JP2008209242A - 対地車速計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
より精度の高い対地車速計測装置を提供する。
【解決手段】
路面に送信波を送信する送信アンテナ１０２と、送信アンテナ１０２で送信した送信波の路面からの反射波を受信する受信アンテナ１０３と、送信アンテナ１０２の送信周波数と受信アンテナ１０３の受信周波数に基づいて送信方向速度を演算する速度演算部１０１と、車両の加速度を計測する加速度計測部１０４と、加速度計測部１０４で計測した加速度と速度演算部１０１で演算した送信方向速度に基づいて送信波の路面に対する送信角度を演算する送信角度演算部１０５と、送信角度演算部１０５で演算した送信角度と、速度演算部１０１で演算した送信方向速度に基づいて、車両の対地速度を演算する対地車速演算部１０６と、を有する対地車速計測装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、対地車速計測装置に関する。

従来の車輪速センサに代えて、波のドップラ効果を利用して車両の路面に対する進行速度である対地車速を検出する対地車速計測装置が開発されている。

この対地車速計測装置は、車両走行中送信部および受信部と車両進行方向との成す角度が常に一定に保たれるとの前提に基づき、対地車速を検出していたため、車両加速時，車両減速時および車両制動時には車体が基準状態から前後方向に傾斜した場合に、検出制度を高く維持できないという問題があった。

そこで、車体の加減速度と車体傾斜角すなわち送信部等の角度の変動量との間には一定の関係が存在するという見地に立ち、取得された加減速度に基づいて送信部等の角度を推定し、それを勘案して対地車速を決定する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平５−１４７５１２号公報

対地車速検出装置の送信部及び受信部が基準の角度からずれる要因として、車両の加減速の他にも、積載による車体の傾斜角の変化や、対地車速検出装置を車体に取り付けたときの送信部及び受信部の基準角度とのズレが考えられる。しかし、従来の技術は、その点が十分に考慮されていなかった。

本発明は、上記に鑑み、より精度の高い対地車速計測装置を提供することを目的とする。

車両の加速度と、送信波の送信方向にいて計測した速度に基づいて送信波の送信角度を求め、当該送信角度と送信方向速度に基づいて、車両の対地速度を求める。

より精度の高い対地車速計測装置を提供することができる。

図６は、本発明の一実施形態をなす対地車速計測装置の自動車への設置例を示す。

対地車速計測装置６０２は、車両６０１の前方（後方でも良い）に取り付け、路面603に向けて送信波を送信する。そして路面６０３からの反射波を受信して、路面６０３に対する車両６０１の対地速度Ｖを計測する。

送信波の方向を基準の一定値θｒｅｆであると仮定して対地速度Ｖを算出する場合、実際に送信波を送信している方向θがθｒｅｆとずれていると、算出した対地速度Ｖに誤差が発生してしまう。実際の送信方向θとθｒｅｆとがずれる要因として、車両の加減速による車両のピッチ角変化θｐ、車両の荷物の積載や乗車人員の影響による車両のピッチ角変化θｎ、対地車速計測装置６０２を車両６０１に取り付けたときの取り付け角度誤差
θｔｄ、対地車速計測装置６０２から送信波を送信したときに所定の方向からずれた方向に送信してしまう軸ずれ角θｅがある。そこで、実際の送信方向θと基準の方向θｒｅｆとのずれを演算し、実際の送信方向θに基づいて対地車速Ｖを演算することで、高精度に対地車速Ｖを算出する。

実際の送信方向θに基づいて対地車速Ｖを算出するための構成を説明する。

図１は、本発明の一実施形態をなす対地車速計測装置のブロック構成図を示す。ここでは、速度演算部１０１，加速度計測部１０４，送信角度演算部１０５，対地車速演算部
１０６を含む対地車速計測装置の一例を示す。尚、これら速度演算部１０１，加速度計測部１０４，送信角度演算部１０５，対地車速演算部１０６が一つの筐体内に収められている必要はなく、分離していても良いし、また一部の部位の機能が他の筐体における演算装置によって果たされても良い。

速度演算部１０１は、送信アンテナ１０２から送信波（電磁波或いは音波）を路面に向けて放射し、送信波の路面からの反射波を受信アンテナ１０３で受信する。反射波の受信周波数Ｆｒは、対地速度Ｖの影響を受けて、送信波の送信周波数Ｆｔにドップラ周波数
Ｆｄが加わった周波数となる。速度演算部１０１は、ドップラ周波数Ｆｄに基づいて、式（１）で路面に対する送信方向θの送信方向速度Ｖｄを算出して出力する。

Ｖｄ＝Ｆｄ×ｃ／（２×Ｆｔ） ・・・（１）
ｃ：光速
加速度計測部１０４は、車両の前後方向の加速度αｘと上下方向の加速度αｚを計測する。例えば既存の加速度センサなどを用いても良い。

送信角度演算部１０５は、速度演算部１０１からの送信方向速度Ｖｄと加速度計測部
１０４で計測した加速度に基づいて、送信アンテナ１０２から実際に送信している送信波の角度θを算出する。

対地車速演算部１０６は、送信角度演算部１０５で演算した実際の送信角度θと速度演算部１０１で演算した送信方向速度Ｖｄに基づいて、式（１−１）で車両６０１の対地速度Ｖを算出する。

Ｖ＝Ｖｄ／ＣＯＳ（θ） ・・・（１−１）
また、ここでは速度演算部１０１が送信方向速度Ｖｄを出力する例を示したが、速度演算部１０１から送信周波数Ｆｔの受信周波数Ｆｒの差であるドップラ周波数Ｆｄと送信周波数Ｆｔとを出力し、送信角度演算部１０５がドップラ周波数Ｆｄと加速度計測部１０４で計測した加速度に基づいて、送信アンテナ１０２から実際に送信している送信波の角度θを算出しても良い。その場合、対地車速演算部１０６は、送信角度演算部１０５で演算した実際の送信角度θと速度演算部１０１から入力したドップラ周波数Ｆｄ及び送信周波数Ｆｔに基づいて、式（１−２）で車両６０１の対地速度Ｖを算出する。

Ｖ＝Ｆｄ×ｃ／（２×ＣＯＳ（θ）×Ｆｔ） ・・・（１−２）
図２は、図１の送信角度演算部１０５の構成図を示す。送信角度演算部１０５は、静的角度演算部２０１と動的角度演算部２０２からなる。

静的角度演算部２０１は、速度演算部１０１で算出したドップラ周波数Ｆｄ或いは送信方向速度Ｖｄと、加速度計測部で計測した加速度に基づいて、車両に荷物を積んだときのピッチ角変化θｎ等のように、対地車速計測装置を起動してから角度変化がほとんど無い静的な角度θｓを算出する。

動的角度演算部２０２は、速度演算部１０１で算出したドップラ周波数Ｆｄ或いは送信方向の送信方向速度Ｖｄと、加速度計測部で計測した加速度に基づいて、車両の加減速による車両のピッチ角変化θｐ等のように、対地車速計測装置を起動後も角度変化をする動的な角度θａを演算する。

そして、静的角度演算部２０１で算出した静的な角度θｓと動的角度演算部２０２で算出した動的な角度θａに基づいて送信波を送信している実際の角度θを算出する。

図３は、図２の静的角度演算部２０１の構成を示す。

静的角度演算部２０１は、速度変化率演算部３０１と静的角度推定部３０２，角度切換え部３０３からなる。速度変化率演算部３０１は速度の変化率を演算する。速度演算部
１０１で算出した速度がドップラ周波数Ｆｄである場合は式（２）で速度の変化率Ｆｄ′を演算する。

Ｆｄ′＝（Ｆｄ−Ｆｄｏｌｄ）／Ｔ ・・・（２）
Ｆｄｏｌｄ：前回のドップラ周波数
Ｔ：演算周期
また、速度が送信方向速度Ｖｄの場合は式（３）で速度の変化率Ｖｄ′を演算する。

Ｖｄ′＝（Ｖｄ−Ｖｄｏｌｄ）／Ｔ ・・・（３）
Ｖｄｏｌｄ：前回の送信方向成分の速度
Ｔ：演算周期
静的角度推定部３０２は、加速度計測部で計測した加速度に基づいて静的な角度θｓを算出する。車両の前後方向の加速度αｘから静的な角度θｓを推定する場合は式（４）で推定し、上下方向の加速度αｚから推定する場合は式（５）で推定する。

θｓ＝ＳＩＮ−１（αｘ／ｇ） ・・・（４）
θｓ＝ＣＯＳ−１（αｚ／ｇ） ・・・（５）
ｇ：重力加速度
式（４）又は式（５）で推定した静的な角度θｓは、車両が加減速していると、その影響を受けている。そのため、車両の加減速中は推定した静的な角度θｓの誤差が大きくなってしまう。また、静的な角度θｓは、対地車速計測装置を起動後は殆ど変化しない。そこで、角度切換え部３０３は、式（２）又は式（３）で算出した速度の変化率の絶対値が所定値以下であるか否か判定し、所定値以下であれば式（４）又は式（５）で推定した静的な角度を選択して静的な角度として出力する。また、速度の変化率の絶対値が所定値より大きい場合は前回出力した角度を選択して出力する。そうすることで、静的な角度θｓを精度良く演算することが出来る。また、加速度計測部の計測値は重力の影響を受けているため、車両が傾いていると車両が加減速しているにも関わらず、加速度の計測値が小さくなってしまう場合がある。ドップラ周波数Ｆｄ或いは送信方向速度Ｖｄの変化率を用いることで、車両が傾いていても重力の影響を受けることなく、角度切換え部３０３で正確な判定を行うことが出来る。

図４は、図３の動的角度演算部２０２の構成を示す。

動的角度演算部２０２は、加速度補正部４０１と動的角度推定部４０２からなる。加速度計測部１０４で計測した加速度αｘ，αｚは、静的な角度θｓと動的な角度θａを合わせた方向の加速度を計測している。加速度補正部４０１は、静的角度演算部２０２で演算した静的な角度θｓに基づいて式（６）及び式（７）で、加速度計測部１０４で計測した加速度αｘ，αｚから静的な角度θｓの影響を取り除き、動的な角度方向θａの加速度
αｘａ，αｚａに変換する。

αｘａ＝αｚ＊ＣＯＳ（θｓ）＋αｘ＊ＳＩＮ（θｓ） ・・・（６）
αｚａ＝αｚ＊ＳＩＮ（θｓ）＋αｘ＊ＣＯＳ（θｓ） ・・・（７）
動的角度推定部４０２は、動的な角度θａを推定する。動的な角度θａを推定する第一実施例を説明する。車両の加減速により変化したピッチ角θｐ等の動的な角度θａは、加速度αｘａ，αｚａに応じた式（８）或いは式（９）のような所定の関係がある。

θａ＝ｆ（αｘａ） ・・・（８）
θａ＝ｆ（αｚａ） ・・・（９）
式（８）或いは式（９）の関係は車種によって異なるため、それぞれの車種に応じた動的な角度θａと加速度αｘａ，αｚａの関係を予め調べおき、調べた関係を用いて加速度αｘａ，αｚａに応じた動的な角度θａを出力する。

次に動的な角度θａを推定する第二実施例を説明する。加速度αｘａが所定値より大きく、且つ速度変化率が所定値より大きい場合は、動的な角度方向θａの加速度αｘａと速度変化率には式（１０）或いは式（１１）の関係があり、その関係を用いて動的な角度
θａを算出する。

αｘａ＊ＣＯＳ（θａ）＝
（Ｋ＊Ｆｄ′）／ＣＯＳ（θａ＋θｓ＋θｒｅｆ） ・・・（１０）
αｘａ＊ＣＯＳ（θａ）＝
Ｖｄ′／ＣＯＳ（θａ＋θｓ＋θｒｅｆ） ・・・（１１）
θｒｅｆ：基準の送信方向
加速度αｘａが所定値以下、又は速度変化率が所定値以下の場合は、θａを所定値（例えば０）に設定する。

図５は、図１の送信角度演算部１０５の処理フローチャートを示す。

まず始めに、ｓ１０１の速度変化率演算で、速度の変化率を式（２）或いは式（３）を用いて算出する。次にｓ１０２に進み、ｓ１０１で算出した速度変化率の絶対値が所定の変化率αより小さいか否か判定する。所定の変化率αより小さければｓ１０３に進み、そうでなければｓ１０４に進む。ｓ１０３の静的角度演算では、式（４）或いは式（５）を用いて静的な角度θｓを算出する。ｓ１０１からｓ１０３までの処理が静的角度演算部
２０１に相当する。ｓ１０４の加速度補正は、式（６），式（７）で動的な角度θａ方向の加速度αｘａ，αｚａを算出する。ｓ１０５の動的角度演算は、動的角度推定部４０２の処理を行い、動的な角度θａを算出する。ｓ１０４とｓ１０５の処理が動的角度演算部
２０２に相当する。ｓ１０６の送信角度演算は、ｓ１０３で算出した静的な角度θｓと
ｓ１０５で算出した動的な角度θａに基づいて、式（１２）で送信アンテナ１０２から実際に送信している送信波の角度θを算出する。

θ＝θｓ＋θａ＋θｒｅｆ ・・・（１２）
図７は、図６の対地車速計測装置６０２の内部構成図を示す。

対地車速計測装置６０２は、筺体７０１及びミリ波送受信器７０２，１次レンズ７０３，２次レンズ７０９，加速度センサ７０４，マイコン７０７，基板７０５，コネクタ708からなる。ミリ波送受信器７０２は、送信アンテナ１０２，受信アンテナ１０３をワンチップのＩＣで構成し、ミリ波を送受信する。ミリ波送受信器７０２から送信されたミリ波は、１次レンズ７０３と２次レンズを用いてミリ波を絞り、ミリ波を対地車速計測装置
６０２の外部に送信する。加速度センサ７０４を、ミリ波送受信器７０２を付けた基板
７０５と同じ基板７０５に取り付け、加速度を計測する。すなわち、加速度計測部１０４に相当する。加速度センサ７０４とミリ波送受信器７０２を同じ基板７０５に取り付けると、ミリ波を送信している方向と加速度センサの傾斜が同じになるため、対地車速計測装置６０２を車両に取り付けたときの取り付け角度誤差θｔｄの影響を無くすことが出来る。

また、対地車速計測装置６０２を車両に取り付けたとき、或いは対地車速計測装置602と加速度センサ７０４が別体の場合は、加速度センサ７０４を車両に取り付けたときに、加速度センサ７０４の取り付け角度誤差θｔａを計測しておき、計測した取り付け角度誤差θｔａを用いて送信方向を算出するようにしても良い。そうすることで、角度誤差θtaの影響を受けずに、ミリ波の送信方向θを算出することが出来る。ミリ波送受信器７０２を取り付けた基板の裏面にマイコン７０７を取り付けることで、基板の大きさを小さくすることが出来る。

マイコン７０７は、ミリ波送受信器７０２からのドップラ周波数に応じた信号と加速度センサで計測した加速度に基づいて図５に示す処理を行い、路面に対する車体の速度Ｖを演算する。すなわち送信角度演算部１０５および対地車速演算部１０６に相当する。基板７０５から電源線の２本と信号線の２本を筺体７０１の外部に出す。筺体７０１にコネクタ７０８を取り付け、電源と信号が外部から入出力できるようにする。コネクタ７０８は、対地車速計測装置６０２の後ろ或いは右，左の何れかに取り付けると、対地車速計測装置６０２を車体に取り付け易くなる。コネクタ７０８を後ろに取り付ける場合は、対地車速計測装置６０２の上寄りに取り付けると、より車体に取り付け易くなる。

図８は、図６の対地車速計測装置６０２を備えた制動・駆動・旋回統合装置を示す。

制動・駆動・旋回統合装置８０５は、制動時に車輪のロックを防ぐアンチロック・ブレーキ・システムと発進時の車輪のスリップを防ぐトラクション・コントロール・システムと横滑りを防ぐビークル・ダイナミックス・コントロールを統合した制御装置である。本実施形態の対地車速計測装置６０２は、路面に対する車体の速度Ｖを計測する。車輪速度計測装置８０２は車輪の速度Ｖｗを計測する。ヨーレイト計測装置８０３は車体のヨーレイトを計測する。操舵角計測装置８０４は、車両の操舵角を計測する。対地車速計測装置６０２で計測した車体の速度Ｖと車輪速度計測装置８０２で計測した車輪の速度Ｖｗに基づいて車輪のスリップ率を演算し、そのスリップ率に基づいて減速時には車輪がロックしないようにブレーキ７０６を制御し、加速時には車輪がスリップしないようにブレーキ
８０６或いはスロットル８０７を制御する。また、路面に対する車体の速度Ｖ及び車輪の速度Ｖｗ，ヨーレイトω，操舵角φに基づいて車体の横滑りを検出し、車体に横滑りが有る場合は横滑りがなくなるようにブレーキ８０６或いはステアリング８０８を制御する。本発明の対地車速計測装置を用いることで、車両の加減速や積載量，乗員数によるピッチ角の変化に関わらず、正確な制御を行うことが出来る。

このように本実施形態によれば、対地車速計測装置を車体に取り付けたときに送信部及び受信部が基準の角度からずれたり、車体の傾斜角が変動したりしても、路面に対する車体の速度を正確に計測することが出来る。

本発明の一実施形態をなす対地車速計測装置のブロック構成図を示す。 図１の送信角度演算部１０５の構成図を示す。 図２の静的角度演算部２０１の構成を示す。 図３の動的角度演算部２０２の構成を示す。 図１の送信角度演算部１０５の処理フローチャートを示す。 図１の例における対地車速計測装置の自動車への設置例を示す。 図６の対地車速計測装置６０２の内部構成図を示す。 図６の対地車速計測装置６０２を備えた制動・駆動・旋回統合装置を示す。

符号の説明

１０１ 速度演算部
１０２ 送信アンテナ
１０３ 受信アンテナ
１０４ 加速度計測部
１０５ 送信角度演算部
１０６ 対地車速演算部
２０１ 静的角度演算部
２０２ 動的角度演算部
３０１ 速度変化率演算部
３０２ 静的角度推定部
３０３ 角度切換え部
４０１ 加速度補正部
４０２ 動的角度推定部
６０１ 車両
６０２，８０１ 対地車速計測装置
６０３ 路面
７０１ 筺体
７０２ ミリ波送受信器
７０３ １次レンズ
７０４ 加速度センサ
７０５ 基板
７０７ マイコン
７０８ コネクタ
７０９ ２次レンズ
８０２ 車輪速度計測装置
８０３ ヨーレイト計測装置
８０４ 操舵角計測装置
８０５ 制動・駆動・旋回統合装置
８０６ ブレーキ
８０７ スロットル
８０８ ステアリング

Claims (12)

1. 車両に取り付けられ、路面に送信波を送信する送信部と、
   車両に取り付けられ、前記送信部で送信した送信波の路面からの反射波を受信する受信部と、
   前記送信部の送信周波数と前記受信部の受信周波数に基づいて前記送信波の送信方向速度を演算する速度演算部と、
   前記車両の加速度を計測する加速度計測部と、
   前記加速度計測部で計測した加速度と前記速度演算部で演算した送信方向速度に基づいて送信波の路面に対する送信角度を演算する送信角度演算部と、
   前記送信角度演算部で演算した送信角度と、前記速度演算部で演算した前記送信方向速度に基づいて、前記車両の対地速度を演算する対地車速演算部と、を有する対地車速計測装置。
2. 請求項１記載の対地車速計測装置であって、
   前記送信角度演算部は、前記加速度計測部で計測した加速度と前記速度演算部で演算した送信方向速度に基づいて装置の静的な角度を演算する静的角度演算部と、前記加速度計測部で計測した加速度と前記静的角度演算部で演算した静的な角度とに基づいて、装置の動的な角度を演算する動的角度演算部とを有し、前記静的角度演算部で演算した静的な角度と前記動的角度演算部で演算した動的な角度とに基づいて、送信波の路面に対する送信角度を演算して出力する対地車速計測装置。
3. 請求項１記載の対地車速計測装置であって、
   前記送信角度演算部は、前記加速度計測部で計測した加速度に基づいて装置の静的な角度を推定する静的角度推定部を備え、前記速度演算部で算出した送信方向速度の変化率が所定値より小さくなった場合は、前記静的角度推定部で推定した静的な角度を送信波の路面に対する送信角度として出力する対地車速計測装置。
4. 請求項１記載の対地車速計測装置であって、
   前記加速度計測部を車両に取り付けた時の取り付け角度を記憶する手段を備え、
   前記送信角度演算部は、記憶された前記取り付け角度に基づいて送信波の路面に対する送信角度を演算する対地車速計測装置。
5. 請求項１記載の対地車速計測装置であって、
   前記加速度計測部は少なくとも２方向以上の加速度を計測する対地車速計測装置。
6. 請求項１記載の対地車速計測装置であって、
   前記加速度計測部と前記送信部とが同じ基板に取り付けられている対地車速計測装置。
7. 車両に取り付けられ、路面に送信波を送信する送信部と、
   車両に取り付けられ、前記送信部で送信した送信波の路面からの反射波を受信する受信部と、
   前記送信部の送信周波数と前記受信部の受信周波数に基づいてドップラ周波数を演算する速度演算部と、
   前記車両の加速度を計測する加速度計測部と、
   前記加速度計測部で計測した加速度と前記速度演算部で演算したドップラ周波数とに基づいて、送信波の路面に対する送信角度を演算する送信角度演算部と、
   前記送信角度演算部で演算した送信角度、前記速度演算部で演算したドップラ周波数、及び前記送信周波数に基づいて、前記車両の対地速度を演算する対地車速演算部と、
   を有する対地車速計測装置。
8. 請求項７記載の対地車速計測装置であって、
   前記送信角度演算部は、前記加速度計測部で計測した加速度と前記速度演算部で演算したドップラ周波数に基づいて、装置の静的な角度を演算する静的角度演算部と、前記加速度計測部で計測した加速度と前記静的角度演算部で演算した静的な角度とに基づいて、装置の動的な角度を演算する動的角度演算部とを有し、前記静的角度演算部で演算した静的な角度と前記動的角度演算部で演算した動的な角度とに基づいて送信波の路面に対する送信角度を演算して出力する対地車速計測装置。
9. 請求項７記載の対地車速計測装置であって、
   前記送信角度演算部は、前記加速度計測部で計測した加速度に基づいて、装置の静的な角度を推定する静的角度推定部を備え、前記速度演算部で算出したドップラ周波数の変化率が所定値より小さくなった場合は、前記静的角度推定部で推定した静的な角度を送信波の路面に対する送信角度として出力する対地車速計測装置。
10. 請求項７記載の対地車速計測装置であって、
    前記加速度計測部を車両に取り付けた時の取り付け角度を記憶する手段を備え、
    前記送信角度演算部は、記憶された前記取り付け角度に基づいて送信波の路面に対する送信角度を演算する対地車速計測装置。
11. 請求項７記載の対地車速計測装置であって、
    前記加速度計測部は少なくとも２方向以上の加速度を計測する対地車速計測装置。
12. 請求項７記載の対地車速計測装置であって、
    前記加速度計測部と前記送信部とが同じ基板に取り付けられている対地車速計測装置。

Images