JP4752846B2 - 障害物検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、障害物検出装置に関するものである。

従来から、超音波を検出範囲に送波するとともに障害物で反射された反射波を受波することによって障害物の存在を検出する障害物検出装置が提供されている。

この種の障害物検出装置として、反射波を受波するための受波用圧電素子を複数備えた超音波送受波器を用い、各受波用圧電素子の出力を比較することによって障害物の方向をも検出することができるものもある。例えば、図３に示すように２個の圧電素子１を用いた障害物検出装置の場合、１個の圧電素子１が送波用圧電素子として検出範囲に向かって超音波パルスを間欠的に送波し、検出範囲に存在する障害物Ｔに反射された反射波を２個の圧電素子１が受波用圧電素子としてそれぞれ受波する。

この障害物検出装置の動作を図４を用いて詳しく説明する。図４の（ａ）は送波用圧電素子への入力信号波形を示し、図４の（ｂ）は一方の圧電素子１の出力による受波信号の波形を示し、図４の（ｃ）は他方の圧電素子１の出力による受波信号の波形を示す。図４の（ｂ），（ｃ）において、Ｌ１及びＬ２は残響の成分であり、Ｅ１及びＥ２は障害物Ｔで反射された反射波の成分である。超音波を送波してから反射波を受波するまでの時間ｔ１によって障害物Ｔまでの距離Ｌを検出することができ、一方の圧電素子１が超音波を受波するまでの時間と他方の圧電素子１が超音波を受波するまでの時間との差ｔ２から、圧電素子１が並ぶ方向に沿った直線を法線とする平面に対して障害物検出装置と障害物Ｔとを結ぶ直線がなす角θを検出することができる。このような障害物検出装置は、例えば、図５に示すように車両Ｃの前部に複数個（図では２個）取り付けられ、車両Ｃの前方の検出範囲Ｚ内の障害物Ｔを検出するために用いられる。障害物Ｔの方向を検出することができるから、単に障害物Ｔとの距離を検出する障害物検出装置に比べ、障害物Ｔが自車の進路上に存在するかどうかをより正確に検出することができる。

上記のように２個の圧電素子１を備えた障害物検出装置として、例えば図６に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。この障害物検出装置は、導電材料からなり２個の収納凹部２１が並設された振動体としての振動ケース２と、各収納凹部２１にそれぞれ収納された圧電素子１とを備える。

詳しく説明すると、振動ケース２は例えばアルミニウムのような金属からなり、長円形平板形状の平板部２６と、平板部２６の裏面に長手方向に並べて間に隙間を空けて突設された２個の筒状部２４とを備える。圧電素子１は、平板部２６の裏面（図６での下面）であって筒状部２４に囲まれた部位にそれぞれ接着剤Ｂ（図７参照）により接着（固着）されている。筒状部２４に囲まれた部位には収納凹部２１が形成され、２個の筒状部２４の間には仕切り凹部２３が形成されている。また、平板部２６の表面（図６での上面）が、超音波が出射及び入射する出入射面２２となっている。

圧電素子１は円盤状に形成されており、図７に示すように圧電セラミックからなる本体部１０の両面にそれぞれ例えば金属のような導電材料からなる電極１１，１２を有する。圧電素子１の一方の電極１１は振動ケース２の収納凹部２１の底面に接触導通して振動ケース２とリード線６とを介して引き出され、他方の電極１２はリード線６を介して引き出され、それぞれ圧電素子１の出力を解析するための外部の回路に接続され、超音波の受波に用いられる。つまり、振動ケース２において各収納凹部２１の底部がそれぞれ請求項における振動板となっている。振動ケース２と圧電素子１との間には導電性を有さない接着剤Ｂが介在しているが、振動ケース２には微細な凹凸が存在するため、圧電素子１の上記電極１１は振動ケース２の微細な凹凸の凸部に接触導通する。ここで、一方の圧電素子１は、超音波を発生させるための駆動回路にも接続され、超音波の送波に用いられる。つまり、各圧電素子１はそれぞれ受波用圧電素子であって、さらに、駆動回路に接続された圧電素子１は送波用圧電素子も兼ねている。すなわち、駆動回路に接続されて障害物の検出時に駆動される一方の圧電素子１が請求項における第１の圧電素子であり、他方の圧電素子１が請求項における第２の圧電素子である。また、仕切り凹部２３は、出入射面２２の反対面において、送波用圧電素子が収納された収納凹部２１と受波用圧電素子が収納された収納凹部２１との間に設けられていることになる。さらに、各収納凹部２１には、残響を抑制するための緩衝充填材３がそれぞれ充填されている。

また、断面長円形の有底筒状に形成されたハウジング４を備え、振動ケース２は、ハウジング４の開口から出入射面２２を露出させる形でハウジング４に収納されている。

また、ハウジング４と振動ケース２との間には、送波用圧電素子が発生させる超音波に対する吸音率が振動ケース２の材料よりも高い例えば合成ゴムのような弾性材料からなる保持体５が設けられている。保持体５には、保持凹部５１が２個並べて設けられている。保持体５の外周の寸法はハウジング４の内周と同程度に形成され、保持凹部５１の内周の寸法は振動ケース２の筒状部２４の外周の寸法と同程度に形成されている。振動ケース２の各筒状部２４がそれぞれ保持凹部５１に圧入され、保持体５がハウジング４に圧入されることにより、振動ケース２はハウジング４に保持されている。また、保持体５において２個の保持凹部５１を仕切る部位には、仕切り凹部２３に収納され圧電素子１間で残響を吸収する吸音部５２が設けられている。
特開２００４−２５３９１１号公報

上記のような障害物検出装置において、圧電素子１が駆動されない期間が例えば数年間といった長期に及ぶと、図４（ｂ）（ｃ）にＬ１及びＬ２で示した残響の成分の持続時間（以下、「残響時間」と呼ぶ。）が製造時よりも長くなることがあった。このように残響時間が延長されると、図４（ｂ）（ｃ）にＥ１及びＥ２で示した反射波の成分が残響の成分に埋まってしまって反射波の成分と残響の成分との区別がつかなくなることによる誤検出や検出漏れの可能性が高くなる。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、残響時間の延長の解消が可能な障害物検出装置を提供することにある。

請求項１の発明は、超音波の送受波により所定の検出範囲内の障害物を検出する障害物検出装置であって、導電材料からなり、検出範囲に向けられて超音波が出射及び入射する出入射面を有する２個の振動板と、厚さ方向の両面にそれぞれ電極が設けられ一方の電極が振動板の出入射面の反対面に接触導通するように１個ずつの振動板に対して固着された第１及び第２の圧電素子と、第１の圧電素子を駆動して超音波を発生させるとともに、該超音波が検出範囲において反射された反射波を各振動板がそれぞれ受けることによって各圧電素子にそれぞれ発生した電気信号に基いて障害物を検出する検出動作を行う制御部とを備え、第２の圧電素子は反射波を受波するための受波用圧電素子であって、制御部は、検出動作を行う前に、少なくとも第２の圧電素子を駆動する予備動作を行うことを特徴とする。

この発明によれば、長期の不使用による残響時間の延長が、予備動作によって、ある程度解消される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、各圧電素子について、それぞれ制御部との間に介在して電気信号の増幅を行い圧電素子とともに送受波ブロックを構成する入出力部を備え、制御部は、予備動作時に、それぞれ入出力部を介して入力された各圧電素子の出力に基いて、各送受波ブロックの異常を検出することを特徴とする。

この発明によれば、予備動作を異常の検出のために有効に活用することができる。

請求項１の発明によれば、制御部が、検出動作を行う前に、少なくとも第２の圧電素子を駆動する予備動作を行うので、長期の不使用による残響時間の延長が、予備動作によって、ある程度解消される。

請求項２の発明によれば、制御部が、予備動作時に、それぞれ入出力部を介して入力された各圧電素子の出力に基いて、各送受波ブロックの異常を検出するので、予備動作を異常の検出のために有効に活用することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態はの基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態は、車両に搭載される障害物検出装置であり、図１に示すように、それぞれ圧電素子１を有して圧電素子１により所定の検出範囲Ｚ（図５参照）に対する超音波の送波と受波とが可能な２個の送受波ブロック７と、各送受波ブロック７をそれぞれ制御する制御部８とを備える。上記各部の電源は、車両に搭載されたバッテリ（図示せず）から供給される。

各送受波ブロック７は、それぞれ、圧電素子１と、圧電素子１を駆動して超音波を送波させるために制御部８から出力される電気信号である送波信号を増幅する送波側増幅回路７１と、残響や反射波による振動に伴って圧電素子１に発生した電気信号である受波信号を増幅する受波側増幅回路７２と、受波側増幅回路７２によって増幅された受波信号を検波して制御部８に入力する信号を生成する検波回路７３とを備える。つまり、図６に示した各圧電素子１はそれぞれ異なる送受波ブロック７に含まれるものであり、各送受波ブロック７において送波側増幅回路７１と受波側増幅回路７２とはそれぞれ図６に示した一対のリード線６を介して圧電素子１の両電極に電気的に接続されている。検波回路７３は、図２に示すように、受波側増幅回路７２から入力された受波信号の振幅を所定の弁別閾値と比較し、受波信号の振幅が弁別閾値以上である期間には出力をＨレベルとし、受波信号の振幅が弁別閾値未満である期間には出力をＬレベルとするものである。なお、図２には一方の送受波ブロック７における残響成分Ｌ１を例に挙げているが、反射波の成分Ｅ１，Ｅ２に対する動作や他方の送受波ブロック７における動作も同様である。制御部８は、検波回路７３の出力の立ち上がりのうち反射波に対応すると判断できる立ち上がりのタイミングを反射波が受信されたタイミングとして、図４で説明した動作において用いられる時間ｔ１，ｔ２を決定する。すなわち、送波側増幅回路７１と、受波側増幅回路７２と、検波回路７３とが、請求項における入出力部を構成している。なお、送波側増幅回路７１や受波側増幅回路７２は、雑音を除去するフィルタ回路を含んでいてもよい。また、圧電素子１と制御部８とが互いに離れた位置に配置される場合には、送波側増幅回路７１や受波側増幅回路７２を複数段設けてもよい。

制御部８は、外部から入力される制御信号に応じて、各送受波ブロック７による障害物の検出（検出動作）を行う。検出動作の内容は、図３及び図４を用いて説明した通りであり、送受波ブロック７のうち適宜の一方の圧電素子１が送波用圧電素子とされ、制御部８は、送波用圧電素子とされる圧電素子１に対して送波信号として例えば７２ｋＨｚの矩形波を送波側増幅回路７１を介して入力することにより、他励方式で圧電素子１を駆動する。また、制御信号は、例えば、エンジンの動作状態や、手動操作によりオンオフされて検出動作の入切を指示する検出スイッチの状態や、車両の進行方向及び時速や、電源電圧を示すものであり、制御部８は、エンジンが動作しており、検出スイッチがオンされていて、車両の進行方向が検出範囲Ｚの方向であり、車両の時速が所定の動作時速（例えば時速１０ｋｍ）以下であって、なおかつ、上記バッテリの電源電圧が、検出動作に必要な所定の動作電圧（例えば障害物検出装置の定格電圧が９〜１５Ｖである場合には７Ｖ）よりも高い期間にのみ、定期的に検出動作を行う。検出動作の結果、障害物が検出された場合、検出された障害物の方向及び該障害物との距離を示す報知信号を出力する。報知信号は、例えば、液晶ディスプレイや警報用ブザーなど、使用者への報知用の負荷（図示せず）の制御に用いられる。

また、本実施形態は、制御部８が、始動（電源投入）後、検出動作の前に、各送受波ブロック７の圧電素子１をそれぞれ駆動する予備動作を行うことを特徴とする。具体的には、制御部８は、制御信号に示された情報のうち少なくとも１個が、検出動作が行われるべきでない状態から、検出動作が行われるべき状態に変化したときに予備動作を行う。すなわち、制御部８が予備動作を行うタイミングとしては、エンジンが始動されたタイミングや、検出スイッチがオンされたタイミングや、検出範囲Ｚの方向へ車両が移動を開始したタイミングや、検出範囲Ｚの方向への車両の移動速度が動作時速よりも僅かに高く設定された所定の予備時速（例えば上記のように動作時速が時速１０ｋｍであれば時速２５ｋｍ）よりも高い状態から低い状態に変化したタイミングや、電源電圧が動作電圧よりも低い状態から高い状態に変化したタイミングなどが考えられる。なお、検出動作が行われるのは上記のエンジン動作、検出スイッチ、車両の移動方向及び移動速度、電源電圧といった条件が全て満たされたときであり、エンジンが始動されてから他の条件が満たされるまでに、残響時間の延長が発生するほどの（つまり何年もの）時間が空くことはほぼあり得ないので、エンジンが始動されたときのみ制御部８が予備動作を行うようにしてもよい。予備動作時に圧電素子１を駆動するために制御部８が出力する矩形波の周波数は、例えば検出動作と同様に７２ｋＨｚであり、予備動作における圧電素子１の駆動は、例えば各送受波ブロック７についてそれぞれ２５０μｓずつ５ｍｓおきに５回行なわれる。

本発明者の実験によれば、上記のような予備動作により、課題の項で述べたように長期間の不使用によって長くなった残響時間が短くなること（つまり、残響時間の延長がある程度解消されること）が確認されている。本発明者は、上記のような残響時間の短縮を、圧電素子１の駆動による振動に伴って圧電素子１の電極１１と振動ケース２との接触面の状態が変化して圧電素子１の電極１１と振動ケース２との間の電気的な接続状態が変化したことによるものであると考えている。

ここで、予備動作では必ずしも両方の圧電素子１を駆動する必要はないが、常に一方の圧電素子１（請求項における第１の圧電素子）が送波用圧電素子とされる場合、他方の圧電素子１（請求項における第２の圧電素子）では残響時間が長くなりやすいので、予備動作では少なくとも上記他方の圧電素子１を駆動する必要がある。

さらに、本実施形態では、予備動作において各送受波ブロック７の異常の検出も行っている。具体的には、制御部８は、予備動作における圧電素子１の駆動に伴う残響による出力を各送受波ブロック７からそれぞれ検出し、予備動作における５回の駆動の全てについて、圧電素子１の駆動が開始された後６００μｓ〜８００μｓの期間に検波回路７３の出力がＬレベルであれば、その検波回路７３を含む送受波ブロック７の受波部分（つまり圧電素子１又は受波側増幅回路７２又は検波回路７３又はそれらの間の電気的接続）に異常があると判定する。ただし、１個の送受波ブロック７の圧電素子１の駆動に対し、全ての送受波ブロック７について受波部分に異常があると判定された場合、制御部８は、各送受波ブロック７の受波部分ではなく、駆動された圧電素子１を含む送受波ブロック７の送波部分（つまり圧電素子１又は送波側増幅回路７１又はそれらの間の電気的接続）に異常があると判定する。制御部８は、何らかの異常があると判定されると、異常があると判定された箇所の情報を示す報知信号を外部へ出力する。また、異常があると判定されている状態で、例えばエンジンの始動時や検出スイッチのオン時に予備動作を行ったとき、予備動作における５回の駆動の全てについて、圧電素子１の駆動が開始された後６００μｓ〜８００μｓの期間に検波回路７３の出力がＨレベルであれば、制御部８は、異常から復帰したと判定して、異常からの復帰を示す報知信号を出力する。上記のように予備動作中に出力される報知信号は、障害物検出時に出力される報知信号と同様に、液晶ディスプレイなどの報知用の負荷（図示せず）の制御に用いられる。

さらに、障害物検出装置を複数個用いるシステムにおいては、異常を示す上記のような報知信号を他の障害物検出装置において制御信号として用い、システムを構成するどの障害物検出装置でも異常が検出されていないときのみ検出動作が行われるようにしてもよい。この場合においては、システム中で唯一異常が検出されていた障害物検出装置から復帰を示す制御信号（報知信号）が入力されたとき（つまり、異常が検出されている障害物検出装置がシステム中に存在する状態から存在しない状態に変化したとき）に制御部８が予備動作を行うようにしてもよい。

なお、図６のように各送受波ブロック７の圧電素子１を互いに共通の振動ケース２に固着（つまり、請求項における各振動板を１個の振動ケース２にそれぞれ構成）する代わりに別々の振動ケース２に固着（つまり、請求項における各振動板を別々の振動ケース２に構成）してもよい。この場合であっても、例えば各振動ケース２をそれぞれ共通の保持体５に保持させるなどして１個の圧電素子１の振動による残響が他の圧電素子１でも検出可能となるようにしておけば、上記の予備動作による異常の判定は可能である。

本発明の実施形態を示すブロック図である。 同上の検波回路の動作を示す説明図である。 障害物検出装置の動作の一例を示す説明図である。 障害物検出装置の動作の一例を示す説明図であり、（ａ）は送波用圧電素子への入力信号波形、（ｂ）は一方の圧電素子の出力信号波形、（ｃ）は他方の圧電素子の出力信号波形を示す。 障害物検出装置の使用法の一例を示す説明図である。 障害物検出装置の一例の要部を示す断面図である。 圧電素子と振動ケースとの接続状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 圧電素子
２ 振動ケース
７ 送受波ブロック
８ 制御部
１１，１２ 電極
２２ 出入射面
７１ 送波側増幅回路
７２ 受波側増幅回路
７３ 検波回路

Claims (2)

1. 超音波の送受波により所定の検出範囲内の障害物を検出する障害物検出装置であって、
   導電材料からなり、検出範囲に向けられて超音波が出射及び入射する出入射面を有する２個の振動板と、
   厚さ方向の両面にそれぞれ電極が設けられ一方の電極が振動板の出入射面の反対面に接触導通するように１個ずつの振動板に対して固着された第１及び第２の圧電素子と、
   第１の圧電素子を駆動して超音波を発生させるとともに、該超音波が検出範囲において反射された反射波を各振動板がそれぞれ受けることによって各圧電素子にそれぞれ発生した電気信号に基いて障害物を検出する検出動作を行う制御部とを備え、
   第２の圧電素子は反射波を受波するための受波用圧電素子であって、
   制御部は、検出動作を行う前に、少なくとも第２の圧電素子を駆動する予備動作を行うことを特徴とする障害物検出装置。
2. 各圧電素子について、それぞれ制御部との間に介在して電気信号の増幅を行い圧電素子とともに送受波ブロックを構成する入出力部を備え、
   制御部は、予備動作時に、それぞれ入出力部を介して入力された各圧電素子の出力に基いて、各送受波ブロックの異常を検出することを特徴とする請求項１記載の障害物検出装置。

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