(57)【要約】【課題】短距離検知から長距離検知が可能な障害物検知装置を提供すること。【解決手段】超音波を送波及び受波することによって障害物を検知する障害物検知装置１００であって、超音波を送波する送波回路２５と、超音波を受波する受波回路２６と、受波回路２６にて受波した受波信号を増幅する増幅回路２６１ａ〜２６１ｄとを備え、増幅回路２６１ａ〜２６１ｄは、送波回路２５による超音波の送波からの時間の経過に伴い利得を上げるものであり、送波回路２５が超音波を送波することによって生じる残響がなくなるタイミングで利得を上げ始めるＳＴＣ回路２６１ｃとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送波及び受波することによって障害物を検知する障害物検知装置であって、
超音波を送波及び受波する送受波手段と、
前記送受波手段にて受波した受波信号を増幅する増幅手段と、
前記送受波手段による超音波の送波からの時間の経過に伴い前記増幅手段の利得を上げるものであり、前記送波手段が超音波を送波することによって生じる残響がなくなるタイミングで利得を上げ始める利得制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の障害物検知装置。
【請求項２】
前記送受波手段は、複数の異なる距離に超音波を送波するものであり、前記利得制御手段は、前記送受波手段による超音波の送波距離に応じたタイミングで利得を上げ始めるものであり、送波距離が長い場合に比べて短い場合の方が利得を上げ始めるタイミングが早いことを特徴とする請求項１に記載の障害物検知装置。
【請求項３】
前記送受波手段は、複数の異なる周波数で超音波を送波するものであり、前記利得制御手段は、前記送受波手段による超音波の送波周波数に応じて利得を上げるものであり、周波数が低い場合に比べて高い場合の方が利得を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の障害物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物検知装置に関するものである。特に、車両のバンパー等に備えられる超音波センサーを用いて、車両近傍の障害物を検知する障害物検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、障害物を検知する障害物検知装置の一例として特許文献１に示される超音波センサーがあった。
【０００３】
特許文献１に示される超音波センサーは、超音波送受波器と、超音波送受波器に所定の周波数にて間欠的に超音波パルス出力する送波信号回路と、送波と次の送波間に超音波送受波器が受波する受波信号を増幅する受波増幅回路を有し、受波増幅回路にて増幅された受波信号を所定のしきい値と比較して物体を検知する受波信号処理回路と、受波信号処理回路からの出力信号を受けて物体の存在の有無を知らせる報知手段とを有する。そして、この超音波センサーにおいては、受波信号処理回路に、送波と次の送波のタイミング間に受波増幅回路の利得を時間の経過に応じて所定のレベル下げるゲイン制御信号回路を設けてなるものでる。
【特許文献１】特開平５−２３２２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示される障害物検知装置の場合、受波増幅回路の利得を時間の経過に応じて所定のレベル下げているため、長距離検知には適していないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、短距離検知から長距離検知が可能な障害物検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の障害物検知装置は、超音波を送波及び受波することによって障害物を検知する障害物検知装置であって、超音波を送波及び受波する送受波手段と、送受波手段にて受波した受波信号を増幅する増幅手段と、送受波手段による超音波の送波からの時間の経過に伴い増幅手段の利得を上げるものであり、送波手段が超音波を送波することによって生じる残響がなくなるタイミングで利得を上げ始める利得制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このように、送受波手段による超音波の送波からの時間の経過に伴い増幅手段の利得を上げることによって長距離検知が可能になると共に、超音波を送波することによって生じる残響がなくなるタイミングで利得を上げ始めることによって短距離検知が可能になる。
【０００８】
また、請求項２に示すように、送受波手段は、複数の異なる距離に超音波を送波するものであり、利得制御手段は、送受波手段による超音波の送波距離に応じたタイミングで利得を上げ始めるものであり、送波距離が長い場合に比べて短い場合の方が利得を上げ始めるタイミングを早くするようにしてもよい。
【０００９】
通常、超音波の送信距離が長い場合に比べて短い場合の方が残響の収束が早いものである。したがって、このように送波距離が長い場合に比べて短い場合の方が利得を上げ始めるタイミングを早くすることによって、適切なタイミングで利得を上げることができる。
【００１０】
また、請求項３に示すように、送受波手段は、複数の異なる周波数で超音波を送波するものであり、利得制御手段は、送受波手段による超音波の送波周波数に応じて利得を上げるものであり、周波数が低い場合に比べて高い場合の方が利得を大きくするようにしてもよい。
【００１１】
通常、超音波の周波数が低い場合に比べて高い場合の方が減衰量が大きいものである。したがって、このように周波数が低い場合に比べて高い場合の方が利得を大きくすることによって、周波数に適した利得とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。本実施の形態においては、本発明の障害物検知装置を車両に搭載した例を採用して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における障害物検知装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態におけるＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態におけるセンサーの概略構成を示すブロック図である。図４は、本発明の実施の形態における受波回路の概略構成を示す回路図である。図５は、本発明の実施の形態における障害物検知装置の利得変化を示すグラフである。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態における障害物検知装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１０と複数のセンサー２０ａ〜２０ｃなどを備える。また、ＥＣＵ１０と複数のセンサー２０ａ〜２０ｃとは通信線を介して接続される。そして、ＥＣＵ１０と複数のセンサー２０ａ〜２０ｃとは、例えば、通信フレームの送受信により通信を行う。なお、本実施の形態においては、複数のセンサー２０ａ〜２０ｃは、ＥＣＵ１０に対してデイジーチェーン型接続されている例を採用して説明する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＣＵ１０に対して、各センサー２０ａ〜２０ｃが直接接続されたスター型接続を用いても本発明の目的は達成できるものである。
【００１５】
まず、ＥＣＵ１０に関して説明する。ＥＣＵ１０は、図２に示すように、ＥＣＵ側ロジック回路１１（以下、単に、ロジック回路１１と称する）、発振回路１２、通信回路１３、センサー用電源回路１４、表示回路１５、ブザー回路１６などを備える。
【００１６】
ロジック回路１１は、発振回路１２からのクロックに基づいて動作するものである。また、ロジック回路１１は、シフト信号や車速情報などに応じて、通信回路１３を介してセンサー２０ａ〜２０ｃに各種の通信フレーム（センサー各種設定指示、送受波指示、検知情報要求などを含む）を送信すると共に、センサー２０ａ〜２０ｃが測定した検知時間（超音波の送波から受波までの時間）を含む検知結果フレーム（検知時間情報）を受信して障害物の位置と距離を把握する。なお、シフト信号や車速情報は、図示しない車速センサーとシフトポジションセンサーなどの外部のセンサーから入力されるものである。
【００１７】
さらに、ロジック回路１１は、図示しない不揮発性メモリを備えており、この不揮発性メモリには、センサー２０ａ〜２０ｃの各々の搭載位置に応じたＩＤ、超音波の送信周波数等（以下、パラメータとも称する）が書き込まれている。そして、ロジック回路１１は、電源が投入されると、例えば、ロジック回路１１に近い順から順次、センサー２０ａ〜２０ｃの各々に対して上記パラメータを設定するためのパラメータ設定フレームを送信し、パラメータが正常に設定されたセンサーからパラメータ設定完了フレームを受信するパラメータ設定処理（初期設定処理）を実行する。なお、パラメータ設定フレームには、後ほど説明するコンパレータ２６２の閾値、ＳＴＣ増幅回路２６１ｃのゲインなども含むようにしてもよい。
【００１８】
このように、ロジック回路１１への電源投入後、パラメータ設定処理を実行するので、パラメータが正常に設定されたセンサーを作動可能にすることができる。また、ロジック回路１１は、センサー２０ａ〜２０ｃに対して電源供給を行なうために、センサー用電源回路１４にオン命令を指示する。
【００１９】
表示回路１５は、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置と接続されるものである。この表示回路１５は、ロジック回路１１からの表示指示信号に応じて、ロジック回路１１が把握した障害物の位置を表示装置にリアルタイムに表示する。また、ブザー回路１６は、例えばスピーカーなどの音響出力装置（報知装置）と接続されるものである。このブザー回路１６は、ロジック回路１１からの報知指示信号に応じて、ロジック回路１１が把握した障害物の距離の長短に応じたブザー（報知）を音響出力装置から出力する。
【００２０】
次に、センサー２０ａ〜２０ｃに関して説明する。センサー２０ａ〜２０ｃは、車両前方や後方のバンパー等に搭載される超音波センサーであり、車両の前方や後方に存在する障害物を検知するために用いられる。なお、センサー２０ａ〜２０ｃは、互いに同等の構成を有するものであるためセンサー２０ａのみに関して説明する。また、本実施の形態においては、３つのセンサー３０ａ〜３０ｃのみを記載しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
センサー２０ａは、図３に示すように、センサー側ロジック回路２１（以下、単に、ロジック回路２１と称する）、発振回路２２、通信回路２３、フィルタ回路２４、送波回路２５、受波回路２６、マイク２７などを備える。
【００２２】
ロジック回路２１は、発振回路２２からのクロックに基づいて動作するものである。また、ロジック回路２１は、通信回路２３を介して受信したＥＣＵ１０からの各種の通信フレーム（センサー各種設定指示、送受波指示、検知情報要求などを含む）に応じて、送波回路２５に対して送信パルス信号を出力したり、受波回路２６（送受波手段）に対してゲイン（利得）設定、閾値設定などをしたりすると共に、受波回路２６からの受波信号波形を受信し、検知時間情報を算出して、通信回路２３を介してＥＣＵ１０に検知結果フレーム（検知時間情報）を送信する。なお、送波回路２５（送受波手段）は、フィルタ回路２４を介して電源供給される。
【００２３】
なお、センサー２０ａは、ＥＣＵ１０から送信されたパラメータを含むパラメータ設定フレームを受信し、この受信したパラメータを記憶する。そして、記憶したパラメータに含まれる送信周波数をマイク２７が送波する超音波の周波数として設定する。また、パラメータ設定フレームにコンパレータ２６２の閾値、ＳＴＣ増幅回路２６１ｃのゲインを含む場合、センサー２０ａは、パラメータ設定フレームに基づいて、コンパレータ２６２の閾値、ＳＴＣ増幅回路２６１ｃのゲインを設定する。ゲインの設定に関しては後ほど詳しく説明する。このように、本実施例のセンサー２０ａは、パラメータを設定することで作動可能となる。
【００２４】
マイク２７（送受波手段）は、車両前方や後方のバンパー等に固定されるもので、送波回路２５からの指示に応じて超音波を送波すると共に超音波を受波する。マイク２７は、図示しない振動子を有しており、この振動子を超音波振動させることにより、送波となる超音波を発生させたり、超音波を受波したときに振動子が振動することに基づいて受波の検知を行なったりするものである。なお、マイク２７の構造や動作原理などに関しては周知のものであるためここでは詳細についての説明を省略する。
【００２５】
ここで、本発明の特徴部分の一部である増幅回路を備える受波回路２６に関して説明する。受波回路２６は、図４に示すように、マイク２７にて受波した受波信号を増幅する複数の増幅回路（増幅手段）２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６１ｄ、及びコンパレータ２６２などを備える。
【００２６】
コンパレータ２６２は、比較手段として機能するもので、マイク２で受波して、増幅回路２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６１ｄにて増幅した信号をしきい値と大小比較し、その比較結果に応じた信号レベルの出力を発生させるものである。つまり、マイク２７の受波した信号を増幅した信号がしきい値よりも低ければ障害物が存在しないことを示すローレベル、大きければ障害物が存在することを示すハイレベルが出力されるようになっている。このハイレベルの信号が出力されたタイミングが送波の反射波を受波したタイミングと考えられる。したがって、ロジック回路２１は、コンパレータ２６２のハイレベルが入力されると、送波回路２５から超音波を送波してからハイレベルが入力されるまでの経過時間と超音波の速度とに基づいて車両から障害物までの距離を測定して検知時間情報を算出する。
【００２７】
また、複数の増幅回路のうち２６１ｃは、マイク２７による超音波の送波からの時間の経過（送波距離）に伴いゲイン（利得）を上げるＳＴＣ（sensitivity time control）増幅回路である。なお、ＳＴＣ増幅回路２６１ｃの時間とゲインとの関係は、距離（時間）と減衰率とを考慮して予め設定しておく。このＳＴＣ増幅回路２６１ｃにおける時間とゲインとの関係をＳＴＣカーブとも称する。ＳＴＣカーブは、ＥＣＵ１０がパラメータ設定フレームに含ませてセンサー２０ａに設定するようにしてもよいし、予めセンサー２０ａが記憶しておき、ＥＣＵ１０からの指示で適宜選択するようにしてもよい。
【００２８】
また、マイク２７は、超音波を送波すると、振動子の機械的な慣性振動が継続する。つまり残響が生じる。そして、マイク２７は、超音波の送波及び受波を兼用しているため、この残響がある間は障害物検出ができないので短距離検知ができないという問題があった。そこで、本実施の形態における障害物検知装置１００は、超音波の送波による残響がなくなるタイミングでＳＴＣ増幅回路２６１ｃのゲインを上げ始める。
【００２９】
なお、超音波の送波による残響が生じる送波からの経過時間は、ある程度把握することができる。したがって、予めロジック回路２１のメモリに、ＳＴＣ増幅回路２６１ｃのゲインを上げ始めるタイミング（超音波の送波からの経過時間）を記憶しておく。そして、ロジック回路２１が記憶内容に基づいてＳＴＣ増幅回路２６１ｃに対して指示信号を出力することによって、ＳＴＣ増幅回路２６１ｃはゲインを上げ始める。
【００３０】
従って、本実施の形態における障害物検知装置１００の受波回路２６では、図５に示すように、残響の影響がなくなるタイミングから所定のＳＴＣカーブに基づいて時間の経過に伴いゲインを上げていく。このように、マイク２７による超音波の送波からの時間の経過に伴いＳＴＣ増幅回路２６１ｃのゲインを上げることによって長距離検知が可能になると共に、超音波を送波することによって生じる残響がなくなるタイミングでゲインを上げ始めることによって短距離検知が可能になる。換言すると、本実施の形態における障害物検知装置１００は、車両の近くの障害物から遠くの障害物まで検知可能となる。
【００３１】
なお、このＳＴＣ増幅回路２６１ｃにおける時間とゲインとの関係を示すＳＴＣカーブ及び立ち上げタイミングは、常に一定でなくてもよい。
【００３２】
例えば、変形例１では、超音波の送信距離に応じてＳＴＣカーブの立ち上げタイミングを変更する例を示す。図６は、本発明の変形例１における障害物検知装置の処理動作を示すフローチャートである。図７は、本発明の変形例１における障害物検知装置の利得変化を示すグラフである。
【００３３】
なお、変形例１における障害物検知装置（ＥＣＵ１０、センサー２０ａ〜２０ｃ）の構成は、上述の実施の形態と同様であるため説明を省略する。ただし、変形例１においては、複数のセンサーは、コーナ用センサー（近距離センサー）とバック用センサー（長距離センサー）とを含むものである。そして、センサー２０ａ，ｂをコーナ用センサーとし、センサー２０ｃをバック用センサーとして説明する。つまり、変形例１におけるセンサー２０ａ〜２０ｃは、複数の異なる距離に超音波を送波するものである。
【００３４】
図６を用いて変形例１における障害物検知装置１００（ＥＣＵ１０、センサー２０ａ〜２０ｃ）における処理動作を説明する。図６に示すフローチャートは、例えば、ＩＧオンなどによってスタートしてＩＧオフなどで終了するものである。なお、車両のシフトポジションがＲ、Ｄ、２、Ｌのいずれかであって車速が、例えば１０ｋｍ／ｈ以下の場合にスタートするようにしてもよい。
【００３５】
まず、ステップＳ１０では、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、ＩＧオンで複数のセンサー２０ａ〜２０ｃに対してＩＤなどのパラメータ設定処理をする際に各センサー２０ａ〜２０ｃがコーナ用かバック用かを判定する。そして、コーナ用と判定した場合はステップＳ１１へ進み、バック用と判定した場合はステップＳ１３へ進む。
【００３６】
ステップＳ１１では、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、コーナ用と判定したセンサー２０ａ，ｂに対してコーナ用ＳＴＣ設定指示を行なう。そして、ステップＳ１２では、センサー２０ａ，ｂ（自身のロジック回路２１）は、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）から指示されたコーナ用ＳＴＣカーブを自身のＳＴＣ増幅回路２６１ｃに設定する。つまり、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、コーナ用（近距離用）のＳＴＣカーブをセンサー２０ａ，ｂに設定する。
【００３７】
ステップＳ１３では、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、バック用と判定したセンサー２０ｃに対してバック用ＳＴＣ設定指示を行なう。そして、ステップＳ１４では、センサー２０ｃ（自身のロジック回路２１）は、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）から指示されたバック用ＳＴＣカーブを自身のＳＴＣ増幅回路２６１ｃに設定する。
つまり、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、バック用（長距離用）のＳＴＣカーブをセンサー２０ｃに設定する。
【００３８】
このコーナ用ＳＴＣカーブとバック用ＳＴＣカーブとは、図７に示すように、ゲインを上げ始めるタイミングが異なる。換言すると、ゲインの立ち上げタイミングが異なる。通常、超音波の送信距離が長い場合に比べて短い場合の方が残響の収束が早いものである。そこで、バック用ＳＴＣカーブ（バック用センサー２０ｃの設定）に比べてコーナ用ＳＴＣカーブ（コーナ用センサー２０ａ，ｂの設定）の方が利得を上げ始めるタイミングを早くする。換言すると、送波距離が長い場合に比べて短い場合の方がゲインを上げ始めるタイミングが早い。
【００３９】
そして、ステップＳ１５では、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、通信回路１３を介してセンサー２０ａ〜２０ｃに通信フレーム（送受波指示）を送信する。ステップＳ１６では、通信回路２３を介して送受波指示を受信したセンサー２０ａ〜２０ｃ（ロジック回路２１）は、超音波の送波を行なうと共に、設定したＳＴＣカーブに応じて受波した超音波を増幅して検知時間情報を算出する。
【００４０】
そして、ステップＳ１７では、センサー２０ａ〜２０ｃ（ロジック回路２１）は、通信回路２３を介してＥＣＵ１０（ロジック回路１１）に算出した検知時間情報を送信する。
ステップＳ１８では、通信回路１３を介して検知時間情報を受信したＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、検知時間を認識する。なお、ステップＳ１５〜ステップＳ１８は、繰り返し実行されるものである。
【００４１】
そして、ステップＳ１９では、ＥＣＵ１０（ロジック回路１１）は、表示回路１５に表示指示信号を送信したり、ブザー回路に報知指示信号を送信したりすることによって、検知時間（車両と障害物との距離）に対応した報知音・表示で報知する。
【００４２】
このように送波距離が長い場合に比べて短い場合の方がゲインを上げ始めるタイミングを早くすることによって、適切なタイミングでゲインを上げることができる。
【００４３】
また、変形例２では、超音波の送受波周波数に応じてＳＴＣカーブ（時間とゲインとの関係）を変更する例を示す。図８は、本発明の変形例２における障害物検知装置の利得変化を示すグラフである。
【００４４】
なお、変形例２における障害物検知装置（ＥＣＵ１０、センサー２０ａ〜２０ｃ）の構成は、上述の実施の形態と同様であるため説明を省略する。ただし、変形例２においては、複数のセンサー２０ａ〜２０ｃは、複数の異なる周波数で超音波を送受波するものである。
【００４５】
通常、超音波の周波数が低い場合に比べて高い場合の方が減衰量が大きいものである。そこで、図８に示すように、周波数が低い場合に比べて高い場合の方がゲインを大きくする。このようにすることによって、周波数に適したゲインとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態における障害物検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるセンサーの概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における受波回路の概略構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態における障害物検知装置の利得変化を示すグラフである。
【図６】本発明の変形例１における障害物検知装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の変形例１における障害物検知装置の利得変化を示すグラフである。
【図８】本発明の変形例２における障害物検知装置の利得変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ＥＣＵ、１１  ロジック回路、１２  発振回路、１３  通信回路、１４  センサー用電源回路、１５  表示回路、１６  ブザー回路、２０ａ〜２０ｃ  センサー、２１  ロジック回路、２２  発振回路、２３  通信回路、２４  フィルタ回路、２５  送波回路、２６  受波回路、２７  マイク、２６１ａ  増幅回路、２６１ｂ  増幅回路、２６１ｃ  ＳＴＣ増幅回路、２６１ｄ  増幅回路、２６２  コンパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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