JP4454537B2

JP4454537B2 - 対地速度測定装置

Info

Publication number: JP4454537B2
Application number: JP2005155973A
Authority: JP
Inventors: 喬荒木; 滋之北村
Original assignee: 株式会社ユピテル
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP2006329873A

Description

本発明は、
対地速度測定装置に関するものである。

現在の自動車のスピードメータは、一般に、その自動車のタイヤが装着された車輪（車軸）の回転速度に基づいて自動車本体の対地速度を推定するようになっている。この一般に適用されるスピードメータで計測する速度は、あくまでも予め想定された標準サイズのタイヤが、所望の空気圧の状態で取り付けられていることを想定して算出される。従って、厳密に言うと、仮に車輪の回転速度が同一であったとしても、タイヤの直径が異なったり、タイヤと路面との間で発生する滑りの程度に差が生じたりした場合、実際の自動車の対地速度は異なる。さらに、車輪の回転速度とタイヤの回転速度が必ずしも一義的に対応するとは限らないという問題がある。

これに対し、マイクロ波を地面に放射し、その散乱波のドップラ周波数を検出することで、ドップラ効果を利用して直接的に自動車の対地速度を求める方式も提案されている（特許文献１，特許文献２等）。このドップラ効果を利用した対地速度を求める方式を用いれば、理論上は直接的に自動車の対地速度を求めることが出来るので、上述したタイヤの直径の相違や、タイヤと路面との間で発生する滑り等の影響がないので、好ましい。
特開昭６１−１１８６７８特開２００１−２２１８５６

しかしながら、上述した従来のドップラ効果を用いた対地速度計測装置は、レーダの取り付け角度により、算出される対地速度が大きな影響を受けるため、取り付け角度を高精度に設定する必要がある。さらに、自動車の場合、走行にともない振動を受けることから、走行中に取り付け角度が変化する可能性もある。従って、実際には、車輪の回転速度に基づいて対地速度を推定するスピードメータの補助的なシステムとしてしか利用できないのが現状である。

特許文献１に開示された発明は、２個のドップラーセンサ（送受信が同じ）を使用し、車両走行時の振動による受発信器の路面と成す角度の変動角Δθを算出して速度補正を行うものである。この特許文献１に開示された発明では、センサの取付角そのものが変化した場合には対応出来なくなってしまうという問題がある。

特許文献２に開示された発明は、２個のオフセットパラボラ型の反射器を用いて送信と受信を別々に行うものである。そして、オフセットパラボラ型の反射器により平行ビームにすることによりビームの広がりを抑え入射角と反射角を一定にすることにより、求める対地速度の高精度化を図ったものである。この特許文献２に開示された発明も、対地速度を求める際に使用する演算式中における入射角αと反射角βはあらかじめ決まっているため、実際に設置した取り付け角度が異なる（使用に伴い変化する）と、正確な対地速度を求めることが出来なくなると言う問題を有する。

本発明の目的は、取り付け角度による対地速度の算出の影響を受けず、精度良く直接的に自動車の対地速度を算出することが出来る対地速度測定装置を提供することにある。

本発明の対地速度測定装置は、ドップラセンサと、そのドップラセンサから出力されるドップラビート信号と、そのドップラセンサが備えたアンテナの角度に基づいて対地速度を算出する速度検出手段と、所定間隔で配置された反射体の上を通過したときに得られるドップラビート信号の信号強度のレベル変化に基づいて較正速度を求める較正速度検出手段と、前記速度検出手段で算出される対地速度と、前記較正速度検出手段により求められる較正速度が同じになるように前記ドップラセンサの入射・反射角を決定する実角度算出手段と、を備え、前記実角度算出手段は、前記ドップラビート信号と、前記較正速度に基づいて実角度を算出するものであり、前記速度検出手段は、求めた実角度に基づいて対地速度を算出するようにした。

そして、較正速度検出手段は、ドップラビート信号の信号強度のピーク間の時間ΔＴと、前記反射体の設置間隔ΔＬに基づき較正速度を算出する機能を備えるようにすることができる。一方、前記反射体は、アルミ製とするとよい。また、反射体の形状は、丸棒体であると良い。もちろん、材質並びに形状は、上記のものに限られないのは言うまでない。

前記ドップラビート信号に基づいて算出した速度と、前記較正速度とが所定以上の差がある場合には、前記実角度算出手段により求める角度データの更新を行わないようにすると良い。

速度検出手段の角度データは、当初（実角度算出手段で求める前）は、およその角度を登録しておく。ドップラセンサの出力（ｆｄ）は速度検出手段に入力することで、角度データを参照して現時点の速度検出を行うことができる。一方、ドップラビート信号ｆｄは較正速度検出手段に同時に送られる。この時、道路に設置された反射体の上を通過した場合、較正速度検出手段は較正速度Ｖ０を算出し、実角度算出手段に送る。実角度算出手段では、センサの実際の取り付け角度θを算出する。これにより、較正処理が終了するので、以後は、速度検出手段は較正された実角度を用い、与えられたドップラビート信号に基づいて対地速度を高精度に算出できる。

本発明では、取り付け角度による対地速度の算出の影響を受けず、精度良く直接的に自動車の対地速度を算出することが出来る。

図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態における対地速度測定装置は、ドップラーセンサ１０と、そのドップラセンサ１０の検出値に基づいて速度を求める速度検出部２０および較正速度を求める較正速度検出部３０と、ドップラセンサ１０の出力と較正速度検出部３０の出力に基づいて実際のドップラセンサのアンテナの取り付け角度を求める実角度算出部４０と、を備えている。速度検出部２０は、その実角度算出部４０から与えられる角度情報と、上記のドップラセンサ１０の出力に基づいて正確な対地速度を直接算出する。

ドップラセンサ１０は、発振器１１（発振周波数ｆ０）と、その発振器１１の出力を路面に向けて出射する送信アンテナ１２と、その送信アンテナ１２から出射されたマイクロ波が、路面で反射されて戻ってきた反射波を受信する受信アンテナ１３と、その受信アンテナ１３で受信した反射波の周波数と発振器１１から出力される発信周波数ｆ０とを混合するミキサ１４と、を備えている。係るドップラセンサ１０の構成並びに作用は、公知のものであるので、詳細な説明を省略する。このミキサ１４で混合されたドップラビート周波数（ｆd）が、速度検出部２０，較正速度検出部３０並びに実角度算出部４０に与えられる。

また、ドップラセンサ１０は、図２に示すように、例えば、自動車５０の先端（例えば、バンパーの下，ナンバープレートの周囲等）に送信アンテナ１２，受信アンテナ１３を取り付ける。この時の取付角度（路面に対する）をθとする。
速度検出部２０は、送信アンテナ１２並びに受信アンテナ１３の取付角度θを記憶する
角度データ記憶部２１と、その角度データ記憶部２１に格納された角度θと、ドップラセンサ１０から出力されたに格納されたドップラビート周波数ｆｄとに基づいて、自動車の対地速度を算出する速度算出部２２と、を備えている。速度算出部２２は、与えられた２つの情報に基づき、下記式を演算することにより、対地速度Ｖを求める。

Ｖ＝ｆｄ＊ｃ／（２＊ｆ０ｃｏｓθ）

なお、この速度算出部２２で演算処理して求めた対地速度Ｖは、実角度算出部４０に与えられる。もちろん、図省略するが、外部出力端子や、通信手段等の外部装置に対してデータを出力する機能を備えている。これにより、速度算出部２２で算出した対地速度Ｖを任意の外部装置に与えることができる。

ここで、速度算出部２２が演算処理する際のパラメータの１つである角度θは、初期設定では適当な値が設定されており、所定タイミングで実角度算出部４０にて算出した実角度に設定変更される。これにより、角度データ記憶部２１に格納される角度θが、実際の送信アンテナ１２，受信アンテナ１３の取付角度に更新されるため、正確な対地速度Ｖを求めることができる。初期設定で格納する値は、例えば、予め定めてある送信アンテナ１２並びに受信アンテナ１３の取付角度（標準値）とすると、当初から比較的正確な対地速度Ｖを算出することができるが、本発明では必ずしもそのような標準値を設定する必要はなく、極端な例を挙げれば、全く異なった角度を初期値として与えても良い。つまり、その実際の角度と異なった角度を初期値とした場合、角度データ記憶部２１に格納された角度データが初期値の状態では正確な対地速度Ｖを求めることはできないものの、後述するように、実角度算出部４０により正確な送信アンテナ１２並びに受信アンテナ１３の取付角度を求めることができるとともに、その求めた角度に角度データ記憶部２１のデータが更新されるため、その後は、正確な対地速度Ｖを求めることができる。

さらに、走行中に伝わる振動その他の要因から、送信アンテナ１２並びに受信アンテナ１３の取付角度が変化することがあるが、係る場合にも本実施の形態では、取付角度の変化に対応して角度データ記憶部２１に格納する角度θが修正されるため、常時（一定のタイムラグはあるが）正確な対地速度Ｖを求めることができる。しかも、係る角度θの修正は、自動的に行なわれる。

次に、本発明の要部となる角度の自動修正（較正処理）を行なう機能について説明する。まず、前提として、図３に示すように、道路５１上に所定間隔で反射体５２を設置する。この反射体５２は、本実施形態では、直径５mmφで長さ１ｍのアルミ製の丸棒を用い、その反射体５２の一部を道路５１に埋め込み、設置した。このように、材質をアルミ製にしつつ、外形状を曲面にすることで、反射を大きくするようにした。

係るアルミ製の丸棒からなる反射体５２に向けてマイクロ波を発射した場合、その反射体５２からの反射波の状態は、設置方向と平行な偏波方向の偏波（水平偏波）の反射強度は、図４に示すように強い反射波が受信される。つまり、送信アンテナ１２から出射されたマイクロ波が、道路５１の表面に照射されて反射されてきた反射波を受信アンテナ１３で受信した場合と、反射板５２に照射されて反射されてきた反射波を受信アンテナ１３で受信した場合とでは、信号強度が大きく違う。

そこで、一定間隔ΔＬ（例えば５０ｃｍ）で反射体５２が配置された道路５１上を、対地速度測定装置を取り付けた自動車が走行すると、受信アンテナ１３にて反射波を受信した信号した場合に得られるドップラビート周波数ｆｄの強度変化（ピーク）を検出して、その強度変化のピークとピークの時間差ΔＴから、キャリブレーションによる較正速度Ｖ０を算出することができる。

この較正速度Ｖ０を求めるのが、較正速度検出部３０である。すなわち、係るドップラセンサ１０から出力されるセンサ出力信号のドップラビート周波数ｆｄのピークの間隔を求めるピーク間隔検出部３１と、そのピーク間隔検出部３１で検出したピーク間隔たる時間差ΔＴと、設置間隔データ記憶部３３に格納された反射板５３の設置間隔ΔＬに基づいて、較正速度を算出する較正速度算出部３２と、を備えている。

ピーク間隔検出部３１は、与えられたドップラビート周波数ｆｄの信号強度を検知し、所定強度以上のピーク値の間隔を計測し、同一の間隔を連続して検出した場合には較正用のマイクロ波反射体（アルミ棒）５２を通過したものとし、そのときの間隔（例えば、平均値）ΔＴを求め、較正速度算出部３２にピーク値の間隔ΔTを渡す。

較正速度算出部３２は、与えられた２つの情報（ΔＬ，ΔＴ）に基づき、下記式を演算することにより、較正速度Ｖ０を求める。
Ｖ０＝ΔＬ／ΔＴ
この較正速度算出部３２で求めた較正速度Ｖ０は、実角度算出部４０に与えられる。これにより、実角度算出部４０は、ドップラセンサ１０から与えられるドップラビート周波数ｆｄと、較正速度Ｖ０に基づき、下記式に基づいてドップラセンサ１０つまり、送信アンテナ１２と受信アンテナ１３の実際の取付角度θを算出する。具体的には、発振器１１の発信周波数ｆ０は既知であるため、与えられたｆｄと、較正速度Ｖ０を下記式に代入して、実角度θを算出する。

θ＝ｃｏｓ^−１（ｆｄ＊ｃ／（２＊ｆ０＊Ｖ０）

実角度算出部４０は、このように実角度を算出したならば、求めたθを速度検出部２０の角度データ記憶部２１に格納し、実角度データを更新する。これにより、以後、速度検出部２０の速度算出部２２は、更新された実角度θに基づいて対地速度Ｖを算出することになる。

次に、具体的例を挙げて説明する。アルミ製の棒がΔL＝５０ｃｍ間隔で道路５１に設置されており、図４のデータが示すように自動車がΔＴ＝４３９ｍｓでその上を通過した場合には、自動車の較正速度Ｖ０は時速４．１ｋｍとなる。一方、ドップラビート周波数ｆｄは１４１Ｈｚであることから、実際の取付角度θは５０度と求めることが出来る。

このように、道路５１上にあらかじめ一定間隔でマイクロ波反射体を配置することにより、頻繁に車速のキャリブレーションを自動的に行うシステムが導入されれば、従来のタイヤの車輪回転によるスピードメータより、高精度で対地速度の検出が可能になる。

また、本実施の形態によれば、道路５１上に所定間隔で反射体（円柱が良い）５２を設置し、その場所を通過するたびに走行しながら自動的に取付角度の補正を行い、常に高精度に対地速度Ｖを求めることが出来る。そして、使用する反射体５２はアルミ材からなる丸棒とすることで、安価で無電力で設置が簡単なであり利便性が高くなる。

なお、較正処理は上記のように随時行ってもよいが、スイッチにより較正モードに設定したときのみ構成速度検出部３０と実角度算出部４０の動作を行わせるようにしても良い。係る対応を取ることにより、ＣＰＵの処理を軽減し、また較正用のマイクロ波反射体以外の反射物による較正速度検出の誤検出を防止することができる。

すなわち、対地速度の算出誤差は、角度データ記憶部２１に格納された角度と実際に取り付けられた角度が異なる場合はもちろんのこと、マイクロ波のビーム幅が原因して、マイクロ波の出力方向と散乱波の反射方向が異なるために理論上の角度と実際の取付角度に相違が生じることもある。そこで、一旦、較正が終了した場合には、通常の走行を行なう限りにおいては、頻繁に較正を行なわなくても、比較的高精度に対地速度の算出を行なうことができる。しかし、長期の走行や、振動などでドップラセンサ（アンテナ）の取付角が変化したり、道路状況が著しく変化したりした場合には較正を行う必要があるため、適宜のタイミングで較正処理を行なえるようにすると良い。

なおまた、図１中点線で示すように、速度検出部２０により算出された速度Ｖを実角度検出部４０に加えるとともに、実角度算出部４０では、較正速度Ｖ０とＶの差が所定値以上の場合は較正速度V０が誤検出である可能性が高いため角度データの更新を行わないようにすることができる。もちろん、係る機能を行なう前提としては、初期値として角度データ記憶部２１に設定する角度データは、ある程度実際のものに近い値にしておく必要がある。また、初期値データとして実際のものと異なる値を適用に設定した場合には、少なくとも１回の較正処理が済んでいるか否かのフラグ情報を持たせ、較正処理後には上述したように、Ｖ０とＶの差が所定値以上の場合は実角度の更新を行なわないようにすることができる。尚、実角度の更新を行なわないとは、結果として、角度データ記憶部２１にデータ更新がされなければよいので、実角度算出部４０にて角度算出をするか否かは問わない。

本発明に係る対地速度測定装置の好適な一実施の形態を示すブロック図である。ドップラセンサ（アンテナ）の設置状態の一例を示す図である。反射体の設置状況の一例を示す図である。反射体からの反射波のドップラビート信号の信号強度の一例を示す図である。

符号の説明

１０ドップラセンサ
１１発振器
１２送信アンテナ
１３受信アンテナ
１４ミキサ
２０速度検出部
２１角度データ記憶部
２２速度算出部
３０較正速度検出部
３１ピーク間隔検出部
３２較正速度算出部
３３設置間隔データ記憶部
４０実角度算出部
５０自動車
５１道路
５２反射体

Claims

ドップラセンサと、
そのドップラセンサから出力されるドップラビート信号と、そのドップラセンサが備えたアンテナの角度に基づいて対地速度を算出する速度検出手段と、
所定間隔で配置された反射体の上を通過したときに得られるドップラビート信号の信号強度のレベル変化に基づいて較正速度を求める較正速度検出手段と、
前記速度検出手段で算出される対地速度と、前記較正速度検出手段により求められる較正速度が同じになるように前記ドップラセンサの入射・反射角を決定する実角度算出手段と、を備え、
前記実角度算出手段は、前記ドップラビート信号と、前記較正速度に基づいて実角度を算出するものであり、
前記速度検出手段は、求めた実角度に基づいて対地速度を算出するようにしたことを特徴とする対地速度測定装置。
前記較正速度検出手段は、ドップラビート信号の信号強度のピーク間の時間ΔＴと、前記反射体の設置間隔ΔＬに基づき較正速度を算出する機能を備えたことを特徴とする請求項１に記載の対地速度測定装置。
前記反射体は、アルミ製であることを特徴とする請求項１または２に記載の対地速度測定装置。
前記反射体は、丸棒体であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の対地速度測定装置。
前記ドップラビート信号に基づいて算出した速度と、前記較正速度とが所定以上の差がある場合には、前記実角度算出手段により求める角度データの更新を行わないようにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の対地速度測定装置。