JP5128006B2 - 障害物検知装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両の前後、左右の各面に距離センサとしての超音波センサを設置し、車両周辺の障害物検知の信頼性を低下することなく検知周期を向上する障害物検知装置に関する。
従来の障害物検知装置では、電気的なノイズによる誤検知を避けるため、2回連続して同じ位置(方向と距離)に障害物を検知したことを判定し障害物と認識している。
例えば、特許文献1に記載された先行技術では、超音波パルスを連続送信し、連続して同じパルス幅の反射信号を検知した時に障害物からの反射信号と認識している。
また、特許文献2に記載された先行技術では、複数の超音波センサから同時に超音波パルスを送信すると、送信波が干渉し検知不能なエリアが発生するので、送信波が干渉する隣り合う超音波センサは同時に送信しないようにしている。
特許第1974040号公報 特開2006−298266号公報
上記の先行技術では、外来音響ノイズでの誤動作を回避するため、超音波を複数回、一定周期で送信し、複数回の反射波の出現時間が一致した場合に障害物が存在すると判定している。よって、障害物の判定が遅れるという課題があった。また、送信頻度および判定時間の時間間隔を短くできないため、早く移動する障害物に対しては、見落としが発生する可能性があり、特に、この点はセンサ数が多くなると顕著に現れるという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、複数の超音波センサによる超音波の送信周期を高め、比較的高速で移動する物体の検知確度を向上させた障害物検知装置を提供することを目的とする。
この発明の障害物検知装置は、送受信機能を有する複数の距離センサと、前記距離センサを制御して一定時間送信波を送信させ、障害物からの反射波を検知する送受信制御部と、上記送信開始タイミングから反射波を検知したタイミングまでの第1の時間および上記送信を停止したタイミングから反射波が消失したタイミングまでの第2の時間を計測する時間計測部と、上記第1の時間と上記第2の時間の時間差が予め定めた許容時間以内であれば障害物が存在すると判定する障害物判定部とを備えたものである。
この発明によれば、反射波の送信タイミングと消失タイミングで2回の計測が可能になるので、判定時間は従来の選考技術に比べて少なくとも1/2倍になり、比較的高速で移動する物体の検知確度を向上させる効果がある。
障害物の検知状態を示す車両の平面図である。 この発明の実施の形態1に係る障害物検知装置の概要を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1に係る障害物検知装置の構成を詳細に示すブロック図である。 実施の形態1に係る送受信超音波センサの送受信のタイミング図である。 実施の形態1に係る障害物検知装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態1に係る障害物検知装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態2に係る障害物検知装置の構成を詳細に示すブロック図である。 実施の形態2に係る送信専用超音波センサの送信と受信専用超音波センサの受信とのタイミング図である。 実施の形態2に係る障害物検知装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態2に係る障害物検知装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態3に係る障害物検知装置の構成を詳細に示すブロック図である。 実施の形態3に係る送受信超音波センサの送受信のタイミング図である。 実施の形態3に係る障害物検知装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態3に係る障害物検知装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態4に係る障害物検知装置の動作を説明するフローチャートである。 階段状の障害物とエコー伝播経路の説明図である。 階段状の障害物に対する送信波と反射波の関係を示すタイミング図である。 障害物を検知しない時の送受信シーケンス図である。 障害物を検知した時の送受信シーケンス図である。
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は障害物の計測状態を示す車両の平面図であり、車両1の後端面に複数の送受信超音波センサ2−1〜2−nを配置して水平検知エリア3を形成し、接近する後方の車両4を障害物として検知する。
図2は第1の実施の形態に係る障害物検知装置の概要を示すブロック図であり、送受信超音波センサ2−1〜2−nが接続された本体制御部5と、この本体制御部5からの出力により警報・表示を行う警報・表示部6等からなる。
図3は本体制御部5を詳細に示すブロック図であり、送受信超音波センサ2−1〜2−nのそれぞれに接続された送受信制御部51−1〜51−nと、送受信制御部51−1〜51−nのそれぞれに接続された時間計測部52−1〜52−nと、時間計測部52−1〜52−nからの出力に基づいて障害物の有無を判定する障害物判定部53と、障害物判定部53の出力に基づいて伝播時間を判定する伝播時間判定部54と、伝播時間判定部54の出力に基づいて送信待ち時間を判定する送信待ち時間判定部55とを備えている。
以下、図4の送受信超音波センサの送受信のタイミング図および図5のフローチャートに基づいて実施の形態1に係る障害物検知装置の動作について説明する。まず、送受信超音波センサ2−1から一定時間超音波を送信する(ステップST1)。ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー1が検知されたかを判断し(ステップST2)、NOであれば、ステップST29を経由してステップST8に移行し、YESであれば、時間計測部52−1で送信開始からエコー発生検知までの時間t11(∝距離L11)を計測し(ステップST3)、しかる後、送信終了からエコー1の消失までの時間t12(∝距離L12)を計測する(ステップST4)。
ついで、t11≒t12または│t11−t12│≦Δtを障害物判定部53で判断し(ステップST5)、NOであれば、ステップST29を経由してステップST8に移行し、YESであれば、障害物判定部53で障害物検知位置判定(2回連続一致すると警報)し(ステップST6)、送信待ち時間Tx1(Tx1≒k×t11)を判定する(ステップST7)。
そして、送受信超音波センサ2−2から一定時間超音波を送信する(ステップST8)。ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー2が検知されたかを判断し(ステップST9)、NOであれば、ステップST30を経由してステップST15に移行し、YESであれば、時間計測部52−2で送信開始からエコー2発生検知までの時間t21(∝距離L21)を計測し(ステップST10)、しかる後、送信終了からエコー2の消失までの時間t22(∝距離L22)を計測する(ステップST11)。
ついで、t21≒t22または│t21−t22│≦Δtを障害物判定部53で判定し(ステップST12)、NOであれば、ステップST30を経由してステップST15に移行し、YESであれば、障害物判定部53で障害物検知位置判定(2回連続一致すると警報)し(ステップST13)、送信待ち時間Tx2(Tx2≒k×t21)を判定する(ステップST14)。
以下、送受信超音波センサ2−2から送受信超音波センサ2−3、送受信超音波センサ2−3から送受信超音波センサ2−nに切り替えて、ステップST15〜ステップST21、ステップST22〜ステップST28の動作を繰り返すものである。なお、エコーを検知できない、つまり障害物がないときは送信待ち時間Tx1(〜Txn)を判定できないので、ステップST2からステップST8(ステップST9からステップST15、ステップST16からステップST22、ステップST23からステップST1)に至る経路におけるステップST29〜ステップST32を経て一定時間後に次の超音波センサを起動させる。
以上のように実施の形態1によれば、反射波の出現タイミングと消失タイミングで2回の計測が可能になるので、判定時間は従来の先行技術に比べて少なくとも1/2倍になり、比較的高速で移動する物体の検知確度を向上させる効果がある。
実施の形態2.
図6は実施の形態2に係る障害物検知装置の構成を詳細に示すブロック図であり、送信超音波センサ7−1に接続された送信制御部56−1と受信超音波センサ8−1〜8−nのそれぞれに接続された受信制御部57−1〜57−nと、受信制御部57−1〜57−nのそれぞれに接続された時間計測部58−1〜58−nと、送信制御部56−1を介して送信超音波センサ7−1に対し送信指令と送信停止指令を行うとともに、時間計測部58−1〜58−nからの出力に基づいて障害物の有無を判定する障害物判定部59と、障害物判定部59の出力に基づいて伝播時間を判定する伝播時間判定部54と、伝播時間判定部54の出力に基づいて送信待ち時間を判定する送信待ち時間判定部55とを備え、この送信待ち時間判定部55の出力を障害物判定部59に供給する構成となっている。
以下、図7の送信超音波センサ7−4の送信タイミングと受信超音波センサ8−1〜8−nの送受信のタイミング図および図8のフローチャートに基づいて実施の形態2に係る障害物検知装置の動作について説明する。まず、送信超音波センサ7−1から連続して超音波を送信する(ステップST8−1)。ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー1が検知されたかを判断し(ステップST8−2)、NOであれば、ステップST8−1に戻り、YESであれば、送信超音波センサ7−1からの超音波の連続送信を停止し(ステップST8−3)、時間計測部52−1で連続送信終了からエコー1の消失までの時間t0(∝距離L0)を計測する(ステップST8−4)。
ついで、送信待ち時間Tx1(Tx1≒k(定数)×t0)を判定し(ステップST8−5)、判定後、送信超音波センサ7−1から一定時間送信1する(ステップST8−6)。ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー2が検知されたかを判断し(ステップST8−7)、NOであれば、ステップST8−1に戻り、YESであれば、送信開始からエコー2の発生検知までの時間t21(∝距離L1)を計測し(ステップST8−8)、しかる後、t0≒t21または│t0−t21│≦Δtを判定し(ステップST8−9)、NOであれば、ステップST8−1に戻り、YESであれば、障害物判定部53で障害物検知判定(2回連続一致すると警報)を行う(ステップST8−10)。
ついで、一定時間送信1停止からエコー2の消失までの時間t22(∝距離L2)を計測し(ステップST8−11)、送信待ち時間Tx2(Tx2≒k(定数)×t21)を判定し(ステップST8−12)、判定後、送信超音波センサ7−1から一定時間送信2する(ステップST8−13)。
ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー3が検知されたかを判断し(ステップST8−14)、NOであれば、ステップST8−1に戻り、YESであれば、一定時間送信2開始からエコー3発生検知までの時間t31(∝距離L3)を計測し(ステップST8−15)、しかる後、t22≒t31または│t22−t31│≦Δtを判定し(ステップST8−16)、NOであれば、ステップST8−1に戻り、YESであれば、障害物判定部53で障害物検知判定(2回連続一致すると警報)する(ステップST8−17)。
ついで、一定時間送信2停止からエコー2の消失までの時間t32(∝距離L4)計測し(ステップST8−18)、送信待ち時間Tx3(Tx3≒k(定数)×t31)を判定し(ステップST8−19)、判定後、送信超音波センサ7−1から一定時間送信3する(ステップST8−20)。
ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー3が検知されたかを判断し(ステップST8−21)、NOであれば、ステップST8−1に戻り、YESであれば、一定時間送信3開始からエコーn−1発生検知までの時間tn−1(∝距離Ln−1)を計測し(ステップST8−22)、以後、上記の送受信と障害物検知判断動作を繰り返す(ステップST8−23)。
以上のように実施の形態2によれば、障害物が検知されるまでは、最初は連続波を送信し常時障害物を監視するので、従来の一定周期の間欠検知に比べて障害物検知の応答速度が速くなる。外来ノイズでの誤動作を避けるための複数回確認速度も向上する効果がある。
実施の形態3.
図9は実施の形態3に係る障害物検知装置の構成を詳細に示すブロック図であり、その構成要素は図3に示した実施の形態1と同じであるが、各構成要素の接続が異なっている。すなわち、この実施の形態3では、送受信制御部51−1〜51−nと時間計測部52−1〜52−n、時間計測部52−1〜52−nと障害物判定部53との間で信号のやり取りを行い、障害物判定部53に送信待ち時間判定部55の出力を供給する構成となっている。
以下、図10の送受信超音波センサの送受信のタイミング図および図11のフローチャートに基づいて実施の形態3に係る障害物検知装置の動作について説明する。まず、送受信超音波センサ2−1から連続して超音波を送信する(ステップST11−1)。ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー1が検知されたかを判断し(ステップST11−2)、NOであれば、ステップST11−1に戻り、YESであれば、エコー1を検知した送受信超音波センサ2−2を特定し、上記の送受信超音波センサ2−1からの連続した超音波の送信を停止する(ステップST11−3)。
しかる後、連続送信終了からエコー1の消失までの時間t0(∝距離L0)を計測する(ステップST11−4)。ついで、送信待ち時間Tx1(Tx1≒k(定数)×t0)を判定し(ステップST11−5)、判定後、送信超音波センサ2−2から一定時間送信1する(ステップST11−6)。
ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー2が検知されたかを判断し(ステップST11−7)、NOであれば、ステップST11−1に戻り、YESであれば、エコー2を検知した送受信超音波センサ2−3を特定し、送信2開始からエコー2発生検知までの時間t21(∝距離L1)を計測し(ステップST11−8)、しかる後t0≒t21または│t0−t21│≦Δtを判定し(ステップST11−9)、NOであれば、ステップST11−1に戻り、YESであれば、障害物判定部53で障害物検知判定(2回連続一致すると警報)する(ステップST11−10)。
一定時間送信1停止からエコー2の消失までの時間t22(∝距離L2)を計測する(ステップST11−11)。ついで、送信待ち時間Tx2(Tx2≒k(定数)×t21)を判定し(ステップST11−12)、送信待ち時間Tx2後、送受信超音波センサ2−3から一定時間送信2する(ステップST11−13)。
ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー3が検知されたかを判断し(ステップST11−14)、NOであれば、ステップST11−1に戻り、YESであれば、エコー3を検知した送受信超音波センサ2−n−1を特定し、一定時間送信2開始からエコー3発生検知までの時間t31(∝距離L3)を計測し(ステップST11−15)、しかる後t22≒t31または│t22−t31│≦Δtを判定し(ステップST11−16)、NOであれば、ステップST11−1に戻り、YESであれば、障害物判定部53で障害物検知判定(2回連続一致すると警報)する(ステップST11−17)。
一定時間送信2停止からエコー3の消失までの時間t32(∝距離L4)を計測する(ステップST11−18)。ついで、送信待ち時間Tx3(Tx3≒k(定数)×t31)を判定し(ステップST11−19)、送信待ち時間Tx3後、送受信超音波センサ2−n−1から一定時間送信3する(ステップST11−20)。
ついで、障害物からの反射波、つまり、エコーn−1が検知されたかを判断し(ステップST11−21)、NOであれば、ステップST11−1に戻り、YESであれば、エコーn−1を検知した送受信超音波センサ2nを特定し、一定時間送信3開始からエコーn−1発生検知までの時間tn−1(∝距離Ln−1)を計測し(ステップST11−22)、以降、上記の送受信と障害物検知判定動作を繰り返す(ステップST11−23)。
以上のように、実施の形態3によれば、連続波を送信し常時障害物を監視するので、実施の形態2と同様の効果が得られる。
実施の形態4.
図12に示す実施の形態4の構成は実施の形態3と同じであるが、障害物を検知した送受信超音波センサを特定し、障害物を検知しなくなるまで連続送受信するようにした点が異なる。まず、送受信超音波センサ2−1から連続して超音波を送信する(ステップST12−1)。ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー1が検知されたかを判断し(ステップST12−2),NOであれば、ステップST12−1に戻り、YESであれば、エコー1を検知した送受信超音波センサ2−2を特定し、上記の送受信超音波センサ2−1からの連続した超音波の送信を停止する(ステップST12−3)。
しかる後、連続送信終了からエコー1の消失までの時間t0を計測する(ステップST12−4)。ついで、送信待ち時間Tx1(Tx1≒k(定数)×t0)を判定し(ステップST12−5)、送信待ち時間Tx1後、送受信超音波センサ2−2から一定時間送信1する(ステップST12−6)。
ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー2が検知されたかを判断し(ステップST12−7)、NOであれば、ステップST12−1に戻り、YESであれば、エコー2を検知した送受信超音波センサ2−3を特定し、送信1開始からエコー2発生検知までの時間t21を計測し(ステップST12−8)、しかる後t0≒t21かを判定し(ステップST12−9)、NOであれば、ステップST12−1に戻り、YESであれば、障害物判定部53で障害物検知判定(2回連続一致すると警報)する(ステップST12−10)。
一定時間送信1停止からエコー2の消失までの時間t22を計測する(ステップST12−11)。ついで、送信待ち時間Tx2(Tx2≒k(定数)×t21)を判定し(ステップST12−12)、送信待ち時間Tx2後、送受信超音波センサ2−3から一定時間送信2する(ステップST12−13)。
ついで、障害物からの反射波、つまり、エコー3が検知されたかを判断し(ステップST12−14)、NOであれば、ステップST11−1に戻り、YESであれば、エコー3を検知した送受信超音波センサ2−n−1を特定し、一定時間送信2開始からエコー3発生検知までの時間t31を計測し(ステップST12−15)、以降、上記の送受信と障害物検知判定動作を繰り返す(ステップST12−16)。
以上のように、実施の形態4によれば、障害物を検知した送受信超音波センサを特定し、障害物を検知しなくなるまで連続送受信するので、障害物検知の応答速度が速くなる効果がある。
図13は送受信超音波センサに対向する障害物10が前後に段差ΔLを有すものである場合、送受信超音波センサから出力された超音波は障害物の第1の面10aと第2の面10bから反射して送受信超音波センサに入射する。この場合、図14に示すように、第1の面10aが送受信超音波センサに近いので、第2の面10bからの反射より早く検知できる。
この場合、エコーの消失タイミングは反射波の最大値の一定レベルあるいは一定割合以下になったタイミングとする。これによって、凹凸の障害物に対して最接近位置を正確に検出することができる。
図15は広範囲を高速で検知するために複数の送受信超音波センサの送受信シーケンスを示すもので、例えば、送受信超音波センサ2−2,2−3の送信波が干渉しないエリアの場合は同時に送信することが可能であり、それだけ検知エリアが広くなる。障害物を検知しない時の送受信シーケンスは表1に示すように、送受信超音波センサ2−2の送信時は他の送受信超音波センサ2−1,2−3〜2−n−1,2−nが受信、送受信超音波センサ2−3の送信時は他の送受信超音波センサ2−1,2−2,2−n−1,2−nが受信のように順次切り替える。このように構成することで、少ない送受信超音波センサで広範囲の検出エリアを実現できる。
図16は障害物を検知した時の送受信シーケンスは表2に示すように、送受信超音波センサ2−2の送信時は他の送受信超音波センサ2−1,2−3〜2−n−1,2−nが受信、送受信超音波センサ2−3の送信時は他の送受信超音波センサ2−1,2−2,2−n−1,2−nが受信のように順次切り替える。そして、障害物が検知されると、送受信超音波センサ2−3が送信、他の送受信超音波センサ2−1,2−2,2−n−1,2−nが受信の状態を続け、反射波が検知できなくなった場合は、送受信超音波センサ2−n−1が送信、他の送受信超音波センサ2−1〜2−3,2−nが受信に切り替わる。このように構成することで、上記図15の場合と同様に、少ない送受信超音波センサで広範囲の検出エリアを実現できる。
なお、上記の各実施の形態では、送信開始からエコー発生までの時間と送信終了からエコーの消失までの時間を対比して説明したが、この時間から換算した距離を対比させるようにしても同様の効果が得られるものである。
また、図示の実施の形態では、距離センサとして超音波センサを用いて説明したが、距離センサとしては光、電波方式であっても同一の作用効果が得られる。
以上のように、この発明に係る障害物検知装置は、反射波の送信タイミングと消失タイミングによる2回の計測で障害物検知を行うので、判定時間は従来方式に比べて少なくとも1/2倍になり、比較的高速で移動する物体の検知確度を向上させる効果があり、車両に用いるのに適している。

Claims (8)

  1. 送受信機能を有する複数の距離センサと、前記距離センサを制御して一定時間送信波を送信させ、障害物からの反射波を検知する送受信制御部と、前記送信開始タイミングから反射波を検知したタイミングまでの第1の時間および前記送信を停止したタイミングから反射波が消失したタイミングまでの第2の時間を計測する時間計測部と、前記第1の時間と前記第2の時間の時間差が予め定めた許容時間以内であれば障害物が存在すると判定する障害物判定部とを備えた障害物検知装置。
  2. 距離センサの次の一定時間幅での送信開始時間は第1の時間に一定の係数を乗じて定めることを特徴とする請求項1記載の障害物検知装置。
  3. 距離センサを制御して一定時間送信波を送信させた後、反射波を検知できない時は予め定めた一定時間後に距離センサの次の送信を開始することを特徴とする請求項1記載の障害物検知装置。
  4. 反射波の消失タイミングは反射波の最大値の一定レベルあるいは一定割合以下になったタイミングとすることを特徴とする請求項1記載の障害物検知装置。
  5. 障害物に向けて送信波を送信する1以上の第1の距離センサと、前記障害物からの反射波を検知する1以上の第2の距離センサと、前記第1の距離センサのうちの一つを制御して送信波を連続送信させる送信制御部と、前記第2の距離センサの一つが障害物からの反射波を検知する受信制御部と、前記反射波を検知するタイミングで前記送信した第1の距離センサによる送信波の連続送信を停止させ、前記送信波の連続送信を停止したタイミングから前記検知した一つの第2の距離センサで前記反射波が消失したタイミングで前記障害物の検知と前記障害物までの第3の時間を計測する時間計測部と、前記第3の時間の計測後、一定時間での送信波を前記第1の距離センサのうちの一つから送信させ、この送信開始タイミングから反射波を検知したタイミングまでの第1の時間および前記送信を停止したタイミングから反射波が消失したタイミングまでの第2の時間を計測し、前記第3の時間と前記第1の時間の時間差あるいは該第1の時間と第2の時間の時間差が予め定めた許容時間以内であれば障害物が存在すると判定する障害物判定部とを備えた障害物検知装置。
  6. 距離センサの次の一定時間幅での送信開始時間は第3の時間に一定の係数を乗じて定めることを特徴とする請求項記載の障害物検知装置。
  7. 距離センサから次の一定時間での送信開始時間は、距離センサを制御して一定時間送信波を送信させた後、反射波を検知できない時は予め定めた一定時間後に次の一定時間での送信波の送信を開始することを特徴とする請求項記載の障害物検知装置。
  8. 車両前方、後方あるいは側方に設置した複数の距離センサのうち、送信専用距離センサおよび受信専用距離センサは、障害物を検知するまでは、順次送信および受信機能を切り替える機能を備えたことを特徴とする請求項記載の障害物検知装置。
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