(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の外壁の一部に設けられて駆動信号に応じ振動しこの振動の継続のもと振動面（１２）から超音波を送信し、この送信超音波が障害物により反射されたとき当該反射超音波を前記振動面にて受信し受信信号を発生する超音波振動子（１０）と、
超音波の発生のための周波数にて前記駆動信号を発生して前記超音波振動子に出力する駆動信号発生手段（２０）と、
超音波振動子の受信信号に基づき前記障害物を検知する検知手段（３０乃至５０、２５０乃至２７０）と、
前記超音波振動子の周囲温度を検出する温度検出手段（６０）と、
前記温度検出手段によって検出された前記超音波振動子の周囲温度に基づき、前記超音波振動子が前記振動面の凍結を招くような低い周囲温度環境にあるか否かを判定する温度判定手段（２３０）と、
前記超音波振動子の残響振動の継続時間が第１の残響時間（Ｔ３）以下であるときに前記超音波振動子の故障状態を判定する故障判定手段（２４０、２９０）と、
前記温度判定手段による前記低い周囲温度環境にあるとの判定に基づき、前記残響振動の継続時間が前記第１の残響時間より長く、かつ前記第１の残響時間より長い第２の残響時間（Ｔ２）以下であるときに前記振動面の凍結状態を判定する凍結判定手段（２８０）と、
前記故障判定手段による故障状態との判定に基づき当該故障状態を報知し、また前記凍結判定手段による凍結との判定に基づき前記振動面の凍結を異常状態として報知する報知手段（８０乃至１１０、２４１）とを備え、
前記温度判定手段が前記低い周囲温度環境にないと判定したときは、前記残響振動の継続時間が前記第１の残響時間より長く、かつ前記第２の残響時間以下であっても前記検知手段により前記障害物の検知が行われることを特徴とする車両用障害物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に対する障害物を超音波の利用により検知するに適した車両用障害物検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、乗用車用障害物検知装置においては、超音波振動子により送信される超音波が当該乗用車の周囲に存在する障害物により反射されたとき、この反射超音波を超音波振動子により受信して、この超音波振動子の受信出力に基づき当該障害物を検知するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記障害物検知装置では、超音波振動子は、ケーシングの開口部に設けたアルミニウム膜からなる振動面に、ケーシング内に収容した圧電素子の振動を伝達することで、当該振動面からその振動により超音波を送信するようになっている。
【０００４】
ここで、圧電素子はこれに印加される駆動電圧の周波数に応じて振動し、ケーシングは、通常、送信超音波の周波数に相当する駆動電圧の周波数にて共振するように構成されている。このため、ケーシングは、圧電素子による振動面への振動の伝達開始に伴い共振し始め、当該振動の伝達停止後も慣性振動により共振を継続するいわゆる残響振動の継続状態になる。そこで、超音波振動子では、圧電素子からの振動の伝達に加え、上述のような残響振動をも利用して超音波の送信がなされる。
【０００５】
また、超音波振動子による超音波の送信は、当該乗用車の周囲に存在する障害物に向けて行う必要があるため、超音波振動子は、ケーシングにて、振動面を当該乗用車の周囲に向け露呈させるように、当該乗用車の外壁の適所に装着される。従って、超音波振動子は、破損等による故障状態になり易く、この故障状態では、超音波振動子は正常には動作し得ない状態になる。
【０００６】
これに対し、超音波振動子の故障状態では、上記残響振動の継続時間である残響時間が短くなることを考慮して、超音波振動子の故障状態を検知する技術が提案されている。
【０００７】
しかし、上述のように、超音波振動子は当該乗用車の外壁の適所に装着されているため、超音波振動子は、その周囲温度の変動の影響を受け易く、また、振動面の雪、水による凍結を招き易い。そして、上記残響時間は、超音波振動子の故障だけでなく、その周囲温度の変動や、振動面の雪、水による凍結により大きく変動する。
【０００８】
ここで、周囲温度が低下すると、超音波振動子の残響時間は長くなる。また、振動面に付着した雪や水が凍結すると、この凍結により振動面の振動が大きく抑制される。このため、ケーシングは、その共振周波数からずれる状態となり、超音波振動子の残響時間が短くなる。従って、単に残響時間が短くなることだけでは、超音波振動子の故障を凍結から正しく区別することができない。
【０００９】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、超音波振動子の故障を凍結等と正しく区別して報知するようにした車両用障害物検知装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決にあたり、請求項１に記載の発明に係る車両用障害物検知装置は、
車両の外壁の一部に設けられて駆動信号に応じ振動しこの振動の継続のもと振動面（１２）から超音波を送信し、この送信超音波が障害物により反射されたとき当該反射超音波を振動面にて受信し受信信号を発生する超音波振動子（１０）と、
超音波の発生のための周波数にて駆動信号を発生して超音波振動子に出力する駆動信号発生手段（２０）と、
超音波振動子の受信信号に基づき障害物を検知する検知手段（３０乃至５０、２５０乃至２７０）と、
超音波振動子の周囲温度を検出する温度検出手段（６０）と、
温度検出手段によって検出された超音波振動子の周囲温度に基づき、超音波振動子が振動面の凍結を招くような低い周囲温度環境にあるか否かを判定する温度判定手段（２３０）と、
超音波振動子の残響振動の継続時間が第１の残響時間（Ｔ３）以下であるときに超音波振動子の故障状態を判定する故障判定手段（２４０、２９０）と、
温度判定手段による低い周囲温度環境にあるとの判定に基づき、残響振動の継続時間が第１の残響時間より長く、かつ第１の残響時間より長い第２の残響時間（Ｔ２）以下であるときに振動面の凍結状態を判定する凍結判定手段（２８０）と、
故障判定手段による故障状態との判定に基づき当該故障状態を報知し、また凍結判定手段による凍結との判定に基づき振動面の凍結を異常状態として報知する報知手段（８０乃至１１０、２４１）とを備え、
温度判定手段が低い周囲温度環境にないと判定したときは、残響振動の継続時間が第１の残響時間より長く、かつ第２の残響時間以下であっても検知手段により障害物の検知が行われる。
【００１２】
このように、超音波振動子の周囲温度を検出すると、超音波振動子が振動面の凍結を招くような低い周囲温度環境にあるか否かを判定する。そして、上記低い周囲温度環境にないとの判定がなされれば上記残響振動の継続時間が超音波振動子の故障状態を表すか否かを判定し、上記故障状態との判定がなされれば超音波振動子が故障状態にあることを報知する。これにより、車両の乗員は、超音波振動子が低い周囲温度環境にない場合の超音波振動子の故障の有無を正しく認識できるのは勿論のこと、乗員は、超音波振動子が低い周囲温度環境にある場合の当該超音波振動子の凍結の有無を超音波振動子の故障状態と区別して正しく認識できる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る乗用車用障害物検知装置の例を示しており、当該障害物検知装置は当該乗用車のいわゆるバックソナー装置として採用されている。この障害物検知装置は、超音波送受信素子である超音波振動子１０を備えており、この超音波振動子１０は、当該乗用車のリアバンパー左右方向中央部に支持されている。
【００１６】
当該超音波振動子１０は、超音波を送受信する部分である振動面１２を設け、この振動面１２を振動させるようにケーシング１１内に圧電素子（図示しない）を設けて構成されている。
【００１７】
このように構成した超音波振動子１０においては、上記圧電素子が駆動電圧を印加されると、この圧電素子がその圧電作用により振動しこの振動を振動面１２に伝達して当該振動面１２を振動させる。この振動に基づき、超音波振動子１０は、振動面１２からその前方に向けて超音波を送信する。また、超音波振動子１０においては、送信超音波が障害物により反射されて振動面１２にて受信されると、当該振動面１２は受信超音波の周波数にて振動してこの振動を上記圧電素子に伝達する。このため、当該圧電素子は、その圧電作用により圧電電圧を発生する。このことは、超音波振動子１０は、上記圧電素子の圧電電圧を受信超音波の振幅に応じたレベルにて受信信号を発生することを意味する。
【００１８】
但し、超音波振動子１０による超音波の送信は、当該乗用車の後方に存在する障害物に向けて行う必要があるため、超音波振動子１０は、ケーシング１１にて、振動面１２を当該乗用車の後方に向け露呈させるように、当該乗用車のリアバンパの左右方向中央部に支持されている。
【００１９】
また、本実施形態では、振動面１２から超音波を送信するように、上記圧電素子への印加駆動電圧の周波数は、４０ｋＨｚとなっている。また、ケーシング１１は、上記駆動電圧の周波数、即ち送信超音波の周波数にて共振するように構成されている。このため、ケーシング１１は、上記圧電素子による振動面１２への振動の伝達開始に伴い共振し始め、当該振動の伝達停止後も慣性振動により共振を継続するいわゆる残響振動の継続状態になる。そこで、超音波振動子１０は、上記圧電素子による振動の伝達に加え、上述のような残響振動をも利用して超音波の送信を行う。
【００２０】
また、当該障害物検知装置は、駆動回路２０、バンドパスフィルタ３０（以下、ＢＰＦ３０という）、増幅回路４０、包絡線検波回路５０、温度センサ６０及びマイクロコンピュータ７０を備えている。駆動回路２０は、マイクロコンピュータ７０による制御のもと、所定間欠時間（例えば、１５０ｍｓｅｃ）の経過毎に、所定発振時間（例えば、２５０μｓｅｃ）の間、所定発振周波数（例えば、４０ｋＨｚ）にて発振し、当該所定発振周波数のパルス電圧を駆動電圧として超音波振動子１０に印加する。このことは、超音波振動子１０の圧電素子が、上記所定間欠時間の経過毎に上記所定発振周波数の駆動電圧を印加されて当該所定発振周波数にて振動面１２を振動させることを意味する。
【００２１】
ＢＰＦ３０は、超音波振動子１０からの受信信号のうち外乱周波数成分を除去し、残りの周波数成分をフィルタ信号として発生する。増幅回路４０は、ＢＰＦ３０からのフィルタ信号を増幅して増幅信号（図４及乃至図６参照）を発生する。包絡線検波回路５０は、増幅回路４０からの増幅信号の振幅を包絡線検波して包絡線検波信号を発生する。温度センサ６０は、超音波振動子１０の周囲温度を検出する。
【００２２】
マイクロコンピュータ７０は、図２及び図３にて示すフローチャートに従いコンピュータプログラムを実行し、この実行中において、包絡線検波回路５０及び温度センサ６０の各出力に基づき超音波振動子１０の故障状態や凍結等の異常状態の判定、故障状態や異常状態の表示及び障害物との間の距離演算等の処理を行う。なお、上記コンピュータプログラムは、当該マイクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されている。
【００２３】
ディスプレイ８０は、駆動回路９０を介しマイクロコンピュータ７０により制御駆動されて表示する。ブザー１００は、駆動回路１１０を介しマイクロコンピュータ７０により制御駆動されて鳴動する。なお、ディスプレイ８０及びブザー１００は、当該乗用車の車室内のインストルメントパネルに設けられている。
【００２４】
以上のように構成した本実施形態において、当該乗用車の後進に伴いマイクロコンピュータ７０が図２及び図３のフローチャートに従いコンピュータプログラムの実行を開始すれば、ステップ２００において、駆動回路２０の発振処理がなされる。この発振処理は、駆動回路２０を上記所定発振周波数にて上記所定発振時間の間発振させるように行う。すると、駆動回路２０は、マイクロコンピュータ７０による発振処理のもと、上記所定発振周波数にて上記所定発振時間の間発振し上記所定発振周波数のパルス電圧を駆動電圧として超音波振動子１０に出力する。このため、超音波振動子１０は、その圧電素子にて、上記駆動電圧を印加されて上記所定発振周波数にて振動面１２を振動し、超音波を上記所定発振周波数にて当該乗用車の後方に向けて送信する。
【００２５】
然る後、ステップ２１０において、上記所定発振時間の経過に伴い、駆動回路２０の発振処理が停止される。これに伴い、駆動回路２０が超音波振動子１０への駆動電圧の出力を停止する。これにより、超音波振動子１０においては、その圧電素子による振動面１２への振動の伝達が停止される。このことは、超音波振動子１０が受信状態に切り換えられたことを意味する。
【００２６】
ステップ２１０の処理後、ステップ２２０において、超音波振動子１０の超音波の上記送信開始後増幅回路４０の増幅信号の振幅Ｖ（図４乃至図６参照）が所定閾値Ｖｔｈ（図４乃至図６参照）を超える時間が残響時間Ｔ（残響時間の継続時間）として演算される。この演算後、ステップ２３０において、超音波振動子１０の周囲温度が０（℃）以上か否かが判定される。ここで、０（℃）以上であれば、振動面１２の凍結はないことから、ステップ２３０における判定は、温度センサ６０の検出出力に基づきＹＥＳとなる。
【００２７】
これに伴い、ステップ２４０において、ステップ２２０における残響時間Ｔに基づき、超音波振動子１０が故障状態にあるか否かについて判定される。この判定は、ステップ２２０における残響時間Ｔが超音波振動子１０が故障状態にある場合の残響時間Ｔ３（図６参照）以下か否かによりなされる。当該残響時間Ｔ３は、超音波振動子１０が周囲温度０（℃）以上にて正常である場合の残響時間Ｔ１（図４参照）よりもかなり短いもので、マイクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されている。なお、図６の残響時間Ｔ３は、超音波振動子１０の故障状態での上限値として、図４の残響時間Ｔ１と共に超音波振動子１０について求めたものである。
【００２８】
残響時間Ｔが残響時間Ｔ３以下であれば、超音波振動子１０は故障状態にあることから、ステップ２４０にてＹＥＳと判定され、ステップ２４１にて超音波振動子１０の故障表示処理がなされる。このため、ディスプレイ８０が、駆動回路９０を介しマイクロコンピュータ７０により制御駆動されて、超音波振動子１０が故障状態にあるとして表示して警告する。これにより、当該乗用車の運転者は、超音波振動子１０が故障状態にあることを認識し、当該乗用車の後進のための運転に際しより一層の注意を要する旨認識し得る。また、運転者は、超音波振動子１０はその故障を解消しなければ正常状態に復帰しないことも認識できる。
【００２９】
また、上記ステップ２４０において、ＮＯとの判定がなされる場合には、超音波振動子１０は故障しておらず正常であることから、ステップ２５０において、包絡線検波信号の入力処理がなされる。即ち、当該乗用車の後進中において、上述のように超音波振動子１０が超音波を送信した後この超音波が当該乗用車の後方に存在する障害物により反射されて振動面１２により受信されると、この受信に伴い、超音波振動子１０は受信超音波の振幅に応じた受信信号を発生しＢＰＦ３０に出力する。すると、このＢＰＦ３０は当該受信信号に基づきフィルタ信号を発生し、増幅回路４０は当該フィルタ信号を増幅して増幅信号を発生し、包絡線検波回路５０は当該増幅信号を包絡線検波して包絡線検波信号を発生しマイクロコンピュータ７０にステップ２５０にて入力する。
【００３０】
この入力後、ステップ２６０において、超音波振動子１０と障害物との間の距離、つまり、当該乗用車の後部と障害物との間の距離が演算される。具体的には、次のようにして演算される。即ち、超音波振動子１０が超音波を送信した後反射超音波を受信するまでの経過時間において超音波の振幅、即ち、増幅回路４０の増幅信号の振幅（図４にて符号Ｖ参照）が所定閾値（図４にて符号Ｖｔｈ参照）を超える時間の半分と当該超音波の伝播速度との積が上記距離として演算される。
【００３１】
ついで、ステップ２７０において、ステップ２６０における演算距離に応じた警報処理がなされる。この警報処理は、ブザー１００の演算距離に応じた鳴動処理でなされる。
【００３２】
一方、上記ステップ２３０において、当該乗用車が冬季において０（℃）よりも低い温度の環境にある場合には、温度センサ６０の検出に基づき、ＮＯとの判定がなされる。ついで、ステップ２８０において、残響時間Ｔが、残響時間Ｔ３より長く超音波振動子１０の振動面１２が凍結状態にある場合の残響時間Ｔ２（図５参照）以下であるか否かが判定される。残響時間Ｔ２は、超音波振動子１０の凍結状態において求めたもので、マイクロコンピュータ７０のＲＯＭに予め記憶されている。この残響時間Ｔ２は、残響時間Ｔ３よりも長く残響時間Ｔ１よりも短い（図７参照）。なお、残響時間Ｔ２は、残響時間Ｔ３、Ｔ１と共に、同一タイミングを経過開始時期としている。
【００３３】
しかして、Ｔ３＜Ｔ≦Ｔ２であるときには、ステップ２８０における判定がＹＥＳとなり、ステップ２８１において、超音波振動子１０の振動面１２の凍結状態を異常状態として表示して警告する。これにより、当該乗用車の運転者は、超音波振動子１０が凍結による異常状態にあることを認識し、当該乗用車の後進のための運転に際しより一層の注意を要する旨認識し得る。また、運転者は、振動面１２の凍結が解消すれば、超音波振動子１０は、上記故障状態とは異なり、そのまま放置していても、正常状態に復帰することも認識できる。
【００３４】
一方、上記ステップ２８０においてＮＯとの判定がなされる場合には、ステップ２９０において、超音波振動子１０が故障状態にあるか否かが、Ｔ≦Ｔ３の成立の有無でもって判定される。ここで、残響時間Ｔが残響時間Ｔ３以下であれば、超音波振動子１０は故障状態にあることから、ステップ２９０においてＹＥＳと判定されて、ステップ２４１の故障表示処理が上述と同様になされる。
【００３５】
これにより、運転者は、上述と同様に、超音波振動子１０が故障状態にあることを認識し、当該乗用車の後進のための運転に際しより一層の注意を要する旨認識し得る。また、運転者は、上述と同様に、超音波振動子１０はその故障を解消しなければ正常状態に復帰しないことも認識できる。
【００３６】
一方、ステップ２９０においてＮＯと判定される場合には、超音波振動子１０は、０（℃）よりも低い環境にあるが、故障状態でも凍結状態でもないことから、ステップ２５０以後の処理が上述と同様になされる。
【００３７】
以上説明したように、超音波振動子１０が０（℃）より高い周囲温度環境にある場合には、残響時間Ｔの残響時間Ｔ３との比較において超音波振動子１０の故障の有無を判定し、故障状態のときには、超音波振動子１０の故障を表示警告するので、運転者は、０（℃）より高い周囲温度環境にある場合の超音波振動子１０の故障の有無を正しく認識できる。また、超音波振動子１０が０（℃）以下の周囲温度環境にある場合には、Ｔ３＜Ｔ≦Ｔ２の成立の有無によって超音波振動子１０の凍結の有無を判定し、凍結との判定の場合には、超音波振動子１０の凍結を異常状態として表示警告するので、運転者は、０（℃）以下の周囲温度環境にある場合の超音波振動子１０の凍結の有無を正しく認識できる。
【００３８】
また、このように、残響時間Ｔを各残響時間Ｔ２、Ｔ３と比較することで、超音波振動子１０の故障状態を凍結状態と正しく区別して判定できるので、運転者は、超音波振動子１０が凍結の解消により正常に復帰できるのか、或いは故障を解消しなければ正常に復帰できないのかを正しく認識できる。
【００３９】
ステップ２８１或いは２７０の処理後は、ステップ３００において、上記所定間欠時間の経過の有無が判定される。ここで、当該所定間欠時間が経過していなければ、ステップ３００での判定はＮＯとなり、ステップ２２０以後の処理がなされる。また、上記所定間欠時間が経過していれば、ステップ３００における判定はＹＥＳとなり、リターンステップを介してスタートステップ以後の処理がなされる。
【００４０】
なお、本発明の実施にあたり、駆動回路２０の駆動電圧の周波数は、４０ｋＨｚに限ることなく、超音波振動子１０から超音波を送信させる周波数であればよい。
【００４１】
また、本発明の実施にあたり、振動面１２の凍結や超音波振動子１０の故障を警告するにあたり、ディスプレイ８０の表示に代え、或いはこの表示と共に、ブザー１００を鳴動するようにしてもよく、一般的に上記警告を報知でもって行う報知手段を採用してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、ステップ２３０における温度判定基準を０（℃）とした例について説明したが、これに限らず、当該温度判定基準として、雪が降るような低温としてもよい。
【００４３】
また、本発明の実施にあたり、振動面１２に降雪が付着した場合には、残響時間Ｔは残響時間Ｔ１よりも長くなることを利用して、ステップ２９０でのＮＯとの判定後、残響時間Ｔを残響時間Ｔ１と比較判定し、Ｔ≧Ｔ１のときには、振動面１２に降雪が付着していると判定し、この判定に基づき、振動面１２への降雪の付着をディスプレイ８０により異常表示するようにしてもよい。なお、Ｔ＜Ｔ１の場合には、超音波振動子１０は正常と判定しステップ２５０以後の処理をすればよい。
【００４４】
また、本発明の実施にあたり、障害物検知装置は、バックソナー装置に限ることなく、当該乗用車のクリアランスソナー装置として採用してもよい。この場合には、超音波振動子１０を複数準備し、これら各超音波振動子１０を当該乗用車の周壁下部や周壁上部の複数箇所にそれぞれ配設する。これにより、当該乗用車の周壁下部や周壁上部の各箇所に対する各障害物の検知にあたり、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】図１のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートの一部である。
【図３】図１のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートの一部である。
【図４】図１の増幅回路の増幅信号の波形を超音波振動子が正常の場合において示すタイミングチャートである。
【図５】図１の増幅回路の増幅信号の波形を超音波振動子の振動面の凍結の場合において示すタイミングチャートである。
【図６】図１の増幅回路の増幅信号の波形を超音波振動子の故障の場合において示すタイミングチャートである。
【図７】図１の増幅回路の増幅信号の波形を、図４及び図６の残響時間をまとめた場合において示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…超音波振動子、１２…振動面、２０、９０、１１０…駆動回路、
３０…ＢＰＦ、４０…増幅回路、５０…包絡線検波回路、
６０…温度センサ、７０…マイクロコンピュータ、８０…ディスプレイ、
１００…ブザー。
【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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