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JP3296804B2 - 障害物判定方法 - Google Patents

障害物判定方法

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JP3296804B2
JP3296804B2 JP31313199A JP31313199A JP3296804B2 JP 3296804 B2 JP3296804 B2 JP 3296804B2 JP 31313199 A JP31313199 A JP 31313199A JP 31313199 A JP31313199 A JP 31313199A JP 3296804 B2 JP3296804 B2 JP 3296804B2
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ultrasonic
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waveform
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波センサー
を車両などに取り付け周囲の状態を検出して障害物を判
定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来車両等に取り付ける超音波センサー
は、検知範囲内にある物体からの反射波を検知するもの
であって、超音波送波器より送信され対象物によって反
射された超音波パルス信号を超音波受波器に入射し、そ
の受信信号を増幅、検波、整形した後、制御回路等にお
いて超音波パルス信号の送信開始時から反射波の受信時
までの時間を計測して障害物までの距離を算出し、これ
を基に障害物の有無を判定していた。
【0003】超音波センサーによる従来の障害物判定方
法を図3に基づき説明する。ここで図3(a)は超音波
送波器の超音波パルスを示し、(b)は超音波受波器の
受信波を示す。又(c)は包絡線検波器で雑音を除去し
抽出したエンベロープ信号を表わし、(d)は検波され
た信号レベルが所定の基準電圧V0以上の場合に波形整
形器から出力される矩形波パルス信号を示す。この矩形
波パルス信号は到達時間測定器に入力され超音波パルス
の発射時刻及び反射時刻等が算出される。
【0004】図3では超音波パルスが時刻t1、t2、
t3で発射され、その反射波が時刻t4、t5、t6に
受信されている。そしてこれらの時間差(t4−t
1)、(t5−t2)、(t6−t3)から夫々の状態
における対象物への距離が計算されていた。
【0005】ところで超音波受波器には各超音波パルス
の発射と同時に受信波が検出されており、夫々t11、
t21、t31まで受信されている。これは発射された
超音波パルスが直接受波器に影響する部分と超音波セン
サの筐体自体の残響が送信波形となって出現しているも
のである。従って対象物が非常に近接する場合には反射
波の出現する時刻、例えばt4がt11に近づき、遂に
は送信波形と受信波形が重なってしまう。
【0006】一般に超音波で距離を測る場合、対象物が
近距離に有る時には超音波送信センサーに加える発振時
間を短くし、又長距離(1.5〜10m)を図る場合に
は発振時間をある程度長くする必要がある。これは超音
波送信センサー自体が共振体のため、加える電圧などの
エネルギーを大きくしても短い時間だと物理的に大きな
振動エネルギーが得られず、従って送信超音波エネルギ
ーが少なくなってしまう。これを長時間加えることによ
り振動エネルギーを大きくして長距離までその到達範囲
を伸ばすのである。反面発振時間が長くなると分解能が
低下して、特に近距離の障害物等の反射と送信音波、筐
体自体の残響時間等との分離ができなくなる。
【0007】これらの関係を図4に基づき説明する。図
4(a)は送信時間が短い場合の受信波形を示し、送信
波形1に続いて近距離の反射波形2が現れる。この出現
時刻までの時間、即ち発振時から反射波形出現時までの
時間taを計測すれば近距離障害物までの距離を算出す
ることができる。ところがこの場合遠距離の反射波形3
は小さいものとなるので検出ができなくなってしまう。
【0008】一方図4(b)は送信時間が長い場合の受
信波形を示し、送信波形11に続いて近距離の反射波形
12が分離せずに出現することになる。この場合遠距離
の反射波形13は検出可能で、時間tbを計測すること
で遠距離障害物までの距離は算出することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来、超音波の送信時
間は0.5ms程度であったので、そもそもこの送信時
間以内の反射波の測定は不能で、その分解能は約30c
m程度であった。又送信時の受信波形(残響波形)の継
続時間は近距離の反射がない場合は1.0〜1.5ms
程度となる。ところが近距離(30cm〜60cm程
度)に障害物等が存在して反射波がある場合には送信に
よる残響波形と反射された波形が加算され、残響波形の
継続時間が長くなり2.0ms以上になる。
【0010】又障害物が20cm以内に存在すると、送
信波が障害物にぶつかり反射してくるが、反射波がセン
サーで再び反射して障害物に向かい、これを繰り返すた
めに停在波が発生する。又センサーの直前に障害物が有
った場合には唸りを生ずる場合がある。この時は特に残
響時間が延びてしまう。このような現象が存在している
と近距離の障害物との距離を求めることはできない。
【0011】このように従来の障害物判定方法では、反
射波形の出現時間を基にその障害物までの距離を算出す
る構成であったため、送信時間を短くすると遠距離の反
射波形が検出できず、又送信時間を長くすると近距離の
反射波形が分離できず近距離障害物までの距離を算出す
ることができなかった。
【0012】この発明は、従来の障害物判定方法が有す
る上記課題を解決し、超音波センサーを用い近距離であ
っても障害物の判別が可能で、より小さな障害物も検出
可能な、最初の測定開始時点に既に障害物が有った場合
でも確実に検出することができ、しかも誤差を考慮でき
障害物判定方法を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の障害物判定方法は、送波器より超音波を
送波し、受波器から出力する受信波信号と制御回路から
出力する制御信号を判別回路に入力して障害物を判定す
る方法において、前記制御回路に所定の設定時間をメモ
リすると共に、障害物有無の判定に先立って超音波を送
波し、この超音波送信と同時に受信する前記受信波信号
の終了時間を前記制御回路に測定時間としてメモリし、
これら設定時間と測定時間とを比較して何れか一方を基
準時間として採用した後、障害物判定用の超音波送信を
行い、前記判別回路では、障害物判定用の受信波信号の
終了時間と前記制御回路より入力される制御信号の前記
基準時間とを比較し、この終了時間が前記基準時間を超
過した場合に近距離障害物有りと判定することを特徴と
するものである。基準時間以内の場合は初期状態と変化
無しと判断して近距離障害物無しとする。
【0014】測定時間は障害物無しの場合の残響時間を
測定し、これを基準にするものでより小さな残響時間の
変化を検出できるので感度が上がり小さな障害物も検出
することができる。
【0015】設定時間は、超音波センサーの残響時間を
予め測定しておき、コンピュータのプログラムにその時
間をメモリする。この場合1回目の送信から近距離の測
定ができ、最初の測定開始時点に既に障害物が有った場
合でも確実に検出することができる。
【0016】予め前記制御回路にメモリされる所定の設
定時間と、計測される測定時間とを比較して何れか一方
を基準時間として採用する際には、例えば測定時間が設
定時間以内の場合、測定時間を基準時間とする。又設定
時間のほうが小さい場合には測定開始時点で近距離の障
害物が有りと判断する。
【0017】請求項記載の障害物判定方法は、前記基
準時間は、メモリされた前記測定時間及び/又は前記設
定時間に所定の値を加算又は乗算して判定することを特
徴とするものである。残響時間の数値は一定にならずア
ナログ的揺らぎ等が生ずるが、残響時間がある程度長く
なった場合でも、所定の値を加算又は乗算することで誤
差を考慮し、近くに障害物があると判定しないようにす
る。
【0018】
【発明の実施の形態】次にこの発明の実施の形態を添付
図面に基づき詳細に説明する。図1は超音波センサーに
よって障害物判定を行う装置の構成を示すブロック図、
図2は障害物判定方法を示すフロー図である。超音波セ
ンサは、車体に取付けられるケース1内に超音波送波器
2と超音波受波器3が内装された構成となっている。
【0019】マイクロコンピュータ4に接続するパルス
生成回路5は、ケース1内の超音波発生回路6に制御信
号を送り、これを受けて超音波送波器2から一定周期ご
とに所定時間の超音波パルス信号が対象物7に向けて送
信される。この送信時間は0.5ms程度である。送信
及び反射した超音波パルス信号が超音波受波器3に入射
すると、その受信信号が増幅器8で一定レベルまで増幅
され、エンベロープ抽出回路9で検波した後上半分又は
下半分の包絡線(エンベロープ)成分を抽出し、波形整
形器10で受信タイミングをあらわす矩形波パルス信号
に整形される。
【0020】マイクロコンピュータ4のメモリ11に
は、基準時間が入力されており、判別回路12で、超音
波送信と同時に受信する受信波信号の終了時間とこの基
準時間とを比較し、この終了時間が基準時間を超過した
場合に近距離障害物有りと判定し、マイクロコンピュー
タ4から障害物検知信号を警報手段に送る。具体的には
ランプ又はLED等の表示器13を点灯させるか、ある
いは音声合成回路14及び増幅器15を介してスピーカ
ー16により警報を出す。
【0021】ここでメモリ11に入力される基準時間
は、障害物有無の判定に先立って超音波を送波し、この
超音波送信と同時に受信する受信波信号の終了時間を測
定時間として入力する場合と、超音波センサーの残響時
間を予め測定した設定時間を入力する場合の2通りがあ
る。
【0022】測定時間を基準にする場合には、障害物が
小さい物体の場合にも有効で、センサー自体のバラツキ
による特性の違い等が有った場合でも軽減できるという
メリットがある。しかし、センサー自体が温度、湿度、
降雨等の影響により時間的に変化するので長時間の測定
には不向きとも言える。
【0023】次に設定時間を基準とする場合には、予め
センサーの残響時間を測定しコンピュータのプログラム
にその時間をメモリしておく。0.5ms程度の送信時
間の場合の受信波形(残響波形)の継続時間は、近距離
の反射がない場合で通常約1.0〜1.5ms程度とな
ることから、設定時間としては例えば1.0ms〜2.
0msが使用される。
【0024】障害物判定において測定時間を使用するか
あるいは設定時間を使用するか判断する場合には、図2
にも示すように初期処理等が終了した後、先ず障害物有
無の判定に先立って超音波を送波し、送信波形及び残響
波形の受信レベルを測定し、設定値(測定基準電圧)以
下になったら、それまでの継続時間を測定する。この測
定時間と予めメモリされた設定時間とを比較して何れか
一方を基準時間として判別回路12に入力する。この基
準時間は一般には2.0ms程度、約30cm相当を目
標とするが、送信出力やセンサーの取り付け方法によっ
ても変わる。又測定時間が設定時間以内の場合には測定
時間を基準時間とする方が望ましい。
【0025】その後障害物判定用の超音波送信を行い、
同様に受信レベルを測定し、設定値以下になったら、そ
の継続時間を測定し、これが基準時間以内の場合には近
距離障害物無しとして通常の遠距離測定に移行する。
【0026】基準時間を超過する場合には、基準時間に
所定の値を加算又は乗算した誤差考慮時間で判定する。
これはセンサーの動作を繰り返すと残響時間の数値は常
に一定にならず、周囲の状況から来るふらつき、アナロ
グ的揺らぎ等が生ずるので、これらのふらつきにより残
響時間が変化するため、残響時間がある程度長くなった
場合でもこれをもって近くに障害物があると判定しない
ようにするためである。
【0027】従って誤差考慮時間内の場合は近距離障害
物無しとし、これを超過する場合に近距離障害物有りと
判断する。この加算又は乗算に用いる数値は、特に測定
時間を基準にする場合に必要となる。乗算に用いる指定
係数としては通常1.0〜2.0程度の数字をとり、こ
れを測定時間に掛けて誤差考慮時間を求める。例えば測
定時間が1.3msで、指定係数が1.2の場合には誤
差考慮時間は1.56msとなる。なお、誤差考慮時間
は一定時間を測定時間に加えて求めることもできる。例
えば測定時間1.3ms+指定値0.2=1.5msと
なる。
【0028】なお、基準時間を設定時間とする場合、こ
の誤差考慮時間を予め設定しておけば、この判定部分を
省略することもできる。又障害物有無の判定に先立って
超音波を送波し測定時間を算出する過程も省略できるた
め、1回目の送信から近距離障害物の測定ができ、最初
の測定開始時点に既に障害物が有った場合でも確実に検
出することができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の障害物
判定方法は、超音波送信と同時に受信する受信波信号の
終了時間と基準時間とを比較するので、近距離であって
も障害物の有無を判定することができる。、基準時間
として測定時間を用いる場合には、より小さな残響時間
の変化を検出でき、感度が上がり小さな障害物も検出す
ることができる。、基準時間として設定時間を用いる
場合には、最初の測定開始時点に既に障害物が有った場
合でも確実に検出することができる。
【0030】、設定時間と測定時間とを比較して何れ
か一方を基準時間として採用するので、双方の判定方法
の各長所を利用できる。請求項記載の障害物判定方法
は、基準時間に所定の値を加算又は乗算して判定するの
で、残響時間がある程度長くなった場合でも、誤差を考
慮して有効な障害物判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】障害物判定を行う装置の構成を示すブロック図
である。
【図2】障害物判定方法を示すフロー図である。
【図3】従来の超音波センサの信号波形図である。
【図4】近距離に障害物が存在する場合の受信波形図で
ある。
【符号の説明】
2 超音波送波器 3 超音波受波器 4 マイクロコンピュータ 11 メモリ 12 判別回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−174841(JP,A) 特開 平9−145836(JP,A) 特開 平6−201824(JP,A) 実開 昭62−46384(JP,U) 実開 平5−14962(JP,U) 実開 昭63−38084(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 B60R 21/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送波器より超音波を送波し、受波器から
    出力する受信波信号と制御回路から出力する制御信号を
    判別回路に入力して障害物を判定する方法において、
    記制御回路に所定の設定時間をメモリすると共に、障害
    物有無の判定に先立って超音波を送波し、この超音波送
    信と同時に受信する前記受信波信号の終了時間を前記制
    御回路に測定時間としてメモリし、これら設定時間と測
    定時間とを比較して何れか一方を基準時間として採用し
    た後、障害物判定用の超音波送信を行い、前記判別回路
    では、障害物判定用の受信波信号の終了時間と前記制御
    回路より入力される制御信号の前記基準時間とを比較
    し、この終了時間が前記基準時間を超過した場合に近距
    離障害物有りと判定することを特徴とする障害物判定方
    法。
  2. 【請求項2】前記基準時間は、メモリされた前記測定時
    間及び/又は前記設定時間に所定の値を加算又は乗算し
    判定することを特徴とする請求項1記載の障害物判定
    方法。
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