JP2015025742A - 異物検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】異物の種類を判別することを可能にした異物検出装置を提供する。【解決手段】異物検出装置は、送信部から電磁波を放射し、異物からの反射波を受信部で受信するレーダセンサ(210)と、受信部が受信する反射波の強度の変動幅が所定値よりも大きいときに異物を動体物と判断し、変動幅が所定値以下のときに異物を静止物と判断する制御部(センサECU220)とを備える。これにより、非接触給電用の受電コイルまたは送電コイルの周囲に位置する異物の種類を判別することが可能になる。【選択図】図3
Description
本発明は、異物検出装置に関し、特に非接触給電用の送電コイルと受電コイルとの間の異物を検出するための異物検出装置に関する。
従来より、電気エネルギーを利用して走行する車両(電気自動車やハイブリッド車)を充電するための非接触給電装置(送電コイルおよび受電コイル)が提案されている。
非接触給電では、送電側コイル(1次コイル)と、受電側コイル(2次コイル)との間で電磁界を利用して電力の伝送を行なう。送電コイルと受電コイルとの間(あるいはコイルの周囲)に異物があると、電力の伝送効率が低下してしまう。
国際公開2012/090341号パンフレットは、ドプラセンサを用いて異物を検出することを提案している。
異物があれば、たとえば乗員が異物を除去しなければならない。異物を除去する乗員にとって、予め異物の種類が分かっていれば、車両の下の異物を発見し易くなる。たとえば、異物が静止物であることが予め分かっている場合、そのような目で異物を捜索することになり、動体物であることが分かっている場合、そのような目で異物を捜索することになる。このように、予め異物の種類を判別することは、乗員などによる異物の発見および除去に貢献する。
国際公開2012/090341号パンフレットのようにドプラセンサを用いれば、異物の相対速度などを検出することはできるが、異物の種類を判別することはできない。また、車両から離れた位置にある異物をも検出してしまう恐れもある。
本発明の目的は、異物の種類を判別することを可能にした異物検出装置を提供することである。
本発明は、要約すると、非接触給電用の受電コイルまたは送電コイルの周囲に位置する異物を検出する異物検出装置であって、送信部から電磁波を放射し、異物からの反射波を受信部で受信するレーダセンサと、受信部が受信する反射波の強度の変動幅が所定値よりも大きいときに異物を動体物と判断し、変動幅が所定値以下のときに異物を静止物と判断する制御部とを備える。
本発明によると、非接触給電用の受電コイルまたは送電コイルの周囲に位置する異物の種類を判別することが可能になる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、車両を上方より見た図である。図1を参照して、目標検出エリア110(図1の破線で囲んだ領域)内の異物を検出する異物検出装置200が、車両100または地上に設けられる。図1に示すように車両を上方より見た場合、目標検出エリア110には、受電コイル120と送電コイル130とが含まれる。
図2は、図1に示す車両100を側方より見た図である。図2を参照して、車両100は、受電コイル120を含む。受電コイル120は、その下方の地上に設けられた送電コイル130から非接触で電力を受け、それにより車両100は充電される。なお、図1に示す異物検出装置200は、図2では図示しない。
図3は、異物検出装置200の概略構成を示す図である。図3を参照して、異物検出装置200は、レーダセンサ210と、センサECU(Electric Control Unit)220と、充電ECU230とを含む。センサECU220は、レーダセンサ210および充電ECU230と通信可能に構成され、それらを制御する。すなわち、異物検出装置200は、レーダセンサ210からの情報に基づいて充電ECU230を制御することにより、たとえば図1に示す車両100の充電を制御することができる。
図4は、レーダセンサ210の概略構成を示す図である。図4を参照して、レーダセンサ210は、送信波を出力する送信部211と、一定の指向性を有し、送信部211が出力する送信波を電磁波として送信(放射)する送信アンテナ212と、一定の指向性を有し、送信アンテナ212から送信された電磁波に基づく反射波を受信波として受信する受信アンテナ213と、受信波が入力される受信部214とを備える。
送信部211が送信する送信波に関する情報(送信波情報)および受信部214が受信する受信波の情報(受信波情報)は、それぞれ、受信強度変動量演算部215と、距離演算部216と、相対速度演算部217と、角度演算部218とに送られる。
受信強度変動量演算部215は、受信波の受信レベルの変動量ΔVrを演算する。距離演算部216は、レーダセンサ210と反射波が生じた位置(反射位置)との距離Rを演算する。相対速度演算部217は、レーダセンサ210と反射位置との相対速度ΔVを検出する。角度演算部218は、たとえば、レーダセンサ210の前方を基準としたときの反射位置の方向を示す角度θを演算する。
以上の構成により、異物検出装置200を用いた非接触給電システムでは、図1に示した目標検出エリア110内の反射位置に関する情報(反射位置情報)として、変動量ΔVr、距離R、相対速度ΔV、および角度θを得ることができる。そのような反射位置情報をもとに、センサECU220は、主に、目標検出エリア110内の異物に関する分析を行なう。具体的に、センサECU220は、異物が静止物または動体物のいずれであるかを判別する。判別により、異物が静止物または動体物のいずれであるか予め分かっていれば、乗員などにとって、目標検出エリア110内の異物の発見が容易になる。
図5は、センサECU220が実行する処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、たとえば図1に示す車両100を充電する際に行なわれる。
図5を参照して、センサECU220は、まず、反射位置情報(変動量ΔVrないし角度θ)をセンサ検出情報として取得する(ステップS101)。
反射位置情報を取得した後、センサECU220は、たとえば図1に示す目標検出エリア110内に静止物があるか否かを判別する(ステップS102)。「準」静止物としたのは、後の処理(ステップS105)において改めて動体物であると判断され得るためである。準静止物があるか否かの具体的な判別方法については、後に図8を参照して詳述する。
目標検出エリア110内に準静止物がある場合(ステップS103でYES)、センサECU220は、準静止物が静止している時間(静止時間)を計測し、静止時間が静止時間判別閾値Tmaxより大きいかどうか判断する(ステップS104)。静止時間の計測は、たとえば、Tmaxよりも短い時間間隔ΔtでステップS102の処理を繰り返し、Δtを足し合わせることによって行なうことができる。
静止時間がTmax以下の場合(ステップS104でNO)、センサECU220は、準静止物が動体物であるか否かを判別する(ステップS105)。準静止物が動体物であるか否かの具体的な判別方法については、後に図9を参照して詳述する。準静止物が動体物でない場合(ステップS106でNO)、センサECU220は、目標検出エリア110内には、侵入物がないと判断する(ステップS107)。これに対し、準静止物が動体物の場合(ステップS106でYES)、センサECU220は、目標検出エリア110内には、侵入物としての動体物があると判断する。動体物としては、たとえば、猫やネズミなどの小動物が考えられる。
一方、静止時間がTmaxより大きい場合(ステップS104でYES)、センサECU220は、受信信号レベル変動量ΔVrが予め定められた受信信号レベルの変動量の閾値Vrthより大きいかどうか判断する(ステップS109)。ΔVrがVrthより大きい場合(ステップS109でYES)、センサECU220は、準静止物は動体物であると判断し、検出エリア110内に侵入物としての動体物があると判断する(ステップS108)。これに対し、ΔVrがVrth以下の場合(ステップS109でNO)、センサECU220は、準静止物は静止物であると判断し、目標検出エリア110内に侵入物ではない静止物があると判断する(ステップS110)。すなわち、受信信号レベル変動量ΔVrに基づいて、異物が静止物または動体物のいずれであるか判断される。閾値Vrthの定め方については、後に図10および図11を参照して詳述する。
ステップS107、ステップS108またはステップS110の処理を終えた後、センサECU220は、ステップS111に処理を進める。
ステップS111では、目標検出エリア110内に侵入物または異物がある場合とない場合とで処理が分かれる。侵入物または異物がある場合(ステップS111でYES)、センサECU220は、車両100の充電を停止する(ステップS112)。これに対し、侵入物または異物がない場合(ステップS111でNO)、センサECU220は、車両100の充電を開始する(ステップS113)。
ステップS112またはステップS113の処理を終えた後、センサECU220は、ステップS114に処理を進める。
ステップS114では、目標検出エリア110内に異物がある場合とない場合とで処理が分かれる。異物がある場合(ステップS114でYES)、センサECU220は車両100の乗員にその旨を通知する(ステップS115)。通知は、たとえば、車両100に搭載されたディスプレイやスピーカ(図示しない)などを用いて行なわれ得る。通知が行なわれた後、センサECU220は図5に示すフローチャートの処理を終える(ステップS116)。一方、異物がない場合(ステップS114でNO)、センサECU220は図5に示すフローチャートの処理を終える(ステップS116)。ステップS114における異物は、ここでは、静止物と考えてもよい。静止物がある場合は、乗員に通知されるべきと考えられるからである。
次に、図5に示すステップS102およびステップS105で実行される処理(準静止物および動体物の判別)の詳細について説明するが、その前に、まず、図3に示す異物検出装置200の異物の検出について説明する。
図6は、異物検出装置200の異物の検出を説明するための図である。
図6を参照して、たとえば図1に示す目標検出エリア110は、コイル(受電コイル120および送電コイル130)を中心とする半径Rthの円(検出エリア境界)で囲まれた領域で表される。その領域をXY座標を用いて表すと、コイルの中心の座標は(0,y0)であり、検出エリア境界の円は、X2+(Y−y0)2=Rth2で示される。
図6を参照して、たとえば図1に示す目標検出エリア110は、コイル(受電コイル120および送電コイル130)を中心とする半径Rthの円(検出エリア境界)で囲まれた領域で表される。その領域をXY座標を用いて表すと、コイルの中心の座標は(0,y0)であり、検出エリア境界の円は、X2+(Y−y0)2=Rth2で示される。
異物検出装置200は、異物との間の距離Rおよび角度θを検出する。検出した距離Rおよび角度θから、異物の座標(X1,Y3)がX1=Rcosθ、Y3=Rsinθとして計算され、さらに、X=X1における検出エリア境界のY座標の値が、Y1およびY2として計算される。なお、X1の絶対値がRthよりも大きいとき、異物は検出エリア境界線の外側に位置し、Y1,Y2は存在しない。これらの計算は、図3に示すセンサECU220によって行なわれる。
この計算結果より、異物検出装置200は、目標検出エリア110内に異物が存在するかどうか判別する。具体的には、X1の絶対値がRth以下であり、かつ、Y2≦Y3≦Y1の関係を満たすときに、目標検出エリア110内に異物が存在すると判別する。
また、センサECU220は、異物の検出相対速度ΔVを計算する。ΔVは、たとえば、異物の座標の変化に基づいて計算され得る。センサECU220は、ΔVの大きさに基づいて、異物が準静止物であるか動体物であるかを判別する。
図7は、検出相対速度ΔVに基づく異物の判別を説明するための図である。図7は、図6に示すRとθとで表される座標系に、相対速度ΔVの軸を加えたものである。ここで、相対速度ΔVが、動体物判別の相対速度の下限値側閾値ΔVthL以下の場合、異物は準静止物と判別される。一方、相対速度ΔVが、動体物判別の相対速度の上限値閾値ΔVthHよりも大きい場合、異物は動体物と判別される。
以上を踏まえ、図5に示すステップS102およびステップS105で実行される処理(準静止物および動体物の判別)の詳細について説明する。
図8は、図5に示すステップS102で実行される処理(準静止物があるか否かの判別)の詳細を説明するためのフローチャートである。
図6および図8を参照して、センサECU220は、まず、異物の座標(X1,Y3)を計算し(ステップS201)、X1における検出エリア境界との交点(Y1、Y2)を計算する(ステップS202)。
次いで、センサECU220は、X1の絶対値がRth以下であるか否かを判断する(ステップS203)。X1の絶対値がRthよりも大きい場合(ステップS203でNO)、センサECU220は、目標検出エリア110内に準静止物がないと判断し(ステップS207)、図8に示すフローチャートの処理を終える(ステップS208)。これに対し、X1の絶対値がRth以下の場合(ステップS203でYES)、センサECU220は、ステップS204に処理を進める。
ステップS204において、センサECU220は、Y3がY2以上かつY1以下であるか否かを判断する(ステップS204)。Y3がY2未満またはY1より大きい場合(ステップS204でNO)、センサECU220は、目標検出エリア110内に準静止物がないと判断し(ステップS207)、図8に示すフローチャートの処理を終える(ステップS208)。これに対し、Y3がY2以上かつY1以下の場合(ステップS204でYES)、センサECU220は、ステップS205に処理を進める。
ステップS205において、センサECU220は、ΔVがΔVthL以下であるか否かを判断する(ステップS205)。ΔVがΔVthLよりも大きい場合(ステップS205でNO)、センサECU220は、目標検出エリア110内に準静止物がないと判断し(ステップS207)、図8に示すフローチャートの処理を終える(ステップS208)。これに対し、ΔVがΔVthL以下の場合(ステップS205でYES)、センサECU220は、目標検出エリア110内に準静止物があると判断し(ステップS206)、図8に示すフローチャートの処理を終える(ステップS208)。
図9は、図5に示すステップS105で実行される処理(動体物があるか否かの判別)の詳細を説明するためのフローチャートである。ステップS301およびステップS302は、図8に示すステップS203およびステップS204と同様である。同様の部分については説明を繰り返さない。
図6および図9を参照して、ステップS303において、センサECU220は、ΔVがΔVthL以上かつΔVthH以下であるか否かを判断する(ステップS303)。ΔVがΔVthL以上かつΔVthH以下の場合(ステップS303でYES)、センサECU220は、目標検出エリア110内に動体物があると判断し(ステップS304)、図9に示すフローチャートの処理を終える(ステップS306)。これに対し、ΔVがΔVthLよりも大きい場合(ステップS303でNO)、センサECU220は、目標検出エリア110内に静止物がないと判断し(ステップS305)、図9に示すフローチャートの処理を終える(ステップS306)。
次に、図5に示すステップS109で用いられる閾値Vrthの定め方について説明する。受信信号レベル変動量ΔVrは、異物の電磁波に対する反射強度に依存する。図10は、異物の種類と反射強度との関係を示すグラフである。図10に示すように、反射強度は変動幅を有し、人の足(人足)と、人の手(人手)と、小動物と、空缶とでそれぞれ反射強度も変動幅も異なる。
ここで着目すべきは、空缶のような静止物は、反射強度の変動幅が比較的狭いのに対し、人や小動物のような動体物は、反射強度の変動幅が比較的広いことである。このことは、静止物では図3に示すレーダセンサ210の受信信号レベルの変動幅が比較的狭いのに対し、動体物では受信信号レベルの変動幅が比較的広いことを意味する。
図11は、異物の種類と受信信号レベル変動量ΔVrとの関係を示すグラフである。図11に示すように、動体物である人足、人手および小動物と、静止物である空缶とでは、受信信号レベルの変動量ΔVrが明確に異なっている。これにより、両者を区別する受信信号レベルの変動幅の閾値を、図5に示すステップS109で用いられる閾値ΔVrthとして定めることができる。
異物が準静止物または動体物のいずれであるかは、図6に示す目標検出エリア110を分割された複数の領域の集合体で近似して判別することもできる。
図12は、そのような判別を行なう異物検出装置200Aについて説明するための第1の図(マップ)である。異物検出装置200Aは、図6に示す異物検出装置200とほぼ同様であるが、次に説明する判別を行なう点で相違する。その判別は、異物検出装置200Aに含まれるECUセンサによって行なわれ得る。
図12に示すように、XY座標上で、Y=X・tan(90−φ)として表される線(領域分割線)を引き、その線と検出エリア境界線との交点を求める。具体的には、φを一定角度φc(図示しない)ずつ変化させ、φが0〜5φcのときのそれぞれの交点a〜eを求める。原点0と、各交点a〜eとの間の距離(部分領域半径)をそれぞれRa〜Reとする。また、目標検出エリア110のうち、φが0〜φcの範囲を領域1、φがφc〜2φcの範囲を領域2、φが2φc〜3φcの範囲を領域3、φが3φc〜4φcの範囲を領域4、φが4φ〜5φの範囲を領域5とする。これに基づくと、図13に示す表が作成される。
部分領域半径Raは、交点aの座標を(Xa,Ya)とすると、Ra=√(Xa2+Ya2)として計算される。他の部分領域半径Rb〜Reについても同様である。
このような領域分割角度φと部分領域半径Ra〜Reを用いることにより、次に説明するとおり、異物が準静止物または動体物のいずれであるか判別できる。
まず、各領域1〜5の角度範囲においてそれぞれRがRa〜Re以下の場合(R≦Ra〜Re)、かつ、ΔV≦ΔVthLの場合、目標検出エリア110内に、準静止物があると判別される。
さらに、各領域1〜5の角度範囲においてそれぞれRがRa〜Re以下の場合(R≦Ra〜Re)、かつ、ΔVthL≦ΔV≦ΔVthHの場合、準静止物は動体物であると判別される。なお、図14は、図12および図13に示す角度範囲と部分領域半径との関係を示すグラフである。
最後に、本発明の実施の形態について総括する。
図3から図5を参照して、本発明の実施の形態に係る異物検出装置は、送信部(211)から電磁波を放射し、異物からの反射波を受信部(214)で受信するレーダセンサ(210)と、受信部(214)が受信する反射波の強度の変動幅(ΔVr)が所定値(ΔVrth)よりも大きいときに異物を動体物と判断し、変動幅(ΔVr)が所定値(ΔVrth)以下のときに異物を静止物と判断する制御部(センサECU220)とを備える。
図3から図5を参照して、本発明の実施の形態に係る異物検出装置は、送信部(211)から電磁波を放射し、異物からの反射波を受信部(214)で受信するレーダセンサ(210)と、受信部(214)が受信する反射波の強度の変動幅(ΔVr)が所定値(ΔVrth)よりも大きいときに異物を動体物と判断し、変動幅(ΔVr)が所定値(ΔVrth)以下のときに異物を静止物と判断する制御部(センサECU220)とを備える。
これにより、非接触給電用の受電コイルまたは送電コイルの周囲に位置する異物の種類を判別することが可能になる。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
100 車両、110 目標検出エリア、120 受電コイル、130 送電コイル、200,200A 異物検出装置、210 レーダセンサ、211 送信部、212 送信アンテナ、213 受信アンテナ、214 受信部、215 受信強度変動量演算部、216 距離演算部、217 相対速度演算部、218 角度演算部、220 センサECU、230 充電ECU。
Claims (1)
- 非接触給電用の受電コイルまたは送電コイルの周囲に位置する異物を検出する異物検出装置であって、
送信部から電磁波を放射し、異物からの反射波を受信部で受信するレーダセンサと、
前記受信部が受信する反射波の強度の変動幅が所定値よりも大きいときに前記異物を動体物と判断し、前記変動幅が前記所定値以下のときに前記異物を静止物と判断する制御部とを備える、異物検出装置。
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