JPH03103792A - 車両用側方距離測定装置 - 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〕 この発明は、車体側面と、車両走行路に沿って車体側方
に配設されたガードレールや側壁等の壁面との間の距離
を、超音波を利用して測定する車両用側方距離測定装置
に関し、特に、超音波の送信方向を適宜補正することに
より、車両が車線変更等を行う場合や車両走行路が曲線
路である場合等であっても、壁面からの反射波が確実に
受信されるようにしたものである。

〔従来の技術〕

超音波を利用して距離を測定する従来の技術としては、
例えば本出願人が先に提案した特開昭６２−２８８５９
１号公報に開示されたものがある．この従来の技術は、
超音波を被測定対象物に送信した時点から、その被測定
対象物からの反射波を受信した時点までの時間を計測し
、その計測結果から距離（例えば、車高等）を算出する
距離測定装置であって、特に、外乱によるノイズの影響
を効果的に除去できると共に、ノイズ混入による異常値
の補正による影響も除去でき、さらには、ノイズの影響
を受け難くしたものである。

そして、このような超音波を利用した距離測定装置では
、送信装置から送信されて被測定対象物の反射面で反射
した反射波が、受信装置で確実に受信されるように、被
測定対象物の反射面の角度や、送信装置及び受信装置の
配設位置等を選定する必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、超音波を利用した従来の距離測定装置に
あっては、超音波の送信方向が一定であったため、被測
定対象物の超音波反射面が略一定の角度を保つ場合（例
えば車高センサであれば、被測定対象物は路面であり、
路面は車体に対して平行である。）には構わないが、反
射面への超音波の入射角が変化する場合には、反射波を
受信できないことがある。

即ち、第８図（ａ）に示すように、超音波の送受信装置
ｌから反射面２に向けて送信された指向性を有する超音
波Ｗ＋（実線で示す）は反射面２で反射し、その反射波
Ｗ２が送受信装置１で受信されるから、同図に示すよう
に超音波Ｗ１が反射面２に対して略垂直に入射される場
合は特に問題はないが、例えば第８図中）に示すように
、何らかの原因で送受信装置１と反射面２との間に傾き
が生じて、超音波Ｗ，の広がり角αよりも送受信装置ｌ
の傾き角θΦ方が大きくなった場合には、反射波Ｗｔは
送受信装置ｌに入射されなくなってしまうから距離は測
定不可能になってしまう。

このため、車体の側面から、車両走行路に沿って車体側
方に設けられたガードレール等の壁面に向けて超音波を
送信する送信装置と、車体において超音波の反射波を受
信する受信装置とを備え、その超音波の送信から受信に
要した時間に基づいて車体とガードレールとの間の距離
を測定する装置を考えた場合、例えば車両が車線変更す
る等して車体の向く方向と走行路との間にずれが生じ、
そのずれの角度が超音波の広がり角以上になると、車体
側面から送信されてガードレールで反射した反射波は受
信装置に入射されなくなる。

また、車両が曲線路を走行している場合等であっても、
車体の向く方向は旋回中心から外側にふくらんでしまう
から、車線変更の場合と同様に、ガードレール等への超
音波の入射角が大きくなって、その反射波は、受信装置
に入射されないことになる。

つまり、車体と、反射面を構或するガードレールや側壁
等の壁面との間の距離は、上記理由により、超音波を利
用した従来の距離測定装置では測定できない場合がある
。

そこで、この発明は、このような従来の技術が有する未
解決の課題に着目してなされたものであり、反射面への
超音波の入射角が頻繁に変化しても、確実に反射波の受
信が行える車両用側方距離測定装置を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達或するために、請求項（１）記載の発明は
、車両走行路に沿って車体側方に設けられた壁面に向け
て指向性を有する超音波を送信する送信手段と、前記超
音波の前記壁面からの反射波を受信する受信手段と、前
記送信から前記受信までの時間に基づいて車両及び前記
壁面間の距離を演算する距離演算手段と、を備えた車両
用側方距離測定装置において、前記車両走行路に対する
車体のずれ角を検出するずれ角検出手段と、このずれ角
検出手段の検出結果に基づいて前記送信手段の超音波の
送信方向を変化させる送信方向可変手段と、を設けた。

また、請求項（２）記載の発明は、請求項（１）記載の
発明において、前記送信方向可変手段は、前記ずれ角検
出手段の検出結果に基づき、前記送信手段の超音波の送
信方向を、前記車体の前側及び後側の内、前記壁面に近
い側に向けて変化させる。

そして、請求項（３）記載の発明は、上記請求項（１）
記載の発明において、前記送信方向可変手段は、前記車
両走行路が曲線路である場合に、前記ずれ角検出手段の
検出結果に基づき、前記送信手段の超音波の送信方向を
、旋回中心内側では車体後側に向けて変化させ且つ旋回
中心外側では車体前側に向けて変化させる。

〔作用〕

請求項（１）記載の発明にあっては、送信手段から送信
された超音波は、車両走行路に沿って車体側方に設けら
れたガードレールや側壁等の壁面において反射し、その
反射波が受信手段に受信されると、送信から受信までの
時間は、超音波の進む速度（音速）と車体及び壁面間の
距離とに応じて決まる値であるから、その時間に基づい
て車体の側方距離が演算される。

そして、車両が車線変更を行う場合や、走行路が曲線路
である場合等には、必然的に走行路に対する車体の向く
方向がずれるが、このずれ角を検出するずれ角検出手段
の検出結果に基づいて、送信方向可変手段が送信手段の
超音波の送信方向を変化させるから、壁面への超音波の
入射角の変化を抑制することができる。

例えば、請求項（２）記載の発明のように、車体の前側
及び後側の内の壁面に近い側に向けて送信手段の超音波
の送信方向を変化させれば、送信手段が車体とは逆方向
に変位したことと等価となるから、車体の向く方向と走
行路との間のずれ角が大きくなっても、壁面に対する超
音波の送信方向の変化は零、若しくは小さくて済む。

また、車両走行路が曲線路である場合には、請求項（３
）記載の発明のように、前記送信手段の超音波の送信方
向を、旋回中心内側では車体後側に向けて変化させ且つ
旋回中心外側では車体前側に向けて変化させれば、請求
項（２）記載の発明と同様に、送信手段が車体とは逆方
向に変位したことと等価となるから、車体の向く方向と
走行路との間のずれ角が大きくなっても、壁面に対する
超音波の送信方向の変化は零、若しくは小さくて済む。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例は、本発明に係る車両用側方距離測定装置を
利用して、車体と、車両走行路に沿って車体の側方に設
けられたガードレール等の壁面との間の距離を測定し、
その測定結果から路面幅方向の車両位置を把握し、その
車両位置と予め設定されている走行路データとに基づい
て、転舵輪の転舵角．スロットルバルブの開度及びブレ
ーキの作動を適宜制御することにより、車両を自動的に
走行させる装置（自走車制御装置）に関する。

即ち、第１図に示すように、自走車としての車両３は、
転舵輪３ＦＬ，　　３ＰＲと駆動輪３ＲＬ，　　３ＲＲ
とを備えた四輪自動車であって、車両走行路４上を図中
矢印の方向に走行する。

この車両３の車体の両側面には、それぞれ二つの超音波
センサＩＦＬ．　　ＩＦＲ，　　ＩＲＬ，　　ＩＲＲが
配設されていて、各超音波センサＩＦＬ−ＩＲＲは、自
身の配設位置と、車両走行路４に沿って設けられ，たガ
ードレール２ａ，２ｂとの間の距離ｉ，，１．，ｌ，及
びｌ，を、超音波の送受信に要した時間に基づいて求め
、これを、後述するコントローラに供給する。

また、各超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲは、コントローラ
から供給される制御信号に応じて、その超音波の送信方
向を水平面内で変化させる可変機構を有している。

第２図は、可変機構の一例を示した斜視図であり、これ
は、電動モータ５によって超音波センサＩＰＬ−ＩＲＲ
を変位させる例である。

即ち、電動モータ５の回転軸は、一対のギャ６ａ及び６
ｂを介して固定板８を水平方向に貫通した進退軸７の一
端側に連結されていて、その進退軸７の他端側は、セン
サ本体１ａの側面に固着されたブラケットｌｂに結合さ
れている。また、センサ本体１ａは、固定板８に水平面
内で回動自在に結合されていて、進退軸７の周囲には、
ブラケッ｝ｌｂを固定板８から離れる方向に付勢するス
プリング７ａが配設されている。

そして、電動モータ５の回転軸が回転すると、その回転
力が両ギャ６ａ及び６ｂを介して伝達される進退軸７は
、ブラケッ｝ｌｂを固定仮８に近づける方向又は固定板
８から離す方向に変位させるから、そのブラケットｌｂ
が固着されたセンサ本体１ａは水平面内で回転する。

従って、センサ本体１ａの正面に設けられた超音波の送
受信面１ｃの向く方向（第２図は矢印Ａで示す）は、水
平面内で、所定の角度範囲内において任意の向きに変化
することができる。

第３図は、本実施例の制御系の構戒を示すブロック図で
ある。

即ち、コントローラ９は、入出力装置としてのインタフ
ェース回路１１．演算処理装Ｗｌ２及び記憶装置ｌ３を
少なくとも備えたマイクロコンピュータ１０を有してい
て、インタフェース回路１１には、各超音波センサＩＦ
Ｌ〜ＩＲＲで測定した距離ｉ．，ｌｘ，　ｌ，，ｌ４が
それぞれＡ／Ｄ変換器１４ａ〜１４ｄを介して供給され
ると共に、図示しない車速検出器や積分器等から構戒さ
れて車両走行路４における車両３の進行方向位置を計測
する距離センサ１５の計測値Ｃが供給される。

そして、演算処理装置ｌ２は、供給される各値ｌ１〜ｌ
４及びＣと、記憶装置ｌ３に記憶されている車両走行路
４のデータ（曲線路や分岐路の位置等）とに基づき所定
の演算処理を実行する。

演算処理の概要を説明すると、各超音波センサｌＦＬ〜
ＩＲＲから供給される距離ＩＩ””ｉｍに基づき、車両
３の進行方向と車両走行路４との間のずれ角を演算する
。即ち、ずれ角が零であれば、それら距離はｌ＝＝ｌｓ
で且つｌ，−１４となるし、ずれ角が大きくなる程、そ
れらの値の差も大きくなる。

そして、そのずれ角を求めたら、計測値Ｃと車両走行路
４のデータとに基づいて現在の車両位置における車両走
行路４の状況（例えば、直線路、曲線路、分岐路等）を
判断し、その判断結果と、上記ずれ角とに従って、超音
波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの超音波の送信方向を補正する
べく（ガードレール２ａ，２ｂへの超音波の入射角が垂
直となるように）、各電動モータ５の駆動回路５ａに制
御信号を出力する。

さらに、距離ｌ，〜ｌ４と車両走行路４の状況とに応じ
て、車両３が正確且つ安全に走行するように、Ｄ／Ａ変
換器１６ａ〜１６ｃを介して各アクチュエー夕用の駆動
回路１７ａ−１７ｃに制御信号を出力して、舵角を制御
するステアリングアクチュエータ１８ａ，スロッルバル
ブの開度を制御するスロットルアクチュエータ１８ｂ及
びブレーキの作動状態を制御するブレーキアクチュエー
タ１８ｃを駆動さセ、車両３の走行状態を適宜調整（例
えば、車両３とガードレール２ａ，２ｂとの間の距離を
所定距離に保つように）する。

第４図は、車両３と車両走行路４との間のずれ角を算出
し、そのずれ角に応じて超音波センサｌＦＬ〜ＩＲＲの
超音波の送信方向を適宜変化させるための制御の概要を
示すフローチャートである。

先ず、ステップのにおいて、各超音波センサＩＦＬ〜Ｉ
ＲＲが測定した距離ｌ，〜ｌ４及び距離センサｌ５の計
測値Ｃを読み込み、次いでステップ■に移行して、車両
３と、車両走行路４との間のずれ角θ，，θ．（車両走
行路４が直線路である場合には、一つのずれ角θのみで
足りる）を算出する。

ここで、ずれ角θ，，θ，の算出手段を説明する． 即ち、車両走行路４が直線路である場合には、第５図に
示すように、車両３と車両走行路４との間に、車両前側
が左方によるずれ角θが生じると、距ＭＩ！．ｌ〜Ｉｌ
ａは、ｉｔ　＜ｉｓ　，ｉｔ　＞ｌｍとなり（車両前側
が右方によれば、これらの関係は逆になる）、距離ｌ，
及びｌｘ，ｌｇ及び１４間の差はずれ角θに応じて決ま
る。

そして、各超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの前後間距離を
ｌとすると、ずれ角θは、下記の（１）式に基づいて算
出される。

但し、この場合、車両前側が左方によるずれ角θを正（
反時計周りを正）とし、車両前側が右方によるずれ角θ
を負としている。

また、車両走行路４が曲線路である場合には、第６図に
示すように、車体左側と車体右側とではずれ角が異なる
（即ち、曲線路では、車両は車体前側が旋回方向外側に
膨らみつつ走行するから、車体左側の超音波センサＩＦ
Ｌ，　　ＩＲＬが対向するガードレール２ａの曲率と、
車体右側の超音波センサＩ　ＦＲ，　　Ｉ　ＲＲが対向
するガードレール２ｂの曲率とが異なる。）ため、車体
左側のずれ角θＬ及び車体右側のずれ角θ１の両方を、
下記の（２）及び（３）に従って算出する。

２ また、Ｔ字路や十字路等のような分岐路にあっては、片
側の超音波センサがガードレールに対向できない場合が
あり、このような場合には、ガードレールに対向する側
の超音波センサによって、ずれ角θ，又はθえを算出す
る。

そして、ステップ■でずれ角θ，２　θ１が算出された
ら、ステップ■に移行する。

ステップ■では、車体左側のずれ角θ，の絶対値が、超
音波の広がり角αによって決まる所定値α。（αの９０
％程度の値）を越えているか否かを判定する。

即ち、第８図で説明したように、ずれ角θ，が超音波の
広がり角αを越えてしまうと、反射波は超音波センサに
入射されなくなってしまうから、θ，くαを維持するよ
うにすればよい。

従って、ステップ■の判定が「ＮＯ」の場合には、ずれ
角θ，は広がり角α内に確実に収まっていると判断でき
るから、ステップ■の処理は実行しないが、ステップ■
の判定がｒＹＥｓ」の場合には、越える恐れが大きくな
ったと判断できるから、ステップ■の処理を実行する。

ステップ■では、車体左側に配設された超音波センサＩ
ＦＬ，　　ＩＲＬの超音波の送信方向が変化するように
、対応する電動モータ５に制御信号を出力する。なお、
変化の方向及び角度については、後述する。

同様に、ステップ■では車体右側のずれ角θえの絶対値
が所定値α。を越えているか否かを判定し、判定がｒＮ
ｏ，の場合にはステップ■の処理は実行しないが、ｒＹ
Ｅｓ，の場合にはステップ■に移行し、車体右側に配設
された超音波センサＩＦＲ，　　ＩＲＲの超音波の送信
方向が変化するように対応する電動モータ５に制御信号
を出力する。なお、ステップ■と同様に、変化の方向及
び角度については後述する。

なお、車両走行路４が直線路である場合には、θ，＝θ
８＝θであるから、θ〉α。である場合には、全ての超
音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの送信方向を変化させる。ま
た、分岐路を走行する場合のように、ずれ角θＬ又はθ
魔の一方のみが算出されている場合には、ずれ角が得ら
れた側の超音波センサに対する制御のみを実行すればよ
い。

次に、超音波センサの超音波の送信方向を変化させる場
合の、その変化の方向及び角度について説明する。

即ち、直線路（車線数には関わりなく）にあっては、ず
れ角θと逆方向に各超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの送信
方向を変化させればよい。第５図の例であれば、車体左
側に配設された超音波センサｌＦＬ，　　ＩＲＬの送信
方向を車体前側に変化させ、車体右側に配設された超音
波センサＩＦＲ、ＩＲＲの送信方向を車体後側に変化さ
せれば、各超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲとガードレール
２ａ，２ｂとの間の相対変位は相殺されることになる。

つまり、超音波の送信方向を、車体の前側及び後側の内
、ガードレール２ａ，２ｂに近い側に向けて変化させれ
ばよい。

そして、変化させる角度は、ガードレール２ａ，２ｂに
垂直に超音波が入射されるよう、即ち、ずれ角θだけ変
化させる。

また、曲線路にあっては、直線路と同様に、ずれ角θと
逆方向に各超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの送信方向を変
化させればよい。但し、変化させる角度は、車体左側の
ずれ角θ１と、車体右側のずれ角θ８とが異なるため、
それぞれの角度に応じて変化させる。

なお、曲線路であるか否かの判断は、下記の手順に従う
。

即ち、ホイールベースＬに比べて旋回半径Ｒ０が大きい
ときの平均実舵角δは、下記の（４）式のように表せる
。

δζＬ／Ｒ６　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
（４）また、車両走行路４の曲率半径をＲとすれば、Ｒ
ζＲ０であるから、上記（４）式は、下記の（５）式の
ように表せる。

δξＬ／Ｒ　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（
５）そして、車両の実舵角が超音波センサの指向性の角
度、即ち、広がり角α以内であれば、車両走行路の曲率
半径Ｒに沿って走行する車両の側面から送信され、ガー
ドレール２ａ，２ｂで反射した超音波は、超音波センサ
ＩＦＬ〜ＩＲＲの送受信面ＩＣに入射されることになる
。

つまり、δ’．（Ｌ／Ｒ）＜２０を満たすような曲率半
径であれば、その曲率半径Ｒに沿って走行すると、反射
波は、超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの送受信面１ｃに入
射されることになる。

具体例を示すと、超音波の広がり角を１０度とすれば、
２θ＝２０度＝０．３５９となる。

一方、曲率半径ＲをホイールベースＬの３倍とすると、
平均実舵角δは、 δζＬ／３　Ｌ＝０．３　３　３＜０．３　５　９とな
る。

従って、車両走行路の曲率半径Ｒが、ホイールベースの
３倍以上であれば、超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの角度
を変化させることなく、超音波センサＩＦＬ〜ＩＲＲの
反射波が、送受信面１ｃに入射されるから、上記条件を
満たす場合には、直線路として考えればよい。

また、Ｔ字路や十字路等において左折や右折を行う場合
には、極小さな曲率半径の曲線路として考えればよい。

そして、上記実施例のように超音波センサＩＦＬ〜ＩＲ
Ｒの送信方向を適宜変化させて、反射波が確実に送受信
面ＩＣに入射されるようにすれば、車両３は、常に自分
の走行位置を把握できるから、正確且つ安全に走行する
ことができる。

？こで、上記実施例では、ステップ■の処理がずれ角検
出手段を構威し、ステップ■乃至ステップ■の処理が送
信方向可変手段を構或する。

なお、超音波センサの送信方向を変化させると、そのと
きの測定値は正確な車両側方距離ではないので、正確な
値が必要な場合には補正する。

即ち、第マ図に示すように、実際の側方距離はｌｚｔ及
びｌ４■であるが、測定値はｌ■及び■であるから、そ
の測定値と変化角度θとを用い、下記の（６）及び（７
）式に基づいて実際の側方距離１．ｚｔ及び１−４２を
算出する。

ｌ　ｚ　ｚ　ｗ　ｊ！　ｚ　＋　／　ｃｏｓθ　　　　
　　　　・・・・・・（６）ｌａｚζ１２　４　ｚ　／
　ＣｏＳθ　　　　　　　　・・・・・・（７）また、
上記実施例では、超音波センサの送信方向を、ずれ角と
同じ角度だけ移動させるようにしているが、これに限定
されるものではなく、ステップ的に変化させるようにて
もよい。この場合、変化させる前の超音波の送波路と、
変化させた後の超音波の送波路とが、若干の重なりを持
つように、即ち、送信方向の１ステップの変化角度が、
超音波の広がり角度αの２倍よりも小さくなるようにす
る． さらに、超音波の広がり角度が小さ過ぎると、車体の細
かな振動によっても、反射波が送受信面１ｃに入射され
ない場合が生じるため、ある程度の広がり角を持ってい
る方がよい。

また、超音波センサの送信方向を変化させる構造は、上
記実施例に限定されるものではなく、その他の構威であ
ってもよい。

またさらに、壁面は、ガードレールに限定されるもので
はない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項（１）乃至（３）記載の発
明によれば、送信手段の超音波の送信方向を、車両走行
路に対する車体のずれ角に応じて変化させるようにした
ため、超音波の反射波を、確実に受信することができ、
その結果、車両の側方距離が測定不能となる恐れを低減
できるという効果が得られる。

また、請求項（２）記載の発明にあっては、送信手段の
超音波の送信方向を、車体の前側及び後側の内、壁面に
近い側に向けて変化させるようにしたため、ずれ角を相
殺する方向に超音波の送信方向が変化することになり、
壁面への超音波の入射角の変化を抑制され、その結果、
車線変更時等であっても、超音波の反射波を確実に受信
することができるという効果がある。

さらに、請求項（３）記載の発明にあっては、車両走行
路が曲線路である場合に、ずれ角検出手段の検出結果に
基づき、送信手段の超音波の送信方向を、旋回中心内側
では車体後側に向けて変化させ且つ旋回中心外側では車
体前側に向けて変化させるようにしたため、上記請求項
（２）記載の発明と同様に、ずれ角を相殺する方向に超
音波の送信方向が変化することになり、壁面への超音波
の入射角の変化を抑制され、その結果、超音波の反射波
を確実に受信することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構威を示す概略構或図、第
２図は超音波センサの送信方向を可変とす構造の一例を
示す斜視図、第３図は本実施例の制御系のブロック図、
第４図はコントローラ内のマイクロコンピュータで実行
される処理手順の概要を示したフローチャート、第５図
は本実施例の直線路における作用を説明する説明図、第
６図は曲線路における本実施例の作用を説明する説明図
、第７図は実際の距離と測定値との関係を示す説明図、
第８図（ａ）は送受信装置にずれ角が生じていない状態
での超音波の反射を示した説明図、第８図（ハ）は送受
信装置にずれ角が生じた状態での超音波の反射を示した
説明図である。 ＩＰＬ〜ＩＲＲ・・・超音波センサ（送信手段、受信手
段、距離演算手段）、２ａ，２ｂ・・・ガードレール（
壁面）、３・・・車両、４・・・車両走行路、５・・・
電動モータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両走行路に沿って車体側方に設けられた壁面に
   向けて指向性を有する超音波を送信する送信手段と、前
   記超音波の前記壁面からの反射波を受信する受信手段と
   、前記送信から前記受信までの時間に基づいて車両及び
   前記壁面間の距離を演算する距離演算手段と、を備えた
   車両用側方距離測定装置において、 前記車両走行路に対する車体のずれ角を検出するずれ角
   検出手段と、このずれ角検出手段の検出結果に基づいて
   前記送信手段の超音波の送信方向を変化させる送信方向
   可変手段と、を設けたことを特徴とする車両用側方距離
   測定装置。
2. （２）前記送信方向可変手段は、前記ずれ角検出手段の
   検出結果に基づき、前記送信手段の超音波の送信方向を
   、前記車体の前側及び後側の内、前記壁面に近い側に向
   けて変化させる請求項（１）記載の車両用側方距離測定
   装置。
3. （３）前記送信方向可変手段は、前記車両走行路が曲線
   路である場合に、前記ずれ角検出手段の検出結果に基づ
   き、前記送信手段の超音波の送信方向を、旋回中心内側
   では車体後側に向けて変化させ且つ旋回中心外側では車
   体前側に向けて変化させる請求項（１）記載の車両用側
   方距離測定装置。