特開 2023-176726 物体検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176726

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】物体検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 15/931 20200101AFI20231206BHJP

   G01M 17/007 20060101ALI20231206BHJP

   G01V 1/00 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

G01S15/931

G01M17/007 B

G01V1/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089161

(22)【出願日】2022-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 彰吾

(72)【発明者】

【氏名】小山 優

(72)【発明者】

【氏名】上月 康平

【テーマコード（参考）】

2G105

5J083

【Ｆターム（参考）】

2G105AA01

2G105BB02

2G105CC01

2G105DD02

2G105EE01

2G105GG04

2G105HH04

2G105JJ06

5J083AA02

5J083AB13

5J083AC32

5J083AD04

5J083AF09

5J083BB12

5J083BE18

5J083BE38

5J083BE52

5J083BE54

5J083CA01

5J083CA10

5J083CB01

(57)【要約】

【課題】共振周波数と異なる周波数の振動を検知することが可能な物体検知装置を提供する。
【解決手段】送受信器と、送受信器に超音波を送信させるための信号である送信信号を生成する第１信号生成部と、送受信器に印加された振動を検知するための信号である第１インピーダンス計測信号を生成する第２信号生成部と、送受信器のインピーダンスに基づいて第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉを設定する周波数設定部８４と、送受信器の出力信号を振幅信号に変換する振幅変換部８２と、振幅信号の変動に基づいて、送受信器に印加された振動の検知判定を行う振動検知判定部８８と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波の送受信によって物体を検知する物体検知装置であって、
入力された信号に応じた超音波を送信するとともに、受信した超音波に応じた信号を出力する送受信器（４）と、
前記送受信器に超音波を送信させるための信号である送信信号を生成する第１信号生成部（７１）と、
前記送受信器に印加された振動を検知するための信号である第１インピーダンス計測信号を生成する第２信号生成部（７２）と、
前記送受信器のインピーダンスに基づいて前記第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉを設定する周波数設定部（８４）と、
前記送受信器の出力信号を振幅信号に変換する振幅変換部（８２）と、
前記振幅信号の変動に基づいて、前記送受信器に印加された振動の検知判定を行う振動検知判定部（８８）と、を備える物体検知装置。

【請求項2】

前記第２信号生成部は、前記第１インピーダンス計測信号に加えて、前記送受信器の周波数－インピーダンス特性を計測するための信号である第２インピーダンス計測信号を生成し、
前記周波数設定部は、前記第２インピーダンス計測信号の入力によって生じた前記送受信器の端子間電圧に基づいて計測された前記送受信器のインピーダンスに基づいて前記周波数ｆｉを設定する請求項１に記載の物体検知装置。

【請求項3】

前記送受信器の共振周波数をｆｒとして、
前記周波数設定部は、前記周波数ｆｉを０．９５×ｆｒ以上１．０５×ｆｒ以下の値に設定する請求項１または２に記載の物体検知装置。

【請求項4】

前記周波数設定部は、前記周波数ｆｉを前記送信信号の周波数とは異なる値に設定する請求項３に記載の物体検知装置。

【請求項5】

前記送受信器の共振周波数をｆｒとし、
前記送受信器の反共振周波数をｆａとして、
前記周波数設定部は、前記周波数ｆｉを前記共振周波数ｆｒと前記反共振周波数ｆａとの間の値に設定する請求項１または２に記載の物体検知装置。

【請求項6】

前記共振周波数ｆｒは、前記送受信器の高次共振周波数である請求項３に記載の物体検知装置。

【請求項7】

前記送受信器の反共振周波数をｆａとして、
前記周波数設定部は、前記周波数ｆｉを０．９５×ｆａ以上１．０５×ｆａ以下の値に設定する請求項１または２に記載の物体検知装置。

【請求項8】

前記送受信器のインピーダンスの計測と、前記周波数ｆｉの設定とが、周期的に行われる請求項１または２に記載の物体検知装置。

【請求項9】

前記振幅信号を閾値と比較して物体検知判定を行う物体検知判定部（８５）を備え、
前記第２インピーダンス計測信号の振幅は、前記第２インピーダンス計測信号に応じた前記送受信器の出力信号を前記振幅信号に変換した後の振幅値が前記閾値未満となるように設定される請求項２に記載の物体検知装置。

【請求項10】

前記送受信器に前記送信信号が入力されてから所定時間が経過するまでの間、前記第１インピーダンス計測信号の前記送受信器への入力が停止される請求項１または２に記載の物体検知装置。

【請求項11】

前記送受信器の出力信号を増幅する増幅器（６１）を備え、
前記第１信号生成部は、前記送信信号を間欠的に生成し、
前記増幅器は、前記送信信号が生成されてから次の前記送信信号が生成されるまでの間、利得が時間の経過とともに増加し、
前記利得が所定値よりも高いとき、前記第１インピーダンス計測信号の前記送受信器への入力が停止される請求項１または２に記載の物体検知装置。

【請求項12】

前記送受信器は、圧電素子を有するマイクロフォンであり、車両のバンパに搭載される請求項１または２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、超音波の送受信によって物体を検知する物体検知装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動運転車において、車体に伝わる振動に基づいて他の車両等との接触を検知し、検知結果に応じて方向転換等を行うことで衝撃を軽減する技術が提案されている。このような振動の検知には、例えばコンデンサ型のマイクロフォンを用いることができる。

【0003】

一方、超音波センサによって障害物等を検知する物体検知装置も提案されており、超音波センサで用いられるマイクロフォンを上記の振動検知に共用できれば、コストの低減が期待できる。

【0004】

超音波センサでは、圧電型のマイクロフォンが用いられる（例えば、特許文献１参照）。圧電型のマイクロフォンを用いた物体検知装置では、マイクロフォンに交流電圧を印加することにより、超音波が送信される。また、マイクロフォンは、受信した超音波に応じた受信信号を出力するようになっており、受信信号の振幅を所定の閾値と比較することにより、物体からの反射波を検知することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４２７４６７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

圧電型のマイクロフォンは、狭帯域の周波数特性を有する。すなわち、マイクロフォンに共振周波数で交流電圧を印加することにより、高出力と高感度が得られる。一方、共振周波数以外の周波数では、受信感度が低くなる。そのため、反射波の検出と同様にマイクロフォンの出力信号の振幅をそのまま閾値と比較する方法では、共振周波数と異なる周波数の振動を検知することが困難である。

【0007】

本発明は上記点に鑑みて、共振周波数と異なる周波数の振動を検知すること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、超音波の送受信によって物体を検知する物体検知装置であって、入力された信号に応じた超音波を送信するとともに、受信した超音波に応じた信号を出力する送受信器（４）と、送受信器に超音波を送信させるための信号である送信信号を生成する第１信号生成部（７１）と、送受信器に印加された振動を検知するための信号である第１インピーダンス計測信号を生成する第２信号生成部（７２）と、送受信器のインピーダンスに基づいて第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉを設定する周波数設定部（８４）と、送受信器の出力信号を振幅信号に変換する振幅変換部（８２）と、振幅信号の変動に基づいて、送受信器に印加された振動の検知判定を行う振動検知判定部（８８）と、を備える。

【0009】

送受信器のインピーダンスは、周波数によって変化し、周波数によってはインピーダンスが急峻に変化する。そして、送受信器の周波数－インピーダンス特性に基づいて、インピーダンスが敏感に変化する周波数を第１インピーダンス計測信号の周波数として設定することにより、送受信器に振動が印加されたときに出力信号の振幅が急峻に変動する。したがって、振幅信号の変動に基づいて送受信器の共振周波数とは異なる周波数の振動を検知することが可能となる。

【0010】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等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】

【0011】

【図1】第１実施形態にかかる物体検知装置のブロック図である。

【図2】図１に示された受信回路のブロック図である。

【図3】図１に示された信号生成部のブロック図である。

【図4】図１に示された信号処理部のブロック図である。

【図5】トランスデューサのインピーダンスの周波数特性を示す図である。

【図6】周波数設定処理のフローチャートである。

【図7】図４に示されたＢＰＦ、振幅変換部、ＨＰＦ、二乗平均器の出力信号の一例を示す図である。

【図8】図４に示されたＢＰＦ、振幅変換部、ＨＰＦ、二乗平均器の出力信号の一例を示す図である。

【図9】振動の印加によるトランスデューサのインピーダンスの変化を示す図である。

【図10】トランスデューサの出力信号を示す図である。

【図11】送信信号と第１インピーダンス計測信号のタイミングチャートである。

【図12】トランスデューサのインピーダンスの周波数特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示す本実施形態の物体検知装置１は、不図示の車両に搭載されていて、当該車両の周囲の物体Ｂを検知するように構成されている。物体検知装置１を搭載する車両を、以下「自車両」と称する。不図示の車両は、例えば、自動車である。

【0014】

また、物体検知装置１は、車両に印加される振動を検知する機能も備えている。この振動は、例えば、他の車両との接触による振動や、緊急車両の警報音等の可聴音による振動である。

【0015】

物体検知装置１は、超音波センサ２と、超音波センサ２の動作を制御する制御部３とを備えている。超音波センサ２は、超音波である探査波を送信するとともに探査波の物体Ｂによる反射波を受信することで、物体Ｂを検知するように構成されている。

【0016】

超音波センサ２は、トランスデューサ４と、送信回路５と、受信回路６と、信号生成部７と、信号処理部８とを備えている。

【0017】

トランスデューサ４は、入力された信号に応じた超音波を外部に向けて送信する送信器としての機能と、受信した超音波に応じた信号を出力する受信器としての機能とを有する送受信器であり、送信回路５および受信回路６と電気接続されている。すなわち、超音波センサ２は、いわゆる送受信一体型の構成を有している。

【0018】

具体的には、トランスデューサ４は、圧電素子等の電気－機械エネルギー変換素子を内蔵した、超音波マイクロフォンとして構成されている。トランスデューサ４は、探査波を自車両の外部に送信可能および反射波を自車両の外部から受信可能なように、自車両の外表面に面する位置に配置されている。例えば、トランスデューサ４は、自車両のバンパに配置される。

【0019】

送信回路５は、入力された信号に基づいてトランスデューサ４を駆動することで、トランスデューサ４にて探査波を発信させるように設けられている。具体的には、送信回路５は、デジタル／アナログ変換回路等を有している。すなわち、送信回路５は、信号生成部７から出力された信号に対してデジタル／アナログ変換等の信号処理を施すことで、素子入力信号を生成するように構成されている。素子入力信号は、トランスデューサ４を駆動するための交流電圧信号である。そして、送信回路５は、生成した素子入力信号をトランスデューサ４に印加してトランスデューサ４における電気－機械エネルギー変換素子を励振することで、探査波を発生させるように構成されている。

【0020】

受信回路６は、トランスデューサ４による超音波の受信結果に対応する受信信号を生成して信号処理部８に出力するように設けられている。具体的には、受信回路６は、図２に示すように、増幅器６１およびＡＤＣ（ＡＤ変換器）６２を有しており、トランスデューサ４が出力した素子出力信号は、増幅器６１により増幅され、ＡＤＣ６２によりデジタル信号に変換される。

【0021】

なお、増幅器６１は、距離減衰を加味したＳＴＣ処理を行う。ＳＴＣはSensitivity Time Controlの略である。すなわち、増幅器６１は、送信信号が生成されてから次の送信信号が生成されるまでの間、時間の経過に伴い利得を上げるように設定されている。

【0022】

デジタル信号に変換された素子出力信号は、信号処理部８に入力される。素子出力信号は、超音波の受信により、トランスデューサ４に設けられた電気－機械エネルギー変換素子が発生する交流電圧信号である。

【0023】

信号生成部７は、デジタル信号を生成して送信回路５に出力するように設けられている。また、信号生成部７は、アナログ信号を生成してトランスデューサ４に出力するように設けられている。図３に示すように、信号処理部７は、第１信号生成部７１と、第２信号生成部７２と、減衰器７３とを備えている。

【0024】

第１信号生成部７１は、トランスデューサ４に超音波を送信させるための信号である送信信号を生成するものである。送信信号は例えばｓｉｎ信号とされる。送信信号の周波数ｆｃは、後述する周波数設定部８４によって設定される。第１信号生成部７１が生成した信号は、送信回路５に入力される。

【0025】

第２信号生成部７２は、トランスデューサ４のインピーダンスを計測するための信号であるインピーダンス計測信号を生成するものである。インピーダンス計測信号は例えばｓｉｎ信号とされる。

【0026】

具体的には、第２信号生成部７２は、トランスデューサ４に印加された振動を検知するための信号である第１インピーダンス計測信号を生成する。第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉは、後述する周波数設定部８４によって設定される。

【0027】

また、第２信号生成部７２は、トランスデューサ４の周波数－インピーダンス特性を計測するための信号である第２インピーダンス計測信号を生成する。第２インピーダンス計測信号の周波数は、トランスデューサ４の共振周波数の設計値を含む帯域で掃引される。

【0028】

後述するように、信号処理部８の物体検知判定部８５は、振幅信号を物体検知閾値と比較して物体検知判定を行う。インピーダンス計測信号の振幅は、インピーダンス計測信号に応じたトランスデューサ４の出力信号を振幅信号に変換した後の振幅値が、この閾値未満となるように設定される。具体的には、第２信号生成部７２が生成した第１、第２インピーダンス計測信号は、減衰器７３によって上記の振幅値が閾値未満になるように減衰された後、トランスデューサ４に入力される。

【0029】

信号処理部８は、受信回路６が出力した信号を用いてトランスデューサ４のインピーダンス計測、送信信号および第１インピーダンス計測信号の周波数の設定、物体検知判定、振動検知判定を行うものである。図４に示すように、信号処理部８は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）８１と、振幅変換部８２と、インピーダンス計測部８３と、周波数設定部８４と、物体検知判定部８５とを備えている。また、信号処理部８は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）８６と、二乗平均器８７と、振動検知判定部８８とを備えている。

【0030】

受信回路６が出力した信号は、ＢＰＦ８１に入力される。ＢＰＦ８１の帯域は、送信信号、第１、第２インピーダンス計測信号の周波数を含むように設定されている。ＢＰＦ８１を通過した信号は、振幅変換部８２に入力される。

【0031】

振幅変換部８２は、トランスデューサ４の出力信号を振幅信号に変換するものである。具体的には、振幅変換部８２は、ＢＰＦ８１の出力信号に対して包絡線検波を行うことにより位相と周波数情報を除外し、振幅のみを抽出して出力する。振幅変換部８２の出力信号は、インピーダンス計測部８３、物体検知判定部８５、ＨＰＦ８６に入力される。

【0032】

インピーダンス計測部８３は、インピーダンス計測信号の入力によって生じたトランスデューサ４の端子間電圧に基づいてトランスデューサ４のインピーダンスを計測するものである。具体的には、トランスデューサ４のインピーダンス計測時には、送信信号、第１、第２インピーダンス計測信号のうち第２インピーダンス計測信号のみが生成されてトランスデューサ４に入力される。そして、インピーダンス計測部８３には、第２インピーダンス計測信号がトランスデューサ４に入力されている間のトランスデューサ４の出力信号を振幅信号に変換したものが入力される。インピーダンス計測部８３は、この振幅信号の振幅値をトランスデューサ４のインピーダンスに変換する。振幅値をインピーダンスに変換する方法としては、例えば特開２０２２－１６１２７号公報に記載された方法を用いることができる。

【0033】

トランスデューサ４のインピーダンスは、入力されたインピーダンス計測信号の周波数によって変化し、図５に示すように、極小点と極大点を有する。極小点の周波数ｆｍｉｎは、トランスデューサ４の実際の共振周波数であり、極大点の周波数ｆｍａｘは、反共振周波数である。トランスデューサ４の共振周波数、反共振周波数をそれぞれｆｒ、ｆａとする。

【0034】

図５に示すように、トランスデューサ４のインピーダンスは、周波数ｆｍｉｎすなわち共振周波数ｆｒの付近、および、周波数ｆｍａｘすなわち反共振周波数ｆａの付近で急峻に変化する。また、トランスデューサ４のインピーダンスは、周波数ｆｍｉｎと周波数ｆｍａｘとの間、すなわち共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間で急峻に変化する。

【0035】

インピーダンス計測信号の周波数は、例えば共振周波数ｆｒの設計値の±１０％の範囲で掃引され、その結果、インピーダンス計測部８３では、図５の領域Ｒ１内の信号が得られる。インピーダンス計測部８３は、インピーダンスの計測結果から極小点の周波数ｆｍｉｎと極大点の周波数ｆｍａｘを抽出し、周波数設定部８４に入力する。

【0036】

周波数設定部８４は、インピーダンス計測部８３によって計測されたインピーダンスに基づいて、第１信号生成部７１が生成する送信信号の周波数ｆｃ、および、第２信号生成部７２が生成する第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉを設定するものである。周波数設定部８４は、周波数ｆｉを周波数ｆｃとは異なる値に設定する。具体的には、周波数設定部８４は、インピーダンス計測部８３が抽出した周波数ｆｍｉｎ、ｆｍａｘに基づいて、周波数ｆｃ、ｆｉを設定する。周波数設定部８４は、極小点の周波数ｆｍｉｎを送信信号の周波数ｆｃとする。

【0037】

周波数設定部８４は、トランスデューサ４のインピーダンスが急峻に変化するときの周波数を第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉとする。具体的には、周波数設定部８４は、実際の共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の周波数を周波数ｆｉとする。例えば、周波数設定部８４は、ｆｉ＝（ｆｒ＋ｆａ）／２とする。あるいは、周波数設定部８４は、周波数ｆｉを、共振周波数ｆｒの±５％の範囲内の周波数とする。すなわち、周波数ｆｉは、０．９５×ｆｒ以上１．０５×ｆｒ以下とされる。あるいは、周波数設定部８４は、周波数ｆｉを、反共振周波数ｆａの±５％の範囲内の周波数とする。すなわち、周波数ｆｉは、０．９５×ｆａ以上１．０５×ｆａ以下とされる。

【0038】

なお、周波数ｆｃ、ｆｉのうち、周波数ｆｃのみを１次共振周波数に基づいて設定し、周波数ｆｉについては高次の共振周波数に基づいて設定してもよい。例えば、２次共振周波数の設計値を含む帯域で第２インピーダンス計測信号の周波数を掃引し、図５の領域Ｒ２内の信号における極小点と極大点の周波数を共振周波数ｆｒ、反共振周波数ｆａとする。そして、周波数ｆｉを共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の周波数としてもよいし、周波数ｆｉを０．９５×ｆｒ以上１．０５×ｆｒ以下としてもよい。高次の共振周波数に基づいて周波数ｆｉを設定する場合には、ＢＰＦ８１の帯域は、周波数ｆｉが含まれるように広く設定される。周波数設定部８４が設定した周波数ｆｃ、ｆｉの値は、第１信号生成部７１、第２信号生成部７２に入力される。

【0039】

物体検知判定部８５は、振幅信号に基づいて物体検知判定を行うものである。具体的には、物体検知判定部８５は、振幅信号を所定の閾値と比較し、振幅値が閾値よりも大きい場合には、車両の周辺に物体が存在すると判定する。この閾値を物体検知閾値とする。一方、振幅値が物体検知閾値以下の場合には、物体検知判定部８５は、車両の周辺に車両と接触する可能性の高い物体が存在しないと判定する。また、物体検知判定部８５は、物体が存在すると判定した場合には、車両と物体との距離を算出する。例えば、物体検知判定部８５は、振幅値が物体検知閾値を超えたときの時刻に基づいて、ＴＯＦ方式により物体との距離を算出する。ＴＯＦはTime of Flightの略である。物体検知判定部８５による物体検知判定結果および距離の算出結果は、制御部３に送信される。

【0040】

ＨＰＦ８６は、振幅変換部８２の出力信号から低周波成分を除去し、高周波成分を通過させるように設けられている。ＨＰＦ８６のカットオフ周波数は、トランスデューサ４に振動が印加されたときの振幅信号の変動を検知できるように設定されている。ＨＰＦ８６を通過した信号は、二乗平均器８７および振動検知判定部８８に入力される。

【0041】

二乗平均器８７は、ＨＰＦ８６を通過した信号に対して、二乗した後に平均処理やＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理を行うように設けられている。このＬＰＦは、ＨＰＦ８６を通過した信号から、反射波の受信による振幅の変動を除去する。例えば、反射波の信号幅が０．２ｍｓｅｃ程度と予想されるなら、周波数５ｋＨｚの信号を振幅信号から除去できるように、ＬＰＦのカットオフ周波数を５ｋＨｚ未満の値、例えば２．５ｋＨｚに設定すればよい。ＬＰＦによって高周波数成分を除去することにより、振動検知判定部８８における振動の検知判定が容易になる。二乗平均器８７を通過した信号は、振動検知判定部８８に入力される。

【0042】

振動検知判定部８８は、振幅信号の変動に基づいて、トランスデューサ４に印加された振動の検知判定を行うものである。具体的には、振動検知判定部８８は、入力された信号を所定の閾値と比較し、信号が閾値よりも大きい場合には、トランスデューサ４に振動が印加されたと判定する。この閾値を振動検知閾値とする。一方、信号が振動検知閾値以下の場合には、振動検知判定部８８は、トランスデューサ４に振動が印加されていないと判定する。また、トランスデューサ４に振動が印加されたと判定すると、振動検知判定部８８は、ＨＰＦ８６から入力された信号に基づいて、振動の種類を識別する。例えば、振動検知判定部８８は、周波数解析等を用いた公知の音声認識技術により、緊急車両の警報音を識別する。振動検知判定部８８による振動検知判定結果は、制御部３に送信される。

【0043】

信号生成部７、信号処理部８は、例えば、送信信号生成、インピーダンス計測信号生成、インピーダンス計測、物体検知判定、振動検知判定等の機能がプログラムされたＤＳＰで構成されている。ＤＳＰはDigital Signal Processorの略である。

【0044】

制御部３は、車載通信回線を介して超音波センサ２と情報通信可能に接続されており、超音波センサ２の送受信動作を制御するように構成されている。

【0045】

制御部３は、いわゆるソナーＥＣＵとして設けられていて、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性リライタブルメモリ、等を有する車載マイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。不揮発性リライタブルメモリは、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、等である。ＥＥＰＲＯＭはElectronically Erasable and Programmable Read Only Memoryの略である。

【0046】

制御部３は、信号生成部７に送信指示を出し、信号処理部８から送信された判定結果に基づいて、障害物や緊急車両の接近を検出する。

【0047】

物体検知装置１の動作について説明する。物体検知装置１は、起動されると図６に示す処理を実行し、周波数ｆｃおよび周波数ｆｉを設定する。

【0048】

まず、ステップＳ１にて、第２信号生成部７２は、共振周波数ｆｒの設計値±１０％の帯域で周波数を掃引して第２インピーダンス計測信号を生成する。第２信号生成部７２が生成した第２インピーダンス計測信号は、減衰器７３によって減衰された後、トランスデューサ４に入力される。トランスデューサ４の出力信号は受信回路６を介して信号処理部８に入力され、振幅変換部８２によって振幅信号に変換されて、インピーダンス計測部８３に入力される。

【0049】

続くステップＳ２にて、インピーダンス計測部８３は、入力された振幅信号をトランスデューサ４のインピーダンスに変換し、インピーダンスの極小点の周波数ｆｍｉｎと極大点の周波数ｆｍａｘを抽出し、周波数設定部８４に入力する。

【0050】

続くステップＳ３にて、周波数設定部８４は、ステップＳ２にて抽出された周波数ｆｍｉｎ、ｆｍａｘに基づいて、周波数ｆｃ、ｆｉを設定する。具体的には、周波数設定部８４は、例えばｆｃ＝ｆｍｉｎ、ｆｉ＝（ｆｍｉｎ＋ｆｍａｘ）／２とする。その後、処理は終了する。図６に示す処理が終了すると、物体検知処理および振動検知処理が開始される。なお、図６に示す処理は、物体検知装置１の起動時に実行された後は、所定の周期で繰り返し実行される。

【0051】

物体検知処理では、ステップＳ３で設定された周波数ｆｃの送信信号が第１信号生成部７１によって生成され、送信回路５を介してトランスデューサ４に入力される。これによりトランスデューサ４から超音波が送信される。そして、トランスデューサ４により反射波が受信されると、反射波に応じた信号がトランスデューサ４から出力され、振幅信号に変換されて物体検知判定部８５に入力される。物体検知判定部８５は、振幅信号の振幅値と物体検知閾値とを比較し、振幅値が物体検知閾値よりも大きい場合には車両の周辺に物体が存在すると判定し、判定結果を制御部３に送信する。制御部３は、判定結果に応じて回避制御等を行う。

【0052】

振動検知処理では、ステップＳ３で設定された周波数ｆｉの第１インピーダンス計測信号が第２信号生成部７２によって生成され、トランスデューサ４に入力される。そして、トランスデューサ４からインピーダンスに応じた信号が出力され、振幅信号に変換され、ＨＰＦ８６、二乗平均器８７による処理を経て振動検知判定部８８に入力される。

【0053】

トランスデューサ４に振動が印加されていないときは、出力信号の振幅がほぼ一定となるため、振幅信号がＨＰＦ８６によって除去される。具体的には、ＢＰＦ８１は図７（ａ）に示すように振幅が一定のｓｉｎ信号を出力し、振幅変換部８２は、図７（ｂ）に示すように振幅が一定の信号を出力する。そして、ＨＰＦ８６、二乗平均器８７はそれぞれ図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように出力信号の振幅が０となり、振動検知判定部８８は、トランスデューサ４に振動が印加されていないと判定する。

【0054】

一方、トランスデューサ４に振動が印加されると、トランスデューサ４のインピーダンスの変動により出力信号の振幅が変動する。すると、ＢＰＦ８１、振幅変換部８２はそれぞれ図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように振幅が変化する信号を出力し、ＨＰＦ８６は、図８（ｃ）に示すように、ある程度の振幅を有する信号を出力する。そして、図８（ｄ）に示すように二乗平均器８７の出力信号の振幅が振動検知閾値よりも大きくなると、振動検知判定部８８は、トランスデューサ４に振動が印加されたと判定する。このように、トランスデューサ４に振動が印加されると、振動に応じた信号がＨＰＦ８６を通過するようになり、振動を検知することが可能となる。

【0055】

このとき、第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉが、トランスデューサ４のインピーダンスが振動印加に対して敏感に変化する周波数とされているため、出力信号の振幅が振動に対応して敏感に変化し、振動検知判定部８８によって検知されやすくなる。

【0056】

例えば、図９の実線で示す周波数－インピーダンス特性を有するトランスデューサ４に振動が印加されて、一点鎖線または二点鎖線で示すように周波数－インピーダンス特性が変化した場合を想定する。この場合に、インピーダンスの変化が小さい周波数ｆ１を周波数ｆｉとすると、振動の印加によるインピーダンスの変動が小さいため、振動の検知が困難である。これに対して、インピーダンスが急峻に変化する周波数ｆ２を周波数ｆｉとすると、振動の印加によりインピーダンスが大きく変動するため、振動を感度よく検出することができる。振動検知判定部８８における判定結果は制御部３に送信され、制御部３は、判定結果に応じて回避制御等を行う。

【0057】

物体検知処理は、所定の周期で繰り返し実行され、第１信号生成部７１は、送信信号を間欠的に生成する。一方、振動検知処理は、周波数設定処理が行われている間を除き、常時実行される。すなわち、第２信号生成部７２は、第１インピーダンス計測信号を常時生成し、トランスデューサ４に入力する。

【0058】

このようにすると、トランスデューサ４の出力信号は、図１０に示すようになる。図１０において、実線は超音波の送信による残響および反射波の受信に応じた振幅信号であり、破線は第１インピーダンス計測信号に応じた振幅信号である。

【0059】

図１０に示すように、時刻ｔ１で送信信号を生成し、トランスデューサ４から超音波を送信した後、所定の時間が経過するまでの間と、反射波を受信したときに、トランスデューサ４の出力信号の振幅が物体検知閾値よりも大きくなる。

【0060】

一方、第１インピーダンス計測信号は常時生成され、これに応じてトランスデューサ４から常時信号が出力される。しかしながら、第１インピーダンス計測信号は減衰器７３により減衰され、第１インピーダンス計測信号に応じたトランスデューサ４の出力信号の振幅は物体検知閾値以下となるため、第１インピーダンス計測信号が物体検知処理に及ぼす影響は軽微である。

【0061】

また、反射波を受信して振幅信号が増加すると、振幅信号の周波数が一時的に高くなって、振幅信号がＨＰＦ８６を通過する。しかしながら、二乗平均器８７によって信号幅の短い振幅信号は除去されるため、信号幅の長い振動のみが振動検知判定部８８によって検知される。

【0062】

なお、図１１に示すように、トランスデューサ４に送信信号が入力されてから所定時間が経過するまでの間、第１インピーダンス計測信号のトランスデューサ４への入力を停止してもよい。図１１において、実線部は信号が生成される時間であり、破線部は信号の生成が停止された時間である。

【0063】

また、前述したように、増幅器６１は、送信信号が生成されてから次の送信信号が生成されるまでの間、時間の経過に伴い利得を上げるように設定されている。この利得が所定値よりも高くなったときには、図１１に示すように第１インピーダンス計測信号のトランスデューサ４への入力を停止してもよい。

【0064】

以上説明したように、本実施形態では、トランスデューサ４のインピーダンスが急峻に変化する周波数を第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉとして設定することで、トランスデューサ４に振動が印加されたときに出力信号の振幅が急峻に変動する。したがって、振幅信号に基づいてトランスデューサ４の共振周波数とは異なる周波数の振動を検知することが可能となる。

【0065】

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0066】

（１）インピーダンス計測部８３は、第２インピーダンス計測信号の入力によって生じたトランスデューサ４の端子間電圧に基づいてトランスデューサ４のインピーダンスを計測する。これにより、インピーダンスが急峻に変化する周波数を抽出することが可能となる。

【0067】

（２）周波数設定部８４は、周波数ｆｉを０．９５×ｆｒ以上１．０５×ｆｒ以下の値に設定する。この範囲ではトランスデューサ４のインピーダンスが周波数に応じて急峻に変化し、振動によってトランスデューサ４に生じる周波数－インピーダンス特性の変化の影響が大きくなる。これにより、振動に応じてインピーダンスが敏感に変化するため、振動検知精度が向上する。

【0068】

（３）周波数設定部８４は、周波数ｆｉを周波数ｆｃとは異なる値に設定する。これによれば、物体検知と振動検知を並行して行うことができる。

【0069】

（４）周波数設定部８４は、周波数ｆｉを共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間の値に設定する。この範囲ではトランスデューサ４のインピーダンスが周波数に応じて急峻に変化するため、振動検知精度が向上する。

【0070】

（５）トランスデューサ４の高次共振周波数に基づいて周波数ｆｉを設定する。周波数ｆｉを高次共振周波数付近の周波数とし、物体検知と振動検知の周波数を分離することにより、物体検知と振動検知を並行した場合の検知精度が向上する。

【0071】

（６）周波数設定部８４は、周波数ｆｉを０．９５×ｆａ以上１．０５×ｆａ以下の値に設定する。この範囲ではトランスデューサ４のインピーダンスが周波数に応じて急峻に変化するため、振動検知精度が向上する。

【0072】

（７）トランスデューサ４のインピーダンスの計測と、周波数ｆｉの設定とが、周期的に行われる。これにより、温度変化やトランスデューサ４への泥の付着等によるインピーダンス特性の変化に対応して、周波数ｆｃ、ｆｉを適切に設定することが可能となり、物体検知精度、振動検知精度が向上する。また、前回の計測結果と比較することにより、トランスデューサ４への付着物を検出することができる。例えば、周波数ｆｍｉｎの変動が規定値よりも大きければ、トランスデューサ４に泥等が付着したと判定する。

【0073】

（８）インピーダンス計測信号の振幅は、インピーダンス計測信号に応じたトランスデューサ４の出力信号を振幅信号に変換した後の振幅値が物体検知閾値未満となるように設定される。これにより、物体検知と振動検知を並行して行うことが可能となる。

【0074】

（９）トランスデューサ４に送信信号が入力されてから所定時間が経過するまでの間、第１インピーダンス計測信号のトランスデューサ４への入力が停止される。トランスデューサ４に送信信号が入力された直後は、残響によりトランスデューサ４の出力信号が大きくなり、振動検知が困難になる。したがって、このように第１インピーダンス計測信号の入力を停止することにより、処理効率が向上する。

【0075】

（１０）第１信号生成部７１は、送信信号を間欠的に生成し、増幅器６１は、送信信号が生成されてから次の送信信号が生成されるまでの間、利得が時間の経過とともに増加し、利得が所定値よりも高いとき、第１インピーダンス計測信号のトランスデューサ４への入力が停止される。これにより、反射波の受信と振動の印加による振幅信号の飽和を抑制することができる。

【0076】

（１１）トランスデューサ４は、圧電素子を有するマイクロフォンであり、車両のバンパに搭載される。トランスデューサ４をコンデンサ型のマイクロフォンで構成した場合とは異なり、トランスデューサ４を圧電型のマイクロフォンで構成した場合には、防塵、防滴、耐チッピング対策が可能となり、車両のバンパ等にも配置することができる。

【0077】

（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。また、上記実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

【0078】

物体検知装置の出荷前にトランスデューサ４の周波数－インピーダンス特性を計測し、周波数ｆｉを設定してもよい。この場合には、物体検知装置がトランスデューサ４の周波数－インピーダンス特性を計測する機能を備えていなくてもよい。

【0079】

送信信号の周波数ｆｃと第１インピーダンス計測信号の周波数ｆｉとを同じ値に設定してもよい。この場合には、送信信号の生成と第１インピーダンス計測信号の生成のタイミングをずらすことで、物体検知と振動検知を行うことができる。

【0080】

送信信号を、時間の経過とともに周波数が変化する信号としてもよい。例えば、送信信号として、時間経過とともに周波数が単調増加するアップチャープ信号や、時間経過とともに周波数が単調減少するダウンチャープ信号を用いることができる。この場合には、送信信号の周波数帯域に周波数ｆｉが含まれていても、複合フィルタ等を用いることで、振幅信号から反射波に対応する信号と振動に対応する信号とを別々に抽出し、物体検知と振動検知を並行して行うことができる。

【0081】

送信回路５の回路構成によっては、トランスデューサ４の周波数－インピーダンス特性の計測結果において、図１２に示すように２つの反共振点が現れることがある。すなわち、周波数ｆｍｉｎよりも高い周波数ｆｍａｘ１に加えて、周波数ｆｍｉｎよりも低い周波数ｆｍａｘ２においてもインピーダンスが極大値をとることがある。この場合には、周波数ｆｉを周波数ｆｍｉｎと周波数ｆｍａｘ１との間の値に設定してもよいし、周波数ｆｍｉｎと周波数ｆｍａｘ２との間の値に設定してもよい。周波数ｆｍｉｎと周波数ｆｍａｘ２との間の周波数においても、トランスデューサ４のインピーダンスが周波数に応じて急峻に変化するため、周波数ｆｉを上記のように設定することで、振動検知精度が向上する。また、周波数ｆｉを０．９５×ｆｍａｘ１以上１．０５×ｆｍａｘ１以下の値に設定してもよいし、０．９５×ｆｍａｘ２以上１．０５×ｆｍａｘ２以下の値に設定してもよい。０．９５×ｆｍａｘ２以上１．０５×ｆｍａｘ２以下の範囲においても、トランスデューサ４のインピーダンスが周波数に応じて急峻に変化するため、周波数ｆｉを上記のように設定することで、振動検知精度が向上する。高次共振周波数の両側に２つの反共振点が現れる場合についても、周波数ｆｉを同様に設定することができる。

【0082】

インピーダンス計測部８３において、振幅信号の振幅値をトランスデューサ４のインピーダンスに変換せずに周波数ｆｍｉｎ、ｆｍａｘを抽出してもよい。振幅値とインピーダンスは比例関係にあるため、振幅値の極小点の周波数および極大点の周波数が、それぞれインピーダンスの極小点の周波数ｆｍｉｎおよび極大点の周波数ｆｍａｘとなる。

【0083】

上記の各機能構成および方法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つあるいは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、上記の各機能構成および方法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、上記の各機能構成および方法は、一つあるいは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0084】

４ トランスデューサ
７１ 第１信号生成部
７２ 第２信号生成部
８２ 振幅変換部
８４ 周波数設定部
８８ 振動検知判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】