JP2015025742A - 異物検出装置 - Google Patents

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。

国際公開２０１２／０９０３４１号パンフレット

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。

車両を上方より見た図である。 図１に示す車両１００を側方より見た図である。 異物検出装置２００の概略構成を示す図である。 レーダセンサ２１０の概略構成を示す図である。 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。 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。 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。 異物の種類と反射強度との関係を示すグラフである。 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。 領域分割を説明するための第１の図である。 領域分割を説明するための第２の図である。 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。

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、Ｘ^２＋（Ｙ−ｙ０）^２＝Ｒｔｈ^２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＝√（Ｘａ^２＋Ｙａ^２）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。

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)

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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