JP2017181157A - 検出装置および検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的近い距離に存在する障害物と、比較的遠い距離に存在する障害物とを短時間で効率よく検出することができる検出装置および検出方法を提供すること。【解決手段】検出装置10は、第1の周波数の第1超音波と、第1の周波数と異なる第2の周波数の第2超音波とを含み、第1超音波と第2超音波との間に時間間隔を有する検出波を生成する送信信号生成部15と、検出波を送信し、検出波に対する反射波を受信する超音波送受信部17と、反射波のうち、第1の周波数の反射波に基づき、超音波送受信部に近い範囲に存在する第1の障害物を検出し、第2の周波数の反射波に基づき、第1の障害物よりも遠くに存在する第2の障害物を検出する障害物検出部19とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、障害物を検出する検出装置および検出方法に関する。
従来、車両等に搭載され、超音波を検出波として送信する超音波センサを用いて、周囲の障害物の有無を検出する検出装置が知られている。このような検出装置に用いられる超音波センサは、超音波の指向性などの影響により、障害物を検出可能な範囲が限られてしまう。そのため、超音波センサから比較的近い距離に存在する障害物と、比較的遠い距離に存在する障害物とを効率よく検出する技術が開発されている。
例えば、特許文献1には、検出した障害物までの距離に応じて、近距離用の検出波と遠距離用の検出波とを切替えることにより、比較的近い距離に存在する障害物と、比較的遠い距離に存在する障害物とを効率よく検出する技術が開示されている。
さらに、特許文献2には、車速に応じて、検出距離が長距離となる遠距離モードと、検出距離が短距離となる近距離モードとを切替えることにより、比較的近い距離に存在する障害物と、比較的遠い距離に存在する障害物とを効率よく検出する技術が開示されている。
しかしながら、上述した特許文献1の従来技術では、遠距離用の検出波の送信および検出波に対する反射波の受信をしている間に、近距離の範囲に出現した障害物の検出が遅れる可能性がある。また、上述した特許文献2の従来技術では、長距離モードと近距離モードとのいずれか一方が実行される間、他方が実行できず、排他的な制御となってしまうため、障害物の検出が遅れる可能性がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、比較的近い距離に存在する障害物と、比較的遠い距離に存在する障害物とを短時間で効率よく検出することができる検出装置および検出方法を提供することを目的とする。
本発明の検出装置は、第1の周波数の第1超音波と、第1の周波数と異なる第2の周波数の第2超音波とを含み、第1超音波と第2超音波との間に時間間隔を有する検出波を生成する生成部と、検出波を送信し、検出波に対する反射波を受信する超音波送受信部と、反射波のうち、第1の周波数の反射波に基づき、超音波送受信部に近い範囲に存在する第1の障害物を検出し、第2の周波数の反射波に基づき、第1の障害物よりも遠くに存在する第2の障害物を検出する検出部と、を備える。
本発明の検出方法は、第1の周波数の第1超音波と、第1の周波数と異なる第2の周波数の第2超音波とを含み、第1超音波と第2超音波との間に時間間隔を有する検出波を生成し、超音波送受信部から前記検出波を送信し、超音波送受信部にて検出波に対する反射波を受信し、反射波のうち、第1の周波数の反射波に基づき、超音波送受信部に近い範囲に存在する第1の障害物を検出し、第2の周波数の反射波に基づき、第1の障害物よりも遠くに存在する第2の障害物を検出する。
本発明によれば、比較的近い距離に存在する障害物と、比較的遠い距離に存在する障害物とを短時間で効率よく検出することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態は一例であり、本発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。
図1は、本発明の実施形態に係る検出装置10の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、検出装置10は、制御指示部11、パルス数設定部12、周波数設定部13、送信周期設定部14、送信信号生成部15、送信信号出力部16、超音波送受信部17、受信信号取得部18、障害物検出部19、マスク設定部20、解析周波数設定部21、閾値設定部22および出力部23を備える。
本実施形態に係る送信信号生成部15は、送信信号としてパルス状の超音波を生成する。パルス状の超音波を用いた障害物検出の場合、送信パルス数を増加させると、比較的遠い距離に存在する障害物の検出が可能となる一方で、超音波の回り込みが干渉することによって、比較的近い距離に存在する障害物の検出が行えなくなる。
また、送信パルス数を減らした近距離用送信信号の送信および受信と、送信パルス数を増やした遠距離用送信信号の送信および受信とを切替える場合、一方の送受信が完了してから他方の送受信を行う必要があるため、近距離用と遠距離用とを含む全体の周期が長くなってしまう。
そこで、本実施形態に係る送信信号生成部15は、比較的近い距離に存在する障害物(以下、近距離障害物という)を検出する近距離用送信信号と、比較的遠い距離に存在する障害物(以下、遠距離障害物という)を検出する遠距離用送信信号とを含む送信信号を検出波として生成する。その際、近距離用送信信号の周波数と遠距離用送信信号の周波数とは、互いに異なる周波数に設定される。また、送信信号生成部15は、送信信号の1周期の区間内に、近距離障害物を検出するための近距離検出用区間と遠距離障害物を検出するための遠距離検出用区間とを設ける。
制御指示部11は、障害物検出を実行する指示を受けて、障害物を検出する送信信号の生成のためのパラメータの設定をパルス数設定部12、周波数設定部13、送信周期設定部14へ指示する。また、制御指示部11は、障害物からの反射波を含む受信信号から障害物を検出するためのパラメータの設定をマスク設定部20、解析周波数設定部21、閾値設定部22へ指示する。
パルス数設定部12は、近距離用送信信号を生成する際に、近距離検出用のパルス数Aを設定し、遠距離用送信信号を生成する際に、遠距離検出用のパルス数Bを設定する。例えば、近距離検出用のパルス数Aは、遠距離検出用のパルス数Bの1/2程度である。
周波数設定部13は、近距離用送信信号を生成する際に、近距離検出用の周波数f0を設定し、遠距離用送信信号を生成する際に、遠距離検出用の周波数f1を設定する。例えば、遠距離検出用の周波数f1は、超音波送受信部17が有する振動子の固有振動数であり、近距離検出用の周波数f0は、固有振動数から数kHz程度ずらした周波数である。
送信周期設定部14は、近距離用送信信号を生成する際に、近距離検出用の送信周期を設定し、遠距離用送信信号を生成する際に、遠距離検出用の送信周期を設定する。また、送信周期設定部14は、近距離検出用区間と遠距離検出用区間とを設定する。近距離検出用区間、遠距離検出用区間、近距離検出用の送信周期および遠距離検出用の送信周期は、近距離用送信信号によって検出する範囲および遠距離用送信信号によって検出する範囲に応じて設定される。
送信信号生成部15は、パルス数設定部12、周波数設定部13、送信周期設定部14によって設定されるパラメータに基づき、超音波送受信部17から送信する送信信号の超音波を生成する。そして、送信信号生成部15は、送信信号出力部16を介して、生成した送信信号を超音波送受信部17へ出力する。
なお、送信信号生成部15における送信信号生成処理の詳細については後述する。
超音波送受信部17は、所定の固有振動数を有する振動子を振動させることによって、パルス状の超音波の送信信号を送信する。固有振動数は、超音波送受信部17において、出力レベルが最大となる周波数である。また、超音波送受信部17は、送信信号が障害物によって反射した反射波を含む受信信号を受信する。そして、超音波送受信部17は、受信信号を受信信号取得部18を介して障害物検出部19へ出力する。
障害物検出部19は、受信信号取得部18を介して取得した受信信号に基づき、障害物の有無、および、障害物までの距離を検出する。障害物検出部19は、受信信号に対して、マスク処理、周波数解析処理、および、閾値判定処理を行い、障害物を検出する。障害物検出部19は、検出した障害物の有無等の情報を出力部23へ出力する。
マスク設定部20は、受信信号から障害物を検出する際に、マスク処理を行う区間を設定する。
解析周波数設定部21は、マスク処理を行った受信信号に対して、周波数解析処理を行うための解析周波数を設定する。具体的に言うと、解析周波数設定部21は、受信信号の近距離検出用区間において、近距離検出用の周波数f0の成分を抽出するように障害物検出部19に設定する。また、解析周波数設定部21は、受信信号の遠距離検出用区間において、遠距離検出用の周波数f1の成分を抽出するように障害物検出部19に設定する。
閾値設定部22は、受信信号の近距離検出用区間および遠距離検出用区間において抽出した周波数成分の信号レベルと比較する閾値を設定する。
なお、障害物検出部19における障害物検出処理の詳細については後述する。
出力部23は、障害物検出部19から取得した情報を所定の出力先へ出力する。例えば、出力部23は、図示しないモニタ等に、障害物の有無、および/または、障害物までの距離を出力し、運転者への注意を促す。あるいは、出力部23は、図示しない自動運転制御部へ、障害物の有無、および/または、障害物までの距離を出力し、自動運転制御を実行させる。
次に、検出装置10を用いた障害物の検出処理の一例について、図2、3を用いて説明する。
図2は、超音波送受信部17と、障害物との位置関係の一例を示す図である。図2には、超音波送受信部17と、超音波送受信部17が送信信号を送信する方向に存在する3つの障害物P1〜P3と、送信方向における規定距離Lが示されている。
本実施形態に係る検出装置10は、近距離用送信信号を用いて、超音波送受信部17から規定距離L以内の範囲に存在する障害物P1を検出し、遠距離用送信信号を用いて、規定距離Lよりも遠い範囲に存在する障害物P2、P3を検出する。つまり、図2において、障害物P1が近距離障害物であり、障害物P2、P3が遠距離障害物である。
図3は、本実施形態における送信信号と受信信号の一例を示す図である。図3に示す送信信号は、送信信号生成部15によって生成された送信信号である。図3に示す受信信号は、超音波送受信部17によって送信された送信信号が図2に示した位置関係の障害物P1〜P3にて反射した受信信号を、超音波送受信部17が受信した結果である。また、図3には、障害物検出部19において受信信号に対してマスク処理および周波数解析処理を実行した結果が検出処理として示されている。また、図3の受信信号および検出処理には、送信信号との時間軸上の位置関係を明確にするために、送信信号が破線で示されている。
送信信号は、近距離用送信信号と遠距離用送信信号を含む。近距離用送信信号の周波数、パルス数、送信周期は、それぞれ、周波数f0、パルス数A、送信周期T0に設定される。遠距離用送信信号の周波数、パルス数、送信周期は、それぞれ、周波数f1、パルス数B、送信周期T1に設定される。
また、近距離用送信信号と遠距離用送信信号との間には、近距離検出用区間T2が設定される。近距離検出用区間T2は、近距離用送信信号が近距離障害物を検出するのに要する時間である。例えば、近距離検出用区間T2は、近距離用送信信号が図2に示した規定距離Lまでの距離を往復するのに要する時間に設定される。また、遠距離用送信信号の後には、遠距離検出用区間T3が設定される。遠距離検出用区間T3は、遠距離用送信信号が遠距離障害物を検出するのに要する時間である。例えば、遠距離検出用区間T3は、遠距離送信信号が図2に示した規定距離Lまでの距離を往復するのに要する時間が経過した時点を開始時点とし、遠距離送信信号が検出できる最大距離までの距離を往復するのに要する時間が経過する時点を終了時点として設定される。
受信信号は、複数の反射波R1〜R6を含む。反射波R1は、近距離用送信信号が障害物P1によって反射した反射波である。反射波R2は、遠距離用送信信号が障害物P1によって反射した反射波である。反射波R3は、近距離用送信信号が障害物P2によって反射した反射波である。反射波R4は、遠距離用送信信号が障害物P2によって反射した反射波である。反射波R5は、近距離用送信信号が障害物P3によって反射した反射波である。反射波R6は、遠距離用送信信号が障害物P3によって反射した反射波である。反射波R1、R3、R5は、近距離用送信信号が障害物によって反射した反射波であるため、近距離用送信信号と同じ周波数f0である。反射波R2、R4、R6は、遠距離用送信信号が障害物によって反射した反射波であるため、遠距離用送信信号と同じ周波数f1である。
障害物検出部19は、受信信号を取得すると、マスク区間T5、T6において、受信信号に対してマスク処理を行う。マスク区間T5は、近距離用送信信号の送信周期T1に相当する区間である。マスク区間T6は、遠距離用送信信号の送信開始時点から遠距離検出用区間T3の開始時点までの区間である。
図3の場合、障害物検出部19が、マスク区間T6において、受信信号に対してマスク処理を行うと、遠距離用送信信号が障害物P1によって反射した反射波R2が除外される。前述の通り、本実施形態に係る検出装置10は、近距離用送信信号を用いて、超音波送受信部17から規定距離L以内の範囲に存在する障害物P1を検出するため、遠距離用送信信号が障害物P1によって反射した反射波R2は除外されてもよい。
障害物検出部19は、マスク処理を行った受信信号の近距離検出用区間T2において、近距離検出用の周波数f0の成分を抽出する。また、障害物検出部19は、マスク処理を行った受信信号の遠距離検出用区間T3において、遠距離検出用の周波数f1の成分を抽出する。
図3の場合、障害物検出部19が、遠距離検出用区間T3において、遠距離検出用の周波数f1の成分を抽出すると、近距離用送信信号が障害物P2によって反射した反射波R3、および、近距離用送信信号が障害物P3によって反射した反射波R5が抽出されない。前述の通り、本実施形態に係る検出装置10は、遠距離用送信信号を用いて、規定距離Lよりも遠い範囲に存在する障害物P2、P3を検出するため、近距離用送信信号が障害物P2、P3によって反射した反射波R3、R5が抽出されなくてもよい。
障害物検出部19は、近距離検出用の周波数f0の成分を抽出した近距離検出用区間T2において、閾値判定を行う。そして、障害物検出部19は、周波数f0である反射波R1から、障害物P1を検出する。また、障害物検出部19は、遠距離検出用の周波数f1の成分を抽出した近距離検出用区間T3において閾値判定を行う。そして、障害物検出部19は、周波数f1である反射波R4から障害物P2を検出し、周波数f1である反射波R6から障害物P3を検出する。
図3に示すように、障害物検出部19は、近距離検出用区間T2において、近距離検出用の周波数f0の成分を抽出することによって、近距離障害物である障害物P1を検出できる。また、障害物検出部19は、遠距離検出用区間T3において、遠距離検出用の周波数f1の成分を抽出することによって、遠距離障害物である障害物P2、P3を検出できる。さらに、障害物検出部19は、遠距離検出用区間T3において、遠距離検出用の周波数f1の成分を抽出することによって、近距離用送信信号の反射波である反射波R3、R5を抽出しないため、反射波が混在していても、反射波の分離が可能である。
次に、送信信号生成部15における送信信号生成処理について、図4を参照して説明する。
図4は、本実施形態における送信信号生成処理の一例を示すフローチャートである。図4に示す送信信号生成処理は、例えば、制御指示部11が、障害物の検出を開始する指示を受けることによって開始される。なお、図4に示す送信信号生成処理は、1周期分の送信信号を生成する処理である。
パルス数設定部12は、近距離検出用のパルス数を設定する(S101)。
周波数設定部13は、近距離検出用の周波数を設定する(S102)。
送信周期設定部14は、近距離検出用の送信周期を設定する(S103)。
送信信号生成部15は、各パラメータを用いて生成した近距離用送信信号を送信信号出力部16へ出力する(S104)。そして、超音波送受信部17は、送信信号出力部16から取得する近距離用送信信号を送信する。
次に、パルス数設定部12は、遠距離検出用のパルス数を設定する(S105)。
周波数設定部13は、遠距離検出用の周波数を設定する(S106)。
送信周期設定部14は、遠距離検出用の送信周期を設定する(S107)。
送信信号生成部15は、各パラメータを用いて生成した遠距離用送信信号を送信信号出力部16へ出力する(S108)。その際、送信信号生成部15は、近距離用送信信号と遠距離用送信信号との間に、送信周期設定部14により設定された近距離検出用区間を設ける。そして、超音波送受信部17は、送信信号出力部16から取得する遠距離用送信信号を送信する。そして、送信信号生成処理は、終了する。
次に、障害物検出部19における障害物検出処理について、図5を参照して説明する。
図5は、本実施形態における障害物検出処理の一例を示すフローチャートである。図5に示す障害物検出処理は、例えば、制御指示部11が、障害物の検出を開始する指示を受けることによって、送信信号生成処理と同様に開始される。
障害物検出部19は、受信信号取得部18から受信信号の入力を受け付ける(S201)。
障害物検出部19は、受信信号の時間区間がマスク設定部20によって設定されたマスク時間か否かを判定する(S202)。
障害物検出部19は、マスク時間である場合(S203にてYES)、S209の処理を実行する。
障害物検出部19は、マスク時間で無い場合(S203にてNO)、受信信号の時間区間が近距離検出用か遠距離検出用かに基づいて、周波数成分の抽出を行う(S204)。具体的に言うと、障害物検出部19は、受信信号の時間区間が近距離検出用区間である場合、近距離用送信信号の周波数f0の周波数成分を受信信号から抽出する。また、障害物検出部19は、受信信号の時間区間が遠距離検出用区間である場合、遠距離用送信信号の周波数f1の周波数成分を受信信号から抽出する。
障害物検出部19は、抽出した周波数成分が送信信号と同じであるか判定する(S205)。具体的に言うと、障害物検出部19は、受信信号の時間区間が近距離検出用区間である場合、抽出した周波数成分が近距離用送信信号の周波数f0であるか否かを判定する。また、障害物検出部19は、受信信号の時間区間が遠距離検出用区間である場合、抽出した周波数成分が遠距離用送信信号の周波数f1であるか否かを判定する。
障害物検出部19は、抽出した周波数成分が送信信号と同じで無い場合(S205にてNO)、S209の処理を実行する。障害物検出部19は、抽出した周波数成分が送信信号と同じである場合(S205にてYES)、周波数成分の振幅レベルと閾値とを比較する判定を行う(S206)。
障害物検出部19は、周波数成分の振幅レベルが閾値以上では無い場合(S207にてNO)、S209の処理を実行する。障害物検出部19は、周波数成分の振幅レベルが閾値以上である場合(S207にてYES)、障害物の存在を検出する。障害物検出部19は、障害物が存在することを検出し、その周波数成分を受信したタイミングに基づいて障害物までの距離を算出する(S208)。
障害物検出部19は、送信信号の周期分の受信信号に対する障害物検出処理が終了したか否かを判定する(S209)。
送信信号の周期分の受信信号に対する障害物検出処理が終了していない場合(S209にてNO)、S202の処理が実行される。
送信信号の周期分の受信信号に対する障害物検出処理が終了している場合(S209にてYES)、障害物の有無等の情報を検出結果として出力する(S210)。そして、障害物検出処理は終了する。
以上説明したように、上記実施形態では、送信信号生成部15は、1つの送信信号の周期の中で、互いに周波数の異なる近距離用送信信号と遠距離用送信信号とを含む送信信号を生成し、超音波送受信部17は、生成した送信信号を送信する。そして、障害物検出部19は、送信信号が障害物によって反射した反射波を含む受信信号における近距離用検出区間にて近距離検出用の周波数の成分を抽出し、遠距離用検出区間にて遠距離検出用の周波数の成分を抽出し、近距離障害物および遠距離障害物の検出を行う。この構成により、互いに周波数の異なる近距離用送信信号と遠距離用送信信号とがそれぞれ反射した反射波が混在している場合であっても分離できるため、比較的近い距離に存在する障害物と、比較的遠い距離に存在する障害物とを短時間で効率よく検出することができる。また、この構成により、近距離障害物と遠距離障害物との全体の検出に係る処理時間を短く抑えることができる。
なお、上記実施形態では、送信信号の1周期の中で、近距離用送信信号の後に、遠距離用送信信号が続く例について説明したが、近距離用送信信号の前に遠距離用信号が送信されてもよい。
また、上記実施形態におけるパルス数、周波数、周期等のパラメータは、あくまで一例であり、本発明はこれらに限定されない。
本発明は、車両等に設けられ、障害物の検出に用いるのに好適である。
10 検出装置
11 制御指示部
12 パルス数設定部
13 周波数設定部
14 送信周期設定部
15 送信信号生成部
16 送信信号出力部
17 超音波送受信部
18 受信信号取得部
19 障害物検出部
20 マスク設定部
21 解析周波数設定部
22 閾値設定部
23 出力部
11 制御指示部
12 パルス数設定部
13 周波数設定部
14 送信周期設定部
15 送信信号生成部
16 送信信号出力部
17 超音波送受信部
18 受信信号取得部
19 障害物検出部
20 マスク設定部
21 解析周波数設定部
22 閾値設定部
23 出力部
Claims (5)
- 第1の周波数の第1超音波と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数の第2超音波とを含み、前記第1超音波と前記第2超音波との間に時間間隔を有する検出波を生成する生成部と、
前記検出波を送信し、前記検出波に対する反射波を受信する超音波送受信部と、
前記反射波のうち、前記第1の周波数の反射波に基づき、前記超音波送受信部に近い範囲に存在する第1の障害物を検出し、前記第2の周波数の反射波に基づき、前記第1の障害物よりも遠くに存在する第2の障害物を検出する検出部と、
を備える検出装置。 - 前記生成部は、前記第1超音波におけるパルス数を前記第2超音波のパルス数よりも少ない数に設定する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記超音波送受信部は、超音波を発生させる振動子を固有振動数に振動させることにより、前記第2超音波を発生させる、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記超音波送受信部は、2つの前記検出波を送信する場合、1つ前の前記検出波と次の前記検出波との間に時間間隔を設ける、
請求項1に記載の検出装置。 - 第1の周波数の第1超音波と、前記第1の周波数と異なる第2の周波数の第2超音波とを含み、前記第1超音波と前記第2超音波との間に時間間隔を有する検出波を生成し、
超音波送受信部から前記検出波を送信し、
前記超音波送受信部にて前記検出波に対する反射波を受信し、
前記反射波のうち、前記第1の周波数の反射波に基づき、前記超音波送受信部に近い範囲に存在する第1の障害物を検出し、前記第2の周波数の反射波に基づき、前記第1の障害物よりも遠くに存在する第2の障害物を検出する、
検出方法。
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