JP6748569B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波センサを用いて物体を検知する物体検知装置に関する。

従来、超音波センサを移動体に搭載して、移動体の周囲に存在する物体を検知するとともに、その検知結果に基づいて移動体の走行安全性を向上させるための各種制御、例えば運転者に対して報知したり、制動装置を作動させたりすることが行われている。

超音波センサによる物体検知は一般に、送受波部で受信した受信波を包絡線検波し、検知閾値を超えたときに移動体の周囲に物体有りと判定することにより行われる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、超音波送信停止後の残響時間と周波数解析の結果に基づいて、氷結異常、断線異常及び正常のいずれの状態であるかを検出することが開示されている。これにより、異常が生じた場合に氷結と断線とを区別し、より緻密な異常判定を行うことを可能にしている。

特開２００１−２２１８４９号公報

超音波センサにおいて、探査波の送信及び反射波の受信を行う送受波部に水や汚れ等の異物が付着している場合、感度が低下し、物体での反射であるにも関わらず反射波が検知閾値に対して小さくなることがある。かかる場合、検知漏れが発生し、適切な運転支援制御を実施できないことが懸念される。その一方で、検知閾値を低めに設定すると、センサ表面に異物が付着していない場合に、路面反射等によるノイズに基づき物体有りと不要検知してしまい、運転支援制御の不要作動を引き起こすことが懸念される。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、反射波に基づく物体検知性能の向上と、物体の不要検知の抑制との両立を図ることができる物体検知装置を提供することを一つの目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、振動子から超音波を送信し前記振動子の振動に伴い受波信号を生成する超音波センサ（２０）を用い、前記超音波センサで受信した反射波に基づいて、移動体（１０）の周囲に存在する物体を検知する物体検知装置に関する。第１の構成は、前記振動子から前記超音波が送信された後の残響のうなり状態を検出するうなり検出部と、前記反射波の振幅と検知閾値との比較に基づいて前記物体を検知する物体検知部と、前記うなり検出部による前記うなり状態の検出結果に基づいて前記検知閾値を可変に設定する閾値設定部と、を備えることを特徴とする。

センサ表面（具体的には、探査波の送信及び反射波の受信を行う送受波部）に異物が付着している場合、センサ表面に異物が付着していない正常時との間で残響の振動特性に違いが現れ、残響波形が正常時の状態からずれた場合には、送受波部に付着物が存在していることが推定される。この点に鑑み、上記構成では、残響のうなり状態を検出し、その検出したうなり状態に基づいて、反射波に基づき物体の有無を判定するための検知閾値を可変に設定する構成とした。こうした構成によれば、感度に応じた検知閾値を用いて、反射波に基づく物体検知を行うことができる。その結果、反射波に基づく物体検知性能の向上と、物体の不要検知の抑制との両立を図ることができる。

第１実施形態の車両の物体検知システムの概略構成を示す図。 超音波センサの送波及び受波を説明するタイムチャート。 残響でうなりが消失している状態を説明する図。 うなりが発生していない場合の振幅閾値の推移を示すタイムチャート。 反射波閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 振幅閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 反射波に基づく物体検知処理の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態の車両の物体検知システムの概略構成を示す図。 残響のうなり検出方法の具体的態様を示すタイムチャート。 反射波閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。 残響周波数に基づくうなり検出方法を説明するタイムチャート。 残響周波数に基づくうなり検出方法を説明するタイムチャート。 第３実施形態の車両の物体検知システムの概略構成図。 反射波閾値の設定処理の処理手順を示すフローチャート。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
本実施形態の物体検知システムは、移動体としての車両に搭載されている。図１に示す物体検知システムは、車両１０に搭載された超音波センサ３０の測距結果を用いて、車両１０の周囲に存在する物体（例えば、他の車両や道路構造物等）を検知する。

超音波センサ３０は、超音波を探査波として送信し、探査波が周囲の物体で反射した反射波を受信することにより、車両周囲に存在する物体の有無や物体までの距離を検出するセンサである。超音波センサ３０は、車両１０の運転支援制御（例えば、衝突回避制御等）を実施する運転支援ＥＣＵ４０と通信可能に接続されており、運転支援ＥＣＵ４０からの指令に基づいて物体検知情報を出力する。物体検知情報には、車両１０の周囲に存在する物体の位置や距離、方位に関する情報が含まれている。

超音波センサ３０は、送受波部２１と、物体検知装置としての検知ＥＣＵ２０とを備えている。送受波部２１は振動子を有し、１個の振動子が送波と受波とを兼用する構成となっている。送受波部２１は、例えば車両１０の前部及び後部のバンパに配置されている。

検知ＥＣＵ２０は、送波部２２、受波部２３及び制御部２４を備えており、これらにより送受波機能を実現する。送波部２２は、超音波領域の所定周波数の正弦波をパルス変調することによりパルス信号を生成して送受波部２１に出力し、送受波部２１から所定の送信周期で振動子を振動させ、探査波として超音波を出力させる。受波部２３は、振動子の振動を電気信号に変換し、受波信号として波形処理部２５に出力する。

制御部２４は、運転支援ＥＣＵ４０からの指令に基づいて、送波部２２及び受波部２３に対して送受波の指令信号を出力するとともに、反射波に基づき認識した物体検知情報を運転支援ＥＣＵ４０に出力する。検知ＥＣＵ２０は、波形処理部２５、振幅計測部２６及び周波数計測部２７を更に備えており、制御部２４と共に、物体検知情報を生成する機能を実現する。

波形処理部２５は、波形処理として、受波信号に対してフィルタ処理及び増幅処理を行い、包絡線検波回路にて包絡線を検波する。振幅計測部２６は、受信波（残響及び反射波を含む。）の振幅値を計測する。本実施形態では、振幅値の上限値が定められており、振幅値がその上限値よりも大きい場合には、振幅値が上限値Ａｍａｘで固定される。周波数計測部２７は、受信波の周波数を計測する。例えば、電圧が正の値から負の値へ変化する点をゼロクロス点とし、そのゼロクロス点間の時間の逆数を周波数とする。

図２を参照して、超音波センサ３０の送波及び受波の一連の流れについて説明する。図２の横軸は時間であり、縦軸は振幅値Ａである。図２では包絡線検波した波形で表している。

送波部２２は、制御部２４からの制御指令に応じて、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間、パルス信号を送受波部２１に出力する。これにより、送受波部２１の振動子が振動し、所定周波数の超音波が送受波部２１から送信される（時刻ｔ１０〜ｔ１１）。送波終了の時刻ｔ１１以降の期間（ｔ１１〜ｔ１２）では、送信波の残響が生じる。残響は、送波のための振動停止後において振動子の機械的な慣性振動が継続することにより発生する。

時刻ｔ１０から時刻ｔ１１の期間に送信された超音波が、車両周囲に存在する物体で反射し、反射波として送受波部２１に受波されると、物体との距離に応じた時刻（図２では時刻ｔ１３）で振幅値Ａが増大する。制御部２４は、このときの反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとを比較し、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも大きいことにより物体有りと判定する。車両１０と物体との距離が短いほど、反射波はより早い時刻に現れる。

振幅閾値Ａｔｈは、受波信号に基づき算出した振幅との比較に用いられる閾値であり、本実施形態では、残響の終了判定、すなわち、受波信号を反射波に基づく信号として取得する際の開始判定に用いる残響閾値Ａｔｈａと、反射波により物体を検知する物体検知判定に用いる反射波閾値Ａｔｈｂとが設けられている。検知ＥＣＵ２０は、送波終了後に、受信波の振幅値Ａと残響閾値Ａｔｈａとの比較結果に基づいて残響が終了したことを判定する。残響が終了したと判定されると、反射波の読込開始へ移行する。また、反射波の読込開始への移行に伴い、振幅閾値Ａｔｈは残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂに切り替えられ、反射波閾値Ａｔｈｂを用いて物体検知が行われる。

具体的には、図２に示すように、送波後の振幅値Ａが残響閾値Ａｔｈａを下回ってから所定のディレイ時間Ｔｙが経過した時点で残響が終了したと判定し（時刻ｔ１２）、反射波の読み込みを開始する。残響が終了したと判定されると、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂへ切り替える。当該切り替えに際し、本実施形態では、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂへ徐々に低下させ、その後、反射波閾値Ａｔｈｂで一定値とする。時刻ｔ１２以降では、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとを比較し、反射波の閾値Ａが振幅閾値Ａｔｈを超えたことに基づき物体の検知有りと判定する。なお、反射波閾値Ａｔｈｂが「検知閾値」に相当する。

残響部分では、周波数が異なる複数の波が干渉して合成波が生成されることにより「うなり」が発生することがある。すなわち、図２に示すように、時刻ｔ１１で送波を終了した以降の残響継続期間において、残響の振幅値Ａが増減変動することがある。本システムでは、超音波センサ３０の正常時に残響でうなりが発生するように、超音波センサ３０内のコイルやコンデンサ等の回路構成が設計されている。したがって、超音波センサ３０が物体を正常に検知可能な状態であれば、残響波形は図２に示すような増減変動した波形となる。

ここで、超音波センサ３０の送受波部２１に水や汚れ等の異物が付着していると、感度が低下することによって、実際には物体の反射波を受信しているにも関わらず、反射波の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈに対して小さくなることがある。こうした感度低下による検知漏れをなくすために、振幅閾値Ａｔｈを小さめに設計することも考えられる。しかしながら、振幅閾値Ａｔｈを小さめに設計すると、送受波部２１に付着物がない正常時に、路面反射等によるノイズによって不要な物体を検知してしまうおそれがある。

超音波センサ３０の送受波部２１に異物が付着している場合、残響の振動特性に違いが現れ、残響波形が正常時の状態からずれた場合には、送受波部２１に異物が付着していると推定できる。本実施形態では、残響のうなり状態に着目し、残響のうなり状態が正常時と異なる場合には、送受波部２１に異物の付着ありとみなし、感度低下を補償するべく、物体が検知されやすくなる側に反射波閾値Ａｔｈｂを変更することとしている。

具体的には、検知ＥＣＵ２０は、図１に示すように、送信波の残響のうなり状態を検出するうなり検出部２８と、うなり検出部２８による残響のうなり状態の検出結果に基づいて反射波閾値Ａｔｈｂを可変に設定するとともに、振幅閾値Ａｔｈを設定する閾値設定部２９と、を備えている。制御部２４は、閾値設定部２９で設定した振幅閾値Ａｔｈを用いて、反射波に基づく物体検知を行っている。以下、うなり検出部２８及び閾値設定部２９で行う処理について詳しく説明する。

残響にうなりが発生している場合とそうでない場合とでは、残響の振幅値Ａが減少傾向にある期間での振幅値Ａの傾きが異なる。具体的には、残響でうなりが発生している場合には、図２に示すように、残響の振幅値Ａがゼロに向けて単調減少する期間（以下、「振幅立ち下がり期間Ｔｄ」という。）での振幅値Ａの傾きは比較的急峻である。これに対し、残響でうなりが発生していない場合には、図３に示すように、振幅立ち下がり期間Ｔｄでの振幅値Ａの傾きは、うなりが発生している場合に比べて緩やかである。この点に着目し、うなり検出部２８は、振幅立ち下がり期間Ｔｄでの振幅値Ａの傾きに基づいて残響のうなりの有無を検出する。

具体的には、うなり検出部２８は、図１に示すように、傾き算出部２８ａとうなり判定部２８ｂとを備える。傾き算出部２８ａは、残響が継続している期間、より具体的には、探査波の送信後に振幅値Ａが残響閾値Ａｔｈａを下回る前の期間において、振幅立ち下がり期間Ｔｄでの振幅値Ａの傾きの絶対値（以下、「立ち下がり傾きα」という。）を算出する。なお、立ち下がり傾きαが「振幅傾き」に相当する。

うなり判定部２８ｂは、傾き算出部２８ａで算出した立ち下がり傾きαと、うなり判定値αｔｈとを比較する。そして、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈ以下の場合、つまり、残響が減衰するときの振幅値Ａの低下が緩慢である場合には、残響にうなりは発生していないと判定する。一方、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きい場合、つまり、残響が減衰するときの振幅値Ａの低下が急峻である場合には、残響にうなりが発生していると判定する。うなり検出部２８は、残響のうなり状態の検出結果を閾値設定部２９に出力する。

なお、残響にうなりが発生している場合、図２に示すように、残響が継続している期間内において振幅値Ａが増減変動することによって、１回の残響期間内で、残響の振幅値Ａが減少傾向にある期間が複数回出現する。うなり検出部２８は、振幅値Ａが減少する毎に振幅値Ａの傾きを算出して都度書き替えることにより、最後の振幅立ち下がりＡｐでの振幅値Ａの傾きを認識し、これを立ち下がり傾きαとしてうなり判定を行う。

閾値設定部２９は、うなり検出部２８から残響のうなり状態の検出結果を入力し、残響のうなり状態に応じて、反射波閾値Ａｔｈｂを可変に設定する。本実施形態の超音波センサ３０は、送受波部２１に異物が付着していない正常時には、残響でうなりが発生するように設計されており、閾値設定部２９は、残響のうなり状態が正常時の状態、つまり残響でうなりが発生している場合には、反射波閾値Ａｔｈｂとして第２閾値Ａｔｈ２を設定する。また、残響でうなりが発生しておらず、残響のうなり状態が正常時と異なる場合には、反射波閾値Ａｔｈｂとして、第２閾値Ａｔｈ２よりも小さい第１閾値Ａｔｈ１（Ａｔｈ１＜Ａｔｈ２）を設定する。

また、閾値設定部２９は、残響のうなり状態に応じて設定した反射波閾値Ａｔｈｂと、残響閾値Ａｔｈａとを用いて振幅閾値Ａｔｈを設定する。本実施形態では、残響でうなりが発生している場合とそうでない場合とでは、残響の最後の振幅立ち下がりＡｐでの傾きが異なる点を考慮し、残響のうなり状態に応じて、振幅閾値を残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂへ徐変させるときの低下率Ｂを可変に設定する。なお、低下率Ｂは、振幅閾値Ａｔｈの単位時間当たりの変化量であり、正の値で示される。つまり、低下率Ｂが大きいほど、振幅閾値Ａｔｈを急峻な傾きで低下させることを意味する。

本実施形態では、残響のうなり状態に応じてディレイ時間Ｔｙを可変に設定しており、残響にうなりが発生している場合には、ディレイ時間Ｔｙを第２ディレイ時間Ｔｙ２とし、うなりが発生していない場合には、第２ディレイ時間Ｔｙ２よりも短い第１ディレイ時間Ｔｙ１とする。残響にうなりが発生している場合、振幅値Ａが増減変動するため、振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも一旦小さくなった後に、再び振幅閾値Ａｔｈを超えることが考えられる。また、残響にうなりが発生していない場合には、残響が伸びる分、早めに反射波の読み込み開始に移行することが望ましい。したがって、残響のうなり状態に応じてディレイ時間Ｔｙを設定しておくことにより、残響に基づく物体の誤検知を回避しつつ、近距離物体に対する検知性能を確保するようにしている。

具体的には、残響でうなりが発生している場合には、図２に一点鎖線で示すように、探査波の送信後の所定期間では、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａとする。その後、振幅値Ａが残響閾値Ａｔｈａを下回ってから第２ディレイ時間Ｔｙ２が経過した時点（ｔ１２）で、振幅閾値Ａｔｈを、第２低下率Ｂ２で残響閾値Ａｔｈａから第２閾値Ａｔｈ２に向けて徐々に小さくし、その後、第２閾値Ａｔｈ２で一定値にする。第２閾値Ａｔｈ２としては、路面反射による反射波に基づき物体有りと検知しない程度に高い振幅値が設定してあり、これにより物体の不要検知を抑制するようにしている。

また、残響でうなりが発生していない場合には、図４に一点鎖線で示すように、探査波の送信後の所定期間では、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａとする。その後、振幅値Ａが残響閾値Ａｔｈａを下回ってから第１ディレイ時間Ｔｙ１（Ｔｙ１＜Ｔｙ２）が経過した時点（ｔ２１）で、振幅閾値Ａｔｈを、第１低下率Ｂ１で残響閾値Ａｔｈａから第１閾値Ａｔｈ１（Ａｔｈ１＜Ａｔｈ２）に向けて徐々に小さくし、その後、第１閾値Ａｔｈ１で一定値にする。残響でうなりが発生しておらず、送受波部２１に付着物が存在していることが想定される状況では、反射波閾値Ａｔｈｂを低めに設定することにより、物体の検知漏れを抑制するようにしている。

閾値設定部２９は、設定した振幅閾値Ａｔｈを制御部２４に出力する。なお、超音波センサ３０の送受波部２１からは、送信周期Ｔｃごとに（例えば、数百ミリ秒間隔で）超音波が送信され、振幅閾値Ａｔｈは送信周期Ｔｃごとに設定される。制御部２４は、振幅計測部２６から入力した受信波（残響及び反射波）の振幅と、閾値設定部２９から入力した振幅閾値Ａｔｈとの比較により、残響の終了判定及び物体検知を行う。

運転支援ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、各種メモリ等から構成されたマイコンを主体として構成され、超音波センサ３０から取得した物体検知情報に基づいて、車両１０の運転支援制御を実施する。運転支援制御としては、車両１０が物体に接触しないように車両１０の運転者に対して警報音による報知を行ったり、あるいは、物体との接触回避のための制動制御やステアリング制御等の各種制御を行ったりする。また、車両１０には、外気温度を検出する外気温センサ４１が取り付けられている。

次に、本実施形態の物体検知装置で実行される処理について、図５〜図７のフローチャートを用いて説明する。図５は、反射波閾値Ａｔｈｂの設定処理の処理手順を示し、図６は、振幅閾値Ａｔｈの設定処理の処理手順を示し、図７は、反射波による物体検知処理の処理手順を示す。これらの処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令が出力された後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。

図５において、ステップＳ１０１では、残響を受波部２３で受信する。ステップＳ１０２では、その受信した残響の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回る前の期間で、振幅値Ａの立ち下がり傾きαを算出する。

ステップＳ１０３では、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きいか否かを判定する。立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ１０４へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第２閾値Ａｔｈ２を設定し、これを記憶部に記憶する。

一方、立ち下がり傾きαがうなり判定値αｔｈ以下の場合には、ステップＳ１０５へ進み、外気温センサ４１によって検出された外気温情報に基づいて、外気温度が所定温度以上変化していないか否かを判定する（温度変化判定部）。ここでは、所定の短時間（例えば数分〜数十分）の間に外気温度が所定温度以上の急激な温度変化がなければ肯定判定される。急激な温度変化が生じる状況は、例えば車両１０がガレージやトンネル、屋内駐車場等といったような外部と遮断された空間に進入した場合に生じ得る。

外気温度が所定温度以上変化していない状況であれば、ステップＳ１０５で肯定判定されてステップＳ１０６へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第１閾値Ａｔｈ１を設定し、これを記憶部に記憶する。一方、外気温度が所定温度以上変化した状況であれば、ステップＳ１０４へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第２閾値Ａｔｈ２を設定する。外気温度が急激に大きく変化した状況の場合、残響のうなりが消失した原因は、送受波部２１への異物の付着によるものではなく、超音波センサ３０内の回路の温度特性によるものと考えられるためである。

次に、振幅閾値Ａｔｈの設定処理について説明する。図６において、ステップＳ２０１では、送信波及び残響を受波部２３で受信し、振幅値Ａに基づいて残響が終了したか否かを判定する。具体的には、探査波の送信後の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ってからディレイ時間Ｔｙが経過したか否かを判定する。ディレイ時間Ｔｙは、残響でうなりが発生していない場合には第１ディレイ時間Ｔｙ１とし、残響でうなりが発生している場合には第２ディレイ時間Ｔｙ２とする。残響が終了していないと判定された場合には、ステップＳ２０２へ進み、振幅閾値Ａｔｈを残響閾値Ａｔｈａに設定する。

ステップＳ２０１で肯定判定された場合、つまり残響が終了している場合には、ステップＳ２０３へ進み、振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂまで低下する前か否かを判定する。振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂよりも高ければ、ステップＳ２０３で肯定判定されてステップＳ２０４へ進み、振幅閾値Ａｔｈを低下率Ｂで徐変させる。具体的には、残響でうなりが発生していない場合には、振幅閾値Ａｔｈの前回値を第１低下率Ｂ１で減少させた値を今回値とし、残響でうなりが発生している場合には、振幅閾値Ａｔｈの前回値を第２低下率Ｂ２で減少させた値を今回値とする。一方、振幅閾値Ａｔｈが反射波閾値Ａｔｈｂまで低下している場合にはステップＳ２０５へ進み、振幅閾値Ａｔｈを反射波閾値Ａｔｈｂで保持し、本ルーチンを終了する。

次に、反射波による物体検知処理について説明する。図７において、ステップＳ３０１では、図６のステップＳ２０１と同様の処理によって残響が終了したか否かを判定する。残響が終了したと判定されている場合には、ステップＳ３０２へ進み、受信波を反射波として読み込む。続くステップＳ３０３では、図６で設定した振幅閾値Ａｔｈを取得し、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとを比較する。反射波の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈ以下である場合にはステップＳ３０４へ進み、物体無しと判定する。一方、反射波の振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈよりも大きい場合にはステップＳ３０５へ進み、物体有りと判定する。そして本処理を終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

残響のうなり状態に基づいて反射波閾値Ａｔｈｂを可変に設定する構成としたため、送受波部２１における付着物の有無に応じた反射波閾値Ａｔｈｂを用いて、反射波に基づく物体検知を行うことができる。これにより、反射波に基づく物体検知性能の向上と、物体の不要検知の抑制との両立を図ることができる。

具体的には、うなり検出部２８により検出された残響のうなり状態が、送受波部２１に付着物がない正常時の状態と異なる場合に、物体が検知されやすくなる側に反射波閾値Ａｔｈｂを変更する構成とした。この構成によれば、送受波部２１に付着物がない場合には、反射波閾値Ａｔｈｂを高めに設定するため、路面反射等によるノイズによって不要な物体検知が行われることを抑制することができる。また、送受波部２１に付着物がある場合には、反射波閾値Ａｔｈｂを低めに設定するため、感度が低下している状況において物体を精度良く検知することができる。また、付着物の存在によって感度が低下しているため、反射波閾値Ａｔｈｂを低めに設定しても、不要な物体検知については抑制することができる。

外気温度が所定温度以上変化していないことを条件に、残響のうなり状態の検出結果に基づいて反射波閾値Ａｔｈｂを可変に設定する構成とした。外気温度が所定温度以上変化した状況下では、残響のうなり状態が変化した要因は、送受波部２１での付着物の存在ではなく、超音波センサ３０内の回路の温度特性によることが考えられる。つまり、外気温度が所定以上変化していない状況で残響のうなり状態が変化した場合には、送受波部２１に付着物が存在している蓋然性が高い。この点を考慮して上記構成とすることにより、送受波部２１の付着物の有無の判定精度を高めることができる。

残響のうなり状態に応じて、残響波の振幅の立ち下がり傾きαが異なる点に着目し、立ち下がり傾きαに基づいて、残響のうなり状態を検出する構成とした。この構成によれば、最後の振幅立ち下がりＡｐの期間において振幅値Ａの傾きを少なくとも算出すればよいため、少ない処理負荷で残響のうなり状態を検出することができる。

残響のうなり状態に応じて、残響が減衰するときの振幅の立ち下がり傾きαが異なる点に着目し、うなり検出部２８による残響のうなり状態の検出結果に基づいて、振幅閾値を残響閾値Ａｔｈａから反射波閾値Ａｔｈｂへ徐変させるときの単位時間当たりの変化量である低下率Ｂを可変に設定する構成とした。具体的には、残響でうなりが発生していない場合には、残響でうなりが発生している場合に比べて低下率Ｂを小さくする構成とした。こうした構成によれば、残響の減衰が緩やかな状況では、振幅閾値Ａｔｈについても緩やかに低下させるため、残響による物体の不要検知を抑制することができる。一方、残響の減衰が急峻な状況では、振幅閾値Ａｔｈを速やかに低下させるため、車両１０から近距離に存在する物体の検知性能の向上を図ることができるとともに、低反射率の物体について精度良く検知することができる。

うなり検出部２８による残響のうなり状態の検出結果に基づいてディレイ時間Ｔｙを可変に設定する構成とした。具体的には、残響にうなりが発生していない場合に、残響にうなりが発生している場合に比べて、受波信号を反射波として取得開始する時期が早くなるようにディレイ時間Ｔｙを設定する構成とした。こうした構成によれば、残響の振幅が再度大きくなる可能性があるような不安定な状況では、反射波に基づく物体の検知開始を遅らせることができ、逆に、残響が安定して減衰している状況では、反射波に基づく物体の検知開始に早目に移行することができる。これにより、残響が未終了のまま物体の検知を開始することによる不要検知の抑制と、車両１０から近距離に存在する物体の検知性能の向上とを両立させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態では、残響波形の立ち下がり部分の傾きの絶対値である立ち下がり傾きαに基づいて、残響のうなり状態を検出する構成とした。これに対し、本実施形態では、残響の振幅値Ａが所定以上の変化で増減変動する頻度を検出することにより、残響のうなり状態を検出する。

図８は、本実施形態の物体検知システムの概略構成図である。なお、図８は、図１と異なる部分を示している。図８において、うなり検出部２８は、変動検出部２８ｃとうなり判定部２８ｄとを備える。変動検出部２８ｃは、超音波を送信した後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回る前の期間で、残響の振幅値Ａが所定値以上の変動量で増減変動した回数（以下、「うなり回数δ」という。）を計測する。例えば図９に示すように、探査波の送信終了後の時刻ｔ３１以降の期間において、振幅値Ａが変動閾値Ｄｔｈを下回る極小点Ｐの出現回数をカウントし、その出現回数をうなり回数δとして設定する。変動閾値Ｄｔｈは、上限値Ａｍａｘよりも小さく、かつ残響閾値Ａｔｈａよりも大きい値に設定されている。

うなり判定部２８ｄは、変動検出部２８ｃで検出したうなり回数δと、うなり判定値δｔｈとを比較し、うなり回数δがうなり判定値δｔｈ以下の場合には、残響でうなりは発生していないと判定する。一方、うなり回数δがうなり判定値δｔｈよりも大きい場合には、残響でうなりが発生していると判定する。閾値設定部２９は、うなり検出部２８から残響のうなり状態の検出結果を入力し、うなりの有無に応じて反射波閾値Ａｔｈｂを可変設定する。

次に、本実施形態の反射波閾値Ａｔｈｂの設定処理について図１０のフローチャートを用いて説明する。この処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令が出力された後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。

図１０において、ステップＳ４０１では、残響を受波部２３で受信する。ステップＳ４０２では、その受信した残響の振幅値Ａが残響閾値Ａｔｈａを下回る前の期間において、残響の振幅値Ａに基づいてうなり回数δを算出する。

ステップＳ４０３では、うなり回数δがうなり判定値δｔｈよりも大きいか否かを判定する。うなり回数δがうなり判定値δｔｈよりも大きい場合には、ステップＳ４０４へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第１閾値Ａｔｈ１を設定し、これを記憶部に記憶する。一方、うなり回数δがうなり判定値δｔｈ以下の場合には、ステップＳ４０５へ進み、外気温センサ４１によって検出された外気温情報に基づいて、外気温度が所定温度以上変化したか否かを判定する。

外気温度が所定温度以上変化していない状況であればステップＳ４０６へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第１閾値Ａｔｈ１を設定し、これを記憶部に記憶する。一方、外気温度が所定温度以上変化した状況であれば、ステップＳ４０４へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第２閾値Ａｔｈ２を設定する。その後、本処理を終了する。図１０の処理で設定した反射波閾値Ａｔｈｂは、上記図６に示した振幅閾値Ａｔｈの設定処理で用いられ、上記図７の物体検知処理により、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとの比較結果に基づいて物体検知が行われる。

以上詳述した第２実施形態によれば、残響のうなり状態に応じて、残響波の振幅が増減変動する頻度が異なる点に着目し、当該頻度を表すうなり回数δに基づいて、残響のうなり状態を検出する構成とした。この構成によれば、残響のうなりを直接検出でき、うなり状態をより精度良く検出することができる。その結果、物体の不要検知の抑制と物体の検知性能向上との両立の観点において、より適した反射波閾値Ａｔｈｂを設定することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態では、立ち下がり傾きαに基づいて残響のうなり状態を検出する構成としたが、本実施形態では、残響の周波数に基づいてうなり状態を検出する。

残響周波数に基づくうなり検出処理について、図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、残響でうなりが発生している場合を表し、図１２は、残響でうなりが発生していない場合を表す。図１１及び図１２中、上段は合成波の振幅値Ａの推移を表し、下段は、低周波数成分及び高周波数成分のそれぞれの振幅値Ａの推移を表したものである。

残響のうなりは、周波数が異なる複数の波が干渉して合成波が生成されることにより生じる。残響でうなりが発生している場合には、図１１に示すように、低周波数成分と高周波数成分との振幅値Ａは経時的にほぼ同じ変化となり、周波数計測部２７では、高周波数成分の周波数が計測される。これに対し、残響が低周波数側にシフトしており、周波数計測部２７で低周波数成分の振動の周波数が計測されている場合、図１２に示すように、残響にうなりは発生しない。この点に着目し、本実施形態では、残響の周波数に基づいてうなり状態を検出することとしている。

図１３は、本実施形態の物体検知システムの概略構成図である。なお、図１３は、図１と異なる部分を示している。うなり検出部２８は、探査波の送信指令の終了後に計測した残響周波数（以下、「残響計測周波数ｆａ」という。）を周波数計測部２７から入力し、その入力した残響計測周波数ｆａに基づいて、残響にうなりが発生しているか否かを判定する。本実施形態では、基準温度時（例えば常温時）の残響周波数と駆動周波数との高低の関係を示す周波数情報を予め記憶部に記憶しておき、その周波数情報を用いて残響のうなり状態を検出する。なお、本実施形態では、基準温度において残響でうなりが発生するように超音波センサ３０が設計されており、送受波部２１に異物が付着していない正常時では、残響周波数として、振幅成分の大きい高周波数成分の周波数（駆動周波数よりも高い周波数）が計測される。基準温度は、通常の車両走行時における環境温度であり、例えば出荷地域等に応じて設定されていてもよい。

具体的には、うなり検出部２８は、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が、基準温度時の残響周波数と駆動周波数との関係と同じか否かを判定する。両者の関係が基準温度時と同じであれば、残響部分にうなりは発生しているものと判定する。一方、両者の関係が基準温度時と異なっている場合には、残響部分にうなりが発生していないものと判定する。閾値設定部２９は、うなり検出部２８から残響のうなり状態の検出結果を入力し、うなりの有無に応じて反射波閾値Ａｔｈｂを可変設定する。

次に、本実施形態の時間閾値Ｔｔｈの設定処理について図１４を用いて説明する。この処理は、送受波部２１から超音波を送信する旨の送信指令が出力された後に、検知ＥＣＵ２０により所定周期毎に実行される。

図１４において、ステップＳ５０１では、残響を受波部２３で受信する。ステップＳ５０２では、残響計測周波数ｆａを取得し、ステップＳ５０３で、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じか否かを判定する。残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じ場合、ステップＳ５０４へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第２閾値Ａｔｈ２を設定し、これを記憶部に記憶する。一方、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じでない場合には、ステップＳ５０５へ進み、外気温センサ４１によって検出された外気温情報に基づいて、外気温度が所定温度以上変化していないか否かを判定する。

外気温度が所定温度以上変化していなければステップＳ５０６へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第１閾値Ａｔｈ１を設定し、これを記憶部に記憶する。一方、外気温度が所定温度以上変化した状況であれば、ステップＳ５０４へ進み、反射波閾値Ａｔｈｂとして第２閾値Ａｔｈ２を設定する。その後、本処理を終了する。図１４の処理で設定した反射波閾値Ａｔｈｂは、上記図６に示した振幅閾値Ａｔｈの設定処理で用いられ、上記図７の物体検知処理により、反射波の振幅値Ａと振幅閾値Ａｔｈとの比較結果に基づいて物体検知が行われる。

以上詳述した第３実施形態によれば、残響のうなり状態に応じて、残響周波数の現れ方が異なる点に着目し、残響周波数に基づいて残響のうなり状態を検出する構成とした。この構成によれば、残響周波数を用いて、残響のうなり状態を比較的簡単に検出することができ、その検出結果を用いて反射波閾値Ａｔｈｂを可変に設定することにより、物体の不要検知の抑制と、物体の検知性能向上との両立を図ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、超音波センサ３０が、正常時に残響でうなりが発生するように設計されている場合について説明したが、正常時に残響でうなりが発生しないように設計されている超音波センサを備えるシステムに適用してもよい。この場合、残響でうなりが発生していない状態から、うなりが発生している状態に変化した場合に、物体が検知されやすくなる側に反射波閾値Ａｔｈｂを変更する。

・上記実施形態では、うなり検出部２８によって残響のうなりの有無を検出したが、うなりの強弱の度合いを検出し、その検出結果に基づいて、反射波閾値Ａｔｈｂや低下率Ｂ、ディレイ時間Ｔｙを可変に設定する構成としてもよい。具体的には、立ち下がり傾きαに応じて反射波閾値Ａｔｈｂを設定する際に、正常時の立ち下がり傾きαからの乖離量が大きいほど、反射波閾値Ａｔｈｂを、物体が検知されやすくなる側に設定する。あるいは、うなり回数の数に応じて反射波閾値Ａｔｈｂを設定する際に、正常時のうなり回数からの乖離量が大きいほど、反射波閾値Ａｔｈｂを、物体が検知されやすくなる側に設定する。また、反射波閾値Ａｔｈｂを、外気温度やセンサ個体の温度情報に応じて可変に設定してもよい。

・上記実施形態では、探査波の送信終了後に振幅値Ａが振幅閾値Ａｔｈを下回ってからの時間とディレイ時間Ｔｙとの比較結果に基づいて、残響が終了したか否かを判定する構成としたが、送信終了からの時間をカウントして閾値と比較することにより、残響が終了したか否かを判定する構成としてもよい。この場合、送信指令終了からの時間の閾値を、残響のうなり状態に基づいて可変に設定する。

・上記第３実施形態では、基準温度時の残響周波数と駆動周波数との関係を示す周波数情報を予め定めておき、残響計測周波数ｆａと駆動周波数との関係が基準温度時と同じか否かを判定することによって残響のうなり状態を検出したが、残響の周波数に基づくうなり状態の検出方法はこれに限定されない。例えば、残響が生じている期間内で、駆動周波数に対する残響周波数の高低が変化したか否かを判定し、その判定結果に基づいて残響のうなり状態を検出する構成としてもよい。具体的には、残響が生じている期間内で、残響計測周波数ｆａが駆動周波数よりも高い周波数から低い周波数へ遷移した場合、又は残響計測周波数ｆａが駆動周波数よりも低い周波数から高い周波数へ遷移した場合に、残響でうなりが発生していないものと判定する。また、残響が生じている期間内で、残響計測周波数ｆａが駆動周波数よりも高い状態が継続している場合に、残響でうなりが発生しているものと判定する。

・残響のうなり状態につき、複数の検出方法を組み合わせて検出する構成としてもよい。例えば、立ち下がり傾きαとうなり回数δとに基づいて残響のうなり状態を検出する構成や、立ち下がり傾きαと残響周波数とに基づいて残響のうなり状態を検出する構成等が挙げられる。複数の検出方法を組み合わせる構成によれば、残響のうなり状態をより精度良く検出することができる。

・上記第１実施形態では、振幅値Ａが単調減少する期間、つまり振幅立ち下がりＡｐでの立ち下がり傾きαを認識し、これに基づきうなり判定を行う構成としたが、振幅値Ａが単調減少する期間よりも前で生じた振幅値Ａの増減変動について、振幅の単位時間当たりの減少量を算出し、これに基づきうなり判定を行ってもよい。

・上記実施形態では、超音波センサ３０の検知ＥＣＵ２０が物体検知装置として機能する場合について説明したが、車両３０側のＥＣＵが物体検知装置として機能する構成としてもよい。

・上記実施形態では、車両に搭載された物体検知装置を一例に挙げて説明したが、例えば、鉄道車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載することもできる。

・上記の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散して実現したり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素で実現したりしてもよい。

１０…車両（移動体）、２０…検知ＥＣＵ（物体検知装置）、２１…送受波部、２８…うなり検出部、２９…閾値設定部、３０…超音波センサ、４０…運転支援ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 振動子から超音波を送信し前記振動子の振動に伴い受波信号を生成する超音波センサ（３０）を用い、前記超音波センサで受信した反射波に基づいて、移動体（１０）の周囲に存在する物体を検知する物体検知装置（２０）であって、
   前記振動子から前記超音波が送信された後の残響のうなり状態を検出するうなり検出部と、
   前記反射波の振幅と検知閾値との比較に基づいて前記物体を検知する物体検知部と、
   前記うなり検出部による前記うなり状態の検出結果に基づいて前記検知閾値を可変に設定する閾値設定部と、
   外気温度が所定温度以上変化していないことを判定する温度変化判定部と、
   を備え、
   前記閾値設定部は、前記温度変化判定部により外気温度が前記所定温度以上変化していないことが判定されている場合に、前記うなり検出部による前記うなり状態の検出結果に基づいて前記検知閾値を可変に設定する、物体検知装置。
2. 前記閾値設定部は、前記うなり検出部により検出されたうなり状態が正常時と異なる場合に、前記物体が検知されやすくなる側に前記検知閾値を変更する、請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記残響の振幅が減少傾向にある期間での前記振幅の単位時間当たりの減少量として振幅傾きを算出する傾き算出部を備え、
   前記うなり検出部は、前記傾き算出部で算出した振幅傾きに基づいて前記うなり状態を検出する、請求項１又は２に記載の物体検知装置。
4. 前記残響の振幅が所定以上の変化量で増減変動する頻度を検出する変動検出部を備え、
   前記うなり検出部は、前記変動検出部で検出した頻度に基づいて前記うなり状態を検出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の物体検知装置。
5. 前記残響の周波数を計測する周波数計測部を備え、
   前記うなり検出部は、前記周波数計測部で計測した周波数に基づいて前記うなり状態を検出する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の物体検知装置。

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