JP2012127863A

JP2012127863A - 車載用障害物検出システム

Info

Publication number: JP2012127863A
Application number: JP2010280829A
Authority: JP
Inventors: Takuya Mori; 卓也森; Fumihiro Kasano; 文宏笠野
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-07-05

Abstract

【課題】意匠性が低下することなく障害物の検知範囲の広い車載用障害物検知システムを提供する。
【解決手段】車載用障害物検出システムは、超音波を送信してその反射波を受信する複数のセンサ２０（２０ａ〜２０ｃ）と、車両に搭載されるＥＣＵ１０に設けられた制御部１１とを備える。制御部１１は、各センサ２０による反射波の受信に基づいて障害物が存在するか否かを判断する検知手段１２を有する。制御部１１は、センサ２０ａを基準センサとして超音波を送信し、他のセンサ２０（２０ｂ、２０ｃ）の各々について、反射波を受信した受信タイミングと、センサ２０ａが反射波を受信した受信タイミングとの時間差を求める。制御部１１は、センサ２０ａの送信タイミングを基準として、他のセンサ２０の送信タイミングは、先に求めた時間差だけ逆方向にずらすよう設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波により車両周囲の障害物を検知する車載用障害物検知システムに関するものである。

従来、例えば車両に複数の超音波センサを取り付け、超音波を車両の周囲に送信するとともに物体による反射波を受信して、車両周囲の障害物を検知する障害物検知システムが提供されている。この種の障害物検知システムでは、圧電素子を用いて電気エネルギーを機械的振動に変換して空気を振動させ超音波を送信し、超音波による振動板の機械的振動を圧電素子により電気信号に変換する超音波センサが用いられている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−８４４２８号公報

ところで、上述のような障害物検知システムにおいて、超音波センサから送信された超音波は空気中を伝達する上で減衰するため、障害物を検知可能な検知範囲が送信信号の音圧により制限される。超音波センサにおけるマイクの形状などを大きくして送信信号の音圧を高め、障害物の検知範囲を拡張することも可能であるが、超音波センサが外部に露出する領域が多くなり、意匠性が低くなるといった問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、意匠性が低下することなく障害物の検知範囲の広い車載用障害物検知システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本願の車載用障害物検知システムは、超音波を送信するとともに当該超音波が物体により反射された反射波を受信する複数の超音波センサと、複数の超音波センサが受信した反射波に基づいて障害物を検知する検知手段と、複数の超音波センサによる超音波の送信タイミングを個別に制御する制御手段とを備え、制御手段は、複数の超音波センサのうち所定の超音波センサを基準センサとして、タイミング取得用の超音波を送信させ、当該基準センサ以外の他の超音波センサの各々について、タイミング取得用の超音波の反射波を基準センサが受信した受信タイミングと、当該他の超音波センサが当該反射波を受信した受信タイミングとの時間差を求め、以降は、当該他の超音波センサからの送信タイミングを、基準センサからの送信タイミングより上述の時間差だけ逆方向にずらすように各超音波センサの送信タイミングを制御することを特徴とする。

この車載用障害物検知システムにおいて制御手段は、車両に搭載されるエレクトリックコントロールユニットからなり、このエレクトリックコントロールユニットで複数の超音波センサの送信タイミングを制御するようにしてもよい。

またこの制御手段は、複数の超音波センサに個別に設けてもよい。

上記車載用障害物検知システムによれば、意匠性が低下することなく障害物の検知範囲を広くすることができる。

実施の形態１にかかる車載用障害物検出システムを示す概略ブロック図である。同車載用障害物検出システムを示す概略ブロック図である。同車載用障害物検出システムの動作を説明する為のタイミングチャートである。同車載用障害物検出システムによる検知可能エリアを示す概略図である。実施の形態２にかかる車載用障害物検出システムを示す概略ブロック図である。

（実施の形態１）
本実施の形態にかかる車載用障害物検出システムは、自動車などの車両に搭載され、車両の周囲に存在する障害物を検出するものである。この車載用障害物検出システムは、図１に示すように、車両に搭載されるエレクトリックコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）１０と、車両の前方側に設けられた複数のセンサ２０（２０ａ〜２０ｃ）とを備える。またこの車両の後方側には、複数のセンサ２１（２１ａ〜２１ｄ）が搭載されており、上述のＥＣＵ１０とともに車載用障害物検出システムを構成して車両の周囲に存在する障害物の検知を行っている。以下では、車両の前方側に取り付けられた複数のセンサ２０とＥＣＵ１０とを主な構成要素として備える車載用障害物検出システムについて説明を行う。なおセンサ２０及びセンサ２１の台数や設置位置については、車載用障害物検出システムを説明する為の一例であり、その検知範囲や要求される精度などの諸条件に応じて適宜設定することが可能である。

各センサ２０は、超音波を車両の周囲に送信するとともに、送信した超音波が物体などにより反射した反射波を受信する超音波センサである。各センサ２０は、後述するＥＣＵ１０の制御部１１と信号線Ｌ１を介してそれぞれ接続されており、制御部１１との間で通信信号の送受信を行う。制御部１１から通信信号として送信制御信号が入力されると、センサ２０の圧電素子（図示せず）により、電気エネルギーを機械的振動に変換して空気を振動させ、超音波を所定の方向に送信する。この超音波が物体などによって反射されると、超音波が反射波として各センサ２０に到達し、各センサ２０の振動板（図示せず）を振動させる。この振動板の機械的振動を圧電素子により電気信号に変換することで、各センサ２０は反射波を受信し、制御部１１に通信信号として反射波受信信号を出力する。なお各センサ２０は、自身が送信した超音波の反射波に限らず、他のセンサ２０が送信した超音波の反射波も受信可能に設定されている。

ＥＣＵ１０は、ＣＰＵやメモリなど（何れも図示せず）からなり、車両に搭載されたバッテリなどの電源ＢＴ１から電力の供給を受けて動作する。またＥＣＵ１０は、ネットワークＣＮ１に接続されており、このネットワークＣＮ１を介して車両の情報を取得可能に設定されている。

またＥＣＵ１０には、制御部１１からの警報信号により動作する報知手段ＢＺ１が接続されており、少なくとも運転者に警告を通知するよう設定されている。なお、この報知手段ＢＺ１は、他の車載システム（図示せず）に設けられた同等の手段を共用するようにしてもよい。

さらにＥＣＵ１０は、上述のように各センサ２０（２０ａ〜２０ｃ）と信号線Ｌ１を介してそれぞれ接続され、各センサ２０との間で通信信号の授受を行うとともに各センサ２０の動作を制御する制御部１１を備えている。この制御部１１は、各々のセンサ２０に送信制御信号を出力するタイミングを調整することで、各センサ２０が超音波を送信する送信タイミングを個別に制御している。

また制御部１１は、各センサ２０から入力される反射波受信信号に基づいて、車両の周囲に障害物が存在するか否かを判断する検知手段１２を有している。この検知手段１２は、センサ２０から入力された反射波受信信号の信号レベルと所定の閾値とを比較し、反射波受信信号の信号レベルが閾値よりも小さい場合には障害物が存在しないと判断する。また、反射波受信信号の信号レベルが閾値以上であれば、各々のセンサ２０から反射波受信信号が入力された時間差と、各センサ２０の物理的な配置位置に基づいて物体の位置を推定する。この推定した物体の位置が例えば車両の進行方向やその近傍にある場合には、車両の周囲に障害物が存在すると判断し、制御部１１は上述の報知手段ＢＺ１に警報信号を出力して、運転者や周囲に警告を通知する。

ここで、この車載用障害物検出システムにおける障害物の検知動作について、図２及び図３を用いて説明を行う。なお、図２における物体Ｘ１は、例えば岩などの障害物である。また各センサ２０（２０ａ〜２０ｃ）は、車両の前方側（図２の右側）を超音波の放射方向として搭載され、例えば、車両の左側（図２における上側）から順にセンサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃと配列されている。各センサ２０が送信した超音波は物体Ｘ１により反射され、反射波として各々のセンサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃにより受信される。

ここで、センサ２０ａのみから時刻Ｔ０に送信した超音波が、物体Ｘ１によって反射され、各センサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃに到達するまでの時間をそれぞれ時間ｔａ、ｔｂ、ｔｃとする。この場合は、物体Ｘ１からセンサ２０ａまでの距離が最も短く、センサ２０ｃまでの距離が最も遠いので、時間ｔａ＜時間ｔｂ＜時間ｔｃとなっている。

まず、制御部１１は、センサ２０ａを基準センサとして設定し、センサ２０ａに送信制御信号を送信してセンサ２０ａから超音波を送信させる（図３における時刻Ｔ０）。この超音波は、時間ｔａが経過すると物体Ｘ１に到達して物体Ｘ１によって反射され、さらに時間ｔａが経過したタイミングで（時刻Ｔ１）、この反射波がセンサ２０ａに到達する。センサ２０ａは、この反射波を受信して制御部１１に反射波受信信号を出力する。また時刻Ｔ１から時間Δｔａｂ（＝時間ｔｂ−時間ｔａ）が経過すると、反射波がセンサ２０ｂに到達し、センサ２０ｂが受信して反射波受信信号を制御部１１に出力する。さらに、時刻Ｔ１から時間Δｔａｃ（＝時間ｔｃ−時間ｔａ）が経過すると、反射波がセンサ２０ｃに到達し、センサ２０ｃから反射波受信信号が制御部１１に出力される。すなわち、制御部１１には、時刻Ｔ１にセンサ２０ａからの反射波受信信号が入力された後、時刻Ｔ１から時間Δｔａｂが経過するとセンサ２０ｂからの反射波受信信号が入力される。また時刻Ｔ１から時間Δｔａｃが経過すると、センサ２０ｃからの反射波受信信号が入力される。

その後、制御部１１は、センサ２０ａから超音波を送信させる送信タイミングを時刻Ｔ２として設定し、この時刻Ｔ２よりも時間Δｔａｃだけ前にセンサ２０ｃに送信制御信号を出力する。また制御部１１は、時刻Ｔ２よりも時間Δｔａｂだけ前にセンサ２０ｂに送信制御信号を出力する。

すなわち、まず制御部１１は、基準センサであるセンサ２０ａが送信した超音波の反射波を基準センサ以外のセンサ２０ｂ、２０ｃが受信した受信タイミングと、センサ２０ａが受信した受信タイミングとを時間差（時間Δｔａｂ、Δｔａｃ）をそれぞれ求める。この時間差が求まると、基準センサであるセンサ２０ａによる超音波の送信タイミングを基準として、基準センサ以外のセンサ２０ｂ、２０ｃの送信タイミングを上述の時間差だけそれぞれ逆方向にずらしている。

これにより、センサ２０ａが時刻Ｔ２に超音波を送信する場合、センサ２０ｂの送信タイミングは（時刻Ｔ２−Δｔａｂ）となり、センサ２０ｃの送信タイミングは（時刻Ｔ２−Δｔａｃ）となる。ここで、センサ２０ｂ及びセンサ２０ｃは、何れもセンサ２０ａよりも物体Ｘ１に遠いため、送信タイミングが時刻Ｔ２よりも早い時刻となるが、センサ２０ａよりも物体Ｘ１に近い位置に他のセンサ２０では、送信タイミングが時刻Ｔ２よりも遅い時刻となる。ここで、センサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃからそれぞれ送信された超音波は、物体Ｘ１にほぼ等しい時刻に到達し（時刻Ｔ３）、各センサ２０からの超音波が合成されてセンサ２０ａのみから送信した超音波と比べて音圧が大きくなる。その後、この音圧の高い超音波が物体Ｘ１によって反射され、各センサ２０ａ〜２０ｃに順次到達する（時刻Ｔ４）。この時、各センサ２０が受信する反射波は、時刻Ｔ１で各センサ２０が受信した反射波よりも音圧が高く、制御部１１に出力される反射波受信信号の信号レベルが大きくなる。反射波受信信号の信号レベルが所定の閾値よりも大きくなると、検知手段１２は上述のように物体Ｘ１の位置を推定し、物体Ｘ１の位置が車両の進行方向の周囲にあれば、制御部１１が報知手段に警報信号を出力して運転者や周囲に警告を通知する。

このようにして、図４に示すように、上述した車載用障害物検出システムによって検知可能な領域エリアＳ１は、従来のシステムにより検知可能な領域であるエリアＳ２に比べ、検知可能な領域が広がる。

なお制御部１１は、時刻Ｔ２から所定の時間間隔でセンサ２０ａの送信タイミングを設定し、この送信タイミングから上述の時間差（時間Δｔａｂ、Δｔａｃ）だけ逆方向にずらした時点をセンサ２０ｂ、２０ｃの送信タイミングとして設定する。これにより、例えば車両や物体Ｘ１の移動などによって、物体Ｘ１に到達した超音波が互いに打ち消すように作用した場合であっても、次の送信タイミングで音圧が高くなるように作用すれば、障害物を検知することが可能となる。この時、時刻Ｔ２からの時間間隔を短く設定しておくことで、障害物を検知する精度を高めることができる。

また制御部１１は、上述のように時刻Ｔ２から所定の時間が経過すると、再度センサ２０ａからのみ超音波を送信して、他のセンサ２０ｂ、２０ｃにおける送信タイミングとの時間差を再設定するようにしている。

上述のように、この車載用障害物検出システムでは、個々のセンサ２０から送信した超音波の反射波では障害物を検知出来なかった場合であっても障害物を検知できるようになる。また、同性能の検知能力を実現する場合では、従来よりも小型の超音波センサを各センサ２０として利用することができ、意匠性の低下を抑制することができる。

また、ＥＣＵ１０に制御部１１を設けたことにより、各々のセンサ２０には超音波の送信・受信機能のみを持たせればよい。よって、各センサ２０を簡素化することができ、各センサ２０にかかる製造コストを低減して、より低コストな車載用障害物検出システムを提供することができる。

なお、上述の時刻Ｔ４より後におけるセンサ２０ｂ、２０ｃの送信タイミングは、時刻Ｔ４にてセンサ２０ａが反射波を受信した受信タイミングと、センサ２０ｂ、２０ｃが受信した受信タイミングとの時間差に基づいて制御するようにしてよい。このようにすることで、車両が移動し物体Ｘ１との距離が変化して、物体Ｘ１から反射波が届くまでの時間差に変化が生じた場合であっても、物体Ｘ１に超音波が到達する時刻を等しくすることができ、障害物を正確に検知することができる。

また、各センサ２０、２１の台数や設置位置については、本実施の形態に記載された台数や設置位置に限るものではなく、車両の大きさ、検知範囲、要求される精度などに応じて適宜設定することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態にかかる車載用障害物検出システムは、図５に示すように、各々のセンサ２０（２０ａ〜２０ｃ）に制御部１１を設け、各制御部１１が互いに通信を行う。この点を除いては、実施の形態１と同様の構成であるので共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

各センサ２０のうち、ＥＣＵ１０に接続されたセンサ２０ａは基準センサとして動作し、他のセンサ２０ｂ、２０ｃに向けて通信信号を用いて種々の情報を通知する。具体的にセンサ２０ａの制御部１１は、センサ２０ａから送信した超音波の反射波を受信した受信タイミングと、センサ２０ａから超音波を送信する送信タイミングとを他のセンサ２０ｂ、２０ｃに通知する。他のセンサ２０ｂ、２０ｃの制御部１１は、このセンサ２０ａから通知された情報と、自機が受信した反射波の受信タイミングに基づいて、センサ２０ａによる受信タイミングとの時間差（時間Δｔａｂ、Δｔａｃ）をそれぞれ求める。そして、各センサ２０ｂ、２０ｃは、センサ２０ａにおける送信タイミングを基準として、上述の時間差だけ逆方向にずらして超音波の送信タイミングを設定する。これにより、物体Ｘ１に到達した各センサ２０ａ〜２０ｃの超音波は、互いに合成されて音圧が大きくなり、各センサ２０ａ〜２０ｃの各々で物体Ｘ１を障害物として検知することができる。

これにより、実施の形態１での効果に加え、ＥＣＵ１０とセンサ２０との間を接続する信号線Ｌ１の本数を低減することができるとともに、ＥＣＵ１０にかかる処理負荷を低減することができる。

１０ＥＣＵ
１１制御部（制御手段）
１２検知手段
２０（２０ａ〜２０ｃ）センサ（超音波センサ）
２１（２１ａ〜２１ｄ）センサ（超音波センサ）

Claims

超音波を送信するとともに当該超音波が物体により反射された反射波を受信する複数の超音波センサと、前記複数の超音波センサが受信した反射波に基づいて障害物を検知する検知手段と、前記複数の超音波センサによる超音波の送信タイミングを個別に制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記複数の超音波センサのうち所定の超音波センサを基準センサとして、タイミング取得用の超音波を送信させ、
当該基準センサ以外の他の超音波センサの各々について、前記タイミング取得用の超音波の反射波を前記基準センサが受信した受信タイミングと、当該他の超音波センサが当該反射波を受信した受信タイミングとの時間差を求め、以降は、当該他の超音波センサからの送信タイミングを、前記基準センサからの送信タイミングより前記時間差だけ逆方向にずらすように各超音波センサの送信タイミングを制御することを特徴とする車載用障害物検出システム。
前記制御手段は、車両に搭載されるエレクトリックコントロールユニットからなり、前記エレクトリックコントロールユニットで前記複数の超音波センサの送信タイミングを制御することを特徴とする請求項１記載の車載用障害物検出システム。
前記制御手段は、前記複数の超音波センサに個別に設けられたことを特徴とする請求項１記載の車載用障害物検出システム。