JP6218061B2

JP6218061B2 - 物体検知装置

Info

Publication number: JP6218061B2
Application number: JP2013044514A
Authority: JP
Inventors: 寺田　直人; 直人寺田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: JP2014173897A

Description

本発明は、検知対象物までの距離を出力する物体検知装置に関するものである。

従来、監視域に超音波を送信し、物体からの反射波を受信するまでの時間差を計測することで検出対象物を検出したと判断する超音波センサがあった（例えば特許文献１参照）。

物体からの反射波を受信する受信部は、障害物からの反射波以外の波成分（ノイズ）も受信する。そのため、ノイズによる誤検知が発生しないように、特許文献１の障害物検出装置では、複数回計測された時間差が所定の回数連続して許容誤差内に収まったとき、静止物体が存在していると推定している。

特開平２−１９７８５号公報

従来の物体検知装置では、対象物までの距離を、最後に反射波を検知したときの時間差又は反射波を検知した複数回分の時間差の平均値から求めていた。そのため、ノイズ等によって誤った距離が検知されると、物体検知装置は、本来の対象物までの距離とは異なる距離を出力してしまう可能性があった。また、物体検知装置が移動している場合、物体からの反射波を受信するまでの時間差が変化するため、複数回計測された時間差が許容誤差から外れてしまい、物体が存在しないと誤検知する可能性もあった。

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、物体検知装置自体が移動していても、対象物までの距離をより正確に求めることができる物体検知装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の物体検知装置は、検知対象物までの距離を出力する物体検知装置であって、送受信部と、距離演算部と、判断部と、出力部とを備える。前記送受信部は、空間を伝播するパルス波を周期的に送信し、前記検知対象物により反射された反射波を受信する。前記距離演算部は、前記送受信部が前記パルス波を送信してから前記反射波を受信するまでの伝播時間を基に前記検知対象物までの距離を求める。前記判断部は、前記送受信部が受信した反射波は前記検知対象物による反射波か否かを判断する。前記出力部は、前記検知対象物による反射波を前記送受信部が受信したと前記判断部が判断すると、前記距離演算部が求めた距離を出力する。前記判断部は、前記物体検知装置の移動による前記検知対象物までの距離の経時的な変化の幅を、前記距離演算部が求める距離の許容される変化幅として、前記物体検知装置の自速度に連動させて設定する。前記判断部は、前記距離演算部が前回求めた距離と今回求めた距離との差が、所定の回数連続して前記変化幅の範囲内に収まっていれば、前記送受信部が前記検知対象物による反射波を受信したと判断することを特徴とする。

この発明において、前記判断部は、前記距離演算部が前回求めた前記検知対象物までの距離と今回求めた前記検知対象物までの距離が所定の回数連続して等距離であり且つ前記自速度が０であれば、前記検知対象物は静止していると判断する。前記判断部は、前記距離演算部が前回求めた前記検知対象物までの距離と今回求めた前記検知対象物までの距離が所定の回数連続して等距離であり且つ前記自速度が０でなければ、前記検知対象物は前記自速度と等しい速度で移動していると判断することも好ましい。
この発明において、前記判断部は、前記変化幅として、前記距離演算部が前回求めた距離に対し、マイナス側の変化幅とプラス側の変化幅とを設定しており、前記マイナス側の変化幅を前記プラス側の変化幅よりも大きな値とする。前記判断部は、前記距離演算部が今回求めた距離が、前記マイナス側の変化幅又は前記プラス側の変化幅の範囲内に収まっていれば、前記距離演算部が前回求めた距離と今回求めた距離との差が前記変化幅の範囲内に収まっていると判断することも好ましい。

本発明によれば、判断部は、自速度に連動して変化する変化幅を判断基準として用いるので、物体検知装置自体が移動していても、受信した反射波が同じ検知対象物による反射波か否かをより正確に判断できる。判断部は、距離演算部が前回求めた距離と今回求めた距離との差が、所定の回数連続してその変化幅の範囲内に収まっているか否かを判断することでノイズ等による誤検知を低減する。判断部の判断動作により、物体検知装置は、物体検知装置自体が移動していても検知対象物までの距離をより正確に求めることができる。

本実施形態の物体検知装置を示す概略ブロック図である。（ａ）〜（ｄ）は、検知対象物による反射波を受信したか否かを判断部が判断する動作を説明する概念図である。判断部４の判断動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態について図１〜図３を用いて説明する。本実施形態の物体検知装置１は、例えば自動車などの車両に取り付けられ、車両周囲の障害物を検知して、車両を操作する者に対して警告などを行う障害物検知装置に適用される。

本発明の物体検知装置１は、送受信部２と、距離演算部３と、判断部４と、出力部５とを備える。

物体検知装置１は、超音波のパルス波を送信してから反射波を受信するまでの伝播時間を計測し、パルス波の伝播速度と伝播時間から対象物までの距離を求める。本実施形態の説明では、パルス波として超音波を使用した例を説明するが、パルス波は超音波に限定されるものではなく、例えば、電波や光等の媒体でパルス波を送信し、反射波を受信してもよい。

送受信部２は、送受信兼用の超音波振動子（図示せず）と制御部（図示せず）とを備える。制御部は、超音波振動子に周期的に制御信号を出力し、超音波振動子からパルス波Ｔ（超音波）を送信させる。パルス波Ｔが空間を伝播し、周囲の物体で反射されると、その反射波Ｒが超音波振動子によって受信される。尚、パルス波Ｔの送信手段及び反射波Ｒの受信手段は、超音波振動子に限定されるものではなく、超音波を送受信できる適宜の手段であってもよい。また、送受信部２は送受信兼用の超音波振動子を１つ備えているが、送信用の超音波振動子と受信用の超音波振動子を別々に備えていてもよい。

送受信部２は、パルス波Ｔを送信すると送信タイミング信号ＳＴを距離演算部３に出力し、反射波Ｒを受信すると受信タイミング信号ＳＲを距離演算部３に出力する。

距離演算部３は、例えばマイクロコンピュータが組み込みのプログラムを実行することによって実現されている。距離演算部３は、送信タイミング信号ＳＴを受け取ると、一定周期のクロック信号のカウントを開始する。距離演算部３は、受信タイミング信号ＳＲを受け取ると、クロック信号のカウントを終了し、その間のカウント数からパルス波Ｔの伝播時間ＴＷを求める。尚、伝播時間ＴＷを求める方法は、クロック数のカウントによる方法に限定されるものではなく、時間差を求めることができる適宜の方法であってよい。

距離演算部３は、伝播時間ＴＷを基に対象物までの距離ｄを求めると、距離ｄの測定結果を判断部４に出力する。距離ｄはパルス波Ｔの伝播速度と伝播時間ＴＷによって求めることができる。例えば、標準状態における気温０度の乾燥空気中では、超音波の伝播速度は約３３１ｍ／ｓであり、超音波の媒質の状態（温度、密度、圧力等）が一定であれば超音波の伝播速度は一定であるとみなすことができる。ゆえに、例えば伝播時間ＴＷと超音波の伝播速度の積で求められる距離を２で割ることによって、物体検知装置１から対象物までの距離ｄを求めることができる。尚、距離ｄを求める方法は伝播時間ＴＷと超音波の伝播速度とを演算することによって求める方法に限定されず、適宜の方法で求めてよい。例えば伝播時間ＴＷと距離ｄの対照表を距離演算部３に予め設定し、距離演算部３は計測された伝播時間ＴＷから対照表を参照して距離ｄを求めてもよい。

物体検知装置１が取り付けられた車両には、車両の速度を測定する車速センサ（図示せず）が備えられている。

判断部４は、例えばマイクロコンピュータが組み込みのプログラムを実行することによって実現され、例えばメモリ等に判定カウント値を保持している。判断部４は、距離演算部３によって求められた距離が同じ対象物までの距離であるか否か、すなわちノイズ等を誤検知していないかを判断する。

静止している物体検知装置１の周囲に静止物体が存在する場合、前回求めた物体までの距離と、今回求めた物体までの距離とは略同じになる。一方、物体検知装置１がある速度で移動していると、前回求めた物体までの距離と、今回求めた物体までの距離とは、自速度に応じた距離だけ変化するため、パルス波Ｔの伝播時間ＴＷも自速度に応じて変化する。そこで判断部４は、対象物までの距離の許容される変化幅ＡＤを自速度に応じて設定し、距離演算部３が前回求めた対象物までの距離ｄｐと今回求めた対象物までの距離ｄとの差が所定の回数連続して変化幅ＡＤの範囲内に収まれば同じ対象物までの距離と判断する。尚、判断部４は、例えば速度センサから取り込んだ自速度の測定値Ｖｓに比例するように変化幅ＡＤを設定する。変化幅ＡＤは例えば、自速度Ｖｓが０の場合の変化幅ＡＤ０と、自速度Ｖｓに所定の係数を乗算した値とを加算して求められる。変化幅ＡＤ０は、自速度Ｖｓが０で対象物が静止している場合に、前回求めた対象物までの距離と、今回求めた対象物までの距離との間の許容される誤差範囲に設定されている。尚、変化幅ＡＤを求める方法は、判断部４が演算によって変化幅ＡＤを求める方法に限定されず、適宜の方法で変化幅ＡＤを求めてよい。例えば自速度Ｖｓと変化幅ＡＤの対照表を予め判断部４に設定しておき、判断部４は自速度Ｖｓから対照表を参照して変化幅ＡＤを求める方法であってもよい。また、距離演算部３と判断部４はそれぞれ別々のマイクロコンピュータで実現されることに限定されず、１つのマイクロコンピュータで実現されていてもよい。

次に判断部４の判断動作を図２及び図３に基づいて説明する。判断部４は物体検知装置１の起動時に判定カウント値を０に設定し、距離ｄｐをリセットする（図３のステップＳ１）。

物体検知装置１の検知範囲に対象物が入ってくると、図２（ａ）に示すように、送受信部２は、送信したパルス波Ｔ１に対する反射波Ｒ１を受信し、距離演算部３は対象物までの距離ｄ（ｄ１）を求めて判断部４に出力する。判断部４は、距離ｄｐがリセットされている状態で対象物までの距離ｄが入力されると（ステップＳ２）、入力された距離ｄを距離ｄｐとしてメモリに一時記憶させる（ステップＳ３）。

その後、図２（ｂ）に示すように送受信部２がパルス波Ｔ２に対する反射波Ｒ２を、反射波Ｒ１に続いて連続して検出すると、距離演算部３が対象物までの距離ｄ（ｄ２）を求めて判断部４に出力する（ステップＳ４）。判断部４は距離演算部３から距離ｄが入力されると、車速センサから自速度Ｖｓを取り込み、変化幅ＡＤを設定する。

図２（ｂ）に示すように、距離ｄがノイズＮ等の影響によって変化幅ＡＤの範囲を外れるとき、すなわち（ｄ１−ＡＤ）≦ｄ２≦（ｄ１＋ＡＤ）を満たさないとき（ステップＳ５のＮｏ）、判断部４は同じ対象物による反射波ではないと判断する。そして判断部４は、判定カウント値を０に設定し、距離ｄｐをリセットし（ステップＳ１０）、ステップＳ２の処理に戻る。換言すれば、距離演算部３が前回求めた距離ｄｐと今回求めた距離ｄの差が、変化幅ＡＤの範囲を外れたとき、すなわち（−ＡＤ）≦（ｄ−ｄｐ）≦ＡＤを満たさないとき、判断部４は判定カウント値を０に設定し、距離ｄｐをリセットする。

一方、距離演算部３が今回求めた距離ｄが、前回求めた距離ｄｐ（＝ｄ１）を中心とした変化幅ＡＤの範囲内にあるとき、すなわち（ｄ１−ＡＤ）≦ｄ２≦（ｄ１＋ＡＤ）を満たすとき（ステップＳ５のＹｅｓ）、判断部４は検知対象物による反射波と判断する。そして判断部４は判定カウント値を１つカウントアップする（ステップＳ６）。換言すれば、距離演算部３が前回求めた距離ｄｐと今回求めた距離ｄとの差が、変化幅ＡＤの範囲内に収まったとき、すなわち（−ＡＤ）≦（ｄ−ｄｐ）≦ＡＤを満たすとき、判断部４は判定カウント値を１つカウントアップする。判断部４は、今回求めた距離ｄを距離ｄｐとしてメモリに一時記憶する（ステップＳ７）。

次に、判断部４は判定カウント値を所定の回数Ｃと比較する。判定カウント値が所定の回数Ｃより小さければ（ステップＳ８のＮｏ）、判断部４はステップＳ４の処理に戻り、距離演算部３から距離ｄの測定値が入力されると、上記の処理を繰り返す。判定カウント値が所定の回数Ｃ以上であれば（ステップＳ８のＹｅｓ）、判断部４は、このとき距離演算部３が求めた距離に検知対象物が存在すると判断し、出力部５に距離ｄを出力する（ステップＳ９）。

出力部５は、判断部４から距離ｄが入力されると、距離ｄを外部の機器（図示せず）に出力する。外部の機器は例えば表示部（図示せず）等で構成される。

尚、判断部４は、距離演算部３が距離ｄを出力する毎に変化幅ＡＤを設定することに限定されず、自速度Ｖｓの変化に応じることができる適宜のタイミングで変化幅ＡＤを設定してもよい。例えば、前回の自速度Ｖｓと今回の自速度Ｖｓとの差が所定の範囲を超えるまでは、自速度Ｖｓは一定であるとみなし、判断部４は変化幅ＡＤを設定せずに、前回の変化幅ＡＤをそのまま上記判断に用いてもよい。

以上説明したように、本発明の物体検知装置１は、送受信部２と、距離演算部３と、判断部４、出力部５とを備える。送受信部２は、空間を伝播するパルス波Ｔを周期的に送信し検知対象物により反射された反射波Ｒを受信する。距離演算部３は、送受信部２がパルス波Ｔを送信してから反射波Ｒを受信するまでの伝播時間ＴＷを基に検知対象物までの距離ｄを求める。判断部４は、検知対象物までの距離の変化幅ＡＤを物体検知装置１の自速度Ｖｓに連動させて設定する。判断部４は、距離演算部３が前回求めた距離ｄｐと今回求めた距離ｄとの差が、所定の回数連続して変化幅ＡＤの範囲内に収まっていれば、送受信部２が同じ検知対象物による反射波Ｒを受信したと判断し、今回求めた距離ｄを出力部５から出力させる。

これにより、判断部４は、自速度Ｖｓに連動して変化する変化幅ＡＤを判断基準として用いるので、物体検知装置１自体が移動していても、受信した反射波Ｒが同じ検知対象物による反射波か否かをより正確に判断できる。判断部４は、距離演算部３が前回求めた距離ｄｐと今回求めた距離ｄとの差が、所定の回数連続して変化幅ＡＤの範囲内に収まっているか否かを判断することでノイズ等による誤検知を低減する。判断部４の判断動作により、物体検知装置１は、物体検知装置１自体が移動していても検知対象物までの距離をより正確に求めることができる。例えば車速センサが取り付けられた車両が加速している場合、図２（ｄ）に示すように判断部４は、より大きくなる自速度Ｖｓに応じて変化幅ＡＤをより大きく設定することで、検知対象物による反射波から求めた距離ｄが変化幅ＡＤの範囲から外れにくくなる。そのため、検知対象物が存在していないという誤検知が低減される。

また、本実施形態において判断部４が以下の処理を追加で行うようにしてもよい。判断部４は、前回の検知対象物までの距離ｄｐと今回の検知対象物までの距離ｄが所定の回数連続して等距離であって、且つ自速度Ｖｓが０であれば、検知対象物は静止していると判断する。距離ｄｐと距離ｄが所定の回数連続して等距離であって、且つ自速度Ｖｓが０でなければ、検知対象物は自速度Ｖｓと等しい速度で移動していると判断部４は判断する。

これにより、物体検知装置１から検知対象物までの距離が変化していないとき、物体検知装置１は、検知対象物が静止しているのか自速度Ｖｓと等しい速度で移動しているのかを判断して出力することができる。

尚、本実施形態では、検知対象物が移動していても距離ｄｐと距離ｄとの差が変化幅ＡＤの範囲内に収まる場合は、物体検知装置１は検知対象物までの距離を検知することが可能である。例えば距離ｄｐと距離ｄとの差が変化幅ＡＤの範囲内に収まる程度の速度で物体検知装置１に対して近づくように又は離れるように移動する検知対象物を物体検知装置１は検知することができる。

また、出力部５に出力する検知対象物までの距離ｄが小さくなっているか否かの判断動作を判断部４に追加することで、判断部４は物体検知装置１に接近する検知対象物のみを検知することが可能である。判断部４は、検知対象物が物体検知装置１に接近していると判断した場合に、例えば警告用信号及び距離ｄを出力部５から出力させることで、物体検知装置１を搭載した車両に接近してくる検知対象物があることを表示部等に出力させることができる。

本実施形態における判断部４の判断（ステップＳ５）では、（−ＡＤ）≦（ｄ−ｄｐ）≦ＡＤを用いるが、この不等式の最小値と最大値は、同じ値でなくてもよい。例えば、車両のバンパ等に物体検知装置１が設置されていて、物体検知装置１が車両の周囲にある検知対象物までの距離を検知する場合、物体検知装置１に対して、検知対象物が離れていく場合よりも近づいてくる場合のほうがより危険度が高い。そこで、プラス側の変化幅ＡＤ１よりもマイナス側の変化幅ＡＤ２を大きい値とし（ＡＤ１＜ＡＤ２）、ステップＳ５において判断部４が（−ＡＤ２）≦（ｄ−ｄｐ）≦ＡＤ１の判断を行うようにしてもよい。これにより判断部４は、物体検知装置１から離れていく検知対象物よりも、物体検知装置１に近づいてくる検知対象物に対して、より検知漏れを少なくすることができる。

１物体検知装置
２送受信部
３距離演算部
４判断部
５出力部
Ｔパルス波
Ｒ反射波
Ｖｓ自速度

Claims

検知対象物までの距離を出力する物体検知装置であって、
空間を伝播するパルス波を周期的に送信し前記検知対象物により反射された反射波を受信する送受信部と、
前記送受信部が前記パルス波を送信してから前記反射波を受信するまでの伝播時間を基に前記検知対象物までの距離を求める距離演算部と、
前記送受信部が受信した反射波は前記検知対象物による反射波か否かを判断する判断部と、
前記検知対象物による反射波を前記送受信部が受信したと前記判断部が判断すると、前記距離演算部が求めた距離を出力する出力部と、
を備え、
前記判断部は、前記物体検知装置の移動による前記検知対象物までの距離の経時的な変化の幅を、前記距離演算部が求める距離の許容される変化幅として、前記物体検知装置の自速度に連動させて設定し、
前記判断部は、前記距離演算部が前回求めた距離と今回求めた距離との差が、所定の回数連続して前記変化幅の範囲内に収まっていれば、前記送受信部が前記検知対象物による反射波を受信したと判断することを特徴とする物体検知装置。
前記判断部は、前記距離演算部が前回求めた前記検知対象物までの距離と今回求めた前記検知対象物までの距離が所定の回数連続して等距離であって、且つ前記自速度が０であれば、前記検知対象物は静止していると判断し、
前記判断部は、前記距離演算部が前回求めた前記検知対象物までの距離と今回求めた前記検知対象物までの距離が所定の回数連続して等距離であって、且つ前記自速度が０でなければ、前記検知対象物は前記自速度と等しい速度で移動していると判断することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
前記判断部は、前記変化幅として、前記距離演算部が前回求めた距離に対し、マイナス側の変化幅とプラス側の変化幅とを設定しており、前記マイナス側の変化幅を前記プラス側の変化幅よりも大きな値とし、前記距離演算部が今回求めた距離が、前記マイナス側の変化幅又は前記プラス側の変化幅の範囲内に収まっていれば、前記距離演算部が前回求めた距離と今回求めた距離との差が前記変化幅の範囲内に収まっていると判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物体検知装置。