(57)【要約】【課題】簡単な構成で温度および湿度による影響を補正した超音波センサ装置を提供する。【解決手段】超音波センサ装置１００は、外気温度を計測する外気温度計１０を有する温度計測部９と、制御部５と、を有し、制御部５は障害物３までの距離を測定する距離演算部６と、距離演算部６が障害物３までの距離を測定する際に超音波の温度特性による測定誤差を補正する補正値を有する補正部７と、外気温度計１０が正常か否かを判定する判定部１２と、を備え、補正部７は、判定部１２が外気温度計１０を正常であると判定したときに、温度計測部１０が取得した外気温度に基づく補正値を距離演算部６に出力し、距離演算部６は、補正値にもとづいて測定した距離を補正することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、超音波の送信から受信までの時間差に基づいて障害物までの距離を測定する超音波センサ装置において、
外気温度を計測する外気温度計を有する温度計測部と、
制御部と、を有し、
前記制御部は障害物までの距離を測定する距離演算部と、
前記距離演算部が障害物までの距離を測定する際に超音波の温度特性による測定誤差を補正する補正値を有する補正部と、
前記外気温度計が正常か否かを判定する判定部と、を備え、
前記補正部は、前記判定部が前記外気温度計を正常であると判定したときに、前記温度計測部が取得した外気温度に基づく前記補正値を前記距離演算部に出力し、
前記距離演算部は、前記補正値に基づいて測定した距離を補正することを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項２】
外気湿度を計測する外気湿度計を有する湿度計測部をさらに備え、
前記補正値は、超音波の温度特性及び湿度特性による測定誤差を補正する補正値であり、
前記補正部は、前記温度計測部が取得した外気温度と前記湿度計測部が取得した外気湿度とに基づく前記補正値を前記距離演算部に出力することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ装置。
【請求項３】
前記距離演算部は、前記車両の速度を計測する速度計測部が計測した速度が速度閾値よりも大きいときに、測定した距離を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波センサ装置。
【請求項４】
前記制御部は前記判定部が前記外気温度計を正常であると判定したときからの経過時間を測定する時間計測部をさらに備え、
前記時間計測部は、前記判定部が前記外気温度計は正常であると判定したときに計測を開始し、
前記距離演算部は、前記経過時間が予め決められた時間閾値以上のときに、測定した距離を補正することを特徴とする請求項３に記載の超音波センサ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記補正部が補正値を更新するタイミングを決定する更新部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の超音波センサ装置。
【請求項６】
前記更新部は、前記補正部が前記補正値を前記距離演算部に出力したときに、前記補正部による補正値の更新を許可することを特徴とする請求項５に記載の超音波センサ装置。
【請求項７】
前記更新部は、前記外気温度の変化量が所定の温度変化量閾値を超えたときに、前記補正部による補正値の更新を許可することを特徴とする請求項５に記載の超音波センサ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記補正部による補正値の更新を許可する更新部をさらに備え、
前記更新部は、前記外気湿度の変化量が所定の湿度変化量閾値を超えたときに、前記補正部による補正値の更新を許可することを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の送信から受信までの時間差に基づいて障害物までの距離を測定する超音波センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
湿度変化による検出精度劣化の問題を解決できるようにした超音波センサ装置が提案されている。（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６―２４２６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の超音波センサ装置では、複数の周波数の異なる超音波を送信する必要があるため超音波センサ装置が煩雑になる。そこで、本発明は、構成を簡単にしつつ温度または湿度による影響を補正した超音波センサ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】
【０００５】
かかる目的を達成するためになされた本開示の超音波センサ装置は、車両に搭載され、超音波の送信から受信までの時間差に基づいて障害物までの距離を測定する超音波センサ装置であって、外気温度を計測する外気温度計を有する温度計測部と、制御部と、を有し、制御部は障害物までの距離を測定する距離演算部と、距離演算部が障害物までの距離を測定する際に超音波の温度特性による測定誤差を補正する補正値を有する補正部と、外気温度計が正常か否かを判定する判定部と、を備え、補正部は、判定部が外気温度計を正常であると判定したときに、温度計測部が取得した外気温度に基づく補正値を距離演算部に出力し、距離演算部は、補正値に基づいて測定した距離を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の超音波センサ装置は、超音波センサ装置の大型化やシステムの煩雑化、製造コストの増大を抑制しながら、温度または湿度による影響を補正して障害物までの距離を精度よく測定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施の形態に係る超音波センサ装置１００のブロック図
【図２】図１の制御部５の動作を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した超音波センサ装置に関して以下の課題が生じることを見出した。
【０００９】
従来、送信部から送信された超音波の反射波を受信部で受信し、送信から受信までの時間差に基づいて障害物までの距離を測定する車載用超音波センサ装置が知られている。しかしながら、超音波には、温度や湿度といった環境の変化によりその速度や音圧が変化するという特性がある。したがって超音波センサ装置による正確な障害物の検知を行うため
には、測定時の温度や湿度を把握した上で超音波センサ装置が算出した障害物までの距離を補正する必要がある。
【００１０】
そこで、特許文献１のように湿度変化による検出精度劣化の問題を解決できるようにした超音波センサ装置が提案されている。この超音波センサ装置は、１個以上の送信素子と２個以上の受信素子が同一基板に集積化されており、送信素子が２以上の異なる周波数の超音波を送信し、それぞれに対応した受信信号についての減衰損失の演算処理により湿度補正をしている。
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１の超音波センサ装置では、複数の周波数の異なる超音波を送信する必要があり、また、複数の受信素子が必要であるため超音波センサ装置の大型化やシステムの煩雑化、製造コストの増大につながるという課題があった。
【００１２】
このような課題を解決するために本発明の一態様に係る超音波センサ装置は、車両に搭載され、超音波の送信から受信までの時間差に基づいて障害物までの距離を測定する超音波センサ装置であって、外気温度を計測する外気温度計を有する温度計測部と、制御部と、を有し、制御部は障害物までの距離を測定する距離演算部と、距離演算部が障害物までの距離を測定する際に超音波の温度特性による測定誤差を補正する補正値を有する補正部と、外気温度計が正常か否かを判定する判定部と、を備え、補正部は、判定部が外気温度計を正常であると判定したときに、温度計測部が取得した外気温度に基づく補正値を距離演算部に出力し、距離演算部は、補正値にもとづいて測定した距離を補正する。
【００１３】
これによれば、補正部は距離演算部に外気温度に基づく補正値を出力するため超音波センサ装置が温度による影響を受けずに障害物までの距離を精度良く測定できる。また、複数の受信素子を必要としないため超音波センサ装置の大型化やシステムの煩雑化、製造コストの増大を抑制することができる。さらには、補正部は判定部が外気温度計を正常であると判断した場合以外は補正しないので外気温度計が誤測定した測定値に基づいた補正を抑制することができる。
【００１４】
また、例えば、外気湿度を計測する外気湿度計を有する湿度計測部をさらに備え、補正値は、超音波の温度特性及び湿度特性による測定誤差を補正する補正値であり、補正部は、温度計測部が取得した外気温度と湿度計測部が取得した外気湿度とに基づく補正値を距離演算部に出力してもよい。
【００１５】
これによれば、補正部は距離演算部に外気温度と外気湿度に基づく補正値を出力するため、超音波センサ装置が温度および湿度による影響を受けずに障害物までの距離を精度良く測定できる。
【００１６】
また、例えば、距離演算部は、車両の速度を計測する速度計測部が計測した速度が速度閾値よりも大きいときに、測定した距離を補正してもよい。
【００１７】
これによれば、車両が一定以上の速度になった場合に、距離補正部が測定した距離を補正するため、より外気に近い温度および／または湿度で測定誤差を補正することができる。
【００１８】
また、例えば、制御部は判定部が外気温度計を正常であると判定したときからの経過時間を測定する時間計測部をさらに備え、時間計測部は、判定部が外気温度計は正常であると判定したときに計測を開始し、距離演算部は、経過時間が予め決められた時間閾値以上のときに、測定した距離を補正してもよい。
【００１９】
これによれば、車両が一定以上の速度を一定時間以上保った場合に、距離演算部が測定した距離を補正するため、外気温度計および／または外気湿度計がそれぞれ測定する温度および／または湿度が十分に安定した後に測定誤差を補正することができる。
【００２０】
また、例えば、制御部は、補正部が補正値を更新するタイミングを決定する更新部をさらに備えてもよい。
【００２１】
これによれば、温度や湿度が変化した場合にも、補正値を更新することで精度良く障害物までの距離を測定することができる。
【００２２】
また、例えば、更新部は、補正部が補正値を距離演算部に出力したときに、補正部による補正値の更新を許可してもよい。
【００２３】
これによれば、補正部が補正値を距離算出部に出力するたびに補正部が新しく補正値を算出するため、精度良く障害物までの距離を測定することができる。
【００２４】
また、例えば、更新部は、外気温度の変化量が所定の温度変化量閾値を超えたときに、補正部による補正値の更新を許可してもよい。
【００２５】
これによれば、温度が急激に変化した場合にも、超音波センサ装置は精度良く障害物までの距離を測定することができる。
【００２６】
また、例えば、更新部は、外気湿度の変化量が所定の湿度変化量閾値を超えたときに、補正部による補正値の更新を許可してもよい。
【００２７】
これによれば、湿度が急激に変化した場合にも、超音波センサ装置は精度良く障害物までの距離を測定することができる。
【００２８】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される構成要素、構成要素の位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２９】
本実施の形態の超音波センサ装置１００は、車両に搭載され、超音波を送受信し送信から受信までの時間差に基づいて障害物までの距離を測定する。例えば障害物までの距離が短いときには、運転者に対する報知や車両に対する制御を行う。
【００３０】
最初に、超音波センサ装置１００の構成を説明する。図１は超音波センサ装置１００の構成を示すブロック図である。超音波センサ装置１００は、送信部１、受信部２、受波増幅部４、制御部５、温度計測部９、湿度計測部１８を備える。また、制御部５は、距離演算部６、補正部７、判定部１２、時間計測部１３、更新部１６を備える。制御部５は、車両に搭載される速度計測部１５、車両制御部１７と接続されている。
【００３１】
送信部１は、圧電素子を用いた超音波マイクロホンからなり、入力される発振信号に等しい周波数の超音波を障害物３へ送波し、送波した超音波に対応する電気信号を距離演算部６へ出力する。送波された超音波は障害物３により反射する。
【００３２】
受信部２は送信部１と同じく圧電素子を用いた超音波マイクロホンからなり、障害物３で反射した超音波を受信し、電気信号に変換して受波増幅部４へ出力する。なお、送信部１と受信部２は一体となっていてもよいし別体として存在してもよい。また、送信部１および受信部２は複数個設置してもよいし、送信部１と受信部２が同数個でなくてもよい。
【００３３】
受波増幅部４は受信部２が受波した電気信号を増幅し距離演算部６へ出力する。
【００３４】
温度計測部９は外気の温度を計測するセンシングデバイスである外気温度計１０および車両温度計１１を有する。外気温度計１０および車両温度計１１は例えば車両バンパ内に設置され外気の温度を計測する。
【００３５】
温度計測部９が有する外気温度計１０と車両温度計１１とは特に区別されないが、温度計測部９は外気の温度を計測するセンシングデバイスを複数個備えることが望ましい。測定された外気温度は電気信号として判定部１２へ出力される。
【００３６】
速度計測部１５は、車両の速度Ｖ（ｔ）を計測する。車の速度を検出する方法として例えば、トランスミッションの出力側に装備されるドリブンギアにより車速を検出する方法がある。測定された車両の速度は時間計測部１３へ出力される。
【００３７】
湿度計測部１８は、外気の湿度を計測する外気湿度計１９を有する。湿度計測部１８で測定した外気湿度は補正部７へ送られる。
【００３８】
制御部５は、マイクロコンピュータと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、後述する制御処理をマイクロコンピュータに実行させるためのプログラムやデータを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などにより構成される。
【００３９】
距離演算部６は、送信部１および受波増幅部４から出力された電気信号に基づき障害物３までの距離を算出する。具体的には、送信部１および受波増幅部４から出力された信号から、超音波の送信から受信までの時間差に基づいて障害物３までの距離を測定する。さらに後述するように、温度および／または湿度に基づく補正値から、測定した距離を補正する。算出された距離は電気信号として車両制御部１７へ出力される。
【００４０】
補正部７は、障害物３までの距離について温度および湿度による測定誤差を補正する。補正部７は、補正テーブルを有している。補正テーブルは、外気温度および外気湿度から補正値を決定するための表である。例えば行に温度を、列に湿度をそれぞれ並べておき、それらの行列に対応する欄に補正値を入れておけばよい。そして、補正部７は、温度計測部９から取得した外気温度、および湿度計測部１８から取得した外気湿度に対応した補正値を必要時に呼び出して距離演算部６へ出力する。
【００４１】
なお、補正テーブルは上記のように温度および湿度に補正値が対応するような構成には限定されず、例えば温度のみに補正値が対応するような表でもよいし、湿度のみに補正値が対応するような表でもよい。このようにすれば、外気温度あるいは外気湿度のうち一方のみで補正値を決定できるので、温度計測部９と湿度計測部１８のいずれかがある構成でもよい。
【００４２】
判定部１２は、外気温度計１０と車両温度計１１とでそれぞれ測定された温度に基づいて外気温度計１０が正常であるか否かを判定する。その判定結果と、取得した外気温度を時間計測部１３と更新部１６へ送る。
【００４３】
時間計測部１３は、判定部１２が外気温度計１０を正常であると判断してからの経過時
間Ｗを計測する。時間計測部１３は、測定した経過時間Ｗに加え判定部１２より取得した外気温度と速度計測部１５より取得した速度を補正部７へ送る。
【００４４】
更新部１６は、補正部７が補正値を更新するタイミングを決定する。更新部１６は、補正部７が補正値を距離演算部６に出力したときに、次の補正値への更新を許可する。それにより、補正部７は、新たな外気温度および外気湿度に基づいて、補正値を補正テーブルから選択する。選択された補正値は、距離演算部６へ出力される。
【００４５】
なお、更新は一定時間毎に行っても良い。また、更新部１６は判定部１２から正常と判定された外気温度を取得して、前回の更新時の外気温度からの温度変化が予め決めておいた変化量を超えたときに、次の更新を許可してもよい。同様に、更新部１６は湿度計測部１８から外気湿度を取得して、前回の更新時の外気湿度からの湿度変化が予め決めておいた変化量を超えたときに、次の更新を許可してもよい。また、例えば午前１０時、午後２時、午後６時など所定の時刻で更新するようにしても構わない。
【００４６】
車両制御部１７は、距離演算部６で算出された障害物３までの距離に基づいて車両を制御する。例えば算出された距離が予め決めておいた距離閾値よりも小さいときに車両制御部１７が車両の制動制御を行う。車両制御部１７は、制動制御を行う代わりに、運転者に対して障害物３の存在を知らせる警告音を報知したり、ナビゲーション装置等のディスプレイに警告を表示してもよい。このような構成にすることで、超音波センサ装置１００は温度および／または湿度特性による測定距離の誤差を補正した上で車両を制御するため、より安全に精度良く車両を制御できる。
【００４７】
次に制御部５の動作について図２を用いて説明する。図２は図１の制御部５の動作を説明するフローチャートである。
【００４８】
超音波センサ装置１００は車のエンジンが点火（もしくは電源がオン）すると電源が入る。超音波センサ装置１００の電源が入るとフローはステップＳ１へ移行する。
【００４９】
ステップＳ１では、判定部１２によって外気温度計１０が正常であるか否かを判定している。外気温度計１０が、時刻ｔにおいて温度Ｔ１（ｔ）を示しているとする。また、車両温度計１１は同時刻ｔにおいて温度Ｔ２（ｔ）を示している。このときＴ１（ｔ）とＴ２（ｔ）の差が予め決められていた温度閾値ＴＨ１よりも小さいとき（ステップＳ１におけるＹＥＳ）、判定部１２は、外気温度計１０が正常であると判断しフローはＳ２へ移行する。
【００５０】
判定部１２は外気温度計１０が示す温度Ｔ１（ｔ）と車両温度計１１が示す温度Ｔ２（ｔ）とを比較することで、外気温度計１０が正常であるかどうかを判定することができる。このように、判定部１２は外気温度計１０が正しく動作しているかを判定するので、故障した外気温度計１０が誤測定した温度に基づく誤った補正を抑制することができる。
【００５１】
ステップＳ１において、Ｔ１（ｔ）とＴ２（ｔ）の差が予め決められていた温度閾値ＴＨ１以上のとき（ステップＳ１におけるＮＯ）、外気温度計１０は異常であると判定部１２が判断し、ステップＳ１に戻る。
【００５２】
ステップＳ２では、時間計測部１３が時間を計測する。時間計測部１３はステップＳ１で外気温度計１０が正常であると判定されてからの経過時間Ｗを計測する。時間計測部１３が経過時間を計測するとフローはステップＳ３へ移行する。
【００５３】
ステップＳ３では、時間計測部１３が速度計測部１５で測定された車両の速度Ｖ（ｔ）
と予め決められていた速度閾値ＴＨ２との比較を行う。車両の速度Ｖ（ｔ）が速度閾値ＴＨ２以上であるとき（ステップＳ３におけるＹＥＳ）、フローはステップＳ４へ移行する。ステップＳ３において、車両の速度Ｖ（ｔ）が速度閾値ＴＨ２より小さいとき（ステップＳ３におけるＮＯ）、フローはステップＳ５へ移行する。ステップＳ５では、経過時間Ｗを０にリセットする。その後フローはステップＳ２に戻される。
【００５４】
ステップＳ４では、時間計測部１３が計測している経過時間Ｗと時間閾値ＴＨ３との比較を行う。経過時間Ｗが時間閾値ＴＨ３以上であるとき（ステップＳ４におけるＹＥＳ）、フローはＳ６へ移行する。ステップＳ４において、経過時間Ｗが時間閾値ＴＨ３より小さいとき（ステップＳ４におけるＮＯ）、フローはＳ２へ戻される。
【００５５】
ステップＳ６において、補正部７は外気温度および外気湿度に応じた補正値を補正テーブルの中から選択し呼び出す。補正テーブルとは、温度および湿度と補正値とを対応させた対応表のことである。ただし、上述したとおり温度のみ、湿度のみ、と補正値とを対応させた表であってもよい。
【００５６】
呼び出された補正値は距離演算部６へ出力される。補正値が距離演算部６へ出力されると、フローはステップＳ７へ移る。
【００５７】
ステップＳ７において、距離演算部６は、出力された補正値をもとに超音波センサ装置１００の温度および／または湿度特性による測定誤差を補正した障害物３までの距離を算出する。算出された距離は電気信号として車両制御部１７に出力される。障害物３までの距離を算出した後、フローはステップＳ８へ移行する。
【００５８】
このように、車両が一定以上の速度を一定時間以上保った場合に、補正部７が外気温度および外気湿度に基づいた補正値を呼び出し距離演算部６に出力するため、測定される温度および湿度が十分に安定した状態で測定誤差を補正することができる。
【００５９】
例えば、外気温度計１０が車両停止時に熱がこもり高温になりやすい車両バンパ内に設置される場合、車両が動き始めたときの外気温度計１０が計測する温度は実際の外気温度、湿度とは異なる値を測定してしまう可能性がある。補正するタイミングに車速の制約を設けることで、外気温度計１０や外気湿度計１９が外気にさらされる。それにより、外気温度計１０および外気湿度計１９がそれぞれ正確な外気の温度および湿度を測定できる。
【００６０】
さらに、補正するタイミングに経過時間の制約を設けることで、外気温度計１０や外気湿度計１９が外気に十分にさらされる。それにより、計測値が安定するので外気温度計１０および外気湿度計１９がそれぞれ正確な外気の温度および湿度を測定できる。
【００６１】
ステップＳ８では、更新部１６によって補正値の更新タイミングが判定される。例えば、補正部７が補正値を距離演算部に出力した場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、補正部７による補正値の更新が許可され、フローはステップＳ１に戻る。これにより、随時測定時の外気温度および外気湿度に応じた補正値に更新されるため、外気温度や外気湿度が変化した場合にも精度良く障害物３までの距離を測定することができる。
【００６２】
なお、上述したように更新のタイミングはこの場合に限らない。更新は一定時間毎に行ってもよいし、前回の更新時からの温度変化量や湿度変化量が予め決めておいた変化量（温度変化量閾値や湿度変化量閾値）を超えたときにしてもよい。また、例えば午前１０時、午後２時、午後６時など所定の時刻で更新するようにしても構わない。温度変化量や湿度変化量が予め決めておいた変化量を超えたときに行うことで、温度や湿度が急変した場合にも対応できる。
【００６３】
以上のフローを繰り返すことにより、超音波センサ装置１００は、簡単な構成で車周囲の温度、湿度に係らず精度良く障害物３までの距離を測定できる。また、補正部７は、判定部１２が外気温度計１０を正常であると判断した場合以外は補正しないので、外気温度計１０が誤測定した値に基づく誤った補正を抑制することができる。
【００６４】
また、温度および湿度による測定誤差を補正した障害物３までの距離と予め決めていた距離閾値とを比較し、その結果に応じて車両制御部１７が車両に対して制御を行っても良い。これにより、測定距離の誤差を補正した上で自動車を制御するため、より安全に精度良く自動車を制御できる。制御方法は、自動ブレーキなどの制動制御や警報音の報知などが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の超音波センサ装置１００は、装置の大型化やシステムの煩雑化、製造コストの増大を抑制しながら、温度による影響を補正して障害物３までの距離を精度よく測定できるという効果を有し、車両用超音波センサ装置等に有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１      送信部
２      受信部
３      障害物
４      受波増幅部
５      制御部
６      距離演算部
７      補正部
９      温度計測部
１０    外気温度計
１１    車両温度計
１２    判定部
１３    時間計測部
１５    速度計測部
１６    更新部
１７    車両制御部
１８    湿度計測部
１９    外気湿度計
１００  超音波センサ装置
【図１】
2018096693.tif 000003
【図２】
2018096693.tif 000004