(57)【要約】【課題】受信波が探査波の反射波であるか否かの高精度な判定が可能な物体検知装置を提供する。【解決手段】車両に搭載されて車両の外部の物体を検知する物体検知装置であって、周波数が時間とともに所定のパターンで変化する交流信号を生成する信号生成部３と、交流信号が入力されることにより、交流信号の周波数に応じた周波数の探査波を送信する送信部１、２と、探査波の反射波を受信するためのものであり、受信波の振幅に応じた信号を出力する受信部１、５と、受信部１、５の出力信号に周波数が所定のパターンで変化する信号が含まれているか否かに基づいて、受信波が探査波の反射波であるか否かを判定する周波数判定部１１と、を備え、周波数判定部１１は、受信部１、５の出力信号のうち、周波数が所定のパターンと同様に変化する信号と、該信号の前の信号とを用いて判定を行う。【選択図】図１
2019066383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されて前記車両の外部の物体を検知する物体検知装置であって、
周波数が時間とともに所定のパターンで変化する交流信号を生成する信号生成部（３）と、
前記交流信号が入力されることにより、前記交流信号の周波数に応じた周波数の探査波を送信する送信部（１、２）と、
前記探査波の反射波を受信するためのものであり、受信波の振幅に応じた信号を出力する受信部（１、５）と、
前記受信部の出力信号に周波数が前記所定のパターンで変化する信号が含まれているか否かに基づいて、前記受信波が前記探査波の反射波であるか否かを判定する周波数判定部（１１）と、を備え、
前記周波数判定部は、前記受信部の出力信号のうち、周波数が前記所定のパターンと同様に変化する信号と、該信号の前の信号とを用いて判定を行う物体検知装置。
【請求項２】
前記交流信号は、周波数が時間の経過とともに単調増加する請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記受信波が前記探査波の反射波であるとき、前記受信波の周波数は、時間の経過とともに単調減少した後、前記交流信号と同様に単調増加する請求項２に記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記交流信号は、周波数が時間の経過とともに単調減少する請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記受信波が前記探査波の反射波であるとき、前記受信波の周波数は、時間の経過とともに単調増加した後、前記交流信号と同様に単調減少する請求項４に記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記交流信号の周波数は、連続的に、または、離散的に変化する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項７】
前記探査波は超音波である請求項１ないし６のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項８】
前記交流信号の周波数は、前記送信部の共振周波数とは異なる周波数から変化を開始する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項９】
前記交流信号の周波数は、所定時間一定とされた後に変化を開始するか、または、所定の変化率で変化した後、前記所定の変化率よりも絶対値が大きい変化率で変化する請求項１ないし８のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項１０】
前記所定のパターンで周波数が変化する波形を含む参照波を記憶する参照波記憶部（１２）を備え、
前記周波数判定部は、前記参照波記憶部に記憶されている前記参照波の周波数と前記受信波の周波数とを比較して判定を行う請求項１ないし９のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項１１】
前記送信部を複数備え、
前記参照波記憶部は、複数の前記送信部それぞれについて、前記所定のパターンで周波数が変化する波形を含む参照波を記憶している請求項１０に記載の物体検知装置。
【請求項１２】
前記参照波記憶部は、複数の前記参照波を記憶しており、
前記周波数判定部は、複数の前記参照波から外気温または湿度に応じて選択された参照波を用いて判定を行う請求項１０または１１に記載の物体検知装置。
【請求項１３】
前記参照波記憶部は、複数の前記参照波を記憶しており、
前記周波数判定部は、複数の前記参照波から前記車両の速度または加速度に応じて選択された参照波を用いて判定を行う請求項１０または１１に記載の物体検知装置。
【請求項１４】
前記周波数判定部は、前記受信波と前記参照波との周波数の誤差を用いて、前記受信波と前記参照波との相関を比較する請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項１５】
前記周波数判定部は、前記受信波と前記参照波との周波数軸での差が小さくなるように、前記参照波を周波数方向へオフセットした後で、前記受信波と前記参照波との周波数の誤差を用いて、前記受信波と前記参照波との相関を比較する請求項１４に記載の物体検知装置。
【請求項１６】
前記受信波と前記参照波との周波数軸での差が小さくなるように前記参照波を周波数方向へオフセットしたときのオフセット量に基づいて、物体の相対速度を検出する相対速度検出部（１３）を備える請求項１５に記載の物体検知装置。
【請求項１７】
前記周波数判定部は、前記受信波と前記参照波との周波数軸での差が小さくなるように、前記参照波に周波数方向へ所定の倍率をかけた後で、前記受信波と前記参照波との周波数の誤差を用いて、前記受信波と前記参照波との相関を比較する請求項１４に記載の物体検知装置。
【請求項１８】
前記所定の倍率から物体の相対速度を検出する相対速度検出部（１３）を備える請求項１７に記載の物体検知装置。
【請求項１９】
前記周波数判定部は、前記受信波と前記参照波との周波数の差が時間軸において極小値をとるときに、該周波数の差に基づいて、前記受信部の出力信号に周波数が前記所定のパターンで変化する信号が含まれているか否かを判定する請求項１０ないし１８のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項２０】
前記参照波を第１参照波として、
前記参照波記憶部は、前記所定のパターンとは異なる変化率で周波数が変化する波形を含む第２参照波を記憶しており、
前記周波数判定部は、前記受信波と前記第１参照波との周波数の差が、前記受信波と前記第２参照波との周波数の差よりも小さいとき、前記受信部の出力信号に周波数が前記所定のパターンで変化する信号が含まれていると判定する請求項１０ないし１９のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項２１】
前記周波数判定部は、前記受信波と前記参照波との周波数の差が所定の値よりも小さいとき、前記受信部の出力信号に周波数が前記所定のパターンで変化する信号が含まれていると判定する請求項１０ないし１９のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項２２】
前記参照波を第１参照波として、
前記参照波記憶部は、前記所定のパターンとは異なる変化率で周波数が変化する波形を含む第２参照波を記憶しており、
前記周波数判定部は、前記受信波と前記第１参照波との周波数の差が、前記受信波と前記第２参照波との周波数の差よりも小さく、かつ、所定の値よりも小さいとき、前記受信部の出力信号に周波数が前記所定のパターンで変化する信号が含まれていると判定する請求項１０ないし１９のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項２３】
前記周波数判定部は、前記受信波の振幅が所定値以上であるときに、前記受信部の出力信号に周波数が前記所定のパターンで変化する信号が含まれているか否かを判定する請求項１９ないし２２のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項２４】
前記送信部が前記探査波を送信してから前記受信部が前記探査波の反射波を受信するまでの時間に基づいて前記探査波を反射した物体との距離を検出する距離検出部（９）を備え、
前記距離検出部は、前記受信波と前記参照波との一致度がピークをとるときの時刻から所定時間前の時刻を、前記受信部が前記探査波の反射波を受信した時刻として前記物体との距離を検出する請求項１０ないし２３のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【請求項２５】
前記受信部の出力信号の立ち上がりから前記一致度がピークとなるまでの時間を記憶する時間記憶部（９）を備え、
前記距離算出部は、前記受信波と前記参照波との一致度がピークをとるときの時刻から前記時間記憶部に記憶された時間の分だけ遡った時刻を、前記受信部が前記探査波の反射波を受信した時刻として、前記物体との距離を検出する請求項２４に記載の物体検知装置。
【請求項２６】
前記受信部を複数備え、
前記時間記憶部は、複数の前記受信部それぞれについて、出力信号の立ち上がりから前記一致度がピークとなるまでの時間を記憶している請求項２５に記載の物体検知装置。
【請求項２７】
前記所定のパターンは、外気温または湿度に応じて補正される請求項１ないし２６のいずれか１つに記載の物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されて障害物を検知する物体検知装置について、探査波である超音波の周波数を時間とともに変化させ、受信波と探査波の周波数を比較して、周辺を走行中の他の車両が送信する超音波との混信を回避する技術が提案されている（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】欧州特許第２３７３４３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波を送受信するための装置としては、例えば、圧電素子を備えるマイクロホンを用いることができる。すなわち、マイクロホンに交流信号を入力し、圧電素子を振動させて超音波を送信するとともに、マイクロホンが超音波を受信したときの圧電素子の出力信号に基づいて、超音波の振幅や周波数等を検出することができる。そして、マイクロホンに入力する交流信号の周波数を変化させることにより、探査波として用いる超音波の周波数を変化させることができる。
【０００５】
本発明者らは、このようなマイクロホンを用いると、探査波の周波数の変化幅、および、マイクロホンが探査波の反射波を受信したときに検出される受信波の周波数の変化幅が、マイクロホンに入力される交流信号の周波数の変化幅よりも小さくなることを見出した。これは、マイクロホンの帯域の狭さや追従性の低さのためであると考えられる。
【０００６】
検出可能な受信波の周波数変化幅が小さい場合に、受信波の周波数を交流信号の周波数と単に比較して受信波が探査波の反射波であるか否かを判定すると、高精度な判定が困難になる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、受信波が探査波の反射波であるか否かの高精度な判定が可能な物体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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両に搭載されて車両の外部の物体を検知する物体検知装置であって、周波数が時間とともに所定のパターンで変化する交流信号を生成する信号生成部（３）と、交流信号が入力されることにより、交流信号の周波数に応じた周波数の探査波を送信する送信部（１、２）と、探査波の反射波を受信するためのものであり、受信波の振幅に応じた信号を出力する受信部（１、５）と、受信部の出力信号に周波数が所定のパターンで変化する信号が含まれているか否かに基づいて、受信波が探査波の反射波であるか否かを判定する周波数判定部（１１）と、を備え、周波数判定部は、受信部の出力信号のうち、周波数が所定のパターンと同様に変化する信号と、該信号の前の信号とを用いて判定を行う。
【０００９】
本発明者らは、交流信号の周波数を所定のパターンで変化させると、反射波の周波数が、所定のパターンで変化する前に、所定のパターンとは逆の向きに変化するか、または、所定のパターンよりも緩やかに変化することを見出した。
【００１０】
したがって、上記のように、周波数が所定のパターンで変化する信号と、この信号の前の信号とを用いることにより、受信波が探査波の反射波であるか否かの高精度な判定が可能になる。
【００１１】
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の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態にかかる物体検知装置の構成図である。
【図２】上りチャープ信号の周波数を示す図である。
【図３】下りチャープ信号の周波数を示す図である。
【図４】第１実施形態における反射波受波時刻の検出方法を示す図である。
【図５】上りチャープ信号を含む受信波の振幅および周波数を示す図である。
【図６】下りチャープ信号を含む受信波の振幅および周波数を示す図である。
【図７】周波数オフセットを用いて受信波と参照波を比較する方法を示す図である。
【図８】第１実施形態における符号判定方法を示す図である。
【図９】比較例における周波数判定区間を示す図である。
【図１０】周波数倍率を用いて受信波と参照波を比較する方法を示す図である。
【図１１】第２実施形態における反射波受波時刻の検出方法を示す図である。
【図１２】第３実施形態における上りチャープ信号を含むパルス信号の周波数を示す図である。
【図１３】第３実施形態における下りチャープ信号を含むパルス信号の周波数を示す図である。
【図１４】第３実施形態における上りチャープ信号を含む受信波の振幅および周波数を示す図である。
【図１５】第３実施形態における下りチャープ信号を含む受信波の振幅および周波数を示す図である。
【図１６】第３実施形態の変形例におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【図１７】第４実施形態におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【図１８】第４実施形態の第１変形例におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【図１９】第４実施形態の第２変形例におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【図２０】第４実施形態の第３変形例におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【図２１】第４実施形態の第４変形例におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【図２２】第４実施形態の第５変形例におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【図２３】第４実施形態の第６変形例におけるパルス信号の周波数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明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。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態の物体検知装置は、いわゆる超音波ソナー装置であって、車両に搭載されて、車両の外部の物体を検知するものである。
【００１５】
図１に示すように、物体検知装置は、マイクロホン１と、送信回路２と、パルス生成部３と、制御部４とを備えている。また、物体検知装置は、受信回路５と、信号処理部６と、振幅生成部７と、振幅判定部８と、距離判定部９と、周波数生成部１０と、周波数判定部１１と、参照波記憶部１２と、相対速度判定部１３とを備えている。制御部４、信号処理部６等は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。
【００１６】
マイクロホン１は、車両の外表面に面して配置されており、物体を検知するための探査波である超音波を車両の外側に向けて送信するものである。具体的には、マイクロホン１は、互いに対向する２つの電極の間に圧電膜が配置された構成の図示しない圧電素子を備えている。そして、２つの電極は送信回路２に接続されており、送信回路２から交流電圧が印加されて圧電膜が変形することにより、マイクロホン１から車両の外側へ超音波が送信される。
【００１７】
送信回路２は、入力された信号をＤ／Ａ変換し、これにより生成された電圧を出力するものである。送信回路２にはパルス信号を生成するパルス生成部３が接続されており、送信回路２は、パルス生成部３から入力されたパルス信号をＤ／Ａ変換し、これにより生成された交流電圧をマイクロホン１に印加する。
【００１８】
このように、マイクロホン１および送信回路２は、パルス生成部３が生成した交流信号としてのパルス信号が入力されることにより、パルス信号の周波数に応じた周波数の探査波を送信するものであり、送信部に相当する。また、パルス生成部３は、信号生成部に相当する。
【００１９】
なお、パルス生成部３は、制御部４からの送波指示に応じて、周波数が時間とともに所定のパターンで変化するチャープ信号を含むパルス信号を生成する。これにより、周波数が時間とともに変化するチャープ信号を含む探査波がマイクロホン１から送信される。さらに、異なる種類のチャープ信号を含む複数のパターンの探査波がマイクロホン１から送信されるようになっており、探査波のパターンは、制御部４からパルス生成部３に出される送波指示によって定まる。
【００２０】
具体的には、制御部４からパルス生成部３に第１パターンの送波指示が出されると、パルス生成部３は図２に示すように周波数が時間の経過とともに単調増加するパルス信号を生成する。これにより、周波数が時間の経過とともに増加する上りチャープ信号を含む第１探査波がマイクロホン１から送信される。
【００２１】
また、制御部４からパルス生成部３に第２パターンの送波指示が出されると、パルス生成部３は図３に示すように周波数が時間の経過とともに単調減少するパルス信号を生成する。これにより、周波数が時間の経過とともに減少する下りチャープ信号を含む第２探査波がマイクロホン１から送信される。
【００２２】
なお、マイクロホン１の共振周波数をｆ０とすると、パルス生成部３は、共振周波数ｆ０とは異なる周波数からパルス信号の周波数の掃引を開始する。具体的には、パルス生成部３は、共振周波数ｆ０よりも低い周波数と高い周波数との間でパルス信号の周波数を掃引する。パルス生成部３が生成するパルス信号の周波数は、連続的に変化してもよいし、離散的に変化してもよい。
【００２３】
マイクロホン１は、超音波を送信するとともに、超音波を受信し、受信した超音波の音圧に応じた電圧を出力するように構成されている。具体的には、マイクロホン１が備える圧電素子の２つの電極は、受信回路５にも接続されており、超音波を受信して圧電膜が変形したときの２つの電極間の電圧が受信回路５に入力されるようになっている。受信回路５は、マイクロホン１から入力された電圧をＡ／Ｄ変換し、これにより生成された信号を出力する。このように、マイクロホン１および受信回路５は、超音波を受信して、受信した超音波の振幅に応じた信号を出力するように構成されており、受信部に相当する。
【００２４】
信号処理部６は、受信回路５がＡ／Ｄ変換によって生成した信号を用いて、直交復調により受信波の周波数および振幅を検出する。
【００２５】
具体的には、信号処理部６は、受信波の振幅をＡｒとしてＡｒ＝（Ｉ２＋Ｑ２）１／２によりＡｒを算出する。また、信号処理部６は、受信波の位相をＰとしてＰ＝ａｔａｎ（Ｑ／Ｉ）によりＰを算出し、受信波の周波数をｆｒとし、パルス生成部３が生成するパルス信号の周波数をｆｐとして、ｆｒ＝１／（２π）・ｄＰ／ｄｔ＋ｆｐによりｆｒを算出する。
【００２６】
なお、Ｉは、受信回路５の出力信号にｓｉｎ２πｆ０ｔを掛けた後、周波数が２ｆ０以上の成分を除去して得られる信号の大きさである。また、Ｑは、受信回路５の出力信号にｃｏｓ２πｆ０ｔを掛けた後、周波数が２ｆ０以上の成分を除去して得られる信号の大きさである。また、ｔは時間である。
【００２７】
振幅生成部７は、信号処理部６が算出した振幅Ａｒに基づいて、振幅Ａｒのエンベロープ波形を生成するものである。振幅判定部８は、振幅生成部７によって生成された波形に基づいて、サンプリングを行った各時刻について振幅Ａｒが所定の閾値以上であるか否かを判定するものである。
【００２８】
距離判定部９は、マイクロホン１が探査波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて、探査波を反射した車外の物体との距離を算出し、算出した距離が所定値以下であるか否かを判定するものである。本実施形態では、図４に示すように、受信波の振幅が閾値以上となった時刻を受波時刻とする。そして、距離判定部９は、マイクロホン１が探査波を送信した時刻から受波時刻までの時間をＴとし、物体との距離をｄとして、ｄ＝ｃ・Ｔ／２により距離ｄを算出する。
【００２９】
周波数生成部１０は、信号処理部６が算出した周波数ｆｒに基づいて、周波数ｆｒの波形を生成するものである。
【００３０】
周波数判定部１１は、受信回路５の出力信号に制御部４が指定したパターンで変化する信号が含まれているか否かに基づいて、マイクロホン１が受信した超音波が、マイクロホン１が送信した探査波の反射波であるか否かを判定するものである。
【００３１】
具体的には、周波数判定部１１は、周波数生成部１０が生成した波形に基づいて、マイクロホン１が受信した超音波に含まれるチャープ信号を検出する。そして、マイクロホン１が第１探査波を送信した場合には、周波数判定部１１は、検出したチャープ信号が上りチャープ信号であるときに、受信波がマイクロホン１から送信された探査波の反射波であると判定する。また、マイクロホン１が第２探査波を送信した場合には、周波数判定部１１は、検出したチャープ信号が下りチャープ信号であるときに、受信波がマイクロホン１から送信された探査波の反射波であると判定する。
【００３２】
なお、図２、図３のようにパルス信号の周波数を変化させても、探査波の周波数の変化幅、および、マイクロホン１が探査波の反射波を受信したときに検出される受信波の周波数の変化幅は、パルス信号の周波数の変化幅よりも小さくなる。これは、マイクロホン１の共振帯域の狭さや、追従性の低さのためであると考えられる。
【００３３】
そして、受信波の周波数は、パルス信号に含まれるチャープ信号と同様に変化する前に、このチャープ信号の周波数とは逆の向きに変化するか、または、チャープ信号の周波数よりも緩やかに変化する。これは、送信回路２から交流電圧が印加され始めるとマイクロホン１が共振周波数付近で微小に振動し始めるため、また、マイクロホン１がパルス信号の周波数で振動する状態になるまでに時間がかかるためであると考えられる。
【００３４】
例えば、マイクロホン１が上りチャープ信号を含む第１探査波を送信した場合、図５に示すように、パルス信号と同様に変化する上りチャープ信号の前に、パルス信号よりも緩やかに周波数が単調増加する信号が現れる。あるいは、パルス信号と同様に変化する上りチャープ信号の前に、周波数が単調減少する信号が現れる。
【００３５】
また、マイクロホン１が下りチャープ信号を含む第２探査波を送信した場合、図６に示すように、パルス信号と同様に変化する下りチャープ信号の前に、周波数が単調増加する信号が現れる。あるいは、パルス信号と同様に変化する下りチャープ信号の前に、パルス信号よりも緩やかに周波数が単調減少する信号が現れる。
【００３６】
そこで本実施形態では、受信波に含まれるチャープ信号と、チャープ信号の前の部分とを用いて受信波の判定を行う。具体的には、参照波記憶部１２には、各チャープ信号について、チャープ信号およびチャープ信号の前の部分に対応した参照波が記憶されている。そして、周波数判定部１１は、周波数生成部１０から送信された波形と、参照波記憶部１２に記憶された参照波の波形との比較によって、受信波に含まれるチャープ信号を判定する。
【００３７】
上りチャープ信号に対応する参照波の波形としては、例えば、パルス生成部３が生成するパルス信号よりも緩やかに周波数が増加した後、パルス信号と同じ変化率で周波数が増加する波形が用いられる。また、例えば、周波数が減少した後、パルス信号と同じ変化率で周波数が増加する波形が用いられる。
【００３８】
下りチャープ信号に対応する参照波の波形としては、例えば、パルス生成部３が生成するパルス信号よりも緩やかに周波数が減少した後、パルス信号と同じ変化率で周波数が減少する波形が用いられる。また、例えば、周波数が増加した後、パルス信号と同じ変化率で周波数が減少する波形が用いられる。
【００３９】
周波数判定部１１は、周波数生成部１０が生成した波形と参照波との一致度が所定の基準値以上となったときに、受信波にチャープ信号が含まれていると判定する。また、周波数判定部１１は、上りチャープ信号用の参照波と下りチャープ信号用の参照波それぞれについて受信波との一致度を求め、一致度の高い方のチャープ信号が受信波に含まれていると判定する。これにより、受信波からチャープ信号が検出される。
【００４０】
すなわち、上りチャープ信号用の参照波と受信波との一致度が、下りチャープ信号用の参照波と受信波との一致度よりも高いときには、受信波に上りチャープ信号が含まれていると判定する。このとき、上りチャープ信号用の参照波は第１参照波に相当し、下りチャープ信号用の参照波は第２参照波に相当する。
【００４１】
また、下りチャープ信号用の参照波と受信波との一致度が、上りチャープ信号用の参照波と受信波との一致度よりも高いときには、受信波に下りチャープ信号が含まれていると判定する。このとき、下りチャープ信号用の参照波は第１参照波に相当し、上りチャープ信号用の参照波は第２参照波に相当する。
【００４２】
本実施形態では、周波数判定部１１は、周波数のオフセットを用いて一致度を求める。図７は、上りチャープ信号について、参照波の周波数をＲ（ｔ）とし、周波数オフセットをΔｆとして、Δｆを用いて参照波の周波数Ｒ（ｔ）を受信波の周波数ｆｒ（ｔ）に近似して、Ｒ（ｔ）＋Δｆとｆｒ（ｔ）の相関を評価して一致度を求める方法を示している。
【００４３】
サンプル数をＮとし、標準偏差をσとすると、誤差２乗和Ｅは、数式１に示すようになる。
【００４４】
【数１】
2019066383.tif 000003
【００４５】
誤差２乗和Ｅが最小となるのは、数式２が成り立つときであり、このときのΔｆは、数式３のようになる。
【００４６】
【数２】
2019066383.tif 000004
【００４７】
【数３】
2019066383.tif 000005
【００４８】
このΔｆを数式１に代入し、これにより得られた誤差２乗和Ｅを数式４に代入することで、一致度Ｍが求められる。
【００４９】
【数４】
2019066383.tif 000006
【００５０】
下りチャープ信号についても、下りチャープ信号用の参照波を用いて、同様に一致度Ｍを求めることができる。
【００５１】
そして、周波数判定部１１は、上りチャープ信号についての一致度Ｍと、下りチャープ信号についての一致度Ｍを比較し、一致度Ｍの高い方のチャープ信号が受信波に含まれていると判定する。例えば、マイクロホン１が第１探査波を送信した場合には、図８に示すように、受信波と上りチャープ信号用の参照波との一致度が、受信波と下りチャープ信号用の参照波との一致度よりも高くなり、上りチャープ信号が検出される。
【００５２】
なお、一致度Ｍを所定の閾値と比較し、一致度Ｍが閾値よりも高い場合にチャープ信号が受信波に含まれていると判定してもよい。すなわち、上りチャープ信号についての一致度Ｍが閾値よりも高い場合に上りチャープ信号が受信波に含まれていると判定し、下りチャープ信号についての一致度Ｍが閾値よりも高い場合に下りチャープ信号が受信波に含まれていると判定してもよい。
【００５３】
なお、本実施形態では、各チャープ信号の一致度Ｍのピーク値を比較する。すなわち、参照波と受信波の周波数の差が時間軸において極小値をとるときに、この極小値が小さい方のチャープ信号が受信波に含まれていると判定される。
【００５４】
このように、周波数判定部１１は、Ｒ（ｔ）とｆｒ（ｔ）との差が小さくなるようにＲ（ｔ）をオフセットした後で、Ｒ（ｔ）＋Δｆとｆｒ（ｔ）の相関を評価する。そして、周波数判定部１１は、受信波の周波数が参照波の周波数と同様に変化している場合に、マイクロホン１が受信した超音波が、マイクロホン１が送信した探査波の反射波であると判定する。
【００５５】
周波数判定部１１の判定結果は、距離判定部９に送信される。距離判定部９は、周波数判定部１１によって、マイクロホン１が受信した超音波が、マイクロホン１が送信した探査波の反射波であると判定された場合にのみ、物体との距離を算出し、算出した距離が所定の閾値以下であるか否かを判定する。距離判定部９の判定結果は図示しないＥＣＵに送信され、距離判定部９によって物体との距離が所定値以下であると判定されたときには、所定の距離よりも近い距離に物体があることのドライバーへの報知や、自動ブレーキング等が行われる。
【００５６】
なお、周波数判定部１１が数式３によって算出したオフセットΔｆは、相対速度判定部１３に送信される。相対速度判定部１３は、物体の相対速度を算出し、物体が車両に接近しているか否かを判定するものであり、物体の相対速度Δｖは、数式５によって算出される。ここで、音速をｃとしており、基準周波数としてマイクロホン１の共振周波数ｆ０を用いている。なお、基準周波数として他の周波数を用いてもよい。例えば、基準周波数としてパルス信号の掃引の中心周波数を用いてもよい。
【００５７】
【数５】
2019066383.tif 000007
【００５８】
相対速度判定部１３は、Δｖが０よりも大きいとき、物体が車両に接近していると判定する。具体的には、相対速度判定部１３は、周期的に数式５にて相対速度を算出し、周波数判定部１１にて一致度Ｍがピークになった時刻における相対速度を、物体の相対速度と推定する。物体が車両に接近しているときには、ドップラーシフトにより受信波の周波数が参照波の周波数よりも高くなり、また、参照波の周波数変化と同様の周波数変化が検出されるため、Δｖとして０より大きな値が記憶される。
【００５９】
なお、参照波記憶部１２が、車両の速度、加速度、および、相対速度判定部１３の判定結果に応じて、記憶している参照波の波形を補正してもよい。例えば、参照波記憶部１２には、各チャープ信号について、物体の相対速度に応じた複数の参照波が記憶されている。そして、参照波記憶部１２は、車両の速度から想定される相対速度に応じた参照波を選択し、周波数判定部１１に送信する。
【００６０】
物体検知装置の作動について説明する。物体検知装置では、制御部４がパルス生成部３に送波指示を送ると、パルス生成部３がパルス信号の生成を開始する。パルス生成部３が生成したパルス信号が送信回路２によってＤ／Ａ変換され、送信回路２からマイクロホン１に交流電圧が印加されると、マイクロホン１から探査波である超音波が送信される。このとき、パルス生成部３は、制御部４からの送波指示に応じて、生成するパルス信号の周波数を時間とともに変化させる。これにより、マイクロホン１から第１探査波または第２探査波が送信される。
【００６１】
探査波が車外の物体で反射し、マイクロホン１が探査波の反射波を受信すると、マイクロホン１が備える圧電素子の２つの電極間の電圧が変化する。この電圧は受信回路５に入力され、受信回路５は、入力された電圧をＡ／Ｄ変換する。そして、信号処理部６は、受信回路５がＡ／Ｄ変換により生成した信号を用いた直交復調により、受信波の周波数および振幅を検出する。
【００６２】
振幅生成部７は、信号処理部６が検出した振幅に基づいて振幅のエンベロープ波形を生成する。振幅判定部８は、振幅生成部７が生成した波形に基づいて、受信波の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定し、判定結果を距離判定部９に送信する。
【００６３】
また、周波数生成部１０は、信号処理部６が検出した周波数に基づいて周波数の波形を生成する。周波数判定部１１は、周波数生成部１０が生成した波形と参照波記憶部１２に記憶されている参照波の波形とを比較して一致度を求め、受信波に含まれるチャープ信号を検出する。
【００６４】
そして、周波数判定部１１は、マイクロホン１が第１探査波を送信し、かつ、受信波から上りチャープ信号が検出されたとき、受信波が探査波の反射波であると判定する。また、周波数判定部１１は、マイクロホン１が第２探査波を送信し、かつ、受信波から下りチャープ信号が検出されたとき、受信波が探査波の反射波であると判定する。
【００６５】
マイクロホン１が受信する超音波には、マイクロホン１が送信した探査波の反射波の他に、例えば他の車両が送信した超音波が含まれることがある。これに対して、このように探査波の周波数に特徴を設け、受信波と探査波の周波数の変化を比較し、受信波がマイクロホン１から送信された探査波の反射波であるか否かを判定することにより、混信を回避し、物体の検知精度を向上させることができる。
【００６６】
周波数判定部１１によって受信波が探査波の反射波であると判定されると、距離判定部９は、振幅判定部８の判定結果に基づいて、探査波を反射した車外の物体との距離を算出する。そして、距離判定部９によって物体との距離が所定の値以下であると判定されると、図示しないモニタ、ブザー等によって、所定の距離よりも近い距離に物体があることが運転者へ報知される。
【００６７】
本実施形態の効果について説明する。受信波の周波数の変化幅は、マイクロホン１の帯域の狭さや追従性の低さのために、パルス信号の周波数の変化幅よりも小さくなる。そして、検知可能な受信波の周波数変化幅が小さいと、受信波が探査波の反射波であるか否かの高精度な判定が困難になる。
【００６８】
これに対して、本実施形態では、受信波の周波数が、パルス信号と同様に変化する前に、パルス信号と逆に、あるいはパルス信号よりも緩やかに変化するという特徴を利用し、前述した波形の参照波と受信波とを比較してチャープ信号を検出している。したがって、周波数の変化幅が小さい場合にも受信波の判定が容易であり、判定精度が向上する。
【００６９】
また、本実施形態と異なる受信波の判定方法としては、例えば次のような方法が考えられる。まず、反射波の振幅ピークから所定時間が経過するまでの周波数の変化を抽出し、この時間内で周波数を直線近似する。そして、直線の傾きから上りチャープ信号、下りチャープ信号、それ以外の信号に分類し、探査波のチャープ信号と一致するか否かを判定する。
【００７０】
しかしながら、物体との距離が長いために受信波の振幅が小さくなると、振幅のピークの検出精度が低下するため、判定に用いる時間の範囲を誤り、正しく判定できなくなるおそれがある。例えば、マイクロホン１が第１探査波を送信した場合に、図９に示すように、検出されたピークよりも前に上りチャープ信号が現れ、ピークの後に受信波の周波数が減少したために、受信波に下りチャープ信号が含まれていると誤判定するおそれがある。
【００７１】
これに対して、本実施形態では、前述した波形の参照波と受信波との比較により一致度のピークを求めている。したがって、受信波の振幅の減少による誤判定を抑制することができる。
【００７２】
また、パルス信号と同様に周波数が変化する部分のみで判定を行う場合に、受信波の振幅を大きくするために、パルス信号の周波数をマイクロホン１の共振帯域でのみ掃引すると、掃引時間を長くしてサンプル数を増やす必要がある。そして、計算規模の拡大や信号の重なり等によって受信波の判定が困難になる。
【００７３】
これに対して、本実施形態では、チャープ信号が現れる前の周波数の変化も用いて判定を行うので、少ないサンプル数でチャープ信号の特徴をとらえることができる。したがって、短時間で受信波の判定を行うことができる。
【００７４】
また、超音波センサでは、ドップラーシフトによって受信波の周波数が変化するが、図７に示すようにドップラーシフトを考慮した方法で一致度を求める本実施形態では、物体が車両とは異なる速度で移動していても、受信波の判定が可能となる。
【００７５】
なお、本実施形態では、周波数オフセットを用いて一致度を求めたが、周波数の倍率を用いて一致度を求めてもよい。すなわち、図１０に示すように、周波数倍率をｋとし、ｋを用いて参照波の周波数Ｒ（ｔ）を受信波の周波数ｆｒ（ｔ）に近似して、ｋ・Ｒ（ｔ）とｆｒ（ｔ）の相関を評価することで一致度を求めてもよい。
【００７６】
具体的には、誤差２乗和Ｅは数式６のようになり、誤差２乗和Ｅが最小となるとき、すなわち数式７が成立するときの周波数倍率ｋは数式８のようになる。そして、数式８を数式６に代入して得られた誤差２乗和Ｅを数式４に代入することで、一致度Ｍが求められる。また、相対速度Δｖは、数式９のようになる。
【００７７】
【数６】
2019066383.tif 000008
【００７８】
【数７】
2019066383.tif 000009
【００７９】
【数８】
2019066383.tif 000010
【００８０】
【数９】
2019066383.tif 000011
【００８１】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して反射波受波時刻の検出方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８２】
本実施形態の距離判定部９は、一致度Ｍがピーク値となった時刻から所定時間前の時刻を受波時刻とする。そして、距離判定部９は、マイクロホン１が探査波を送信した時刻から受波時刻までの時間をＴとして、ｄ＝ｃ・Ｔ／２により距離ｄを検出する。上記の所定時間をΔＴとする。時間ΔＴは、例えば物体検知装置の個体ごとに設定され、距離判定部９に記憶される。距離判定部９は、時間記憶部に相当する。
【００８３】
例えば、図１１に示すように、時間ΔＴは、マイクロホン１から所定の距離に物体を置いて探査波を送信し、この物体での反射波をマイクロホン１が受信したときの、マイクロホン１の電極間電圧の立ち上がりから一致度Ｍがピーク値をとるまでの時間とされる。
【００８４】
また、時間ΔＴは、上りチャープ信号、下りチャープ信号それぞれについて設定され、距離判定部９に記憶されている。
【００８５】
受信波のうちチャープ信号に対応する部分のみを用いて、相対速度の変化による周波数の変化も想定して一致度を算出すると、一致度のピークが明確になりにくい。そのため、本実施形態のように一致度がピーク値をとる時刻を基準にして受波時刻を検出する場合に、検出精度が低下する。
【００８６】
これに対して、チャープ信号の前の部分も用いて一致度を算出することにより、一致度のピークが明確になりやすくなるため、受波時刻の検出精度が向上する。
【００８７】
また、反射波の振幅が変化しても、反射波の受信開始から一致度のピークまでの時間は変化しにくいので、振幅と閾値を比較して受波時刻を検出する方法に比べて、反射波の振幅の変化による受波時刻の検出精度の低下を抑制することができる。したがって、物体との距離の検出精度の低下を抑制することができる。
【００８８】
（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実施形態に対してパルス信号の周波数を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８９】
図１２、図１３に示すように、本実施形態のパルス生成部３は、パルス信号の周波数を掃引する前に、一定周波数のパルス信号を生成して送信回路２に入力する。すなわち、第１探査波を送信する際には、パルス信号の周波数は、所定時間一定とされた後、時間の経過とともに増加し、第２探査波を送信する際には、パルス信号の周波数は、所定時間一定とされた後、時間の経過とともに減少する。これにより、マイクロホン１には、一定周波数の交流電圧が所定の時間入力された後、周波数が時間とともに変化する交流電圧が入力される。
【００９０】
このようにして探査波を送信すると、反射波の受信開始直後の音圧が大きくなりやすく、チャープ信号の検出が容易になる。
【００９１】
また、マイクロホン１が第１探査波を送信した場合には、受信波の周波数の波形において、上りチャープ信号が現れる前の部分の周波数の増加が緩やかになりやすく、さらに、図１４に示すように上りチャープ信号の前に周波数が減少しやすくなる。また、マイクロホン１が第２探査波を送信した場合には、受信波の周波数の波形において、下りチャープ信号が現れる前の部分の周波数の減少が緩やかになりやすく、さらに、図１５に示すように下りチャープ信号の前に周波数が増加しやすくなる。したがって、チャープ信号の検出がさらに容易になる。
【００９２】
なお、パルス信号の生成開始時の周波数が、掃引開始時の周波数と異なっていてもよい。例えば、図１６に示すように、共振周波数ｆ０に近い一定の周波数でパルス信号を生成した後、共振周波数ｆ０から離れた低い周波数から共振周波数ｆ０よりも高い周波数に向かってパルス信号の周波数を掃引してもよい。
【００９３】
しかしながら、図１２に示すように、共振周波数ｆ０から離れた低い周波数でパルス信号を生成した後、この周波数から掃引を開始して上りチャープ信号を生成すると、反射波の受信開始直後に周波数の増加が緩やかになりやすく、また、周波数が減少しやすくなる。また、図１３に示すように、共振周波数ｆ０から離れた高い周波数でパルス信号を生成した後、この周波数から掃引を開始して下りチャープ信号を生成すると、反射波の受信開始直後に周波数の減少が緩やかになりやすく、また、周波数が増加しやすくなる。したがって、チャープ信号の検出を容易にするためには、図１２、図１３に示すようなパルス信号を用いることが好ましい。
【００９４】
（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３実施形態に対してパルス信号の構成を変更したものであり、その他については第３実施形態と同様であるため、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９５】
本実施形態のパルス生成部３は、図１７に示すように、２つのパルス信号を同時に生成し、送信回路２に入力する。なお、図１７、および、後述する図１８〜図２３では、一方のパルス信号の周波数を実線で示し、他方のパルス信号の周波数を一点鎖線で示している。
【００９６】
ここでは、各パルス信号は、一定周波数のパルス信号と、その後に生成される上りチャープ信号、下りチャープ信号とで構成されている。そして、パルス信号の生成開始から周波数の掃引開始までの時間、すなわち、周波数が一定とされる時間の長さは、２つのパルス信号で等しくされている。また、周波数の掃引開始から掃引終了までの時間の長さも、２つのパルス信号で等しくされている。
【００９７】
また、上りチャープ信号を含むパルス信号の掃引終了時の周波数は、下りチャープ信号を含むパルス信号の生成開始時の周波数よりも高くされている。また、下りチャープ信号を含むパルス信号の掃引終了時の周波数は、上りチャープ信号を含むパルス信号の生成開始時の周波数よりも低くされている。
【００９８】
このように２つのパルス信号を組み合わせて生成する本実施形態においても、第３実施形態と同様に、チャープ信号の検出が容易になる。
【００９９】
なお、図１８に示すように、パルス信号の生成開始から周波数の掃引開始までの時間が、２つのパルス信号で異なっていてもよい。
【０１００】
また、図１９に示すように、パルス信号の周波数が、所定の変化率で変化した後、この所定の変化率よりも絶対値が大きい変化率で変化するようにしてもよい。また、図１９に示すように、上りチャープ信号を含むパルス信号の掃引終了時の周波数が、下りチャープ信号を含むパルス信号の生成開始時の周波数よりも低くされていてもよい。また、下りチャープ信号を含むパルス信号の掃引終了時の周波数が、上りチャープ信号を含むパルス信号の生成開始時の周波数よりも高くされていてもよい。
【０１０１】
また、図２０に示すように、上りチャープ信号を含むパルス信号の掃引終了時の周波数が、下りチャープ信号を含むパルス信号の生成開始時の周波数と等しくされていてもよい。
【０１０２】
また、図２１に示すように、下りチャープ信号を含むパルス信号の掃引終了時の周波数が、上りチャープ信号を含むパルス信号の生成開始時の周波数と等しくされていてもよい。
【０１０３】
また、図２２に示すように、周波数の変化率の絶対値が大きくなってから掃引終了までの時間の長さが２つのパルス信号で異なっていてもよい。
【０１０４】
また、図２３に示すように、２つのパルス信号が共に上りチャープ信号を含んでいてもよい。また、２つのパルス信号が共に下りチャープ信号を含んでいてもよい。
【０１０５】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【０１０６】
例えば、上記第１実施形態において、パルス生成部３が、上りチャープ信号を含むパルス信号、下りチャープ信号を含むパルス信号のうちいずれか一方のみを生成してもよい。
【０１０７】
また、物体検知装置が２つのマイクロホン１を備え、一方のマイクロホン１と送信回路２とが送信部を構成し、他方のマイクロホン１と受信回路５とが受信部を構成してもよい。
【０１０８】
また、物体検知装置が送信部としてのマイクロホン１を複数備えていてもよい。この場合には、参照波記憶部１２が記憶する参照波の波形を各マイクロホン１の特性に対応したものにすることで、マイクロホン１の個体ばらつきを低減することができる。また、上記第２実施形態において、物体検知装置が複数のマイクロホン１を備え、各マイクロホン１について距離判定部９に記憶される時間ΔＴが設定されてもよい。
【０１０９】
また、探査波が超音波でなくてもよい。例えば、探査波として電磁波を用いてもよい。探査波が超音波ではなく、送信部および受信部がマイクロホンとは別の装置で構成される場合にも、受信波の周波数に前述した特徴が現れる場合には、上記第１実施形態と同様に受信波の判定精度を向上させることができる。
【０１１０】
また、参照波記憶部１２が各チャープ信号について複数の参照波を記憶し、周波数判定部１１が、複数の参照波から外気温や湿度に応じて選択された参照波を用いて判定を行うようにしてもよい。また、パルス生成部３が生成するパルス信号の周波数の変化パターンを外気温や湿度に応じて変化させてもよい。
【０１１１】
また、信号処理部６が検出した振幅が所定値以上であるときにのみ、周波数判定部１１による判定を行うようにしてもよい。また、一致度のピークが所定値よりも大きいとき、すなわち、参照波と受信波の周波数の差が所定値よりも小さいときに、周波数判定部１１によって受信波が探査波の反射波であると判定されるようにしてもよい。また、第１参照波と受信波の周波数の差が、第２参照波と受信波の周波数の差よりも小さくかつ所定の値よりも小さいときに、周波数判定部１１によって受信波が探査波の反射波であると判定されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１    マイクロホン
２    送信回路
３    パルス生成部
５    受信回路
１１  周波数判定部
【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】
2019066383.tif 000016
【図６】
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【図７】
2019066383.tif 000018
【図８】
2019066383.tif 000019
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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