JP4305265B2 - 超音波を利用した注意喚起装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を利用した注意喚起装置に関するものである。

従来、車両の操作舵角に応じて、障害物を検知する範囲を変更する障害物検知システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されている障害物検知システムによれば、例えば、超音波センサを首振り機構によって首振り可能なように構成し、操舵方向の変化に連動して首振り機構を動作させることで、障害物検知範囲を変更する。
特開２０００−２６７７２９号公報

上述した、従来の障害物検知装置は、操舵方向の変化に連動して変更された障害物検知範囲に基づく安全検知範囲内に障害物が検知されると、車両を減速／停止して障害物との衝突を回避するものであるが、安全検知範囲内に存在する人に対して、車両の接近に関する注意を喚起することができない。

また、従来、車両が後退する際に、車両の後方に向けて警報音を発生する警報装置があるが、この警報装置の発生した警報音は、車両の後方以外の危険でない範囲にも及ぶことがある。そのため、危険でない範囲に存在する人に対して注意を喚起してしまうといった問題がある。

本発明は、かかる問題を鑑みてなされたもので、危険な範囲に存在する人に対してのみ注意を喚起することができる注意喚起装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の注意喚起装置は、移動体に搭載され、移動体に対する注意を喚起するための可聴信号を発生する可聴信号発生手段と、可聴信号発生手段の発生した可聴信号によって超音波信号を変調した変調信号を出力する変調手段と、変調手段の出力した変調信号によって駆動することで、移動体の周囲に向けて変調超音波を放射する超音波放射手段とを備え、可聴信号発生手段は、複数の異なる危険レベルに応じた通知内容毎の可聴信号を発生するものであって、超音波放射手段は、移動体の前部、及び後部の少なくとも一方の部位の左右方向に複数設けられるものであって、部位の左右方向の中心部近くに設けられた超音波放射手段ほど、高い危険レベルに応じた通知内容の可聴信号に対応する変調超音波を放射し、部位の左右方向の角部近くに設けられた超音波放射手段ほど、低い危険レベルに応じた通知内容の可聴信号に対応する変調超音波を放射することを特徴とする。

本発明は、可聴音域の音響信号（可聴信号）によって変調した変調超音波が空気の非線形パラメトリック現象によって自己復調され、その結果、可聴音となるいう技術に着目したものである。すなわち、注意を喚起するための可聴信号を生成し、この可聴信号で超音波信号を振幅変調し、強い指向性を得ることができる超音波放射手段を振幅変調した超音波音域の超音波信号によって駆動することで、移動体の周囲に向かって指向性の高い変調超音波を放射する。

これにより、移動体の周囲に向けて放射した変調超音波が空中を伝播することで自己復調され、その結果、可聴信号に対応した音波となるため、移動体の周囲に存在する人に対してのみ、移動体に対する注意を喚起することができる。
また、移動体の前部や後部の左右方向に設けられる複数の超音波放射手段から、危険レベルの異なる通知内容に対応した音波を放射することが可能となる。その結果、低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人は、例えば、移動体が移動する際の予想行路内の危険な範囲に進入したことを聴覚によって認識することができるとともに、その通知内容から危険レベルを把握することが可能となる。
また、この低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人が高い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた場合、例えば、移動体が移動する際の予想行路内のより危険な範囲に進入したことを認識することができる。

請求項２に記載の注意喚起装置は、移動体の周囲の地面に向けて変調超音波を放射するものである。このように、移動体の周囲の地面に向けて変調超音波を放射することで、可聴信号に対応した音波は地面に反射した後にその周囲に発散するため、その周囲に存在する人に対してのみ、移動体に対する注意を喚起することができる。

請求項３に記載の注意喚起装置によれば、超音波放射手段は、変調超音波を放射するとともに、その反射波を受波するものであって、受波した反射波に基づいて、移動体の周囲に存在する障害物を検知する障害物検知手段を備えることを特徴とする。

これにより、移動体の周囲に存在する障害物を検知することができる。なお、地面に向けて変調超音波を放射する場合には、その放射方向と地面に水平な方向とのなす角度から地面までの距離を予め求めておき、この求めた地面までの距離よりも短い距離の障害物のみを検知する。

請求項４に記載の注意喚起装置によれば、超音波放射手段は、少なくとも移動体が移動する際の予想行路を含む移動体の周囲、及びその周囲の地面の少なくとも一方に向けて変調超音波を放射するものであることを特徴とする。これにより、移動体の予想行路を含む危険な範囲に向けて変調超音波を放射することができる。

請求項５に記載の注意喚起装置によれば、超音波放射手段は、移動体が後退するときに、変調超音波を放射するものであることを特徴とする。これにより、移動体が後退する際に、例えば、移動体の後退予想行路に向けて変調超音波を放射することができる。

以下、本発明の注意喚起装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、本発明の注意喚起装置を自車両の周囲に存在する障害物を検知する障害物検知装置の一機能として採用した例について説明する。

図１は、本実施形態の障害物検知装置の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の障害物検知装置１００は、コーナーソナー１０、バックソナー２０、表示装置３０、車速検出装置４０、及び処理装置５０によって構成される。

コーナーソナー１０は、自車両の前部、および後部の角部に各々設けられ、自車両の周囲に超音波を放射し、その反射波を検出することで、自車両の周囲に存在する障害物を検知するものである。

図２は、バックソナー２０の全体構成を示すブロック図である。バックソナー２０は、同図に示すように、発振器２１、可聴信号発生器２２、変調器２３、アンプ２４、及び超音波トランスジューサによって構成される。このバックソナー２０は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、自車両後部の左右方向の中心部に配置される。

発振器２１は、超音波音域の超音波信号を発生し変調器２３へ出力する。可聴信号発生器２２は、例えば、「キケン」、「バックシマス」等の通知内容に対応した音声メッセージの可聴音域の音響信号を発生し、発生した音響信号を変調器２３へ出力する。なお、この音声メッセージは、処理装置５０からの指示に応じて変更するようにしてもよい。また、音声メッセージに限らず警報音等であってもよい。

変調器２３は、可聴信号発生器２２の出力した音響信号によって発振器２１の出力した超音波信号を振幅変調し、その振幅変調した変調信号をアンプ２４へ出力する。アンプ２４は、変調信号を所定割合で増幅し、その増幅した変調信号を超音波トランスジューサ２５へ出力する。

超音波トランスジューサ２５は、アンプ２４によって増幅された変調信号によって駆動するトランスジューサであり、強い指向性が得られるように、音圧レベルが位置となる音源面を生成する。この超音波トランスジューサ２５が駆動することで、自車両の後方に向けて変調超音波が放射される。超音波トランスジューサ２５は、放射した変調超音波の反射波を受波し、処理装置５０において、この受波した反射波に基づいて障害物を検知する。

この超音波トランスジューサ２５から放射される変調超音波は、上述した非線形パラメトリック現象によって自己復調され、その結果、音声メッセージの可聴音域の音響信号（可聴音）に対応した音波となって、図３（ｃ）に示す通知範囲Ｃに発散する。その結果、この通知範囲Ｃに存在する人は、可聴音に対応した音波を受けることで、音声メッセージを聞くことができる。

なお、この変調超音波は、前述のように自車両の後方で、かつ、少なくとも自車両が後退する際の予想行路を含む自車両の周囲に向けて放射されるものであるが、自車両の後方の地面等、自車両の周囲の地面に向けて放射されてもよい。これにより、可聴音に対応した音波は地面に反射した後にその周囲に発散されるため、自車両が後退する危険な範囲に存在する人に対してのみ、自車両に対する注意を喚起することができる。

なお、地面に向けて変調超音波を放射する場合には、その放射方向と地面に水平な方向とのなす角度から地面までの距離を予め求めておき、この求めた地面までの距離よりも短い距離の障害物のみを検知する。

また、この超音波トランスジューサ２５は、何れも図示しないギヤを介する電動モータが備えられており、処理装置５０がこの電動モータを駆動することによって、変調超音波の放射方向を変更することができる機構となっている。

これにより、自車両周囲の任意の方向へ変調超音波の放射方向を変更することができる。図５は、変調超音波の放射方向を上下に変更した場合の通知範囲の変化を示したもので、通知範囲ＣＦは、放射方向を上向きに変更した場合の通知範囲であり、通知範囲ＣＳは、放射方向を下向きに変更した場合の通知範囲を示している。

また、図６（ａ）は、放射方向を上向きに固定し、さらに、その放射方向を左右方向に変更した場合の通知範囲ＣＩＲ、ＣＩＣ、ＣＩＬを示したもので、図６（ｂ）は、放射方向を上向きに固定し左右方向に変更した場合の通知範囲ＣＷＲ、ＣＷＣ、ＣＷＬを示したものである。

表示装置３０は、コーナーソナー１０やバックソナー２０が検知した障害物の位置を画面に表示するものである。車速検出装置４０は、自車両の車速を検出するもので、検出した車速信号を処理装置５０へ出力する。なお、自車両にカーナビゲーション装置が搭載される場合には、カーナビゲーションの表示装置を使用するようにしてもよい。

処理装置５０は、図４に示すように、例えば、自車両の左後方に設けられたコーナーソナー１０が障害物を検知した場合、その障害物の位置を表示装置３０の画面に表示するための表示処理を実行する。

また、処理装置５０は、自車両が後退する際にバックソナー２０から変調超音波を放射する注意喚起処理を実行する。なお、本実施形態では、車両検出装置４０の検出する車速の高低に応じて、変調超音波の放射方向を上向きにしたり、下向きにしたりする。

次に、本実施形態の障害物検知装置１００における注意喚起処理について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、ステップ（以下、Ｓと記す）１０では、音声メッセージの可聴信号によって超音波信号を変調した変調信号を生成し、Ｓ２０では、自車両の車速が高いか（例えば、所定車速以上であるか）否かを判定する。ここで、車速が高いと判定される場合にはＳ３０へ処理を進め、否定判定される場合にはＳ４０へ処理を進める。

Ｓ３０では、バックソナー２０の変調超音波の放射方向を上向き（図５の通知範囲ＣＦに音声メッセージの可聴信号に対応した音波が発散されるよう）に変更し、Ｓ４０では、バックソナー２０の変調超音波の放射方向を下向き（図５の通知範囲ＣＳに音声メッセージの可聴信号に対応した音波が発散されるよう）に変更する。

Ｓ５０では、変調超音波を放射する。Ｓ６０では、コーナーソナー１０やバックソナー２０によって障害物が検出されたか否かを判定する。ここで、肯定判定される場合にはＳ７０において、検知した障害物の位置を画面に表示する。

このように、本実施形態の障害物検知装置１００は、自車両の車速が高い場合には、自車両からある程度離れた範囲に変調超音波が放射されるように、その放射方向を上向きに変更し、一方、車速が低い場合には、自車両から近い範囲に変調超音波が放射されるように、その放射方向を下向きに変更する。これにより、自車両の車速に応じて通知範囲を変更し、この危険な範囲に相当する通知範囲に存在する人に対してのみ、自車両に対する注意を喚起することができる。

（変形例１）
本実施形態で説明した障害物検知装置１００では、障害物を検知した場合、表示装置３０に障害物の位置を表示するものであるが、自車両の駆動系、制動系、及び操舵系の各種アクチュエータの駆動を制御して、障害物との衝突を回避するようにしてもよい。

例えば、自車両の車速を低下させるように、スロットルバルブの開閉を自動的に制御したり、ブレーキアクチュエータの駆動を自動的に制御したり、あるいは、障害物が存在しない方向に自車両が進行するように、ステアリングの操舵トルクを自動的に制御したりすればよい。

（変形例２）
本実施形態で説明した障害物検知装置１００では、自車両の車速の高低に応じて、変調超音波の放射方向を上向きにしたり、下向きにしたりするものであるが、変調超音波の放射方向を一定時間毎に上向きにしたり、下向きにしたりするようにしてもよい。

さらに、可聴信号発生器２２において、複数の異なる危険レベルに応じた通知内容（例えば、「キケン」、「チュウイ」、「バックシマス」等）毎の可聴信号を生成し、放射方向が上向きに変更される場合には低い危険レベルに応じた通知内容に対応する変調超音波を放射し、放射方向が下向きに変更される場合には高い危険レベルに応じた通知内容に対応する変調超音波を放射するようにしてもよい。

これにより、一定時間毎に自車両に近い範囲や離れた範囲に向かって変調超音波が放射されるように、変調超音波の放射方向を変更することができるとともに、低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人は、危険な範囲に進入したことを聴覚によって認識でき、その通知内容から危険レベルを把握することが可能となる。

また、この低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人が高い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた場合、より危険な範囲に進入したことを認識することができる。

（変形例３）
本実施形態で説明した障害物検知装置１００では、自車両の車速の高低に応じて、変調超音波の放射方向を上向きにしたり、下向きにしたりするものであるが、変調超音波の放射方向を一定時間毎に左右方向に変更するようにしてもよい。

具体的には、一定時間毎に変調超音波の放射方向が変更されるように、自車両の前後方向軸と変調超音波の放射方向とのなす角度を設定し、この設定した角度となるように変調超音波の放射方向を変更する。

さらに、可聴信号発生器２２において、複数の異なる危険レベルに応じた通知内容（例えば、「キケン」、「チュウイ」、「バックシマス」等）毎の可聴信号を生成し、前述の角度が小さく設定され、この設定した角度となるように変調超音波の放射方向を変更した場合には、高い危険レベルに応じた通知内容に対応する変調超音波を放射し、前述の角度が大きく設定され、この設定した角度となるように変調超音波の放射方向を変更した場合には、低い危険レベルに応じた通知内容に対応する変調超音波を放射するようにしてもよい。

これにより、一定時間毎に自車両の左右方向の中心部に近い範囲やその中心部から離れた範囲に向かって変調超音波が放射されるように、変調超音波の放射方向を変更することができるとともに、低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人は、例えば、自車両が後退する際の予想行路内の危険な範囲に進入したことを聴覚によって認識することができ、その通知内容から危険レベルを把握することが可能となる。

また、この低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人が高い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた場合、例えば、自車両が後退する際の予想行路内のより危険な範囲に進入したことを認識することができる。

（変形例４）
本実施形態で説明した障害物検知装置１００では、自車両の車速の高低に応じて、変調超音波の放射方向を上向きにしたり、下向きにしたりするものであるが、自車両のステアリングの操舵角度を検出する手段を備えて、この操舵角度に応じて自車両の左右方向について変調超音波の放射方向を変更するようにしてもよい。

具体的には、自車両の操舵角度と自車両の直進状態での操舵角度との角度差が小さいほど、自車両の前後方向軸と変調超音波の放射方向とのなす角度を小さく設定し、自車両の操舵角度と自車両の直進状態での操舵角度との角度差が大きいほど、自車両の前後方向軸と変調超音波の放射方向とのなす角度を大きく設定し、この設定した角度となるように変調超音波の放射方向を変更する。

これにより、上記角度差が小さい場合には、自車両の左右方向の中心部に近い範囲に変調超音波が放射されるように、変調超音波の放射方向を変更することができる。一方、上記角度差が大きい場合には、自車両の左右方向の中心部から離れた範囲に変調超音波が放射されるように、変調超音波の放射方向を変更することができる。

（変形例５）
本実施形態で説明した障害物検知装置１００では、図３（ｂ）に示したように、変調超音波を放射するバックソナー２０を自車両後部の左右方向の中心部に１つ配置したものであるが、自車両前部や後部の左右方向に複数設けるようにしてもよい。

さらに、可聴信号発生器２２において、複数の異なる危険レベルに応じた通知内容（例えば、「キケン」、「チュウイ」、「バックシマス」等）毎の可聴信号を生成し、自車両前部や後部の左右方向の中心部近くに設けられたバックソナー２０ほど、高い危険レベルに応じた通知内容の可聴信号に対応する変調超音波を放射し、自車両前部や後部の左右方向の角部近くに設けられたバックソナー２０ほど、低い危険レベルに応じた通知内容の可聴信号に対応する変調超音波を放射するようにしてもよい。

これにより、自車両の前部や後部の左右方向に設けられる複数のバックソナー２０から、危険レベルの異なる通知内容に対応した音波を放射することが可能となる。その結果、低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人は、例えば、自車両が移動する際の予想行路内の危険な範囲に進入したことを聴覚によって認識することができるとともに、その通知内容から危険レベルを把握することが可能となる。

また、この低い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた人が高い危険レベルに応じた通知内容の音波を受けた場合、例えば、自車両が移動する際の予想行路内のより危険な範囲に進入したことを認識することができる。

本発明の実施形態に係わる、障害物検知装置１００の全体構成を示すブロック図である。 バックソナー２０の全体構成を示すブロック図である。 （ａ）は、車両の左方向から見たときのバックソナー２０の取り付け位置を示すイメージ図であり、（ｂ）は、車両の後方から見たときのバックソナー２０の取り付け位置を示すイメージ図であり、（ｃ）は、通知範囲Ｃを示すイメージ図である。 本発明の実施形態に係わる、歩行者に対して注意を喚起したときのイメージを示した図である。 変調超音波の放射方向を上向きに変更した場合の通知範囲ＣＦと、下向きに変更した場合の通知範囲ＣＳを示すイメージ図である。 （ａ）は、変調超音波の放射方向を上向きに変更し、さらに、左右方向に変更した場合の通知範囲ＣＩＲ、ＣＩＣ、ＣＩＬを示すイメージ図であり、（ｂ）は、変調超音波の放射方向を下向きに変更し、さらに、左右方向に変更した場合の通知範囲ＣＷＲ、ＣＷＣ、ＣＷＬを示すイメージ図である。 本発明の実施形態に係わる、障害物検知装置１００における注意喚起処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ コーナーソナー
２０ バックソナー
２１ 発振器
２２ 可聴信号発生器
２３ 変調器
２４ アンプ
２５ 超音波トランスジューサ
３０ 表示装置
４０ 車速検出装置
５０ 処理装置
１００ 障害物検知装置
Ｃ 通知範囲

Claims (5)

1. 移動体に搭載され、
   前記移動体に対する注意を喚起するための可聴信号を発生する可聴信号発生手段と、
   前記可聴信号発生手段の発生した可聴信号によって超音波信号を変調した変調信号を出力する変調手段と、
   前記変調手段の出力した変調信号によって駆動することで、前記移動体の周囲に向けて変調超音波を放射する超音波放射手段とを備え、
   前記可聴信号発生手段は、複数の異なる危険レベルに応じた通知内容毎の可聴信号を発生するものであって、
   前記超音波放射手段は、
   前記移動体の前部、及び後部の少なくとも一方の部位の左右方向に複数設けられるものであって、
   前記部位の左右方向の中心部近くに設けられた前記超音波放射手段ほど、高い危険レベルに応じた通知内容の可聴信号に対応する変調超音波を放射し、
   前記部位の左右方向の角部近くに設けられた前記超音波放射手段ほど、低い危険レベルに応じた通知内容の可聴信号に対応する変調超音波を放射することを特徴とする注意喚起装置。
2. 前記超音波放射手段が前記変調超音波を放射する方向は、前記移動体の周囲の地面であることを特徴とする請求項１記載の注意喚起装置。
3. 前記超音波放射手段は、前記変調超音波を放射するとともに、その反射波を受波するものであって、
   前記受波した反射波に基づいて、前記移動体の周囲に存在する障害物を検知する障害物検知手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の注意喚起装置。
4. 前記超音波放射手段は、少なくとも前記移動体が移動する際の予想行路を含む前記移動体の周囲、及びその周囲の地面の少なくとも一方に向けて前記変調超音波を放射するものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の注意喚起装置。
5. 前記超音波放射手段は、前記移動体が後退するときに、前記変調超音波を放射するものであることを特徴とする請求項４記載の注意喚起装置。

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