JP2619588B2 - 車両用速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば自動車である車両
用の速度検出装置に係わり、特にドップラ効果を応用し
た車両用速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両の速度を検出する装置と
して、送信器から発振された超音波と対象物から反射さ
れてきた超音波との間で発生するドップラ効果を利用し
たドップラ速度検出装置が知られている。このようなド
ップラ速度検出装置としては連続的に超音波を発生する
方式と間欠的に超音波を発生する方式とに大別される
が、積雪路あるいは氷結路におけるように反射波が微弱
な場合においても確実な検出を可能とするために間欠的
に超音波を発生する方式を使用することが一般的である
（例えば特開昭５８−３９９７１公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この間欠的に超音波を
発生するパルス方式にあっては、送信期間と受信期間と
を時間的に分離することができるため確実な検出が可能
となるものの、送信器および受信器の動作も間欠的とな
るため、送受信器で送波する際および受波する際に遅れ
が発生する。

【０００４】図６は超音波トランスジューサから送波さ
れる超音波パルスの波形と受波された超音波パルスの周
波数分析結果を示すグラフであって、横軸に時間あるい
は周波数を、縦軸に振幅をとる。（イ）はそれまで静止
していた超音波トランスジューサに送波指令を与えた場
合の送波波形（ａ）およびそれまで静止していた超音波
トランスジューサで受波した場合の受波波形の周波数分
析結果を示している。

【０００５】即ち送波を開始した瞬間から暫時の間は、
送波される超音波の周波数、振幅は安定せず変動する。
また受波の際にも検出周波数はある時間は安定しないた
め受波された超音波信号の周波数分析結果もピークは急
峻ではなくドップラ周波数を正確に識別することはでき
ない。

【０００６】ここで超音波を発信・受信する超音波トラ
ンスジューサに対して発信指令が与えられた場合にも実
際に超音波が発射され、安定するまでに数ミリ秒の遅れ
時間が存在し、反射波が超音波トランスジューサに到達
してから安定した受信信号が出力されるまでにも数ミリ
秒の遅れ時間が存在するが、この遅れ時間は自動車のよ
うな車両にあっては超音波トランスジューサから超音波
が発射されてから再び超音波トランスジューサに戻って
くるまでの時間とほぼ同じ時間である。

【０００７】即ち超音波パルスが超音波トランスジュー
サから発射され、空気中を距離Ｌ伝播して、道路面で反
射され、再び距離Ｌ伝播した後再び超音波トランスジュ
ーサに受信されるまでの時間ｔは次式で表わされる。 ｔ＝２・Ｌ／Ｃ ただしＣは音速である。例えばＬ＝０．６（ｍ）、Ｃ＝
３４０（ｍ／秒）とすればｔ＝３．５ミリ秒となる。

【０００８】即ち約１．７ミリ秒以内に発射された超音
波パルスが安定し、同じく約１．７ミリ秒以内に正確な
周波数が検出できない場合には、１回の計測に要する時
間が長くなり測定頻度が低下することができない。さら
にドップラ周波数を正確に認識できないために測定精度
も低下する。本発明はかかる問題点に鑑みなされたもの
であって、測定頻度を多くできるだけでなく測定精度を
向上することの可能な速度検出装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１は第１の発明にかか
る車両用速度検出装置の基本構成図であって、所定の時
間間隔毎に超音波パルスを送波し対象物で反射されドッ
プラ変調された超音波パルスを受波する車両に搭載され
た超音波送受波手段１０１と、超音波送受波手段１０１
で受波された超音波パルスのドップラ変調度を検出する
ことにより車両速度を演算する速度演算手段１０２と、
超音波パルスを送波する前に超音波送受波手段１０１を
所定時間第１の所定周波数で予備励振し超音波パルスを
受波する前に超音波送受波手段１０１を所定時間第２の
所定周波数で予備励振する予備励振手段１０３、から構
成される。

【００１０】第２の発明にかかる車両用速度検出装置に
あっては、予備励振手段１０３で行われる受波前予備励
振で使用される第２の所定周波数を前回計測時に超音波
送受波手段１０１で受波されたドップラ変調された超音
波パルスの周波数に等しく設定する受波前予備励振周波
数決定手段１０４を有する。第３の発明にかかる車両用
速度検出装置にあっては、超音波送受波手段１０１から
送波される超音波パルスの周波数を超音波送受波手段１
０１の共振周波数を中心とする所定の範囲で走査するこ
とにより決定する送波前予備励振周波数走査手段１０５
を有する。

【００１１】

【作用】第１の発明によれば、予め超音波送受波手段が
予備的に励振されているため、より短い無駄時間で正確
な周波数を有する超音波が送波され、ドップラ変調をう
けた超音波パルスを受波した際により短い無駄時間で検
出信号が出力される。第２の発明によれば、受波前予備
励振周波数が前回計測時のドップラ変調をうけた超音波
パルスの周波数に選択されるため、ドップラ変調をうけ
た超音波パルスを受波してから検出信号が出力されるま
での無駄時間が一層短縮される。

【００１２】第３の発明によれば、受信の際の超音波送
受波手段の選択度Ｑをより高く設定できる。

【００１３】

【実施例】図２は本発明にかかる車両速度検出装置の１
実施例の構成図であって、超音波トランスジューサ２０
１は超音波パルスを送波するためと受波するために使用
される。送波する超音波パルスはパルス発生部２０２で
生成され、ドライブアンプ２０３で増幅されて超音波ト
ランスジューサ２０１から発射される。

【００１４】大気中に発射された超音波パルスは、例え
ば路面である対象物２５０で反射され再び超音波トラン
スジューサ２０１で受波される。受波された超音波パル
スはプリアンプ２０４で増幅された後、バンドパスフィ
ルタ２０５で所定の周波数成分の信号のみが取り出さ
れ、メインアンプ２０６で増幅される。

【００１５】メインアンプ２０６の出力は２つに分岐さ
れ、一方はカウントコンパレータ２０７の、他方は検波
コンパレータ２０８の入力端子に供給される。カウンタ
コンパレータ２０７ではしきい値発生部２０９で発生さ
れたカウントしきい値とメインアンプ２０６との出力と
が比較され、カウントしきい値を中心とする反転回数を
カウンタ２１０でカウントする。

【００１６】検波コンパレータ２０８においては、制御
部２１１から設定される検波しきい値とメインアンプ２
０６の出力とを比較し、信号の有無、信号レベル等を検
出するために使用する。カウンタ２１０のカウント値あ
るいは検波コンパレータ２０８の出力は例えばマイクロ
コンピュータを使用した制御部２１１によって処理され
る。

【００１７】制御部２１１はバス２１１ａを中心として
ＣＰＵ２１１ｂ、メモリ２１１ｃ、入力インターフェイ
ス２１１ｄおよび出力インターフェイス２１１ｅから構
成される。即ちカウンタ２１０でカウントされたカウン
ト値および検波コンパレータ２０８の出力は制御部２１
１の入力インターフェイス２１１ｄに導かれ制御部２１
１に読み込まれる。

【００１８】制御部２１１の出力インターフェイス２１
１ｅからは検波しきい値および超音波トランスジューサ
２０１からの発振周波数設定信号と発振制御信号が出力
される。検波しきい値はＤ／Ａコンバータ２１２でアナ
ログ信号に変換されて、メインアンプ２０６の出力は検
波部２１３で包絡線検波されて検波コンパレータ２０８
に供給される。

【００１９】発振周波数設定信号はパルス発生部２０２
に供給され超音波トランスジューサ２０１から送波され
る超音波パルスの周波数を決定する。発振制御信号はパ
ルス発生部２０２およびドライブアンプ２０３に供給さ
れ、超音波トランスジューサ２０１からの超音波パルス
の予備励振タイミング、送波タイミングおよび強さが決
定される。

【００２０】図３は超音波パルスを送波するための送波
制御ルーチンのフローチャートであって、所定の時間間
隔Ｔ毎に実行される。なお時間間隔Ｔは１回の送波制御
ルーチンおよびそれに引き続く受波ルーチンを実行する
のに十分な時間間隔として定められる。ステップ３１で
は送波周波数ｆsnが決定される。

【００２１】この送波周波数ｆsnは、超音波トランスジ
ューサ２０１の共振周波数ｆt を中心とする所定帯域を
走査することにより、受信の際の感度が最適となる周波
数に決定される。即ちステップ３１は送波前予備励振周
波数走査手段１０５を構成する。このように送波周波数
ｆsnを決定することによりバンドパスフィルタ２０５の
選択度Ｑを高く設定することができ、受信感度を向上さ
せることが可能となる。

【００２２】ステップ３２において周波数ｆsnで所定時
間Ｔq 予備励振する。なお予備励振の際の振幅はドライ
ブアンプ２０３中に組み込まれたアッティネータ（図示
せず。）を絞って送波時の振幅の数分の１に設定する。
ステップ３３ではアッティネータの設定が元に戻され、
周波数ｆsnの超音波パルスが所定時間Ｔs 超音波トラン
スジューサ２０１から送波される。

【００２３】ステップ３４では受波時の予備励振周波数
ｆpnが決定される。この受波時の予備励振周波数ｆpnは
前回計測時に超音波トランスジューサ２０１で受波され
た超音波パルスの周波数ｆr(n-1)と等しく設定すること
が、予備励振の効果を高めるために有効である。ステッ
プ３５で周波数ｆpnで超音波トランスジューサ２０１を
予備励振する。

【００２４】なお受波時予備励振は以下に説明する受波
ルーチンが起動されると中断される。即ちステップ３２
とステップ３５とは予備励振手段１０３を構成する。図
４は超音波パルスを受波するための受波ルーチンのフロ
ーチャートであって、超音波トランスジューサ２０１で
所定レベル以上の超音波パルスが受波された時に実行さ
れる。

【００２５】即ちステップ４１でカウンタ２１０でカウ
ントされた受波された超音波パルスの周波数ｆrn を読
み取る。ステップ４２で送波周波数ｆsnと受波周波数ｆ
rnとの差の絶対値周波数Δｆが算出される。ステップ４
３で差の絶対値周波数Δｆから車両速度ｖが決定され
る。

【００２６】即ちステップ４２および４３は速度演算手
段１０２を構成する。ステップ４４で受波周波数ｆrnを
次回計測時の受波時予備励振周波数ｆp(n+1)に設定して
このルーチンを終了する。即ちステップ４４は受波前予
備励振手段１０４を構成する。図５は本発明にかかる車
両用速度検出装置の動作を説明するタイミング図であっ
て、横軸に時間、縦軸に振幅をとり、（ａ）は送波パル
ス、（ｂ）は受波パルスを表す。

【００２７】即ち時間間隔Ｔ毎に測定されるとすると、
送波に先立って超音波トランスジューサは周波数ｆs1で
Ｔq 時間予備励振されたのち、同じ周波数で振幅を大き
くした超音波パルスがＴs 時間送波される。そして送波
完了後すぐあるいは所定の時間間隔後に前回の測定で検
出された受波周波数ｆr0での予備励振を開始する。

【００２８】送波開始後Ｔm 時間後に超音波トランスジ
ューサによる受波信号が所定のしきい値以上となった時
に反射波が受信されたものと判断してＴr 時間受波を行
い受波周波数の計測を行う。なお測定時間間隔Ｔは、送
波のための予備励振開始から反射波を受波するまでの時
間よりも長い時間として決定される。

【００２９】図６（ロ）は本発明による予備励振を適用
した場合の送波波形（ａ）および受波波形の周波数分析
結果（ｂ）である。このグラフから明らかなように送波
当初から設定された周波数および振幅の超音波が送波さ
れ、受波信号の周波数分析結果からドップラ周波数を正
確に識別することが可能となる。

【００３０】

【発明の効果】第１の発明によれば、送波あるいは受波
の前に超音波トランスジューサが予備励振されるため、
送波時は当初から設定された周波数および振幅の超音波
を送波することができ正確な計測を可能とするだけでな
く、受波時は反射波を受波すると直ちに検出信号を処理
することができ測定頻度を増加することが可能となる。

【００３１】第２の発明によれば、受波前予備励振周波
数が前回受波時の周波数に選択されるため受波後の無駄
時間を短縮することが可能とする。第３の発明によれ
ば、送波周波数が所定の範囲内で走査することにより決
定されるため、受波手段の選択度を高めることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明にかかる車両用速度検出装置の基
本構成図である。

【図２】図２は本発明にかかる車両用速度検出装置の実
施例の構成図である。

【図３】図３は送波制御ルーチンのフローチャートであ
る。

【図４】図４は受波ルーチンのフローチャートである。

【図５】図５は動作を説明するタイミング図である。

【図６】図６は送波される超音波パルスと受波された超
音波パルスの周波数分析結果である。

【符号の説明】

１０１…超音波送受手段 １０２…速度演算手段 １０３…予備励振手段 １０４…受波前予備励振手段 １０５…送波前予備励振周波数走査手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 聖和 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 池田 愼治 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の時間間隔毎に超音波パルスを送波
   し、対象物で反射されドップラ変調された超音波パルス
   を受波する車両に搭載された超音波送受波手段と、 該超音波送受波手段で受波された超音波パルスのドップ
   ラ変調度を検出することにより車両速度を演算する速度
   演算手段と、から構成される車両用速度検出装置におい
   て、 超音波パルスを送波する前に該超音波送受波手段を所定
   時間第１の所定周波数で予備励振し、超音波パルスを受
   波する前に該超音波送受波手段を所定時間第２の所定周
   波数で予備励振する予備励振手段と、を具備することを
   特徴とする車両用速度検出装置。
2. 【請求項２】 前記予備励振手段で行われる受波前予備
   励振で使用される第２の所定周波数を前回計測時に前記
   超音波送受波手段で受波されたドップラ変調された超音
   波パルスの周波数に等しく設定する受波前予備励振周波
   数決定手段を有する請求項１に記載の車両用速度検出装
   置。
3. 【請求項３】 前記超音波送受波手段から送波される超
   音波パルスの周波数を、該超音波送受波手段の共振周波
   数を中心とする所定の範囲で走査することにより決定す
   る送波前予備励振周波数走査手段を有する請求項１また
   は２に記載の車両用速度検出装置。