CN114787656A - 障碍物探测装置 - Google Patents

障碍物探测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114787656A
CN114787656A CN202080083347.0A CN202080083347A CN114787656A CN 114787656 A CN114787656 A CN 114787656A CN 202080083347 A CN202080083347 A CN 202080083347A CN 114787656 A CN114787656 A CN 114787656A
Authority
CN
China
Prior art keywords
obstacle
received
distance
height
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080083347.0A
Other languages
English (en)
Inventor
种村友贵
松平宣明
高桥一平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of CN114787656A publication Critical patent/CN114787656A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/46—Indirect determination of position data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/539—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0255—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using acoustic signals, e.g. ultra-sonic singals
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/20—Control system inputs
    • G05D1/24—Arrangements for determining position or orientation
    • G05D1/247—Arrangements for determining position or orientation using signals provided by artificial sources external to the vehicle, e.g. navigation beacons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2420/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60W2420/54—Audio sensitive means, e.g. ultrasound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/06—Automatic manoeuvring for parking
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/46—Indirect determination of position data
    • G01S2015/465—Indirect determination of position data by Trilateration, i.e. two transducers determine separately the distance to a target, whereby with the knowledge of the baseline length, i.e. the distance between the transducers, the position data of the target is determined

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

具备：超声波传感器，其设置于车辆中的距路面的高度为规定位置的部分，形成有多个超声波元件，该多个超声波元件朝向车辆的外侧发送探测波，并且接收探测波由障碍物反射回来的反射波作为接收波；以及控制部，其基于接收波导出距障碍物的距离即障碍物距离及障碍物的高度即障碍物高度来进行规定的处理。而且，控制部在导出障碍物距离及障碍物高度的情况下，基于多个超声波元件所接收的接收波的强度及多个超声波元件所接收的接收波的相位差，导出障碍物距离及障碍物高度。

Description

障碍物探测装置
相关申请的交叉引用
本申请是基于2019年12月4日提交的日本专利申请第2019-219746号的申请，在此通过参照而整合其记载内容。
技术领域
本公开涉及使用超声波传感器的障碍物探测装置。
背景技术
以往，提出了使用超声波传感器的障碍物探测装置(例如，参照专利文献1)。具体而言，在该障碍物探测装置中，在车辆的规定高度的位置设置超声波传感器。
而且，若超声波传感器在发送探测波之后接收到了接收波，则障碍物探测装置基于接收波中包含的极大峰值的个数来判定障碍物的高度。详细而言，障碍物探测装置在接收波中包含的极大峰值有多个的情况下，将障碍物判定为具有设置超声波传感器的位置以上的高度的高障碍物(以下，也简称为高障碍物)。障碍物探测装置在接收波中包含的极大峰值为一个的情况下，将障碍物判定为具有低于设置超声波传感器的位置的高度的低障碍物(以下，也简称为低障碍物)。此外，高障碍物例如为墙壁等，低障碍物例如为路缘石或路障等。
另外，若超声波传感器在发送探测波之后接收到了接收波，则障碍物探测装置基于从发送探测波至接收到接收波为止的时间，导出距障碍物的障碍物距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利6340713号公报
发明内容
但是，本发明人对上述障碍物探测装置进行研究后确认：在距超声波传感器距离不同的多个低障碍物接近配置的情况下，若探测波由各低障碍物反射，则接收波中包含多个极大峰值。因此，上述的障碍物探测装置在多个低障碍物接近配置等情况下可能会误检为存在高障碍物。
本公开的目的在于提供一种能够实现探测精度的提高的障碍物探测装置。
根据本公开的一个观点，障碍物探测装置探测存在于车辆的周围的障碍物，具备：超声波传感器，其设置于车辆中的距路面的高度为规定位置的部分，形成有多个超声波元件，所述多个超声波元件朝向车辆的外侧发送探测波，并且接收探测波由障碍物反射回来的反射波作为接收波；以及控制部，其基于接收波导出距障碍物的距离即障碍物距离及障碍物的高度即障碍物高度来进行规定的处理；控制部在导出障碍物距离及障碍物高度的情况下，基于多个超声波元件所接收的接收波的强度及多个超声波元件所接收的接收波的相位差，导出障碍物距离及障碍物高度。
在此，在多个超声波元件接收接收波的情况下，在接收由高障碍物反射回来的反射波时，还会接收未产生相位差的反射波，在接收由低障碍物反射回来的反射波时，仅会接收产生了相位差的反射波。因此，通过使控制部基于相位差导出障碍物高度，即使在距超声波传感器不同距离的多个低障碍物作为障碍物接近存在的情况下，也能够抑制将障碍物误检为高障碍物。因此，能够实现探测精度的提高。
此外，对各构成要素等标注的带括号的参照标记表示该构成要素等与后述的实施方式所记载的具体构成要素等的对应关系的一例。
附图说明
图1是表示障碍物探测装置的结构的示意图。
图2是表示超声波传感器的结构的剖视图。
图3是表示超声波传感器与控制部的连接的示意图。
图4是表示超声波元件的数量、指向角、声压的关系的图。
图5是表示从超声波传感器发送了探测波的状态的示意图。
图6是表示从超声波传感器发送的探测波和由高障碍物反射回来的反射波的传播路径的示意图。
图7是表示反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图8是表示反射波的传播距离与接收波的相位差的关系的图。
图9是表示从超声波传感器发送的探测波和由低障碍物反射回来的反射波的传播路径的示意图。
图10是表示将要由低障碍物反射的探测波以及反射回来的反射波的详细传播路径的示意图。
图11是表示反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图12是表示反射波的传播距离与接收波的相位差的关系的图。
图13是表示控制部所执行的处理的流程图。
图14是表示第二实施方式的控制部中存储的障碍物距离与相位差的关系的图。
图15是表示第四实施方式的控制部所执行的处理的流程图。
图16是表示第五实施方式的从超声波传感器发送的探测波和由低障碍物反射回来的反射波的传播路径的示意图。
图17是表示第五实施方式的控制部所执行的处理的流程图。
图18是表示第五实施方式的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图19是表示第五实施方式的反射波的传播距离与路面的高度的关系的图。
图20A是表示第六实施方式的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图20B是表示第六实施方式的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图20C是表示第六实施方式的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图20D是表示第六实施方式的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图20E是表示第六实施方式的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图20F是表示第六实施方式的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图21是表示第六实施方式的从超声波传感器发送了探测波的状态的示意图。
图22A是表示第七实施方式的超声波传感器的传感器安装高度与接收到由障碍物反射回来的反射波的情况下的相位差的关系的图。
图22B是表示第七实施方式的超声波传感器的传感器安装高度与接收到由路面反射回来的反射波的情况下的相位差的关系的图。
图23是表示第八实施方式的超声波传感器的结构的剖视图。
图24是表示第九实施方式的超声波传感器的结构的剖视图。
图25是表示其他实施方式的障碍物为沟部的情况下的反射波的传播路径的示意图。
图26是与图25对应的俯视图。
图27是表示存在图25所示的障碍物的情况下的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图28是表示存在图25所示的障碍物的情况下的反射波的传播距离与接收波的相位差的关系的图。
图29是表示其他实施方式的障碍物为沟部的情况下的反射波的传播路径的示意图。
图30是与图29对应的俯视图。
图31是表示存在图29所示的障碍物的情况下的反射波的传播距离与接收波的强度的关系的图。
图32是表示存在图29所示的障碍物的情况下的反射波的传播距离与接收波的相位差的关系的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。此外，对于以下各实施方式相互间彼此相同或等同的部分，标注相同的附图标记进行说明。
(第一实施方式)
参照附图对第一实施方式进行说明。本实施方式的障碍物探测装置搭载于车辆而用于探测存在于该车辆周围的障碍物。以下，对将本实施方式的障碍物探测装置用于停车辅助装置的例子进行说明。
在本实施方式中，如图1所示，障碍物探测装置具备设置于车辆1的超声波传感器10和与超声波传感器10连接的控制部100。此外，在本实施方式中，车辆1例如是所谓的四轮汽车，为具备俯视时大致呈矩形的车身和设置于车身的轮胎的结构。另外，图1中示出了超声波传感器10设置于车辆的右侧及左侧的图，但实际上也设置于车辆的前方及后方。
超声波传感器10构成为沿着指向轴发送探测波，该探测波为超声波。此外，探测波从超声波传感器10以规定的广度(即，指向角)发送。另外，所谓指向轴，是指沿着从超声波传感器10发送的探测波延伸的虚拟直线，其为指向角的基准。换言之，指向轴是通过探测波的中心的轴。另外，超声波传感器10构成为接收包含探测波由存在于周围的障碍物反射回来的反射波的接收波，且输出基于接收结果的探测信号。此外，以下也将接收反射波作为接收波的动作简称为接收反射波。
以下，对本实施方式的超声波传感器10的结构进行具体说明。如图2所示，超声波传感器10具备换能单元20、支承部件30、框体40等。
在本实施方式中，换能单元20为使用传感器基板24构成的MEMS型，且被设为具有多个超声波元件25的结构，传感器基板24包含将支承基板21、嵌入式绝缘膜22、半导体层23依次层叠而成的SOI基板。此外，SOI为Silicon on Insulator(绝缘体上硅)的缩写，MEMS为Micro Electro Mechanical Systems(微机电***)的缩写。以下，以半导体层23中的与嵌入式绝缘膜22相反一侧的面为传感器基板24的一面24a、支承基板21中的与嵌入式绝缘膜22相反一侧的面为传感器基板24的另一面24b进行说明。
在传感器基板24上，通过从另一面24b侧形成凹部26而形成有多个隔膜部27。在本实施方式中，在传感器基板24上，以将隔膜部27二维地排列的方式形成有凹部26。此外，在本实施方式中，凹部26以贯通嵌入式绝缘膜22而到达半导体层23的方式形成，隔膜部27由半导体层23构成。但是，也可以是，凹部26以使嵌入式绝缘膜22残留的方式形成，隔膜部27由嵌入式绝缘膜22及半导体层23形成。
而且，在各隔膜部27上，形成有将背面电极28a、压电膜28b、表面电极28c依次层叠而构成的压电元件28。在本实施方式中，以此方式在传感器基板24上形成了多个超声波元件25。即，本实施方式的超声波元件25作为PMUT构成。PMUT为Piezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducers(压电微机械超声换能器)的缩写。
此外，在本实施方式中，各压电元件28的背面电极28a被一体化而被施加共同的接地电位。另外，压电膜28b由氮化钪铝(ScAIN)、氮化铝(AIN)等不具有铅的压电陶瓷、或者锆钛酸铅(PZT)等含铅但通用性高的压电陶瓷构成。而且，压电膜28b以成为与隔膜部27等同的平面形状的方式形成在隔膜部27上。
如上所述，隔膜部27二维地形成，因此，各超声波元件25为二维地配置的状态。而且，如图3所示，各超声波元件25分别经由后述的接合引线35、连接端子36等与控制部100连接。此外，图3为在传感器基板24的面方向的一方向上形成四个超声波元件25、并且在与该一方向正交的方向上形成四个超声波元件25的例子。
在该情况下，就超声波元件25而言，如图2及图3所示，若将相邻的超声波元件25的中心的间隔设为间隔d，则优选使间隔d低于探测波的波长的一半以使方位相对于某相位差不二值化。此外，所谓相邻的超声波元件25的中心的间隔，换言之就是相邻的隔膜部27的中心的间隔。
另外，如图2所示，在传感器基板24的一面24a，形成有与背面电极28a、表面电极28c电连接的焊盘部29。
就这种超声波元件25而言，若对压电元件28施加交流电压即驱动电压，则隔膜部27进行超声波振动而发送探测波。此外，在本实施方式中，如后所述，对各压电元件28施加相位相等的驱动电压，以使探测波的指向轴与传感器基板24的一面24a的法线方向(以下也简称为传感器基板24的法线方向)一致。另外，超声波元件25若接收到接收波，则隔膜部27进行振动，压电元件28基于该振动而产生电荷。因此，超声波元件25若接收到接收波，则输出与该接收波相应的检测信号。
支承部件30为固定并支承换能单元20的部件。在本实施方式中，支承部件30由多层基板、印刷基板等构成，虽未特别图示，但支承部件30也可以安装用于信号处理的各种电路器件。
另外，本实施方式的支承部件30为具有凹部31和以包围该凹部31的方式形成的凸部32的形状。而且，上述传感器基板24以传感器基板24的另一面24b与凹部31的底面对置的方式经由接合部件33搭载于凹部31。此外，接合部件33使用硅酮系等的粘接剂等。
在支承部件30的凸部32形成有焊盘部34。而且，该焊盘部34经由接合引线35与形成于传感器基板24的焊盘部29电连接。
而且，在支承部件30上以贯通凸部32及焊盘部34的方式配置有金属制的连接端子36。而且，连接端子36通过形成焊锡等的接合部件37而与支承部件30机械连接且与焊盘部34电连接。由此，各超声波元件25经由焊盘部29、34与连接端子36连接。另外，在焊盘部34上，在与接合引线35连接的部分和与接合部件37连接的部分之间配置有阻焊剂38。
框体40由金属等构成，形成有与设置于支承部件30的连接端子36的数量对应的多个贯通孔41。而且，支承部件30以连接端子36穿过贯通孔41的方式经由接合部件42配置于框体40上。此外，在贯通孔41中填充有用于将连接端子36与框体40绝缘的未图示的绝缘部件。另外，接合部件42使用硅酮系粘接剂等，绝缘部件使用环氧树脂、密封玻璃等。
以上为本实施方式的超声波传感器10的结构。在此，可确认：如图4所示，上述的超声波传感器10可以通过变更超声波元件25的数量而容易地变更指向角。具体而言，就超声波传感器10而言，超声波元件25的数量越多，则越能够使指向角变窄，超声波元件25的数量越少，则越能够使指向角变宽。另外，就超声波传感器10而言，越增加超声波元件25的数量，则越能够使声压变高，能够检测至远方的障碍物。
因此，超声波传感器10优选基于安装高度、检测范围等适当变更所形成的超声波元件25的数量。在该情况下，也可以预先形成很多超声波元件25，通过控制通电的超声波元件25的数量来调整探测波的指向角。
而且，这种超声波传感器10在设置于车辆1时，以传感器基板24的法线方向与水平方向平行的方式设置。即，超声波传感器10在指向轴与法线方向一致的情况下，以指向轴与水平方向平行的方式设置。此外，所谓水平方向，是指与水平面平行的方向。而且，超声波传感器10朝向车辆1的外侧发送探测波。
控制部100具有未图示的CPU、ROM、RAM、非易失性RAM等存储部，例如包含车载ECU。CPU为Central Processing Unit(中央处理器)的简称，ROM为Read Only Memory(只读存储器)的缩写，RAM为Random Access Memory(随机存取存储器)的缩写，ECU为ElectronicControl Unit(电子控制单元)的缩写。
而且，控制部100通过由CPU从ROM或非易失性RAM中读出程序(即，后述的各例程)并执行而实现各种控制动作。此外，在ROM或非易失性RAM等存储部中，预先存储有执行程序时使用的各种数据(例如，初始值、查找表、映射等)。另外，ROM等存储介质为非过渡性实体存储介质。
具体而言，控制部100与超声波传感器10连接。而且，控制部100控制超声波传感器10，从超声波传感器10发送探测波，并且基于由发送了探测波后的超声波传感器10接收到的接收波，导出距障碍物的障碍物距离L及障碍物的障碍物高度h来进行规定的处理。
以下，参照图5～图12对本实施方式的控制部100所执行的障碍物距离L及障碍物高度h的导出方法进行说明。此外，以下，以使用安装于车辆1的右侧的超声波传感器10的导出方法为例进行说明，使用安装于车辆1的左侧、前方、后方的超声波传感器10的导出方法也是一样的。另外，以下，对障碍物200存在于相对于水平面平行的路面300上的例子进行说明。即，在本实施方式中，如将超声波传感器10(即车辆1)与障碍物200的沿着水平方向的距离设为L，则障碍物距离L与距离L相等。另外，以下，将从路面300到超声波传感器10的高度(即超声波传感器10的安装高度)设为传感器安装高度H进行说明。此外，传感器安装高度H是向车辆1安装超声波传感器10时调整的值，是已知的值。
而且，以下，在从超声波传感器10发送的探测波由障碍物200反射回来的反射波中，沿着超声波传感器10的传感器基板24的法线方向的反射波还被称为正反射波，相对于该法线方向倾斜的方向的反射波还被称为多重反射波。此外，在本实施方式中，超声波传感器10被控制为指向轴处于沿着传感器基板24的法线方向的方向，因此，正反射波也可以称为沿着指向轴的反射波。
首先，控制部100使超声波传感器10发送探测波。在本实施方式中，如图5所示，探测波被以指向轴D与水平方向平行的方式发送，指向角被调整为例如±50°左右。
而且，若探测波由障碍物200反射，则超声波传感器10按照探测波及反射波的传播距离由短到长的顺序接收反射波。在该情况下，如图6所示，正反射波到达超声波传感器10的传播距离为L。作为多重反射波，例如由障碍物200与路面300的边界部反射的多重反射波到达超声波传感器10的传播距离为(H2+L2)1/2。
因此，在障碍物200为高障碍物的情况下，L<(H2+L2)1/2，因此，如图7所示，超声波传感器10在接收到正反射波之后接收多重反射波。而且，在接收波为正反射波的情况下，如图8所示，由各超声波元件25接收到的接收波不会产生相位差。因此，在超声波传感器10接收到了具有规定的阈值以上的强度的接收波时，控制部100判定由各超声波元件25接收到的接收波是否有相位差，在没有相位差的情况下，判定为障碍物200是高障碍物。即，判定为障碍物高度h是传感器安装高度H以上。另外，在障碍物200为高障碍物的情况下，基于从发送探测波至接收到接收波为止的时间，导出距障碍物的障碍物距离L。
此外，图7中的阈值被设定为除去噪声等的值，后述的图11的阈值也一样的。另外，如图8所示，在超声波传感器10接收到了多重反射波的情况下，由各超声波元件25接收的接收波会产生相位差。这与后述的低障碍物处的多重反射波是一样的，因此放在后面一起说明。
在障碍物200为低障碍物的情况下，如图9所示，超声波传感器10会接收到多重反射波，而不会接收到正反射波。在该情况下，超声波传感器10在多重反射波中按照探测波及反射波的传播路径由短到长的顺序接收反射波。
在此，如图10所示，将超声波传感器10接收由障碍物200与路面300的边界部(以下也简称为边界部)201反射的反射波的情况下的传播路径设为第一传播路径R1。另外，将第一传播路径R1与路面300之间的角度设为θ1。同样，将超声波传感器10接收由路面300反射后由障碍物200的上端202反射的反射波的情况下的传播路径设为第二传播路径R2。另外，将第二传播路径R2中的到由路面300反射的地点的传播路径与路面300所成的角度设为θ2。而且，将超声波传感器10接收由障碍物200的上端202反射后由路面300反射的反射波的情况下的传播路径设为第三传播路径R3。此外，第二传播路径R2与第三传播路径R3的距离相同。
而且，将由第二传播路径R2中的由路面300反射的地点与第二传播路径R2之间的角度为90°的虚拟线设为基准线K。此外，基准线K也可以称为划分第一传播路径R1、第二传播路径R2、第三传播路径R3的距离相等的部分和距离不同的部分的虚拟线。而且，将第三传播路径R3上的基准线K与障碍物200的上端202之间的距离设为距离a。将第二传播路径R2上的基准线K与障碍物200的上端202之间的距离设为距离b。将第一传播路径R1上的基准线K与边界部201之间的距离设为距离c。而且，将通过上端202的水平面设为虚拟水平面400。
在该情况下，第二传播路径R2为与在虚拟点V1处发生全反射的情况同样的距离，第三传播路径R3为与在虚拟点V2处发生全反射的情况同样的距离。而且，第一传播路径R1中的反射波的传播距离以下述式1表示，第二传播路径R2中的反射波的传播距离以下述式2表示。此外，如上所述，第三传播路径R3中的反射波的传播距离与第二传播路径R2中的反射波的传播距离相同。
[式1]
第一传播路径的反射波＝(H2+L2)1/2
[式2]
第二传播路径的反射波＝(H2+L2)1/2－c+(a+b)/2
该情况下，第二传播路径R2中的{－c+(a+b)/2}这一项为负值。因此，第二传播路径R2及第三传播路径R3比第一传播路径R1短。另外，包含在障碍物200的上端202与边界部201之间反射的反射波的传播路径的距离为第一传播路径R1与第二、第三传播路径R2、R3之间的距离。
因此，如图11所示，超声波传感器10首先接收到第二传播路径R2及第三传播路径R3的反射波，最后接收到第一传播路径R1的反射波。而且，如图12所示，在接收到多重反射波的情况下，由于多重反射波为来自相对于超声波传感器10的传感器基板24的法线方向倾斜的方向的反射波，因此由各超声波元件25接收的接收波产生相位差。
在该情况下，若将接收到第一传播路径R1中的反射波的情况下的相位差设为φ1，将探测波的波长设为λ，则相位差φ1以下述式3表示。同样，若将接收到第二传播路径R2或第三传播路径R3中的反射波的情况下的相位差设为φ2，则相位差φ2以下述式4表示。此外，在本实施方式中，相位差φ1相当于第一相位差，相位差φ2相当于第二相位差。另外，下述式3及式4中的d为上述相邻的超声波元件25的中心的间隔。
[式3]
φ1＝2πd sinθ1/λ
[式4]
φ2＝2πd sinθ2/λ
而且，边界部201处的反射波与路面300之间的角度为θ1，因此若使用障碍物高度h和障碍物距离L，则角度θ1以下述式5表示。另外，通过上端202的虚拟水平面400与第二传播路径R2中的上端202处的反射波之间的角度以θ2表示，因此角度θ2以下述式6表示。
[式5]
θ1＝tan-1(H/L)
[式6]
θ2＝tan-1{(H-h)/L}
因此，控制部100在未接收到正反射波而接收到了多重反射波的情况下，以如下方式导出障碍物高度h和障碍物距离L。即，控制部100使用相位差φ2、相位差φ1、上述式3～6导出障碍物高度h和障碍物距离L，相位差φ2是多重反射波达到阈值以上后的接收波的强度变为峰值的相位差，相位差φ1是在接收波的强度暂时减小后接收波的强度再次变为峰值的相位差。
具体而言，控制部100使用接收波的相位差φ1，基于上述式3导出角度θ1。然后，控制部100使用所导出的角度θ1和已知的传感器安装高度H，基于上述式5导出障碍物距离L。接着，控制部100使用接收波的相位差φ2，基于上述式4导出角度θ2。然后，控制部100使用所导出的角度θ2及障碍物距离L、已知的传感器安装高度H，基于式6导出障碍物高度h。由此，障碍物距离L及障碍物高度h被导出。
然后，控制部100基于所导出的障碍物距离L和障碍物高度h进行规定的处理。
以上为本实施方式的障碍物探测装置的结构。接下来，参照图13对障碍物探测装置中的控制部100所执行的处理进行说明。此外，以下，对利用障碍物探测装置进行停车辅助控制的例子进行说明。另外，虽未特别图示，但控制部100与搭载于车辆1的制动器部、动力总成部、转向部等用于进行停车辅助控制的各部适当地连接。
而且，若例如搭载于车辆1的自动停车开关等被乘员操作，则控制部100进行障碍物探测，同时控制制动器部等进行规定的停车辅助控制。所谓规定的停车辅助控制，例如是指检测停车空间的处理、用于将车辆停在检测到的停车空间中的变更车辆朝向的角度调整处理、将车辆停在检测到的停车空间中的停车处理等。
首先，控制部100在步骤S101中控制超声波传感器10，发送脉冲状的探测波。接着，控制部100在步骤S102中判定是否经过了发送探测波所导致的混响期间。而且，控制部100在判定为尚未经过混响期间的情况下(即，步骤S102：否)，再次进行步骤S102的处理。即，控制部100待机至经过混响期间。此外，所谓混响期间，是指因发送探测波而残留超声波元件25的振动的期间。
控制部100在判定为已经经过了混响期间的情况下(即，步骤S102：是)，在步骤S103中判定是否接收到了阈值以上的接收波。而且，控制部100在判定为尚未接收到阈值以上的接收波的情况下(即，步骤S103：否)，在步骤S104中判定是否经过了规定期间。此外，该规定期间是根据所希望的障碍物200的探测范围等而设定的。例如，控制部100在探测范围为5m的情况下，基于(5×2)/声速设定为30msec。
控制部100在判定为尚未经过规定期间的情况下(即，步骤S104：否)，再次进行自步骤S103起的处理。即，控制部100在未接收到阈值以上的接收波的情况下，反复进行自步骤S103起的处理，直至有可能接收到接收波的期间为止。另一方面，控制部100在判定为已经经过了规定期间的情况下(即，步骤S104：是)，结束处理。
控制部100在判定为接收到了阈值以上的接收波的情况下(即，步骤S103：是)，在步骤S105中判定由各超声波元件25接收到的接收波是否存在相位差。即，控制部100判定所接收到的接收波为正反射波及多重反射波中的哪一种。控制部100在判定为所接收到的接收波没有相位差的情况下(即，步骤S105：否)，因为接收波为正反射波，所以在步骤S106中判定为存在高障碍物。
然后，控制部100在步骤S107中导出障碍物距离L。在该情况下，控制部100基于从发送探测波至接收到接收波为止的时间和声速，导出障碍物距离L。然后，控制部100在步骤S108中判定为在障碍物距离L存在高障碍物而继续进行车辆控制。
另一方面，控制部100在步骤S105中判定为所接收到的接收波存在相位差的情况下(即，步骤S105：是)，因为接收波为多重反射波，所以在步骤S109中判定为存在低障碍物。
此外，如图7及图8所示，超声波传感器10在障碍物200为高障碍物的情况下也可能接收多重反射波。但是，在高障碍物的情况下，超声波传感器10先于多重反射波接收到正反射波。而且，控制部100在高障碍物的情况下，若在步骤S103中判定为接收到接收波的阈值以上的信号，则在步骤S105中判定为无相位差，进行自步骤S106起的处理而结束本处理。因此，仅在低障碍物的情况下，在步骤S105中判定为有相位差。
然后，控制部100在步骤S110中导出障碍物距离L及障碍物高度h。在本实施方式中，如上所述，使用接收波的相位差φ1、相位差φ2、上述式3～6导出障碍物距离L及障碍物高度h。
接着，控制部100在步骤S111中判定障碍物高度h是否低于车辆1的可通过高度。然后，控制部100在判定为低于可通过高度的情况下(即，步骤S111：是)，在步骤S112中判定为在障碍物距离L存在低障碍物而继续进行车辆控制。此外，可通过高度根据车型等适当地设定，例如为5cm。另外，就5cm的障碍物而言，可举出例如凸块等。
控制部100在判定为不是可通过高度的情况下(即，步骤S111：否)，在步骤S113中判定障碍物高度h是否为车身的底面接触的高度。例如，为了判定是否为车身的底面接触的高度，控制部100判定障碍物高度h是否为车身的保险杠接触的高度。在该情况下，控制部100例如判定障碍物高度h是否低于20cm。
控制部100在判定为是车身的底面不接触的高度的情况下(即，步骤S113：是)，根据停车方式进行停车。例如，控制部100在步骤S114中判定是否进行纵排停车。然后，控制部100在判定为进行纵排停车的情况下(即，步骤S114：是)，在步骤S115中进行用于使车辆1以沿着障碍物200的方式接近该障碍物200而使车辆1停车的处理并结束处理。在该情况下，障碍物200例如为路缘石。
另一方面，控制部100在判定为不进行纵排停车的情况下(即，步骤S114：否)、即在判定为进行并排停车的情况下，在步骤S116中进行用于使轮胎接触障碍物200而将车辆1停车的处理并结束处理。在该情况下，障碍物200例如为路障。
此外，所谓并排停车，是指以停车车辆和本车沿着本车的车宽方向排列的方式将本车停车的停车方式。所谓纵排停车，是指以停车车辆和本车沿着本车的前后方向排列的方式将本车停车的停车方式。
另外，控制部100在判定为障碍物高度h为车身的底面接触的高度的情况下(即，步骤S113：否)，进行与步骤S108同样的处理，并结束处理。
在以上说明的本实施方式中，控制部100使用多个超声波元件25所接收到的接收波的相位差φ1、φ2，导出障碍物距离L及障碍物高度h。而且，在障碍物200为高障碍物的情况下，多个超声波元件25接收的接收波不会产生相位差。因此，即使在距超声波传感器10不同距离的多个低障碍物作为障碍物200接近存在的情况下，控制部100也能够抑制将障碍物200误检为高障碍物。
另外，控制部100在障碍物200为低障碍物的情况下，根据障碍物高度h进行车辆控制，因此能够适当执行车辆控制。
而且，超声波传感器10为使用传感器基板24构成的MEMS型。因此，能使量产变得容易。
而且，就超声波传感器10中的各超声波元件25而言，相邻的超声波元件25的中心的间隔d低于探测波的波长的一半。因此，能够抑制方位相对于某相位差发生二值化，能够抑制探测范围降低。
而且，超声波传感器10被调整超声波元件25的数量或被施加驱动电压的超声波元件25的数量以成为规定的指向角。因此，能够制成实现了所希望的指向角的超声波传感器10。
而且，在使用氮化钪铝或氮化铝等不具有铅的压电陶瓷作为超声波传感器10的压电膜28b的情况下，能够实现降低了对环境的影响的超声波传感器10。
(第二实施方式)
对第二实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式通过其他方法导出距低障碍物的障碍物距离L及障碍物高度h。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
在本实施方式中，对于障碍物200为低障碍物的情况，预先对障碍物距离L、相位差φ1、相位差φ2、障碍物高度h的关系进行测定等，掌握它们的关系。而且，在控制部100中，如图14所示，在存储部存储有与障碍物距离L、相位差、障碍物高度h的关系相关的信息。此外，在图14中仅示出了来自边界部201的反射波、障碍物高度h为0.1m的情况下的来自上端202的反射波、障碍物高度h为0.2m的情况下的来自上端202的反射波。但是，实际上，更详细而言，存储有传感器安装高度H的信息。另外，图14是传感器安装高度H为0.5m的情况下的结果。
而且，控制部100在步骤S110中导出障碍物距离L及障碍物高度h的情况下，参照由各超声波元件25接收的接收波的相位差φ1及φ2和图14的映射，导出障碍物距离L及障碍物高度h。
具体而言，相位差φ1为接收到来自边界部201的反射波的情况下的相位差。因此，控制部100使用相位差φ1和映射导出障碍物距离L。另外，相位差φ2为接收到由障碍物200的上端202反射的反射波的情况下的相位差。因此，控制部100使用相位差φ2、映射、所导出的障碍物距离L，导出障碍物高度h。
如以上所说明，即使使用相位差φ1、相位差φ2及映射导出障碍物距离L及障碍物高度h，也能够得到与上述第一实施方式同样的效果。此外，以上对使用相位差φ1和映射导出障碍物距离L的例子进行了说明。但是，控制部100也可以根据相位差φ1使用上述式3及式5导出障碍物距离L，并使用该障碍物距离L、相位差φ2、映射导出障碍物高度h。即，也可以将上述第一实施方式和第二实施方式适当地组合而导出障碍物距离L及障碍物高度h。
(第三实施方式)
对第三实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式通过其他方法导出距低障碍物的障碍物距离L。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
首先，在上述第一实施方式中说明的图10中，距离a、距离b、距离c以下述式7～9表示。
[式7]
a＝b×cos2θ2
＝h×cos2θ2/sinθ2
[式8]
b＝h/sinθ2
[式9]
c＝b×cosθ2×cosθ1
＝h×cosθ2×cosθ1/sinθ2
＝h×cosθ1/tanθ2
而且，障碍物距离L也以下述式10表示。
[式10]
L＝{(H2+L2)1/2-c+a}×cosθ2
因此，本实施方式的控制部100在步骤S110的处理中，使用上述式3～5导出角度θ1、角度θ2、障碍物高度h，之后使用上述式7～9导出距离a、距离b、距离c，并使用上述式10导出障碍物距离L。
如以上所说明，即使使用相位差φ1、相位差φ2、障碍物高度h、距离a、距离b、距离c导出障碍物距离L，也能够得到与上述第一实施方式同样的效果。
(第四实施方式)
对第四实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式通过多种方法导出障碍物距离L，并且认为在所导出的各障碍物距离L之间存在障碍物200而进行规定的处理。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
参照图15对本实施方式的控制部100所执行的处理进行说明。如图15所示，控制部100在步骤S105中判定为接收波存在相位差的情况下(即，步骤S105：是)，在步骤S110中导出障碍物距离L及障碍物高度h。在该情况下，在本实施方式中，控制部100使用上述第三实施方式中说明的式7～10导出障碍物距离L。
接着，控制部100在步骤S117中，通过使用从发送探测波至接收到相位差φ1的接收波为止的传播时间和声速的ToF(Time of flight(飞行时间)的缩写)法，导出障碍物距离L。具体而言，控制部100通过(传播时间/2)×声速×cosθ1导出障碍物距离L。
然后，控制部100在步骤S118中认定为在步骤S110及步骤S117中导出的障碍物距离L之间存在障碍物200，执行自之后的步骤S111起的处理。
如以上所说明，在本实施方式中，控制部100在障碍物200为低障碍物的情况下，在步骤S110中使用相位差导出障碍物距离L，并且在步骤S117中通过ToF法导出障碍物距离L。然后，控制部100认定为在所导出的这两个障碍物距离L之间存在障碍物200，执行车辆1的控制。因此，能够进一步实现安全性的提高。
(第四实施方式的变形例)
对第四实施方式的变形例进行说明。在第四实施方式中，对在步骤S110中通过上述第三实施方式中说明的方法导出障碍物距离L的方法进行了说明。但是，步骤S110只要是使用相位差导出障碍物距离L的步骤的即可，也可以通过其他方法导出障碍物距离L。例如，控制部100可以通过上述第一实施方式的方法导出障碍物距离L，也可以通过上述第二实施方式的方法导出障碍物距离L。
(第五实施方式)
对第五实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式考虑路面300的倾斜。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
首先，如图16所示，也有时路面300相对于水平方向倾斜。在该情况下，车辆1实际行驶至障碍物200的距离为沿着倾斜的路面300的距离La。因此，在本实施方式中，导出将路面300的倾斜也考虑在内的修正障碍物距离La。
此外，在本实施方式中，如图16所示，将通过超声波传感器10的虚拟水平面401与路面300中的配置障碍物200的部分的距离设为距离Ha。另外，将从超声波传感器10沿着虚拟水平面401到障碍物200的距离设为水平距离L。而且，将虚拟水平面401与由边界部201反射的探测波及反射波的传播路径之间的角度设为角度θ1。而且，将假定路面300为水平面的虚拟路面402与路面300之间的角度设为角度θ3。
在该情况下，控制部100以如下方式计算修正障碍物距离La。即，控制部100首先使用上述式3根据相位差φ1导出角度θ1。另外，控制部100根据从发送探测波至接收到相位差φ1的接收波为止的传播时间和声速，导出超声波传感器10与边界部201之间的距离即(L2+Ha2)1/2。
而且，因为表示为Ha＝L×tanθ1，所以控制部100基于所导出的角度θ1和距边界部201的距离，导出距障碍物200的水平距离L。
另外，配置障碍物200的部分的路面300与虚拟路面402之间的距离表示为H-Ha。因此，角度θ3以下述式11表示。
[式11]
θ3＝tan-1{(H-Ha)/L}
另外，修正障碍物距离La也表示为La＝L/cosθ3。因此，控制部100通过导出La＝L/cosθ3，能够导出将路面300的倾斜也考虑在内的修正障碍物距离La。
接下来，参照图17对本实施方式的控制部100所执行的处理进行说明。
控制部100在步骤S105中判定为接收波存在相位差的情况下(即，步骤S105：是)，在步骤S119中如上述那样将路面300的倾斜考虑在内而导出修正障碍物距离La。然后，控制部100使用所导出的修正障碍物距离La和上述式7，导出障碍物高度h。
如以上所说明，在本实施方式中，将路面300的倾斜也考虑在内来导出修正障碍物距离La及障碍物高度h，因此，能够进一步实现探测精度的提高。另外，在本实施方式中，因为导出路面300的倾斜(即，角度θ3)，所以也可以将该倾斜应用于车辆控制中的其他装置(例如，图像探测)等，由此能够进一步实现车辆控制的高效化。
在此，在路面300由沥青等构成，来自路面300的反射波随机且较强的情况下，若超声波传感器10接收到该反射波，则如图18所示，接收波的强度为具有随机的峰值的分布。因此，例如，在仅根据至接收到反射波为止的时间导出障碍物距离L的情况下，误检的可能性变高。
与此相对，在本实施方式中，将路面300的倾斜与接收波的相位差一同导出。因此，通过将路面300的倾斜考虑在内(即，对路面300的倾斜进行差分)，如图19所示，路面300的高度(相位差)成为在低障碍物处具有峰值的形状。因此，根据本实施方式，即使在路面300的反射波较强的情况下，也能够抑制误检。
(第六实施方式)
对第六实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式变更了施加于超声波传感器10的驱动电压。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
首先，参照图20A～图20F对接收波的强度与障碍物高度h的关系进行说明。此外，图20A～图20F是将传感器安装高度H设为45cm、将障碍物距离L设为75cm、对音源施加10KHz的驱动电压、并且将音源设为低音源而消除了指向性时的模拟结果。
如图20A～图20F所示，可确认：障碍物高度h越低，则接收到由障碍物200的上端202反射的反射波的情况下的强度越低。即，障碍物高度h越低，则信号与噪声之比即SN比越容易变小，灵敏度越容易降低。
因此，在本实施方式中，控制部100通过控制施加于各超声波元件25的驱动电压(即交流电压)的相位而使从超声波传感器10发送的探测波的指向轴D变化。具体而言，如图21所示，控制部100以指向轴D为相对于水平方向向路面300侧倾斜的方向的方式发送探测波。
据此，在障碍物200为低障碍物的情况下，也能够增强接收波的强度，能够实现灵敏度的提高。
(第七实施方式)
对第七实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式规定了超声波传感器10的传感器安装高度H。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
首先，如图22A及图22B所示，传感器安装高度H越低，则相位差越容易变大，因此能够实现灵敏度的提高。但是，在仅根据反射波的时间检测障碍物距离L的以往的障碍物探测装置中，考虑来自路面300的反射波而将超声波传感器10安装于45cm以上的高度，有时不能发挥足够的灵敏度。此外，图22A是接收到来自障碍物距离L为3m的障碍物200的反射波的情况下的模拟结果，图22B是接收到来自与超声波传感器10相距5m的位置的路面300的反射波的情况下的模拟结果。
与此相对，在本实施方式中，如在上述第一实施方式中所说明的那样，使用接收波的相位差导出障碍物距离L。而且，在如图22A所示接收到由障碍物200反射的反射波的情况下，与如图22B所示接收到由路面300反射的反射波的情况相比，相位差变得极大。
因此，在本实施方式中，能够将传感器安装高度H配置于足够低的位置。具体而言，传感器安装高度H能够设为安装于一般车身中的可能成为最靠路面300侧的部分的20cm的部分时的高度。另外，为了做到能够发挥比以往的障碍物探测装置中的超声波传感器10更充分的灵敏度，传感器安装高度H可以设为40cm以下的位置。即，在本实施方式中，传感器安装高度H设为20cm以上且40cm以下。
而且，在将超声波传感器10安装于这样的位置的情况下，例如也可以如下进行。即，控制部100也可以在将相位差与规定的阈值相比而判定为该相位差大于阈值(即，不是来自路面300的反射波)的情况下，判定为是低障碍物。
如以上所说明，在本实施方式中，超声波传感器10的传感器安装高度H设为20cm以上且40cm以下。因此，能够进一步实现灵敏度的提高。
(第八实施方式)
对第八实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式在超声波传感器10中追加了感温电阻体。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
如图23所示，本实施方式的超声波传感器10在传感器基板24的一面24a上形成有电阻值根据周围的温度而变化的感温电阻体50。而且，控制部100还与感温电阻体50连接，将感温电阻体50的电阻值变化(即，检测结果)也考虑在内而导出障碍物距离L及障碍物高度h。即，控制部100将周围的温度也考虑在内而导出障碍物距离L及障碍物高度h。
具体而言，若将声速设为v，将探测波的频率设为f，将探测波的波长设为λ，则v＝fλ。而且，若将温度设为T，则声速v被表示为v＝331.5+0.6T。因此，控制部100在步骤S107中导出距作为障碍物200的高障碍物的障碍物距离L的情况下，将温度考虑在内而导出障碍物距离L。另外，控制部100在步骤S110中导出距作为障碍物200的低障碍物的障碍物距离L及障碍物高度h的情况下，将温度考虑在内而运算上述式3～6，由此导出障碍物距离L及障碍物高度h。
据此，将温度也考虑在内而导出障碍物距离L及障碍物高度h，因此能够进一步实现障碍物200的探测精度的提高。
(第九实施方式)
对第九实施方式进行说明。相对于第一实施方式，本实施方式变更了超声波传感器10的结构。关于其他，因为与第一实施方式是一样的，所以在此省略说明。
在本实施方式中，如图24所示，超声波元件25通过在形成于支承部件30的凹部31上二维地配置多个压电元件28而构成。具体而言，在本实施方式中，背面电极28a直接形成于支承部件30的凹部31上，且不具备传感器基板24。而且，压电元件28被设为压电膜28b相对于上述第一实施方式充分厚的块状。在本实施方式中，由这种压电元件28构成超声波元件25，通过设置多个该超声波元件25而构成换能单元20。
而且，各超声波元件25使背面电极28a及表面电极28c经由接合引线35与形成在支承部件30上的焊盘部34电连接。
在这种超声波传感器10中，若对各压电元件28施加交流电压即驱动电压，则压电元件28进行超声波振动而发送探测波。另外，超声波元件25若接收到接收波，则压电元件28进行振动而在该压电元件28中产生电荷。因此，超声波元件25若接收到接收波，则输出与该接收波相应的检测信号。
如以上所说明，即使超声波元件25由块状的压电元件28构成，也能够得到与上述第一实施方式同样的效果。
(其他实施方式)
本公开依据实施方式进行了描述，但应理解本公开并不限定于该实施方式及构造。本公开也包含各种变形例及等同范围内的变形。而且，各种组合及方式以及使它们仅包含一要素、包含更多要素或者包含更少要素的其他组合及方式也属于本公开的范畴及思想范围。
例如，在上述各实施方式中，就超声波元件25而言，相邻的超声波元件25的间隔d也可以设为探测波的波长的一半以上。
另外，在上述第一～第六、第八实施方式中，就超声波传感器10而言，传感器安装高度H也可以设为40cm以上。
而且，也可以将上述各实施方式适当组合。例如，也可以将上述第二实施方式应用于上述第三～第九实施方式，使用映射导出障碍物距离L及障碍物高度h。也可以将上述第三实施方式应用于第四～第九实施方式，使用距离a、距离b、距离c导出障碍物距离L。也可以将上述第四实施方式应用于上述第五～第九实施方式，使用接收波的相位差和传播时间分别导出障碍物距离L，并认定为在所导出的两个障碍物距离L之间存在障碍物200。也可以将上述第五实施方式应用于上述第六～第九实施方式，将路面300的倾斜也考虑在内而导出修正障碍物距离La。也可以将上述第六实施方式应用于上述第七～第九实施方式，使从超声波传感器10发送的探测波的指向轴D向路面300侧倾斜。也可以将上述第七实施方式与上述第八、第九实施方式组合，将传感器安装高度H设为20cm以上且45cm以下。也可以将上述第八实施方式与上述第九实施方式组合，使超声波传感器10具备感温电阻体50。而且，可以将组合上述各实施方式而得的实施方式彼此进一步组合，也可以适当地变更组合方式。
另外，在上述各实施方式中，对障碍物200为从路面300突出的凸起构造的情况进行了说明。但是，上述各实施方式在障碍物200为沟部等凹入构造的情况下也可以应用。
例如，如图25所示，在路面300上，作为障碍物200，形成有凹入构造的沟部。此外，在此，以沟部的深度比宽度小的情况为例进行说明。其中，沟部的深度设为图25中的纸面上下方向上的长度，沟部的宽度设为图25中的纸面左右方向上的长度。
而且，将沟部中的车辆侧的上端角部设为地点P1，将连结超声波传感器10和地点P1的虚拟线设为虚拟线K1，将虚拟线K1与沟部的交叉点设为地点P2。另外，将沟部中的与车辆1相反一侧的上端角部设为地点P3，将沟部中的与车辆1相反一侧的下端角部设为地点P4。而且，假设在超声波传感器10发送了探测波的情况下，还接收来自路面300的反射波。
在该情况下，超声波传感器10按照探测波及反射波的传播路径由短到长的顺序接收反射波。具体而言，就超声波传感器10而言，如图26及图27所示，在形成沟部的部分依次接收在地点P1、地点P2、地点P3、地点P4反射的反射波。此外，在图27中，实线表示形成有作为障碍物200的沟部的情况下的传播距离与接收波的强度的关系，虚线表示未形成障碍物200的情况下的传播距离与接收波的强度的关系。其中，此处的未形成障碍物200的情况下的传播距离与接收波的强度的关系，是指假定接收在通过地点P1和地点P3的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的关系。
在不存在障碍物200的情况下，接收波的强度随着距离变远而变小。在该情况下，在形成有沟部的部分，反射波被沟部的侧壁等阻碍，因此接收波的强度以地点P1为边界暂时急剧降低。此外，如图26所示，超声波传感器10还接收来自未形成沟部的、距离相等的部分的反射波。因此，接收波的强度不会变为0。
之后，接收波的强度在地点P2变为与不存在障碍物200的情况相同的值，在地点P3的上端角部变大，然后在地点P4的下端角部因多重反射波的影响而进一步变大。
另外，如图28所示，在不存在障碍物200的情况下，接收波的相位差随着距离变远而变小。此外，在图28中，实线表示形成有作为障碍物200的沟部的情况下的传播距离与接收波的相位差的关系。虚线表示假定接收在通过地点P1和P3的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的传播距离与接收波的相位的关系。单点划线表示假定接收在通过地点P2和地点P4的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的传播距离与接收波的相位差的关系。
在该情况下，在形成有沟部的部分，接收到来自地点P1及地点P2的反射波的情况下的相位差因为地点P1和地点P2位于共同的虚拟线K1上而相同。另外，接收到来自地点P1及地点P3的反射波的情况下的相位差与假定接收在通过地点P1和地点P3的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的相位差一致(即，与图28中的虚线一致)。同样，接收到来自地点P2及地点P4的反射波的情况下的相位差与假定接收在通过地点P2和地点P4的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的相位差一致(即，与图28中的单点划线一致)。即，在形成有沟部的情况下，接收波的相位差为在地点P2及地点P4急剧增加的波形。
另外，例如，如图29所示，在路面300上有时还形成深度比宽度大的沟部作为障碍物200。在该情况下，与上述图25相同，将沟部中的车辆侧的上端角部设为地点P1，将连结超声波传感器10和地点P1的虚拟线设为虚拟线K1，将虚拟线K1与沟部的交叉点设为地点P2。另外，将沟部中的与车辆1相反一侧的上端角部设为地点P3，将沟部中的与车辆1相反一侧的下端角部设为地点P4。此外，在图29的例子中，因为深度比宽度大，所以地点P2为地点P3与地点P4之间的地点。而且，假设在超声波传感器10发送了探测波的情况下，还接收来自路面300的反射波。
在该情况下，超声波传感器10按照探测波及反射波的传播路径由短到长的顺序接收反射波。具体而言，就超声波传感器10而言，如图30及图31所示，在形成有沟部的部分依次接收在地点P1、地点P3、地点P2、地点P4反射的反射波。此外，在图31中，实线表示形成有作为障碍物200的沟部的情况下的传播距离与接收波的强度的关系，虚线表示未形成障碍物200的情况下的传播距离与接收波的强度的关系。其中，此处的未形成障碍物200的情况下的传播距离与接收波的强度的关系，是指假定接收在通过地点P1和地点P3的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的关系。
在不存在障碍物200的情况下，接收波的强度随着距离变远而变小。在该情况下，在形成有沟部的部分，反射波被沟部的侧壁等阻碍，因此接收波的强度以地点P1为边界暂时急剧降低。此外，如图30所示，超声波传感器10还接收来自未形成沟部的、距离相等的部分的反射波。因此，接收波的强度不会变为0。
之后，接收波的强度在地点T3的上端角部变大后，在地点P2变为与不存在障碍物200的情况相同的值，之后，在地点P4的下端角部因多重反射波的影响而进一步变大。
另外，如图32所示，在不存在障碍物200的情况下，接收波的相位差随着距离变远而变小。此外，在图32中，实线表示形成有作为障碍物200的沟部的情况下的传播距离与接收波的相位差的关系。虚线表示假定接收在通过地点P1和P3的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的传播距离与接收波的相位差的关系。单点划线表示假定接收在通过地点P4且与通过地点P1和地点P3的虚拟水平面平行的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的传播距离与接收波的相位差的关系。
在该情况下，在形成有沟部的部分，接收到来自地点P1及地点P2的反射波的情况下的相位差因为地点P1和地点P2位于共同的虚拟线K1上而相同。另外，接收到来自地点P1及地点P3的反射波的情况下的相位差与假定接收在通过地点P1和地点P3的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的相位差一致(即，与图32中的虚线一致)。同样，接收到来自地点P4的反射波的情况下的相位差与假定接收在通过地点P4的虚拟水平面处反射的反射波的情况下的相位差一致(即，与图32中的单点划线一致)。即，在形成有沟部的情况下，接收波的相位差为在地点P2及地点P4急剧增加的波形。
这样，在障碍物200为凹入构造的情况下，相位差也急剧变化。而且，相位差的变化方式无论凹入构造的深度和宽度的关系如何，都在地点P2及地点P4急剧变化。因此，这样，即使障碍物200为沟部等凹入构造，也能够应用上述各实施方式。
另外，在障碍物200为凹入构造的情况下，如图28及图32所示，超声波传感器10所接收的接收波的相位差因为接收到凹入构造处的反射波而成为具有急剧增加的部分的波形。另一方面，在障碍物200为从路面300突出的凸起构造的情况下，超声波传感器10所接收的接收波的相位差因为接收到凸起构造处的反射波而成为具有相位差急剧降低的部分的波形。
即，在障碍物200为凸起构造的情况下和为凹入构造的情况下，相位差的变动方式相反。因此，控制部100通过将相位差的变动方式考虑在内，还能够容易地判定障碍物200是凸起构造还是凹入构造。
本公开所记载的控制部及其方法也可以通过以下的专用计算机实现：该专用计算机是通过构成以执行用计算机程序具体化的一个或多个功能的方式编程的处理器及存储器而提供的。或者，本公开所记载的控制部及其方法也可以通过以下的专用计算机实现：该专用计算机是通过利用一个以上的专用硬件逻辑电路构成处理器而提供的。或者，本公开所记载的控制部及其方法也可以通过以下的一个以上的专用计算机实现：该一个以上的专用计算机是通过以执行一个或多个功能的方式编程的处理器及存储器和包含一个以上的硬件逻辑电路的处理器的组合构成的。另外，计算机程序也可以作为由计算机执行的指令存储于计算机可读非过渡有形记录介质。

Claims (13)

1.一种障碍物探测装置，该障碍物探测装置探测存在于车辆(1)的周围的障碍物(200)，其特征在于，具备：
超声波传感器(20)，其设置于所述车辆中的距路面(300)的高度为规定位置的部分，形成有多个超声波元件(25)，所述多个超声波元件朝向所述车辆的外侧发送探测波，并且接收所述探测波由所述障碍物反射回来的反射波作为接收波；以及
控制部(100)，其基于所述接收波导出距所述障碍物的距离即障碍物距离(L、La)及所述障碍物的高度即障碍物高度(h)来进行规定的处理；
所述控制部在导出所述障碍物距离及所述障碍物高度的情况下，基于所述多个超声波元件所接收的接收波的强度及所述多个超声波元件所接收的接收波的相位差，导出所述障碍物距离及所述障碍物高度。
2.根据权利要求1所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述控制部在导出所述障碍物高度的情况下，
若判定为所述多个超声波元件接收到的接收波没有相位差，则判定为所述障碍物高度为所述规定位置以上的高度，
若判定为所述多个超声波元件接收到的接收波有相位差，则判定为所述障碍物高度为低于所述规定位置的高度。
3.根据权利要求2所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述控制部在判定为所述障碍物的高度为低于所述规定位置的高度的情况下，将接收由所述障碍物与所述路面的边界部(201)反射的反射波作为接收波时的所述相位差设为第一相位差(φ1)，将接收由所述障碍物的上端(202)反射的反射波作为接收波时的所述相位差设为第二相位差(φ2)，使用所述第一相位差及所述第二相位差导出所述障碍物距离及所述障碍物高度。
4.根据权利要求3所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述控制部在导出所述障碍物距离的情况下，基于所述第一相位差及所述第二相位差导出所述障碍物距离，并且基于从所述超声波传感器发送所述探测波至接收到所述接收波为止的时间导出所述障碍物距离，认定为在所导出的两个所述障碍物距离之间存在所述障碍物来进行所述规定的处理。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述控制部导出所述路面的倾斜，并且将所导出的所述路面的倾斜考虑在内而导出作为所述障碍物距离的沿着所述路面的修正障碍物距离(La)。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述控制部在所述障碍物高度为低于所述规定位置的高度的情况下，进行与所述障碍物高度相应的规定的处理。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述超声波传感器设置于作为所述规定位置的、距所述路面的高度为20cm以上且40cm以下的位置。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述超声波传感器通过配置多个具有压电膜(28b)的压电元件(28)而形成有所述多个超声波元件，
所述超声波传感器通过控制施加于所述多个超声波元件的所述压电元件的驱动电压而发送所述探测波。
9.根据权利要求8所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述多个超声波元件中，相邻的所述超声波元件的中心的间隔(d)低于所述探测波的波长的一半。
10.根据权利要求8或9所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述超声波传感器被调整所述多个超声波元件的数量或被施加所述驱动电压的所述超声波元件的数量以成为规定的指向角。
11.根据权利要求8或9所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述超声波传感器被调整施加于所述多个超声波元件的驱动电压的相位以成为沿着规定方向的指向轴(D)。
12.根据权利要求8～11中任一项所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述超声波传感器具有电阻值根据温度而变化的感温电阻体(50)，
所述控制部将所述感温电阻体的检测结果考虑在内而导出所述障碍物距离及所述障碍物高度。
13.根据权利要求8～12中任一项所述的障碍物探测装置，其特征在于，
所述压电膜由氮化钪铝或氮化铝构成。
CN202080083347.0A 2019-12-04 2020-12-02 障碍物探测装置 Pending CN114787656A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019219746A JP7392436B2 (ja) 2019-12-04 2019-12-04 障害物検知装置
JP2019-219746 2019-12-04
PCT/JP2020/044862 WO2021112126A1 (ja) 2019-12-04 2020-12-02 障害物検知装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114787656A true CN114787656A (zh) 2022-07-22

Family

ID=76220140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080083347.0A Pending CN114787656A (zh) 2019-12-04 2020-12-02 障碍物探测装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US12032062B2 (zh)
JP (1) JP7392436B2 (zh)
CN (1) CN114787656A (zh)
WO (1) WO2021112126A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117148363A (zh) * 2023-09-06 2023-12-01 广州优创电子有限公司 一种超声波探测障碍物高度的方法及***

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117546044A (zh) * 2021-06-30 2024-02-09 株式会社爱信 物体检测装置
JPWO2023032523A1 (zh) * 2021-09-06 2023-03-09
CN113820719B (zh) * 2021-09-18 2024-04-12 珠海上富电技股份有限公司 一种超声波雷达传感器测量障碍物高度的方法及车用***
CN113869432A (zh) * 2021-09-28 2021-12-31 英博超算(南京)科技有限公司 一种超声波传感器自动泊车的轮廓点距离相似度计算方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06242238A (ja) * 1993-02-23 1994-09-02 Matsushita Electric Works Ltd 車両用障害物検知器
JPH0792263A (ja) 1993-09-24 1995-04-07 Nippondenso Co Ltd 車両における障害物検出装置
US7783403B2 (en) * 1994-05-23 2010-08-24 Automotive Technologies International, Inc. System and method for preventing vehicular accidents
JP2006343309A (ja) 2005-05-09 2006-12-21 Nippon Soken Inc 障害物検出装置
US7758979B2 (en) * 2007-05-31 2010-07-20 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Piezoelectric thin film, piezoelectric material, and fabrication method of piezoelectric thin film and piezoelectric material, and piezoelectric resonator, actuator element, and physical sensor using piezoelectric thin film
JP4787298B2 (ja) * 2008-08-01 2011-10-05 株式会社日本自動車部品総合研究所 超音波式物体方位検出装置
JP4880712B2 (ja) * 2009-02-27 2012-02-22 株式会社日本自動車部品総合研究所 障害物検出装置
JP2011112416A (ja) * 2009-11-25 2011-06-09 Clarion Co Ltd 車両周辺監視装置
DE102010027972A1 (de) * 2010-04-20 2011-10-20 Robert Bosch Gmbh Anordnung zur Bestimmung der Entfernung und der Richtung zu einem Objekt
US9354310B2 (en) * 2011-03-03 2016-05-31 Qualcomm Incorporated Systems, methods, apparatus, and computer-readable media for source localization using audible sound and ultrasound
JP6030398B2 (ja) 2012-10-04 2016-11-24 株式会社日本自動車部品総合研究所 物体検知装置
CN104755344B (zh) 2012-11-27 2016-05-04 日产自动车株式会社 车辆用加速抑制装置以及车辆用加速抑制方法
JP6340713B2 (ja) 2014-03-04 2018-06-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 障害物検知装置
US11673165B2 (en) 2016-05-10 2023-06-13 Invensense, Inc. Ultrasonic transducer operable in a surface acoustic wave (SAW) mode
US9638800B1 (en) * 2016-11-22 2017-05-02 4Sense, Inc. Passive tracking system
US11039814B2 (en) 2016-12-04 2021-06-22 Exo Imaging, Inc. Imaging devices having piezoelectric transducers
WO2019053812A1 (ja) 2017-09-13 2019-03-21 三菱電機株式会社 障害物検出装置および障害物検出方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117148363A (zh) * 2023-09-06 2023-12-01 广州优创电子有限公司 一种超声波探测障碍物高度的方法及***
CN117148363B (zh) * 2023-09-06 2024-05-07 广州优创电子有限公司 一种超声波探测障碍物高度的方法及***

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021089209A (ja) 2021-06-10
US20220260713A1 (en) 2022-08-18
WO2021112126A1 (ja) 2021-06-10
US12032062B2 (en) 2024-07-09
JP7392436B2 (ja) 2023-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114787656A (zh) 障碍物探测装置
JP4497125B2 (ja) 衝突検出装置
JP4645436B2 (ja) 超音波センサ
KR100770801B1 (ko) 센서 부착 구조 및 초음파 센싱 장치
US7696672B2 (en) Ultrasonic sensor having acoustic matching member with conductive layer formed on and extending only along acoustic matching member connecting surface
CN111226444B (zh) 超声波传感器
JP7446092B2 (ja) 不感帯が低減された飛行時間測定値を判定する距離検出システム
CN105073281B (zh) 用于车辆的周围环境检测的传感器装置和方法
US9229105B2 (en) Relative position detection device for vehicle
US20050159855A1 (en) Shape change detection apparatus
CN110920555A (zh) 用于机动车辆的主动停车辅助***
JP2002209294A (ja) 超音波センサ、これを備える電子機器および車両用バックソナー
CN114223217B (zh) 超声波传感器
JP2007255924A (ja) 超音波センサの保護部材
US20220191623A1 (en) Ultrasonic sensor
JP5950742B2 (ja) 超音波送受波器
JP7439728B2 (ja) 超音波センサ
US20200142060A1 (en) Ultrasonic sensor device and obstacle detection device
JP2002112379A (ja) 超音波センサ及びこれを用いた電子機器並びに車両用バックソナー
TWI440831B (zh) Ultrasonic sensor
WO2017141402A1 (ja) 超音波送受信装置、壁部材、および、壁部材への超音波センサの取付方法
GB2582753A (en) System and method for controlling a vehicle
GB2582750A (en) Sensor and method for determining a property of a body of water
GB2586944A (en) Apparatus and method for emitting sounds from a vehicle
CN115349265A (zh) 超声波换能器、超声波传感器、物体检测装置、物体检测方法以及物体检测程序

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination