超音波センサの車体への取付け角度計測方法及びその計測システム
【課題】超音波センサのセンサ軸の車体への取付け基準方向に対する取付け角度を定量的にかつ簡便に計測する超音波センサの車体への取付角度計測方法を提供する。
【解決手段】 本発明の超音波センサの車体への取付角度計測方法は、
擬似路面部材２を用いて超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の傾きを計測するステップと、
対称性の計測対象４Ａ、４Ｂを用いて超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾きを計測するステップとからなる。
【解決手段】 本発明の超音波センサの車体への取付角度計測方法は、
擬似路面部材２を用いて超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の傾きを計測するステップと、
対称性の計測対象４Ａ、４Ｂを用いて超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾きを計測するステップとからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサの車体への取付け角度計測方法及びその計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駐車操作支援装置には、超音波ソナーを車体の左右両側面に取付けて、障害物としての物体を検出する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、駐車操作支援装置には、駐車場内を走行中に、自車の左右に存在する他車両を超音波ソナー（以下、超音波センサという）により検出し、その超音波センサにより得られた自車両から他車両までの距離情報を集積して、この距離情報に基づいて駐車可能空間を発見し、その駐車可能空間に自車両を自動的に誘導する構成のものが開発されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０３０７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、駐車操作支援装置では、事故なく自動駐車の目的を達成することができるようにするためには、超音波センサはその上下左右の両方向について、プラス・マイナス１０ｃｍ程度かこれ以下の範囲内の空間認識精度が必要であると考えられている。
【０００６】
ところが、これに対して、超音波センサの車体への取付けの際に、そのセンサ軸は、一般に、取付け基準方向に対して左右方向及び上下方向にそれぞれプラス・マイナス５度程度はズレが発生すると考えられている。
【０００７】
例えば、超音波センサのセンサ軸の取付け角度が取付け基準方向に対して左方向又は右方向に５度傾くと、自車両に対して数ｍ先の物体の位置は、超音波センサが取付け基準方向に取り付けられているときに検出される物体の位置に較べて左方向又は右方向に１０ｃｍを超えてズレる。
【０００８】
すなわち、超音波センサのセンサ軸の取付け角度が取付け基準方向に対して左右方向にズレると、物体の検出位置が左方向又は右方向にズレ、物体の正規の位置を精度良く検出できないという不都合がある。
そのため、高精度のいわゆる狭角の超音波センサを用いて物体の位置検出を行っても、取付け角度の左右方向の誤差により物体の位置を正確に検出できない。
【０００９】
また、例えば、超音波センサのセンサ軸が取付け基準方向に対して下に向いているとすると、超音波センサが車体の路面近くの高さ位置に通常取り付けられるため、超音波センサから発射された超音波の路面からの反射波の反射強度が大きくなり、路面を障害物として誤検知するおそれがある。
【００１０】
これに対して、例えば、超音波センサのセンサ軸が取付け基準方向に対して上向きに取り付けられていた場合、路面からの反射波の反射強度が小さくなるために、路面近くの高さに存在する障害物からの反射波の強度までもが小さくなり、車輪止めや縁石等の高さが低いが車両にとっては重大な障害物（物体）を検知できないという問題が生じる。
すなわち、超音波センサの取付け角度が、取付け基準方向に対して、上下方向に傾いていると、障害物の誤検知や未検知という問題が生じ、超音波センサによる障害物検出の信頼性が低下する。
【００１１】
このように、超音波センサのセンサ軸の車体に対する取付け角度が取付け基準方向に対して左右方向に傾いていたり、上下方向に傾いていたりして、取付け基準方向に対して超音波センサのセンサ軸の角度ズレがあると、超音波センサの障害物に対する検出精度、障害物検出の信頼性が低下する。
【００１２】
そこで、超音波センサのセンサ軸の車体に対する取付け角度が取付け基準方向となるように調整することが必要となる。そのためには、実際に車体に取り付けられている超音波センサの取付け基準方向に対するセンサ軸の取付け角度ズレを計測することが前提となる。
その際、超音波センサのセンサ軸の取付け基準方向に対する取付角度ズレの計測を簡便に行うことができるようにすることが望ましい。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、超音波センサのセンサ軸の車体への取付け基準方向に対する取付け角度を定量的にかつ簡便に計測する超音波センサの車体への取付角度計測方法及びその計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の超音波センサの車体への取付角度計測方法は、擬似路面部材を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測するステップと、
対称性の計測対象を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測するステップとからなることを特徴とする。
請求項２に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システムは、超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の計測対象とを備え、
前記擬似路面部材からの反射波と前記計測対象からの反射波とを受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度と左右方向傾き角度とを計測することを特徴とする。
請求項３に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システムは、超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の一対の計測対象とを備え、
該一対の計測対象が取付け基準方向に対応する計測タイミング位置で等角度に配設されかつ該計測タイミング位置における超音波センサからの距離が互いに異ならされ、前記擬似路面部材からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度を計測し、前記一対の計測対象からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する左右方向傾き角度を計測することを特徴とする。
請求項４に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システムは、前記計測対象が円柱体又は球体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波センサの車体への取付け角度計測方法及びその計測システムによれば、超音波センサのセンサ軸の車体への取付け基準方向に対する取付け角度の計測を定量的にかつ簡便に行うことができる。
ひいては、この取付け基準方向に対する取付け角度のズレ量に基づいて、キャリブレーションを行うことができるし、また、超音波センサが取付け基準方向に向くように調整することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明に係わる超音波センサの車体への取付角度計測方法に用いる擬似路面部材と円柱体と車体に固定の超音波センサとの位置関係を説明するための斜視図である。
【図２】図２は本発明に係わる超音波センサの車体への取付角度計測方法に用いる擬似路面部材と円柱体と車体に固定の超音波センサとの位置関係を説明するための平面図である。
【図３】図３は本発明に係わる超音波センサの車体への固定の一例を示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は本発明に係わる超音波センサの回路構成の一例を示すブロック回路図である。
【図５】図５は超音波の反射波により得られた計測信号の一例を示す波形図である。
【図６】図６は図５に示す計測信号の高調波成分を除去することにより得られた信号波形図である。
【図７】図７は取付け基準方向に対する超音波センサのセンサ軸の上下方向の傾きを説明するための図である。
【図８】図８は図７に示す超音波センサのセンサ軸の傾きに対応する信号波形図である。
【図９】図９は取付け基準方向に対する超音波センサのセンサ軸の左右方向の傾きを説明するための図である。
【図１０】図１０は図９に示す超音波センサのセンサ軸の傾きに対応する信号波形図である。
【図１１】図１１は図６に示す信号波形の再掲図であって、立ち上がり時間とピーク値の取得時間とによって、上下方向の角度計測を行う場合の再掲図である。
【図１２】図１２は図６に示す信号波形の再掲図であって、立ち上がり時間とピーク値とによって上下方向の角度計測を行う場合の再掲図である。
【図１３】図１３は図６に示す信号波形の再掲図であって、複数時点で測定を行うことによって、上下方向の角度計測を行う場合の再掲図である。
【図１４】図１４は上下方向角度と左右方向角度との計測ステップを説明するためのメインフロー図である。
【図１５】図１５は上下方向角度の計測ステップを説明するためのサブフロー図である。
【図１６】図１６は左右方向角度の計測ステップを説明するためのサブフロー図である。
【図１７】図１７は超音波センサの車体への取付角度計測方法に用いる擬似路面部材と１個の円柱体と車体に固定の超音波センサとの位置関係を説明するための平面図である。
【図１８】図１８は図１７に示す擬似路面部材と円柱体とにより得られる信号波形図である。
【図１９】図１９は、経年変化に伴う超音波センサの取付け角度の更新を行う際の更新許容範囲の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１７】
以下、本発明に係わる超音波センサの車体への取付角度計測方法及びその計測システムを図面を参照しつつ説明する。
（実施例１）
図１、図２において、１は車両、２は擬似路面部材、３は搬送レーン、４Ａ、４Ｂは計測対象としての円柱体、５は超音波センサである。
【００１８】
超音波センサ５は、ここでは、図３に拡大して示すように、例えば、車両１の車体前部の側壁パネル１ａに着脱可能に設置されている。車両１は搬送レーン３に載せられて図２に示す矢印Ａ方向に平行に移動されているものとする。
【００１９】
擬似路面部材２には矩形状のシートが用いられている。このシートには、その表面が超音波の波長程度の面の粗さを有するもの、すなわち、その二分の一波長程度の凹凸を有するものが用いられている。擬似路面部材２からの反射波が確実に超音波センサ５に戻って来るようにするためである。
例えば、擬似路面部材２の表面が鏡面のように滑らかな場合には、超音波が元の方向に向かって反射されないので、擬似路面部材２には不向きである。
なお、その凹凸は擬似路面部材２の表面にランダムに配置されているのが望ましい。
【００２０】
その擬似路面部材２は、互いに平行な一対の短辺２ａ、２ａとこの一対の短辺２ａ、２ａに対して直交する長辺２ｂ、２ｂとを有する。
その擬似路面部材２は、一対の短辺２ａ、２ａが搬送レーン３の延びる方向に対して平行となるようにして敷設される。
【００２１】
この擬似路面部材２には、ライン２Ａとライン２Ｂとが線引きされている。ライン２Ａは一方の長辺２ｂから他方の長辺２ｂに向かって一対の短辺２ａ、２ａに対して平行に延びている。
ここでは、擬似路面部材２は、このライン２Ａを搬送レーン３に重ね合わせることにより、搬送レーン３に対して位置決めされる。すなわち、ライン２Ａは搬送レーン３に対する擬似路面部材２の位置決め目盛りとして用いられる。
【００２２】
その擬似路面部材２は、車体への取付け基準方向に対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの上下方向に対する取付け角度を検出するのに用いられる。その擬似路面部材２を用いた計測の詳細については後述する。
【００２３】
ライン２Ｂは、一方の短辺２ａから他方の短辺２ａに向かって一対の長辺２ｂ、２ｂに対して平行に延びている。このライン２Ｂは、ここでは、一対の短辺２ａ、２ａの延びる方向中央位置に形成されている。
このライン２Ｂは、車両１の矢印Ａ方向への移動中にその超音波センサ５による計測タイミングを決定するのに用いられる。
なお、このライン２Ｂは説明の便宜のために設けたもので、計測タイミングを時間により設定する際には必ずしも必要のないものであるが、一対の円柱体４Ａ、４Ｂの配設位置を規定する上から設けることが望ましい。
【００２４】
円柱体４Ａ、４Ｂは、ここでは、擬似路面部材２からの高さが同じとされている。この円柱体４Ａ、４Ｂは擬似路面部材２に形成された位置決め穴（図示を略す）に直立してセットされている。
これにより、円柱体４Ａ、４Ｂの一方の短辺２ａからの距離Ｌ１、Ｌ２、すなわち、超音波センサ５からの距離が規定される。
【００２５】
この円柱体４Ａ、４Ｂは滑らかな周面を有するものを用いるのが望ましい。この円柱体４Ａ、４Ｂは超音波センサ５から射出された超音波の反射波の反射強度により、車体への取付け基準方向に対する超音波センサ５の左右方向の角度ズレを検出するのに用いられる。
【００２６】
なお、ここで、計測対象に線対称性の円柱体４Ａ、４Ｂを用いたが、これは、超音波が円柱体４Ａ、４Ｂに向かっていずれの方向から進行してきたときでも、その超音波の反射波の一部をその超音波の進行方向に対して確実に逆進させることを目的として採用されている。なお、この円柱体４Ａ、４Ｂの代わりに点対称性の球体を吊り下げて用いても良い。
その円柱体４Ａ、４Ｂを用いた計測の詳細については後述する。
【００２７】
その円柱体４Ａと円柱体４Ｂとは、一方の短辺２ａからその円柱体４Ａまでの距離Ｌ１とその一方の短辺２ａから円柱体４Ｂまでの距離Ｌ２とが異なるようにして、ライン２Ｂを挟んで互いに反対側に配置されている。
【００２８】
また、円柱体４Ａと円柱体４Ｂとが一方の短辺２ａから仮に等距離の位置にあったとして、両円柱体４Ａ、４Ｂがライン２Ｂを境にして対称位置にあると仮想したときの仮想円柱体を符号４Ｂ’で表し、ライン２Ｂの延長線上の任意の点をＱとしたとき、円柱体４Ｂは点Ｑと仮想円柱体４Ｂ’の中心とを結ぶ線分ＱＢ’の延長線上に存在するようにして、擬似路面部材２に配置される。
すなわち、点Ｑと円柱体４Ａの中心とを結ぶ線分ＱＡのライン２Ｂに対する角度θ１と、仮想線分ＱＢ’の為す角度θ２とが等しくなるような位置に、円柱体４Ｂは配置されている。
【００２９】
超音波センサ５には、図４に模式的に示すように、その筐体５ａの内部に、演算処理装置（ＣＰＵ）５ｂと、発振器５ｃと、送受信機５ｄと、増幅回路（Ａｍｐ）５ｅと、検波回路５ｆとが設けられている。
そのＣＰＵ５ｂは、図２に示すように、車体に設置のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６との間で送受信を行う。
【００３０】
ＣＰＵ５ｂは、ＥＣＵ６の超音波発信指令に基づき、トリガ信号を発振器５ｃに出力する。発振器５ｃはそのトリガ信号に基づき送受信機５ｄの例えば圧電振子（図示を略す）を駆動する。この圧電素子により、例えば、金属製の振動板（図示を略す）が振動され、この振動板の振動により超音波ＳＷが発射される。
【００３１】
その超音波ＳＷは、障害物としての物体、ここでは、擬似路面部材２、計測対象としての円柱体４Ａ、４Ｂにより反射される。その反射波ＲＷの一部は、その超音波ＳＷの進行方向に対して逆進されて、その一部が送受信機５ｄに受信される。
【００３２】
送受信機５ｄは、その反射波ＲＷを計測信号としての電気信号に変換し、この電気信号は増幅回路５ｅにより増幅され、その増幅信号は検波回路５ｆを経由してＣＰＵ５ｂに入力される。
ＣＰＵ５ｂはその増幅信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に基づき、計測対象までの距離等を演算する。その結果は、ＥＣＵ６に送信され、ＥＣＵ６はその結果に基づき、車両に対する自動制御を行う。
ここでは、超音波センサ５にＣＰＵ５ｂを組み込む構成としているが、この構成は一例であって、ＥＣＵ６にＣＰＵ５ｂが有する機能を持たせても良い。
【００３３】
超音波センサ５には、狭角タイプのもの、例えば、発振周波数が６０ＫＨｚ程度のものが用いられる。その超音波ＳＷの反射波ＲＷにより得られた計測信号の一例を図５に示す。
その図５は、擬似路面部材２、円柱体４Ａ、４Ｂに基づき反射された反射波ＲＷに基づく計測信号を模式的に示している。その図５において、横軸は時間であり、縦軸は反射波の反射強度に対応する計測信号の強度（大きさ）を示している。
【００３４】
送受信機５ｄには、擬似路面部材２、円柱体４Ａ、４Ｂの各箇所で反射された超音波ＳＷの反射波ＲＷが互いに異なる時間に到達するので、一般的には、計測信号は互いに異なる箇所により反射された反射波ＲＷの干渉に基づく干渉信号となる。
その図５において、ＲＷ１は超音波Ｓの周波数（６０ＫＨｚ）に基づく高調波信号成分を示し、ＲＷ２は擬似路面部材２による反射に基づく干渉信号成分を示し、ＲＷ３、ＲＷ４は円柱体４Ａ、４Ｂによる反射に基づく干渉信号成分をそれぞれ示している。
【００３５】
高調波信号成分ＲＷ１、干渉信号成分ＲＷ２が存在すると、計測信号の処理の際の邪魔になる。検波回路５ｆは、この高調波信号成分ＲＷ１、干渉信号成分ＲＷ２を除去して、包絡線に基づく信号波形Ｈを得るために用いられる。
ＣＰＵ５ｂは、検波回路５ｆの遮断周波数を変更し、例えば、２０ＫＨｚ以上の高調波信号成分を除去するようにしている。すなわち、検波回路５ｆは低周波信号成分のみを通過させる役割を果たす。
その遮断周波数は、実際の路面状況に応じて適宜設定できるものとされている。
【００３６】
図６には、図５に示す高調波信号成分を除去した後の計測信号の信号波形が示されている。その図６において、横軸は時間であり、縦軸は反射強度に対応する計測波形の大きさである。
この図６において、符号Ｐ１は円柱体４Ａからの反射波ＲＷに基づく信号波形、符号Ｐ２は円柱体４Ｂからの反射波ＲＷに基づく信号波形、符号Ｐ３は擬似路面部材２からの反射波ＲＷに基づく信号波形である。
【００３７】
なお、計測信号は検波回路５ｆを通して高調波信号成分を除去する際に、その信号の大きさが若干低くなると共に若干の時間的広がりを持つこととなるが、センサ軸ＳＡの角度の計測には支障がない程度のものである。
【００３８】
また、なお、この実施例では、遮断周波数を変更して、検波回路５ｆを通過する計測信号の高調波成分を除去するようにしているが、検波回路５ｆの遮断周波数を２０ＫＨｚ程度に固定して、高調波成分を除去する構成とすることもできる。
この構成を採用する場合には、ＣＰＵ５ｂに検波回路５ｆの変更指令機能を持たせる必要はない。
【００３９】
次に、本発明に係わる超音波センサ５の角度計測の原理に基づき図７（ａ）〜図７（ｃ）、図８（ａ）〜図８（ｃ）、図９（ａ）〜図９（ｃ）、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に基づき説明する。
図７（ａ）〜図７（ｃ）は超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの上下方向の傾きを示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）はその超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの各傾きに対応する計測信号の強度と時間との関係を示している。その取付け基準方向ＳＲは水平とする。
【００４０】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの左右方向の傾きを示している。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）はその超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの各傾きに対応する計測信号の強度と時間との関係を示している。取付け基準方向はライン２Ｂと平行な方向とする。
【００４１】
まず、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向（水平方向）ＳＲに対する上下方向の傾き角の計測について説明する。
図７（ａ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して上を向いているとすると、超音波ＳＷが擬似路面部材２に到達するまでの時間、及び、その擬似路面部材２により反射された反射波ＲＷが超音波センサ５に戻って来るまでの時間が長くなる。また、一般に、超音波ＳＷは距離が長くなればなるほど減衰量が増大し、これに伴って、その反射波ＲＷの減衰量も増大する。
【００４２】
従って、超音波ＳＷから発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの時間（計測信号の立ち上がり時間）ｔ０は図８（ａ）に示すように長くなる。同様に、超音波ＳＷが発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１も長くなる。
その一方、その信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶの大きさは小さい。更に、各時刻で得られた計測信号値を積算することにより得られる信号波形Ｐ３の積分値も小さい。
【００４３】
図７（ｃ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して、上向きの角度θと等しい角度θだけ下を向いているとすると、超音波ＳＷが擬似路面部材２に到達するまでの時間、及び、その擬似路面部材２により反射された反射波ＲＷが超音波センサ５に戻って来るまでの時間が短くなる。また、一般に、超音波ＳＷは距離が短くなればなるほど減衰量が減少し、これに伴って、その反射波ＲＷも減衰量も減少する。
【００４４】
従って、超音波ＳＷが発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの時間（計測信号の立ち上がり時間）ｔ０は図８（ｃ）に示すように短くなる。同様に、超音波ＳＷから発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１も短くなる。
その一方、その信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶの大きさは大きくなる。更に、各時刻で得られた計測信号値を積算することにより得られる信号波形Ｐ３の積分値も大きくなる。
【００４５】
図７（ｂ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向（水平方向）ＳＲを向いているとすると、超音波ＳＷが擬似路面部材２に到達するまでの時間、及び、その擬似路面部材２により反射された反射波ＲＷが超音波センサ５に戻って来るまでの時間は超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
【００４６】
また、超音波ＳＷ、反射波ＲＷの減衰量も超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の値となる。
従って、超音波ＳＷが発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの時間（計測信号の立ち上がり時間）ｔ０は図８（ｂ）に示すように超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
【００４７】
同様に、超音波ＳＷが発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１も超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
更に、その信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶの大きさも超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の値となり、各時刻で得られた計測信号値を積算することにより得られる信号波形Ｐ３の積分値も超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
【００４８】
従って、実験的に、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け角度と超音波ＳＷが発射されてからその反射波ＲＷの立ち上がりに対応する信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０、信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られる時間ｔ１、信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶ、信号波形Ｐ３の積算値を測定し、これらのデータを、取付け角度ＳＲに関連づけてＣＰＵ５ｂのメモリに保存しておけば、擬似路面部材２に対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの実際の取付角度θが上向きであるのか下向きであるのかを含めて定量的に計測可能である。
【００４９】
次に、超音波センサ５の取付け基準方向（ライン２Ｂと平行な方向）ＳＲに対する左右方向の傾き角の計測について説明する。
図９（ａ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して左に角度φだけ傾いていたとする。超音波センサ５がライン２Ｂの延長上に位置するタイミングで超音波ＳＷを発射させるものとすると、センサ軸ＳＡが円柱体４Ａの方向に向いていることと、超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離に較べて短いこととによって、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きくなる。
【００５０】
その一方、センサ軸ＳＡが円柱体４Ｂから大きく離れた方向に向いていることと、超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離に較べて長いこととによって、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度は円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さくなる。
【００５１】
なお、その超音波センサ５の超音波ＳＷの発射時点からその円柱体４Ａによる反射波ＲＷのピーク値ＰＶ’が得られるまでの時間ｔ１’は超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が一定であるので略一定である。また、その超音波センサ５の超音波ＳＷの発射時点からその円柱体４Ｂによる反射波ＲＷのピーク値ＰＶ”が得られるまでの時間ｔ２’も超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離が一定であるので略一定である。
【００５２】
従って、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対していずれの方向に向いていようとも、時間ｔ１’から時間ｔ２’までの時間間隔Ｔは一定である。
その結果、図９（ａ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して左に傾いていた場合、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に対応して、図１０（ａ）に示すような信号波形Ｐ１、Ｐ２が得られることになる。
【００５３】
すなわち、円柱体４Ａからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ１のピーク値ＰＶ’を、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ２のピーク値ＰＶ”で割ったときに得られる強度比が大きい。
【００５４】
これに対して、図９（ｃ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して右に同じ角度φだけ傾いていたとする。超音波センサ５がライン２Ｂの延長上に位置するタイミングで超音波ＳＷを発射させるものとすると、センサ軸ＳＡが円柱体４Ｂの方向に向いているので、超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離に較べて長くても、超音波センサ５の指向性に起因して、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度が図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きくなる。
【００５５】
その一方、センサ軸ＳＡが円柱体４Ａから大きく離れた方向に向いているので、超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離に較べて短くても、超音波の指向性に起因して、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さくなる。
【００５６】
その結果、図９（ｃ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して右に傾いていた場合、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波の反射強度に対応して、図１０（ｃ）に示すような信号波形が得られることになる。
すなわち、円柱体４Ａからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ１のピーク値ＰＶ’を、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ２のピーク値ＰＶ”で割ったときに得られる強度比が小さい。
【００５７】
これらに対して、図９（ｂ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して平行であるとして、超音波センサ５がライン２Ｂの延長上に位置するタイミングで超音波ＳＷを発射させるものとする。
【００５８】
この場合、センサ軸ＳＡが円柱体４Ａと円柱体４Ｂとの中間方向、すなわち、取付け基準方向ＳＲに向いているので、超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が短くても、超音波センサ５の指向性に起因して、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さくなる。
しかしながら、センサ軸ＳＡは円柱体４Ａから大きく離れた方向には向いていないので、その反射強度は図９（ｃ）に示す場合の円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きい。
【００５９】
他方、超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離は超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離に較べて長いけれども、センサ軸ＳＡは円柱体４Ｂから大きく離れた方向には向いていないので、その反射強度は図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きい。
しかしながら、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡは円柱体４Ｂには向いていないので、その反射強度は、図９（ｃ）に示す場合の円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さい。
【００６０】
その結果、図９（ｂ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して平行である場合、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波の反射強度に対応して、図１０（ｂ）に示すような信号波形が得られることになる。
すなわち、円柱体４Ａからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ１のピーク値ＰＶ’を、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ２のピーク値ＰＶ”で割ったときに得られる強度比は、図９（ａ）に示すように超音波センサ５が左に傾いているときに得られる強度比と図９（ｃ）示すように超音波センサ５が右に傾いているときに得られる強度比との中間値となる。
【００６１】
従って、実験的に、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け角度と各円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度とを計測し、この反射波ＲＷの反射強度に対応する信号波形Ｐ１、Ｐ２のピーク値ＰＶ’、ＰＶ”をそれそれ取得し、これらの強度比と取付け角度φとを関連づけて、ＣＰＵ５ｂのメモリに保存しておけば、ライン２Ｂに対する超音波センサ５の取付角度φが左向きであるのか右向きであるのかを含めて定量的に計測可能である。
なお、これらの事前データは複数個あれば十分であり、実際の角度は、これらの事前データに基づき補間演算を行うことにより求めることができる。又は、事前データに基づき演算関数をソフトウエア的に構築して、この演算関数を用いて、実際の角度を求めることができる。
【００６２】
以上の説明では、擬似路面部材２を用いて、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの上下方向についての傾きを、図１１に再掲するように、超音波ＳＷが発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０及び超音波ＳＷから発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１を計測したり、図１２に再掲するように、擬似路面部材２による反射波ＲＷのピーク値ＰＶを求めたりして計測することとして説明した。
【００６３】
しかしながら、これに限られるものではなく、図１３に示すように、計測時点を複数の時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で区切って、立ち上がり時間ｔ０、時間ｔ１、計測時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３での信号波形Ｐ３の計測値Ｖ１’、Ｖ２’、Ｖ３’、信号波形Ｐ３の消失時点までの時間ｔ３を取得し、これらの計測値に基づいて取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの傾き角度θを求めるようにしても良い。
【００６４】
次に、超音波センサ５の取付け角度の計測手順を図１４〜図１６に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ＣＰＵ５ｂは、図１４に示すように、検波回路５ｆの遮断周波数を例えば４０ＫＨｚから２０ＫＨｚに変更する（Ｓ．１）。
ついで、ＣＰＵ５ｂは上下方向の取付け角度θの傾き計測を行う（Ｓ．２）。車両１がライン２Ｂを横切る直前のタイミングで、超音波センサ５から超音波ＳＷを発射させる。ＣＰＵ５ｂは擬似路面部材２、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷを受信して、図１５に示すように、擬似路面部材２からの反射波ＲＷの反射強度を取得する（Ｓ．２１）。
【００６５】
ついで、ＣＰＵ５ｂのメモリにあらかじめ保存されている事前データと比較する（Ｓ．２２）。これにより、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの上下方向の傾き角度θを取得する。
ついで、ＣＰＵ５ｂは、超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度φの計測を行う（Ｓ．３）。
まず、ＣＰＵ５ｂは、図１６に示すように、車両１がライン２Ｂを横切る直前から横切った直後までの間での各円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射波強度を計測する（Ｓ．３１）。
【００６６】
超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の角度ズレに伴って、各円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射波強度が変化するので、この超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の角度ズレに伴って生じる反射波強度を補正する（Ｓ．３２）。
なお、この補正値も事前に実験により求めることができ、この補正データもあらかじめＣＰＵ５ｂのメモリに保存されている。
【００６７】
ついで、ＣＰＵ５ｂは、円柱体４Ａに対する円柱体４Ｂの強度比を演算する（Ｓ．３３）。ＣＰＵ５ｂはこれらの強度比をメモリに保存されている事前データと比較して、超音波センサ５の取付け基準方向に対する左右方向の傾き角度φを計測する（Ｓ．３４）
ついで、ＣＰＵ５ｂは、検波回路５ｆの遮断周波数を元の周波数、例えば、４０ＫＨｚに復帰させる（Ｓ．４）。
これにより、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５の上下方向の傾き角θ、左右方向の傾き角φを定量的に取得する。
【００６８】
なお、この実施例では、２個の円柱体４Ａ、４Ｂを用いて、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左右に傾いている場合の計測手順について説明したが、三個以上の円柱体を用いて、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対する左右に傾いているときの傾き角φを計測できる。
ただし、円柱体４Ａ、４Ｂの配設個数を増すと、擬似路面部材２からの反射波ＲＷが減少するので、かつ、擬似路面部材２からの反射波ＲＷと各円柱体からの反射波ＲＷとの間で干渉が増大し、信号波形が複雑化するので、円柱体の配設個数は適宜の個数とすることが望ましい。
【００６９】
（実施例２）
図１７、図１８は円柱体４Ａの配設個数が１個の場合の取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５の左右方向の角度計測についての実施例を説明するための説明図である。
図１７に示すように、車両１がライン２Ｂを横切る直前から横切った直後に超音波ＳＷを発射すると、擬似路面部材２、円柱体４Ａによる超音波ＳＷの反射波ＲＷに基づく信号波形Ｈが図１８に示すように得られる。
【００７０】
この図１８において、図６に示す技術用語と同一技術用語については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の傾き角度の計測については、実施例１と同様である。
超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度φの計測には、円柱体４Ａからの反射波ＳＷの反射強度に対応する信号波形Ｐ１のピーク強度ＰＶ’を用いる。
【００７１】
例えば、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左に傾いているとすると、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが円柱体４Ａの中心に近づくので、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が大きくなる。
また、例えば、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左に向いたときの角度と同じ角度だけ右に傾いているとすると、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが円柱体４Ａの中心から離れることになるので、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が小さくなる。
【００７２】
更に、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して平行であるとすると、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが円柱体４Ａの中心から適宜の位置に存在することになるので、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度は、センサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左に傾いていたときに得られる反射強度とセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して右に同じ角度だけ傾いていたときに得られる反射強度との中間値になる。
【００７３】
従って、左右方向の角度と計測により得られたピーク強度ＰＶ’との関係を予めＣＰＵ５ｂのメモリに記憶させておくことにより、１個の円柱体４Ａを用いて、車体に取り付けられた超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度を計測できる。
【００７４】
（実施例３）
超音波センサ５の車両１に対する取付角度は、経年変化によりズレることがある。また、車体１に加わる加重の不均一性によって、車両１の運転中に、超音波センサ５の車両１に対する取付け角度が変化することもある。
そこで、このような場合には、実際の路面に照射して、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０のシフト量と信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１のシフト量を計測する。
【００７５】
擬似路面部材２により得られた信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０とこの信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１とが予めわかっているので、シフト量に基づき、超音波センサ５の運転中の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の取付角度のズレ量を演算できる。
【００７６】
なお、反射波ＲＷの反射強度は実際の路面の状況によって変化するので、このシフト量の補正には用いることはできない。
また、予測できない障害物によって誤計測が生じるのを回避するため、図１９に示すように、立ち上がり時間ｔ０とピーク値ＰＶの取得時間ｔ１との組み合わせによる更新許容範囲ＷをあらかじめＣＰＵ５ｂのメモリに記憶させ、この更新許容範囲Ｗ内の組み合わせのときのみ、超音波センサ５の取付け角度θの更新を行うことにすれば、超音波センサ５の角度ズレの更新精度を向上させることができる。
【００７７】
また、これらの実施例では、円柱体４Ａ、４Ｂを擬似路面部材２に直立させた状態で、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの傾きを計測することにして説明したが、円柱体４Ａ、４Ｂを取り除いた状態で、擬似路面部材２を用いて超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の傾き角度θと、円柱体４Ａ、４Ｂをセットした状態での円柱体４Ａ、４Ｂを用いて超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度φとを別々に行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、自走式機械全般、例えば、工場内の搬送ロボット等の超音波センサ５のキャリブレーション等に応用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
２…擬似路面部材
４Ａ、４Ｂ…円柱体（計測対象）
５…超音波センサ
ＳＡ…センサ軸
ＳＲ…取付け基準方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサの車体への取付け角度計測方法及びその計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駐車操作支援装置には、超音波ソナーを車体の左右両側面に取付けて、障害物としての物体を検出する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、駐車操作支援装置には、駐車場内を走行中に、自車の左右に存在する他車両を超音波ソナー（以下、超音波センサという）により検出し、その超音波センサにより得られた自車両から他車両までの距離情報を集積して、この距離情報に基づいて駐車可能空間を発見し、その駐車可能空間に自車両を自動的に誘導する構成のものが開発されつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０３０７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、駐車操作支援装置では、事故なく自動駐車の目的を達成することができるようにするためには、超音波センサはその上下左右の両方向について、プラス・マイナス１０ｃｍ程度かこれ以下の範囲内の空間認識精度が必要であると考えられている。
【０００６】
ところが、これに対して、超音波センサの車体への取付けの際に、そのセンサ軸は、一般に、取付け基準方向に対して左右方向及び上下方向にそれぞれプラス・マイナス５度程度はズレが発生すると考えられている。
【０００７】
例えば、超音波センサのセンサ軸の取付け角度が取付け基準方向に対して左方向又は右方向に５度傾くと、自車両に対して数ｍ先の物体の位置は、超音波センサが取付け基準方向に取り付けられているときに検出される物体の位置に較べて左方向又は右方向に１０ｃｍを超えてズレる。
【０００８】
すなわち、超音波センサのセンサ軸の取付け角度が取付け基準方向に対して左右方向にズレると、物体の検出位置が左方向又は右方向にズレ、物体の正規の位置を精度良く検出できないという不都合がある。
そのため、高精度のいわゆる狭角の超音波センサを用いて物体の位置検出を行っても、取付け角度の左右方向の誤差により物体の位置を正確に検出できない。
【０００９】
また、例えば、超音波センサのセンサ軸が取付け基準方向に対して下に向いているとすると、超音波センサが車体の路面近くの高さ位置に通常取り付けられるため、超音波センサから発射された超音波の路面からの反射波の反射強度が大きくなり、路面を障害物として誤検知するおそれがある。
【００１０】
これに対して、例えば、超音波センサのセンサ軸が取付け基準方向に対して上向きに取り付けられていた場合、路面からの反射波の反射強度が小さくなるために、路面近くの高さに存在する障害物からの反射波の強度までもが小さくなり、車輪止めや縁石等の高さが低いが車両にとっては重大な障害物（物体）を検知できないという問題が生じる。
すなわち、超音波センサの取付け角度が、取付け基準方向に対して、上下方向に傾いていると、障害物の誤検知や未検知という問題が生じ、超音波センサによる障害物検出の信頼性が低下する。
【００１１】
このように、超音波センサのセンサ軸の車体に対する取付け角度が取付け基準方向に対して左右方向に傾いていたり、上下方向に傾いていたりして、取付け基準方向に対して超音波センサのセンサ軸の角度ズレがあると、超音波センサの障害物に対する検出精度、障害物検出の信頼性が低下する。
【００１２】
そこで、超音波センサのセンサ軸の車体に対する取付け角度が取付け基準方向となるように調整することが必要となる。そのためには、実際に車体に取り付けられている超音波センサの取付け基準方向に対するセンサ軸の取付け角度ズレを計測することが前提となる。
その際、超音波センサのセンサ軸の取付け基準方向に対する取付角度ズレの計測を簡便に行うことができるようにすることが望ましい。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、超音波センサのセンサ軸の車体への取付け基準方向に対する取付け角度を定量的にかつ簡便に計測する超音波センサの車体への取付角度計測方法及びその計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の超音波センサの車体への取付角度計測方法は、擬似路面部材を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測するステップと、
対称性の計測対象を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測するステップとからなることを特徴とする。
請求項２に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システムは、超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の計測対象とを備え、
前記擬似路面部材からの反射波と前記計測対象からの反射波とを受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度と左右方向傾き角度とを計測することを特徴とする。
請求項３に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システムは、超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の一対の計測対象とを備え、
該一対の計測対象が取付け基準方向に対応する計測タイミング位置で等角度に配設されかつ該計測タイミング位置における超音波センサからの距離が互いに異ならされ、前記擬似路面部材からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度を計測し、前記一対の計測対象からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する左右方向傾き角度を計測することを特徴とする。
請求項４に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システムは、前記計測対象が円柱体又は球体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波センサの車体への取付け角度計測方法及びその計測システムによれば、超音波センサのセンサ軸の車体への取付け基準方向に対する取付け角度の計測を定量的にかつ簡便に行うことができる。
ひいては、この取付け基準方向に対する取付け角度のズレ量に基づいて、キャリブレーションを行うことができるし、また、超音波センサが取付け基準方向に向くように調整することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明に係わる超音波センサの車体への取付角度計測方法に用いる擬似路面部材と円柱体と車体に固定の超音波センサとの位置関係を説明するための斜視図である。
【図２】図２は本発明に係わる超音波センサの車体への取付角度計測方法に用いる擬似路面部材と円柱体と車体に固定の超音波センサとの位置関係を説明するための平面図である。
【図３】図３は本発明に係わる超音波センサの車体への固定の一例を示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は本発明に係わる超音波センサの回路構成の一例を示すブロック回路図である。
【図５】図５は超音波の反射波により得られた計測信号の一例を示す波形図である。
【図６】図６は図５に示す計測信号の高調波成分を除去することにより得られた信号波形図である。
【図７】図７は取付け基準方向に対する超音波センサのセンサ軸の上下方向の傾きを説明するための図である。
【図８】図８は図７に示す超音波センサのセンサ軸の傾きに対応する信号波形図である。
【図９】図９は取付け基準方向に対する超音波センサのセンサ軸の左右方向の傾きを説明するための図である。
【図１０】図１０は図９に示す超音波センサのセンサ軸の傾きに対応する信号波形図である。
【図１１】図１１は図６に示す信号波形の再掲図であって、立ち上がり時間とピーク値の取得時間とによって、上下方向の角度計測を行う場合の再掲図である。
【図１２】図１２は図６に示す信号波形の再掲図であって、立ち上がり時間とピーク値とによって上下方向の角度計測を行う場合の再掲図である。
【図１３】図１３は図６に示す信号波形の再掲図であって、複数時点で測定を行うことによって、上下方向の角度計測を行う場合の再掲図である。
【図１４】図１４は上下方向角度と左右方向角度との計測ステップを説明するためのメインフロー図である。
【図１５】図１５は上下方向角度の計測ステップを説明するためのサブフロー図である。
【図１６】図１６は左右方向角度の計測ステップを説明するためのサブフロー図である。
【図１７】図１７は超音波センサの車体への取付角度計測方法に用いる擬似路面部材と１個の円柱体と車体に固定の超音波センサとの位置関係を説明するための平面図である。
【図１８】図１８は図１７に示す擬似路面部材と円柱体とにより得られる信号波形図である。
【図１９】図１９は、経年変化に伴う超音波センサの取付け角度の更新を行う際の更新許容範囲の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１７】
以下、本発明に係わる超音波センサの車体への取付角度計測方法及びその計測システムを図面を参照しつつ説明する。
（実施例１）
図１、図２において、１は車両、２は擬似路面部材、３は搬送レーン、４Ａ、４Ｂは計測対象としての円柱体、５は超音波センサである。
【００１８】
超音波センサ５は、ここでは、図３に拡大して示すように、例えば、車両１の車体前部の側壁パネル１ａに着脱可能に設置されている。車両１は搬送レーン３に載せられて図２に示す矢印Ａ方向に平行に移動されているものとする。
【００１９】
擬似路面部材２には矩形状のシートが用いられている。このシートには、その表面が超音波の波長程度の面の粗さを有するもの、すなわち、その二分の一波長程度の凹凸を有するものが用いられている。擬似路面部材２からの反射波が確実に超音波センサ５に戻って来るようにするためである。
例えば、擬似路面部材２の表面が鏡面のように滑らかな場合には、超音波が元の方向に向かって反射されないので、擬似路面部材２には不向きである。
なお、その凹凸は擬似路面部材２の表面にランダムに配置されているのが望ましい。
【００２０】
その擬似路面部材２は、互いに平行な一対の短辺２ａ、２ａとこの一対の短辺２ａ、２ａに対して直交する長辺２ｂ、２ｂとを有する。
その擬似路面部材２は、一対の短辺２ａ、２ａが搬送レーン３の延びる方向に対して平行となるようにして敷設される。
【００２１】
この擬似路面部材２には、ライン２Ａとライン２Ｂとが線引きされている。ライン２Ａは一方の長辺２ｂから他方の長辺２ｂに向かって一対の短辺２ａ、２ａに対して平行に延びている。
ここでは、擬似路面部材２は、このライン２Ａを搬送レーン３に重ね合わせることにより、搬送レーン３に対して位置決めされる。すなわち、ライン２Ａは搬送レーン３に対する擬似路面部材２の位置決め目盛りとして用いられる。
【００２２】
その擬似路面部材２は、車体への取付け基準方向に対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの上下方向に対する取付け角度を検出するのに用いられる。その擬似路面部材２を用いた計測の詳細については後述する。
【００２３】
ライン２Ｂは、一方の短辺２ａから他方の短辺２ａに向かって一対の長辺２ｂ、２ｂに対して平行に延びている。このライン２Ｂは、ここでは、一対の短辺２ａ、２ａの延びる方向中央位置に形成されている。
このライン２Ｂは、車両１の矢印Ａ方向への移動中にその超音波センサ５による計測タイミングを決定するのに用いられる。
なお、このライン２Ｂは説明の便宜のために設けたもので、計測タイミングを時間により設定する際には必ずしも必要のないものであるが、一対の円柱体４Ａ、４Ｂの配設位置を規定する上から設けることが望ましい。
【００２４】
円柱体４Ａ、４Ｂは、ここでは、擬似路面部材２からの高さが同じとされている。この円柱体４Ａ、４Ｂは擬似路面部材２に形成された位置決め穴（図示を略す）に直立してセットされている。
これにより、円柱体４Ａ、４Ｂの一方の短辺２ａからの距離Ｌ１、Ｌ２、すなわち、超音波センサ５からの距離が規定される。
【００２５】
この円柱体４Ａ、４Ｂは滑らかな周面を有するものを用いるのが望ましい。この円柱体４Ａ、４Ｂは超音波センサ５から射出された超音波の反射波の反射強度により、車体への取付け基準方向に対する超音波センサ５の左右方向の角度ズレを検出するのに用いられる。
【００２６】
なお、ここで、計測対象に線対称性の円柱体４Ａ、４Ｂを用いたが、これは、超音波が円柱体４Ａ、４Ｂに向かっていずれの方向から進行してきたときでも、その超音波の反射波の一部をその超音波の進行方向に対して確実に逆進させることを目的として採用されている。なお、この円柱体４Ａ、４Ｂの代わりに点対称性の球体を吊り下げて用いても良い。
その円柱体４Ａ、４Ｂを用いた計測の詳細については後述する。
【００２７】
その円柱体４Ａと円柱体４Ｂとは、一方の短辺２ａからその円柱体４Ａまでの距離Ｌ１とその一方の短辺２ａから円柱体４Ｂまでの距離Ｌ２とが異なるようにして、ライン２Ｂを挟んで互いに反対側に配置されている。
【００２８】
また、円柱体４Ａと円柱体４Ｂとが一方の短辺２ａから仮に等距離の位置にあったとして、両円柱体４Ａ、４Ｂがライン２Ｂを境にして対称位置にあると仮想したときの仮想円柱体を符号４Ｂ’で表し、ライン２Ｂの延長線上の任意の点をＱとしたとき、円柱体４Ｂは点Ｑと仮想円柱体４Ｂ’の中心とを結ぶ線分ＱＢ’の延長線上に存在するようにして、擬似路面部材２に配置される。
すなわち、点Ｑと円柱体４Ａの中心とを結ぶ線分ＱＡのライン２Ｂに対する角度θ１と、仮想線分ＱＢ’の為す角度θ２とが等しくなるような位置に、円柱体４Ｂは配置されている。
【００２９】
超音波センサ５には、図４に模式的に示すように、その筐体５ａの内部に、演算処理装置（ＣＰＵ）５ｂと、発振器５ｃと、送受信機５ｄと、増幅回路（Ａｍｐ）５ｅと、検波回路５ｆとが設けられている。
そのＣＰＵ５ｂは、図２に示すように、車体に設置のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６との間で送受信を行う。
【００３０】
ＣＰＵ５ｂは、ＥＣＵ６の超音波発信指令に基づき、トリガ信号を発振器５ｃに出力する。発振器５ｃはそのトリガ信号に基づき送受信機５ｄの例えば圧電振子（図示を略す）を駆動する。この圧電素子により、例えば、金属製の振動板（図示を略す）が振動され、この振動板の振動により超音波ＳＷが発射される。
【００３１】
その超音波ＳＷは、障害物としての物体、ここでは、擬似路面部材２、計測対象としての円柱体４Ａ、４Ｂにより反射される。その反射波ＲＷの一部は、その超音波ＳＷの進行方向に対して逆進されて、その一部が送受信機５ｄに受信される。
【００３２】
送受信機５ｄは、その反射波ＲＷを計測信号としての電気信号に変換し、この電気信号は増幅回路５ｅにより増幅され、その増幅信号は検波回路５ｆを経由してＣＰＵ５ｂに入力される。
ＣＰＵ５ｂはその増幅信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号に基づき、計測対象までの距離等を演算する。その結果は、ＥＣＵ６に送信され、ＥＣＵ６はその結果に基づき、車両に対する自動制御を行う。
ここでは、超音波センサ５にＣＰＵ５ｂを組み込む構成としているが、この構成は一例であって、ＥＣＵ６にＣＰＵ５ｂが有する機能を持たせても良い。
【００３３】
超音波センサ５には、狭角タイプのもの、例えば、発振周波数が６０ＫＨｚ程度のものが用いられる。その超音波ＳＷの反射波ＲＷにより得られた計測信号の一例を図５に示す。
その図５は、擬似路面部材２、円柱体４Ａ、４Ｂに基づき反射された反射波ＲＷに基づく計測信号を模式的に示している。その図５において、横軸は時間であり、縦軸は反射波の反射強度に対応する計測信号の強度（大きさ）を示している。
【００３４】
送受信機５ｄには、擬似路面部材２、円柱体４Ａ、４Ｂの各箇所で反射された超音波ＳＷの反射波ＲＷが互いに異なる時間に到達するので、一般的には、計測信号は互いに異なる箇所により反射された反射波ＲＷの干渉に基づく干渉信号となる。
その図５において、ＲＷ１は超音波Ｓの周波数（６０ＫＨｚ）に基づく高調波信号成分を示し、ＲＷ２は擬似路面部材２による反射に基づく干渉信号成分を示し、ＲＷ３、ＲＷ４は円柱体４Ａ、４Ｂによる反射に基づく干渉信号成分をそれぞれ示している。
【００３５】
高調波信号成分ＲＷ１、干渉信号成分ＲＷ２が存在すると、計測信号の処理の際の邪魔になる。検波回路５ｆは、この高調波信号成分ＲＷ１、干渉信号成分ＲＷ２を除去して、包絡線に基づく信号波形Ｈを得るために用いられる。
ＣＰＵ５ｂは、検波回路５ｆの遮断周波数を変更し、例えば、２０ＫＨｚ以上の高調波信号成分を除去するようにしている。すなわち、検波回路５ｆは低周波信号成分のみを通過させる役割を果たす。
その遮断周波数は、実際の路面状況に応じて適宜設定できるものとされている。
【００３６】
図６には、図５に示す高調波信号成分を除去した後の計測信号の信号波形が示されている。その図６において、横軸は時間であり、縦軸は反射強度に対応する計測波形の大きさである。
この図６において、符号Ｐ１は円柱体４Ａからの反射波ＲＷに基づく信号波形、符号Ｐ２は円柱体４Ｂからの反射波ＲＷに基づく信号波形、符号Ｐ３は擬似路面部材２からの反射波ＲＷに基づく信号波形である。
【００３７】
なお、計測信号は検波回路５ｆを通して高調波信号成分を除去する際に、その信号の大きさが若干低くなると共に若干の時間的広がりを持つこととなるが、センサ軸ＳＡの角度の計測には支障がない程度のものである。
【００３８】
また、なお、この実施例では、遮断周波数を変更して、検波回路５ｆを通過する計測信号の高調波成分を除去するようにしているが、検波回路５ｆの遮断周波数を２０ＫＨｚ程度に固定して、高調波成分を除去する構成とすることもできる。
この構成を採用する場合には、ＣＰＵ５ｂに検波回路５ｆの変更指令機能を持たせる必要はない。
【００３９】
次に、本発明に係わる超音波センサ５の角度計測の原理に基づき図７（ａ）〜図７（ｃ）、図８（ａ）〜図８（ｃ）、図９（ａ）〜図９（ｃ）、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に基づき説明する。
図７（ａ）〜図７（ｃ）は超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの上下方向の傾きを示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）はその超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの各傾きに対応する計測信号の強度と時間との関係を示している。その取付け基準方向ＳＲは水平とする。
【００４０】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの左右方向の傾きを示している。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）はその超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対するセンサ軸ＳＡの各傾きに対応する計測信号の強度と時間との関係を示している。取付け基準方向はライン２Ｂと平行な方向とする。
【００４１】
まず、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向（水平方向）ＳＲに対する上下方向の傾き角の計測について説明する。
図７（ａ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して上を向いているとすると、超音波ＳＷが擬似路面部材２に到達するまでの時間、及び、その擬似路面部材２により反射された反射波ＲＷが超音波センサ５に戻って来るまでの時間が長くなる。また、一般に、超音波ＳＷは距離が長くなればなるほど減衰量が増大し、これに伴って、その反射波ＲＷの減衰量も増大する。
【００４２】
従って、超音波ＳＷから発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの時間（計測信号の立ち上がり時間）ｔ０は図８（ａ）に示すように長くなる。同様に、超音波ＳＷが発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１も長くなる。
その一方、その信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶの大きさは小さい。更に、各時刻で得られた計測信号値を積算することにより得られる信号波形Ｐ３の積分値も小さい。
【００４３】
図７（ｃ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して、上向きの角度θと等しい角度θだけ下を向いているとすると、超音波ＳＷが擬似路面部材２に到達するまでの時間、及び、その擬似路面部材２により反射された反射波ＲＷが超音波センサ５に戻って来るまでの時間が短くなる。また、一般に、超音波ＳＷは距離が短くなればなるほど減衰量が減少し、これに伴って、その反射波ＲＷも減衰量も減少する。
【００４４】
従って、超音波ＳＷが発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの時間（計測信号の立ち上がり時間）ｔ０は図８（ｃ）に示すように短くなる。同様に、超音波ＳＷから発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１も短くなる。
その一方、その信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶの大きさは大きくなる。更に、各時刻で得られた計測信号値を積算することにより得られる信号波形Ｐ３の積分値も大きくなる。
【００４５】
図７（ｂ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向（水平方向）ＳＲを向いているとすると、超音波ＳＷが擬似路面部材２に到達するまでの時間、及び、その擬似路面部材２により反射された反射波ＲＷが超音波センサ５に戻って来るまでの時間は超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
【００４６】
また、超音波ＳＷ、反射波ＲＷの減衰量も超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の値となる。
従って、超音波ＳＷが発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの時間（計測信号の立ち上がり時間）ｔ０は図８（ｂ）に示すように超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
【００４７】
同様に、超音波ＳＷが発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１も超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
更に、その信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶの大きさも超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の値となり、各時刻で得られた計測信号値を積算することにより得られる信号波形Ｐ３の積分値も超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが上向きの場合と下向きの場合との中間の時間となる。
【００４８】
従って、実験的に、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け角度と超音波ＳＷが発射されてからその反射波ＲＷの立ち上がりに対応する信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０、信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られる時間ｔ１、信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶ、信号波形Ｐ３の積算値を測定し、これらのデータを、取付け角度ＳＲに関連づけてＣＰＵ５ｂのメモリに保存しておけば、擬似路面部材２に対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの実際の取付角度θが上向きであるのか下向きであるのかを含めて定量的に計測可能である。
【００４９】
次に、超音波センサ５の取付け基準方向（ライン２Ｂと平行な方向）ＳＲに対する左右方向の傾き角の計測について説明する。
図９（ａ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して左に角度φだけ傾いていたとする。超音波センサ５がライン２Ｂの延長上に位置するタイミングで超音波ＳＷを発射させるものとすると、センサ軸ＳＡが円柱体４Ａの方向に向いていることと、超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離に較べて短いこととによって、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きくなる。
【００５０】
その一方、センサ軸ＳＡが円柱体４Ｂから大きく離れた方向に向いていることと、超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離に較べて長いこととによって、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度は円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さくなる。
【００５１】
なお、その超音波センサ５の超音波ＳＷの発射時点からその円柱体４Ａによる反射波ＲＷのピーク値ＰＶ’が得られるまでの時間ｔ１’は超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が一定であるので略一定である。また、その超音波センサ５の超音波ＳＷの発射時点からその円柱体４Ｂによる反射波ＲＷのピーク値ＰＶ”が得られるまでの時間ｔ２’も超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離が一定であるので略一定である。
【００５２】
従って、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対していずれの方向に向いていようとも、時間ｔ１’から時間ｔ２’までの時間間隔Ｔは一定である。
その結果、図９（ａ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して左に傾いていた場合、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に対応して、図１０（ａ）に示すような信号波形Ｐ１、Ｐ２が得られることになる。
【００５３】
すなわち、円柱体４Ａからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ１のピーク値ＰＶ’を、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ２のピーク値ＰＶ”で割ったときに得られる強度比が大きい。
【００５４】
これに対して、図９（ｃ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して右に同じ角度φだけ傾いていたとする。超音波センサ５がライン２Ｂの延長上に位置するタイミングで超音波ＳＷを発射させるものとすると、センサ軸ＳＡが円柱体４Ｂの方向に向いているので、超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離に較べて長くても、超音波センサ５の指向性に起因して、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度が図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きくなる。
【００５５】
その一方、センサ軸ＳＡが円柱体４Ａから大きく離れた方向に向いているので、超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離に較べて短くても、超音波の指向性に起因して、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さくなる。
【００５６】
その結果、図９（ｃ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して右に傾いていた場合、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波の反射強度に対応して、図１０（ｃ）に示すような信号波形が得られることになる。
すなわち、円柱体４Ａからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ１のピーク値ＰＶ’を、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ２のピーク値ＰＶ”で割ったときに得られる強度比が小さい。
【００５７】
これらに対して、図９（ｂ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して平行であるとして、超音波センサ５がライン２Ｂの延長上に位置するタイミングで超音波ＳＷを発射させるものとする。
【００５８】
この場合、センサ軸ＳＡが円柱体４Ａと円柱体４Ｂとの中間方向、すなわち、取付け基準方向ＳＲに向いているので、超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離が短くても、超音波センサ５の指向性に起因して、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さくなる。
しかしながら、センサ軸ＳＡは円柱体４Ａから大きく離れた方向には向いていないので、その反射強度は図９（ｃ）に示す場合の円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きい。
【００５９】
他方、超音波センサ５から円柱体４Ｂまでの距離は超音波センサ５から円柱体４Ａまでの距離に較べて長いけれども、センサ軸ＳＡは円柱体４Ｂから大きく離れた方向には向いていないので、その反射強度は図９（ａ）に示す場合の円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて大きい。
しかしながら、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡは円柱体４Ｂには向いていないので、その反射強度は、図９（ｃ）に示す場合の円柱体４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度に較べて小さい。
【００６０】
その結果、図９（ｂ）に示すように、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡがライン２Ｂに対して平行である場合、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波の反射強度に対応して、図１０（ｂ）に示すような信号波形が得られることになる。
すなわち、円柱体４Ａからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ１のピーク値ＰＶ’を、円柱体４Ｂからの反射波ＲＷにより取得される信号波形Ｐ２のピーク値ＰＶ”で割ったときに得られる強度比は、図９（ａ）に示すように超音波センサ５が左に傾いているときに得られる強度比と図９（ｃ）示すように超音波センサ５が右に傾いているときに得られる強度比との中間値となる。
【００６１】
従って、実験的に、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け角度と各円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射強度とを計測し、この反射波ＲＷの反射強度に対応する信号波形Ｐ１、Ｐ２のピーク値ＰＶ’、ＰＶ”をそれそれ取得し、これらの強度比と取付け角度φとを関連づけて、ＣＰＵ５ｂのメモリに保存しておけば、ライン２Ｂに対する超音波センサ５の取付角度φが左向きであるのか右向きであるのかを含めて定量的に計測可能である。
なお、これらの事前データは複数個あれば十分であり、実際の角度は、これらの事前データに基づき補間演算を行うことにより求めることができる。又は、事前データに基づき演算関数をソフトウエア的に構築して、この演算関数を用いて、実際の角度を求めることができる。
【００６２】
以上の説明では、擬似路面部材２を用いて、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの上下方向についての傾きを、図１１に再掲するように、超音波ＳＷが発射されてから反射波ＲＷが最初に受信されるまでの信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０及び超音波ＳＷから発射されてから信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１を計測したり、図１２に再掲するように、擬似路面部材２による反射波ＲＷのピーク値ＰＶを求めたりして計測することとして説明した。
【００６３】
しかしながら、これに限られるものではなく、図１３に示すように、計測時点を複数の時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３で区切って、立ち上がり時間ｔ０、時間ｔ１、計測時点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３での信号波形Ｐ３の計測値Ｖ１’、Ｖ２’、Ｖ３’、信号波形Ｐ３の消失時点までの時間ｔ３を取得し、これらの計測値に基づいて取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの傾き角度θを求めるようにしても良い。
【００６４】
次に、超音波センサ５の取付け角度の計測手順を図１４〜図１６に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、ＣＰＵ５ｂは、図１４に示すように、検波回路５ｆの遮断周波数を例えば４０ＫＨｚから２０ＫＨｚに変更する（Ｓ．１）。
ついで、ＣＰＵ５ｂは上下方向の取付け角度θの傾き計測を行う（Ｓ．２）。車両１がライン２Ｂを横切る直前のタイミングで、超音波センサ５から超音波ＳＷを発射させる。ＣＰＵ５ｂは擬似路面部材２、円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷを受信して、図１５に示すように、擬似路面部材２からの反射波ＲＷの反射強度を取得する（Ｓ．２１）。
【００６５】
ついで、ＣＰＵ５ｂのメモリにあらかじめ保存されている事前データと比較する（Ｓ．２２）。これにより、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの上下方向の傾き角度θを取得する。
ついで、ＣＰＵ５ｂは、超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度φの計測を行う（Ｓ．３）。
まず、ＣＰＵ５ｂは、図１６に示すように、車両１がライン２Ｂを横切る直前から横切った直後までの間での各円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射波強度を計測する（Ｓ．３１）。
【００６６】
超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の角度ズレに伴って、各円柱体４Ａ、４Ｂからの反射波ＲＷの反射波強度が変化するので、この超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の角度ズレに伴って生じる反射波強度を補正する（Ｓ．３２）。
なお、この補正値も事前に実験により求めることができ、この補正データもあらかじめＣＰＵ５ｂのメモリに保存されている。
【００６７】
ついで、ＣＰＵ５ｂは、円柱体４Ａに対する円柱体４Ｂの強度比を演算する（Ｓ．３３）。ＣＰＵ５ｂはこれらの強度比をメモリに保存されている事前データと比較して、超音波センサ５の取付け基準方向に対する左右方向の傾き角度φを計測する（Ｓ．３４）
ついで、ＣＰＵ５ｂは、検波回路５ｆの遮断周波数を元の周波数、例えば、４０ＫＨｚに復帰させる（Ｓ．４）。
これにより、取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５の上下方向の傾き角θ、左右方向の傾き角φを定量的に取得する。
【００６８】
なお、この実施例では、２個の円柱体４Ａ、４Ｂを用いて、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左右に傾いている場合の計測手順について説明したが、三個以上の円柱体を用いて、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対する左右に傾いているときの傾き角φを計測できる。
ただし、円柱体４Ａ、４Ｂの配設個数を増すと、擬似路面部材２からの反射波ＲＷが減少するので、かつ、擬似路面部材２からの反射波ＲＷと各円柱体からの反射波ＲＷとの間で干渉が増大し、信号波形が複雑化するので、円柱体の配設個数は適宜の個数とすることが望ましい。
【００６９】
（実施例２）
図１７、図１８は円柱体４Ａの配設個数が１個の場合の取付け基準方向ＳＲに対する超音波センサ５の左右方向の角度計測についての実施例を説明するための説明図である。
図１７に示すように、車両１がライン２Ｂを横切る直前から横切った直後に超音波ＳＷを発射すると、擬似路面部材２、円柱体４Ａによる超音波ＳＷの反射波ＲＷに基づく信号波形Ｈが図１８に示すように得られる。
【００７０】
この図１８において、図６に示す技術用語と同一技術用語については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の傾き角度の計測については、実施例１と同様である。
超音波センサ５の取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度φの計測には、円柱体４Ａからの反射波ＳＷの反射強度に対応する信号波形Ｐ１のピーク強度ＰＶ’を用いる。
【００７１】
例えば、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左に傾いているとすると、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが円柱体４Ａの中心に近づくので、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が大きくなる。
また、例えば、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左に向いたときの角度と同じ角度だけ右に傾いているとすると、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが円柱体４Ａの中心から離れることになるので、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度が小さくなる。
【００７２】
更に、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して平行であるとすると、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡが円柱体４Ａの中心から適宜の位置に存在することになるので、円柱体４Ａからの反射波ＲＷの反射強度は、センサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して左に傾いていたときに得られる反射強度とセンサ軸ＳＡが取付け基準方向ＳＲに対して右に同じ角度だけ傾いていたときに得られる反射強度との中間値になる。
【００７３】
従って、左右方向の角度と計測により得られたピーク強度ＰＶ’との関係を予めＣＰＵ５ｂのメモリに記憶させておくことにより、１個の円柱体４Ａを用いて、車体に取り付けられた超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度を計測できる。
【００７４】
（実施例３）
超音波センサ５の車両１に対する取付角度は、経年変化によりズレることがある。また、車体１に加わる加重の不均一性によって、車両１の運転中に、超音波センサ５の車両１に対する取付け角度が変化することもある。
そこで、このような場合には、実際の路面に照射して、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０のシフト量と信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１のシフト量を計測する。
【００７５】
擬似路面部材２により得られた信号波形Ｐ３の立ち上がり時間ｔ０とこの信号波形Ｐ３のピーク値ＰＶが得られるまでの時間ｔ１とが予めわかっているので、シフト量に基づき、超音波センサ５の運転中の取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の取付角度のズレ量を演算できる。
【００７６】
なお、反射波ＲＷの反射強度は実際の路面の状況によって変化するので、このシフト量の補正には用いることはできない。
また、予測できない障害物によって誤計測が生じるのを回避するため、図１９に示すように、立ち上がり時間ｔ０とピーク値ＰＶの取得時間ｔ１との組み合わせによる更新許容範囲ＷをあらかじめＣＰＵ５ｂのメモリに記憶させ、この更新許容範囲Ｗ内の組み合わせのときのみ、超音波センサ５の取付け角度θの更新を行うことにすれば、超音波センサ５の角度ズレの更新精度を向上させることができる。
【００７７】
また、これらの実施例では、円柱体４Ａ、４Ｂを擬似路面部材２に直立させた状態で、超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの傾きを計測することにして説明したが、円柱体４Ａ、４Ｂを取り除いた状態で、擬似路面部材２を用いて超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向ＳＲに対する上下方向の傾き角度θと、円柱体４Ａ、４Ｂをセットした状態での円柱体４Ａ、４Ｂを用いて超音波センサ５のセンサ軸ＳＡの取付け基準方向ＳＲに対する左右方向の傾き角度φとを別々に行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、自走式機械全般、例えば、工場内の搬送ロボット等の超音波センサ５のキャリブレーション等に応用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
２…擬似路面部材
４Ａ、４Ｂ…円柱体（計測対象）
５…超音波センサ
ＳＡ…センサ軸
ＳＲ…取付け基準方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
擬似路面部材を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測するステップと、
対称性の計測対象を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測するステップとからなる超音波センサの車体への取付角度計測方法。
【請求項２】
超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の計測対象とを備え、
前記擬似路面部材からの反射波と前記計測対象からの反射波とを受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度と左右方向傾き角度とを計測することを特徴とする超音波センサの車体への取付角度計測システム。
【請求項３】
超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の一対の計測対象とを備え、
該一対の計測対象が取付け基準方向に対応する計測タイミング位置で等角度に配設されかつ該計測タイミング位置における超音波センサからの距離が互いに異ならされ、前記擬似路面部材からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度を計測し、前記一対の計測対象からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する左右方向傾き角度を計測することを特徴とする超音波センサの車体への取付角度計測システム。
【請求項４】
前記計測対象が円柱体又は球体であることを特徴とする請求項３に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システム。
【請求項１】
擬似路面部材を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測するステップと、
対称性の計測対象を用いて超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測するステップとからなる超音波センサの車体への取付角度計測方法。
【請求項２】
超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の計測対象とを備え、
前記擬似路面部材からの反射波と前記計測対象からの反射波とを受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度と左右方向傾き角度とを計測することを特徴とする超音波センサの車体への取付角度計測システム。
【請求項３】
超音波センサの取付け基準方向に対する上下方向の傾きを計測する擬似路面部材と、
超音波センサの取付け基準方向に対する左右方向の傾きを計測する対称性の一対の計測対象とを備え、
該一対の計測対象が取付け基準方向に対応する計測タイミング位置で等角度に配設されかつ該計測タイミング位置における超音波センサからの距離が互いに異ならされ、前記擬似路面部材からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する上下方向の傾き角度を計測し、前記一対の計測対象からの反射波を受信して前記超音波センサのセンサ軸の前記取付け基準方向に対する左右方向傾き角度を計測することを特徴とする超音波センサの車体への取付角度計測システム。
【請求項４】
前記計測対象が円柱体又は球体であることを特徴とする請求項３に記載の超音波センサの車体への取付角度計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２８６４１７（Ｐ２０１０−２８６４１７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１７５６（Ｐ２００９−１４１７５６）
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００１４８７）クラリオン株式会社 (1,722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１５日（２００９．６．１５）
【出願人】（０００００１４８７）クラリオン株式会社 (1,722)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]