JP7767773B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体検知装置に関する。

特許文献１は、障害物の高さに応じて反射波の強度特性が異なることを利用して、検出した障害物が背高障害物であるか否かを判定する技術を開示する。具体的には、例えば、縁石を検出する場合、ソナーから発射した送信波のうち、路面方向（すなわち斜め下方向）に発射した送信波が縁石によって反射し、その反射波が路面に反射することで、ソナーが当該反射波を受信する。一方、ソナーから水平方向に発射した送信波は、縁石の上方を通過するため、ソナーがこの送信波の反射波を受信することはない。したがって、このときソナーが受信する反射波の強度特性は、障害物検知閾値を越えるピークを１つ有する。これに対し、壁を検出する場合、ソナーが水平方向に発射した送信波は壁に反射されるため、ソナーは、その反射波をそのまま受信する。このため、ソナーは、斜め下方向に発射した送信波の反射波と、水平方向に発射した送信波の反射波との両方を受信する。したがって、このときソナーが受信する反射波の強度特性は、障害物検知閾値を越えるピークを短時間の間に２つ有する。

特許第５８４６３１６号公報

上記の通り、特許文献１に開示された技術は、検知閾値を超えた受信波ピークの数により、検出した障害物が背高障害物であるか否かを判定する。しかしながら、背高障害物が遠方に存在する場合、２つのピークが重なることで、ピークが１つであると誤って認識されることがあり得る。したがって、特許文献１に開示された技術においては、遠方に存在する物体の高さ判定の精度が低いという課題があった。

本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、例えば、物体の高さ判定を良好な精度で行うことが可能な物体検知装置を提供する。

物体検知装置（１）は、超音波である送信波の物体（Ｂ）による反射波を含む受信波に対応する受信信号における振幅波形の面積である波形面積に基づいて、当該物体の高さを検知するように構成されている。
請求項１に記載の物体検知装置は、
前記送信波に対応する基準信号を基準とした前記受信信号の位相を検出する、位相検出部（６１）と、
前記位相に応じて前記波形面積を補正する、面積補正部（７５）と、
備え、
前記位相検出部は、前記位相の波形である位相波形が平坦となる平坦部が所定範囲内に複数存在する場合に、複数の前記平坦部のうちの一つと他の一つとの差である位相ギャップを検出し、
前記面積補正部は、前記位相ギャップに応じた補正値で前記波形面積を補正する。

なお、出願書類の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付される場合がある。しかしながら、かかる参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を、単に示すものにすぎない。よって、本発明は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

実施形態に係る物体検知装置を構成する車載システムを搭載した車両の概略構成を示す平面図である。 図１に示された車載システムにおける概略的な機能構成を示すブロック図である。 物体の高さを判定するために用いられる振幅波形および位相波形を示すグラフである。 位相波形に現れた位相ギャップの一例を示すタイムチャートである。 位相波形から位相ギャップを検出するための所定範囲の設定例を示す振幅波形グラフである。 位相波形から位相ギャップを検出するための所定範囲の設定例を示す概念図である。 図２に示された車載システムによる物体検知動作の一具体例を示すフローチャートである。 図７に示された波形面積算出処理の一具体例を示すフローチャートである。 位相波形から位相特徴値を算出するための所定範囲の設定例を示す振幅波形グラフおよび位相波形グラフである。 図２に示された車載システムによる波形面積算出処理の他の一具体例を示すフローチャートである。 第三実施形態に係る車載システムにおける概略的な機能構成を示すブロック図である。 図１１に示された相関検出部により実行されるパルス圧縮の概要を示す概念図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがある。このため、変形例は、実施形態の説明の後にまとめて記載する。

（車載システム構成）
図１を参照すると、車載システム１は、移動体としての車両Ｃに搭載されている。車両Ｃは、いわゆる四輪自動車であって、平面視にて略矩形状に形成された箱状の車体Ｃ１を備えている。「平面視」における車両Ｃの各部分の形状は、車両Ｃを走行可能に水平面に安定的に載置した状態で当該部分を重力作用方向と同一方向の視線で見た場合の形状を指すものである。本実施形態に係る車載システム１を搭載する車両Ｃを、以下「自車両」と称する。

以下、平面視にて、自車両の車幅方向における中心を通り、且つ自車両における車両全長方向と平行な仮想直線を、車両中心線ＬＣと称する。車両全長方向は、車幅方向と直交し且つ車高方向と直交する方向である。車高方向は、自車両の車高を規定する方向であって、自車両を走行可能に水平面に安定的に載置した場合の重力作用方向と平行な方向である。また、「前」「後」「左」「右」「上」を、図１中にて矢印で示された通りに定義する。すなわち、車両全長方向は、前後方向と同義である。また、車幅方向は、左右方向と同義である。

車載システム１は、電子制御装置２と、超音波センサ３とを備えている。電子制御装置２は、ＥＣＵとも称され得る車載マイクロコンピュータであって、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性リライタブルメモリ、等を備えている。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。不揮発性リライタブルメモリは、電源投入中は情報を書き換え可能である一方で電源遮断中は情報を書き換え不能に保持する記憶装置であって、例えばフラッシュＲＯＭ等である。ＲＯＭ、ＲＡＭおよび不揮発性リライタブルメモリは、非遷移的実体的記憶媒体である。電子制御装置２は、車体Ｃ１の内部に搭載されるようになっている。

電子制御装置２は、車載の情報通信回線を介して、超音波センサ３と情報授受可能に接続されている。本実施形態においては、自車両には、複数の超音波センサ３が搭載されている。電子制御装置２は、ＲＯＭまたは不揮発性リライタブルメモリに格納された制御プログラムを読み出して実行することで、複数の超音波センサ３の各々における超音波の送受信動作のタイミングを含む、車載システム１の動作の全体を制御するように構成されている。すなわち、本実施形態に係る物体検知装置を構成する車載システム１は、自車両に搭載された車載状態で、超音波センサ３における超音波の送受信結果に基づいて、自車両の周囲の物体Ｂを検知するように構成されている。

自車両におけるフロントバンパー、すなわち、車体Ｃ１における前面側のバンパーＣ２には、超音波センサ３としての、第一フロントセンサ３Ａ、第二フロントセンサ３Ｂ、第三フロントセンサ３Ｃ、および第四フロントセンサ３Ｄが装着されている。同様に、自車両におけるリアバンパー、すなわち、車体Ｃ１における後面側のバンパーＣ２には、超音波センサ３としての、第一リアセンサ３Ｅ、第二リアセンサ３Ｆ、第三リアセンサ３Ｇ、および第四リアセンサ３Ｈが装着されている。

第一フロントセンサ３Ａは、自車両の右前方に送信波を発信するように、フロントバンパーにおける右端部に設けられている。第二フロントセンサ３Ｂは、自車両の略前方に送信波を発信するように、車幅方向について第一フロントセンサ３Ａと車両中心線ＬＣとの間に配置されている。第三フロントセンサ３Ｃは、車両中心線ＬＣを挟んで第二フロントセンサ３Ｂと略対称な位置に配置されている。第三フロントセンサ３Ｃは、自車両の略前方に送信波を発信するように、車幅方向について車両中心線ＬＣと第四フロントセンサ３Ｄとの間に配置されている。第四フロントセンサ３Ｄは、車両中心線ＬＣを挟んで第一フロントセンサ３Ａと略対称な位置に配置されている。第四フロントセンサ３Ｄは、自車両の左前方に送信波を発信するように、フロントバンパーにおける左端部に設けられている。

第一リアセンサ３Ｅは、自車両の右後方に送信波を発信するように、リアバンパーにおける右端部に設けられている。第二リアセンサ３Ｆは、自車両の略後方に送信波を発信するように、車幅方向について第一リアセンサ３Ｅと車両中心線ＬＣとの間に配置されている。第三リアセンサ３Ｇは、車両中心線ＬＣを挟んで第二リアセンサ３Ｆと略対称な位置に配置されている。第三リアセンサ３Ｇは、自車両の略後方に送信波を発信するように、車幅方向について車両中心線ＬＣと第四リアセンサ３Ｈとの間に配置されている。第四リアセンサ３Ｈは、車両中心線ＬＣを挟んで第一リアセンサ３Ｅと略対称な位置に配置されている。第四リアセンサ３Ｈは、自車両の左後方に送信波を発信するように、リアバンパーにおける左端部に設けられている。

（超音波センサ）
以下、超音波センサ３の概略構成について、図２を参照しつつ説明する。なお、図２においては、図示の簡略化のため、電子制御装置２に接続された複数の超音波センサ３のうちの１つのみが示されており、他は図示が省略されている。

超音波センサ３は、超音波である送信波を自車両の外部に向けて送信するように構成されている。また、超音波センサ３は、自身の送信した送信波の物体Ｂによる反射波を含む受信波を受信することで、周囲に存在する物体Ｂを検知するとともに、かかる物体Ｂとの距離を取得するように構成されている。

具体的には、超音波センサ３は、送受信部４と、駆動信号生成部５と、受信信号処理部６と、センサ制御部７とを備えている。本実施形態においては、送受信部４、駆動信号生成部５、受信信号処理部６、およびセンサ制御部７は、合成樹脂等により形成された一個のセンサ筐体により支持されている。

本実施形態においては、超音波センサ３は、送受信部４を１個のみ備えていて、かかる送受信部４により送受信機能を奏するように構成されている。すなわち、送受信部４は、送信波を外部に向けて送信する送信部４０Ａとしての機能と、受信波を受信する受信部４０Ｂとしての機能とを有している。具体的には、１個の送受信部４は、１個のトランスデューサ４１を有している。送信部４０Ａおよび受信部４０Ｂは、共通のトランスデューサ４１を用いて、送信機能および受信機能をそれぞれ実現するように構成されている。

トランスデューサ４１は、送信波を外部に向けて送信する送信器としての機能と反射波を受信する受信器としての機能とを奏するように構成されている。トランスデューサ４１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、いわゆる共振型の超音波マイクロフォンとしての構成を有している。具体的には、トランスデューサ４１は、略有底円筒形状のケーシングにおける底板に電気－機械エネルギー変換素子を接合することで構成されている。かかるケーシングは、車載状態にて、バンパーＣ２に形成された貫通孔Ｃ３内に挿入されることで、ダイアフラムを構成する底板の外側表面である送受信面４１ａが自車両の外部空間に面するように形成されている。

送受信部４は、トランスデューサ４１と、送信回路４２と、受信回路４３とを備えている。すなわち、送信部４０Ａは、トランスデューサ４１と送信回路４２とを備えている。また、受信部４０Ｂは、トランスデューサ４１と受信回路４３とを備えている。トランスデューサ４１は、送信回路４２および受信回路４３と電気接続されている。

送信回路４２は、入力された駆動信号に基づいてトランスデューサ４１を駆動することで、トランスデューサ４１にて超音波帯域の送信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４２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４２は、駆動信号生成部５から出力された駆動信号に対してデジタル／アナログ変換等の処理を施し、これにより生成された交流電圧をトランスデューサ４１に印加するように構成されている。

受信回路４３は、トランスデューサ４１における超音波の受信結果に対応する受信信号を生成するとともに、生成した受信信号を受信信号処理部６に出力するように設けられている。具体的には、受信回路４３は、増幅回路およびアナログ／デジタル変換回路等を有している。すなわち、受信回路４３は、トランスデューサ４１から入力された電圧信号に対して、増幅およびアナログ／デジタル変換等の信号処理を行うことで、受信した超音波の周波数、位相、および振幅に応じた受信信号を、生成および出力するように構成されている。

駆動信号生成部５は、送信部４０Ａを駆動する駆動信号を生成するように設けられている。駆動信号は、送信部４０Ａを駆動してトランスデューサ４１から送信波を送信させるための信号であって、例えば超音波帯域のパルス状信号である。

受信信号処理部６は、受信回路４３から出力された受信信号に対して直交検波処理等の信号処理を行うことで、位相信号および振幅信号を出力するように構成されている。具体的には、受信信号処理部６は、受信信号の位相を検出して位相信号を出力する位相検出部６１と、受信信号すなわち反射波の振幅を検出して振幅信号を出力する振幅検出部６２とを備えている。

位相信号は、送信波に対応する基準信号を基準とした受信信号の位相に対応する信号である。基準信号は、送信波あるいは駆動信号の波形に対応する波形を有する信号であって、具体的には、一定の送信周波数ｆｃを有する信号である。基準信号は、受信信号処理部６の内部で生成したもの、あるいは、駆動信号生成部５またはセンサ制御部７から受信したものを用いることが可能である。位相信号は、基準信号の位相と受信信号の位相との差に対応する信号である。このため、「位相」あるいは「位相信号」は、「位相差」あるいは「位相差信号」とも称され得る。位相信号の波形を「位相波形」と称する。振幅信号は、受信信号における振幅すなわち強度に対応する信号である。振幅信号の波形を「振幅波形」と称する。

図３は、振幅信号および位相信号の一例を示す。図３において、横軸Ｄは換算距離を示す。換算距離Ｄは、伝播時間（すなわちＴＯＦ）に音速を乗算することで算出される伝播距離であり、受信時間を距離に換算したものと評価することが可能である。ＴＯＦはＴｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔの略であり、送信波の送信時刻から反射波の受信時刻までの間の経過時間である。受信時間は「受信時刻」とも称され得る。図３における上側のグラフにおいて、縦軸Ｖａは振幅を示す。図３における下側のグラフにおいて、縦軸θは位相を示す。図４は、位相信号を、横軸を受信時間ｔとして表したものである。なお、上記の通り、換算距離Ｄは音速を用いて受信時間ｔを換算したものであるので、図３における横軸を受信時間ｔとして表した場合であっても、波形は同様となる。このため、図３等における各波形の横軸は、換算距離Ｄであってもよいし、受信時間ｔであってもよい。

（第一実施形態）
以下、第一実施形態の構成について、図１～図４を参照しつつ説明する。

センサ制御部７は、電子制御装置２と協働しつつ超音波センサ３の動作を制御するように、電子制御装置２と情報通信可能に接続されている。すなわち、センサ制御部７は、駆動信号生成部５から送信部４０Ａへの駆動信号の出力を制御するとともに、受信信号処理部６から出力された処理結果信号に基づいて物体Ｂを検知するように構成されている。

センサ制御部７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性リライタブルメモリ、等を備えた車載マイクロコンピュータとしての構成を有している。すなわち、センサ制御部７は、ＲＯＭまたは不揮発性リライタブルメモリに格納された制御プログラムを読み出して実行することで、超音波センサ３の動作を制御するように構成されている。

本実施形態においては、電子制御装置２および超音波センサ３を備えた車載システム１は、振幅波形の面積である波形面積に基づいて、物体Ｂの高さを検知するように構成されている。具体的には、センサ制御部７は、車載マイクロコンピュータ上に実現される機能構成として、駆動制御部７１と、振幅判定部７２と、面積算出部７３と、位相特徴検出部７４と、面積補正部７５と、物体検知部７６とを備えている。

駆動制御部７１は、駆動信号生成部５に制御信号を出力することで、送信部４０Ａからの送信波の発信状態を制御するように構成されている。制御信号は、駆動信号生成部５から送受信部４に出力される駆動信号における出力特性、具体的には、出力タイミング、周波数、パルス数、等を制御するための信号である。すなわち、駆動制御部７１は、駆動信号生成部５にて生成および出力される駆動信号における、出力タイミング、周波数、パルス数、等を制御するようになっている。本実施形態においては、駆動制御部７１は、一定の送信周波数ｆｃを有する送信波を送受信部４にて生成させるための制御信号を、駆動信号生成部５に出力するようになっている。

振幅判定部７２は、振幅信号に基づいて、物体Ｂの有無を判定するように構成されている。具体的には、振幅判定部７２は、振幅Ｖａが物体判定閾値Ｖａ＿ｔｈを超える場合に、物体Ｂによる反射波が受信信号に含まれるものとして、物体Ｂの存在を判定するようになっている。

面積算出部７３は、物体Ｂによる反射波が受信信号に含まれることが振幅判定部７２により判定された場合に、振幅波形における波形面積を算出するように構成されている。具体的には、面積算出部７３は、振幅波形における、物体判定閾値Ｖａ＿ｔｈを超える部分の面積を算出するようになっている。また、本実施形態においては、超音波センサ３と物体Ｂとの距離の変化による面積変動の影響を抑制するため、面積算出部７３は、振幅波形における特性値（例えば最大ピークにおけるピーク値あるいはピーク幅）に基づいて正規化した波形面積を算出するようになっている。

位相特徴検出部７４は、位相波形を解析して、かかる解析結果である位相特徴値を取得するように構成されている。位相特徴値は、位相信号における、ノイズ部分ではなく物体Ｂによる反射波に対応する部分の、位相θの変化状態を示す特徴値である。本実施形態においては、位相特徴検出部７４は、位相波形が平坦となる平坦部（例えば図４にて破線の楕円で囲まれた部分参照）が所定範囲内に複数存在する場合に、複数の平坦部のうちの一つと他の一つとの差である位相ギャップΔθを検出するようになっている。「所定範囲」は、１回の送信波の送信およびかかる送信波の物体Ｂによる反射波の受信により、１個の物体Ｂによる反射波が含まれる一方で距離が異なる他の１個の物体Ｂによる反射波が含まれない程度の、受信時間ｔあるいは換算距離Ｄの範囲であり、「反射波領域」とも称され得る。所定範囲すなわち反射波領域の具体例については後述する。

面積補正部７５は、面積算出部７３にて算出した波形面積を、位相θに応じて補正するように構成されている。本実施形態においては、面積補正部７５は、反射波に対応する位相θの変化状態に応じた補正値で、波形面積を補正するようになっている。具体的には、面積補正部７５は、位相特徴検出部７４によって取得した位相特徴値である位相ギャップΔθに応じた補正値で、波形面積を補正するようになっている。

本実施形態においては、面積補正部７５は、位相ギャップΔθが不検出（すなわちほぼゼロ）あるいは所定値未満である第一の場合と、それ以外の第二の場合とで、異なる処理を行うように構成されている。具体的には、面積補正部７５は、第一の場合には不検出時補正値を用いて波形面積を補正し、第二の場合には検出時補正値を用いて波形面積を補正するようになっている。不検出時補正値は、一定値である。これに対し、検出時補正値は、ｃｏｓΔθを用いた補正値であって、より詳細には、Ｋ／（１＋ｃｏｓΔθ）である。Ｋは一定値（例えば１）である。

物体検知部７６は、振幅判定部７２における判定結果と、面積算出部７３により算出された波形面積の面積補正部７５による補正結果とに基づいて、物体Ｂの有無と、物体Ｂが存在する場合の当該物体Ｂの高さとを検知するように構成されている。具体的には、本実施形態においては、波形面積が高さ判定閾値以上である場合に物体Ｂを高背物（例えばポール等）と判定する一方、波形面積が高さ判定閾値未満である場合に物体Ｂを低背物（例えば縁石等）と判定するようになっている。

（動作概要）
以下の説明において、本実施形態に係る装置構成、物体検知方法、および物体検知プログラムを、単に「本実施形態」と称する。以下、本実施形態の動作概要について、本実施形態により奏される効果とともに、図１～図８を参照しつつ説明する。

図２を参照すると、駆動制御部７１は、制御信号を駆動信号生成部５に出力する。すると、駆動信号生成部５は、制御信号に基づいて駆動信号を生成し、生成した駆動信号を送信部４０Ａに向けて出力する。かかる駆動信号により、送信部４０Ａが駆動される。すなわち、送信回路４２は、入力された駆動信号に基づいて、トランスデューサ４１を励振する。これにより、送信器として機能するトランスデューサ４１から、送信波が自車両の外部に向けて送信される。

送信波が物体Ｂにより反射されることによって発生する反射波を含む受信波がトランスデューサ４１に到達すると、トランスデューサ４１が励振される。すなわち、受信波がトランスデューサ４１により受信される。すると、励振状態すなわち受信状態に応じた電圧信号が、トランスデューサ４１から出力される。受信回路４３は、かかる電圧信号に対して増幅およびアナログ／デジタル変換等の信号処理を行うことで受信信号を生成し、かかる受信信号を受信信号処理部６に出力する。

受信信号処理部６は、受信信号に対して直交検波処理等の信号処理を行うことで、位相信号および振幅信号を出力する。具体的には、位相検出部６１は、位相信号を生成してセンサ制御部７に出力する。また、振幅検出部６２は、振幅信号を生成してセンサ制御部７に出力する。位相信号および振幅信号を生成するための直交検波処理等の各種信号処理については、本願の出願時点で既に公知あるいは周知となっており、本実施形態においても、かかる公知あるいは周知の技術を利用することが可能である。このため、本明細書においては、かかる信号処理の詳細については説明を省略する。

センサ制御部７は、受信信号処理部６から出力された位相信号および振幅信号に基づいて、物体Ｂの存否、および、物体Ｂが存在する場合の物体Ｂの高さを検知する。具体的には、まず、振幅判定部７２は、振幅信号に基づいて、物体Ｂの有無を判定する。具体的には、振幅判定部７２は、振幅Ｖａが物体判定閾値Ｖａ＿ｔｈを超える場合に、物体Ｂの存在を判定する。面積算出部７３は、物体Ｂが存在して当該物体Ｂによる反射波が受信信号に含まれることが振幅判定部７２により判定された場合に、かかる物体Ｂの高さ判定に用いられる波形面積を算出する。

ところで、本願の出願人により既に出願された特開２０１４－７４６６５号公報には、反射波の面積から物体Ｂの高さを判定する技術が開示されている。具体的には、この技術は、反射波の面積が大きいほど物体Ｂの高さが高くなるという傾向を利用して、物体Ｂの高さを判定する。なお、面積と高さとの関係は、あらかじめ実験あるいは計算機シミュレーションによって作成されたマップあるいはルックアップテーブルを用いて規定することができる。この技術によれば、特許文献１に開示された技術よりも、高さ判定の精度が向上する。しかしながら、本願発明の発明者は、様々な反射波の波形を解析した結果、以下のような技術的課題を見出した。

波形面積は、物体Ｂとの距離の影響を受ける。具体的には、物体Ｂとの距離が長くなるほど、波形面積が減少する。そこで、面積算出部７３は、振幅波形における特性値（例えば最大ピークにおけるピーク値あるいはピーク幅）に基づいて正規化した波形面積を算出する。具体的には、面積算出部７３は、最大ピークにおけるピーク値を「１」とすることで、振幅波形を正規化する。そして、面積算出部７３は、正規化した振幅波形に基づいて、波形面積を算出する。このように、正規化した波形面積に基づいて物体Ｂの高さを検知することで、超音波センサ３と物体Ｂとの距離の変化による面積変動の影響を抑制することが可能となる。

特許文献１にも記載されている通り、物体Ｂが高背物である場合、当該物体Ｂの根元部分からの反射波である根元反射波と、当該物体Ｂの上端部あるいは超音波センサ３の搭載高さと略同じ高さの位置からの反射波である上側反射波との２波が、超音波センサ３に到達する。具体的には、伝播距離が短い上側反射波が先に超音波センサ３に到達し、その後、伝播距離が長い根元反射波が超音波センサ３に到達する。

物体Ｂが中～近距離範囲に存在する場合、振幅波形上にて、上側反射波と根元反射波とが明確に峻別され得る。しかしながら、物体Ｂが遠方に存在する場合、上側反射波と根元反射波とが重なり合う。このような重なり合いが生じた場合、両者の位相関係によっては、重なり合った部分が互いに強め合ったり弱め合ったりする。具体的には、例えば、図３（ａ）の例は、上側反射波と根元反射波とが逆位相となり、重なり合った部分が互い弱め合っている例を示す。一方、図３（ｂ）の例は、上側反射波と根元反射波とがほぼ同位相となり、重なり合った部分が互い強め合っている例を示す。このように、上側反射波と根元反射波とが重なり合う場合、面積算出結果が、両者の位相関係による影響を受ける。

そこで、本実施形態においては、位相特徴検出部７４は、位相波形を解析して、所定の探索範囲すなわち反射波領域内にて、位相特徴値である位相ギャップΔθを検出する。図５および図６は、反射波領域Ｄｒの設定手法を概念的に示す。図５は振幅波形を示す。図５において、Ｄｍｉｎは反射波領域Ｄｒの最小値を示し、Ｄｍａｘは反射波領域Ｄｒの最大値を示す。すなわち、反射波領域Ｄｒは、最小値Ｄｍｉｎと最大値Ｄｍａｘとの間の換算距離Ｄとして規定される。ピーク距離Ｄｃは、反射波領域Ｄｒ内における反射波ピークの最大値に対応する換算距離Ｄである。図６は、反射波領域Ｄｒの設定のための概念図である。図６において、Ｒは路面を示し、ｈ１は超音波センサ３すなわちトランスデューサ４１の搭載高さを示し、ｈ２は正対位置Ｆの路面Ｒからの高さを示す。正対位置Ｆは、物体Ｂにおける、超音波センサ３すなわちトランスデューサ４１に正対する位置である。本具体例においては、ｈ１＝ｈ２とする。Ｄ１は、トランスデューサ４１と正対位置Ｆとの距離である。Ｄ２は、トランスデューサ４１と物体Ｂにおける根元との距離である。

最小値Ｄｍｉｎは、ピーク距離ＤｃをＤ２に対応付けた場合（すなわちＤｃ＝２×Ｄ２）の、Ｄ１に対応する換算距離Ｄである（すなわちＤｍｉｎ＝２×Ｄ１）。最大値Ｄｍａｘは、ピーク距離ＤｃをＤ１に対応付けた場合（すなわちＤｃ＝２×Ｄ１）の、Ｄ２に対応する換算距離Ｄである（すなわちＤｍａｘ＝２×Ｄ２）。

このように、位相特徴検出部７４は、反射波領域Ｄｒを設定するとともに、設定した反射波領域Ｄｒ内にて位相ギャップΔθを検出する。具体的には、物体Ｂからの反射波は、位相θのズレはあり得るものの、理論上は、送信波すなわち基準信号と同様の波形を有している。このため、位相θの値は、１つの反射波において、ほぼ一定となるはずである。但し、１個の物体Ｂから複数の反射波を受信した場合、複数の反射波の間に位相ギャップΔθが生じ得る。そこで、位相特徴検出部７４は、位相波形が平坦となる平坦部（例えば図４にて破線の楕円で囲まれた部分参照）を、反射波領域Ｄｒ内にて探索する。平坦部が複数検出された場合、各平坦部における位相代表値をそれぞれ算出する。「位相代表値」は、平坦部の平均値、中央値、あるいは、受信時間ｔまたは換算距離Ｄの増加方向における中心位置の値である。位相ギャップΔθは、受信時間ｔまたは換算距離Ｄの増加方向について隣接する平坦部同士における、位相代表値の差である。

面積補正部７５は、面積算出部７３にて算出した波形面積を、位相θ（すなわち反射波に対応する位相θの変化状態）に応じて補正する。具体的には、面積補正部７５は、位相ギャップΔθに応じた補正値で、波形面積を補正する。ここで、互いに干渉する２つの波の、振幅の強め合いあるいは弱め合いは、ベクトルの内積によって算出可能である。したがって、本実施形態においては、面積補正部７５は、面積算出部７３にて算出した波形面積に、補正値Ｍ＝Ｋ／（１＋ｃｏｓΔθ）を乗算する。

物体検知部７６は、振幅判定部７２における判定結果と、面積算出部７３により算出された波形面積の面積補正部７５による補正結果とに基づいて、物体Ｂの有無と、物体Ｂが存在する場合の当該物体Ｂの高さとを検知する。具体的には、本実施形態においては、波形面積が高さ判定閾値以上である場合に物体Ｂを高背物と判定する一方、波形面積が高さ判定閾値未満である場合に物体Ｂを低背物と判定する。これにより、物体Ｂの高さ判定を良好な精度で行うことが可能となる。

（動作例）
図７および図８は、センサ制御部７により実行される物体検知処理の一具体例を示すフローチャートである。なお、図７および図８において、「Ｓ」は「ステップ」を略記したものである。電子制御装置２は、所定の物体検知条件が成立中は、複数の超音波センサ３の各々に、物体検知動作を所定周期で繰り返し実行させる。すなわち、或る超音波センサ３におけるセンサ制御部７は、電子制御装置２からの指令信号に基づいて、図７に示された物体検知処理を、所定周期で繰り返し実行する。センサ制御部７に備えられた、上述の図示しないＣＰＵを、以下単に「ＣＰＵ」と略称する。

物体検知処理が開始すると、まず、ステップ７０１にて、ＣＰＵは、振幅Ｖａが物体判定閾値Ｖａ＿ｔｈを超えるか否かに基づいて、物体Ｂの有無を判定する。物体Ｂが存在する場合（すなわちステップ７０１＝ＹＥＳ）、ＣＰＵは、処理をステップ７０２以降に進行させる。これに対し、物体Ｂが存在しない場合（すなわちステップ７０１＝ＮＯ）、ＣＰＵは、ステップ７０２以降の処理をスキップして、今回の物体検知処理を一旦終了させる。

ステップ７０２にて、ＣＰＵは、波形面積Ｗａを算出する。波形面積Ｗａの算出処理の詳細については後述する。続いて、ステップ７０３にて、ＣＰＵは、波形面積Ｗａが高さ判定閾値Ｗａ＿ｔｈ以上であるか否かを判定する。波形面積Ｗａが高さ判定閾値Ｗａ＿ｔｈ以上である場合（すなわちステップ７０３＝ＹＥＳ）、ＣＰＵは、ステップ７０４にて、この波形面積Ｗａに対応する物体Ｂが高背物であることを判定し、今回の物体検知処理を一旦終了させる。これに対し、波形面積Ｗａが高さ判定閾値Ｗａ＿ｔｈ未満である場合（すなわちステップ７０３＝ＮＯ）、ＣＰＵは、ステップ７０５にて、この波形面積Ｗａに対応する物体Ｂが低背物であることを判定し、今回の物体検知処理を一旦終了させる。

ステップ７０２における波形面積Ｗａの算出処理の一具体例を、図８に示されたフローチャートを用いて説明する。まず、ステップ８０１にて、ＣＰＵは、振幅波形のピークを検出する。次に、ステップ８０２にて、ＣＰＵは、振幅波形を正規化する。続いて、ステップ８０３にて、ＣＰＵは、正規化された振幅波形に基づいて、補正前面積Ｗａ＿ｒを算出する。補正前面積Ｗａ＿ｒは、面積補正部７５による補正前の、面積算出部７３による算出値である。その後、ＣＰＵは、処理をステップ８０４およびステップ８０５に進行させる。

ステップ８０４にて、ＣＰＵは、位相波形を解析して、位相ギャップΔθを検出する。ステップ８０５にて、ＣＰＵは、今回の位相波形が、位相ギャップΔθが不検出（すなわちほぼゼロ）あるいは所定値未満である第一の場合と、それ以外の第二の場合とのうちの、いずれに該当するかを判定する。

第一の場合（すなわちステップ８０５＝ＮＯ）、ＣＰＵは、処理をステップ８０６に進行させる。ステップ８０６にて、ＣＰＵは、所定値である不検出時補正値Ｍ１により補正前面積Ｗａ＿ｒを補正することで、波形面積Ｗａを算出する。これに対し、第二の場合（すなわちステップ８０５＝ＹＥＳ）、ＣＰＵは、処理をステップ８０７に進行させる。ステップ８０７にて、ＣＰＵは、検出時補正値Ｍ２＝Ｋ／（１＋ｃｏｓΔθ）により補正前面積Ｗａ＿ｒを補正することで、波形面積Ｗａを算出する。

（第二実施形態）
以下、上記の第一実施形態の一部を変容した第二実施形態について説明する。なお、以下の第二実施形態の説明においては、主として、上記第一実施形態と異なる部分について説明する。また、第一実施形態と第二実施形態とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の第二実施形態の説明において、第一実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記第一実施形態における説明が適宜援用され得る。後述の第三実施形態以降の他の実施形態についても同様である。

本実施形態においては、位相特徴検出部７４は、位相ギャップΔθに代えて、位相θのバラツキ状態に対応する統計値である位相特徴値を検出する。この場合の位相特徴値は、例えば、反射波領域Ｄｒ内の位相θの標準偏差、分散、あるいは存在範囲である。そして、面積補正部７５は、かかる位相特徴値に応じて、波形面積を補正する。

本実施形態における反射波領域Ｄｒは、図９に示されているように、正規化された振幅信号における振幅Ｖａが物体判定閾値Ｖａ＿ｔｈを超える領域である。図９（ａ）は、反射波の干渉が発生していない場合を示し、図９（ｂ）は、反射波同士の干渉が発生している場合を示す。図９（ａ）に示されているように、反射波の干渉が発生していない場合、反射波領域Ｄｒ内における位相θの変動あるいはバラツキは小さい。これに対し、図９（ｂ）に示されているように、反射波の干渉が発生している場合、反射波領域Ｄｒ内における位相θの変動あるいはバラツキが大きくなる。そこで、面積補正部７５は、反射波領域Ｄｒ内における位相θの変動あるいはバラツキの状態に応じた補正値Ｍにより、波形面積を補正する。これにより、上記第一実施形態と同様の効果が奏され得る。

図１０に示されたフローチャートは、本実施形態に係る波形面積Ｗａの算出処理の一具体例を示すものであり、図８に示されたフローチャートの一部を変容したものである。すなわち、図１０におけるステップ１００１～１００３は、図８におけるステップ８０１～８０３と同様である。よって、以下、ステップ１００４以降の処理について説明する。

ステップ１００４にて、ＣＰＵは、位相波形を解析して、位相θのバラツキ状態に対応する統計値である位相特徴値αを検出する。次に、ステップ１００５にて、ＣＰＵは、ステップ１００４にて検出した位相特徴値αに基づいて、補正値Ｍ（α）を取得する。補正値Ｍ（α）は、位相特徴値αをパラメータとするマップ、ルックアップテーブル、あるいは計算式を用いて取得可能である。マップ、ルックアップテーブル、あるいは計算式は、実験あるいは計算機シミュレーションによって作成されたものであって、あらかじめセンサ制御部７における上述の図示しないＲＯＭまたは不揮発性リライタブルメモリに格納されている。そして、ステップ１００６にて、ＣＰＵは、補正値Ｍ（α）により補正前面積Ｗａ＿ｒを補正することで、波形面積Ｗａを算出する。

（第三実施形態）
以下、第三実施形態について説明する。本実施形態においては、車載システム１は、パルス圧縮を用いることで、位相ギャップΔθ等の位相特徴値を安定的に検出し、以て、物体Ｂの高さ判定をよりいっそう良好な精度で行うことが可能な構成を有している。

具体的には、図１１に示されているように、センサ制御部７は、駆動制御部７１と、振幅判定部７２と、面積算出部７３と、位相特徴検出部７４と、面積補正部７５と、物体検知部７６とに加えて、相関検出部７７をさらに備えている。相関検出部７７は、送信波に対応する参照信号と受信信号との相関を検出するように構成されている。

図１２は、図１１に示された相関検出部７７により実行されるパルス圧縮の概要を示す。図１２において、Ｓａは受信信号を示し、Ｓｒは基準信号を示し、Ｓａは振幅信号を示し、Ｓθは位相信号を示し、Ｐａはパルス圧縮後の振幅信号を示し、Ｐθはパルス圧縮後の位相信号を示す。

受信信号Ｓｓと基準信号Ｓｒとに基づいて、直交検波処理等の信号処理により、位相信号Ｓθおよび振幅信号Ｓａが得られる。そして、パルス圧縮、すなわち、所定の参照信号を用いた相関検出により、パルス圧縮後の位相信号Ｐθおよび振幅信号Ｐａが得られる。なお、パルス圧縮技術それ自体については、本願の出願時点で既に公知あるいは周知となっており、本実施形態においても、かかる公知あるいは周知の技術を利用することが可能である。このため、本明細書においては、パルス圧縮技術の詳細については説明を省略する。そして、パルス圧縮後の振幅信号Ｐａのピーク値に対応する、パルス圧縮後の位相信号Ｐθの値を用いて、位相特徴値を検出すなわち算出することが可能である。

本実施形態によれば、Ｓ／Ｎ比が向上することで、ノイズに埋もれる可能性が高い比較的小さな振幅の反射波の波形においても、ピーク値が良好に検出でき、以て安定的な位相特徴値の検出が可能となる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一の符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

本発明は、上記実施形態にて示された具体的な装置構成に限定されない。すなわち、例えば、電子制御装置２の全部または一部は、上記のような動作を可能に構成されたデジタル回路、例えばＡＳＩＣあるいはＦＰＧＡを備えた構成であってもよい。ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略である。ＦＰＧＡはField Programmable Gate Arrayの略である。すなわち、電子制御装置２において、車載マイクロコンピュータ部分とデジタル回路部分とは併存し得る。

超音波センサ３は、図２に示されているような、単一のトランスデューサ４１によって超音波を送受信可能な構成に限定されない。すなわち、例えば、送信回路４２に電気接続された送信用のトランスデューサ４１と、受信回路４３に電気接続された受信用のトランスデューサ４１とが、並列に設けられていてもよい。

送信回路４２、受信回路４３等の各部の構成も、上記実施形態にて示された具体例に限定されない。すなわち、例えば、デジタル／アナログ変換回路は、送信回路４２に代えて、駆動信号生成部５に設けられていてもよい。また、送信回路４２は、駆動信号生成部５と一体化されてもよい。同様に、受信回路４３は、受信信号処理部６と一体化されてもよい。

センサ制御部７における各機能構成のうちの全部または一部は、技術的に矛盾しない限り、受信信号処理部６または電子制御装置２に設けられてもよい。すなわち、本発明に係る物体検知装置は、電子制御装置２と超音波センサ３とのうちの少なくともいずれか一方によって構成され得る。

センサ制御部７の全部または一部は、上記のような動作を可能に構成されたデジタル回路、例えばＡＳＩＣあるいはＦＰＧＡを備えた構成であってもよい。ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略である。ＦＰＧＡはField Programmable Gate Arrayの略である。すなわち、センサ制御部７において、車載マイクロコンピュータ部分とデジタル回路部分とは併存し得る。

上記実施形態にて説明した、各種の動作、手順、あるいは処理を実行可能とする、本発明に係るプログラムは、Ｖ２Ｘ通信を介して、ダウンロードあるいはアップグレードされ得る。Ｖ２ＸはVehicle to Ｘの略である。あるいは、かかるプログラムは、車両Ｃの製造工場、整備工場、販売店、等に設けられた端末機器を介して、ダウンロードあるいはアップグレードされ得る。かかるプログラムの格納先は、メモリーカード、光学ディスク、磁気ディスク、等であってもよい。

このように、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的実体的記憶媒体に記憶されていてもよい。すなわち、上記の各機能構成および方法は、これを実現するための手順を含むコンピュータプログラム、あるいは、当該プログラムを記憶した非遷移的実体的記憶媒体としても表現可能である。

したがって、図２に示された各機能構成ブロックは、あくまで、本発明の内容の理解に資するために便宜的に設定した機能構成ブロックである。したがって、これらの機能構成ブロックが実際にサブルーチンあるいはハードウエアとして実現されていなくても、本発明所定の機能あるいは処理が実現されていれば、本発明の要件は充足され得る。

相関検出部７７は、位相信号に基づいて受信信号から周波数特性を示す周波数信号を算出し、この周波数信号と送信波における周波数特性との相関検出を行うことで、受信した反射波が正規波であるか否かの判定を行ってもよい。あるいは、受信信号処理部６は、受信信号に基づいて周波数信号を検出および出力する周波数検出部を備えていてもよい。「正規波」とは、送受信器としてのトランスデューサ４１が、自身の送信した送信波の反射波を受信した場合の受信波をいうものとする。これに対し、他装置からの送信波に起因する受信波を、以下「非正規波」と称する。「他装置」には、自車両とは異なる他車両に搭載された超音波センサ３の他に、自車両に搭載された他の超音波センサ３も含まれる。この場合、振幅判定部７２は、今回の受信波に含まれる反射波が正規波である場合に、振幅信号に基づいて物体Ｂの有無を判定する。また、面積算出部７３は、今回の受信波に含まれる反射波が正規波である場合に、波形面積を算出する。

本発明は、上記実施形態にて示された具体的な動作例あるいは処理例に限定されない。すなわち、例えば、ステップ８０２の正規化処理は、省略され得る。この場合、高さ判定閾値Ｗａ＿ｔｈとして、測距距離に応じた値が用いられる。

ステップ８０６において、不検出時補正値Ｍ１＝１であってもよい。あるいは、ステップ８０６は、省略され得る。あるいは、Ｍ２においてＫの値を適宜設定する（例えばＫ≠１とする）ことで、ステップ８０５およびステップ８０６は省略され得る。

反射波領域Ｄｒの設定手法についても、上記の各具体例とは異なる手法を用いることが可能である。

高さ判定は、高背物と低背物との区別に限定されない。すなわち、例えば、高背物と中背物と低背物との区別であってもよいし、物体Ｂの高さを４段階以上に区別してもよい。あるいは、物体Ｂの高さの概算値を求めてもよい。

位相ギャップΔθが不検出（すなわちほぼゼロ）あるいは所定値未満である第一の場合においても、図３（ｂ）に示されているように２つの反射波の干渉が生じる場合と、図９（ａ）に示されているように反射波が１つだけであって干渉が生じない場合とで、補正処理内容を異ならせることが可能である。両者の区別は、例えば、正規化後の振幅波形における平坦部の長さが所定値以上であるか否かによって判定することが可能である。そして、具体的には、例えば、図９（ａ）に示されているように反射波が１つだけであって干渉が生じない場合には補正処理は行わない一方、図３（ｂ）に示されているように２つの反射波の干渉が生じる場合には補正を行うようにすることも可能である。

送信波は、周波数変調により符号化されてもよい。これにより、物体Ｂの存否および高さの検知精度が向上する。

上記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、構成要素の個数、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値に限定される場合等を除き、その特定の数値に本発明が限定されることはない。同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等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特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。

変形例も、上記の例示に限定されない。すなわち、或る実施形態の一部と、他の実施形態の一部とが、互いに組み合わされ得る。また、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。更に、上記実施形態の全部または一部と、変形例の全部または一部とが、互いに組み合わされ得る。

１ 車載システム（物体検知装置）
２ 電子制御装置
３ 超音波センサ
６ 受信信号処理部
６１ 位相検出部
７ センサ制御部
７５ 面積補正部
７７ 相関検出部
Ｂ 物体
Ｃ 車両

Claims (6)

1. 超音波である送信波の物体（Ｂ）による反射波を含む受信波に対応する受信信号における振幅波形の面積である波形面積に基づいて、当該物体の高さを検知するように構成された、物体検知装置（１）であって、
   前記送信波に対応する基準信号を基準とした前記受信信号の位相を検出する、位相検出部（６１）と、
   前記位相に応じて前記波形面積を補正する、面積補正部（７５）と、
   を備え、
   前記位相検出部は、前記位相の波形である位相波形が平坦となる平坦部が所定範囲内に複数存在する場合に、複数の前記平坦部のうちの一つと他の一つとの差である位相ギャップを検出し、
   前記面積補正部は、前記位相ギャップに応じた補正値で前記波形面積を補正する、
   物体検知装置。
2. 前記面積補正部は、前記位相ギャップをΔθとすると、ｃｏｓΔθを用いて前記補正値を算出する、
   請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記面積補正部は、前記位相ギャップが不検出あるいは所定値未満である第一の場合、前記補正値としての不検出時補正値を用いて前記波形面積を補正し、
   前記第一の場合とは異なる第二の場合、前記補正値としての検出時補正値を用いて前記波形面積を補正する、
   請求項１または２に記載の物体検知装置。
4. 前記振幅波形における特性値に基づいて正規化した前記波形面積に基づいて、当該物体の高さを検知するように構成された、
   請求項１～３のいずれか１つに記載の物体検知装置。
5. 前記送信波に対応する参照信号と前記受信信号との相関を検出する相関検出部（７７）をさらに備えた、
   請求項１～４のいずれか１つに記載の物体検知装置。
6. 前記送信波は周波数変調されている、
   請求項１～５のいずれか１つに記載の物体検知装置。