CN112805589B - 物体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供物体检测装置，具备：信号生成部(20)，生成驱动信号，上述驱动信号包含用于识别超声波的识别用信号；发送部(10)，根据驱动信号来发送探测波；接收部(50)，接收超声波并生成接收信号；以及判定部(60)，通过解析接收信号的频率来判定接收波是否是探测波的反射波。驱动信号包含用于提高探测波的振幅的上升信号，在识别用信号前生成上升信号，将上升信号的频率设为f_T，将识别用信号的最大频率、最小频率分别设为f_MAX、f_MIN，频率f_T设定为包含发送部的发送效率和接收部的接收效率中的任意一者或两者高于频率f_MAX、f_MIN下的发送部(10)的发送效率和接收部的接收效率的频率。

Description

物体检测装置

技术领域

本发明涉及通过收发超声波来检测物体的物体检测装置。

背景技术

若将这样的物体检测装置搭载于车辆等用于障碍物检测，则由于与搭载于本车的其它装置发送出的超声波、从周边的车辆发送出的超声波的干扰，存在物体的检测精度降低的风险。

对于这一点，例如在专利文献1中提出了使用频率随时间变化的频率调制来识别超声波的技术。具体而言，使发送波的频率变化，基于接收波中是否包含频率与发送波同样地变化的信号，来判别自身发送出的超声波的反射波和从其它装置发送出的超声波。

专利文献1：德国专利申请公开第10106142号说明书

例如为了提高与噪声、未调制信号的识别性，能够使用频率随着时间的经过增加或减少的线性调频脉冲信号等。在使用线性调频脉冲信号的情况下，越加宽所使用的频带，识别性越提高。

然而，在使用谐振型麦克风等作为超声波的收发元件的情况下，若加宽超声波的带宽，则超声波的频率偏离收发元件的谐振频带，因此发送声压、接收灵敏度降低。另外，由于发送声压降低，出现在接收信号中的反射波的频率变化幅度变小，因此超声波的识别性降低。

发明内容

鉴于上述点，本发明的目的在于提供一种能够提高超声波的识别性的物体检测装置。

根据本发明的一个观点，物体检测装置具备：信号生成部，生成驱动信号，上述驱动信号包含用于识别超声波的识别用信号；发送部，根据驱动信号发送超声波，上述超声波用作探测波；接收部，接收超声波并生成接收信号；以及判定部，通过解析接收信号的频率来判定接收波是否是探测波的反射波，检测物体，驱动信号包含用于提高探测波的振幅的上升信号，在识别用信号前生成上述上升信号，将上升信号的频率设为f_T，将识别用信号的最大频率、最小频率分别设为f_MAX、f_MIN，频率f_T设定为包含发送部的发送效率和接收部的接收效率中的任意一者或两者高于最大频率f_MAX、最小频率f_MIN下的发送部的发送效率和接收部的接收效率的频率。

像这样，通过在识别用信号之前，生成发送效率、接收效率较高的上升信号，探测波的振幅的上升加快。由此，加宽探测波的带宽时的出现在接收信号中的反射波的频率变化幅度增大，因此超声波的识别性提高。

此外，在对各构成要素等标注带括号的附图标记的情况下，所涉及的附图标记仅表示该构成要素等与后述的实施方式所记载的具体的构成要素等的对应关系的一个例子。因而，本发明并不会因上述的附图标记的记载而受到任何的限定。

附图说明

图1是表示第一实施方式的物体检测装置的结构的图。

图2是表示比较例中的驱动信号的频率的图。

图3是表示比较例中的驱动信号的频率的图。

图4是表示第一实施方式中的驱动信号的频率的图。

图5是表示第一实施方式中的驱动信号的频率的图。

图6是表示收发元件的发送效率和频率的关系的图。

图7是表示收发元件的发送效率和频率的关系的图。

图8是表示接收波的振幅的图。

图9是表示接收波的频率的图。

图10是表示探测波被墙壁反射时的传播路径的图。

图11是表示按路径的传播距离差的图。

图12是表示拉开间隔接收两个反射波的情况下的接收波的振幅的图。

图13是表示重叠地接收两个反射波的情况下的接收波的振幅的图。

图14是表示第二实施方式的物体检测装置的结构的图。

图15是表示温度与收发效率的关系的图。

图16是表示另一实施方式的物体检测装置的结构的图。

图17是表示另一实施方式中的驱动信号的频率的图。

图18是表示另一实施方式中的驱动信号的频率的图。

图19是表示另一实施方式中的驱动信号的频率的图。

图20是表示延长了上升信号情况下的驱动信号的频率的图。

图21是表示使用图20的驱动信号时的接收波的振幅的图。

图22是表示使用图20的驱动信号时的接收波的频率的图。

图23是表示另一实施方式中的驱动信号的频率的图。

图24是表示另一实施方式中的驱动信号的频率的图。

图25是表示另一实施方式中的驱动信号的频率的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的各实施方式之间，对相互相同或等同的部分标注相同附图标记进行说明。

(第一实施方式)

对第一实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的物体检测装置具备：发送部10、信号生成部20、收发元件30、控制部40、接收部50以及信号判定部60。物体检测装置是超声波声纳装置，搭载于车辆，检测车辆的外部的物体。

发送部10发送用作探测波的超声波。由信号生成部20生成的驱动信号被输入到发送部10，发送部10根据该驱动信号来发送探测波。

具体而言，信号生成部20生成脉冲信号作为发送部10的驱动信号。如图1所示，发送部10构成为包括收发元件30和发送电路11。信号生成部20所生成的驱动信号被输入到发送电路11。发送电路11对所输入的驱动信号实施升压等处理，并输出由此生成的信号。发送电路11的输出信号被输入到收发元件30，收发元件30根据所输入的信号，向车辆的外侧发送探测波。收发元件30例如由具备压电元件的谐振型麦克风等构成。

从控制部40向信号生成部20发送发送指示、驱动信号的设定信息等。控制部40、信号判定部60等例如由具备CPU、ROM、RAM、I/O等的公知的微型计算机构成，根据存储于ROM等的程序来执行各种运算等处理。ROM以及RAM是非过渡性实体存储介质。

接收部50是接收超声波，根据接收波的声压生成接收信号的装置。接收部50构成为包括收发元件30和接收电路51。收发元件30构成为输出与接收波的声压相应的电压，接收电路51通过对收发元件30的输出电压实施放大、滤波等处理生成接收信号，并输出该接收信号。由接收部50生成的接收信号被输入到信号判定部60。

信号判定部60解析接收信号的频率来判定接收波是否是从收发元件30发送出的探测波的反射波，并且判定在检测范围内是否存在物体，检测车外的物体。信号判定部60具备振幅判定部61和频率判定部62，由接收部50生成的接收信号被输入到振幅判定部61和频率判定部62。

振幅判定部61对接收信号的平方进行低通滤波处理或者进行希尔伯特变换等，从接收信号提取振幅信息，基于该振幅信息判定物体的距离等。例如，振幅判定部61从接收波的振幅大于规定的振幅阈值的时刻开始检测超声波的传播时间，基于该传播时间来计算与反射探测波的物体的距离。然后，判定计算出的距离是否是规定的检测范围内的距离。

频率判定部62使用过零检测、FFT等从接收信号提取频率信息，基于该频率信息判定接收波是否是从收发元件30发送出的探测波的反射波。

信号生成部20以包含用于识别超声波的识别用信号的方式生成驱动信号。例如，信号生成部20使识别用信号的频率变化为多个值，在接收波的频率与识别用信号同样地变化的情况下，频率判定部62判定为接收波是从收发元件30发送出的探测波的反射波。

信号判定部60通过由振幅判定部61、频率判定部62执行的处理来检测物体，并将检测结果发送到控制部40。即，在通过振幅判定部61判定为与物体的距离是检测范围内的距离，且通过频率判定部62判定为接收波是从收发元件30发送出的探测波的反射波时，信号判定部60将检测出物体这样的判定结果发送到控制部40。

对物体检测装置的动作进行说明。首先，若从控制部40向信号生成部20发出发送指示，则通过信号生成部20生成驱动信号，发送部10根据驱动信号来发送探测波。而且，若探测波被车辆的外部的物体反射，则接收部50接收反射波并生成接收信号。信号判定部60基于接收信号检测物体，将检测结果发送到控制部40。控制部40根据检测结果进行向驾驶员的报告等。

作为由信号生成部20生成的驱动信号，例如，如图2所示，考虑使用从开始生成时到结束生成时的期间，频率随时间增加的信号。

然而，谐振型麦克风等收发元件对驱动信号的追踪性较低，因此在这样的驱动信号中，接收信号的频率变化幅度相对于驱动信号的频率变化减小，超声波的识别性降低。

另外，麦克风等谐振型的超声波收发元件具有与BPF(带通滤波器)相同的频率特性，能够良好地收发的频率被限制为谐振频率的正负百分数。因此，若为了有效地利用收发元件30的谐振频带，而将开始生成时的频率设为低于收发元件30的谐振频率的频率，则以发送效率较低的频率开始驱动，探测波的振幅的上升减慢。另外，谐振型麦克风等收发元件在振幅较小的频带S/N较低，难以稳定地控制探测波的频率。因此，从反射波的接收信号检测出的频率的变化幅度变窄，超声波的识别性降低。

另外，如图3所示，考虑使用从开始生成时到结束生成时的期间频率随时间减少的信号作为驱动信号，但若将开始生成时的频率设为高于收发元件30的谐振频率的频率，则同样地超声波的识别性降低。

如上述那样，在谐振型麦克风等收发元件中，在振幅较小的频带，难以稳定地控制探测波的频率，但若从外部施加能量增大振幅，则探测波的频率的控制变得容易。

因此，在本实施方式中，为了加快收发元件30的振幅的上升，使驱动信号成为如下结构。即，使驱动信号成为包含上升信号和识别用信号的结构，其中，上述上升信号用于提高探测波的振幅，上述识别用信号用于识别超声波，在上升信号之后生成识别用信号。

例如，如图4所示，信号生成部20生成频率恒定的上升信号，接着该上升信号生成频率随时间的经过增加的识别用信号。另外，例如，如图5所示，信号生成部20生成频率恒定的上升信号，接着该上升信号生成频率随时间的经过减少的识别用信号。

将上升信号的频率设为f_T，将从开始生成上升信号到结束生成上升信号的时间设为T，将识别用信号的最大频率、最小频率分别设为f_MAX、f_MIN。频率f_T设定为包含发送部10的发送效率和接收部50的接收效率中的任意一者或两者高于频率f_MAX、f_MIN下的发送部10的发送效率和接收部50的接收效率的频率。频率f_T存储于控制部40所具备的ROM等中。

也存在发送部10和接收部50的谐振频率一致的情况，但由于发送部10的发送效率和接收部50的接收效率除了收发元件30的特性之外，也受到发送电路11和接收电路51的特性影响，因此也存在发送部10和接收部50的谐振频率不同的情况。

在发送部10和接收部50的谐振频率一致的情况下，通过使频率f_T与它们的谐振频率相等，发送部10的发送效率和接收部50的接收效率两者都成为最大。

在发送部10和接收部50的谐振频率不同的情况下，基于发送部10和接收部50中的任意一个特性来设定频率f_T即可。例如，将发送部10的谐振频率、即，发送效率最高的频率设为f_TMAX，而设为f_T＝f_TMAX或者将频率f_T设为频率f_TMAX的正负百分数以内的值。另外，也可以使频率f_T与接收部50的谐振频率相等、或者设为接收部50的谐振频率的正负百分数以内的值。通过使频率f_T与发送部10的谐振频率相等，发送部10的发送效率成为最大，通过使频率f_T与接收部50的谐振频率相等，接收部50的接收效率成为最大。

另外，由于发送部10和接收部50的特性受到收发元件30的发送声压、灵敏度等特性的较强影响，因此可以将收发元件30的谐振频率设为f_O，而设为f_T＝f_O，也可以将频率f_T设为频率f_O附近，例如频率f_O的正负百分数以内的值。对于频率f_O的测定，例如，可以在将收发元件30组装于物体检测装置之前直接测定频率f_O，也可以根据在发送探测波后产生的回响的频率和发送电路11的电路常数间接地测定频率f_O。通过像这样，根据收发元件30的个体差异来设定频率f_T，收发效率提高。

此外，将识别用信号的频带的中心频率设为f_C，如图6所示，频率f_C可以与发送部10的谐振频率f_TMAX相等，但如图7所示，频率f_C也可以与频率f_TMAX不同。同样地，频率f_C可以与接收部50的谐振频率相等，也可以不同。

将开始生成识别用信号时的频率设为f_S，将结束生成识别用信号时的频率设为f_E，在图4中，为f_S＝f_MIN、f_E＝f_MAX、f_S＜f_T＜f_E。另外，在图5中，为f_S＝f_MAX、f_E＝f_MIN、f_E＜f_T＜f_S。

通过使用这样的驱动信号，如图8所示，探测波的振幅的上升变快。由此，具有有效的S/N的发送频带变宽，如图9所示，由于从接收信号检测出的频率的变化幅度Δf增大，因此超声波的识别性提高。此外，在图8中，实线、点划线分别表示使用图4、图2所示的驱动信号的情况下的接收波的振幅。另外，在图9中，实线、点划线分别表示使用图4、图2所示的驱动信号的情况下的接收信号的频率。

如以上说明那样，在本实施方式中，通过以收发效率较好的频率的上升信号驱动收发元件30，探测波的振幅的上升变快，出现在接收信号中的反射波的频率变化幅度增大，因此超声波的识别性提高。

另外，在使用图2、图3所示的驱动信号的情况下，考虑延长驱动信号的信号长度并且使频率的变化平缓，增大探测波的振幅的上升结束后的频率的变化幅度的方法。然而，若延长驱动信号的信号长度，则容易产生多个反射波的重叠，超声波的识别性、距离测量分辨率降低。另外，发送所需的能量增加。

例如在朝向图10所示的墙壁发送探测波的情况下，存在重叠地接收来自收发元件30的正面部分的反射波和来自墙壁的根部部分的反射波。如图11所示，与收发元件30的水平距离越远，这些反射波的传播距离差越小，越容易产生反射波的重叠。

如图12所示，在拉开间隔接收两个反射波的情况下，容易检测出每个反射波的振幅、频率。另一方面，如图13所示，在重叠地接收两个反射波的情况下，很难检测出每个反射波的振幅、频率。

因此，在检测出墙壁那样的物体的情况下为了抑制反射波的重叠，优选缩短驱动信号的信号长度。另外，从发送能量的观点考虑，也优选缩短驱动信号的信号长度。

对于这一点，如本实施方式那样，通过利用上升信号加快探测波的振幅的上升，即使缩短驱动信号的信号长度也能够维持超声波的识别性，因此能够抑制反射波的重叠。

另外，若使用谐振型麦克风作为收发元件30，利用图4所示的驱动信号驱动收发元件30，则接收波的频率出现如图9所示那样的V字状的变化。此外，在使用图5所示的驱动信号的情况下，接收波的频率出现倒V字状的变化。

通过检测该V字状的变化而提高超声波的识别性，但在图2、图3所示的驱动信号中，存在根据接收反射波前的收发元件30的状态不出现V字状的变化的情况。针对于此，在本实施方式中，利用上升信号在谐振频率附近驱动收发元件30，从而容易出现V字状的变化，提高超声波的识别性。

(第二实施方式)

对第二实施方式进行说明。本实施方式是对第一实施方式添加了温度测量部而成的方式，对于其它结构与第一实施方式相同，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。

如图14所示，本实施方式的物体检测装置具备温度测量部70。温度测量部70配置为测量环境温度，由温度测量部70测量出的环境温度被发送到控制部40。控制部40根据环境温度的变化来变更上升信号的长度和频率f_T中的任意一者或两者。

收发元件30的谐振频率和谐振频带根据温度而变化，例如如图15所示，温度越低谐振频率越高，温度越高谐振频率越低。由于探测波的振幅和接收灵敏度根据这样的特性的变化而发生变化，因此存在物体的判定精度降低的风险。

针对于此，通过根据环境温度来修正频率f_T、上升信号的长度等，能够减少温度变化的影响，提高物体的判定精度。

(其它实施方式)

此外，本发明并不限定于上述的实施方式，能够适当地变更。

例如，如图16所示，也可以物体检测装置具备发送元件31、接收元件32，由发送元件31和发送电路11构成发送部10，由接收元件32和接收电路51构成接收部50。

另外，如图4、图5所示，通过使上升信号的频率f_T在从开始生成上升信号时到结束生成上升信号时的期间恒定，能够有效地提高探测波的振幅，但也可以使频率f_T变化。例如，如图17、图18所示，也可以使频率f_T随时间的经过增加。另外，如图19所示，也可以在使频率f_T增加之后，为恒定。在这种情况下，可以使初始的频率f_T成为远离发送部10、接收部50的谐振频率的值，在谐振频率附近成为恒定。

另外，也可以根据识别用信号的最大振幅、频带等的特性来决定频率f_T。例如，若频率f_T与频率f_S之差较大，则存在在利用识别用信号开始驱动收发元件30时，从频率f_T过渡到频率f_S需要时间，探测波的频率变化幅度变小的情况。在这样的情况下，通过在接收效率不会过度降低的范围内使频率f_T靠近频率f_S，能够增大探测波的频率变化幅度。

对于上升信号的信号长度，可以设为恒定，也可以使其根据状况而变化。但是，如图20所示，若延长时间T，则根据上升信号发送的探测波的振幅变大。而且，如图21所示，利用上升信号的探测波与后续的利用识别用信号的探测波重叠，如图22所示，从接收信号检测出的频率变化幅度Δf比图9所示的Δf小，存在难以识别超声波的风险。为了抑制该情况，优选缩短时间T。例如，优选将时间T设定为根据上升信号发送的探测波的最大振幅比根据识别用信号发送的探测波的最大振幅小。

另外，也可以使时间T根据识别用信号的特性而变化。例如，在使用图4所示的驱动信号的情况下和使用图5所示的驱动信号的情况下，时间T也可以不同。另外，在连续多次生成驱动信号的情况下，也可以使时间T在第一次的上升信号和第二次的上升信号中变化。另外，也可以根据识别用信号的特性，使频率f_T和时间T两者变化。

另外，也可以将时间T设定为在利用上升信号的收发元件30的驱动结束之前，探测波的振幅大于规定值。例如，能够在物体检测装置出厂前，向处于与收发元件30相距规定距离的位置的物体发送探测波，测量直到反射波的振幅大于规定值所需的时间，并将该时间设定为时间T。

另外，也可以根据发送部10和接收部50中的任意一者或两者的特性的变化来变更时间T和频率f_T中的任意一者或两者。

另外，也可以将频率f_S设定为偏离能够通过接收部50良好地接收的谐振频带的值。例如，如图23所示，在频率随时间的经过增加的识别用信号中，也可以使频率f_S低于谐振频带。另外，在频率随时间的经过减少的识别用信号中，也可以使频率f_S高于谐振频带。

另外，也可以将多个识别用信号组合来识别超声波。例如，如图24、图25所示，也可以将包含低于频率f_T的恒定频率的识别用信号的驱动信号和包含高于频率f_T的恒定频率的识别用信号的驱动信号组合来使用。

Claims (9)

1.一种物体检测装置，具备：

信号生成部，生成驱动信号，上述驱动信号包含用于识别超声波的识别用信号；

发送部，根据上述驱动信号来发送超声波，上述超声波用作探测波；

接收部，接收超声波并生成接收信号；以及

判定部，通过解析上述接收信号的频率来判定接收波是否是上述探测波的反射波，检测物体，

上述驱动信号包含用于提高上述探测波的振幅的上升信号，在上述识别用信号前生成上述上升信号，

将上述上升信号的频率设为f_T，

将上述识别用信号的最大频率、最小频率分别设为f_MAX、f_MIN，

上述频率f_T是上述最大频率f_MAX和上述最小频率f_MIN之间的频率，且上述频率f_T设定为包含上述频率f_T下的上述发送部的发送效率高于上述最大频率f_MAX、上述最小频率f_MIN下的上述发送部的发送效率，和/或上述频率f_T下的上述接收部的接收效率高于上述最大频率f_MAX、上述最小频率f_MIN下的上述接收部的接收效率的频率。

2.根据权利要求1所述的物体检测装置，其中，

上述上升信号的长度设定为：根据上述上升信号发送的上述探测波的最大振幅小于根据上述识别用信号发送的上述探测波的最大振幅。

3.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

根据上述识别用信号来变更上述上升信号的长度和上述频率f_T中的任意一者或两者。

4.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

根据上述发送部和上述接收部中的任意一者或两者的特性的变化来变更上述上升信号的长度和上述频率f_T中的任意一者或两者。

5.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

根据环境温度的变化来变更上述上升信号的长度和上述频率f_T中的任意一者或两者。

6.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

在从开始生成上述上升信号时到结束生成上述上升信号时的期间，上述频率f_T被设为恒定。

7.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

上述频率f_T设为上述发送部和上述接收部中的任意一者或两者的谐振频率。

8.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

上述频率f_T设为上述发送部的发送效率和上述接收部的接收效率中的任意一者或两者成为最大的频率。

9.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

上述上升信号的长度设定为在基于上述上升信号的上述发送部的驱动结束之前，上述探测波的振幅变得大于规定值。