JP2513125Y2 - 対地速度検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、走行中の車両などの移動体の路面に対する
速度を検出する対地速度検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

本出願人は、特願平1-224564号において、第８図に示
すような対地速度検出装置を提案した。すなわち、同図
において、１は移動体である車両、２は車両１内に設け
られた超音波を送信する送信器、３は車両１内に設けら
れ、超音波の反射波を受信する受信器である。送信器２
からの超音波は車両１の移動方向に対して垂直に路面Ａ
に対し送信される。

以上の構成において、その動作原理について説明す
る。

路面Ａの表面は、音波の反射から見ると多数の微小な
点散乱体が不規則かつ充分微細に分布している状況と考
えられる。

このような点散乱体に超音波が入射すると、その反射
波により空間中に異なる音圧振幅を有する音圧振幅分布
を形成する。この音圧振幅分布を検出することによって
対地速度を検出することができる。

すなわち、第９図のように振幅と波長がそれぞれ一定
の連続した超音波は、平面波として点散乱体が分布した
検出対象面に入射する。該超音波の入射範囲は、反射波
が受信器３に到達する途中で、減衰により無視できる程
度に低下する距離の範囲内であり、充分広い範囲であ
る。また第９図のように受信器３は該範囲内の中間に位
置する。

ここで、第８図に示すように送信器２からの超音波の
波長λが均一なものであり、また直進性も良好なとき、
該超音波が点散乱体の分布した検出対象面に入射する
と、各点散乱体にて反射が生じる。このとき各点散乱体
からの反射波は位相がランダムに干渉するため、この干
渉によって反射波が空間に形成する音圧は空間的に音圧
振幅の大きい部分と小さい部分が分布したものとなる。
ここで、超音波の波長λに比べて点散乱体間の平均ピッ
チが小さくなると、空気中における反射面である点散乱
体から等距離にある面において、音圧振幅の大小の分布
の平均ピッチ（例えば音圧振幅の大きい点から、次の大
きい点まで平均距離）は、飽和した値をとる。このよう
に反射音圧の振幅の大小が空間中に分布した状態をスペ
ックル状態という。

ここで第10図において、路面Ａに対して送信された超
音波のビーム幅をｗとし、路面Ａの中心と受信器３の距
離をＲとし、反射面である点散乱体が速度Ｖ（大文字Ｖ
は速度のベクトル表示である）で移動したとすると、反
射波が受信器３近傍の空間中に形成する上記音圧振幅の
分布、つまりスペックル状態も同様に速度Ｖで移動す
る。そこで、第８図に示す車両１に設けた受信器３によ
り、第11図（ａ）及び（ｂ）に示すような音圧振幅分布
の移動が時間的な出力振幅変動として検出される。つま
り、この出力振幅変動により空間のスペックルが検出さ
れたことになる。この第11図（ａ）及び（ｂ）から、反
射面の移動速度（対地速度）Ｖが速ければ単位時間当り
の音圧振幅の数が多くなり、遅くなれば音圧振幅数も少
なくなる。

このとき超音波の入射範囲が第９図のように充分に広
い範囲ばかりでなく、第10図のようにビーム幅ｗで示さ
れるような有限の範囲であってもスペックルは発生す
る。そこで第８図では、ビーム幅ｗの中心に対応する位
置に送信器２を設置し、これと隣接して受信器３を設置
している。

第12図は上記受信器３により得られる反射波の音圧振
幅特性より車両１の対地速度Ｖを求める装置を示し、同
図において、６はエンベロープ検波器、７は直流阻止回
路、８はゼロクロスカウンタ、11は演算回路である。

この構成において、受信器３から出力される第13図
（ａ）の音圧振幅信号はエンベロープ検波器６により第
13図（ｂ）に示すそのエンベロープ成分が検出され、受
信音圧振幅の強度Ｉ（＝|P|²）が検出される。次に、こ
のエンベロープ成分を直流阻止回路７を通過させること
によりその直流成分が阻止され、第13図（ｃ）に示す交
流成分のみ出力される。すなわち、強度Ｉの変動分ΔＩ
（＝Ｉ−〈Ｉ〉；〈Ｉ〉はＩの平均値）が求まる。そし
て、この変動分ΔＩはゼロクロスカウンタ８に入力さ
れ、単位時間当りのゼロクロスn₁,n₂…の数N₀を算出す
る。該ゼロクロス数N₀は点散乱体の移動速度Ｖに対応し
た値となる。そこで検出されたゼロクロス数N₀を演算回
路11に入力し、該演算回路11により移動速度Ｖを演算す
る。ここでゼロクロス数N₀と移動速度Ｖの関係は、 となるから、演算回路11は式（１）により、入力された
N₀から対地速度Ｖを算出する。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記装置にあっては、路面Ａと受信器３との距離Ｒ及
び超音波の波長λが常に一定であれば（１）のゼロクロ
ス数N₀は移動速度Ｖと正確に対応するが、前記距離Ｒは
車両１が移動（走行）するときに生じる上下振動や、車
両１に積載される貨物等の重量によって変動する。また
送信器２より送信される実際の超音波又はマイクロ波は
理想的な平面波ではなく、第14図のようにある程度の広
がりを持っている。従って、前記距離Ｒが変動すると、
ビーム幅ｗもこれに応じて変動してしまう。更に超音波
の場合、波長λは空気の温度によって変動する。

以上より、（１）式の距離Ｒ、ビーム幅ｗ、及び波長
λは常に一定ではなく変動するものであるから、ゼロク
ロス数N₀もこれに応じて変化するため、移動速度Ｖと正
確に対応しなくなる。よって該移動速度Ｖを正確に検出
することができないことがある。

よって本考案は、上述した問題点に鑑み、距離Ｒや波
長λを検出することより対地速度を正確に検出できるよ
うにした対地速度検出装置を提供することを課題として
いる。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本考案により成された対地速
度検出装置は、路面を走行する移動体の前記路面に対す
る対地速度を検出する対地速度検出装置において、前記
移動体に設けられ、その移動方向に対して所定角度を成
して路面に対し超音波を送信する送信手段と、空気中の
温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により
検出した温度から前記超音波の波長を検出する波長検出
手段と、前記移動体に設けられ、前記超音波の前記路面
による点散乱体によって反射される反射波を受信する受
信手段と、前記受信手段と路面との距離を検出する距離
検出手段と、前記受信手段により受信した反射波と、前
記波長検出手段により検出した波長と、前記距離検出手
段により検出した距離とに基づいて前記対地速度を演算
する演算手段とを備えることを特徴としている。

上記課題を解決するために本考案により成された対地
速度検出装置は、路面を走行する移動体の前記路面に対
する対地速度を検出する対地速度検出装置において、前
記移動体に設けられ、その移動方向に対して所定角度を
成して路面に対しマイクロ波を送信する送信手段と、前
記移動体に設けられ、前記マイクロ波の前記路面による
点散乱体によって反射される反射波を受信する受信手段
と、前記受信手段と路面との距離を検出する距離検出手
段と、前記受信手段により受信した反射波と、前記距離
検出手段により検出した距離とに基づいて前記対地速度
を演算する演算手段とを備えることを特徴としている。

〔作用〕

以上の構成において、送信手段より送信された超音波
は路面による点散乱体によって反射され、空間中に空間
的に音圧振幅の異なる分布の反射波が形成される。この
とき移動体の移動に伴い点散乱体が移動体に対して相対
的に移動すると、前記反射波の分布も同様の速度で移動
する。一方波長検出装置は温度検出手段よりの空気中の
温度に応じた前記超音波の波長を検出すると共に、距離
検出手段は受信手段と路面との距離を検出する。そこで
受信手段より前記反射波を受信し、移動速度に応じた音
圧振幅の変動数を検出すると共に前記各検出手段により
検出された波長および距離とから、演算手段により移動
速度を算出することによって対地速度を検出する。

また以上の構成において、送信手段より送信されたマ
イクロ波は路面による点散乱体によって反射され、空間
中に空間的に音圧振幅の異なる分布の反射波が形成され
る。このとき移動体の移動に伴い点散乱体が移動体に対
して相対的に移動すると、前記反射波の分布も同様の速
度で移動する。一方距離検出手段は受信手段と路面との
距離を検出する。そこで受信手段より前記反射波を受信
し、移動速度に応じた音圧振幅の変動数を検出すると共
に前記距離検出手段により検出された距離から、演算手
段により移動速度を算出することによって対地速度を検
出する。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本考案による対地速度検出装置の一実施例を
示す図であり、同図において、第８図と同一符号は同一
部分を示す。

図中、４は温度センサ、５は超音波距離センサであ
る。該超音波距離センサ５は受信器３の近傍に設けられ
ている。

また、第２図は対地速度Ｖを求める装置の一実施例を
示し、第12図と同一部分は同一符号を付してある。図
中、９は温度センサ４よりのセンサ出力が入力される波
長検出回路、10は超音波距離センサ５よりのセンサ出力
が入力される距離・ビーム幅検出回路であり、各々の出
力はゼロクロスカウンタ８の出力と共に演算回路11に入
力される。

以上の構成において、その動作について説明する。温
度センサ４により検出された空気の温度は波長検出回路
９に入力され、送信器２より送信された超音波の補正さ
れた実際の波長λが検出される。また超音波距離センサ
５は第３図のように路面Ａに対してバースト状の音波を
送信し、距離・ビーム幅検出回路10により該路面Ａから
の反射波が距離センサ５に到達するまでの時間T₁から受
信器３と路面Ａとの補正された実際の距離Ｒ及び該距離
Ｒから第14図の実際のビーム幅ｗを検出する。更に受信
器３乃至ゼロクロスカウンタ８より上述のようにゼロク
ロス数N₀を求める。そこで演算回路11は検出回路９及び
10よりの補正された実際の波長λ、距離Ｒ及びビーム幅
ｗと、ゼロクロスカウンタ８よりのゼロクロス数N₀とか
ら（１）式の演算を行い、対地速度Ｖを算出する。

第４図は本考案による対地速度を算出するための装置
の他の実施例を示す。同図は上述した出願で既に提案し
たところの、超音波をパルス状に断続的に送信するよう
にした装置による実施例である。同図において、第２図
と同一符号は同一部分を示し、図中12はサンプリング回
路、13はホールド回路であり、また４、９、10の各々は
第２図と同様に温度センサ、波長検出回路、距離・ビー
ム幅検出回路である。このうち距離・ビーム幅検出回路
10は受信器３よりの出力が入力されており、第２図の超
音波距離センサ５は不要である。

以上の構成において、送信器２は第５図（ａ）に示す
ように超音波をパルス状に断続的に送信し、このことに
よって受信器３が検出する反射波は第５図（ｂ）に示す
ようにパルス状となる。エンベロープ検波器６は受信器
３が受信した反射波をエンベロープ検波してその出力に
第５図（ｃ）に示すエンベロープ信号を出力する。

次に、送信器２よりパルス状超音波が送信されてか
ら、所定時間T₀経過後の第５図（ｃ）に示すエンベロー
プ信号をサンプリング回路12がサンプリングしてその出
力に第５図（ｄ）に示すサンプル信号を出力する。前記
時間T₀は例えば第５図（ｂ）の受信パルスの振幅が最も
大きくなる付近がサンプリング時刻となるように設定す
る。その後ホールド回路13が該サンプル信号をホールド
してその出力に第５図（ｅ）に示すホールド信号を得る
ことにより、反射波を検出することができる。

上記ホールド回路13が出力するホールド信号を直流阻
止回路７に通過させることにより、第５図（ｆ）に示す
サンプリング回路12により順次サンプリングされたサン
プリング値の軌跡の変動成分が検出される。そしてゼロ
クロスカウンタ８により変動成分の単位時間当りのゼロ
クロス数N₀を検出する。

一方、距離・ビーム幅検出回路10は、第５図（ａ）の
パルス状超音波が送信器２より送信されてから、受信器
３に第５図（ｂ）の反射波が受信されるまでの時間T₁を
検出し、該時間T₁より実際の距離Ｒを求める。また該距
離Ｒより実際のビーム幅ｗを求める。更に波長検出回路
９より実際の波長λを求める。そして、前記検出された
ゼロクロス数N₀と共に演算回路11により上記式（１）に
示す演算を行い対地速度Ｖを算出する。

なお、送信器２よりの超音波は、そのパルス幅が、該
超音波の数波長程度と短く設定され、第６図に示すよう
に振幅が徐々に増加した後減少するような波形である。

また第４図のパルスによる装置では、送信器２と受信
器３とを同一の素子で構成することもできる。

第７図は本考案による送信器２と受信器３の他の実施
例を示し、本実施例では、車両１内に該車両１の移動方
向に対して所定角度θ₁，θ₂（＜90°）を成して送信器
２及び受信器３を設けている。この実施例においても上
述の場合同様にスペックルが発生するので対地速度Ｖを
検出することができる。

更に第７図のように送信器、受信器を配置した構成に
おいて、第４図の装置により対地速度Ｖを検出してもよ
い。

上記各実施例では、超音波により対地速度を検出した
が、マイクロ波を用いてもよい。ここでマイクロ波の場
合波長は温度に依存しないため、温度センサ、波長検出
回路は不用になる。マイクロ波の波長λは数mm〜数100m
mであり、特に数mm〜数10mmの範囲では、超音波と同様
なスペックルが発生するため、上述の動作より対地速度
を検出することができる。

〔効果〕

以上説明したように本考案によれば、移動体の上下振
動等による移動体と路面との距離や温度による超音波の
波長が変動しても、或いは移動体と路面との距離による
マイクロ波の波長が変動しても、常に正確な対地速度を
検出することができる。また、マイクロ波を送信し、反
射波を検出することが可能なためS/Vも良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による対地速度検出装置の一実施例を示
す図、 第２図は本考案により対地速度を検出する装置を示す
図、 第３図は第１図、第２図における超音波距離センサより
の送信波と反射波の波形図、 第４図は本考案により対地速度を算出する他の装置例を
示す図、 第５図は第４図の装置の各部波形図、 第６図は第５図中の波形の一部拡大図、 第７図は本考案により送信器と受信器の他の実施例を示
す図、 第８図は本出願人が先に提案した対地速度検出装置を示
す図、 第９図は第８図における超音波の入射範囲と受信器との
関係を示す図、 第10図は第８図における送信器、受信器と路面の関係を
示す図、 第11図は第８図の受信器より検出される反射波特性を示
す図、 第12図は第８図により対地速度を算出する装置例を示す
図、 第13図は第５図の装置の各部波形図、 第14図は第１図や第８図における送信器と路面との実際
の関係を示す図である。 １……車両、２……送信器、３……受信器、４……温度
センサ、５……超音波距離センサ、６……エンベロープ
検波器、７……直流阻止回路、８……ゼロクロスカウン
タ、９……検波検出回路、10……距離・ビーム幅検出回
路、11……演算回路、12……サンプリング回路、13……
ホールド回路、Ａ……路面。

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】路面を走行する移動体の前記路面に対する
   対地速度を検出する対地速度検出装置において、 前記移動体に設けられ、その移動方向に対して所定角度
   を成して路面に対し超音波を送信する送信手段と、 空気中の温度を検出する温度検出手段と、 該温度検出手段により検出した温度から前記超音波の波
   長を検出する波長検出手段と、 前記移動体に設けられ、前記超音波の前記路面による点
   散乱体によって反射される反射波を受信する受信手段
   と、 前記受信手段と路面との距離を検出する距離検出手段
   と、 前記受信手段により受信した反射波と、前記波長検出手
   段により検出した波長と、前記距離検出手段により検出
   した距離とに基づいて前記対地速度を演算する演算手段
   とを備える、 ことを特徴とする対地速度検出装置。
2. 【請求項２】路面を走行する移動体の前記路面に対する
   対地速度を検出する対地速度検出装置において、 前記移動体に設けられ、その移動方向に対して所定角度
   を成して路面に対しマイクロ波を送信する送信手段と、 前記移動体に設けられ、マイクロ波の前記路面による点
   散乱体によって反射される反射波を受信する受信手段
   と、 前記受信手段と路面との距離を検出する距離検出手段
   と、 前記受信手段により受信した反射波と、前記距離検出手
   段により検出した距離とに基づいて前記対地速度を演算
   する演算手段とを備える、 ことを特徴とする対地速度検出装置。