”）、ステップＳＴ１２へ進む。
　ステップＳＴ１１において、判定部１３は、上記障害物を、縁石等の低い障害物であると判定する。
　ステップＳＴ１２において、判定部１３は、上記障害物を、壁等の高い障害物であると判定する。
　なお、判定部１３は、ステップＳＴ９，ＳＴ１０において、直接波と間接波の強度の比を算出して閾値と比較する代わりに、直接波と間接波の強度の差分値を算出して閾値と比較してもよい。
　以上のように、実施の形態１に係る障害物検出装置１０は、複数の距離センサ１～ｎと、分別部１１と、特定部１２と、判定部１３とを備える。複数の距離センサ１～ｎは、車両に並べて設置され、探査波を送信し障害物で反射した探査波である反射波を受信する。分別部１１は、距離センサ１～ｎのうちの少なくとも１つが受信した反射波を直接波と間接波とに分別する。特定部１２は、分別部１１により分別された直接波と間接波が同一の障害物で反射した反射波であることを特定する。判定部１３は、特定部１２により同一の障害物で反射した反射波であると特定された直接波と間接波の強度に基づき、その同一の障害物が路面障害物か否かを判定する。直接波と間接波を用いることにより、車両が走行している場合だけでなく停止している場合にも、障害物の高さを判定することができる。また、同一の障害物で反射した直接波と間接波の強度を用いることにより、複数の障害物が存在する場合に障害物ごとに高さ判定を行うことができるため、高さの判定精度を上げることができる。
　また、実施の形態１の判定部１３は、直接波の強度と間接波の強度との比を用いて、同一の障害物が路面障害物か否かを判定する。直接波の強度と間接波の強度との比を算出することにより、反射率のばらつき等の障害物の性状によって生じる反射波の強度のばらつきを補正でき、障害物の高さの判定精度を上げることができる。
　また、実施の形態１の判定部１３は、直接波の強度と間接波の強度との差分値を用いて、同一の障害物が路面障害物か否かを判定する。直接波の強度と間接波の強度との差分値を算出することにより、反射率のばらつき等の障害物の性状によって生じる反射波の強度のばらつきを補正でき、障害物の高さの判定精度を上げることができる。
　また、実施の形態１の判定部１３は、複数の直接波の強度から求めた平均値と複数の間接波の強度から求めた平均値とに基づき、同一の障害物が路面障害物か否かを判定する。複数の反射波を用いることにより、障害物の高さの判定精度を上げることができる。
　なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または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出装置は、車両が走行中および停止中に障害物の高さを判定するようにしたので、運転支援システムなどに用いるのに適している。
　１～ｎ　距離センサ、１０　障害物検出装置、１１　分別部、１２　特定部、１３　判定部、２０　処理回路、２１　プロセッサ、２２　メモリ、Ａ１，Ａ２　円、Ａ３，Ｂ２，Ｂ３　反射点、Ｂ１　楕円、Ｃ１～Ｃ４　グループ、Ｄ１，Ｄ２１，Ｄ２２　伝搬経路、Ｌ１，Ｌ２　反射点間距離。

Claims (5)

  1. 　車両に並べて設置され、探査波を送信し障害物で反射した前記探査波である反射波を受信する複数の距離センサと、
    　前記複数の距離センサのうちの少なくとも１つが受信した反射波を直接波と間接波とに分別する分別部と、
    　前記分別部により分別された直接波と間接波が同一の障害物で反射した反射波であることを特定する特定部と、
    　前記特定部により同一の障害物で反射した反射波であると特定された直接波と間接波の強度に基づき、前記同一の障害物が路面障害物か否かを判定する判定部とを備える障害物検出装置。
  2. 　前記判定部は、前記直接波の強度と前記間接波の強度との比を用いて、前記同一の障害物が路面障害物か否かを判定することを特徴とする請求項１記載の障害物検出装置。
  3. 　前記判定部は、前記直接波の強度と前記間接波の強度との差分値を用いて、前記同一の障害物が路面障害物か否かを判定することを特徴とする請求項１記載の障害物検出装置。
  4. 　前記判定部は、複数の前記直接波の強度から求めた平均値と複数の前記間接波の強度から求めた平均値とに基づき、前記同一の障害物が路面障害物か否かを判定することを特徴とする請求項１記載の障害物検出装置。
  5. 　分別部が、車両に並べて設置され探査波を送信し障害物で反射した前記探査波である反射波を受信する複数の距離センサのうちの少なくとも１つにより受信された反射波を、直接波と間接波とに分別するステップと、
    　特定部が、前記分別部により分別された直接波と間接波が同一の障害物で反射した反射波であることを特定するステップと、
    　判定部が、前記特定部により同一の障害物で反射した反射波であると特定された直接波と間接波の強度に基づき、前記同一の障害物が路面障害物か否かを判定するステップとを備える障害物検出方法。
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