JP5588610B2 - 車間距離検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車間距離検出装置に関し、詳細には、先行車や後続車に対して超音波を送出
し、その反射波を受信するまでの経過時間に応じて車間距離を検出する処理の改良に関す
る。

従来、走行中の車両と先行車との間の距離が過度に短くならないように、先行車との間の距離（車間距離）を検出し、この検出された車間距離が所定の距離を下回ったときは、車両に制動をかけるなどして車速を低下させ、車間距離を適度に保つことが行われている。

この車間距離の検出は、例えば、自車両から先行車に向けてミリ波やレーザ光（以下、単に、ミリ波等という。）の指向性の良好な電磁波を送出し、先行車に当たって反射したミリ波等を受信し、このミリ波等の送信から反射したミリ波等の受信までに要した経過時間に基づいて求められている。

しかし、レーザ光は指向性が極めて強いため、ある程度の広がりを持った領域を検出対象とするときは、そのレーザ光を走査するビームスキャンを行う必要があり、そのための機械的な可動部を有する補機類を備える必要があるが、これらの可動部などは、長期間の使用により、その信頼性に難点がある。

また、黒い服を着た歩行者などは検出されない可能性もある。

一方、ミリ波を用いたものでは、専用の発信器を用いる必要性から、回路のサイズや送受信アンテナのサイズを小型化するのに限界があり、特に車載用としては、このサイズの問題は好ましいものではない。

これに対して、比較的近距離を測定するのに適したものとして、超音波を用いた距離検出装置（ソナー）が知られており、これは、機械的な可動部が無いため耐用年数が長い、という特長がある。

また、ソナーは、回路に特殊な部品を用いることなく比較的小規模で実現することができるため、装置全体の小型化を実現することができ、特に短距離の障害物を検知するための装置として、既に広く普及している。
特開平７−３３３３３２号公報

しかし、ソナーは送信パルスのビーム幅が広いため、先行車との距離がある程度大きくなると、送出された超音波のうち一部は路面で反射し、この路面で反射した超音波も、受信機に入力される。

この結果、本来は先行車からの反射超音波を受信するまでの経過時間を計時すべきところ、先行車よりも手前の路面で反射した超音波を受信したときまでの経過時間を峻別することができず、精度よく車間距離を検出することが難しいという問題がある。

ここで、ソナーは、超音波を送出してからの時間が経過する（検出対象との距離が遠くなる）にしたがって、反射超音波の受信レベルが減衰するため、一般的に、経過時間が長くなるにしたがって、受信レベルを増幅して超音波を受信することで、この減衰を補償している。

したがって、単に受信レベルの大小を以て、本来の検出対象である先行車からの反射波か否かを見極めるのも困難である。

なお、上述した車間距離の計測時の問題は、自車の前方を走行する先行車との間の車間距離を計測する場合だけでなく、自車の後方を走行する後続車との間の車間距離を計測する場合にも同様に起こり得る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波を用いた車間距離の計測の精度を向上させることができる車間距離検出装置およびこの車間距離検出装置を用いた車速制御システムを提供することを目的とする。

本発明に係る車間距離検出装置は、超音波を用いた車間距離検出装置において、検出対象となる先行車や後続車からの反射超音波以外の、路面からの反射超音波をノイズ成分として除去することにより、車間距離の計測の精度を向上させるものである。

すなわち、本発明に係る車間距離検出装置は、車両の前部または後部に設置され、前記車両の前方を先行する先行車または前記車両の後方に続く後続車に対して超音波を送信するとともに、前記先行車または前記後続車で反射して戻った超音波を受信する超音波送受信機と、前記超音波が前記超音波送受信機から送信されてから、前記超音波が反射波として受信されるまでの経過時間を計時する計時手段および前記経過時間に基づいて前記先行車または前記後続車との間の車間距離を算出する距離演算部を有する距離算出装置と、を備えた車間距離検出装置であって、前記超音波送受信機は、一定周波数ｆ０の超音波を一定時間間隔でパルス状に送信するものであり、前記距離算出装置は、前記反射波として受信した受信超音波のうち、前記超音波送受信機から送信された送信超音波の周波数との周波数差の絶対値が予め設定された所定値以上となる周波数成分を、路面から反射して受信したノイズ成分として除去するノイズ信号除去手段を備え、前記ノイズ信号除去手段は、前記反射波として受信した受信超音波を、前記所定値よりも小さい周波数分解能Δｆで検出するように、予め設定した所定の時間間隔１／ｆｓごとに、サンプリングデータ数Ｎで取り込むとともに、この所定時間間隔ごとに取り込まれた受信超音波を周波数成分に展開する周波数成分展開部と、前記周波数成分展開部によって展開して得られた受信超音波の周波数成分のうち、前記車両の速度と、超音波の伝搬速度と、前記超音波送受信機から送信される超音波の水平方向に対する下方への広がり角度θと、に基づいて決定する、路面からの反射波として受信した前記受信超音波の周波数と前記超音波送受信機から送信された前記送信超音波の周波数との周波数差の絶対値が前記所定値以上となる周波数成分を前記ノイズ成分として除去するフィルタと、前記フィルタにより前記ノイズ成分が除去された後の周波数成分を時間領域に展開し直す周波数・時間変換部と、時間領域に変換された受信超音波において、前記受信超音波を取り込むために区切られた複数の時間間隔のうち、前記超音波送受信機が前記送信超音波を送信してから、前記フィルタにより前記ノイズ成分が除去された後の周波数成分の受信レベルが最大となる受信超音波が含まれた時間間隔までを、前記送信超音波が送信されてからの前記経過時間として出力する経過時間演算部と、を備え、前記距離演算部は、前記経過時間演算部から出力された前記経過時間に基づいて、前記車間距離を算出するものであることを特徴とする。

このように構成された本発明に係る車間距離検出装置によれば、距離算出装置のノイズ信号除去手段が、反射波として受信した超音波のうち、路面から反射して受信したノイズ成分を除去し、このノイズ成分が除去された後の超音波についての、超音波送受信機から送信から受信までの経過時間に基づいて、距離演算部が車間距離を算出するため、本来の検出対象である先行車や後続車からの反射超音波だけに基づいて、これら先行車や後続車との車間距離を検出することができ、車間距離の計測精度を向上させることができる。

同一の向きに走行している先行車や後続車と自車両との間の速度差は比較的少ない。一方、走行している自車両と動かない路面（速度ゼロ）との間の速度差は、自車両の車速と一致するため、上述した先行車や後続車との速度さに比べて極めて大きい。

そして、本発明に係る車間距離検出装置によれば、超音波送受信機は一定周波数の超音波を送信するところ、自車両に対する相対的な速度差の小さい先行車や後続車で反射して、超音波送受信機により受信された反射超音波の周波数は、超音波送受信機から送信されたときの周波数と略同一となるか、またはドップラー効果による周波数偏移があったとしても極わずかであり、送信されたときの周波数から大きく偏移したものとはならない。

一方、自車両に対する相対的な速度差の大きい路面で反射して、超音波送受信機により受信された反射超音波の周波数は、ドップラー効果によって、送信されたときの周波数から大きく偏移したものとなる。

そして、ノイズ信号除去手段が、反射波として受信した受信超音波のうち超音波送受信機から送信された送信超音波の周波数との周波数差が予め設定された所定値以上となる周波数成分、すなわち路面で反射して受信された超音波を、ノイズ成分として除去することにより、距離演算部は、本来の検出対象である先行車や後続車で反射した成分を受信したときのタイミング（超音波送受信機により送信されてからの経過時間）に基づいて、車間距離を算出するため、車間距離の計測精度を向上させることができる。

先行車や後続車との車間距離が判明していない段階では、超音波が送信されてから反射超音波を受信するまでの経過時間を予め知ることはできない、
そこで、周波数展開部が、受信超音波を、超音波が送信されてから所定時間間隔ごとに取り込んで、各時間間隔ごとに取り込まれた受信周波数をそれぞれ周波数成分ごとに展開することで、各時間間隔内の受信超音波に含まれる周波数成分を知ることができる。

すなわち、例えば、ある時間間隔内の受信超音波には、送信超音波と略同一の周波数の成分（先行車または後続車で反射されたと考えられる超音波）は含まれていないが、ノイズ成分は含まれている場合、これをノイズ信号除去手段に入力するとノイズ成分が除去されるため、この時間間隔内では、送信超音波と略同一の周波数の成分（先行車または後続車で反射されたと考えられる超音波）もノイズ成分も含まれない時間間隔となる。

一方、上記とは異なる時間間隔内の受信超音波には、送信超音波と略同一の周波数の成分（先行車または後続車で反射されたと考えられる超音波）が含まれているが、ノイズ成分も含まれている場合、これをノイズ信号除去手段に入力するとノイズ成分は除去されるが、送信超音波と略同一の周波数の成分は除去されないため、この時間間隔内では、送信超音波と略同一の周波数の成分が残る。

そして、複数の時間間隔のうち、ノイズ成分が除去された後の受信超音波（送信超音波と略同一の周波数の成分）の受信レベルが最大となる受信超音波が含まれた時間間隔が、先行車や後続車から反射された超音波を受信したタイミングということができる。

したがって、超音波を送信してから、ノイズ成分が除去された後の受信レベルが最大となる受信超音波が含まれた時間間隔までの経過時間に基づいて、距離演算部が車間距離を算出することで、精度良く車間距離を検出することができる。

特に、距離算出装置が、経過時間が長くなるにしたがって受信レベルのゲインを増大させる制御を行うものの場合は、時系列的に後に受信した超音波であっても、減衰を補償するためのゲイン増大制御によって受信レベルが増幅されるため、路面の一部からの反射波であっても、先行車や後続車からの反射波と同様に比較的大きな受信レベルを示し、受信レベルの大きさに基づいて、検出対象の信号であるのか非対象のノイズであるのか、を判定するのは困難であるが、上述した好ましい構成の車間距離検出装置によれば、単に受信レベルの大きさ比較だけでなく、周波数による弁別によってノイズ成分を除去するため、一層精度の良い検出結果を得ることができる。

なお、車間距離に応じた車速の制御の具体的な内容は、先行車との関係における制御と後続車との関係における制御とで反対となる。すなわち、先行車との関係における制御では、車間距離が短くなったときは、車間距離を拡げるために、車速を減速する制御（例えば、エンジン回転を低下させたり、変速機の選択段数を低い段に落としたり、制動を行うなどの制御）を行う。

一方、後続車との関係における制御では、車間距離が短くなったときは、車間距離を拡げるために、車速を増速する制御（例えば、エンジン回転を高めたり、変速機の選択段数を挙げたり、制動を解除するなどの制御）を行う。

本発明に係る車間距離検出装置を備えた車速制御システム（以下、単に車速制御システ
ムという。）においては、前記車間距離検出装置によって検出された車間距離が予め設定
された第１の距離よりも短いときは、前記車間距離を急激に拡げるように前記車両の車速
を制御し、前記車間距離検出装置によって検出された車間距離が、前記第１の距離よりも
長く、かつ第１の距離よりも長く設定された第２の距離よりも短いときは、車間距離を緩
く拡げるように前記車両の車速を制御するものとするのが好ましい。

このように好ましく構成された車速制御システムによれば、車間距離検出装置によって
検出された車間距離が予め設定された第１の距離よりも短いときは、車間距離を急激に拡
げるように車両の車速を制御し、車間距離検出装置によって検出された車間距離が第１の
距離よりも長く、かつ予め設定された第２の距離（第１の車間距離よりも長い距離）より
も短いときは、車間距離を緩く拡げるように車両の車速を制御するため、車間距離の長短
に応じた車速の制御を、緩・急の２段階で調整することができ、きめ細かく車間距離を調
整することができる。

なお、車間距離が第１の距離よりも長く、かつ第２の距離よりも短いときに、車間距離
を拡げるスピードとしての「緩く」とは、車間距離が第１の距離よりも短いときに、車間
距離を拡げるスピードとしての「急激に」との関係において、この「急激」よりもゆっく
りであればよい。

このように車間距離が第１の距離よりも長く、かつ第２の距離よりも短いときに、車速制御装置が車間距離を拡げるスピードを、車間距離が第１の距離よりも短いときに、車速制御装置が車間距離を拡げるスピードよりも緩くするのは、車間距離が第１の距離よりも長いため、先行車や後続車に近接乃至衝突するまでの距離的および時間的な余裕が、車間距離が第１の距離よりも短い場合よりも大きいからである。

本発明に係る車間距離検出装置によれば、超音波を用いた車間距離の計測の精度を向上させることができる。

また、本発明に係る車間距離検出装置によれば、車間距離検出装置によって精度の良い車間距離を検出することができるため、この精度の良い車間距離に基づいて、精度良く車速を制御することができる。

以下、本発明に係る車間距離装置を備えた車速制御システム実施形態について、図面を
用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車間距離検出装置を備えた車速制御システム１００（以下、単に車速制御システム１００という。）を示すブロック図、図２は、図１に示した車速制御システム１００が搭載された自車両２００（以下、自車２００という。）とこの自車２００の走行方向前方を走る先行車両３００（以下、先行車３００という。）とを示す模式図である。

図示の車速制御システム１００は、この車速制御システム１００が搭載された自車２００と先行車３００との間の車間距離Ｌ（図２参照）を検出する車間距離検出装置６０と、この車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌに応じて自車２００の車速を制御する車速制御装置７０とを備えた構成である。

車間距離検出装置６０は、図３に示すように、自車２００に設置されて前方に向かって超音波（送信超音波）Ｓを送信（発信）するとともに、前方の先行車３００などから反射して戻った超音波（反射超音波）Ｓ′を受信する超音波送受信機１０と、この反射超音波Ｓ′の受信に基づいて、超音波Ｓが反射した対象物までの距離を求める距離算出装置２０とからなる。

距離算出装置２０は、超音波Ｓが超音波送受信機１０によって送信された時点（時刻ｔ１）から、反射超音波Ｓ′として超音波送受信機１０に受信された時点（時刻ｔ２）までの経過時間ΔＴ（＝ｔ２−ｔ１）を計時する計時手段３０と、経過時間ΔＴに基づいて先行車３００との間の車間距離Ｌを算出する距離演算部５０と、反射超音波Ｓ′のうち、路面５００で反射して受信したノイズ成分Ｓ２′を除去するノイズ信号除去手段４０とを備えている。

距離演算部５０には、経過時間をΔＴ［sec］、送信超音波Ｓの伝搬速度をｖ［ｍ／sec］として、次式（１）にしたがって車間距離Ｌ［ｍ］を算出する処理手順が記憶されている。
Ｌ＝（１／２）・ΔＴ・ｖ （１）
ここで、自車２００の前部に設けられた超音波送受信機１０は、一定周波数ｆ０［kHz］の超音波Ｓを一定間隔でパルス状の信号として送信する一方、その超音波Ｓを送信していない期間中に反射超音波Ｓ′を受信するように構成されているが、超音波送受信機１０から送信される送信超音波Ｓは、レーザ光ほどの指向性を有するものではないため、ある程度の広がりを有している。

このため、例えば図４に示すように、前方の先行車を狙って水平に送信されるように設置されていても、水平方向からある程度の角度幅に広がり、水平方向に対して下方への角度θの路面５００で反射された超音波Ｓ′も、超音波送受信機１０に受信されることになる。

このとき、図４のように先行車３００の後部の下方の路面５００で反射された反射超音波Ｓ２′は、先行車３００の後部で反射された反射超音波Ｓ１′よりも伝搬距離が長くなる。

すなわち、超音波送受信機１０から水平に伝搬し、先行車３００の後部で反射されて水平に戻る超音波Ｓ，Ｓ１′の経路に沿った伝搬距離は２Ｌであるが、水平方向に対して角度θの下方に向かって伝搬し、その路面５００で反射して戻る超音波Ｓ，Ｓ２′の経路に沿った伝搬距離は２Ｌ／cosθとなる。

この結果、路面５００で反射した超音波を検出するのに要する経過時間ΔＴは、本来の検出対象である先行車３００で反射した超音波を検出するのに要する経過時間ΔＴよりも長くなる。

これを、横軸に時刻ｔ、縦軸に超音波の受信レベルＲを表すと、図５（ａ）に示すようになり、時刻ｔ１において超音波送受信機１０から超音波Ｓが送信され、時刻ｔ２，ｔ３等において、超音波送受信機１０が反射超音波Ｓ′をそれぞれ受信することになるが、いずれの受信信号が先行車３００からの反射超音波Ｓ１′であるかが、このままでは分からない。

そこで、本実施形態の車間距離検出装置６０における距離算出装置２０には、反射波として受信した超音波Ｓ′のうち、路面５００から反射して受信したノイズ成分Ｓ２′を除去するノイズ信号除去手段４０を備え、距離演算部５０は、このノイズ信号除去手段４０によってノイズ成分Ｓ２′が除去された後の超音波Ｓ′、すなわち先行車３００で反射された本来の検出対象である反射超音波Ｓ１′についての経過時間ΔＴに基づいて、車間距離Ｌを算出するものとして構成されている。

このノイズ信号除去手段４０は、反射波として受信した受信超音波（反射超音波）Ｓ′のうち、超音波送受信機１０から送信された送信超音波Ｓの周波数ｆ０［kHz］との周波数差が、予め設定された所定値以上となる周波数成分をノイズ成分として除去するものとし、距離演算部５０は、超音波送受信機１０が送信超音波Ｓを送信したとき（時刻ｔ１）から、受信超音波Ｓ′のうちノイズ成分Ｓ２′が除去された残りの受信超音波Ｓ１′を受信したとき（時刻ｔ２）までを経過時間ΔＴとして、車間距離Ｌを求めるように構成されている。

ここで、同一の向きに走行している先行車３００と自車２００との間の走行速度差は比較的少ない一方、走行している自車２００と動かない路面５００（速度ゼロ）との間の速度差は、上述した先行車３００と自車２００との速度差に比べて極めて大きい。

すなわち、超音波送受信機１０は一定周波数ｆ０［kHz］の超音波Ｓを送信するところ、自車２００に対する相対的な速度差の小さい先行車３００で反射して、超音波送受信機１０により受信された反射超音波Ｓ１′の周波数ｆ１［kHz］は、超音波送受信機１０から送信されたときの周波数ｆ０［kHz］と略同一となるか、またはドップラー効果による周波数偏移があったとしても極わずかであり、送信されたときの周波数から大きく偏移したものとはならない。つまり、ｆ１≒ｆ０である。

一方、自車２００に対する相対的な速度差の大きい路面５００で反射して、超音波送受信機１０により受信された反射超音波Ｓ２′の周波数ｆ２［kHz］は、ドップラー効果によって、送信されたときの周波数ｆ０［kHz］から大きく偏移したものとなる。つまり、ｆ２≠ｆ０（｜ｆ２−ｆ０｜＞＞｜ｆ１−ｆ０｜）である。

そして、ノイズ信号除去手段４０が、反射波として受信した受信超音波Ｓ′のうち超音波送受信機１０から送信された送信超音波Ｓの周波数ｆ０との周波数差が予め設定された所定値以上となる周波数成分、すなわち路面５００で反射して受信された超音波Ｓ２′を、ノイズ成分として除去することにより、距離演算部５０は、本来の検出対象である先行車３００で反射した成分Ｓ１′を受信したときの時刻ｔ２までの経過時間（超音波送受信機１０により送信されてからの経過時間ΔＴ（＝ｔ２−ｔ１））に基づいて、車間距離Ｌを算出するため、車間距離Ｌの計測精度を向上させることができる。

そこで、本実施形態のノイズ信号除去手段４０は、反射波として受信した受信超音波Ｓ′を予め設定した所定の時間間隔Δｔ（サンプリング周波数をｆｓとしたとき、１／ｆｓに対応する）ごと（例えば図５（ａ）に示すΔｔごと）に取り込むとともに、この所定時間間隔Δｔごとに取り込まれた受信超音波Ｓ′を周波数成分に展開する周波数成分展開部４１を備えている。

この周波数成分展開部４１は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の処理手順を適用すればよい。

周波数成分展開部４１が、受信超音波Ｓ′を周波数成分ｆ１，ｆ２，…ごとに弁別して、周波数成分ごとの受信レベルＲを検出することで、受信超音波Ｓ′から、本来の検出対象の周波数ｆ１と周波数差が所定値以上となっているノイズ成分ｆ２を除去するのが容易になる。

この不要なノイズ成分を除去するための構成として、ノイズ信号除去手段４０には、周波数成分展開部４１によって展開して得られた周波数成分ごとの受信超音波Ｓ１′，Ｓ２′，…のうち、超音波送受信機１０から送信された送信超音波Ｓの周波数ｆ０との周波数差（＝｜ｆ−ｆ０｜）が予め設定された所定値以上となる周波数成分をノイズ成分として除去するフィルタを適用することができるが、このフィルターは、ソフトウェアによるものであってもよいし、ハードウェアによるものであってもよい。

ところで、超音波送受信機１０は所定の時間間隔Δｔごとに反射超音波Ｓ′を受信するが、単に時間に対する反射超音波Ｓ′の受信レベルＲを検出しただけでは、本来の受信対象である先行車３００からの反射超音波Ｓ１′だけを、受信レベルＲにのみ基づいて検出するのは困難である。

すなわち、所定時間間隔Δｔごとに検出される反射超音波Ｓ′は、前述したように本来の検出対象である先行車３００からの反射超音波Ｓ１′の他に、路面５００で反射したノイズ成分となる反射超音波Ｓ２′も重畳して包絡線化された信号（図５（ａ）参照）として検出されだけであり、しかも路面５００のうち自車２００に近い領域で反射されたノイズ成分を含む反射超音波や遠い領域で反射されたノイズ成分を含む反射超音波が次々に受信されるため、図５（ａ）に示した時系列の受信レベルＲの包絡線のプロファイルにおける山部分（受信レベルＲの高い部分）のうち、いずれの山の部分が、本来の受信対象である先行車３００からの反射超音波Ｓ１′が含まれているのかを、その受信レベルＲのみに基づいて判定することはできない。

しかし、本実施形態における周波数成分展開部４１は、超音波送受信機１０が反射波として受信した受信超音波Ｓ′を、予め設定した所定時間間隔Δｔごとに取り込むとともに、この所定時間間隔Δｔごとに取り込まれた受信超音波Ｓ′をそれぞれ、周波数成分に展開するため、時系列の受信レベルＲの包絡線のプロファイルにおける山部分（受信レベルＲの高い部分）にそれぞれ含まれる周波数成分を、それぞれの時間間隔Δｔごとに抽出することができる。

したがって、図５（ａ）に示す時刻ｔ２から時間間隔Δｔの期間中に検出された受信超音波Ｓ′を、周波数成分展開部４１が周波数成分ごとに展開することで、例えば図５（ｂ）に示すように、周波数ｆ１の成分（Ｓ１′）、周波数ｆ２の成分（Ｓ２′）等ごとに、受信レベルＲが求められる。

同様に、図５（ａ）に示す時刻ｔ３から時間間隔Δｔの期間中に検出された受信超音波Ｓ′を、周波数成分展開部４１が周波数成分ごとに展開することで、例えば図５（ｃ）に示すように、周波数ｆ１の成分（Ｓ１′）、周波数ｆ２の成分（Ｓ２′）等ごとに、受信レベルＲが求められる。

そして、フィルタ４２が、各時間間隔Δｔ単位で周波数成分展開部４１によって展開して得られた周波数成分ごとの受信超音波Ｓ′のうち、送信超音波Ｓの周波数ｆ０との周波数差が予め設定された所定値以上となる周波数成分をノイズ成分として除去する。

この予め設定された周波数差の所定値は、実験などを通じて予め求めておくことができる。

例えば、送信超音波Ｓの周波数ｆ０＝３０［kHz］（空中伝搬損失：０．８４［dB／ｍ］）、周波数成分展開部４１による受信超音波Ｓ′の取り込み時間間隔Δｔ（サンプリング周波数ｆｓ＝７５［kHz］、サンプリングデータ数Ｎ＝６４［sample］）、超音波の伝搬速度ｖ＝３４０［ｍ／sec］とすると、このシステム１００によって検出することができる車間距離の分解能ΔＬは次式（２）により０．２９［ｍ］となり、検出することができる周波数の分解能Δｆは次式（３）により１．１７［kHz］となる。
ΔＬ＝Ｎ・（１／ｆｓ）・ｖ （２）
Δｆ＝ｆｓ／Ｎ （３）
ここで、超音波送受信機１０から送信される超音波Ｓ′の、水平方向に対する下方への広がり角度θを３０［度］とし、自車２００の車速Ｖ１［km／ｈ］および他車３００の車速度Ｖ２［km／ｈ］をそれぞれ時速６０［km／ｈ］とすると、先行車３００の後部の真下の路面（自車２００における超音波送受信機１０の設置位置から視て下向き３０［度］の路面５００）から反射して受信された所謂ノイズ成分Ｓ２′の周波数ｆ２は、ドップラー効果による式（４）に基づいて、３２．６［kHz］に偏移する。
ｆ２＝ｆ０・（ｖ＋Ｖ１・cosθ）／（ｖ−Ｖ１・cosθ） （４）
したがって、送信超音波Ｓの周波数ｆ０との差である２．６［kHz］（＝｜３２．６−３０｜［kHz］）を弁別できればよいところ、上述した本システム１００の周波数分解能Δｆは１．１７［kHz］であるから、周波数ｆ１（≒ｆ０）と所定の周波数差２．６［kHz］を有する路面５００からの反射超音波Ｓ２′を弁別することができる。

なお、上述した車間距離検出装置６０の条件によれば、周波数分解能Δｆより、最低車両速度Ｖmin［km／ｈ］は、次式（５）より、２７．０７［km／ｈ］となり、概ね時速３０［km／ｈ］程度までは、上述した弁別能を維持してノイズ成分を除去することができる。
Ｖmin＝ｖ・Δｆ／｛（２・ｆ０＋Δｆ）・cosθ｝ （５）
一方、この車間距離検出装置６０の条件で除去可能な最大下向き放射角度θｍ（ノイズ成分として超音波送受信機１０に入力してくる反射超音波Ｓ′の、水平方向に対する角度）は、次式（６）より、６７．０４［度］であり、超音波送受信機１０としては上下両側の放射角度２・θｍとして、概ね１３０［度］（≒２×６７．０４）程度のものまで使用することができる。
θｍ＝cos−１［ｖ・Δｆ／｛（２・ｆ０＋Δｆ）・Ｖ１｝］ （６）
そして、フィルタ４２が、この弁別された周波数ｆ２の路面５００からの反射超音波Ｓ２′を除去すると、図５（ｂ），（ｃ）に示された周波数ｆ１の反射超音波Ｓ１′以外はそれぞれ同図（ｄ），（ｅ）において破線で示すように消去され、実線で示した周波数ｆ１の反射超音波Ｓ１′だけが残る。

さらに、ノイズ信号除去手段４０は、経過時間演算部４３を備えているが、この経過時間演算部４３は、反射超音波Ｓ′を取り込むために区切られた複数の時間間隔Δｔ（時刻ｔ２からの時間間隔Δｔ、時刻ｔ３からの時間間隔Δｔ、…）のうち、フィルタ４２によりノイズ成分Ｓ２′が除去された後の周波数成分Ｓ１′（周波数ｆ１）の受信レベルＲが最大となる受信超音波Ｓ′が含まれた時間間隔Δｔ（時刻ｔ２からの時間間隔Δｔ）までを、送信超音波Ｓが送信されてからの経過時間ΔＴとして出力する。

つまり、先行車３００からの反射超音波Ｓ１′が最も強く検出された時間帯（図５（ｄ）に示した時刻ｔ２からの時間間隔Δｔ）までの経過時間ΔＴが、本来の検出対象である反射超音波を検出した時点までの経過時間として精度良く検出することができる。

経過時間演算部４３による上述した作用は、より具体的には、周波数成分ごとに展開され、ノイズ成分が除去された後の反射超音波Ｓ′（図５（ｄ）および同図（ｅ））を逆フーリエ変換により、時間領域に展開し直し、図５（ｆ）に示すように時間ｔと受信レベルＲとの関係に戻す。

そして、この時間ｔと受信レベルＲとの対応関係において、受信レベルＲを所定の閾値Ｒ１で二値化し（図５（ｇ））、二値化後の受信レベルＲの立ち上がり間の時間を経過時間ΔＴとして求める。

そして、距離演算部５０が、この経過時間演算部４３によって求められた経過時間ΔＴに基づいて先行車３００との間の車間距離Ｌを求める。

このように、本実施形態の車速制御システム１００を構成している車間距離検出装置６０によれば、検出される車間距離の精度を従来よりも向上させることができる。

なお、この車間距離検出装置６０は、本発明に係る車間距離検出装置の一実施形態でもある。

図６は、図３に示した距離算出装置２０を、より具体的な構成に適用したブロック図であり、トリガ発生部２１は、図３における計時手段３０に対応し、データ取り込み部２２および時間・周波数変換部２３は、図３における周波数成分展開部４１に対応し、計時手段３０および経過時間演算部４３に対応し、周波数選択部２４は、図３におけるフィルタ４２に相当し、周波数・時間変換部２５、二値化部２６およびカウンタ部２７は、図３における経過時間演算部４３に相当し、演算部２８は、図３における距離演算部５０に相当する。

トリガ発生部２１は、超音波送受信機１０から超音波Ｓの発信を行わせるためのトリガとなる信号を発生し、この信号を超音波送受信機１０に入力し、このトリガ信号の発生時刻が超音波Ｓの送信時刻ｔ１として、カウンタ部２７による経過時間ΔＴのカウントアップの開始信号となっている。

なお、時間・周波数変換部２３による時間・周波数変換は、時間ｔ−受信レベルＲの対応関係を、フーリエ変換により、周波数ｆ−受信レベルＲの対応関係に変換する処理であり、周波数・時間変換部２５による周波数・時間変換は、周波数ｆ−受信レベルＲの対応関係を、逆フーリエ変換により、時間ｔ−受信レベルＲの対応関係に変換する処理である。

以上のようにして、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌは、車速制御装置７０に入力される。

ここで、車速制御装置７０は、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが予め設定された距離Ｌ１よりも短いときは、検出される車間距離Ｌを急激に拡げるように自車２００の車速を急激に変化させ、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが予め設定された距離Ｌ２（＞Ｌ１）よりも短く、かつＬ１より長いときは、検出される車間距離Ｌを緩やかに拡げるように自車２００の車速を緩やかに変化させるものである。

自車２００の車速を低下させる方法としては、本実施形態においては、制動装置を作動させて車速を低下させるものであるが、この形態に限らず、エンジン回転数を低下させたり、動力伝達装置（トランスミッション）の段数を、減速比の大きい段に切り替えるなどを適用することもできる。

車速制御装置７０の具体的な構成は、急制動によって車間距離を急激に拡げるように車速を制御するのに必要な第１距離Ｌ１が記憶された第１距離設定部７３と、第１距離よりも長く、かつ緩制動によって車間距離を緩やかに拡げるように車速を制御するのに必要な第２距離Ｌ２が記憶された第２距離設定部７４と、第１距離設定部７３に記憶された第１距離Ｌ１と車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌとを大小比較し、その比較結果を出力する第１距離比較部７１と、第２距離設定部７４に記憶された第２距離Ｌ２と車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌとを大小比較し、その比較結果を出力する第２距離比較部７２と、第１距離比較部７１による比較結果において、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが第１距離Ｌ１よりも短いとき（Ｌ＜Ｌ１）は、車両の制動装置に対して強制動（急制動）を行わせる操作が出力される強制動操作部７５と、第１距離比較部７１による比較結果において、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが第１距離Ｌ１よりも長く（Ｌ１＜Ｌ）、かつ第２距離比較部７２による比較結果において、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが第２距離Ｌ２よりも短いとき（Ｌ＜Ｌ２）は、車両の制動装置に対して弱制動（緩制動）を行わせる操作が出力される弱制動操作部７６と、を備えた構成である。

次に、このように構成された車速制御システム１００の作用について、図８のフローチャートを参照して説明する。

まず、前述した車間距離検出装置６０の超音波送受信機１０から先行車３００に向かって、パルス状の超音波Ｓが時刻ｔ１において送信される（図８においてステップ（Ｓ１））。その後、車間距離検出装置６０は、この送信超音波Ｓの反射波としての反射超音波Ｓ′を受信し（Ｓ２）、既述した作用により、ノイズ成分が除去された反射超音波Ｓ１′に基づいて、自車２００と先行車３００との間の車間距離Ｌ精度良く検出する（Ｓ３）。

車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌは車速制御装置７０に入力され、第１距離比較部７１が、入力された車間距離Ｌと第１距離設定部７３に予め記憶された第１距離Ｌ１とを大小比較し（Ｓ４）、検出された車間距離Ｌが第１距離Ｌ１より小さいときは、強制動操作部７５に対して、超音波をパルス状に送信する送信時間間隔Δｔに対応した時間Δｔだけ強制動操作を行わせ（Ｓ７）、これによって、自車２００は強制動される。

この強制動操作（Ｓ７）が行われている間、車速制御装置７０は、この強制動によって車間距離Ｌが適正な距離（Ｌ２＜）に達したか否かを、超音波の送信時間間隔Δｔに対応した時間Δｔごとに判定を繰り返す（Ｓ６→Ｓ１→Ｓ２→…→Ｓ６）。

なお、ステップ６（Ｓ６）における、制御動作を終了する（Ｓ６→制御終了）か否か（Ｓ６→Ｓ１）の判定の基準は、例えば、この車速制御システム１００への通電の有無にしたがうものであり、具体的には、車両２００のキースイッチがオフにされたときはシステム１００への通電が遮断されるため、制御動作は終了する（Ｓ６→制御終了）。

一方、この車速制御システム１００への通電が行われている間は、制御動作を終了することはなく、常に時間Δｔの間隔で処理のループ（Ｓ６→Ｓ１→…→Ｓ６）を繰り返す。

時間Δｔの間隔ごとに制御の処理ループが繰り返されている間は、ステップ１（Ｓ１）の処理に戻り、検出された車間距離Ｌが未だ第１距離Ｌ１以下のとき（Ｓ４→Ｓ７）は、さらに強制動の操作時間を時間Δｔだけ延長する（Ｓ７）。

この処理のループ（Ｓ６→Ｓ１→Ｓ２→…→Ｓ６）は時間Δｔごとに繰り返され、しかも強制動操作（Ｓ７）も時間Δｔだけ毎回延長されるため、車間距離Ｌが第１距離Ｌ１を超えるまでは（Ｓ４→Ｓ５）、連続的に強制動操作（Ｓ７）が持続されていることになる。

ここで、強制動操作によって自車２００が強制動されると、自車２００と先行車３００との間の車間距離Ｌは急激に開き始める。

強制動操作（Ｓ７）が持続している間（時間Δｔ）に検出された車間距離Ｌが第１距離Ｌ１を超えて第２距離Ｌ２（＞Ｌ１）以下となったとき（Ｓ４→Ｓ５→Ｓ８）は、車速制御装置７０は、強制動操作から、時間Δｔの弱制動操作（Ｓ８）に切り替える。

制動操作が強制動操作（Ｓ７）から弱制動操作（Ｓ８）に切り替えられた後も、車速制御装置７０は、弱制動操作によって車間距離Ｌが適正な距離（Ｌ２＜）に達したか否かを、超音波の送信時間間隔Δｔに対応した時間Δｔごとに判定を繰り返す（Ｓ６→Ｓ１→Ｓ２→…→Ｓ６）。

キースイッチがオフにされない限り、車速制御装置７０は時間Δｔごとに、ステップ１（Ｓ１）の処理に戻り、検出された車間距離Ｌが未だ第２距離Ｌ２以下のとき（Ｓ４→Ｓ５→Ｓ８）は、さらに弱制動操作を時間Δｔだけ延長する（Ｓ８）。

この処理のループ（Ｓ６→Ｓ１→Ｓ２→…→Ｓ６）は時間Δｔごとに繰り返され、しかも弱制動操作（Ｓ８）も時間Δｔだけ毎回延長されるため、車間距離Ｌが第２距離Ｌ２を超えるまでは（Ｓ５→Ｓ６）、連続的に弱制動操作（Ｓ８）がなされていることになる。

ここで、弱制動操作によって自車２００が弱制動されると、自車２００と先行車３００との間の車間距離Ｌは第１距離Ｌ１から緩やかに開いて行く。

弱制動操作（Ｓ７）が行われている間（時間Δｔ）に検出された車間距離Ｌが第２距離Ｌ２を超えたとき（Ｓ５→Ｓ６）は、時間Δｔだけ弱制動操作を延長すること（Ｓ８）が行われないため、弱制動操作は自動的に終了する（Ｓ５→Ｓ６）。

なお、強制動操作（Ｓ７）も弱制動操作（Ｓ８）も行われていない場合（Ｓ４→Ｓ５→Ｓ６）であっても、キースイッチがオフにされない限り、車速制御装置７０は時間Δｔごとに、ステップ１（Ｓ１）の処理に戻り、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌを、車速制御装置７０が、第１距離Ｌ１および第２距離Ｌ２と比較し続け、キースイッチがオンの期間中は常に車間距離Ｌの監視と、制動制御の準備が行われた状態となっている。

以上のように、本実施形態に係る車速制御システム１００によれば、上述した本発明の
実施形態に係る車間距離検出装置６０によって精度の良い車間距離Ｌを得ることができ、
この車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが予め設定された距離Ｌ１，Ｌ
２よりも短いか否かに応じて、車速制御装置７０が車間距離を拡げるように車両の車速を
制御することで、精度良く車間距離Ｌを調整することができる。

また、本実施形態に係る車速制御システム１００によれば、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが予め設定された第１距離Ｌ１よりも短いときは、車速制御装置７０が車間距離Ｌを急激に拡げるように自車２００の車速を制御し、車間距離検出装置６０によって検出された車間距離Ｌが第１距離Ｌ１よりも長く、かつ予め設定された第２距離Ｌ２（第１距離Ｌ１よりも長い距離：Ｌ１＜Ｌ２）よりも短いときは、車速制御装置７０が車間距離Ｌを緩く拡げるように自車２００の車速を制御するため、車間距離Ｌの長短に応じた車速の制御を、緩・急の２段階で調整することができ、きめ細かく車間距離を調整することができる。

本実施形態に係る車速制御システム１００および車間距離検出装置６０は、自車２００と、自車の前方を走行する先行車３００との関係における車間距離Ｌについて説明したが、本発明に係る車速制御システムおよび車間距離検出装置はこの形態に限定されるものではなく、自車と自車の後方を走行する後続車との関係における車間距離についても適用可能である。

この場合、超音波送受信機１０は、自車２００の後部に設置され、車両後方に向けて発信されるものとすればよい。

そして、超音波送受信機１０から、走行向き（前方向き）とは反対向き（後方向き）に送信された超音波Ｓの、自車２００の後方路面で反射した反射超音波Ｓ′は、ドップラー効果により、自車２００の前方路面で反射した反射超音波Ｓ′とは反対に、発信されたときの周波数ｆ０よりも低い周波数となる。

この場合も、後続車で反射した反射超音波は、送信された超音波Ｓの周波数と略同一であるため、本発明の車間距離検出装置は、自車２００の後方路面で反射した超音波をノイズ成分として容易に除去することができる。

また、上記実施形態の車速制御システム１００における車速制御装置７０は、後続車との車間距離との関係では、後続車が自車に近くなるほど車間距離を拡げることが求められるため、強制動操作部７５に代えて強加速操作部を設け、弱制動操作部７６に代えて弱加速操作部を設け、これら強加速操作部および弱加速操作部は、自車の加速装置に対して操作を行うものとすればよい。

このような自車の加速装置としては、エンジン回転数を高める燃料噴射装置の開度を開くものなどを適用することができる。

そして、後続車との車間距離Ｌが、第１距離設定部７３に予め記憶された第１距離Ｌ１より小さいときは、強加速操作部に対して、強加速操作を行わせ、これによって、自車２００は急加速され、後続車との車間距離を急激に拡げることができる。

一方、検出された車間距離Ｌが第１距離Ｌ１より大きいときは、第２距離比較部７２が、入力された車間距離Ｌと第２距離設定部７４に予め記憶された第２距離Ｌ２とを大小比較し、検出された車間距離Ｌが第２距離Ｌ２より小さいときは、第２距離比較部７２は、弱加速操作部に対して、弱加速操作を行わせ、これによって、自車２００は緩やかに加速され、後続車との車間距離を緩やかに拡げることができる。

なお、検出された車間距離Ｌが第２距離Ｌ２よりも大きいときは、強加速操作も弱加速操作も行われない。

そして、このように構成された実施形態の車速制御システムによっても、上述した先行車３００との関係における車間距離を対象とした実施形態の車速制御システム１００と同様に、後続車との車間距離を精度良く調整することができるとともに、車間距離Ｌの長短に応じた車速の制御を、緩・急の２段階で調整することができ、きめ細かく車間距離を調整することができる。

本実施形態の車速制御システム１００は、例えば車両の定速走行システムであるクルーズコントロールシステムに用いることで、車間距離に応じて車速を適応的に制御することが可能となり、いわゆる適応的定速走行システム（ＡＣＣ：Adaptive Cruise Control system）における制御の精度を効果的に向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る車速制御システムを示すブロック図である。 図１に示した車速制御システムが搭載された自車と自車の前方を走る先行車３００とを示す模式図である。 図１に示した車速制御システムのうち車間距離検出装置の詳細を示すブロック図である。 先行車からの反射波と路面からの反射波とを説明する模式図である。 送信超音波および反射超音波の入力レベルを示す図であり、（ａ）は時間−受信レベルの対応関係、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は周波数−受信レベルの対応関係、（ｆ）は反射超音波から、周波数領域でノイズ成分を除去した後の時間−受信レベルの対応関係、（ｇ）は（ｆ）を所定閾値で二値化したもの、をそれぞれ示す。 図３に示した車間距離検出装置を、より具体的に示したブロック図である。 図１に示した車速制御システムのうち車速制御装置の詳細構成を示すブロック図である。 図１に示した車速制御システムの作用を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ 超音波送受信機
２０ 距離算出装置
３０ 計時手段
４０ ノイズ信号除去部
５０ 距離演算部
６０ 車間距離検出装置
２００ 自車両
３００ 先行車
５００ 路面
ΔＴ 経過時間
Ｌ 車間距離
Ｓ 送信超音波
Ｓ′ 反射（受信）超音波

Claims (2)

1. 車両の前部または後部に設置され、前記車両の前方を先行する先行車または前記車両の後方に続く後続車に対して超音波を送信するとともに、前記先行車または前記後続車で反射して戻った超音波を受信する超音波送受信機と、前記超音波が前記超音波送受信機から送信されてから、前記超音波が反射波として受信されるまでの経過時間を計時する計時手段および前記経過時間に基づいて前記先行車または前記後続車との間の車間距離を算出する距離演算部を有する距離算出装置と、を備えた車間距離検出装置であって、
   前記超音波送受信機は、一定周波数ｆ０の超音波を一定時間間隔でパルス状に送信するものであり、
   前記距離算出装置は、前記反射波として受信した受信超音波のうち、前記超音波送受信機から送信された送信超音波の周波数との周波数差の絶対値が予め設定された所定値以上となる周波数成分を、路面から反射して受信したノイズ成分として除去するノイズ信号除去手段を備え、
   前記ノイズ信号除去手段は、前記反射波として受信した受信超音波を、前記所定値よりも小さい周波数分解能Δｆで検出するように、予め設定した所定の時間間隔１／ｆｓごとに、サンプリングデータ数Ｎで取り込むとともに、この所定時間間隔ごとに取り込まれた受信超音波を周波数成分に展開する周波数成分展開部と、前記周波数成分展開部によって展開して得られた受信超音波の周波数成分のうち、前記車両の速度と、超音波の伝搬速度と、前記超音波送受信機から送信される超音波の水平方向に対する下方への広がり角度θと、に基づいて決定する、路面からの反射波として受信した前記受信超音波の周波数と前記超音波送受信機から送信された前記送信超音波の周波数との周波数差の絶対値が前記所定値以上となる周波数成分を前記ノイズ成分として除去するフィルタと、前記フィルタにより前記ノイズ成分が除去された後の周波数成分を時間領域に展開し直す周波数・時間変換部と、時間領域に変換された受信超音波において、前記受信超音波を取り込むために区切られた複数の時間間隔のうち、前記超音波送受信機が前記送信超音波を送信してから、前記フィルタにより前記ノイズ成分が除去された後の周波数成分の受信レベルが最大となる受信超音波が含まれた時間間隔までを、前記送信超音波が送信されてからの前記経過時間として出力する経過時間演算部と、を備え、
   前記距離演算部は、前記経過時間演算部から出力された前記経過時間に基づいて、前記車間距離を算出するものであることを特徴とする車間距離検出装置。
2. 前記ノイズ除去手段が、路面から反射したノイズを除去できる最低車両速度Ｖminは、超音波の伝播速度をｖとしたとき、Ｖmin＝ｖ・Δｆ／｛（２・ｆ０＋Δｆ）・cosθ｝によって算出されることを特徴とする請求項１に記載の車間距離検出装置。