WO2020071105A1 - 物体検知装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an object detection device that detects an object by transmitting and receiving an ultrasonic wave.
- Patent Literature 1 proposes a technology for identifying ultrasonic waves using frequency modulation in which the frequency changes with time. Specifically, the frequency of the transmitted wave is changed, and based on whether or not the received wave includes a signal whose frequency changes similarly to the transmitted wave, a reflected wave of the ultrasonic wave transmitted by itself and another device. Is determined from the ultrasonic wave transmitted from.
- a chirp signal or the like whose frequency increases or decreases over time can be used.
- the wider the frequency band used the better the discrimination.
- the frequency of the ultrasonic wave falls outside the resonance band of the transmitter / receiver, so that the transmission sound pressure and the reception sensitivity decrease.
- the frequency change width of the reflected wave appearing in the received signal is reduced due to the decrease in the transmission sound pressure, the discrimination of the ultrasonic wave is reduced.
- an object of the present disclosure to provide an object detection device capable of improving ultrasonic wave discrimination.
- an object detection device includes: a signal generation unit configured to generate a drive signal including an identification signal for identifying an ultrasonic wave; and an ultrasonic wave serving as a search wave according to the drive signal.
- a transmitting unit for transmitting, a receiving unit for receiving ultrasonic waves to generate a received signal, and analyzing the frequency of the received signal to determine whether the received wave is a reflected wave of the exploration wave and detect an object
- a drive unit wherein the drive signal includes a start signal generated before the identification signal and used to start the amplitude of the search wave.
- the frequency of the signal and f T the maximum frequency, minimum frequency each f MAX of the identifying signal, as f MIN, the frequency f T is either one or both of the receiving efficiency of transmission efficiency and reception unit of the transmission unit, Maximum frequency f MAX ,
- the frequency is set to include a frequency that is higher than the transmission efficiency of the transmission unit and the reception efficiency of the reception unit at the minimum frequency f MIN .
- the rising of the amplitude of the exploration wave is accelerated.
- the frequency change width of the reflected wave appearing in the received signal when the bandwidth of the exploration wave is widened is increased, and the discrimination of the ultrasonic wave is improved.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal in a comparative example.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal in a comparative example.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between transmission efficiency of a transceiver and frequency.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between transmission efficiency of a transceiver and frequency. It is a figure showing the amplitude of a received wave.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between temperature and transmission / reception efficiency. It is a figure showing the composition of the object sensing device concerning other embodiments.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to another embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to another embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to another embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal when a start-up signal is lengthened.
- FIG. 21 is a diagram illustrating the amplitude of a received wave when the drive signal in FIG. 20 is used.
- FIG. 21 is a diagram illustrating a frequency of a received wave when the drive signal in FIG. 20 is used.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to another embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to another embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency of a drive signal according to another embodiment.
- the object detection device of the present embodiment includes a transmission unit 10, a signal generation unit 20, a transceiver 30, a control unit 40, a reception unit 50, and a signal determination unit 60.
- the object detecting device is an ultrasonic sonar device, which is mounted on a vehicle and detects an object outside the vehicle.
- the transmission unit 10 transmits an ultrasonic wave as a search wave.
- the driving signal generated by the signal generating unit 20 is input to the transmitting unit 10, and the transmitting unit 10 transmits a search wave according to the driving signal.
- the signal generation unit 20 generates a pulse signal as a drive signal of the transmission unit 10.
- the transmission unit 10 includes a transceiver 30 and a transmission circuit 11.
- the drive signal generated by the signal generation unit 20 is input to the transmission circuit 11.
- the transmission circuit 11 performs processing such as boosting on the input drive signal, and outputs a signal generated thereby.
- the output signal of the transmission circuit 11 is input to the transmitter / receiver 30, and the transmitter / receiver 30 transmits the search wave toward the outside of the vehicle according to the input signal.
- the transmitter / receiver 30 is constituted by, for example, a resonance microphone having a piezoelectric element.
- a transmission instruction, drive signal setting information, and the like are transmitted from the control unit 40 to the signal generation unit 20.
- the control unit 40, the signal determination unit 60, and the like are configured by a well-known microcomputer including, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O, and execute processes such as various calculations according to a program stored in the ROM or the like.
- ROM and RAM are non-transitional substantive storage media.
- the receiving unit 50 receives an ultrasonic wave and generates a reception signal according to the sound pressure of the received wave.
- the receiving unit 50 includes the transceiver 30 and the receiving circuit 51.
- the transceiver 30 is configured to output a voltage corresponding to the sound pressure of a received wave
- the reception circuit 51 generates a reception signal by performing processing such as amplification and filtering on the output voltage of the transceiver 30. And output.
- the received signal generated by the receiving unit 50 is input to the signal determining unit 60.
- the signal determination unit 60 analyzes the frequency of the received signal to determine whether the received wave is a reflected wave of the exploration wave transmitted from the transceiver 30 and determines whether an object exists in the detection range. Is determined, and an object outside the vehicle is detected.
- the signal determination unit 60 includes an amplitude determination unit 61 and a frequency determination unit 62.
- the received signal generated by the reception unit 50 is input to the amplitude determination unit 61 and the frequency determination unit 62.
- the amplitude determination unit 61 performs low-pass filtering on the square of the received signal, performs Hilbert transform, or the like, extracts amplitude information from the received signal, and determines the distance or the like of the object based on the amplitude information. .
- the amplitude determination unit 61 detects the propagation time of the ultrasonic wave from the time when the amplitude of the received wave becomes larger than the predetermined amplitude threshold, and based on the propagation time, determines the distance to the object that reflects the exploration wave. calculate. Then, it is determined whether or not the calculated distance is within a predetermined detection range.
- the frequency determination unit 62 extracts frequency information from the received signal using zero-crossing detection, FFT, or the like, and determines whether the received wave is a reflected wave of the search wave transmitted from the transceiver 30 based on the frequency information. Is determined.
- the signal generation unit 20 generates a drive signal so as to include an identification signal for identifying an ultrasonic wave. For example, the signal generation unit 20 changes the frequency of the identification signal to a plurality of values, and the frequency determination unit 62 determines that when the frequency of the reception wave changes similarly to the identification signal, the reception wave It is determined that the search wave is a reflected wave of the search wave transmitted from 30.
- the signal determination unit 60 detects an object by the processing performed by the amplitude determination unit 61 and the frequency determination unit 62, and transmits a detection result to the control unit 40. That is, when the amplitude determination unit 61 determines that the distance to the object is within the detection range and the frequency determination unit 62 determines that the received wave is a reflected wave of the exploration wave transmitted from the transceiver 30. The signal determination unit 60 transmits to the control unit 40 a determination result that an object has been detected.
- the object detection device When a transmission instruction is issued from the control unit 40 to the signal generation unit 20, a drive signal is generated by the signal generation unit 20, and the transmission unit 10 transmits a search wave according to the drive signal. Then, when the search wave is reflected by an object outside the vehicle, the receiving unit 50 receives the reflected wave and generates a reception signal. The signal determination unit 60 detects an object based on the received signal, and transmits a detection result to the control unit 40. The control unit 40 notifies the driver according to the detection result.
- a transmitter / receiver such as a resonance type microphone has a low ability to follow a drive signal
- a drive signal has a small frequency change width of a received signal with respect to a change in the drive signal frequency, and the discrimination of ultrasonic waves is reduced. I do.
- a resonance type ultrasonic transmitter / receiver such as a microphone has the same frequency characteristics as a BPF (Band Pass Filter), and the frequency that can be transmitted / received well is limited to ⁇ several% of the resonance frequency. Therefore, if the frequency at the start of generation is set to a frequency lower than the resonance frequency of the transceiver 30 in order to effectively use the resonance band of the transceiver 30, the driving is started at a frequency having a low transmission efficiency. The rise of the wave amplitude is delayed. Further, a transmitter / receiver such as a resonance microphone has a low S / N in a band where the amplitude is small, and it is difficult to stably control the frequency of a search wave. Therefore, the width of change of the frequency detected from the received signal of the reflected wave becomes narrow, and the discrimination of the ultrasonic wave is reduced.
- BPF Band Pass Filter
- a signal whose frequency decreases with time from the start of generation to the end of generation can be used as the drive signal. If the frequency is higher than the frequency, the discrimination of the ultrasonic wave is similarly reduced.
- the drive signal has the following configuration in order to accelerate the rise of the amplitude of the transceiver 30. That is, the drive signal is configured to include a start-up signal used to raise the amplitude of the search wave and an identification signal for identifying the ultrasonic wave, and the identification signal is generated after the start-up signal.
- the signal generation unit 20 generates a rising signal having a constant frequency, and generates an identification signal having a frequency that increases with time following this rising signal. Further, for example, as shown in FIG. 5, the signal generation unit 20 generates a rising signal having a constant frequency, and generates an identification signal whose frequency decreases with time following this rising signal. .
- the frequency f T one or both of the transmission efficiency of the transmission unit 10 and the reception efficiency of the reception unit 50 are higher than the transmission efficiency of the transmission unit 10 and the reception efficiency of the reception unit 50 at the frequencies f MAX and f MIN . It is set to include the frequency.
- Frequency f T is stored in a ROM or the like which the control unit 40 is provided.
- the resonance frequencies of the transmission unit 10 and the reception unit 50 match, but the transmission efficiency of the transmission unit 10 and the reception efficiency of the reception unit 50 depend on the characteristics of the transmission circuit 11 and the reception circuit 51 in addition to the characteristics of the transceiver 30. Therefore, the resonance frequencies of the transmitting unit 10 and the receiving unit 50 may be different.
- both receiving efficiency of transmission efficiency and reception unit 50 of the transmission portion 10 is maximum .
- the resonant frequency of the receiving section 50 and transmitting section 10 may be set to the frequency f T, based on one of characteristics of the transmission portion 10 and the receiving unit 50.
- the resonance frequency of the transmission unit 10 that is, the frequency at which the transmission efficiency is highest is f TMAX
- f T f TMAX
- the frequency f T is a value within ⁇ several% of the frequency f TMAX
- either equal frequency f T and the resonance frequency of the receiving unit 50 may be a value within ⁇ several percent of the resonance frequency of the receiving unit 50.
- the frequency f 0 may be directly measured before assembling the transmitter / receiver 30 to the object detection device, or the frequency of reverberation generated after the transmission of the exploration wave and the transmission circuit 11.
- the frequency f 0 may be measured indirectly from the circuit constant of ( 1 ).
- the frequency f C may be equal to the resonance frequency f TMAX of the transmitting unit 10 as shown in FIG. C may be different from the frequency f TMAX .
- the frequency f C may be equal to or different from the resonance frequency of the receiving unit 50.
- the transmitter / receiver 30 by driving the transmitter / receiver 30 with a rising signal having a frequency with good transmission / reception efficiency, the rising of the amplitude of the exploration wave is accelerated, and the frequency change width of the reflected wave appearing in the reception signal is obtained. Is increased, and the ultrasonic wave discrimination is improved.
- the signal length of the drive signal is lengthened and the frequency change is gradual, so that the change width of the frequency after the rising of the amplitude of the exploration wave is completed is increased. There is a way to do it.
- the signal length of the drive signal is increased, a plurality of reflected waves are liable to be overlapped with each other, and the discrimination of ultrasonic waves and the resolution of distance measurement are reduced. Also, the energy required for transmission increases.
- a reflected wave from the front portion of the transceiver 30 and a reflected wave from the root portion of the wall may be received in an overlapping manner.
- the difference in propagation distance between these reflected waves decreases, and the reflected waves are more likely to overlap.
- the discrimination of the ultrasonic wave can be maintained even if the signal length of the driving signal is shortened. Wave overlapping can be suppressed.
- the discrimination of the ultrasonic wave is improved.
- the V-shaped change occurs in the drive signals shown in FIGS. 2 and 3, depending on the state of the transmitter / receiver 30 before receiving the reflected wave. Changes may not appear.
- the transmitter / receiver 30 is driven near the resonance frequency by the start-up signal, so that a V-shaped change is more likely to appear, and the discrimination of ultrasonic waves is improved.
- the object detection device of the present embodiment includes a temperature measurement unit 70.
- the temperature measuring unit 70 is arranged to measure the environmental temperature, and the environmental temperature measured by the temperature measuring unit 70 is transmitted to the control unit 40.
- the control unit 40 of the starting signal to either or both the length and frequency f T, is changed according to a change in environmental temperature.
- the resonance frequency and the resonance band of the transmitter / receiver 30 change depending on the temperature. For example, as shown in FIG. 15, the lower the temperature, the higher the resonance frequency, and the higher the temperature, the lower the resonance frequency. Due to such a change in the characteristics, the amplitude of the exploration wave and the reception sensitivity change, so that the accuracy of determining the object may be reduced.
- the object detection device includes a transmitter 31 and a receiver 32, the transmitter 31 is configured by the transmitter 31 and the transmission circuit 11, and the receiver 32 and the reception circuit 51 are configured by the receiver 32. 50 may be configured.
- FIG. 17, as shown in FIG. 18, may be increased frequency f T over time.
- FIG. 19 after increasing the frequency f T, may be constant.
- the initial frequency f T of the transmission unit 10, a value away from the resonance frequency of the receiving unit 50 may be constant in the vicinity of the resonance frequency.
- the frequency f T it is also possible to determine the frequency f T according to the characteristics of the maximum amplitude or frequency band, or the like of the identification signal. For example, when a large difference between the frequency f T and the frequency f S, at the start of driving of the Sojushinko 30 by the identification signal, it takes time to transition from frequency f T to the frequency f S, the frequency change width exploration wave May be smaller. In such a case, by lapping the frequency f T to the frequency f S to the extent that the receiving efficiency is not excessively lowered, it is possible to increase the frequency change width exploration wave.
- the signal length of the rising signal may be constant or may be changed according to the situation.
- the time T is increased as shown in FIG. 20
- the amplitude of the search wave transmitted in response to the rising signal increases.
- the search wave by the rising signal overlaps with the search wave by the subsequent identification signal, and as shown in FIG. 22, the frequency change width ⁇ f detected from the received signal is shown in FIG. It may be smaller than ⁇ f, which may make it difficult to identify ultrasonic waves.
- the time T may be changed according to the characteristics of the identification signal. For example, the time T may be different between the case where the drive signal shown in FIG. 4 is used and the case where the drive signal shown in FIG. 5 is used.
- the time T may be changed between the first start signal and the second start signal. Further, in accordance with the characteristics of the identification signals may be changed both frequency f T and time T.
- the time T may be set so that the amplitude of the search wave becomes larger than a predetermined value before the driving of the transceiver 30 by the start-up signal is completed. For example, before shipment of the object detection device, a probe wave is transmitted to an object placed at a predetermined distance from the transmitter / receiver 30, and a time required until the amplitude of the reflected wave becomes larger than a predetermined value is measured. Time can be set as time T.
- either or both of the time T and frequency f T may be changed in response to changes in either or both of the characteristics of the transmission portion 10 and the receiving unit 50.
- the frequency f S may be set to a value deviated from the resonance bandwidth can be well received by the receiver 50.
- the identification signal increases the frequency over time, may be lower than the resonance band frequency f S.
- the identification signal of reduced frequency over time the frequency f S may be higher than the resonance band.
- ultrasonic waves may be identified by combining a plurality of identification signals.
- FIG. 24, as shown in FIG. 25, by combining the driving signal including an identification signal of a constant low frequency than the frequency f T, and a driving signal including an identification signal of a higher fixed frequency than the frequency f T May be used.
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Abstract
物体検知装置は、超音波を識別するための識別用信号が含まれる駆動信号を生成する信号生成部(20)と、駆動信号に応じて探査波を送信する送信部(10)と、超音波を受信して受信信号を生成する受信部(50)と、受信信号の周波数を解析することにより受信波が探査波の反射波であるか否かを判定する判定部(60)と、を備える。駆動信号には、識別用信号の前に生成され、探査波の振幅を立ち上げるために用いられる立ち上げ信号が含まれており、立ち上げ信号の周波数をfTとし、識別用信号の最大周波数、最小周波数をそれぞれfMAX、fMINとして、周波数fTは、送信部の送信効率および受信部の受信効率のいずれか一方または両方が、周波数fMAX、fMINにおける送信部10の送信効率および受信部の受信効率よりも高くなる周波数を含むように設定されている。
Description
本出願は、2018年10月3日に出願された日本特許出願番号2018-188466号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
本開示は、超音波の送受信によって物体を検知する物体検知装置に関するものである。
このような物体検知装置を車両等に搭載して障害物検知に用いると、自車に搭載された他の装置が送信した超音波や、周辺の車両から送信された超音波との混信により、物体の検知精度が低下するおそれがある。
これについて、例えば特許文献1では、時間によって周波数が変化する周波数変調を用いて、超音波を識別する技術が提案されている。具体的には、送信波の周波数を変化させ、送信波と同様に周波数が変化する信号が受信波に含まれるか否かに基づいて、自身が送信した超音波の反射波と、他の装置から送信された超音波とを判別している。
これについて、例えば特許文献1では、時間によって周波数が変化する周波数変調を用いて、超音波を識別する技術が提案されている。具体的には、送信波の周波数を変化させ、送信波と同様に周波数が変化する信号が受信波に含まれるか否かに基づいて、自身が送信した超音波の反射波と、他の装置から送信された超音波とを判別している。
例えばノイズや無変調信号との識別性を向上させるためには、周波数が時間の経過とともに増加または減少するチャープ信号等を用いることができる。チャープ信号を用いる場合には、使用する周波数帯域を広くするほど、識別性が向上する。
しかしながら、超音波の送受信子として共振型マイクロホン等を用いる場合には、超音波の帯域幅を広げると、超音波の周波数が送受信子の共振帯域から外れるため、送信音圧や受信感度が低下する。また、送信音圧の低下により、受信信号に現れる反射波の周波数変化幅が小さくなるため、超音波の識別性が低下する。
本開示は上記点に鑑みて、超音波の識別性を向上させることができる物体検知装置を提供することを目的とする。
本開示の1つの観点によれば、物体検知装置は、超音波を識別するための識別用信号が含まれる駆動信号を生成する信号生成部と、駆動信号に応じて探査波としての超音波を送信する送信部と、超音波を受信して受信信号を生成する受信部と、受信信号の周波数を解析することにより受信波が探査波の反射波であるか否かを判定し、物体を検出する判定部と、を備える物体検知装置であって、駆動信号には、識別用信号の前に生成され、探査波の振幅を立ち上げるために用いられる立ち上げ信号が含まれており、立ち上げ信号の周波数をfTとし、識別用信号の最大周波数、最小周波数をそれぞれfMAX、fMINとして、周波数fTは、送信部の送信効率および受信部の受信効率のいずれか一方または両方が、最大周波数fMAX、最小周波数fMINにおける送信部の送信効率および受信部の受信効率よりも高くなる周波数を含むように設定されている。
このように、識別用信号の前に、送信効率や受信効率の高い立ち上げ信号を生成することで、探査波の振幅の立ち上がりが早くなる。これにより、探査波の帯域幅を広げたときの受信信号に現れる反射波の周波数変化幅が大きくなるため、超音波の識別性が向上する。
なお、各構成要素等に括弧付きの参照符号が付された場合、かかる参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の単なる一例を示すものである。よって、本開示は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。
以下、本開示の実施形態について図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、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の物体検知装置は、送信部10と、信号生成部20と、送受信子30と、制御部40と、受信部50と、信号判定部60とを備えている。物体検知装置は、超音波ソナー装置であって、車両に搭載されて、車両の外部の物体を検知するものである。
第1実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の物体検知装置は、送信部10と、信号生成部20と、送受信子30と、制御部40と、受信部50と、信号判定部60とを備えている。物体検知装置は、超音波ソナー装置であって、車両に搭載されて、車両の外部の物体を検知するものである。
送信部10は、探査波としての超音波を送信するものである。送信部10には信号生成部20が生成した駆動信号が入力されるようになっており、送信部10はこの駆動信号に応じて探査波を送信する。
具体的には、信号生成部20は、送信部10の駆動信号としてパルス信号を生成する。図1に示すように、送信部10は、送受信子30と送信回路11とで構成されている。信号生成部20が生成した駆動信号は、送信回路11に入力される。送信回路11は、入力された駆動信号に昇圧等の処理を施し、これにより生成された信号を出力する。送信回路11の出力信号は送受信子30に入力され、送受信子30は、入力された信号に応じて、車両の外側に向けて探査波を送信する。送受信子30は、例えば圧電素子を備える共振型マイクロホン等で構成される。
信号生成部20には、制御部40から、送信指示や駆動信号の設定情報等が送信される。制御部40、信号判定部60等は、例えば、CPU、ROM、RAM、I/Oなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ROMなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。ROMおよびRAMは、非遷移的実体的記憶媒体である。
受信部50は、超音波を受信し、受信波の音圧に応じて受信信号を生成するものである。受信部50は、送受信子30と、受信回路51とで構成されている。送受信子30は、受信波の音圧に応じた電圧を出力するように構成されており、受信回路51は、送受信子30の出力電圧に増幅、フィルタリング等の処理を施すことで受信信号を生成し、出力する。受信部50が生成した受信信号は、信号判定部60に入力される。
信号判定部60は、受信信号の周波数を解析して、受信波が送受信子30から送信された探査波の反射波であるか否かを判定するとともに、検知範囲に物体が存在するか否かを判定し、車外の物体を検出するものである。信号判定部60は、振幅判定部61と、周波数判定部62とを備えており、受信部50が生成した受信信号は、振幅判定部61および周波数判定部62に入力される。
振幅判定部61は、受信信号の2乗をローパスフィルタ処理し、あるいはヒルベルト変換等を行って、受信信号から振幅情報を抽出し、この振幅情報に基づいて物体の距離等を判定するものである。例えば、振幅判定部61は、受信波の振幅が所定の振幅閾値よりも大きくなった時刻から超音波の伝播時間を検出し、この伝播時間に基づいて、探査波を反射した物体との距離を算出する。そして、算出した距離が所定の検知範囲内の距離であるか否かを判定する。
周波数判定部62は、ゼロクロス検出やFFT等を用いて受信信号から周波数情報を抽出し、この周波数情報に基づいて、受信波が送受信子30から送信された探査波の反射波であるか否かを判定するものである。
信号生成部20は、超音波を識別するための識別用信号が含まれるように駆動信号を生成する。例えば、信号生成部20は、識別用信号の周波数を複数の値に変化させ、周波数判定部62は、受信波の周波数が識別用信号と同様に変化している場合に、受信波が送受信子30から送信された探査波の反射波であると判定する。
信号判定部60は、振幅判定部61、周波数判定部62が実行する処理によって物体を検知し、検知結果を制御部40に送信する。すなわち、振幅判定部61によって物体との距離が検知範囲内の距離であると判定され、周波数判定部62によって受信波が送受信子30から送信された探査波の反射波であると判定されたとき、信号判定部60は、物体が検知されたとの判定結果を制御部40に送信する。
物体検知装置の作動について説明する。まず、制御部40から信号生成部20に送信指示が出されると、信号生成部20によって駆動信号が生成され、送信部10は駆動信号に応じて探査波を送信する。そして、探査波が車両の外部の物体で反射すると、受信部50が反射波を受信して受信信号を生成する。信号判定部60は、受信信号に基づいて物体を検出し、検出結果を制御部40に送信する。制御部40は、検出結果に応じて、運転者への報知等を行う。
信号生成部20が生成する駆動信号として、例えば、図2に示すように、生成開始時から生成終了時までの間、時間とともに周波数が増加する信号を用いることが考えられる。
しかしながら、共振型マイクロホン等の送受信子は駆動信号への追従性が低いため、このような駆動信号では、駆動信号の周波数変化に対する受信信号の周波数変化幅が小さくなり、超音波の識別性が低下する。
また、マイクロホン等の共振型の超音波送受信子は、BPF(帯域通過フィルタ)と同様の周波数特性を有しており、良好に送受信できる周波数が共振周波数の±数%に限られる。そこで、送受信子30の共振帯域を有効に利用するために、生成開始時の周波数を送受信子30の共振周波数よりも低い周波数とすると、送信効率の低い周波数で駆動を開始することになり、探査波の振幅の立ち上がりが遅くなる。また、共振型マイクロホン等の送受信子は、振幅が小さい帯域ではS/Nが低く、探査波の周波数を安定して制御することが困難である。そのため、反射波の受信信号から検出される周波数の変化幅が狭くなり、超音波の識別性が低下する。
また、駆動信号として、図3に示すように、生成開始時から生成終了時までの間、時間とともに周波数が減少する信号を用いることが考えられるが、生成開始時の周波数を送受信子30の共振周波数よりも高い周波数とすると、同様に超音波の識別性が低下する。
前述したように、共振型マイクロホン等の送受信子では、振幅が小さい帯域では探査波の周波数を安定して制御することが困難であるが、外部からエネルギーを加えて振幅を大きくすると、探査波の周波数の制御が容易になる。
そこで本実施形態では、送受信子30の振幅の立ち上がりを早めるために、駆動信号を次のような構成とする。すなわち、駆動信号を、探査波の振幅を立ち上げるために用いられる立ち上げ信号と、超音波を識別するための識別用信号とを含む構成とし、立ち上げ信号の後に識別用信号を生成する。
例えば、信号生成部20は、図4に示すように、周波数が一定の立ち上げ信号を生成し、この立ち上げ信号に続いて、時間の経過とともに周波数が増加する識別用信号を生成する。また、例えば、信号生成部20は、図5に示すように、周波数が一定の立ち上げ信号を生成し、この立ち上げ信号に続いて、時間の経過とともに周波数が減少する識別用信号を生成する。
立ち上げ信号の周波数をfTとし、立ち上げ信号の生成開始から生成終了までの時間をTとし、識別用信号の最大周波数、最小周波数をそれぞれfMAX、fMINとする。周波数fTは、送信部10の送信効率および受信部50の受信効率のいずれか一方または両方が、周波数fMAX、fMINにおける送信部10の送信効率および受信部50の受信効率よりも高くなる周波数を含むように設定されている。周波数fTは、制御部40が備えるROM等に記憶される。
送信部10と受信部50の共振周波数が一致する場合もあるが、送信部10の送信効率と受信部50の受信効率は、送受信子30の特性の他、送信回路11と受信回路51の特性にも影響されるため、送信部10と受信部50の共振周波数が異なる場合もある。
送信部10と受信部50の共振周波数が一致する場合には、周波数fTをこれらの共振周波数と等しくすることで、送信部10の送信効率および受信部50の受信効率の両方が最大となる。
送信部10と受信部50の共振周波数が異なる場合には、送信部10と受信部50のいずれか一方の特性に基づいて周波数fTを設定すればよい。例えば、送信部10の共振周波数、すなわち、送信効率が最も高くなる周波数をfTMAXとして、fT=fTMAXとするか、周波数fTを周波数fTMAXの±数%以内の値とする。また、周波数fTを受信部50の共振周波数と等しくするか、受信部50の共振周波数の±数%以内の値としてもよい。周波数fTを送信部10の共振周波数と等しくすることで、送信部10の送信効率が最大となり、周波数fTを受信部50の共振周波数と等しくすることで、受信部50の受信効率が最大となる。
また、送信部10と受信部50の特性は送受信子30の送信音圧や感度等の特性の影響を強く受けるため、送受信子30の共振周波数をf0として、fT=f0としてもよいし、周波数fTを周波数f0付近、例えば周波数f0の±数%以内の値としてもよい。周波数f0の測定については、例えば、物体検知装置へ送受信子30を組み付ける前に周波数f0を直接的に測定してもよいし、探査波の送信後に発生する残響の周波数と、送信回路11の回路定数から間接的に周波数f0を測定してもよい。このようにして送受信子30の個体差に合わせて周波数fTを設定することで、送受信効率が向上する。
なお、識別用信号の帯域の中心周波数をfCとして、図6に示すように、周波数fCが送信部10の共振周波数fTMAXと等しくてもよいが、図7に示すように、周波数fCが周波数fTMAXと異なっていてもよい。同様に、周波数fCが受信部50の共振周波数と等しくてもよいし、異なっていてもよい。
識別用信号の生成開始時の周波数をfSとし、生成終了時の周波数をfEとして、図4では、fS=fMIN、fE=fMAX、fS<fT<fEとされている。また、図5では、fS=fMAX、fE=fMIN、fE<fT<fSとされている。
このような駆動信号を用いることで、図8に示すように、探査波の振幅の立ち上がりが早くなる。これにより、有効なS/Nをもつ送信周波数帯域が広がり、図9に示すように、受信信号から検出される周波数の変化幅Δfが大きくなるため、超音波の識別性が向上する。なお、図8において、実線、一点鎖線は、それぞれ、図4、図2に示す駆動信号を用いた場合の受信波の振幅を示す。また、図9において、実線、一点鎖線は、それぞれ、図4、図2に示す駆動信号を用いた場合の受信信号の周波数を示す。
以上説明したように、本実施形態では、送受信効率のよい周波数の立ち上げ信号で送受信子30を駆動することにより、探査波の振幅の立ち上がりが早くなり、受信信号に現れる反射波の周波数変化幅が大きくなるため、超音波の識別性が向上する。
また、図2、図3に示す駆動信号を用いる場合に、駆動信号の信号長を長くするとともに周波数の変化を緩やかにして、探査波の振幅の立ち上がりが終了した後の周波数の変化幅を大きくする方法が考えられる。しかしながら、駆動信号の信号長を長くすると、複数の反射波の重なりが発生しやすくなり、超音波の識別性や距離計測分解能が低下する。また、送信に必要なエネルギーが増加する。
例えば図10に示すような壁に向かって探査波を送信した場合には、送受信子30の正面部分からの反射波と、壁の根本部分からの反射波とが重なって受信されることがある。図11に示すように、送受信子30からの水平距離が遠いほど、これらの反射波の伝播距離差が小さくなり、反射波の重なりが生じやすくなる。
図12に示すように、2つの反射波が間隔を空けて受信された場合には、それぞれの振幅や周波数の検出が容易である。一方、図13に示すように、2つの反射波が重なって受信された場合には、それぞれの振幅や周波数の検出が困難である。
したがって、壁のような物体を検出する場合に反射波の重なりを抑制するためには、駆動信号の信号長を短くすることが望ましい。また、送信エネルギーの観点からも、駆動信号の信号長を短くすることが望ましい。
これについて、本実施形態のように立ち上げ信号によって探査波の振幅の立ち上がりを早めることにより、駆動信号の信号長を短くしても超音波の識別性を維持することが可能となるため、反射波の重なりを抑制することができる。
また、共振型マイクロホンを送受信子30として用い、図4に示す駆動信号によって送受信子30を駆動すると、受信波の周波数に図9に示すようなV字状の変化が現れる。なお、図5に示す駆動信号を用いた場合には、受信波の周波数に逆V字状の変化が現れる。
このV字状の変化を検出することにより超音波の識別性が向上するが、図2、図3に示す駆動信号では、反射波を受信する前の送受信子30の状態によってはV字状の変化が現れないことがある。これに対して本実施形態では、立ち上げ信号によって送受信子30を共振周波数付近で駆動することにより、V字状の変化が現れやすくなり、超音波の識別性が向上する。
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して温度計測部を追加したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して温度計測部を追加したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図14に示すように、本実施形態の物体検知装置は、温度計測部70を備えている。温度計測部70は、環境温度を計測するように配置されており、温度計測部70が計測した環境温度は、制御部40に送信される。制御部40は、立ち上げ信号の長さおよび周波数fTのいずれか一方または両方を、環境温度の変化に応じて変更する。
送受信子30の共振周波数および共振帯域は、温度によって変化し、例えば図15に示すように、温度が低いほど共振周波数が高くなり、温度が高いほど共振周波数が低くなる。このような特性の変化により、探査波の振幅および受信感度が変化するため、物体の判定精度が低下するおそれがある。
これに対して、環境温度に応じて周波数fTや立ち上げ信号の長さ等を補正することにより、温度変化の影響を低減し、物体の判定精度を向上させることができる。
(他の実施形態)
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、図16に示すように、物体検知装置が送信子31、受信子32を備え、送信子31と送信回路11とで送信部10が構成され、受信子32と受信回路51とで受信部50が構成されていてもよい。
また、図4、図5に示すように、立ち上げ信号の周波数fTを、立ち上げ信号の生成開始時から生成終了時までの間、一定とすることにより、探査波の振幅を効率よく立ち上げることができるが、周波数fTを変化させてもよい。例えば、図17、図18に示すように、周波数fTを時間の経過とともに増加させてもよい。また、図19に示すように、周波数fTを増加させた後、一定としてもよい。この場合に、初期の周波数fTを送信部10、受信部50の共振周波数から離れた値とし、共振周波数付近で一定としてもよい。
また、識別用信号の最大振幅や周波数帯等の特性に応じて周波数fTを決定してもよい。例えば、周波数fTと周波数fSとの差が大きいと、識別用信号による送受信子30の駆動開始時に、周波数fTから周波数fSまでの遷移に時間がかかり、探査波の周波数変化幅が小さくなることがある。このような場合には、受信効率が過度に低下しない範囲で周波数fTを周波数fSへ寄せることで、探査波の周波数変化幅を大きくすることができる。
立ち上げ信号の信号長については、一定としてもよいし、状況に応じて変化させてもよい。ただし、図20に示すように時間Tを長くすると、立ち上げ信号に応じて送信される探査波の振幅が大きくなる。そして、図21に示すように、立ち上げ信号による探査波が、後続する識別用信号による探査波と重なり、図22に示すように、受信信号から検出される周波数変化幅Δfが図9に示すΔfよりも小さくなり、超音波の識別が困難になるおそれがある。これを抑制するためには、時間Tを短くすることが望ましい。例えば、立ち上げ信号に応じて送信される探査波の最大振幅が、識別用信号に応じて送信される探査波の最大振幅よりも小さくなるように、時間Tを設定することが望ましい。
また、識別用信号の特性に応じて時間Tを変化させてもよい。例えば、図4に示す駆動信号を用いる場合と、図5に示す駆動信号を用いる場合とで、時間Tが異なっていてもよい。また、駆動信号を複数回連続して生成する場合には、1回目の立ち上げ信号と2回目の立ち上げ信号とで時間Tを変化させてもよい。また、識別用信号の特性に応じて、周波数fTと時間Tの両方を変化させてもよい。
また、時間Tを、立ち上げ信号による送受信子30の駆動終了までに、探査波の振幅が所定値よりも大きくなるように設定してもよい。例えば、物体検知装置の出荷前に、送受信子30から所定の距離に置かれた物体に探査波を送信し、反射波の振幅が所定値よりも大きくなるまでに要した時間を計測し、この時間を時間Tとして設定することができる。
また、時間Tおよび周波数fTのいずれか一方または両方を、送信部10および受信部50のいずれか一方または両方の特性の変化に応じて変更してもよい。
また、周波数fSを、受信部50で良好に受信できる共振帯域から外れた値に設定してもよい。例えば、図23に示すように、時間の経過とともに周波数が増加する識別用信号において、周波数fSを共振帯域よりも低くしてもよい。また、時間の経過とともに周波数が減少する識別用信号において、周波数fSを共振帯域よりも高くしてもよい。
また、複数の識別用信号を組み合わせて超音波を識別してもよい。例えば、図24、図25に示すように、周波数fTよりも低い一定周波数の識別用信号を含む駆動信号と、周波数fTよりも高い一定周波数の識別用信号を含む駆動信号とを組み合わせて用いてもよい。
Claims (9)
- 超音波を識別するための識別用信号が含まれる駆動信号を生成する信号生成部(20)と、
前記駆動信号に応じて探査波としての超音波を送信する送信部(10)と、
超音波を受信して受信信号を生成する受信部(50)と、
前記受信信号の周波数を解析することにより受信波が前記探査波の反射波であるか否かを判定し、物体を検出する判定部(60)と、を備える物体検知装置であって、
前記駆動信号には、前記識別用信号の前に生成され、前記探査波の振幅を立ち上げるために用いられる立ち上げ信号が含まれており、
前記立ち上げ信号の周波数をfTとし、
前記識別用信号の最大周波数、最小周波数をそれぞれfMAX、fMINとして、
前記周波数fTは、前記送信部の送信効率および前記受信部の受信効率のいずれか一方または両方が、前記最大周波数fMAX、前記最小周波数fMINにおける前記送信部の送信効率および前記受信部の受信効率よりも高くなる周波数を含むように設定されている物体検知装置。 - 前記立ち上げ信号の長さは、前記立ち上げ信号に応じて送信される前記探査波の最大振幅が、前記識別用信号に応じて送信される前記探査波の最大振幅よりも小さくなるように設定されている請求項1に記載の物体検知装置。
- 前記立ち上げ信号の長さおよび前記周波数fTのいずれか一方または両方は、前記識別用信号に応じて変更される請求項1または2に記載の物体検知装置。
- 前記立ち上げ信号の長さおよび前記周波数fTのいずれか一方または両方は、前記送信部および前記受信部のいずれか一方または両方の特性の変化に応じて変更される請求項1ないし3のいずれか1つに記載の物体検知装置。
- 前記立ち上げ信号の長さおよび前記周波数fTのいずれか一方または両方は、環境温度の変化に応じて変更される請求項1ないし4のいずれか1つに記載の物体検知装置。
- 前記周波数fTは、前記立ち上げ信号の生成開始時から生成終了時までの間、一定とされる請求項1ないし5のいずれか1つに記載の物体検知装置。
- 前記周波数fTは、前記送信部および前記受信部のいずれか一方または両方の共振周波数とされている請求項1ないし6のいずれか1つに記載の物体検知装置。
- 前記周波数fTは、前記送信部の送信効率および前記受信部の受信効率のいずれか一方または両方が最大となる周波数とされている請求項1ないし7のいずれか1つに記載の物体検知装置。
- 前記立ち上げ信号の長さは、前記立ち上げ信号による前記送信部の駆動終了までに、前記探査波の振幅が所定値よりも大きくなるように設定されている請求項1ないし8のいずれか1つに記載の物体検知装置。
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