JPH01240806A - 前方路面凹凸検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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６
２−１６３９１０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
号の低周波成分をバ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以下のバ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両の車
体速度を検出する車体速度検出手段と、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測定を行う距
離測定手段と、前記距離測定手段によって測定された距
離測定信号の所定の周波数帯域のみを通過させるフィル
タ処理手段と、 前記車体速度検出手段によって検出された車体速度が高
くなるにつれて、前記フィルタ処理手段の周波数通過帯
域を高周波数側ヘシフトさせる周波数通過帯域制御手段
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、距離測定手段によって測定された
距離測定信号に対して、フィルタ処理手段により所定の
周波数帯域のみを通過させるフィルタ処理が行なわれる
。一方、検出対象となる路面凹凸による距離変化信号の
周波数成分は車体速度に応じて変化する。そこで、周波
数通過帯域制御手段は車体速度検出手段によって検出さ
れた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フィルタ処理手段の周波数通過帯
域がシフトするように制御する。このフィルタ処理され
た信号に基づいて、路面凹凸判断手段により路面の凹凸
状態が判断される。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明においては車体速度に応じて
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１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。

〔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先代三角測量装置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。この先代三角測量装置１は、駆動回路１０
．照射レンズ１２゜集光レンズ１４．半導体装置検出素
子１５．信号増幅回路１６ａ、１６ｂ、距離演算回路１
７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。半導体装置検出素子
１５は集光された反射光を受光する。信号増幅回路１６
ａ、１６ｂは半導体装置検出素子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２
１．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により半導体装置検
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。

半導体装置検出素子１５においては、光の結像位置から
両端子へ電流が流れる。そのとき半導体装置検出素子１
５は抵抗体となり、光の結像位置が端子から遠くなる電
流れる電流は小さくなる。そこで、半導体装置検出素子
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
橋梁のジヨ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）７１１００ｋ／Ｈ，（Ｂ）：６０１ａｎ／
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、°“Ｎｏ”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、本実施例ではデジタルフィル多を用い
て、車体速度に応じて周波数特性を変えるものとした。

しかし、周波数特性の異なる複数個のアナログフィルタ
を用意して車体速度に応じて切り換えても良いのは言う
までもない。

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ＲＡＭ２２
１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。ＤＳＰ２
２２は、データ格納用ＲＡＭ２２１に格納されたｎ＠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ツプ化して
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ヘシフトし、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
性は低周波側ヘシフトする。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によらて制御
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２
４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・ンプ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ｎ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Ｆ　Ｉ　Ｒ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅ　Ｒ
ｅ５ｐｏｎｓｅ）型以外にも、Ｉ　Ｉ　Ｒ（Ｉｎｆｉｎ
ｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅ５ｐｏｎｓｅ）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（ＡＬ
　（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・・・先代三角測量装置、２・・・路面凹凸検出回路
３３・・・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)

1. 【特許請求の範囲】 車両の車体速度を検出する車体速度検出手段と、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測定
   を行う距離測定手段と、前記距離測定手段によって測定
   された距離測定信号の所定の周波数帯域のみを通過させ
   るフィルタ処理手段と、 前記車体速度検出手段によって検出された車体速度が高
   くなるにつれて、前記フィルタ処理手段の周波数通過帯
   域を高周波数側へシフトさせる周波数通過帯域制御手段
   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。