WO2021112126A1 - 障害物検知装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an obstacle detection device using an ultrasonic sensor.
- an obstacle detection device using an ultrasonic sensor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
- an ultrasonic sensor is provided at a position at a predetermined height of the vehicle. Then, when the ultrasonic sensor transmits the exploration wave and then receives the received wave, the obstacle detection device determines the height of the obstacle based on the number of maximum peaks included in the received wave. Specifically, when an obstacle detection device has a plurality of maximum peaks included in a received wave, the obstacle is a tall obstacle having a height higher than the position where the ultrasonic sensor is provided (hereinafter, simply high). (Also called a back obstacle).
- the obstacle is a low-profile obstacle having a height less than the position where the ultrasonic sensor is provided (hereinafter, simply low profile). It is also determined to be an obstacle).
- the high-back obstacle is, for example, a wall or the like, and the low-back obstacle is, for example, a curb or a bollard.
- an obstacle detection device receives a received wave after the ultrasonic sensor transmits the exploration wave
- the obstacle detection device determines the obstacle distance to the obstacle based on the time from the transmission of the exploration wave to the reception of the received wave. Derived.
- the obstacle detection device when a plurality of low-profile obstacles having different distances from the ultrasonic sensor are arranged close to each other, the exploration wave is generated from each low-profile obstacle. When reflected at, it was confirmed that the received wave contained multiple maximum peaks. Therefore, the obstacle detection device as described above may erroneously detect the existence of a high-back obstacle when a plurality of low-back obstacles are arranged close to each other.
- the object of the present disclosure is to provide an obstacle detection device capable of improving detection accuracy.
- the obstacle detection device for detecting obstacles existing around the vehicle is provided on the portion of the vehicle where the height from the road surface is a predetermined position, and is provided on the outside of the vehicle.
- An ultrasonic sensor with multiple ultrasonic elements that transmit the exploration wave toward the object and receive the reflected wave reflected by the obstacle as the reception wave, and the distance to the obstacle based on the received wave.
- a control unit that derives an obstacle height that is a certain obstacle distance and an obstacle height and performs a predetermined process, and a plurality of control units are provided when the obstacle distance and the obstacle height are derived.
- the obstacle distance and the obstacle height are derived based on the intensity of the received wave received by the ultrasonic element of the above and the phase difference of the received wave received by the plurality of ultrasonic elements.
- the control unit when a plurality of ultrasonic elements receive the received wave, when the reflected wave reflected by the high-back obstacle is received, the reflected wave having no phase difference is also received and reflected by the low-back obstacle. When the reflected wave is received, only the reflected wave in which the phase difference occurs is received. Therefore, by allowing the control unit to derive the obstacle height based on the phase difference, even when a plurality of low-profile obstacles having different distances from the ultrasonic sensor exist in close proximity to each other as obstacles. , It is possible to prevent an obstacle from being erroneously detected as a tall obstacle. Therefore, the detection accuracy can be improved.
- FIG. 25 It is a figure which shows the relationship between the propagation distance of a reflected wave and the phase difference of a received wave in the presence of an obstacle shown in FIG. 25. It is a schematic diagram which shows the propagation path of the reflected wave when the obstacle in another embodiment is a groove. It is a plan view corresponding to FIG. 29. It is a figure which shows the relationship between the propagation distance of a reflected wave and the intensity of a received wave in the presence of an obstacle shown in FIG. 29. It is a figure which shows the relationship between the propagation distance of a reflected wave and the phase difference of a received wave in the presence of an obstacle shown in FIG. 29.
- the obstacle detection device of the present embodiment is mounted on a vehicle and used to detect obstacles existing around the vehicle.
- the obstacle detection device of the present embodiment is used as a parking support device.
- the obstacle detection device includes an ultrasonic sensor 10 provided in the vehicle 1 and a control unit 100 connected to the ultrasonic sensor 10.
- the vehicle 1 is, for example, a so-called four-wheeled vehicle, and is configured to include a substantially rectangular vehicle body in a plan view and tires provided on the vehicle body.
- the ultrasonic sensor 10 is provided on the right side and the left side of the vehicle, but is actually provided on the front side and the rear side of the vehicle.
- the ultrasonic sensor 10 is configured to transmit an ultrasonic exploration wave along a directional axis.
- the exploration wave is transmitted from the ultrasonic sensor 10 with a predetermined spread (that is, a directivity angle).
- the directivity axis is a virtual straight line extending along the exploration wave transmitted from the ultrasonic sensor 10 and serves as a reference for the directivity angle.
- the directional axis is the axis that passes through the center of the exploration wave.
- the ultrasonic sensor 10 is configured to receive a received wave including a reflected wave whose exploration wave is reflected by an obstacle existing in the surroundings and output a detection signal based on the reception result. In the following, receiving a reflected wave as a received wave is also referred to simply as receiving a reflected wave.
- the ultrasonic sensor 10 includes a transducer unit 20, a support member 30, a housing 40, and the like.
- the transducer unit 20 is a MEMS type configured by using a sensor substrate 24 composed of an SOI substrate in which a support substrate 21, an embedded insulating film 22, and a semiconductor layer 23 are laminated in this order. It is configured to have the ultrasonic element 25 of the above.
- SOI is an abbreviation for Silicon on Insulator
- MEMS is an abbreviation for Micro Electro Mechanical Systems.
- the surface of the semiconductor layer 23 opposite to the embedded insulating film 22 is referred to as one surface 24a of the sensor substrate 24, and the surface of the support substrate 21 opposite to the embedded insulating film 22 is the other side of the sensor substrate 24. This will be described as surface 24b.
- a plurality of diaphragm portions 27 are formed on the sensor substrate 24 by forming recesses 26 from the other surface 24b side.
- the sensor substrate 24 is formed with recesses 26 so that the diaphragm portions 27 are arranged two-dimensionally.
- the recess 26 is formed so as to penetrate the embedded insulating film 22 and reach the semiconductor layer 23, and the diaphragm portion 27 is composed of the semiconductor layer 23.
- the recess 26 may be formed so as to leave the embedded insulating film 22 remaining, and the diaphragm portion 27 may be formed by the embedded insulating film 22 and the semiconductor layer 23.
- a piezoelectric element 28 is formed in which a back surface electrode 28a, a piezoelectric film 28b, and a front surface electrode 28c are laminated in this order.
- a plurality of ultrasonic elements 25 are formed on the sensor substrate 24 in this way. That is, the ultrasonic element 25 of this embodiment is configured as a PMUT.
- PMUT is an abbreviation for Piezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducers.
- the back electrode 28a of each piezoelectric element 28 is integrated so that a common ground potential is applied.
- the piezoelectric film 28b is a piezoelectric ceramic having no lead such as aluminum nitride (ScAlN) or aluminum nitride (AlN), or a piezoelectric ceramic containing lead such as lead zirconate titanate (PZT) but having high versatility. It is configured.
- the piezoelectric film 28b is formed on the diaphragm portion 27 so as to have a planar shape equivalent to that of the diaphragm portion 27.
- Each ultrasonic element 25 is in a two-dimensionally arranged state because the diaphragm portion 27 is formed two-dimensionally as described above. Then, each ultrasonic element 25 is connected to the control unit 100 via a bonding wire 35, a connection terminal 36, etc., which will be described later, as shown in FIG. Note that FIG. 3 shows an example in which four ultrasonic elements 25 are formed in one direction in the plane direction of the sensor substrate 24 and four are formed in a direction orthogonal to the one direction.
- the orientation of the ultrasonic element 25 is not binarized with respect to a certain phase difference, assuming that the distance between the centers of the adjacent ultrasonic elements 25 is d. It is preferable that the interval d is less than half the wavelength of the exploration wave. In other words, the distance between the centers of the adjacent ultrasonic elements 25 is the distance between the centers of the adjacent diaphragm portions 27.
- a pad portion 29 electrically connected to the back surface electrode 28a and the front surface electrode 28c is formed on one surface 24a of the sensor substrate 24.
- each direction axis of the exploration wave coincides with the normal direction of the sensor substrate 24 with respect to one surface 24a (hereinafter, also simply referred to as the normal direction of the sensor substrate 24).
- a drive voltage having the same phase is applied to the piezoelectric element 28.
- the support member 30 is a member that fixes and supports the transducer unit 20.
- the support member 30 is composed of a multilayer board, a printed circuit board, or the like, and although not particularly shown, various circuit components for signal processing may be mounted.
- the support member 30 of the present embodiment has a shape having a concave portion 31 and a convex portion 32 formed so as to surround the concave portion 31.
- the sensor substrate 24 is mounted on the recess 31 via a joining member 33 so that the other surface 24b of the sensor substrate 24 faces the bottom surface of the recess 31.
- a silicone-based adhesive or the like is used for the joining member 33.
- a pad portion 34 is formed on the convex portion 32 of the support member 30.
- the pad portion 34 is electrically connected to the pad portion 29 formed on the sensor substrate 24 via a bonding wire 35.
- the support member 30 is provided with a metal connection terminal 36 so as to penetrate the convex portion 32 and the pad portion 34. Then, the connection terminal 36 is mechanically connected to the support member 30 and electrically connected to the pad portion 34 by forming a joining member 37 such as solder. As a result, each ultrasonic element 25 is connected to the connection terminal 36 via the pad portions 29 and 34. Further, on the pad portion 34, a solder resist 38 is arranged between a portion connected to the bonding wire 35 and a portion connected to the bonding member 37.
- the housing 40 is made of metal or the like, and a plurality of through holes 41 corresponding to the number of connection terminals 36 provided in the support member 30 are formed.
- the support member 30 is arranged on the housing 40 via the joint member 42 so that the connection terminal 36 penetrates the through hole 41.
- the through hole 41 is filled with an insulating member (not shown) for insulating the connection terminal 36 and the housing 40. Further, a silicone-based adhesive or the like is used for the joining member 42, and an epoxy resin, a sealing glass or the like is used as the insulating member.
- the ultrasonic sensor 10 in this embodiment.
- the directivity angle of the ultrasonic sensor 10 as described above can be easily changed by changing the number of the ultrasonic elements 25.
- the ultrasonic sensor 10 can narrow the directivity angle as the number of ultrasonic elements 25 increases, and can widen the directivity angle as the number of ultrasonic elements 25 decreases.
- the ultrasonic sensor 10 can increase the sound pressure as the number of ultrasonic elements 25 increases, and can detect even a distant obstacle.
- the number of ultrasonic elements 25 formed in the ultrasonic sensor 10 is appropriately changed based on the height at which the ultrasonic sensor 10 is attached, the detection range, and the like.
- the directivity angle of the exploration wave may be adjusted by forming a large number of ultrasonic elements 25 and controlling the number of the ultrasonic elements 25 to be energized.
- the normal direction of the sensor substrate 24 is provided so as to be parallel to the horizontal direction. That is, when the directional axis coincides with the normal direction, the ultrasonic sensor 10 is provided so that the directional axis is parallel to the horizontal direction.
- the horizontal direction is a direction parallel to the horizontal plane. Then, the ultrasonic sensor 10 transmits an exploration wave toward the outside of the vehicle 1.
- the control unit 100 has a CPU (not shown), a storage unit for ROM, RAM, non-volatile RAM, etc., and is composed of, for example, an in-vehicle ECU.
- CPU is an abbreviation for Central Processing Unit
- ROM is an abbreviation for Read Only Memory
- RAM is an abbreviation for Random Access Memory
- ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit.
- control unit 100 realizes various control operations by the CPU reading a program (that is, each routine described later) from the ROM or the non-volatile RAM and executing the program.
- Various data for example, initial values, lookup tables, maps, etc.
- the storage medium such as ROM is a non-transitional substantive storage medium.
- control unit 100 is connected to the ultrasonic sensor 10. Then, the control unit 100 controls the ultrasonic sensor 10 to transmit the exploration wave from the ultrasonic sensor 10 and to the obstacle based on the received wave received by the ultrasonic sensor 10 after transmitting the exploration wave.
- the obstacle distance L and the obstacle height h of the obstacle are derived, and a predetermined process is performed.
- the method of deriving the obstacle distance L and the obstacle height h executed by the control unit 100 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 12.
- a derivation method using an ultrasonic sensor 10 attached to the right side of the vehicle 1 will be described as an example, but the ultrasonic sensor 10 attached to the left side, front, and rear of the vehicle 1 will be described.
- the derivation method used is also the same.
- an example in which the obstacle 200 exists on the road surface 300 parallel to the horizontal plane will be described below. That is, in the present embodiment, assuming that the distance between the ultrasonic sensor 10 (that is, the vehicle 1) and the obstacle 200 along the horizontal direction is L, the obstacle distance L is equal to the distance L.
- the sensor mounting height H is a value adjusted when the ultrasonic sensor 10 is mounted on the vehicle 1, and is a known value.
- the reflected wave along the normal direction of the sensor substrate 24 in the ultrasonic sensor 10 is also referred to as a normal reflected wave.
- a reflected wave in a direction inclined with respect to the normal direction is also called a multiple reflected wave.
- the ultrasonic sensor 10 is controlled so that the directional axis is in the direction along the normal direction of the sensor substrate 24, so that the specular reflected wave is a reflected wave along the directional axis. It can be said that.
- the control unit 100 causes the ultrasonic sensor 10 to transmit an exploration wave.
- the exploration wave is transmitted so that the directivity axis D is parallel to the horizontal direction, and the directivity angle is adjusted to, for example, about ⁇ 50 °.
- the ultrasonic sensor 10 receives the reflected wave in ascending order of the propagation distance of the exploration wave and the reflected wave.
- the propagation distance of the specular reflected wave until it reaches the ultrasonic sensor 10 is L.
- the propagation distance until the multiple reflected wave reflected at the boundary between the obstacle 200 and the road surface 300 reaches the ultrasonic sensor 10 is (H 2 + L 2 ) 1/2 .
- the ultrasonic sensor 10 receives specular reflection as shown in FIG. 7 because L ⁇ (H 2 + L 2 ) 1/2. Later, it receives multiple reflected waves.
- the received wave is a specular reflected wave, as shown in FIG. 8, no phase difference occurs in the received wave received by each ultrasonic element 25. Therefore, when the ultrasonic sensor 10 receives a received wave having an intensity equal to or higher than a predetermined threshold value, the control unit 100 determines whether or not there is a phase difference between the received waves received by each ultrasonic element 25, and determines whether or not there is a phase difference between the received waves. If there is no phase difference, it is determined that the obstacle 200 is a tall obstacle.
- the obstacle height h is equal to or higher than the sensor mounting height H.
- the obstacle distance L to the obstacle is derived based on the time from the transmission of the exploration wave to the reception of the received wave.
- the threshold value in FIG. 7 is set to a value excluding noise and the like, and the same applies to the threshold value in FIG. 11 described later. Further, as shown in FIG. 8, when the ultrasonic sensor 10 receives the multiple reflection wave, a phase difference occurs in the received wave received by each ultrasonic element 25. This will be described later because it is the same as the multiple reflected wave in the low-profile obstacle described later.
- the ultrasonic sensor 10 receives the multiple reflected wave without receiving the specular reflected wave.
- the ultrasonic sensor 10 receives the reflected wave in the order of the shortest propagation path of the exploration wave and the reflected wave in the multiple reflected wave.
- a propagation path when the ultrasonic sensor 10 receives a reflected wave reflected at a boundary portion (hereinafter, also simply referred to as a boundary portion) 201 between the obstacle 200 and the road surface 300 is defined.
- the angle between the first propagation path R1 and the road surface 300 is set to ⁇ 1.
- a propagation path when the ultrasonic sensor 10 receives a reflected wave reflected by the upper end 202 of the obstacle 200 after being reflected by the road surface 300 is defined as a second propagation path R2.
- the angle formed by the propagation path to the point reflected by the road surface 300 in the second propagation path R2 and the road surface 300 is set to ⁇ 2.
- a propagation path when the ultrasonic sensor 10 receives a reflected wave reflected by the road surface 300 after being reflected by the upper end 202 of the obstacle 200 is defined as a third propagation path R3.
- the distance between the second propagation path R2 and the third propagation path R3 is the same.
- the virtual line in which the angle between the point reflected by the road surface 300 of the second propagation path R2 and the second propagation path R2 is 90 ° is defined as the reference line K.
- the reference line K can also be said to be a virtual line that divides a portion of the first propagation path R1, a second propagation path R2, and a third propagation path R3 having the same distance and a portion having a different distance.
- the distance between the reference line K in the third propagation path R3 and the upper end 202 of the obstacle 200 is defined as the distance a.
- the distance between the reference line K in the second propagation path R2 and the upper end 202 of the obstacle 200 is defined as the distance b.
- Let the distance c be the distance between the reference line K in the first propagation path R1 and the boundary portion 201.
- the horizontal plane passing through the upper end 202 is designated as a virtual horizontal plane 400.
- the second propagation path R2 has the same distance as when totally reflected at the virtual point V1
- the third propagation path R3 has the same distance as when totally reflected at the virtual point V2.
- the propagation distance of the reflected wave in the first propagation path R1 is expressed by the following mathematical formula 1
- the propagation distance of the reflected wave in the second propagation path R2 is expressed by the following mathematical formula 2.
- the propagation distance of the reflected wave on the third propagation path R3 is the same as the propagation distance of the reflected wave on the second propagation path R2, as described above.
- the term ⁇ c + (a + b) / 2 ⁇ in the second propagation path R2 has a negative value.
- the second propagation path R2 and the third propagation path R3 are shorter than the first propagation path R1. Further, the distance of the propagation path including the reflected wave reflected between the upper end 202 of the obstacle 200 and the boundary portion 201 is the distance between the first propagation path R1 and the second and third propagation paths R2 and R3. Become.
- the ultrasonic sensor 10 first receives the reflected wave of the second propagation path R2 and the third propagation path R3, and finally receives the reflected wave of the first propagation path R1. Then, as shown in FIG. 12, when the multiple reflected waves are received, the multiple reflected waves are reflected waves from a direction inclined with respect to the normal direction of the sensor substrate 24 of the ultrasonic sensor 10. A phase difference is generated in the received wave received by the ultrasonic element 25.
- the phase difference ⁇ 1 is expressed by the following mathematical formula 3.
- the phase difference when the reflected wave in the second propagation path R2 or the third propagation path R3 is received is ⁇ 2
- the phase difference ⁇ 2 is expressed by the following mathematical formula 4.
- the phase difference ⁇ 1 corresponds to the first phase difference
- the phase difference ⁇ 2 corresponds to the second phase difference.
- d in the following mathematical formulas 3 and 4 is the distance between the centers of the adjacent ultrasonic elements 25 described above.
- the angle ⁇ 1 is expressed by the following mathematical formula 5 when the obstacle height h and the obstacle distance L are used. Further, since the angle between the virtual horizontal plane 400 passing through the upper end 202 and the reflected wave at the upper end 202 in the second propagation path R2 is indicated by ⁇ 2, the angle ⁇ 2 is expressed by the following mathematical formula 6. Therefore, when the control unit 100 receives the multiple reflected wave without receiving the specular reflected wave, the control unit 100 derives the obstacle height h and the obstacle distance L as follows.
- control unit 100 has a phase difference ⁇ 2 in which the intensity of the received wave peaks after the multiple reflected wave exceeds the threshold value, and a phase difference in which the intensity of the received wave peaks again after the intensity of the received wave decreases.
- ⁇ 1 the obstacle height h and the obstacle distance L are derived using the above equations 3 to 6.
- the control unit 100 derives the angle ⁇ 1 based on the above equation 3 by using the phase difference ⁇ 1 of the received wave. Then, the control unit 100 derives the obstacle distance L based on the above equation 5 by using the derived angle ⁇ 1 and the known sensor mounting height H. Subsequently, the control unit 100 derives the angle ⁇ 2 based on the above equation 4 by using the phase difference ⁇ 2 of the received wave. Then, the control unit 100 derives the obstacle height h based on the mathematical formula 6 by using the derived angle ⁇ 2, the obstacle distance L, and the known sensor mounting height H. As a result, the obstacle distance L and the obstacle height h are derived.
- control unit 100 performs a predetermined process based on the derived obstacle distance L and the obstacle height h.
- control unit 100 is appropriately connected to each unit for performing parking support control, such as a brake unit, a power train unit, and a steering unit mounted on the vehicle 1.
- the predetermined parking support control includes, for example, a process of detecting a parking space, an angle adjustment process of changing the direction of the vehicle for parking the vehicle in the detected parking space, a parking process of parking the vehicle in the detected parking space, and the like. Is.
- the control unit 100 controls the ultrasonic sensor 10 in step S101 to transmit a pulsed exploration wave.
- step S102 the control unit 100 determines whether or not the reverberation period due to the transmission of the exploration wave has elapsed. Then, when the control unit 100 determines that the reverberation period has not elapsed (that is, step S102: NO), the control unit 100 performs the process of step S102 again. That is, the control unit 100 waits until the reverberation period elapses.
- the reverberation period is a period during which the vibration of the ultrasonic element 25 remains due to the transmission of the exploration wave.
- step S102 determines that the reverberation period has elapsed.
- step S103 determines whether or not a received wave equal to or greater than the threshold value has been received.
- step S104 determines in step S104 whether or not the predetermined period has elapsed.
- the predetermined period is set according to the desired detection range of the obstacle 200 and the like. For example, when the detection range is 5 m, the control unit 100 is set to 30 msec based on (5 ⁇ 2) / sound velocity.
- step S104 determines that the predetermined period has not elapsed (that is, step S104: NO)
- the control unit 100 performs the processing of step S103 and subsequent steps again. That is, when the control unit 100 does not receive the received wave equal to or larger than the threshold value, the control unit 100 repeats the processes after step S103 until a period in which the received wave may be received.
- step S104 determines that the predetermined period has elapsed (that is, step S104: YES)
- the control unit 100 ends the process.
- step S103 determines whether or not there is a phase difference between the received waves received by each ultrasonic element 25 in step S105. Is determined. That is, the control unit 100 determines whether the received received wave is a specular reflected wave or a multiple reflected wave. When the control unit 100 determines that the received received wave has no phase difference (that is, step S105: NO), the received wave is a specular reflected wave, and therefore, in step S106, a tall obstacle is present. Determined to exist.
- the control unit 100 derives the obstacle distance L in step S107.
- the control unit 100 derives the obstacle distance L based on the time from the transmission of the exploration wave to the reception of the received wave and the speed of sound.
- the control unit 100 determines that a tall obstacle is present at the obstacle distance L, and continues vehicle control.
- step S105 when the control unit 100 determines in step S105 that the received received wave has a phase difference (that is, step S105: YES), the received wave is a multiple reflected wave, so that it is low in step S109. It is determined that there is a back obstacle.
- the ultrasonic sensor 10 can receive multiple reflected waves even when the obstacle 200 is a tall obstacle. However, in the case of a tall obstacle, the ultrasonic sensor 10 receives the specular reflected wave before the multiple reflected wave. Then, when the control unit 100 determines that a signal equal to or higher than the threshold value of the received wave is received in step S103 in the case of a tall obstacle, it determines that there is no phase difference in step S105, and steps S106 and subsequent steps. Process is performed to end this process. Therefore, it is determined in step S105 that there is a phase difference only in the case of a low-profile obstacle.
- the control unit 100 derives the obstacle distance L and the obstacle height h in step S110.
- the obstacle distance L and the obstacle height h are derived by using the phase difference ⁇ 1 and the phase difference ⁇ 2 of the received wave and the above equations 3 to 6.
- step S111 the control unit 100 determines whether or not the obstacle height h is less than the height that the vehicle 1 can overcome. Then, when the control unit 100 determines that the height is less than the height that can be overcome (that is, step S111: YES), the control unit 100 determines in step S112 that a low-profile obstacle exists at the obstacle distance L. Continue vehicle control.
- the height that can be overcome is appropriately set according to the vehicle type and the like, and is set to, for example, 5 cm. Further, examples of the 5 cm obstacle include bumps and the like.
- step S111 determines that the height is not overcomeable (that is, step S111: NO)
- the control unit 100 determines in step S113 whether or not the obstacle height h is the height at which the bottom surface of the vehicle body contacts. For example, the control unit 100 determines whether or not the obstacle height h is the height at which the bumper of the vehicle body contacts in order to determine whether or not the bottom surface of the vehicle body is in contact with the bottom surface. In this case, the control unit 100 determines, for example, whether or not the obstacle height h is less than 20 cm.
- step S113 the control unit 100 parks according to the parking mode. For example, the control unit 100 determines in step S114 whether or not to parallel park. Then, when the control unit 100 determines that parallel parking is to be performed (that is, step S114: YES), in step S115, the vehicle 1 is brought close to the obstacle 200 so as to be along the obstacle 200, and the vehicle 1 is moved. The process for parking is performed and the process is completed. In this case, the obstacle 200 becomes, for example, a curb.
- step S114 determines that parallel parking is not performed (that is, step S114: NO), that is, when it is determined that parallel parking is performed, the vehicle hits the obstacle 200 with the tire in step S116.
- the process for parking 1 is performed and the process is completed.
- the obstacle 200 is, for example, a bollard.
- Parallel parking is a parking mode in which the own vehicle is parked so that the parked vehicle and the own vehicle are arranged along the width direction of the own vehicle.
- Parallel parking is a parking mode in which the own vehicle is parked so that the parked vehicle and the own vehicle are arranged along the front-rear direction of the own vehicle.
- control unit 100 determines that the obstacle height h is the height at which the bottom surface of the vehicle body contacts (that is, step S113: NO), the control unit 100 performs the same processing as in step S108 and ends the processing.
- the control unit 100 derives the obstacle distance L and the obstacle height h by using the phase differences ⁇ 1 and ⁇ 2 of the received waves received by the plurality of ultrasonic elements 25.
- the obstacle 200 is a tall obstacle, no phase difference occurs in the received waves received by the plurality of ultrasonic elements 25. Therefore, the control unit 100 mistakenly considers the obstacle 200 to be a high-back obstacle even when a plurality of low-back obstacles having different distances from the ultrasonic sensor 10 are close to each other as the obstacle 200. It is possible to suppress detection.
- the control unit 100 controls the vehicle according to the height h of the obstacle, so that the vehicle control can be suitably executed.
- the ultrasonic sensor 10 is a MEMS type configured by using the sensor substrate 24. Therefore, mass production can be facilitated.
- the distance d between the centers of the adjacent ultrasonic elements 25 is less than half of the wavelength of the exploration wave. Therefore, it is possible to suppress the binarization of the orientation with respect to a certain phase difference, and it is possible to suppress the decrease in the detection range.
- the number of ultrasonic elements 25 or the number of ultrasonic elements 25 to which a driving voltage is applied is adjusted so as to have a predetermined directivity angle. Therefore, it is possible to obtain an ultrasonic sensor 10 that realizes a desired directivity angle.
- the ultrasonic sensor 10 When a lead-free piezoelectric ceramic such as scandium aluminum nitride or aluminum nitride is used as the piezoelectric film 28b of the ultrasonic sensor 10, the ultrasonic sensor 10 with reduced impact on the environment can be realized.
- a lead-free piezoelectric ceramic such as scandium aluminum nitride or aluminum nitride is used as the piezoelectric film 28b of the ultrasonic sensor 10
- the second embodiment will be described.
- the obstacle distance L to the low-back obstacle and the obstacle height h are derived by another method from the first embodiment. Others are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted here.
- the relationship between the obstacle distance L, the phase difference ⁇ 1, the phase difference ⁇ 2, and the obstacle height h is measured in advance. These relationships are known. Then, in the control unit 100, as shown in FIG. 14, information regarding the relationship between the obstacle distance L, the phase difference, and the obstacle height h is stored in the storage unit. In FIG. 14, the reflected wave from the boundary portion 201, the reflected wave from the upper end 202 when the obstacle height h is 0.1 m, and the upper end 202 when the obstacle height h is 0.2 m. Only the reflected wave of is shown. However, in reality, the information up to the sensor mounting height H is stored in more detail. Further, FIG. 14 shows the result when the sensor mounting height H is 0.5 m.
- step S110 when the control unit 100 derives the obstacle distance L and the obstacle height h in step S110, the phase difference ⁇ 1 and ⁇ 2 of the received waves received by each ultrasonic element 25 and the map of FIG. 14 are obtained.
- the obstacle distance L and the obstacle height h are derived with reference to this.
- the phase difference ⁇ 1 is the phase difference when the reflected wave from the boundary portion 201 is received. Therefore, the control unit 100 derives the obstacle distance L by using the phase difference ⁇ 1 and the map. Further, the phase difference ⁇ 2 is the phase difference when the reflected wave reflected by the upper end 202 of the obstacle 200 is received. Therefore, the control unit 100 derives the obstacle height h using the phase difference ⁇ 2, the map, and the derived obstacle distance L.
- the control unit 100 derives the obstacle distance L from the phase difference ⁇ 1 using the above equations 3 and 5, and derives the obstacle height h using the obstacle distance L, the phase difference ⁇ 2, and the map. You may do so. That is, the obstacle distance L and the obstacle height h may be derived by appropriately combining the first embodiment and the second embodiment.
- the third embodiment will be described.
- the obstacle distance L to the low-profile obstacle is derived by another method with respect to the first embodiment.
- Others are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted here.
- the distance a, the distance b, and the distance c are represented by the following mathematical formulas 7 to 9.
- the obstacle distance L is also shown by the following mathematical formula 10. Therefore, in the process of step S110, the control unit 100 of the present embodiment derives the angle ⁇ 1, the angle ⁇ 2, and the obstacle height h using the above formulas 3 to 5, and then uses the above formulas 7 to 9 to derive the distance. a, the distance b, and the distance c are derived, and the obstacle distance L is derived using the above equation 10.
- the obstacle distance L is derived using the phase difference ⁇ 1, the phase difference ⁇ 2, the obstacle height h, the distance a, the distance b, and the distance c, the same as in the first embodiment.
- the effect of can be obtained.
- the obstacle distance L is derived by a plurality of methods with respect to the first embodiment, and a predetermined process is performed assuming that the obstacle 200 exists between the derived obstacle distances L. It is something like that. Others are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted here.
- step S105 determines in step S105 that the received wave has a phase difference (that is, step S105: YES)
- step S110 determines in step S110 that the received wave has a phase difference (that is, step S105: YES)
- step S110 the obstacle distance L and the obstacle height Derivation of h.
- the control unit 100 derives the obstacle distance L by using the mathematical formulas 7 to 10 described in the third embodiment.
- step S117 the control unit 100 uses the ToF (abbreviation of Time of flight) method using the propagation time from transmitting the exploration wave to receiving the received wave having a phase difference of ⁇ 1 and the speed of sound.
- the obstacle distance L is derived. Specifically, the control unit 100 derives the obstacle distance L by (propagation time / 2) ⁇ sound velocity ⁇ cos ⁇ 1.
- step S118 the control unit 100 determines that the obstacle 200 exists between the obstacle distance L derived in step S110 and step S117, and executes the subsequent processing in step S111 and subsequent steps.
- the control unit 100 when the obstacle 200 is a low-profile obstacle, the control unit 100 derives the obstacle distance L using the phase difference in step S110 and ToF in step S117.
- the obstacle distance L is derived by the method. Then, the control unit 100 determines that the obstacle 200 exists between the two derived obstacle distances L, and executes the control of the vehicle 1. Therefore, the safety can be further improved.
- step S110 if the obstacle distance L is derived using the phase difference, the obstacle distance L may be derived by another method.
- the control unit 100 may derive the obstacle distance L by the method of the first embodiment, or may derive the obstacle distance L by the method of the second embodiment.
- the road surface 300 may be inclined with respect to the horizontal direction.
- the distance that the vehicle 1 actually travels to the obstacle 200 is the distance La along the inclined road surface 300. Therefore, in the present embodiment, the corrected obstacle distance La is derived in consideration of the inclination of the road surface 300.
- the distance between the virtual horizontal plane 401 passing through the ultrasonic sensor 10 and the portion of the road surface 300 where the obstacle 200 is arranged is defined as the distance Ha. Further, the distance from the ultrasonic sensor 10 to the obstacle 200 along the virtual horizontal plane 401 is defined as the horizontal distance L. Further, the angle between the virtual horizontal plane 401 and the propagation path of the exploration wave and the reflected wave reflected at the boundary portion 201 is defined as the angle ⁇ 1. Then, the angle between the virtual road surface 402 assuming that the road surface 300 is a horizontal plane and the road surface 300 is defined as the angle ⁇ 3.
- the control unit 100 calculates the corrected obstacle distance La as follows. That is, the control unit 100 first derives the angle ⁇ 1 from the phase difference ⁇ 1 using the above mathematical formula 3. Further, the control unit 100 is the distance between the ultrasonic sensor 10 and the boundary portion 201 from the propagation time from the transmission of the exploration wave to the reception of the received wave having the phase difference ⁇ 1 and the speed of sound (L 2). + Ha 2 ) 1/2 is derived.
- the control unit 100 derives the horizontal distance L to the obstacle 200 based on the derived angle ⁇ 1 and the distance to the boundary portion 201.
- the distance between the road surface 300 of the portion where the obstacle 200 is arranged and the virtual road surface 402 is indicated by H-Ha. Therefore, the angle ⁇ 3 is represented by the following mathematical formula 11.
- step S105 determines in step S105 that there is a phase difference in the received wave (that is, step S105: YES), in step S119, as described above, the correction obstacle is added in consideration of the inclination of the road surface 300.
- the distance La is derived.
- the control unit 100 derives the obstacle height h by using the derived correction obstacle distance La and the above equation 7.
- the corrected obstacle distance La and the obstacle height h are derived in consideration of the inclination of the road surface 300, so that the detection accuracy can be further improved. Further, in the present embodiment, since the inclination of the road surface 300 (that is, the angle ⁇ 3) is derived, the inclination can be further applied to other devices (for example, image detection) in vehicle control. The efficiency of vehicle control can be improved.
- the slope of the road surface 300 is derived together with the phase difference of the received wave. Therefore, by adding the slope of the road surface 300 (that is, the slope of the road surface 300 is different), the height (phase difference) of the road surface 300 peaks at a low-back obstacle as shown in FIG. It has a shape to have. Therefore, according to the present embodiment, even when the reflected wave of the road surface 300 is strong, it is possible to suppress erroneous detection.
- FIGS. 20A to 20F are simulations when the sensor mounting height H is 45 cm, the obstacle distance L is 75 cm, a drive voltage of 10 KHz is applied to the sound source, and the sound source is set to a low sound source to lose directivity. The result.
- the lower the obstacle height h the lower the intensity when the reflected wave reflected by the upper end 202 of the obstacle 200 is received. That is, the lower the obstacle height h, the smaller the SN ratio, which is the ratio of the signal and the noise, and the lower the sensitivity.
- the control unit 100 directs the exploration wave transmitted from the ultrasonic sensor 10 by controlling the phase of the drive voltage (that is, the AC voltage) applied to each ultrasonic element 25.
- the axis D is changed. Specifically, as shown in FIG. 21, the control unit 100 transmits the exploration wave so that the directional axis D is inclined toward the road surface 300 with respect to the horizontal direction.
- the strength of the received wave can be increased and the sensitivity can be improved.
- FIGS. 22A and 22B the lower the sensor mounting height H, the larger the phase difference tends to be, so that the sensitivity can be improved.
- the ultrasonic sensor 10 is mounted at a height of 45 cm or more in consideration of the reflected wave from the road surface 300, which is sufficient. In some cases, it was not possible to exert a high sensitivity.
- FIG. 22A shows a simulation result when a reflected wave from an obstacle 200 having an obstacle distance L of 3 m is received
- FIG. 22B shows a reflected wave from a road surface 300 at a position 5 m from the ultrasonic sensor 10. It is a simulation result when is received.
- the obstacle distance L is derived by using the phase difference of the received wave. Then, the phase difference becomes extremely large when the reflected wave reflected by the obstacle 200 is received as shown in FIG. 22A than when the reflected wave reflected by the road surface 300 is received as shown in FIG. 22B. ..
- the sensor mounting height H can be arranged at a sufficiently low position.
- the sensor mounting height H can be the height when mounted on a portion of 20 cm that can be the most road surface 300 side portion in a general vehicle body.
- the sensor mounting height H can be set to a position of 40 cm or less so that a sufficient sensitivity can be exhibited as compared with the ultrasonic sensor 10 in the conventional obstacle detection device. That is, in the present embodiment, the sensor mounting height H is 20 cm or more and 40 cm or less.
- the control unit 100 compares the phase difference with a predetermined threshold value and determines that the phase difference is larger than the threshold value (that is, it is not a reflected wave from the road surface 300), the control unit 100 determines that the obstacle is a low-back obstacle. You may try to do it.
- the ultrasonic sensor 10 has a sensor mounting height H of 20 cm or more and 40 cm or less. Therefore, the sensitivity can be further improved.
- a temperature-sensitive resistor 50 whose resistance value changes according to the ambient temperature is formed on one surface 24a of the sensor substrate 24.
- the control unit 100 is also connected to the temperature-sensitive resistor 50, and derives the obstacle distance L and the obstacle height h in consideration of the resistance value change (that is, the detection result) of the temperature-sensitive resistor 50. That is, the control unit 100 derives the obstacle distance L and the obstacle height h in consideration of the ambient temperature.
- the control unit 100 derives the obstacle distance L to the tall obstacle as the obstacle 200 in step S107, the control unit 100 derives the obstacle distance L in consideration of the temperature. Further, when the control unit 100 derives the obstacle distance L and the obstacle height h to the low-back obstacle as the obstacle 200 in step S110, the above equations 3 to 6 are performed in consideration of the temperature. By calculating, the obstacle distance L and the obstacle height h are derived.
- the detection accuracy of the obstacle 200 can be further improved.
- the ultrasonic element 25 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of piezoelectric elements 28 on the recess 31 formed in the support member 30. .. Specifically, in the present embodiment, the back surface electrode 28a is directly formed on the recess 31 of the support member 30, and the sensor substrate 24 is not provided.
- the piezoelectric element 28 has a bulk shape in which the piezoelectric film 28b is sufficiently thicker than that of the first embodiment.
- the ultrasonic element 25 is configured by such a piezoelectric element 28, and the transducer unit 20 is configured by providing a plurality of the ultrasonic elements 25.
- the back surface electrode 28a and the front surface electrode 28c are electrically connected to the pad portion 34 formed on the support member 30 via the bonding wire 35.
- the ultrasonic element 25 is composed of the bulk piezoelectric element 28, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
- the distance d between the adjacent ultrasonic elements 25 may be half or more of the wavelength of the exploration wave.
- the ultrasonic sensor 10 may have a sensor mounting height H of 40 cm or more.
- the second embodiment may be applied to the third to ninth embodiments, and the obstacle distance L and the obstacle height h may be derived using a map.
- the third embodiment may be applied to the fourth to ninth embodiments, and the obstacle distance L may be derived using the distance a, the distance b, and the distance c.
- the fourth embodiment is applied to the fifth to ninth embodiments, and the obstacle distance L is derived using the phase difference of the received wave and the propagation time, respectively, and between the two derived obstacle distances L. It may be determined that the obstacle 200 exists.
- the fifth embodiment may be applied to the sixth to ninth embodiments, and the corrected obstacle distance La may be derived in consideration of the inclination of the road surface 300.
- the sixth embodiment may be applied to the seventh to ninth embodiments so that the directional axis D of the exploration wave transmitted from the ultrasonic sensor 10 is tilted toward the road surface 300.
- the seventh embodiment may be combined with the eighth and ninth embodiments, and the sensor mounting height H may be 20 cm or more and 45 cm or less.
- the eighth embodiment may be combined with the ninth embodiment so that the ultrasonic sensor 10 is provided with a temperature-sensitive resistor 50. Then, the combination of the above embodiments may be further combined, and the combination method can be appropriately changed.
- each of the above embodiments the case where the obstacle 200 has a convex structure protruding from the road surface 300 has been described. However, each of the above embodiments can be applied even when the obstacle 200 has a concave structure such as a groove.
- a groove having a concave structure is formed on the road surface 300 as an obstacle 200.
- the depth of the groove is shallower than the width.
- the depth of the groove portion is the length in the vertical direction of the paper surface in FIG. 25, and the width of the groove portion is the length in the horizontal direction of the paper surface in FIG. 25.
- the upper end corner of the groove on the vehicle side is designated as the point P1
- the virtual line connecting the ultrasonic sensor 10 and the point P1 is designated as the virtual line K1
- the intersection of the virtual line K1 and the groove is designated as the point P2.
- the upper end corner of the groove on the opposite side of the vehicle 1 is designated as the point P3
- the lower end corner of the groove on the opposite side of the vehicle 1 is designated as the point P4.
- the ultrasonic sensor 10 receives the reflected wave in the order of the shortest propagation path of the exploration wave and the reflected wave. Specifically, as shown in FIGS. 26 and 27, the ultrasonic sensor 10 receives the reflected waves reflected at the points P1, the point P2, the points P3, and the points P4 in order at the portion where the groove is formed. To do.
- the solid line shows the relationship between the propagation distance when the groove portion as the obstacle 200 is formed and the intensity of the received wave
- the broken line shows the propagation when the obstacle 200 is not formed. It shows the relationship between the distance and the intensity of the received wave.
- the relationship between the propagation distance and the intensity of the received wave when the obstacle 200 is not formed here is the relationship when it is assumed that the reflected wave reflected by the virtual horizontal plane passing through the points P1 and P3 is received. That is.
- the intensity of the received wave becomes smaller as the distance increases in the absence of the obstacle 200.
- the reflected wave is obstructed by the side wall of the groove portion or the like, so that the wave is once sharply lowered with the point P1 as the boundary.
- the ultrasonic sensor 10 also receives reflected waves from portions where the grooves are not formed and the distances are the same. Therefore, the intensity of the received wave does not become zero.
- the intensity of the received wave becomes the same value as when the obstacle 200 does not exist at the point P2, increases at the upper end corner of the point P3, and then increases at the lower end corner of the point P4 due to the influence of the multiple reflected waves. It gets even bigger.
- the phase difference of the received wave becomes smaller as the distance increases in the absence of the obstacle 200.
- the solid line shows the relationship between the propagation distance and the phase difference of the received wave when the groove portion as the obstacle 200 is formed.
- the broken line shows the relationship between the propagation distance and the phase of the received wave when it is assumed that the reflected wave reflected by the virtual horizontal plane passing through the points P1 and P3 is received.
- the alternate long and short dash line shows the relationship between the propagation distance and the phase difference of the received wave when it is assumed that the reflected wave reflected by the virtual horizontal plane passing through the point P2 and the point P4 is received.
- the phase difference when the reflected wave from the point P1 and the point P2 is received is the same because the point P1 and the point P2 are located on the common virtual line K1.
- the phase difference when the reflected wave from the point P1 and the point P3 is received matches the phase difference when the reflected wave reflected on the virtual horizontal plane passing through the point P1 and the point P3 is assumed to be received (that is,). It coincides with the broken line in FIG. 28).
- the phase difference when the reflected waves from the points P2 and P4 are received coincides with the phase difference when the reflected waves reflected in the virtual horizontal plane passing through the points P2 and P4 are assumed to be received (that is,). , Consistent with the alternate long and short dash line in FIG. 28). That is, when the groove is formed, the phase difference of the received wave becomes a waveform that sharply increases at the points P2 and P4.
- a groove having a depth deeper than the width may be formed as an obstacle 200 on the road surface 300.
- the upper end corner of the groove on the vehicle side is set as the point P1
- the virtual line connecting the ultrasonic sensor 10 and the point P1 is set as the virtual line K1
- the intersection of the virtual line K1 and the groove is set as the virtual line K1.
- the point P2 the upper end corner of the groove on the opposite side of the vehicle 1
- the point P4 is a point between the point P3 and the point P4.
- the ultrasonic sensor 10 receives the reflected wave in the order of the shortest propagation path of the exploration wave and the reflected wave. Specifically, as shown in FIGS. 30 and 31, the ultrasonic sensor 10 receives the reflected waves reflected at the points P1, the point P3, the points P2, and the points P4 in order at the portion where the groove is formed. To do.
- the solid line shows the relationship between the propagation distance when the groove portion as the obstacle 200 is formed and the intensity of the received wave
- the broken line shows the propagation when the obstacle 200 is not formed. It shows the relationship between the distance and the intensity of the received wave.
- the relationship between the propagation distance and the intensity of the received wave when the obstacle 200 is not formed here is the relationship when it is assumed that the reflected wave reflected by the virtual horizontal plane passing through the points P1 and P3 is received. That is.
- the intensity of the received wave becomes smaller as the distance increases in the absence of the obstacle 200.
- the reflected wave is obstructed by the side wall of the groove portion or the like, so that the wave is once sharply lowered with the point P1 as the boundary.
- the ultrasonic sensor 10 also receives reflected waves from portions where the grooves are not formed and the distances are the same. Therefore, the intensity of the received wave does not become zero.
- the intensity of the received wave becomes the same value as when the obstacle 200 does not exist at the point P2 after increasing at the upper end corner of the point T3, and then at the lower end corner of the point P4 due to the influence of the multiple reflected waves. It gets even bigger.
- the phase difference of the received wave becomes smaller as the distance increases in the absence of the obstacle 200.
- the solid line shows the relationship between the propagation distance and the phase of the received wave when the groove portion as the obstacle 200 is formed.
- the broken line shows the relationship between the propagation distance and the phase of the received wave when it is assumed that the reflected wave reflected by the virtual horizontal plane passing through the points P1 and P3 is received.
- the one-point chain line shows the relationship between the propagation distance and the phase of the received wave when it is assumed that the reflected wave reflected by the virtual horizontal plane parallel to the virtual horizontal plane passing through the point P4 and passing through the points P1 and P3 is received. ..
- the phase difference when the reflected wave from the point P1 and the point P2 is received is the same because the point P1 and the point P2 are located on the common virtual line K1.
- the phase difference when the reflected wave from the point P1 and the point P3 is received matches the phase difference when the reflected wave reflected on the virtual horizontal plane passing through the point P1 and the point P3 is assumed to be received (that is,). It coincides with the broken line in FIG. 32).
- the phase difference when the reflected wave from the point P4 is received coincides with the phase difference when the reflected wave reflected by the virtual horizontal plane passing through the point P4 is assumed to be received (that is, the alternate long and short dash line in FIG. 32). Matches). That is, when the groove is formed, the phase difference of the received wave becomes a waveform that sharply increases at the points P2 and P4.
- the phase difference of the received wave received by the ultrasonic sensor 10 is steep because the reflected wave in the concave structure is received as shown in FIGS. 28 and 32.
- the waveform has an increasing portion.
- the phase difference of the received wave received by the ultrasonic sensor 10 is a portion where the phase difference sharply decreases because the reflected wave in the convex structure is received. It becomes a waveform having.
- the control unit 100 can easily determine whether the obstacle 200 has a convex structure or a concave structure by considering how the phase difference fluctuates.
- the controls and methods thereof described in the present disclosure are realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. May be done.
- the controls and methods thereof described in the present disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by configuring the processor with one or more dedicated hardware logic circuits.
- the control unit and method thereof described in the present disclosure may be a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor composed of one or more hardware logic circuits. It may be realized by one or more dedicated computers configured.
- the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
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Abstract
車両のうちの路面からの高さが所定位置となる部分に備えられ、車両の外側に向けて探査波を送信すると共に、探査波が障害物で反射した反射波を受信波として受信する複数の超音波素子が形成された超音波センサと、受信波に基づき、障害物までの距離である障害物距離および障害物の高さである障害物高さを導出して所定の処理を行う制御部と、を備える。そして、制御部は、障害物距離および障害物高さを導出する場合、複数の超音波素子が受信する受信波の強度、および複数の超音波素子が受信する受信波の位相差に基づいて障害物距離および障害物高さを導出する。
Description
本出願は、2019年12月4日に出願された日本特許出願番号2019-219746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、超音波センサを用いた障害物検知装置に関する。
従来より、超音波センサを用いた障害物検知装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、この障害物検知装置では、車両の所定高さの位置に超音波センサが備えられている。
そして、障害物検知装置は、超音波センサが探査波を送信した後に受信波を受信すると、受信波に含まれる極大ピークの個数に基づいて障害物の高さを判定している。詳しくは、障害物検知装置は、受信波に含まれる極大ピークが複数ある場合、障害物は超音波センサが備えられている位置以上の高さを有する高背物障害物(以下では、単に高背物障害物ともいう)と判定する。障害物検知装置は、受信波に含まれる極大ピークが1つである場合、障害物は超音波センサが備えられている位置未満の高さを有する低背物障害物(以下では、単に低背物障害物ともいう)であると判定する。なお、高背物障害物は、例えば、壁等であり、低背物障害物は、例えば、縁石や車止め等である。
そして、障害物検知装置は、超音波センサが探査波を送信した後に受信波を受信すると、受信波に含まれる極大ピークの個数に基づいて障害物の高さを判定している。詳しくは、障害物検知装置は、受信波に含まれる極大ピークが複数ある場合、障害物は超音波センサが備えられている位置以上の高さを有する高背物障害物(以下では、単に高背物障害物ともいう)と判定する。障害物検知装置は、受信波に含まれる極大ピークが1つである場合、障害物は超音波センサが備えられている位置未満の高さを有する低背物障害物(以下では、単に低背物障害物ともいう)であると判定する。なお、高背物障害物は、例えば、壁等であり、低背物障害物は、例えば、縁石や車止め等である。
また、障害物検知装置は、超音波センサが探査波を送信した後に受信波を受信すると、探査波を送信してから受信波を受信するまでの時間に基づいて障害物までの障害物距離を導出する。
しかしながら、上記障害物検知装置について本発明者らが検討したところ、超音波センサから距離の異なる複数の低背物障害物が近接して配置されている場合、探査波が各低背物障害物で反射すると、受信波には複数の極大ピークが含まれることが確認された。このため、上記のような障害物検知装置は、複数の低背物障害物が近接して配置されている場合等は、高背物障害物が存在すると誤検知してしまう可能性がある。
本開示は、検知精度の向上を図ることができる障害物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、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は、車両のうちの路面からの高さが所定位置となる部分に備えられ、車両の外側に向けて探査波を送信すると共に、探査波が障害物で反射した反射波を受信波として受信する複数の超音波素子が形成された超音波センサと、受信波に基づき、障害物までの距離である障害物距離および障害物の高さである障害物高さを導出して所定の処理を行う制御部と、を備え、制御部は、障害物距離および障害物高さを導出する場合、複数の超音波素子が受信する受信波の強度、および複数の超音波素子が受信する受信波の位相差に基づいて障害物距離および障害物高さを導出するようにしている。
ここで、複数の超音波素子が受信波を受信する場合、高背物障害物で反射した反射波を受信すると位相差が発生していない反射波も受信し、低背物障害物で反射した反射波を受信すると位相差が発生した反射波のみを受信する。このため、制御部が位相差に基づいて障害物高さを導出するようにすることにより、障害物として超音波センサから距離の異なる複数の低背物障害物が近接して存在する場合においても、障害物を高背物障害物であると誤検知してしまうことを抑制できる。したがって、検知精度の向上を図ることができる。
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、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一例を示すものである。
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、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の障害物検知装置は、車両に搭載されて当該車両の周囲に存在する障害物を検知するのに利用される。以下では、本実施形態の障害物検知装置を駐車支援装置に利用した例について説明する。
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の障害物検知装置は、車両に搭載されて当該車両の周囲に存在する障害物を検知するのに利用される。以下では、本実施形態の障害物検知装置を駐車支援装置に利用した例について説明する。
本実施形態では、障害物検知装置は、図1に示されるように、車両1に備えられる超音波センサ10と、超音波センサ10と接続される制御部100とを備えている。なお、本実施形態では、車両1は、例えば、いわゆる四輪自動車であり、平面視にて略矩形状の車体と、車体に備えられるタイヤとを備えた構成とされている。また、図1では、超音波センサ10は、車両の右側方および左側方に備えられている図を示しているが、実際には、車両の前方および後方にも備えられている。
超音波センサ10は、超音波である探査波を指向軸に沿って送信するように構成されている。なお、探査波は、超音波センサ10から所定の広がり(すなわち、指向角)で送信される。また、指向軸とは、超音波センサ10から送信される探査波に沿って伸びる仮想直線であって、指向角の基準となるものである。言い換えると、指向軸は、探査波の中心を通る軸である。また、超音波センサ10は、探査波が周囲に存在する障害物で反射された反射波を含む受信波を受信し、受信結果に基づく検知信号を出力するように構成されている。なお、以下では、反射波を受信波として受信することを、単に反射波を受信するともいう。
以下、本実施形態の超音波センサ10の構成について、具体的に説明する。超音波センサ10は、図2に示されるように、トランデューサユニット20、支持部材30、筐体40等を備えている。
トランデューサユニット20は、本実施形態では、支持基板21、埋込絶縁膜22、半導体層23が順に積層されたSOI基板で構成されるセンサ基板24を用いて構成されたMEMS型とされ、複数の超音波素子25を有する構成とされている。なお、SOIは、Silicon on Insulatorの略であり、MEMSは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。以下では、半導体層23のうちの埋込絶縁膜22と反対側の面をセンサ基板24の一面24aとし、支持基板21のうちの埋込絶縁膜22と反対側の面をセンサ基板24の他面24bとして説明する。
センサ基板24には、他面24b側から凹部26が形成されることにより、複数のダイヤフラム部27が形成されている。本実施形態では、センサ基板24には、ダイヤフラム部27が二次元的に配列されるように、凹部26が形成されている。なお、本実施形態では、凹部26は、埋込絶縁膜22を貫通して半導体層23に達するように形成されており、ダイヤフラム部27は、半導体層23で構成されている。但し、凹部26は、埋込絶縁膜22を残存させるように形成され、ダイヤフラム部27は、埋込絶縁膜22および半導体層23で形成されるようにしてもよい。
そして、各ダイヤフラム部27上には、裏面電極28a、圧電膜28b、表面電極28cが順に積層されて構成される圧電素子28が形成されている。本実施形態では、このようにしてセンサ基板24に複数の超音波素子25が形成されている。つまり、本実施形態の超音波素子25は、PMUTとして構成されている。PMUTはPiezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducersの略である。
なお、本実施形態では、各圧電素子28の裏面電極28aは、一体化されて共通のグランド電位が印加されるようになっている。また、圧電膜28bは、窒化スカンジウムアルミニウム(ScAlN)、窒化アルミニウム(AlN)等の鉛を有しない圧電セラミックス、またはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の鉛を含むが汎用性の高い圧電セラミックスで構成されている。そして、圧電膜28bは、ダイヤフラム部27上に、ダイヤフラム部27と同等の平面形状となるように形成されている。
各超音波素子25は、上記のように、ダイヤフラム部27が二次元的に形成されているため、二次元的に配置された状態となる。そして、各超音波素子25は、後述するボンディングワイヤ35や接続端子36等を介し、図3に示されるように、それぞれが制御部100と接続される。なお、図3は、超音波素子25をセンサ基板24の面方向における一方向に4個形成する共に、当該一方向と直交する方向に4個形成した例である。
この場合、超音波素子25は、図2および図3に示されるように、隣合う超音波素子25の中心の間隔を間隔dとすると、ある位相差に対して方位が2値化しないように、間隔dが探査波の波長の半分未満とされていることが好ましい。なお、隣合う超音波素子25の中心の間隔とは、言い換えると、隣合うダイヤフラム部27の中心の間隔のことである。
また、センサ基板24の一面24aには、図2に示されるように、裏面電極28aや表面電極28cと電気的に接続されるパッド部29が形成されている。
このような超音波素子25は、圧電素子28に交流電圧である駆動電圧が印加されると、ダイヤフラム部27が超音波振動して探査波を送信する。なお、本実施形態では、後述するように、探査波の指向軸がセンサ基板24の一面24aに対する法線方向(以下では、単にセンサ基板24の法線方向ともいう)と一致するように、各圧電素子28に位相が等しい駆動電圧が印加される。また、超音波素子25は、受信波を受信するとダイヤフラム部27が振動し、当該振動に基づいて圧電素子28に電荷が発生する。このため、超音波素子25は、受信波を受信すると当該受信波に応じた検出信号を出力する。
支持部材30は、トランデューサユニット20を固定して支持する部材である。本実施形態では、支持部材30は、多層基板やプリント基板等で構成され、特に図示しないが、信号処理のための各種回路部品が実装されていてもよい。
また、本実施形態の支持部材30は、凹部31と、当該凹部31を囲むように形成された凸部32とを有する形状とされている。そして、凹部31には、センサ基板24の他面24bが凹部31の底面と対向するように、上記センサ基板24が接合部材33を介して搭載されている。なお、接合部材33は、シリコーン系等の接着剤等が用いられる。
支持部材30の凸部32には、パッド部34が形成されている。そして、このパッド部34は、センサ基板24に形成されたパッド部29とボンディングワイヤ35を介して電気的に接続されている。
さらに、支持部材30には、凸部32およびパッド部34を貫通するように、金属製の接続端子36が配置されている。そして、接続端子36は、はんだ等の接合部材37が形成されることにより、支持部材30に機械的に接続されると共に、パッド部34と電気的に接続される。これにより、各超音波素子25がパッド部29、34を介して接続端子36と接続される。また、パッド部34上には、ボンディングワイヤ35と接続される部分と接合部材37と接続される部分の間に、ソルダーレジスト38が配置されている。
筐体40は、金属等で構成されており、支持部材30に備えられる接続端子36の数に対応する複数の貫通孔41が形成されている。そして、支持部材30は、接続端子36が貫通孔41を貫通するように、筐体40上に接合部材42を介して配置されている。なお、貫通孔41には、接続端子36と筐体40とを絶縁するための図示しない絶縁部材が充填されている。また、接合部材42は、シリコーン系接着剤等が用いられ、絶縁部材は、エポキシ樹脂や封止ガラス等が用いられる。
以上が本実施形態における超音波センサ10の構成である。ここで、上記のような超音波センサ10は、図4に示されるように、超音波素子25の数を変更することによって指向角を容易に変更できることが確認される。具体的には、超音波センサ10は、超音波素子25の数が多くなるほど指向角を狭くでき、超音波素子25の数が少なくなるほど指向角を広くすることができる。また、超音波センサ10は、超音波素子25の数を増加するほど音圧を高くでき、遠方の障害物まで検出することができるようになる。
このため、超音波センサ10は、取り付けられる高さや検出範囲等に基づき、形成される超音波素子25の数が適宜変更されることが好ましい。この場合、超音波素子25を多数形成しておき、通電する超音波素子25の数を制御することにより、探査波の指向角が調整されるようにしてもよい。
そして、このような超音波センサ10は、車両1に備えられる際、センサ基板24の法線方向が水平方向と平行となるように備えられる。つまり、超音波センサ10は、指向軸が法線方向と一致する場合、指向軸が水平方向と平行となるように備えられる。なお、水平方向とは、水平面と平行となる方向のことである。そして、超音波センサ10は、車両1の外側に向けて探査波を送信する。
制御部100は、図示しないCPUや、ROM、RAM、不揮発性RAM等の記憶部を有しており、例えば、車載ECUで構成される。CPUは、Central Processing Unitの略であり、ROMは、Read Only Memoryの略であり、RAMは、Random Access Memoryの略であり、ECUは、Electronic Control Unitの略である。
そして、制御部100は、CPUがROM、または不揮発性RAMからプログラム(すなわち、後述の各ルーチン)を読み出して実行することで各種の制御作動を実現する。なお、ROM、または不揮発性RAM等の記憶部には、プログラムの実行の際に用いられる各種のデータ(例えば、初期値、ルックアップテーブル、マップ等)が予め格納されている。また、ROM等の記憶媒体は、非遷移的実体的記憶媒体である。
具体的には、制御部100は、超音波センサ10と接続されている。そして、制御部100は、超音波センサ10を制御し、超音波センサ10から探査波を送信させると共に、探査波を送信させた後の超音波センサ10で受信した受信波に基づき、障害物までの障害物距離Lおよび障害物の障害物高さhを導出して所定の処理を行う。
以下、本実施形態における制御部100が実行する障害物距離Lおよび障害物高さhの導出方法について、図5~図12を参照しつつ説明する。なお、以下では、車両1の右側方に取り付けられた超音波センサ10を用いた導出方法を例に挙げて説明するが、車両1の左側方、前方、後方に取り付けられた超音波センサ10を用いた導出方法も同様である。また、以下では、障害物200が水平面に対して平行な路面300上に存在する例について説明する。つまり、本実施形態では、超音波センサ10(すなわち、車両1)と障害物200との水平方向に沿った距離をLとすると、障害物距離Lは距離Lと等しくなる。また、以下では、路面300から超音波センサ10までの高さ(すなわち、超音波センサ10の取付高さ)をセンサ取付高さHとして説明する。なお、センサ取付高さHは、超音波センサ10が車両1に取り付けられる際に調整される値であり、既知の値となる。
さらに、以下では、超音波センサ10から送信された探査波が障害物200で反射した反射波において、超音波センサ10におけるセンサ基板24の法線方向に沿った反射波を正反射波ともいい、当該法線方向に対して傾いた方向の反射波を多重反射波ともいう。なお、本実施形態では、超音波センサ10は、指向軸がセンサ基板24の法線方向に沿った方向となるように制御されるため、正反射波は、指向軸に沿った反射波であるともいえる。
まず、制御部100は、超音波センサ10に探査波を送信させる。本実施形態では、図5に示されるように、探査波は、指向軸Dが水平方向と平行となるように送信され、指向角は、例えば、±50°程度に調整される。
そして、超音波センサ10は、探査波が障害物200で反射すると、探査波および反射波の伝搬距離が短い順に、反射波を受信する。この場合、図6に示されるように、正反射波が超音波センサ10に達するまでの伝搬距離は、Lとなる。多重反射波として、例えば、障害物200と路面300との境界部で反射した多重反射波が超音波センサ10に達するまでの伝搬距離は、(H2+L2)1/2となる。
このため、超音波センサ10は、障害物200が高背物障害物である場合、L<(H2+L2)1/2であるため、図7に示されるように、正反射を受信した後に多重反射波を受信する。そして、受信波が正反射波である場合、図8に示されるように、各超音波素子25で受信する受信波に位相差が発生しない。したがって、制御部100は、超音波センサ10が所定の閾値以上の強度を有する受信波を受信した際、各超音波素子25で受信した受信波の位相差があるか否かを判定し、位相差がない場合には、障害物200が高背物障害物であると判定する。つまり、障害物高さhがセンサ取付高さH以上であると判定する。また、障害物200が高背物障害物である場合には、探査波を送信してから受信波を受信するまでの時間に基づき、障害物までの障害物距離Lを導出する。
なお、図7中の閾値は、ノイズ等を除外する値に設定され、後述の図11の閾値も同様である。また、図8に示されるように、超音波センサ10が多重反射波を受信した場合、各超音波素子25で受信する受信波には、位相差が発生する。これについては、後述の低背物障害物での多重反射波と同様であるため、纏めて後述する。
障害物200が低背物障害物である場合には、図9に示されるように、超音波センサ10は、正反射波を受信することなく、多重反射波を受信する。この場合、超音波センサ10は、多重反射波において、探査波および反射波の伝搬経路が短い順に、反射波を受信する。
ここで、図10に示されるように、障害物200と路面300との境界部(以下では、単に境界部ともいう)201で反射する反射波を超音波センサ10が受信する場合の伝搬経路を第1伝搬経路R1とする。また、第1伝搬経路R1と路面300との間の角度をθ1とする。同様に、路面300で反射した後に障害物200の上端202で反射する反射波を超音波センサ10が受信する場合の伝搬経路を第2伝搬経路R2とする。また、第2伝搬経路R2のうちの路面300で反射する地点までの伝搬経路と、路面300とのなす角度をθ2とする。さらに、障害物200の上端202で反射した後に路面300で反射する反射波を超音波センサ10が受信する場合の伝搬経路を第3伝搬経路R3とする。なお、第2伝搬経路R2と第3伝搬経路R3との距離は、同じである。
そして、第2伝搬経路R2のうちの路面300で反射する地点と、第2伝搬経路R2との間の角度が90°となる仮想線を基準線Kとする。なお、基準線Kは、第1伝搬経路R1、第2伝搬経路R2、第3伝搬経路R3の距離が等しい部分と異なる部分とを区画する仮想線ということもできる。さらに、第3伝搬経路R3における基準線Kと障害物200の上端202までの距離を距離aとする。第2伝搬経路R2における基準線Kと障害物200の上端202までの距離を距離bとする。第1伝搬経路R1における基準線Kと、境界部201までの距離を距離cとする。そして、上端202を通る水平面を仮想水平面400とする。
この場合、第2伝搬経路R2は、仮想点V1で全反射した場合と同様の距離となり、第3伝搬経路R3は、仮想点V2で全反射した場合と同様の距離となる。そして、第1伝搬経路R1での反射波の伝搬距離は、下記数式1で示され、第2伝搬経路R2での反射波の伝搬距離は、下記数式2で示される。なお、第3伝搬経路R3での反射波の伝搬距離は、上記のように、第2伝搬経路R2での反射波の伝搬距離と同じである。
この場合、第2伝搬経路R2における{-c+(a+b)/2}の項は、負の値となる。このため、第1伝搬経路R1よりも第2伝搬経路R2および第3伝搬経路R3の方が短くなる。また、障害物200の上端202と境界部201との間で反射する反射波を含む伝搬経路の距離は、第1伝搬経路R1と第2、第3伝搬経路R2、R3との間の距離となる。
したがって、超音波センサ10は、図11に示されるように、最初に第2伝搬経路R2および第3伝搬経路R3の反射波を受信し、最後に第1伝搬経路R1の反射波を受信する。そして、図12に示されるように、多重反射波を受信した場合、多重反射波は、超音波センサ10のセンサ基板24の法線方向に対して傾いた方向からの反射波であるため、各超音波素子25で受信する受信波に位相差が発生する。
この場合、第1伝搬経路R1での反射波を受信した場合の位相差をφ1とし、探査波の波長をλとすると、位相差φ1は、下記数式3で示される。同様に、第2伝搬経路R2または第3伝搬経路R3での反射波を受信した場合の位相差をφ2とすると、位相差φ2は、下記数式4で示される。なお、本実施形態では、位相差φ1が第1位相差に相当し、位相差φ2が第2位相差に相当する。また、下記数式3および数式4中のdは、上記した隣合う超音波素子25の中心の間隔である。
そして、境界部201での反射波と路面300との間の角度がθ1であるため、障害物高さhと障害物距離Lを用いると、角度θ1は、下記数式5にて示される。また、上端202を通る仮想水平面400と、第2伝搬経路R2における上端202での反射波との間の角度がθ2で示されるため、角度θ2は、下記数式6にて示される。
したがって、制御部100は、正反射波を受信せずに多重反射波を受信した場合、次のようにして障害物高さhと障害物距離Lを導出する。すなわち、制御部100は、多重反射波が閾値以上となった後の受信波の強度がピークとなる位相差φ2、一旦受信波の強度が減少した後に再び受信波の強度がピークとなる位相差φ1、上記数式3~6を用いて障害物高さhと障害物距離Lを導出する。
具体的は、制御部100は、受信波の位相差φ1を用い、上記数式3に基づいて角度θ1を導出する。そして、制御部100は、導出した角度θ1と、既知のセンサ取付高さHを用い、上記数式5に基づいて障害物距離Lを導出する。続いて、制御部100は、受信波の位相差φ2を用い、上記数式4に基づいて角度θ2を導出する。そして、制御部100は、導出した角度θ2および障害物距離L、既知のセンサ取付高さHを用い、数式6に基づいて障害物高さhを導出する。これにより、障害物距離Lおよび障害物高さhが導出される。
そして、制御部100は、導出された障害物距離Lと、障害物高さhに基づいて、所定の処理を行う。
以上が本実施形態における障害物検知装置の構成である。次に、障害物検知装置における制御部100が実行する処理について、図13を参照しつつ説明する。なお、以下では、障害物検知装置を利用して駐車支援制御を行う例について説明する。また、制御部100は、特に図示しないが、車両1に搭載されているブレーキ部、パワートレイン部、操舵部等の駐車支援制御を行うための各部と適宜接続されている。
そして、制御部100は、例えば、車両1に搭載されている自動駐車スイッチ等が乗員に操作されると、障害物検知を行いつつ、ブレーキ部等を制御して所定の駐車支援制御を行う。所定の駐車支援制御とは、例えば、駐車スペースを検出する処理、検出した駐車スペースに車両を駐車するための車両の向きを変更する角度調整処理、検出した駐車スペースに車両を駐車する駐車処理等である。
まず、制御部100は、ステップS101にて、超音波センサ10を制御し、パルス状の探査波を送信させる。次に、制御部100は、ステップS102にて、探査波を送信したことによる残響期間が経過したか否かを判定する。そして、制御部100は、残響期間が経過していないと判定した場合には(すなわち、ステップS102:NO)、再びステップS102の処理を行う。つまり、制御部100は、残響期間が経過するまで待機する。なお、残響期間とは、探査波を送信したことによって超音波素子25の振動が残存する期間のことである。
制御部100は、残響期間が経過したと判定した場合には(すなわち、ステップS102:YES)、ステップS103にて、閾値以上の受信波を受信したか否かを判定する。そして、制御部100は、閾値以上の受信波を受信していないと判定して場合には(すなわち、ステップS103:NO)、ステップS104にて、所定期間が経過したか否かを判定する。なお、この所定期間は、所望とする障害物200の検知範囲等に応じて設定される。例えば、制御部100は、検知範囲が5mとされる場合には、(5×2)/音速に基づき、30msecに設定される。
制御部100は、所定期間が経過していないと判定した場合には(すなわち、ステップS104:NO)、再びステップS103以降の処理を行う。つまり、制御部100は、閾値以上の受信波を受信していない場合、受信波を受信する可能性がある期間までステップS103以降の処理を繰り返し行う。一方、制御部100は、所定期間が経過していると判定した場合には(すなわち、ステップS104:YES)、処理を終了する。
制御部100は、閾値以上の受信波を受信したと判定した場合には(すなわち、ステップS103:YES)、ステップS105にて、各超音波素子25で受信した受信波に位相差があるか否かを判定する。つまり、制御部100は、受信した受信波が正反射波および多重反射波のいずれであるかを判定する。制御部100は、受信した受信波に位相差がないと判定した場合には(すなわち、ステップS105:NO)、受信波は正反射波であるため、ステップS106にて、高背物障害物が存在すると判定する。
そして、制御部100は、ステップS107にて、障害物距離Lを導出する。この場合、制御部100は、探査波を送信してから受信波を受信波するまでの時間と、音速とに基づいて障害物距離Lを導出する。そして、制御部100は、ステップS108にて、高背物障害物が障害物距離Lに存在すると判定して車両制御を継続する。
一方、制御部100は、ステップS105にて、受信した受信波に位相差があると判定した場合(すなわち、ステップS105:YES)、受信波は多重反射波であるため、ステップS109にて、低背物障害物が存在すると判定する。
なお、超音波センサ10は、図7および図8に示されるように、障害物200が高背物障害物である場合にも多重反射波を受信し得る。しかしながら、高背物障害物である場合、超音波センサ10は、正反射波を多重反射波よりも先に受信する。そして、制御部100は、高背物障害物である場合、ステップS103で受信波の閾値以上の信号を受信していると判定すると、ステップS105にて位相差がないと判定し、ステップS106以降の処理を行って本処理を終了する。このため、ステップS105にて位相差があると判定されるのは、低背物障害物の場合のみとなる。
そして、制御部100は、ステップS110にて、障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する。本実施形態では、上記のように、受信波の位相差φ1、位相差φ2、上記数式3~6を用い、障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する。
続いて、制御部100は、ステップS111にて、障害物高さhが車両1の乗り越え可能な高さ未満であるか否かを判定する。そして、制御部100は、乗り超え可能な高さ未満であると判定した場合(すなわち、ステップS111:YES)、ステップS112にて、低背物障害物が障害物距離Lに存在すると判定して車両制御を継続する。なお、乗り越え可能な高さは、車種等に応じて適宜設定され、例えば、5cmとされている。また、5cmの障害物とは、例えば、バンプ等が挙げられる。
制御部100は、乗り越え可能な高さでないと判定した場合(すなわち、ステップS111:NO)、ステップS113にて、障害物高さhが車体の底面が接触する高さか否かを判定する。例えば、制御部100は、車体の底面が接触する高さか否かを判定するため、障害物高さhが車体のバンパが接触する高さか否かを判定する。この場合、制御部100は、例えば、障害物高さhが20cm未満であるか否かを判定する。
制御部100は、車体の底面が接触しない高さであると判定した場合(すなわち、ステップS113:YES)、駐車態様に応じて駐車を行う。例えば、制御部100は、ステップS114にて縦列駐車を行うか否かを判定する。そして、制御部100は、縦列駐車を行うと判定した場合(すなわち、ステップS114:YES)、ステップS115にて、障害物200に沿うように車両1を当該障害物200に近接させて車両1を駐車させるための処理を行って処理を終了する。この場合、障害物200は、例えば、縁石となる。
一方、制御部100は、縦列駐車を行わないと判定した場合(すなわち、ステップS114:NO)、つまり、並列駐車を行うと判定した場合、ステップS116にて、障害物200にタイヤを当てて車両1を駐車するための処理を行って処理を終了する。この場合、障害物200は、例えば、車止めとなる。
なお、並列駐車とは、駐車車両と自車両とが自車両における車幅方向に沿って配列するように、自車両を駐車する駐車態様である。縦列駐車とは、駐車車両と自車両とが自車両の前後方向に沿って配列するように、自車両を駐車する駐車態様である。
また、制御部100は、障害物高さhが車体の底面が接触する高さであると判定した場合(すなわち、ステップS113:NO)、ステップS108と同様の処理を行い、処理を終了する。
以上説明した本実施形態では、制御部100は、複数の超音波素子25が受信する受信波の位相差φ1、φ2を用いて障害物距離Lおよび障害物高さhを導出している。そして、障害物200が高背物障害物である場合、複数の超音波素子25が受信する受信波に位相差は発生しない。このため、制御部100は、障害物200として超音波センサ10から距離の異なる複数の低背物障害物が近接して存在する場合においても、障害物200を高背物障害物であると誤検知してしまうことを抑制できる。
また、制御部100は、障害物200が低背物障害物である場合、障害物高さhに応じて車両制御を行うため、車両制御を好適に実行できる。
さらに、超音波センサ10は、センサ基板24を用いて構成されたMEMS型とされている。このため、量産を容易にできる。
そして、超音波センサ10における各超音波素子25は、隣合う超音波素子25の中心の間隔dが探査波の波長の半分未満とされている。このため、ある位相差に対して方位が2値化することを抑制でき、検知範囲が低下することを抑制できる。
さらに、超音波センサ10は、所定の指向角となるように、超音波素子25の数、または駆動電圧が印加される超音波素子25の数が調整されている。このため、所望の指向角を実現した超音波センサ10とできる。
そして、超音波センサ10の圧電膜28bとして、窒化スカンジウムアルミニウム、または窒化アルミニウム等の鉛を有しない圧電セラミックスを用いた場合には、環境への影響を低減した超音波センサ10を実現できる。
(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、低背物障害物までの障害物距離Lおよび障害物高さhを別の方法で導出するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
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、低背物障害物までの障害物距離Lおよび障害物高さhを別の方法で導出するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、障害物200が低背物障害物である場合に対し、予め、障害物距離L、位相差φ1、位相差φ2、障害物高さhの関係についての測定等が行われ、これらの関係が把握されている。そして、制御部100には、記憶部に、図14に示されるように、障害物距離L、位相差、障害物高さhの関係に関する情報が記憶されている。なお、図14では、境界部201からの反射波、障害物高さhが0.1mである場合の上端202からの反射波、障害物高さhが0.2mである場合の上端202からの反射波のみを示している。しかしながら、実際には、さらに詳細に、センサ取付高さHまでの情報が記憶されている。また、図14は、センサ取付高さHが0.5mの場合の結果である。
そして、制御部100は、ステップS110にて障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する場合、各超音波素子25で受信する受信波の位相差φ1およびφ2と、図14のマップとを参照して障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する。
具体的には、位相差φ1は、境界部201からの反射波を受信した場合の位相差である。このため、制御部100は、位相差φ1とマップとを用いて障害物距離Lを導出する。また、位相差φ2は、障害物200の上端202で反射する反射波を受信した場合の位相差である。このため、制御部100は、位相差φ2、マップ、導出した障害物距離Lを用いて障害物高さhを導出する。
以上説明したように、位相差φ1、位相差φ2、およびマップを用いて障害物距離Lおよび障害物高さhを導出するようにしても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、上記では、位相差φ1とマップを用いて障害物距離Lを導出する例について説明した。しかしながら、制御部100は、位相差φ1から上記数式3および数式5を用いて障害物距離Lを導出し、この障害物距離L、位相差φ2、マップを用いて障害物高さhを導出するようにしてもよい。つまり、上記第1実施形態と第2実施形態とを適宜組み合わせて障害物距離Lおよび障害物高さhを導出するようにしてもよい。
(第3実施形態)
第3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、低背物障害物までの障害物距離Lを別の方法で導出するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第3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、低背物障害物までの障害物距離Lを別の方法で導出するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
まず、上記第1実施形態で説明した図10において、距離a、距離b、距離cは、下記数式7~9で示される。
そして、障害物距離Lは、下記数式10でも示される。
したがって、本実施形態の制御部100は、ステップS110の処理において、上記数式3~5を用いて角度θ1、角度θ2、障害物高さhを導出した後、上記数式7~9を用いて距離a、距離b、距離cを導出し、上記数式10を用いて障害物距離Lを導出する。
以上説明したように、位相差φ1、位相差φ2、障害物高さh、距離a、距離b、距離cを用いて障害物距離Lを導出するようにしても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態)
第4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、障害物距離Lを複数の方法で導出するようすると共に、導出したそれぞれの障害物距離Lの間に障害物200が存在するとして所定の処理を行うようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第4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、障害物距離Lを複数の方法で導出するようすると共に、導出したそれぞれの障害物距離Lの間に障害物200が存在するとして所定の処理を行うようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態の制御部100が実行する処理について、図15を参照しつつ説明する。制御部100は、図15に示されるように、ステップS105にて受信波に位相差があると判定した場合(すなわち、ステップS105:YES)、ステップS110にて、障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する。この場合、本実施形態では、制御部100は、障害物距離Lを上記第3実施形態で説明した数式7~10を用いて導出する。
次に、制御部100は、ステップS117にて、探査波を送信してから位相差φ1の受信波を受信するまでの伝搬時間と、音速とを用いたToF(Time of flightの略)法によって障害物距離Lを導出する。具体的には、制御部100は、(伝搬時間/2)×音速×cosθ1によって障害物距離Lを導出する。
そして、制御部100は、ステップS118にて、ステップS110およびステップS117で導出した障害物距離Lの間に障害物200が存在すると認定し、その後のステップS111以降の処理を実行する。
以上説明したように、本実施形態では、制御部100は、障害物200が低背物障害物である場合、ステップS110で位相差を用いて障害物距離Lを導出すると共に、ステップS117でToF法によって障害物距離Lを導出する。そして、制御部100は、これらの導出した2つの障害物距離Lの間に障害物200が存在すると認定して車両1の制御を実行する。このため、安全性の向上をさらに図ることができる。
(第4実施形態の変形例)
第4実施形態の変形例について説明する。第4実施形態では、ステップS110にて上記第3実施形態で説明した方法によって障害物距離Lを導出する方法について説明した。しかしながら、ステップS110は、位相差を用いて障害物距離Lを導出するのであれば、他の方法で障害物距離Lを導出するようにしてもよい。例えば、制御部100は、上記第1実施形態の方法で障害物距離Lを導出するようにしてもよいし、上記第2実施形態の方法で障害物距離Lを導出するようにしてもよい。
第4実施形態の変形例について説明する。第4実施形態では、ステップS110にて上記第3実施形態で説明した方法によって障害物距離Lを導出する方法について説明した。しかしながら、ステップS110は、位相差を用いて障害物距離Lを導出するのであれば、他の方法で障害物距離Lを導出するようにしてもよい。例えば、制御部100は、上記第1実施形態の方法で障害物距離Lを導出するようにしてもよいし、上記第2実施形態の方法で障害物距離Lを導出するようにしてもよい。
(第5実施形態)
第5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、路面300の傾斜を考慮するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第5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、路面300の傾斜を考慮するようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
まず、図16に示されるように、路面300が水平方向に対して傾斜している場合もある。この場合、車両1が実際に障害物200まで走行する距離は、傾斜した路面300に沿った距離Laとなる。したがって、本実施形態では、路面300の傾斜も加味した補正障害物距離Laを導出する。
なお、本実施形態では、図16に示されるように、超音波センサ10を通る仮想水平面401と、路面300のうちの障害物200が配置されている部分との距離を距離Haとする。また、超音波センサ10から仮想水平面401に沿った障害物200までの距離を水平距離Lとする。さらに、仮想水平面401と、境界部201で反射される探査波および反射波の伝搬経路との間の角度を角度θ1とする。そして、路面300が水平面であると仮定した仮想路面402と、路面300との間の角度を角度θ3とする。
この場合、制御部100は、次のようにして補正障害物距離Laを算出する。すなわち、制御部100は、まず、上記数式3を用いて位相差φ1から角度θ1を導出する。また、制御部100は、探査波を送信してから位相差φ1の受信波を受信するまでの伝搬時間と、音速とから超音波センサ10と境界部201との間の距離である(L2+Ha2)1/2を導出する。
そして、Ha=L×tanθ1で示されるため、制御部100は、導出した角度θ1と、境界部201までの距離に基づき、障害物200までの水平距離Lを導出する。
また、障害物200が配置されている部分の路面300と、仮想路面402との間の距離は、H-Haで示される。このため、角度θ3は、下記数式11で示される。
また、補正障害物距離Laは、La=L/cosθ3でも示される。このため、制御部100は、La=L/cosθ3を導出することにより、路面300の傾斜も加味した補正障害物距離Laを導出することができる。
次に、本実施形態の制御部100が実行する処理について、図17を参照しつつ説明する。
制御部100は、ステップS105にて受信波に位相差があると判定した場合(すなわち、ステップS105:YES)、ステップS119にて、上記のように、路面300の傾斜を加味して補正障害物距離Laを導出する。そして、制御部100は、導出した補正障害物距離Laと、上記数式7を用いて障害物高さhを導出する。
以上説明したように、本実施形態では、路面300の傾斜も加味して補正障害物距離Laおよび障害物高さhを導出しているため、さらに検知精度の向上を図ることができる。また、本実施形態では、路面300の傾斜(すなわち、角度θ3)を導出しているため、当該傾斜を車両制御における他の装置(例えば、画像検知)等でも適用できるようにすることにより、さらに車両制御の効率化を図ることができる。
ここで、路面300がアスファルト等で構成され、路面300からの反射波がランダムであって強くなる場合、超音波センサ10が当該反射波を受信したとすると、図18に示されるように、受信波の強度は、ランダムなピークを有する分布となる。このため、例えば、反射波を受信するまでの時間のみで障害物距離Lを導出しようとした場合、誤検知してしまう可能性が高くなる。
これに対し、本実施形態では、受信波の位相差と共に、路面300の傾斜を導出している。このため、路面300の傾斜を加味(すなわち、路面300の傾斜を差分)することにより、路面300の高さ(位相差)は、図19に示されるように、低背物障害物でピークを有する形状となる。したがって、本実施形態によれば、路面300の反射波が強い場合においても、誤検知してしまうことを抑制できる。
(第6実施形態)
第6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、超音波センサ10に印加する駆動電圧を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第6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、超音波センサ10に印加する駆動電圧を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
まず、受信波の強度と、障害物高さhとの関係について、図20A~図20Fを参照しつつ説明する。なお、図20A~図20Fは、センサ取付高さHを45cmとし、障害物距離Lを75cmとし、音源に10KHzである駆動電圧を印加すると共に音源を低音源として指向性を無くした際のシミュレーション結果である。
図20A~図20Fに示されるように、障害物高さhが低いほど、障害物200の上端202で反射した反射波を受信した場合の強度が低くなることが確認される。つまり、障害物高さhが低いほど信号とノイズの比であるSN比が小さくなり易く、感度が低下し易くなる。
このため、本実施形態では、制御部100は、各超音波素子25に印加される駆動電圧(すなわち、交流電圧)の位相を制御することにより、超音波センサ10から送信される探査波の指向軸Dを変化させるようにしている。具体的には、制御部100は、図21に示されるように、指向軸Dが水平方向に対して路面300側に傾いた方向とるように、探査波を送信する。
これによれば、障害物200が低背物障害物である場合にも受信波の強度を強くでき、感度の向上を図ることができる。
(第7実施形態)
第7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、超音波センサ10のセンサ取付高さHを規定したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第7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、超音波センサ10のセンサ取付高さHを規定したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
まず、センサ取付高さHは、図22Aおよび図22Bに示されるように、低いほど位相差が大きくなり易いため、感度の向上を図ることができる。しかしながら、反射波の時間のみで障害物距離Lを検出する従来の障害物検知装置では、路面300からの反射波を考慮して超音波センサ10が45cm以上の高さに取り付けられており、十分な感度を発揮させることができない場合があった。なお、図22Aは、障害物距離Lが3mである障害物200からの反射波を受信した場合のシミュレーション結果であり、図22Bは、超音波センサ10から5mの位置の路面300からの反射波を受信した場合のシミュレーション結果である。
これに対し、本実施形態では、上記第1実施形態で説明したように、受信波の位相差を用いて障害物距離Lを導出している。そして、位相差は、図22Aに示されるように障害物200で反射した反射波を受信した場合では、図22Bに示されるように路面300で反射した反射波を受信した場合よりも極めて大きくなる。
このため、本実施形態では、センサ取付高さHを十分に低い位置に配置することができる。具体的には、センサ取付高さHは、一般的な車体における最も路面300側の部分となり得る20cmの部分に取り付けた際の高さとできる。また、センサ取付高さHは、従来の障害物検知装置における超音波センサ10よりも十分な感度を発揮させることができるようにするため、40cm以下の位置とできる。つまり、本実施形態では、センサ取付高さHは、20cm以上であって、40cm以下とされている。
そして、このような位置に超音波センサ10を取り付ける場合には、例えば、次のようにしてもよい。すなわち、制御部100は、位相差を所定の閾値と比較して当該位相差が閾値よりも大きい(すなわち、路面300からの反射波でない)と判定した場合に低背物障害物であると判定するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態では、超音波センサ10は、センサ取付高さHが20cm以上であって、40cm以下とされている。このため、さらに感度の向上を図ることができる。
(第8実施形態)
第8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、超音波センサ10に感温抵抗体を追加したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第8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、超音波センサ10に感温抵抗体を追加したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態の超音波センサ10は、図23に示されるように、センサ基板24の一面24a上に、周囲の温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体50が形成されている。そして、制御部100は、感温抵抗体50とも接続され、感温抵抗体50の抵抗値変化(すなわち、検出結果)も加味して障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する。つまり、制御部100は、周囲の温度も加味して障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する。
具体的には、音速をv、探査波の周波数をf、探査波の波長をλとすると、v=fλとなる。そして、音速vは、温度をTとすると、v=331.5+0.6Tで示される。このため、制御部100は、ステップS107にて、障害物200としての高背物障害物までの障害物距離Lを導出する場合、温度を加味して障害物距離Lを導出する。また、制御部100は、ステップS110にて、障害物200としての低背物障害物までの障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する場合、温度を加味して上記数式3~6を演算することにより、障害物距離Lおよび障害物高さhを導出する。
これによれば、温度も加味して障害物距離Lおよび障害物高さhを導出しているため、さらに障害物200の検知精度の向上を図ることができる。
(第9実施形態)
第9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、超音波センサ10の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
第9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、超音波センサ10の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図24に示されるように、超音波素子25は、支持部材30に形成された凹部31上に、複数の圧電素子28が二次元的に配置されることで構成されている。具体的には、本実施形態では、裏面電極28aは、支持部材30の凹部31上に直接形成されており、センサ基板24が備えられていない。そして、圧電素子28は、上記第1実施形態に対して圧電膜28bが十分に厚くされたバルク状とされている。本実施形態では、このような圧電素子28によって超音波素子25が構成され、当該超音波素子25が複数備えられることによってトランデューサユニット20が構成されている。
そして、各超音波素子25は、裏面電極28aおよび表面電極28cが支持部材30に形成されたパッド部34とボンディングワイヤ35を介して電気的に接続されている。
このような超音波センサ10では、各圧電素子28に交流電圧である駆動電圧が印加されると、圧電素子28が超音波振動して探査波を送信する。また、超音波素子25は、受信波を受信すると圧電素子28が振動して当該圧電素子28に電荷が発生する。このため、超音波素子25は、受信波を受信すると当該受信波に応じた検出信号を出力する。
以上説明したように、超音波素子25がバルク状の圧電素子28で構成されていても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
例えば、上記各実施形態において、超音波素子25は、隣合う超音波素子25の間隔dが探査波の波長の半分以上とされていてもよい。
また、上記第1~第6、第8実施形態では、超音波センサ10は、センサ取付高さHが40cm以上とされていてもよい。
そして、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第2実施形態を上記第3~第9実施形態に適用し、障害物距離Lおよび障害物高さhをマップを用いて導出するようにしてもよい。上記第3実施形態を第4~第9実施形態に適用し、障害物距離Lを距離a、距離b、距離cを用いて導出するようにしてもよい。上記第4実施形態を上記第5~第9実施形態に適用し、障害物距離Lを受信波の位相差と伝搬時間とを用いてそれぞれ導出し、導出した2つの障害物距離Lの間に障害物200が存在すると認定するようにしてもよい。上記第5実施形態を上記第6~第9実施形態に適用し、路面300の傾斜を加味して補正障害物距離Laを導出するようにしてもよい。上記第6実施形態を上記第7~第9実施形態に適用し、超音波センサ10から送信される探査波の指向軸Dが路面300側に傾くようにしてもよい。上記第7実施形態を上記第8、第9実施形態に組み合わせ、センサ取付高さHを20cm以上であって、45cm以下としてもよい。上記第8実施形態を上記第9実施形態に組み合わせ、超音波センサ10に感温抵抗体50を備えるようにしてもよい。そして、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせてもよいし、組合せの仕方は適宜変更可能である。
また、上記各実施形態では、障害物200が路面300から突出した凸構造である場合について説明した。しかしながら、上記各実施形態は、障害物200が溝部等の凹構造である場合においても適用可能である。
例えば、図25に示されるように、路面300に障害物200として、凹構造の溝部が形成されているとする。なお、ここでは、溝部の深さが幅よりも浅い場合を例に挙げて説明する。但し、溝部の深さは、図25中の紙面上下方向の長さとし、溝部の幅は、図25中の紙面左右方向の長さとする。
そして、溝部における車両側の上端角部を地点P1とし、超音波センサ10と地点P1とを結ぶ仮想線を仮想線K1とし、仮想線K1と溝部との交差点を地点P2とする。また、溝部における車両1と反対側の上端角部を地点P3とし、溝部における車両1と反対側の下端角部を地点P4とする。そして、超音波センサ10が探査波を送信した場合、路面300からの反射波も受信するとする。
この場合、超音波センサ10は、探査波および反射波の伝搬経路の短い順に反射波を受信する。具体的には、超音波センサ10は、図26および図27に示されるように、溝部が形成されている部分では、地点P1、地点P2、地点P3、地点P4で反射した反射波を順に受信する。なお、図27中では、実線は、障害物200としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示し、破線は、障害物200が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示している。但し、ここでの障害物200が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係とは、地点P1と地点P3を通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の関係のことである。
受信波の強度は、障害物200が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。この場合、溝部が形成されている部分では、溝部の側壁等によって反射波が阻害されるため、地点P1を境界として一旦急峻に低下する。なお、図26に示されるように、超音波センサ10は、溝部が形成されていない距離が等しい部分からの反射波も受信する。このため、受信波の強度は0とならない。
その後、受信波の強度は、地点P2にて障害物200が存在しない場合と同じ値となり、地点P3の上端角部で大きくなった後、地点P4の下端角部では、多重反射波の影響でさらに大きくなる。
また、図28に示されるように、受信波の位相差は、障害物200が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。なお、図28中では、実線は、障害物200としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示している。破線は、地点P1とP3とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。一点鎖線は、地点P2と地点P4とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示している。
この場合、溝部が形成されている部分では、地点P1および地点P2からの反射波を受信した場合の位相差は、地点P1と地点P2とが共通の仮想線K1上に位置するため、同じとなる。また、地点P1および地点P3からの反射波を受信した場合の位相差は、地点P1と地点P3とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する(すなわち、図28中の破線と一致する)。同様に、地点P2および地点P4からの反射波を受信した場合の位相差は、地点P2と地点P4とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する(すなわち、図28中の一点鎖線と一致する)。つまり、溝部が形成されている場合、受信波の位相差は、地点P2および地点P4で急峻に増加する波形となる。
また、例えば、図29に示されるように、路面300に障害物200として、深さが幅よりも深い溝部が形成されている場合もある。この場合、上記図25と同様に、溝部における車両側の上端角部を地点P1とし、超音波センサ10と地点P1とを結ぶ仮想線を仮想線K1とし、仮想線K1と溝部との交差点を地点P2とする。また、溝部における車両1と反対側の上端角部を地点P3とし、溝部における車両1と反対側の下端角部を地点P4とする。なお、図29の例では、深さが幅よりも深くされているため、地点P2は、地点P3と地点P4との間の地点となる。そして、超音波センサ10が探査波を送信した場合、路面300からの反射波も受信するとする。
この場合、超音波センサ10は、探査波および反射波の伝搬経路の短い順に反射波を受信する。具体的には、超音波センサ10は、図30および図31に示されるように、溝部が形成されている部分では、地点P1、地点P3、地点P2、地点P4で反射した反射波を順に受信する。なお、図31中では、実線は、障害物200としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示し、破線は、障害物200が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示している。但し、ここでの障害物200が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係とは、地点P1と地点P3を通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の関係のことである。
受信波の強度は、障害物200が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。この場合、溝部が形成されている部分では、溝部の側壁等によって反射波が阻害されるため、地点P1を境界として一旦急峻に低下する。なお、図30に示されるように、超音波センサ10は、溝部が形成されていない距離が等しい部分からの反射波も受信する。このため、受信波の強度は0とならない。
その後、受信波の強度は、地点T3の上端角部で大きくなった後に地点P2で障害物200が存在しない場合と同じ値となり、その後、地点P4の下端角部では、多重反射波の影響でさらに大きくなる。
また、図32に示されるように、受信波の位相差は、障害物200が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。なお、図32中では、実線は、障害物200としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。破線は、地点P1とP3とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。一点鎖線は、地点P4を通り、地点P1と地点P3とを通る仮想水平面と平行な仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。
この場合、溝部が形成されている部分では、地点P1および地点P2からの反射波を受信した場合の位相差は、地点P1と地点P2とが共通の仮想線K1上に位置するため、同じとなる。また、地点P1および地点P3からの反射波を受信した場合の位相差は、地点P1と地点P3とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する(すなわち、図32中の破線と一致する)。同様に、地点P4からの反射波を受信した場合の位相差は、地点P4を通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する(すなわち、図32中の一点鎖線と一致する)。つまり、溝部が形成されている場合、受信波の位相差は、地点P2および地点P4で急峻に増加する波形となる。
このように、障害物200が凹構造である場合においても位相差が急峻に変化する。そして、位相差の変化の仕方は、凹構造の深さと幅の関係に関わらず、地点P2および地点P4で急峻に変化する。このため、このように障害物200が溝部等の凹構造であっても、上記各実施形態を適用できる。
また、障害物200が凹構造である場合、超音波センサ10が受信する受信波の位相差は、図28および図32に示されるように、凹構造での反射波を受信するため、急峻に増加する部分を有する波形となる。一方、障害物200が路面300から突出している凸構造の場合、超音波センサ10が受信する受信波の位相差は、凸構造での反射波を受信するため、位相差が急峻に低下する部分を有する波形となる。
つまり、障害物200が凸構造である場合と凹構造である場合とでは、位相差の変動の仕方が反対となる。このため、制御部100は、位相差の変動の仕方を加味することにより、障害物200が凸構造であるのか、凹構造であるのかも容易に判定できる。
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
Claims (13)
- 車両(1)の周囲に存在する障害物(200)を検知する障害物検知装置であって、
前記車両のうちの路面(300)からの高さが所定位置となる部分に備えられ、前記車両の外側に向けて探査波を送信すると共に、前記探査波が前記障害物で反射した反射波を受信波として受信する複数の超音波素子(25)が形成された超音波センサ(20)と、
前記受信波に基づき、前記障害物までの距離である障害物距離(L、La)および前記障害物の高さである障害物高さ(h)を導出して所定の処理を行う制御部(100)と、を備え、
前記制御部は、前記障害物距離および前記障害物高さを導出する場合、前記複数の超音波素子が受信する受信波の強度、および前記複数の超音波素子が受信する受信波の位相差に基づいて前記障害物距離および前記障害物高さを導出する障害物検知装置。 - 前記制御部は、前記障害物高さを導出する場合、
前記複数の超音波素子が受信した受信波に位相差がないと判定すると前記障害物高さが前記所定位置以上の高さであると判定し、
前記複数の超音波素子が受信した受信波に位相差があると判定すると前記障害物高さが前記所定位置未満の高さであると判定する請求項1に記載の障害物検知装置。 - 前記制御部は、前記障害物の高さが前記所定位置未満の高さであると判定した場合、前記障害物と前記路面との境界部(201)で反射した反射波を受信波として受信した際の前記位相差を第1位相差(φ1)とし、前記障害物の上端(202)で反射した反射波を受信波として受信した際の前記位相差を第2位相差(φ2)とし、前記第1位相差および前記第2位相差を用いて前記障害物距離および前記障害物高さを導出する請求項2に記載の障害物検知装置。
- 前記制御部は、前記障害物距離を導出する場合、前記第1位相差および前記第2に基づいて前記障害物距離を導出すると共に、前記超音波センサが前記探査波を送信してから前記受信波を受信するまでの時間に基づいて前記障害物距離を導出し、導出した2つの前記障害物距離の間に前記障害物が存在すると認定して前記所定の処理を行う請求項3に記載の障害物検知装置。
- 前記制御部は、前記路面の傾斜を導出すると共に、導出した前記路面の傾斜を加味して、前記障害物距離としての前記路面に沿った補正障害物距離(La)を導出する請求項2ないし4のいずれか1つに記載の障害物検知装置。
- 前記制御部は、前記障害物高さが前記所定位置未満の高さである場合、前記障害物高さに応じた所定の処理を行う請求項1ないし5のいずれか1つに記載の障害物検知装置。
- 前記超音波センサは、前記所定位置として、前記路面からの高さが20cm以上であって、40cm以下の位置に備えられている請求項1ないし6のいずれか1つに記載の障害物検知装置。
- 前記超音波センサは、
圧電膜(28b)を有する圧電素子(28)が複数配置されることで前記複数の超音波素子が形成され、
前記複数の超音波素子における前記圧電素子に印加される駆動電圧が制御されることで前記探査波を送信する請求項1ないし7のいずれか1つに記載の障害物検知装置。 - 前記複数の超音波素子は、隣合う前記超音波素子の中心の間隔(d)が前記探査波の波長の半分未満とされている請求項8に記載の障害物検知装置。
- 前記超音波センサは、所定の指向角となるように、前記複数の超音波素子の数、または前記駆動電圧が印加される前記超音波素子の数が調整されている請求項8または9に記載の障害物検知装置。
- 前記超音波センサは、所定方向に沿った指向軸(D)となるように、前記複数の超音波素子に印加される駆動電圧の位相が調整されている請求項8または9に記載の障害物検知装置。
- 前記超音波センサは、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体(50)を有し、
前記制御部は、前記感温抵抗体の検出結果を加味し、前記障害物距離および前記障害物高さを導出する請求項8ないし11のいずれか1つに記載の障害物検知装置。 - 前記圧電膜は、窒化スカンジウムアルミニウム、または窒化アルミニウムで構成されている請求項8ないし12のいずれか1つに記載の障害物検知装置。
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