JP2727556B2 - 前方路面凹凸検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車等の車両の進向方向における前方路
面の凹凸状態を検出する前方路面凹凸検出装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来の前方路面凹凸検出装置としては、例えば特開昭
62−163910号公報に記載されているものがある。

これは、指向性を持ったビームを車体前方の所定距離
の路面上に照射し、その反射波から距離を測定する。こ
の測定信号には、車体のピッチやバウンス等による2Hz
以下のノイズ成分が含まれている。そこで、この測定信
号の低周波成分をハイパスフィルタによって除去し、残
りの高周波成分に基づき路面の凹凸状態を算出してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、距離測定信号には、ピッチやバウンス
等の車両挙動によるノイズ成分以外に、検出対象となら
ない路面の微小凹凸によるノイズ成分，エンジン及び車
輪からの振動により生じるノイズ成分も含まれている。
これらのノイズ成分は2Hz以上の周波数帯域にも存在す
るため、単なる2Hz以下のハイパスフィルタでは除去す
ることができない。このため、フィルタ処理された信号
にもノイズ成分が含まれることになり、このノイズ成分
を路面凹凸信号として誤って検出する可能性がある。

本発明は上記の課題に鑑みなされたもので、車両挙動
のみならず、路面の微小な凹凸，エンジンや車輪等の振
動などによるノイズ成分を路面凹凸信号として誤検出す
ることなく、検出対象となる路面凹凸信号のみを確実に
検出する前方路面凹凸検出装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明による前方路面凹凸検出装置は、 車輪の回転に基づく車輪速度信号を出力する車輪速度
センサと、 この車輪速度センサからの車輪速度信号に比例した周
期のタイミング信号を発生するタイミング発生手段と、 このタイミング発生手段からのタイミング信号の発生
を受けて、指向性をもった光ビームを車体前方の所定距
離にある路面上に照射して、その反射光を受信すること
により距離のサンプリング測定を行う距離測定手段と、 前記タイミング発生手段からのタイミング信号の発生
を受けて、前記距離測定手段によって測定された距離測
定信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、 このA/D変換手段からのデジタル信号のうち所定以下
の周波数成分および所定以上の周波数成分を除去した所
定の周波数帯域のみを通過させる特性をもった一定の系
数を有し、前記タイミング発生手段からのタイミング信
号の発生を受けて、前記係数と前記所定の周波数帯域を
通過したデジタル信号をもとに算出した信号を発生する
フィルタ処理手段と、 前記フィルタ処理手段からの信号に基づき、路面の凹
凸状態を判断する路面凹凸判断手段と、 を備える構成とした。

〔作用〕

上記の構成によれば、距離測定手段、A/D変換手段、
およびフィルタ処理手段はタイミング発生手段からのタ
イミング信号の発生を受けて各々作動する。フィルタ処
理手段は、距離測定手段によってサンプリング測定され
た信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段からのデ
ジタル信号に対して、所定以下の周波数成分および所定
以上の周波数成分を除去した所定の周波数帯域のみを通
過させるフィルタ処理を行う。

一方、検出対象となる路面凹凸による距離変化信号の
周波数成分は、車輪速度センサからの車輪速度信号、即
ち車体速度に応じて変化する。同様に、タイミング発生
手段は車輪速度センサからの車輪速度信号に比例した周
期のタイミング信号を発生するため、このタイミング信
号の発生を受けて作動するフィルタ処理手段の周波数通
過帯域は、車体速度が低い時には低周波数側に、車体速
度が高い時には高周波数側に、夫々シフトするように制
御される。

そして、路面凹凸判断手段は、このフィルタ処理され
た信号に基づいて路面の凹凸状態を判断する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明においては車輪速度信号に
比例してフィルタ処理手段の周波数通過帯域をシフトさ
せている。このため、車体速度にかかわらず常に検出対
象となる路面凹凸を示す信号の周波数成分を精度良く抽
出することができる。さらに、抽出された周波数成分に
含まれる路面凹凸信号と車両挙動・振動・路面微小凹凸
によるノイズ信号とのS/N比が最も高いものであるた
め、確実に路面の凹凸を検出することができる。

そして、特に、フィルタ処理手段においては、車輪速
度信号に比例した周期のタイミング信号を受けて一定の
係数を用いたデジタル処理が行われるので、新たなフィ
ルタを設けることなく比較的簡単な回路構成にて容易に
フィルタ特性をシフトさせて信号処理を実行することが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に、本実施例の前方路面凹凸検出装置の構成を
示す。距離測定手段としての光式三角測量装置１は車体
前部に設置され、車体から所定距離の前方路面までの距
離を測定する。この光式三角測量装置１は、駆動回路1
0,照射レンズ12,集光レンズ14,半導体光位置検出素子1
5,信号増幅回路16a,16b,距離演算回路17によって構成さ
れている。駆動回路10はレーザダイオードなどの発光素
子11を駆動する。照射レンズ12は発光素子11からの光を
平行にして光ビーム13を一定方向に照射する。集光レン
ズ14は光ビーム13による路面４からの反射光を集光す
る。半導体光位置検出素子15は集光された反射光を受光
する。信号増幅回路16a,16bは半導体光位置検出素子15
からの２つの出力信号をそれぞれ増幅する。距離演算回
路17は増幅された２つの信号の和と、増幅された２つの
信号の差との比を計算する。

路面凹凸検出回路２は、光式三角測量装置１からの出
力信号（距離信号）を処理し、路面上の凹凸の有無を判
断する。この路面凹凸検出回路２は、タイミング発生回
路24,A/D変換回路21,フィルタ処理手段としてのデジタ
ルフィルタ回路22,路面凹凸判断手段としての凹凸判断
回路23によって構成されている。タイミング発生回路24
は４輪それぞれに設置された車輪速度センサ３からの車
輪速度信号により車体速度を算出し、かつ駆動回路10の
駆動タイミングおよびA/D変換回路21,デジタルフィルタ
回路22の動作タイミングを発生する。つまり、４輪それ
ぞれに設置された車輪速度センサ３とタイミング発生回
路24とが車体速度検出手段に相当する。

A/D変換回路21は距離演算回路17からの距離信号をデ
ジタル化する。

デジタルフィルタ回路22はデジタル化された距離信号
に対して、所定の周波数帯域のみを通過させるフィルタ
処理を行う。凹凸判断回路23はフィルタ処理結果より路
面の凹凸状態を判断する。

ここで、光式三角測量装置１の測距原理について示
す。発光素子11からの光束を照射レンズ12により平行に
し、照射ビーム光13を路面４に照射する。路面４上に生
じた光スポットは受光レンズ14により半導体光位置検出
素子15上に結像される。その結像位置は、光式三角測量
装置１から路面４までの距離に対応して変化する。半導
体光位置検出素子15においては、光の結像位置から両端
子へ電流が流れる。そのとき半導体光位置検出素子15は
抵抗体となり、光の結像位置が端子から遠くなる程流れ
る電流は小さくなる。そこで、半導体光位置検出素子15
から出力される２つの出力信号を増幅回路16a,16bによ
り増幅し、その２つの増幅信号の和とその２つの増幅信
号の差との比を距離演算回路17により計算する。従っ
て、その計算により出力される距離信号は、光式三角測
量装置１から路面４までの距離に対応した信号となる。

しかしながら、光式三角測量装置１から路面４までの
距離変化は、検出対象であるところの舗装路面の継ぎ目
や橋梁のジョイントなど車両の乗り心地に影響する路面
凹凸によってのみ生じるわけではない。例えばピッチ，
バウンス等車両の挙動や車両のエンジン又は動力伝達系
の振動および本来検出対象ではない路面粗さの微小凹凸
（乗り心地に影響のない凹凸）によってもその距離変化
は生じる。そこで検出対象である車両の乗り心地に影響
を与える路面凹凸による距離変化（以下Ｓ成分という）
と、車両挙動・振動・路面粗さなどにより生じる距離変
化（以下Ｎ成分という）とを区別することが必要とな
る。

検出対象である路面凹凸を照射ビーム光13が走査した
場合に生じる距離変化は、第２図に示すように凹凸のプ
ロフィールに対応し特定の変化を示す。第２図（Ａ）は
突起（高さ10mm）による距離変化、第２図（Ｂ）は段差
（高さ10mm）による距離変化を示している。その距離変
化に対応した距離信号の周波数帯域は、走査の速度つま
り車体速度により変わる。これは、高速時には単位時間
当りの距離変化の割合は大きく、低速時には単位時間当
りの距離変化の割合が小さいためである。第３図に高さ
10mmの突起を乗り越した場合の種々の車体速度
（（Ａ）:100km/H,（Ｂ）:60km/H,（Ｃ）:20km/H）にお
ける距離信号の周波数成分を示す。“S"が路面凹凸によ
る距離信号成分（Ｓ成分）であり、“N"が平坦路面走行
時の距離信号成分（Ｎ成分）である。第３図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）から車体速度に比例し最もS/N比の高い
周波数帯域がシフトしていることがわかる。

従って、車体速度に比例しバンドパスフィルタの周波
数通過帯域をシフトさせ、通過帯域をＳ成分の周波数帯
域に一致させれば、常に最も高いS/N比を得ることがで
きる。

車体速度に応じてフィルタの周波数特性をかえる方法
としては、アナログフィルタであれば複数のフィルタを
用意し、車体速度に応じて切り換える方法が考えられ
る。しかし、この方法は多数のフィルタを用意しなけれ
ばならない欠点がある。一方、デジタルフィルタであれ
ば、フィルタ処理の演算に用いるソフトウェアを変更す
るだけで周波数特性を変えることができる。

この点に注目し、本実施例ではディジタルフィルタを
用いて、車体速度に応じて周波数特性を変えるものとし
た。

本実施例の路面凹凸検出回路２の動作について示す。
光式三角測量装置１の距離演算回路17からの距離信号は
A/D変換回路21によりデジタル値に変換される。デジタ
ルフィルタ回路22はこのデジタル化された距離信号の所
定の周波数帯域のみを通過させる。ここで、デジタルフ
ィルタ回路22についてその構成例を示す。第４図はDSP
（デジタル・シグナル・プロセッサ）を用いたデジタル
フィルタ回路22の一例である。A/D変換回路21によりデ
ジタル化された距離信号はデータ格納用RAM221に格納さ
れる。データ格納用RAM221は新しいデータが格納される
度に最も古いデータを捨て、常にｎ個の最新のデータを
格納している。DSP222は、データ格納用RAM221に格納さ
れたｎ個のデータ列Diと、係数格納用ROM223にあらかじ
め格納されたｎ個の係数列Kiとのたたみ込み演算 を行い、演算結果（フィルタ処理結果）を出力する。

デジタルフィルタ回路22のフィルタ特性は、係数の個
数ｎや係数列Kiを変更しても変えることができる。しか
し、これを行うためには多数の係数列をマップ化して記
憶するか、複雑な計算を行い係数列を求めなくてはなら
ない。ところが、デジタルフィルタ回路22において単に
フィルタ特性を周波数軸上でシフトさせるだけなら、デ
ータ列Diのサンプリング周波数を変更するだけでよい。
つまり、同一の係数列Kiを用いてたたみ込み演算を行っ
ても、データ列Diのサンプリング周波数が高いときその
フィルタ特性は高周波側へシフトし、データ列Diのサン
プリング周波数が低いときそのフィルタ特性は低周波側
へシフトする。同時に、このときの周波数通過帯域幅
は、サンプリング周波数に比例する。即ち、デジタルフ
ィルタ回路22のフィルタ特性が高周波側にシフトすると
きには広い通過帯域幅となり、低周波側にシフトすると
きには狭い通過帯域幅となる。

このようなデジタルフィルタの特性を利用し、車体速
度に応じて測距およびデジタルフィルタ処理（たたみ込
み演算）のサンプリング周波数を変更することにより、
容易にフィルタ特性をシフトさせることができる。

本実施例の前方路面凹凸検出装置２では、測距および
信号処理はタイミング発生回路24の発生するタイミング
信号により順に行われる。つまり、データ列Diのサンプ
リング周波数はタイミング発生回路24によって制御され
る。このタイミング発生回路24の構成例を第５図に示
す。４輪それぞれに設置された車速センサ３からの車輪
速度信号（パルス信号）はタイミング発生回路24のパル
スカウンタ241に送られ、４輪それぞれの車輪速度が計
測される。CPU242はこの計測結果の最大速度を車体速度
と推定し、車体速度に応じた周期のタイミング信号を発
生する。第７図にタイミング発生回路24のCPU242の実行
するフローチャートを示す。

ステップ10では、車体速度の推定が行なわれる。ステ
ップ20では、駆動回路10に測距開始を指示するトリガを
出力する。ステップ30では、A/D変換回路21にA/D変換の
実行を指示するトリガを出力する。ステップ40では、デ
ジタルフィルタ回路22に演算開始を指示するトリガを出
力する。ステップ50では、時間待ちが行なわれる。ステ
ップ10での車体速度の推定結果に応じてステップ50での
待ち時間を変更することにより、一連の処理の周期を車
体速度に応じて変化させる。つまり、車体速度の高い時
にはステップ50での待ち時間を短くし、車体速度の低い
時にはステップ50での待ち時間を長くする。これによ
り、データ列Diのサンプリング周波数は、車体速度が高
いときには高周波数となり、車体速度が低いときには低
周波数となる。従って、デジタルフィルタ回路22の係数
格納用ROM223に格納した係数が同一、つまりたたみ込み
演算処理が同一であっても、その周波数特性は車体速度
に応じてシフトすることになる。

凹凸判断回路23ではこのフィルタ処理結果に基づき路
面の凹凸状態が判断される。この凹凸判断回路23につい
てその構成例を第６図に示す。デジタルフィルタ回路22
からのフィルタ処理結果はD/A変換回路231によりアナロ
グ信号に変換される。そのアナログ信号がコンパレータ
232によりあらかじめ設定された基準値と比較される。
このアナログ信号が基準値を越えた場合は路面凹凸と判
断し、凹凸検出信号を出力する。

本実施例では、デジタルフィルタ回路22の演算器とし
てDSPを用いたが、もちろんこれは高速のCPUを用いても
同様な処理が行なえる。また演算の内容も実施例に示し
たFIR（Finite Impulse Response）型以外にも、IIR（I
nfinite Impulse Response）型のバンドパスフィルタを
用いてもよい。また凹凸判断回路23は、本実施例ではフ
ィルタ処理結果をアナログ値に変換し、コンパレータに
より比較した。しかし、この代わりにマイコンを用いて
フィルタ処理結果のデジタル値をあらかじめ設定した数
値と直接比較してもよい。さらに、本実施例では４輪各
輪の速度を検出し、それらの最大速度を車体速度とし
た。しかし任意の１輪の車輪速度を車体速度としても良
く、或いは任意の２輪の最大速度を車体速度としても良
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は前方路面凹凸検出装置の構成図、第２図
（Ａ），（Ｂ）は突起及び段差による距離変化を示す説
明図、第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は種々の車速にお
ける距離信号の周波数成分の分布図、第４図はデジタル
フィルタ回路の構成図、第５図はタイミング発生回路の
構成図、第６図は凹凸判断回路の構成図、第７図はタイ
ミング発生回路のフローチャートである。 １…光式三角測量装置,2…路面凹凸検出回路,3…車輪速
度センサ,22…デジタルフィルタ回路,23…凹凸判断回
路,25…タイミング発生回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車輪の回転に基づく車輪速度信号を出力す
   る車輪速度センサと、 この車輪速度センサからの車輪速度信号に比例した周期
   のタイミング信号を発生するタイミング発生手段と、 このタイミング発生手段からのタイミング信号の発生を
   受けて、指向性をもった光ビームを車体前方の所定距離
   にある路面上に照射して、その反射光を受信することに
   より距離のサンプリング測定を行う距離測定手段と、 前記タイミング発生手段からのタイミング信号の発生を
   受けて、前記距離測定手段によって測定された距離測定
   信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、 このA/D変換手段からのデジタル信号のうち所定以下の
   周波数成分および所定以上の周波数成分を除去した所定
   の周波数帯域のみを通過させる特性をもった一定の系数
   を有し、前記タイミング発生手段からのタイミング信号
   の発生を受けて、前記係数と前記所定の周波数帯域を通
   過したデジタル信号をもとに算出した信号を発生するフ
   ィルタ処理手段と、 前記フィルタ処理手段からの信号に基づき、路面の凹凸
   状態を判断する路面凹凸判断手段と、 を備えることを特徴とする前方路面凹凸検出装置。