JPH02287183A - 超音波ドップラ方式対地車速計 - 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】 〔発明の利用分野〕 この発明は、車両の対地車速検出用に用いられる超音波
ドツプラ方式対地車速計に関し、特に。

該車速計の計測精度向上技術に関する。

〔従来技術〕

従来の超音波ドツプラ方式対地車速計としては、例えば
特開昭６０−７６６７８号公報に記載されているものが
ある。

上記の対地車速計は、所定周波数ｆｏの超音波信号を路
面に向けて放射し、路面から乱反射して戻ってきた反射
超音波を受信し、ドツプラ効果によって上記超音波信号
に生じた周波数変化すなわちドツプラシフト周波数ｆｄ
から対地速度を演算するものである。

上記のドツプラシフト周波数ｆｄは、送信周波数をｆｏ
、音速をＣ１車速をＶ、路面に対する超音波の放射角を
θとした場合に。

ｆ　ｄ’＝　２　ｆｏｅ　ｖｃｏｓθ／Ｃ−（１）で示
される。したがって、ドツプラシフト周波数ｆｄを求め
ることによって車速Ｖを求めることが出来る。ただし上
記（１）式は車両の進行方向に向かって超音波を送信し
た場合である。

上記（１）式において、音速Ｃは３４０ｍ／ｓ（１２２
４ｋｍ／ｈ相当）であり、車両速度Ｖが大きくなるとそ
れに比例してドツプラシフト周波数ｆｏも増加する。

例えば、検出する車両速度の範囲として、最高車速を２
００ｋｍ／ｈとし、超音波の路面への照射角θを４５″
とした場合には、ドツプラシフト周波数ｆｄはＯ（車速
０の場合）から約０．２３　ｆｏ（車速２００ｋｍ／ｈ
の場合）まで変化することになる。したがって最高車速
におけるｆｄをｆ　ｄｗａｙとすれば、受波器が受信す
る周波数は、車速に応じてｆｏからｆｏ＋ｆ　ｄｍａＸ
までの範囲で変化することになる。例えば、上記の例の
場合は、送信周波数を１２０　ｋＨｚとすれば、ドツプ
ラシフト周波数ｆ６はＯから２７．６　ｋＨｚまで変化
することになり、受波器が受信する周波数は、車速に応
じて１２０〜１４７．６　ｋＨｚの範囲で変化すること
になる。

一方、上記のような車載用の超音波ドツプラ方式対地車
速計においては、超音波の送信・受信手段として圧電型
の送波器および受波器が適している。そして実際に車両
に搭載する場合には、車両の床下という過酷な環境に設
置されるため、密閉型の構造でなければならない。密閉
構造の送波器や受波器は、その形状や寸法に応じた共振
系を形成し、共振周波数において最も高い音圧感度を有
する。例えば、第３図は共振型圧電マイクロホンの感度
特性の一例図である。この例においては、共振周波数１
２０ｋＨｚで約１１０ｄＢという高い感度を有し、周波
数が共振点からはずれると急激に感度が低下する特性に
なっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、超音波ドツプラ対地車速計における超音
波の周波数は、送信周波数ｆ０からｆｏに最大車速に相
当するドツプラシフト周波数ｆ　ａｍａｘを加算若しく
は減算した値までの範囲で変化するから、それを受信す
る受波器の特性は、上記の範囲で高い受信感度を有する
周波数特性のものであることが望ましい。しかし、前記
第３図の例でも判るように、共振型マイクロホンは共振
周波数で高い感度を有し、周波数が共振点からはずれる
と急激に感度が低下する特性になっている。したがって
、送信周波数ｆｏとドツプラシフト周波数ｆ−との関係
から、共振型マイクロホンの感度特性に適合させて送信
周波数ｆ０の値を設定してやっても、受波器の感度帯域
が狭いため、ｆｏからｆｏ＋ｆｏ□Ｘ（またはｆｏ−ｆ
　ｄｍａｘ）までの全ての周波数範囲で高感度を期待す
ることが出来ず、そのため受波器の感度の低い領域では
Ｓ／Ｎ比が低下して計測精度が低下するという問題があ
った。

以下、詳細に説明する。

受波器が受信する周波数は、前記のようにｆｏからｆｏ
＋　ｆ　ａ−ａｘ　（またはｆ　０ｆ　ｍ−ａｘ）まで
の範囲で変化するから、受波器の共振周波数をｆｏ＋ｆ
ｏａｘ／２　（またはｆ　０ｆ　ｔ−ａｘ／　２　）に
設定してやれば、受波器の感度の最も高い部分を利用す
ることが出来る。

例えば、第４図は、１３４ｋＨｚ付近に共振点をもつ共
振型圧電マイクロホンの感度特性の一例図である。この
ような特性の圧電型マイクロホンを受波器として使用し
、送信周波数、計測車両速度範囲および照射角の各条件
を前記の例と同じに、１２０ｋＨｚ、２００ｋｎ＋／ｈ
および４５″にした場合を考えると、受波器が受信する
周波数は、車速０における１２０に七から車速２００ｋ
ｍ／ｈにおける１　４７．６　ｋＨｚまで変化し、計測
車両速度範囲の中心値、すなわち１１００ｋ／ｈでは約
１３４に七となる。したがって、この場合には共振周波
数の点が計測車両速度範囲の中心値となり、この点の感
度は約１０７ｄＢと最も良い感度になり、この受波器の
特性では最も望ましい周波数設定となる。しかし、上記
のように最適の値に設定してやっても、受波器の感度帯
域が狭いため、計測車両速度範囲の両端、すなわち車速
がＯに近い領域と最高車速に近い領域では感度が９０ｄ
Ｂ以下と大幅に低くなる。

このように受信感度が低いということは、ドツプラ信号
のＳ／Ｎ比が低下することになり、モしてＳ／Ｎ比の低
下と共に対地車速の計測精度が低下する。

なお、第５図に示すように、共振特性を押さえて感度が
平坦な帯域幅を広げた特性を有するマイクロホンもある
が、このようなマイクロホンは。

共振点の感度をつぶすことによって平坦な特性を実現し
ているので、第５図の特性からも判るように、全体の感
度が低い。そのため、このようなマイクロホンを用いて
もＳ／Ｎ比を向よさせることは困難である。

上記のように、従来の装置においては、計測車両速度の
全領域で測定精度を確保することは困難である、という
問題があった。

本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するため
になされたものであり、計測車両速度の全領域にわたっ
て良好な測定精度を有する超音波ドツプラ方式対地車速
計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〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、特許請
求の範囲に記載するように構成している。

すなわち、本発明は、車両の対地速度に応じて変化する
ドツプラシフト周波数ｆｄに対して、常にｆｏ＋ｆｄま
たはｆｏ−ｆｄが所定の一定値となるように送信周波数
ｆｏを制御する手段を備えたことを特徴とするものであ
る。

なお、ｆｏ＋ｆｄ＝一定は車両の進行方向に超音波を放
射する場合、ｆｄ　　ｆｄ”一定は進行方向と反対方向
に超音波を放射する場合を示す。

〔作　用〕

上記のように本発明においては、車速の変化に応じてド
ツプラシフト周波数ｆｄが変化しても、常にｆｏ＋ｆｄ
またはｆｏ　　ｆｔが所定の一定値となるように送信周
波数ｆｏが制御される。したがって受波器が受信する周
波数、すなわちｆ　、　＋　ｆ　ｄまたはｆｏ−ｆ−は
車速に拘りなく常にほぼ一定値となるから、この値を受
波器の共振点に一致させるように設定しておけば、受渡
器の最も高感度の点のみで受信することが出来、車両速
度にかかわらず常に高い信号レベルの受信信号を得るこ
とが出来る。したがって高いＳ／Ｎ比と高い計測精度を
実現することが出来る。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例のブロック図である。

第１図において、発振器１は、最初は例えば周波数１２
０ｋＨｚの信号を発生する。ドライブ回路３は上記の信
号を増幅し、その出力で送波器２を駆動する。送波器２
は１例えば圧電型の送波器であり、上記の信号の波長を
持った超音波信号４を発生し、それを路面５に向けて放
射する。

また、受波器６は、上記の超音波信号４が路面５に当た
って乱反射した反射波信号を受信する。

プリアンプ７はその受信信号を増幅し、掛算器８へ送る
。掛算器８は発振器１の発振周波数と受信信号の周波数
とを掛算して両者の差分を求める。

また、掛算器８の信号をローパスフィルタ９に通して不
要なノイズを除去した後、ゼロクロスコンパレータ１ｏ
によってドツプラ信号成分を波形整形し、パルスカウン
タ１１でその周波数を読み取る。そして車速演算回路１
２でドツプラ信号の周波数を車速に変換する。

また、車速演算回路１２では、車速信号に対応したドツ
プラシフト周波数ｆｄを求め、この信号を周波数制御手
段１３へ送る。周波数制御手段１３では、ｆ０＋ｆ−の
値が常に所定の一定値（詳細後述、例えば１３０　ｋＨ
ｚ）となるように発振周波数ｆ０を変化させる。このよ
うにして次の瞬間に送る送信周波数ｆ０が求められる。

また、出力制御手段１４においては、予め定めておいた
送信周波数と駆動電圧値との関係に基づいて、そのとき
の送信周波数に対応した駆動電圧値を求め、その値をド
ライブ回路３に送り、ドライブ回路３における出力を制
御する。なお、上記のようにドライブ回路３における出
力を送信周波数に応じて制御するのは、送波器の周波数
特性を補償するためである。すなねち、送波器の周波数
特性も前記第３図や第４図と同様の共振特性を有してい
るので、一定の駆動出力で広い周波数範囲を駆動すると
、周波数特性に応じて音響出力が変動してしまう。その
ような不都合をなくすため。

送波器の周波数特性に応じて感度の低いところでは駆動
出力を増加するように制御してやる。

なお、前記第５図に示すような広い周波数範囲にわたっ
て平坦な特性を有する送波器を使用する場合は、出力制
御手段１４は不要であり、送波器の感度に対応した一定
の大きな駆動出力を与えてやればよい。

次に作用を説明する。

本実施例においては、求められた対地車両速度に応じた
ドツプラシフト周波数ｆｄに対応して、ｆｏ＋ｆ４が常
に一定の１３０　ｋＨｚになるように送信周波数ｆ０を
制御している。このことは受信信号となる反射波信号の
周波数成分がほぼ１３０に七を中心としたイケ号成分と
なることを意味している。したがって、前記第３図や第
４図に示した共振Ｑの大きい共振型マイクロホンを受波
器として使用し、その共振周波数をほぼ１３０　ｋＨｚ
に合わせることにより、車両速度にかかわらず常に高い
信号レベルの受信信号を得ることが出来る。

また、出来るだけ共振Ｑの高いマイクロホンを受信用と
して使用すれば、送波器および受波器の指向特性によっ
て、ドツプラシフト周波数成分以外のドツプラ信号を取
り除くフィルタの機能を合わせて持つことが可能となり
、それによって更に高いＳ／Ｎ比のドツプラ信号が得ら
れる。

次に、上記のｆｏ＋ｆ４またはｆ　−−ｆ　ａを制御す
る一定値について説明するｅ 本発明者等の理論解析および実験によれば、アスファル
ト路などの標準的な路面においては送信周波数を１２０
ｋ）Ｉｚ程度にするとドツプラ信号のＳ／Ｎ比を高める
ために最も適していることが判明した。なお、それに関
しては本出願と同日付けで特許出願している。

第２図は、上記の実験結果を示す図である。第２図にお
いて、−点鎖線は凹凸路面における特性を示す線であり
、−例として直径６ｍの塩化ビニールパイプをやや間隔
をあけて並べた路面における特性を示す。また、実線は
平坦路面における特性を示す線であり、−例として砂を
平坦に敷き詰めた路面における特性を示す。なお、この
砂の路面は、超音波に関しては通常のアスファルト舗装
路と同様の特性を示す。

第２図から判るように、凹凸路面と平坦路面では、Ｓ／
Ｎ比の値自体は異なっているが、その波長依存性の傾向
は殆ど同様であり、送信周波数が約１２０ｋＨｚ付近で
Ｓ／Ｎ比が最も高くなる。そして１２０ｋＨｚ以上では
比較的急激にＳ／Ｎ比が低下するが１２０ｋＨｚ以下で
は特性の低下は比較的緩やかである。したがって本発明
のように送信周波数を成る帯域幅内で変化させるものに
おいては、送信周波数帯域が第２図の特性においてＳ／
Ｎ比の良好な範囲となるように設定してやれば良いこと
になる。

例えば、前記のように、計測車両速度範囲および照射角
の各条件を、２００ｋｍ／ｈおよび４５″にした場合に
は、ドツプラシフト周波数ｆｄはＯから約２８　ｋ）ｌ
ｚ、すなわち帯域幅は２８ｋＨｚとなるので、第２図の
特性から見て１００に＆（波長３．４■に相当）から１
２８に七（波長２．６５ｍに相当）に設定してやれば良
いことになる。したがって超音波を車両の進行方向に放
射する場合にはｆ　ａ　＋　ｆ　ａの値を１２８ｋＨｚ
一定に制御し、超音波を車両の進行方向の反対方向に放
射する場合はｆｏ−ｆ−を１００　ｋＨｚ一定に制御す
れば、共に送信周波数は１００〜１２８ｋＨｚの範囲で
変化することになり、最も高感度の領域を利用すること
が出来る。

なお、上記の周波数の数値は、計測車両速度範囲および
照射角の各条件を前記の値に設定した場合の例であるが
１条件が変わった場合にも上記と同様の手順で最適な範
囲を定めることが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、送信周波
数ｆｏ＋ドツプラシフト周波数ｒｉ（またはｆｏ−ｆｄ
）が所定の一定値となるように送信周波数ｆ０を制御す
るように構成したことにより。

受信信号の周波数成分を常にほぼ一定値に固定すること
が可能となり、広い車両速度範囲全般にわたって高い精
度の対地車両速度計測が出来る、という優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２の周波数
特性図である。 く符号の説明〉 １・・・発信器 ２・・・送波器 ３・・・ドライブ回路 ４・・・超音波 ５・・・路面 ６・・・受波器 ７・・・プリアンプ ８・・・掛算器 ９・・・ローパスフィルタ １０・・・ゼロクロスコンパレータ １１・・・パルスカウンタ １２・・・車速演算回路 １３・・・周波数制御手段 １４・・・出力制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 路面に対して所定の角度で斜めに周波数ｆ＿ｏの超音波
   信号を送出する超音波送信手段と、路面から反射された
   超音波信号を受信する超音波受信手段と、ドップラ効果
   によって上記超音波信号に生じた周波数変化すなわちド
   ップラシフト周波数ｆ＿ｄから対地速度を演算する演算
   手段とを備えた車載用の超音波ドップラ方式対地車速計
   において、車両の対地速度に応じて変化する上記ドップ
   ラシフト周波数ｆ＿ｄに対して、常にｆ＿ｏ＋ｆ＿ｄま
   たはｆ＿ｏ−ｆ＿ｄが所定の一定値となるように上記送
   信周波数ｆ＿ｏを制御する手段を備えたことを特徴とす
   る超音波ドップラ方式対地車速計。