JPH0192680A - 相対速度計測装置 - 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］ 本発明は相対移動する二物体の相対速度計測装置に関し
、特に移動方向に対し直交する方向に変位成分を有して
相対移動する二物体の相対速度を超音波あるいはマイク
ロ波を利用して計測する相対速度計測装置に係る。

［従来の技術］ 従来、相対移動する二物体の相対速度を計測する手段と
して超音波あるいはマイクロ波のドツプラ効果を利用し
たものがあり、例えば、特開昭５９−２０３９７３号公
報に車両の対地相対速度を検出する検出器が開示されて
いる。これは車体下面に超音波送波器と二つの受波器が
取付けられ、送受信波の周波数の差に等しい信号を出力
するものである。この周波数の差が即ちドツプラ効果に
よるもので、これを波形整形し周波数をカウントするこ
とにより車両の対地速度を検出することとしている。

又、特開昭６１−１５５７８５号公報にはドツプラ形対
地速度検出装置において信号処理回路に一対の位相同期
ループ（ＰＬＬ）回路を備えたものが開示されている。

これらの従来技術にあっては送受信波が車両の移動方向
成分、即ち相対移動する二物体の相対移動方向成分を有
することが心頭であり、従って上述の両公報に記載のよ
うに送受波器が少なくとも車両の進行方向に対し所定角
度傾斜した状態で地面に指向するように設置されている
。

しかし、送受波器を傾斜した状態で設置すると車両のよ
うに車体が上下動し、あるいは車両先端部が上下動する
ものにあっては垂直方向成分の変動により検出結果に誤
差が生じ得る。このため、前者の従来技術（特開昭５９
−２０３９７３）においては二つの受波器を設け、一方
は車体後方位置に設は路面から車体後方へ傾角θで反射
してくる反射波を受信し、他方は車体前方位置に設は路
面から車体前方へ傾角θで反射してくる反射波を受信し
、これら再受信信号を用いて上下動による誤差信号を除
去することとしている。又、後者の従来技術においては
、更に地面の反射率の変化等による受信信号の振幅の変
動を補償するため二つのＰＬＬ回路を設けている。

［発明が解決しようとする問題点］ 然し乍ら、前者の従来技術にあっては車両の上下動に対
する誤差を除去することはできても、路面の凹凸による
受信信号の変動に対応し得るか否かについては疑問であ
る。そして、上記何れの従来技術においても受波器を車
両の進行方向に対し所定角度に維持しなければならず、
路面に対し直角に設けることが出来ないので設置、調整
が困難である。又、前者では受波器を二つ、後者ではＰ
ＬＬ回路を二つ設けている外、回路も複雑で高価な装置
となる。

そこで、本発明は第１の物体と該第１の物体の移動方向
に対して直交する方向に変位成分を有する第２の物体と
の間の相対運動（例えば上記従来技術に対比すると進行
方向に垂直な段部を有する凹凸路面上を移動する車両）
の計測装置に関し、送受信手段を第１の物体の移動方向
に対し垂直を含む任意の角度で設けることを可能とし、
積極的に上記変位成分（例えば、路面上の段部）を利用
して簡単な構成で相対速度（例えば、車両速度）を計測
できるようにすることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 前述の問題点を解決し上記の目的を達成するため、本発
明は次の構成を採用したものである。

即ち、第１図に示したように、本発明に係る相対速度計
測装置は第１の物体１００と、第１の物体１００の移動
方向に対し直交する方向に変位成分を有する第２の物体
２００との間の相対速度を計測するものであって、第２
の物体２００に対し所定周波数の送信信号を送信する送
信手段１と、送信手段１からの送信信号が第２の物体２
００で反射した信号と送信信号とで形成された受信信号
を受信する受信手段２とを第１の物体１００に設けてい
る。そして、受信手段２に接続し受信信号の振幅に対応
した第１の信号を出力する第１変換手段３ａと、受信手
段２に接続し受信信号の振幅の微分値に対応した第２の
信号を出力する第２変換手段３ｂと、この第２変換手段
３ｂ及び第１変換手段３ａに接続し第２の信号を第１の
信号で除算し除算結果に対応した出力信号を出力する除
算手段３ｃとを備えたものである。

［作用］ このような相対速度計測装置にあっては、第１図におい
て第１の物体１００と第２の物体２００が相対移動し、
第１の物体１００に設けた送信手段１から所定周波数の
送信信号が送信され、第２の物体２００で反射すると反
射信号が受信手段２で受信される。この場合において、
第２の物体２００は第１の物体１００の移動方向に対し
直交する方向に変位成分（第１図中の段部）を有してい
るため、移動する第１の物体１００の速度成分が受信信
号の振幅の変化に重畳されている。これを第２図を参照
し乍ら以下に説明する。

第１図において、第１の物体１００及び第２の物体２０
０の相対速度が零の状態、例えば両者が停止している状
態、から両者間の距離を変化させると送信手段１の送信
信号、例えば超音波が第２の物体２００で反射して戻っ
てくるが、この反射信号と送信信号が密と密、粗と粗で
干渉すると共振状態が形成され送信手段１の見かけの音
響インピーダンスが変化する。これは送信手段１と第２
の物体２００との距離が超音波の半波要分変化する毎に
共振状態が形成されるからである。

上記音響インピーダンスの変化は受信手段２で受信され
、共振状態において最も強い受信信号が形成される。そ
して、第１の物体１００と第２の物体２００が接近ある
いは離隔すると接近あるい　、は離隔速度（ｖｃ　’）
に応じて共振状態の発生周期が変化し、受信手段２の受
信信号は第２図（ａ）（ｂ）のように上記速度（ＶＣ）
に応じて振幅の変化速度が変化する。第２図は第２の物
体２００に１個の段部を形成した場合の受信信号の振幅
の変化を示したもので、第１図のように連続する凹凸が
存在すれば振幅が交互に変化する連続波形が形成される
。従って、この第１の物体１００が第２の物体２００に
対し相対移動すると、第２の物体２００の変位成分（段
部）の存在により第１の物体１００が第２の物体２００
に対し、相対移動速度に対応した速度で接近、離隔を繰
り返す形となり、この速度の大小に応じて第２図（ａ）
及び（ｂ）に示すように受信信号の振幅の変化速度が変
化する。

而して、第１変換手段３ａにより受信信号の振幅に対応
した第１の信号、例えば第２図（ａ）又は（ｂ）の包絡
線波形に対応した第１の信号に変換されると共に、第２
変換手段３ｂにより受信信号の振幅の時間微分値即ち、
前記包絡線波形の変化速度に対応した第２の信号に変換
される。そして、除算手段３ｃにより第２の信号を第１
の信号で除算することにより上記速度をパラメータとす
る除算結果が得られ、これに対応した出力信号即ち上記
速度を表す信号が出力される。

［実施例］ 以下に本発明の相対速度計測装置の望ましい実施例を図
面に基いて説明する。

第３図乃至第６図は送受信信号として超音波を用いた車
両の速度計測装置に適用した実施例を示すもので、第３
図は超音波送信器５及び超音波受信器６を一つの国体に
収納した送受波器１０１を車両（図示せず）に装着した
もので路面２０１に平行に速度ｖｐで第３図中右方へ移
動する。ここで、路面２０１には凹凸を形成する段部２
０１ａが存在し、段部２０１ａは路面２０１に対し送受
波器１０１の移動方向に対し直角方向の変位成分を構成
している。尚、この段部２０１ａは説明を容易にするた
めかなりの高さとしているが、実際には通常の路面に形
成されている凸部である。

超音波送信器５は路面２０１に対し垂直に超音波を送信
するように配設されており超音波受信器６は超音波送信
器５に近接した位置に設けられ、路面２０１に対し垂直
方向の信号を受信できるように配設されている。

そして、第４図に示すように超音波送信器５は周波数４
０ＫＨ，でデユーティ比５０％のクロックパルスを自助
発振する無安定マルチバイブレータ４と接続され、送信
手段１が構成されている。

受信手段２は超音波受信器６と、受信信号な交流増幅す
る初段増幅回路７と、増幅信号を包絡線検波し検波信号
を出力する検波回路８と、検波信号を低周波増幅する低
周波増幅回路９と、低周波増幅信号に残存する高周波成
分を除去するローパスフィルタ１０によって構成されて
いる。

第１変換手段３ａは受信手段２の出力信号を増幅する低
周波増幅回路１３と、この出力信号を直流に変換し、本
発明にいう第１の信号を出力する第１整流平滑回路１４
から成る。

第２変換手段３ｂは受信手段２の出力信号を微分する微
分回路１１と、この微分信号を直流に変換し、本発明に
いう第２の信号を出力する第２整流平滑回路１２から成
る。

そして、第１変換手段３ａの第１整流平滑回路１４が除
算手段３Ｃの割算回路１５の除数端子に接続され、第２
変換手段３ｂの第２整流平滑回路１２が被除数端子に接
続されている。割算回路１５の除算結果は速度データと
して電圧（Ｖｏ）出力されると共に、電圧−周波数変換
回路、即ちＶ／Ｆコンバータ１７に接続されており、除
算結果が周波数変換されてクロック信号（Ｃ）が出力さ
れ、デジタル表示等に供される。尚、除数端子への入力
信号が弱い場合には出力信号が増大するため、弱入力信
号処理回路１６が設けられ、第１整流平滑回路１４の出
力が所定値以下のときは割算回路１５の除算機能を禁止
するようにされている。

以上の実施例の作動を説明すると、第３図で示されるよ
うに、車両（図示せず）に装着した送受波器１０１が速
度Ｖ、で移動している場合において、超音波送信器５か
ら出力された超音波送信信号は、路面２０１の段部２０
１ａで反射し超音波送信信号と共振状態が形成された受
信信号が超音波受信器６で受信される。受信信号の波形
は第５図に示すとおりであり、前述のように上側（又は
下側）の包絡線は速度ｖ２の成分をその周波数にもって
いることから、その周波数成分を電圧レベルとして抽出
すれば速度ｖｐを検出できる。そこで、第４図において
受信手段２の初段増幅回路７及び検波回路８により第５
図に示される受信信号波形が振幅復調された後低周波増
幅回路９で増幅され、速度成分を有する信号だけが抽出
され、ローパスフィルタ１０にて残存する超音波周波数
成分が取り除かれる。そして、この信号の瞬時値■３は
以下のように表すことができる。即ち、Ｖ、＝Ａｓ　ｉ
　ｎωｔ　　・＝　（１）但し、Ａは最大振幅電圧、ω
は角周波数、ｔは時間を表す。

このように受信手段２で振幅復調された信号Ｖｓは、更
に低周波増幅回路１３に人力されに倍された後、第１整
流平滑回路１４にて最大振幅情報ＫＡの直流電圧に変換
され割算回路１５の除数端子に出力される。

ところで、上記の信号■ｓのままでは整流しても速度成
分は得られないが、微分回路１１を介してＶ３を時間微
分すると以下のようになる。

即ち、 Ｖ’、＝ｄＶＳ＝ＡωＣＦＬ−ｃｏｓωｔ　・・・（２
）ｔ 但し、ＣＲは微分回路１１の回路定数である。

上記の式（２）から明らかなように、’ｌ’Ｓの最大振
幅ＡωＣＲには速度成分ωが含まれている。この微分回
路１１の出力は、第２整流平滑回路１２にて、最大振幅
情報ＡωＣＲの直流電圧に変換され、割算回路１５の被
除数端子に出力される。而して、割算回路１５の出力■
。は以下のように最大振幅電圧Ａが消去され周波数成分
だけが残る。

従って、割算回路１５においては、入力信号の受信感度
の大小に応じ最大振幅電圧Ａの大きさが異なっても出力
■。に影響が生ずることはない。

尚、第１整流平滑回路１４から除数端子への入力信号が
所定レベル以下であるときには弱入力信号処理回路１６
により除算機能が禁止されるので、出力信号が異常に増
大することはない。

又、段部２０１ａが第３図のように連続的でなく、任意
に存在する場合でも第１整流平滑回路１４及び第２整流
平滑回路１２の遅延作用により電圧低下が遅れ平均的な
速度検出が可能となる。

上記出力電圧■。は、そのまま指針式メータで速度表示
に供され得るが、記憶手段を付設し最大値を表示したり
、任意の時刻又は場所の速度を記憶しておぎ後で表示す
ることも可能である。あるいは、Ｖ／Ｆコンバータ１７
を介して出力電圧Ｖ。

をクロックパルスＣに変換し、デジタル表示することも
可能である。

第６図は第４図のブロック図の具体的な電気回路図を示
したものでＯＰアンプ、ＩＣ等により各回路が構成され
ている。同図において第４図中の符号と同一符号は同一
回路を表し、同様に作動し各回路構成は第６図に明らか
なので説明は省略するが、基本的には振幅復調、微分、
整流、平滑、そして除算を処理する回路構成であり、低
消費電力演算アンプを主体に設計しであるので、バッテ
リ仕様に適している。

尚、本実施例においては、超音波信号を用いたが、他の
信号、例えばマイクロ波、あるいは可聴周波数帯の音波
を利用することも可能である。

又、本実施例では超音波受信器を用いて受信処理してい
るが送信器のみで共振時における音響インピーダンスの
変化を検知して同様に処理することも可能である。

更には、上記の車両の速度計測の外、スキースピードメ
ーター、円筒ドラム回転計等に適用し得る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば相対移動する二物体に関
し送受信信号の共振を利用し簡単な構成で相対速度を計
測することができると共に、送受信手段の取付角度は任
意とすることができ、特に相対移動方向に垂直に取付け
ることができる。

従って、送受信手段の取付、調整が容易であり、従来技
術のように複数の受信器を必要とすることもない。特に
、本発明を車両の対地速度計測に利用する場合において
、路面の凹凸による誤差の発生を懸念する必要はなく、
むしろ凹凸を積極的に利用した計測装置であるため未舗
装道路でも確実に速度計測することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図（
ａ）及び第２図（ｂ）は本発明の詳細な説明する波形図
、 第３図は本発明の一実施例の計測状態を示す図、第４図
は本発明の一実施例のブロック図、第５図は本発明の一
実施例の作動を説明する波形図、 第６図は本発明の一実施例の電気回路図である。 １・・・送信手段、　　　２・・・受信手段。 ３ａ・・・第１変換手段、３ｂ・・・第２変換手段。 ３ｃ・・・除算手段、　　　５・・・超音波送信器。 ６・・・超音波受信器。 １００・・・第１の物体、２００・・・第２の物体１０
１・・・送受波器、　　２０１・・・路面特許出願人　
　愛三工業株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の物体と該第１の物体の移動方向に対し直交
   する方向に変位成分を有する第２の物体との間の相対速
   度を計測する相対速度計測装置において、前記第２の物
   体に対し所定周波数の送信信号を送信する送信手段と、
   前記送信信号が前記第２の物体で反射した信号と前記送
   信信号とで形成された受信信号を受信する受信手段と、
   該受信手段に接続し前記受信信号の振幅に対応した第１
   の信号を出力する第１変換手段と、前記受信手段に接続
   し前記受信信号の振幅の微分値に対応した第２の信号を
   出力する第２変換手段と、該第２変換手段及び前記第１
   変換手段に接続し前記第２の信号を前記第１の信号で除
   算し除算結果に対応した出力信号を出力する除算手段と
   を備え、少なくとも前記送信手段及び前記受信手段を前
   記第１の物体に設けたことを特徴とする相対速度計測装
   置。
2. （２）前記受信手段が前記送信手段に一体に形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の相対
   速度計測装置。
3. （３）前記送信手段が超音波送信信号を送信する超音波
   送信器であり、前記受信手段が超音波受信器と該超音波
   受信器の超音波受信信号を振幅復調検波し電気信号の検
   波信号を出力する検波回路とを備え、前記第１変換手段
   が前記検波信号を整流且つ平滑して前記第１の信号を出
   力する第１整流平滑回路であり、前記第２変換手段が前
   記検波信号を時間微分する微分回路と該微分回路の出力
   信号を整流且つ平滑して前記第２の信号を出力する第２
   整流平滑回路とを備え、そして前記除算手段が前記第２
   の信号を前記第１の信号で除算し除算結果に対応した出
   力信号を出力する割算回路であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の相対速度計測装置。
4. （４）前記第１の物体が車両で、前記第２の物体が凹凸
   を有する路面であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の相対速度計測装置。