JPH11502612A - 無接触式間隔距離測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は自動車の近傍領域における障害物からの間隔距離等を測定するための、無接触式間隔距離測定方法に関する。本発明では、第１の測定手法を用いて測定が実施され、第１の測定領域におけるそのつどの間隔距離の絶対値が求められ、続いて第２の測定手法を用いて、前記第１の測定領域と重畳される第２の測定領域における絶対値が求められ、重畳された領域内部に存在する第１の測定手法の絶対値を、第２の測定手法の絶対値の較正に用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 無接触式間隔距離測定方法 本発明は請求の範囲第１項の上位概念による、例えば自動車の近傍領域におけ る障害物からの間隔距離等を測定するための、無接触式間隔距離測定方法に関す る。 衝突警告装置やいわゆるパーキング支援装置等では様々な間隔距離測定手法が 公知である。例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４０２３５３８号公報から は、超音波をベースとした衝突警告装置が公知である。この装置では少なくとも ２つの超音波センサが所定の間隔をおいて配設されている。この場合それぞれ１ つの超音波信号の送信と、その発信源の超音波センサにおける反射超音波信号の 受信ともう一方の超音波センサでの受信との間の伝播時間が測定され評価される 。 複数の超音波センサの測定領域は、開度と障害物の大きさと、その反射特性と 、センサの検出閾値によって制限される。そのため一方では超音波センサ毎に“ 死角”が生じる。さらに近傍領域においては捕捉角度の範囲内でもセンサの持続 的な減衰特性に基づいて間隔距離測定の実施が不可能になる可能性がある。 それに対して容量性センサは、１つの測定が最小距 離まで可能となる利点を有している。その他にもセンサの適切な構成のもとに測 定が車両全幅に亘って隙間なく実施可能である。しかしながらこの利点は、考え られる得る障害物の様々な材質や大きさ、形状等によって実際の間隔距離とその つどの測定キャパシタンスの間で一義的な関係を形成することができない欠点、 つまり間隔に対して相対的な値しか求めることができない欠点と背中合わせであ る。 本発明の課題は、特に自動車近傍領域における障害物からの間隔距離を測定す るための、無接触式間隔距離測定方法において、比較的僅かな間隔距離の値の測 定も可能となるように改善を行うことである。 上記課題は請求の範囲第１項の特徴部分に記載された本発明による方法によっ て解決される。 この本発明による方法によって得られる利点は、間隔距離測定に対して、絶対 値の形成されない第２の測定手法によって較正が行われ、それによって最終的に 絶対値も得られることである。 本発明による方法の実施は多くの測定手法を用いて可能であるにもかかわらず 、特に有利には、第１の測定手法を、照射されて反射して再び受信された音波に 基づかせ、第２の測定手法を電気的、磁気的又は光学的パラメータの測定に基づ かせる。この場合有利には、第１の測定手法が超音波を用いて実施され、第２の 測定手法のもとでは、障害物の存在する周辺環境と電 極とによって形成されたキャパシタンスが測定される。 この実施例は次のような利点を有している。すなわち車両全幅に亘る相応の電 極のもとで、車両全幅に亘って絶え間ない間隔距離の測定が可能となる利点を有 している。 本発明の別の有利な実施例によれば、第２の測定手法によって求められた相対 値と、様々なパラメータ毎の実際の間隔との間の関係が、多数の特性曲線からな る特性マップにファイルされ、較正に対して第１の測定手法を用いて求めた実際 の間隔としての少なくとも１つの絶対値の入力と、同時に求めた相対値の入力に より１つの特性曲線が選択され、該特性曲線は、第２の測定手法を用いた後続の 測定の際に用いられる。それに対して個々の特性曲線は、様々な障害物による実 際の試みによって受け入れるようにしてもよい。 さらに本発明の別の有利な実施例によれば、第２の測定手法によって求められ た相対値と、実際の間隔と、構成係数との間の関係が、方程式としてファイルさ れ、前記第１の測定手法を用いて求めた実際の間隔としての少なくとも１つの絶 対値の入力と、同時に求めた相対値の入力により較正に対して較正係数が算出さ れ、該較正係数は、第２の測定手法を用いた後続の測定の際に用いられる。この ような簡単化された実施形態のもとでは様々な障害物毎に類似の特性に基づかせ る。 較正のために第１の測定手法を用いて定められる絶対値は、様々な影響による 障害を受け易い。また第２の測定手法に対して使用するセンサの出力信号も障害 信号によって重畳され易い。それ故に本発明の別の有利な実施例では、重畳領域 にある多数の絶対値が較正に用いられる。この場合、偏差の大きい絶対値は無視 し続けてもよい。 本発明による方法の最も高頻度な適用は、障害物への接近の際に生じる。この 場合はまず第１の測定手法による測定結果が提供される。そして低減し続ける間 隔によって障害物の側方位置の考慮のもとで重畳測定領域に達した場合には、第 ２の測定手法に対する較正過程が続けられる。さらに低減し続ける間隔距離のも とでは第１の測定手法による測定値の供給が消滅するのではなく、第２の測定手 法だけが残される。較正の際の誤った絶対値の適用を除外するために、さらに別 の有利な実施例によれば、較正の際に絶対値の時間的なシーケンスが考慮される 。 しかしながら間隔距離を測定すべき全ての状況において、前述したような障害 物への接近が必ずしも生じるわけではない。例えば障害物がスイッチオンの時点 でまだ第１の測定手法による測定範囲内にないために、複数のセンサがスイッチ オフされいる状況で接近するようなケースが考えられる。この場合は較正過程も 行われない。それ故に、出来る限り全てのケースにおいて評価可能な指示を得る ために、本発明の別の有利な構成によれば、第１の測定手法の測定範囲外にある 間隔距離の場合に、事前に第１の測定手法に従って絶対値が求められていた場合 には、第２の測定手法を用いて求められ較正された相対値が送出され、それ以外 の場合にはそれぞれ求められた相対値に依存せずに警報信号が送出される。 実施例 次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。 図１は、本発明による方法を実施するための装置のブロック回路図である。 図２は、公知の手法による測定領域の限界を説明するための図である。 図３は、本発明による方法を実施するための自動車における複数のセンサの配 置構成を示した図である。 図４は、第１の測定手法によって求められた絶対値を間隔距離に関して示した 図である。 図５は、構成すべき容量性センサの複数の特性曲線を示した図である。 図６は、本発明による方法を実施するためのコンピュータプログラムの実施例 を示した図である。 図中同じ部分には同じ参照符号が付されている。 図１による装置では、２つの超音波センサ１,２が設けられている。これらの 超音波センサはそれぞれ１つ の増幅器３,４を介して送信のための交流電圧を受け取る。またこれらの超音波 センサはそれぞれ１つの受信回路５,６と接続されている。これらの超音波セン サ１,２、増幅器３,４、受信回路５,６はそれ自体公知のものなので、本発明と 関連したここでの詳細な説明は省く。制御装置７による増幅器３,４の制御並び に受信回路５,６の制御装置７への出力信号の伝送は、ＣＡＮネットワーク（CAN =Controller Area Network）を用いて行われる。このＣＡＮネットワークは、接 続されたコンポーネント毎に１つのＣＡＮコントローラ８,９１０,１１を有して いる。この種のネットワークは例えば以下の公知文献、 “Lawrenz,W.et al.:CAN-Cotroller Area Network for In-vehicle Network App lication”、“SAE Information Report J1583,Botzenhardt,W.etal.：Bussyste m fuer Kfz-Steuergeraete”、“VDI Berichte Nr.612,1986,459〜470頁”、“L aurenz,W.:Entwicklungswerkzeuge fuer Controller-Network”、“Elektronik 18/4.9.1987,136〜140頁” に記載されている。図１には本発明による方法を実施するための装置に所属する ＣＡＮコントローラのみが示されている。 制御装置７には、マイクロコンピュータ１２と、その動作に必要なメモリ１３ が含まれている。このマイ クロコンピュータ１２に対するプログラムは、本発明による方法の個々のステッ プを実施する。この制御装置７の一方の出力側には表示装置１４が接続され、も う一方には音響信号発生器１５が接続される。 図２には自動車２１が示されている。この自動車の後尾にはそれ自体公知の形 式で２つの超音波センサ１,２が配設されている。これらの超音波センサ１,２は 、捕捉角度を有している。この捕捉角度の範囲外では障害物の捕捉は不可能であ る。この範囲２２は図２中斜線で表されている。それ以外にも捕捉角度の範囲内 で両センサの近傍には距離測定の不可能なさらなる範囲２３、２４が存在してい る。また図２には制御装置１６と表示装置１７が示されている。 図３に示されている、本発明による方法の実施のための装備を有している自動 車２５では、その後尾に同じように２つの超音波センサ１,２が配設されている 。さらに容量性センサ２６が後部バンパー全体に亘って延在している。 この容量性センサ２６は、電極２７によって形成され、この電極２７は増幅器 ２８の入力側に接続されており、さらに抵抗２９を介して正弦波発生器３０にも 接続されている。この増幅器２８の出力電圧と、正弦波発生器３０の電圧は、位 相比較回路３１に供給される。位相差は電極２７によってアースに対して形成さ れるコンデンサに依存する。理想的にはこのコンデン サは電極２７の他に、捕捉すべき障害物のある車両後方の対抗電極としての周辺 環境によって形成される。 しかしながら車両ボディ部、特に自動車のバンパは、構造上の理由から電極２ ７のすぐ近くに配設されているので、それによって形成されるキャパシタンスは 非常に大きい。しかしながらこのキャパシタンスをその効率に関して低減させる ために、遮蔽部３２が設けられる。これは電極２７と車両導体部との間に配設さ れており、電極における電圧と可及的に同じ電圧が印加される。このことは増幅 器２８の増幅率ｖ＝１によって達成される。 このような手段にもかかわらず、位相比較回路３１を用いて測定されるキャパ シタンスは、障害物３３との間の間隔距離ｄだけではなく、例えばこの障害物の 大きさや形状、誘電率にも依存する。それ以外にも障害物までの間隔距離が長い 場合や障害物が小さい場合には、さらに電極２７と道路との間のキャパシタンス も考慮しなければならない。位相差に相応する信号は、アナログ/デジタル変換器 ３４を介してＣＡＮコントローラ１０に供給され、さらに制御装置７へ転送され る。 図４と図５には、超音波センサと容量性センサの、０ｃｍ〜１５０ｃｍの範囲 における距離との関係が対照的に示されている。この場合超音波センサの出力信 号Ａは絶対値であり、図４ではｃｍ単位に調整されて 示されている。図４からは出力信号Ａと間隔距離ｄとの間のリニアな関係が見て 取れる。しかしながら超音波センサの個々の使用に応じて、最小測定距離は２５ 〜４０ｃｍの間である。図５において容量性センサの出力信号Ｃは、非常に遠く 離れた障害物のもとで測定されるキャパシタンスに対するキャパシタンス変化と して表されている。間隔距離ｄの依存性に対する関数は、双曲線の一次近似に相 応するが、しかしながら障害物の形状、位置、大きさに応じて偏差も生じ得る。 図５には、様々な障害物に対して測定された特性曲線４１〜４４が示されてい る。この場合は特性曲線の交差もあり得る。図示の容量性センサの特性曲線の例 では、約０ｃｍ〜６０ｃｍの間隔での測定範囲が示されている。なぜならここで は０とは異なる信号の発生が十分に評価できるからである。一方では超音波セン サの測定範囲がそしてもう一方では容量性センサの測定範囲が、２５ｃｍ〜４０ ｃｍと６０ｃｍの間で重畳される。これらの範囲内では、容量性センサによって 求められた相対値が超音波センサの絶対値によって較正可能である。この較正は 例えば次のようにして行ってもよい。すなわち複数の特性曲線の中から、超音波 センサによって測定された間隔と、同時点で存在する出力信号Ｃ値に対して有効 な１つの特性曲線を選択することによって行ってもよい。 障害物への接近において間隔が６０ｃｍ以下になっ た場合には、重畳領域の範囲内で超音波センサと容量性センサの多数の測定値が 読み出され、図５による特性マップの入力量として使用される。つまり超音波セ ンサの測定値Ａは間隔に対する値として、そして容量性センサの測定値は出力信 号Ｃとして用いる。例えば図では、測定点５１、５２、５３、５４、５５が示さ れている。測定点５１、５２、５４、５５は特性曲線４２上にある。そのためこ れらは障害物へのさらなる接近の際に容量性センサの出力信号の較正に対して用 いられる。測定点５３はこの特性曲線からかなり離れて存在している。そのため これはエラー測定とみなされる。容量性センサによる間隔距離測定に対してこの 特性曲線４２を継続して使用する際に、センサの出力信号ないしはキャパシタン ス値の変化が、記憶されているテーブル値と比較され、間隔距離が読み出される 。 図６には制御装置７のマイクロコンピュータ１２に対するプログラムがフロー チャートで示されており、このプログラムは投入後にプログラムステップ６１で 開始される。プログラムステップ６２では２つの超音波センサ１，２の測定値が 取り入れられ、トライアングレーションによってそのつどの間隔の絶対値Ａが算 出される。その他にキャパシタンス値Ｃが取り入れられる。これらの値ＡとＣは 、時間データｔと共にメモリにファイルされる。続いてプログラムステップ６３ で は値ＡとＣのドリフト補償が行われる。簡単化のために以下のステップでは補償 された後の値も符号ＡとＣで表す。このドリフト補償は、例えば温度依存性のた めに必要とされる。 プログラムステップ６４では、プログラムステップ６２で取り入れた値Ａと、 事前に取り入れた値（そのような値があった場合のみ）と、算出された較正のパ ラメータ（例えば特性曲線４２の選択による）との間の相関付けの有無が問合せ される。相関付けがなかった場合には、最後の測定に対する跳躍的な変化に基づ けられる。例えば直前のプログラムシーケンスにおいて現れなかった障害物が、 新たなプログラムシーケンスのもとで現れた場合には、プログラムステップ６５ で警告音が発せられる。 プログラムステップ６６では、超音波センサがこれまでに対象物を検出したか どうかが問合せされる。まだ検出していない場合には、このプログラムが、プロ グラムステップ６２から再び繰り返される。しかしながら検出している場合、つ まり超音波センサが先行するプログラムシーケンスにおいて障害物を検出してい る場合には、さらなる分岐ステップ６７が行われ、超音波センサがさらに障害物 を検出しているかどうかが問合せされる。さらに検出している場合には、プログ ラムステップ６８において超音波センサを用いて測定された車両と障害物の間の 間隔距離が出力される。続 いてプログラムステップ６９において較正（例えば図５に示されているような特 性曲線の選択による）が実施される。 それに対して前記プログラムステップ６７において超音波センサが障害物をも はや検出していないことが判明した場合には、先のプログラムシーケンスの１つ において超音波センサが障害物を検出し、プログラム部分６９において較正が実 施されたケースが存在する。この較正はプログラムステップ７０で、容量性セン サを用いて求められ送出される間隔距離値Ｄの算出に対して用いられる。プログ ラムステップ６９の後でもプログラムステップ７０の後でも、プログラムステッ プ７１において、較正された信号値Ｄが値Ｄｍｉｎに達しているか否かが検査さ れる。この値に達している場合にはプログラムステップ７２において警告、例え ば“停止”等の文字表示がなされる。それに対してまだＤｍｉｎに達していない 場合には、提示なしでこのプログラムが再びプログラムステップ６２から繰り返 される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年２月２５日 【補正内容】 それに対して容量性センサは、１つの測定が最短距離まで可能である利点を有 している。その他にもセンサの適切な構成のもとに測定が車両全幅に亘って隙間 なく実施可能である。しかしながらこの利点は、考えられる得る障害物の様々な 材質や大きさ、形状等によって実際の間隔とその都度の測定キャパシタンスとの 間で一義的な関係を形成することができない、つまり間隔に対して相対的な値し か求めることができないという欠点と背中合わせである。 英国特許公開第２２６６３９７号公報からは、超音波センサを用いて障害物ま での間隔距離を監視する車両パーキング支援装置が公知である。この超音波セン サは全ての領域、特に車両近傍領域での捕捉が不可能なので、さらなる別の測定 系が設けられる。この測定系は容量性のシステムとして構成されており、車両ま での最小間隔内の障害物を捕捉する。公知文献“Kramar E.,Funksysteme fuer O rtung und Navigation，1973,verl.Berliner Union GmbH,Stuttgart,Deutschlan d,28〜29頁”からは、２つのビーム源Ａ、Ｂの間の間隔距離測定のための位相差 測定方式が公知である。この場合はビーム源ＡとＢが位相同期されたＨＦ信号を 送信する。この信号は受信箇所において所定の位相差を伴って受信される。使用 される周波数が半波長ならば、粗測定方式を用いて付加的な測定が実行される。 伝播時間と位相差手法の 組み合わせからは、障害物までの間隔距離が検出可能となる。 本発明の課題は、特に自動車の近傍領域における障害物からの間隔距離を測定 するための、無接触式間隔距離測定方法において、前述したような従来手法の欠 点に鑑み比較的小さな間隔距離値の測定も可能となるように改善を行うことであ る。 請求の範囲 １．自動車の近傍領域における障害物からの間隔距離等を測定するための無接 触式間隔距離測定方法であって、第１の測定手法と第２の測定手法によって測定 が行われ、前記第２の測定手法では、障害物の存在する周辺環境と電極とによっ て形成されるキャパシタンスが測定される形式のものにおいて、 第１の測定領域でそのつどの間隔距離の絶対値を求め、 続いて第２の測定手法を用いて、前記第１の測定領域と重畳される第２の測定 領域で絶対値を求め、 重畳された領域内部に存在する第１の測定手法の絶対値を、第２の測定手法の 絶対値の較正に使用し、 第２の測定手法を用いて求めた相対値と、様々なパラメータ毎の実際の間隔距 離との間の関係を、個々の測定点から形成された多数の特性曲線からなる特性マ ップにファイルし、較正に対して、第１の測定手法で求めた実際の間隔距離とし ての少なくとも１つの絶対値の入力と、同時に求められた相対値の入力により１ つの特性曲線を選択し、該特性曲線を、第２の測定手法を用いた後続の測定の際 に適用することを特徴とする、無接触式間隔距離測定方法。 ２．前記第１の測定手法を、照射され反射して再び受信される信号波に基づか せ、前記第２の測定手法を 電気的、磁気的又は光学的特性量の測定に基づかせる、請求の範囲第１項記載の 無接触式間隔距離測定方法。 ３．前記第１の測定手法を超音波を用いて実施する、請求の範囲第２項記載の 無接触式間隔距離測定方法。 ４．特性マップの代わりに、方程式を用いて較正係数を形成し、較正に対して 第１の測定手法を用いて求めた少なくとも１つの相対値の入力により較正係数を 算出し、該較正係数を第２の測定手法を用いた後続の測定の際に用いる、請求の 範囲第１項〜３項いずれか１項記載の無接触式間隔距離測定方法。 ５．重畳領域にある多数の絶対値を較正に対して用いる、請求の範囲第４項記 載の無接触式間隔距離測定方法。 ６．偏差の大きい絶対値は無視し続ける、請求の範囲第５項記載の無接触式間 隔距離測定方法。 ７．較正の際に時間的なシーケンスを考慮に入れる、請求の範囲第５項又は６ 項記載の無接触式間隔距離測定方法。 ８．第１の測定手法の測定範囲外にある間隔距離の場合に、事前に第１の測定 手法に従って絶対値が求められていた場合には、第２の測定手法を用いて求めら れ較正された相対値を送出し、それ以外の場合にはそれぞれ求められた相対値に 依存せずに警報信号を送出 する、請求の範囲第１項〜７項いずれか１項記載の無接触式間隔距離測定方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エガ チスカーレ ドイツ連邦共和国 64283 ダルムシュタ ット マルクトプラッツ ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自動車の近傍領域における障害物からの間隔距離等を測定するための、無 接触式間隔距離測定方法において、 第１の測定手法を用いて測定を実施し、第１の測定領域におけるそのつどの間 隔距離の絶対値を求め、 続いて第２の測定手法を用いて、前記第１の測定領域と重畳される第２の測定 領域における絶対値を求め、重畳された領域内部に存在する第１の測定手法の絶 対値を、第２の測定手法の絶対値の較正に用いることを特徴とする、無接触式間 隔距離測定方法。 ２．前記第１の測定手法を、照射され反射して再び受信された音波に基づかせ 、前記第２の測定手法を、電気的、磁気的又は光学的特性量の測定に基づかせる 、請求の範囲第１項記載の無接触式間隔距離測定方法。 ３．前記第１の測定手法を超音波を用いて実施し、前記第２の測定手法のもと では、電極と、障害物を伴った周辺環境とによって形成されたキャパシタンスを 測定する、請求の範囲第２項記載の無接触式間隔距離測定方法。 ４．前記第２の測定手法を用いて求めた相対値と、様々なパラメータ毎の実際 の間隔距離との間の関係を、多数の特性曲線からなる特性マップにファイルし、 較正に対して、前記第１の測定手法によって求めた実際の間隔距離としての少な くとも１つの絶対値の入力と、同時に求められた相対値の入力により１つの特性 曲線を選択し、該特性曲線を、第２の測定手法を用いた後続の測定の際に用いる 、請求の範囲第１項〜３項いずれか１項記載の無接触式間隔距離測定方法。 ５．第２の測定手法を用いて求めた相対値と、実際の間隔距離と、較正係数と の間の関係を、方程式としてファイルし、較正に対して前記第１の測定手法を用 いて求めた実際の間隔距離としての少なくとも１つの絶対値の入力と、同時に求 めた相対値の入力により補正係数を算出し、該補正係数を、第２の測定手法を用 いた後続の測定の際に用いる、請求の範囲第１項〜３項いずれか１項記載の無接 触式間隔距離測定方法。 ６．前記較正に対して、重畳領域にある多数の絶対値を用いる、請求の範囲第 ４項又は５項記載の無接触式間隔距離測定方法。 ７．偏差の大きい絶対値を無視し続ける、請求の範囲第６項記載の無接触式間 隔距離測定方法。 ８．前記較正の際に時間的なシーケンスを考慮に入れる、請求の範囲第６項又 は７項記載の無接触式間隔距離測定方法。 ９．第１の測定手法の測定範囲外にある間隔距離の場合に、事前に第１の測定 手法に従って絶対値が求められていた場合には、第２の測定手法を用いて求めら れ較正された相対値を送出し、それ以外の場合にはそれぞれ求められた相対値に 依存せずに警報信号を送出する、請求の範囲第１項〜８項いずれか１項記載の無 接触式間隔距離測定方法。