JP2017181157A - 検出装置および検出方法 - Google Patents

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。

特開昭６２−６４９７３号公報 特開２００９−１４５６０号公報

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。

本発明の実施形態に係る検出装置の構成の一例を示すブロック図 超音波送受信部と障害物との位置関係の一例を示す図 本発明の実施形態における送信信号と受信信号の一例を示す図 本発明の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 本発明の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

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
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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