JPH03108682A - 超音波レーダ装置の異常検出装置 - 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〉 本発明は超音波レーダ装置に関し、特に異常を検出する
異常検出装置に関する。

〈従来の技術〉 例えば主道路の交通量に比べてこれに交差する従道路の
交通量が非常に少ない交差点においては、常時主道路側
の信号機を青にしておき、従道路側に車両等が到来した
ときにこれを検知して信号機を変化させることによって
交差点での交通を円滑にするような制御方式（半感応制
御）がとられている。

そして、従道路側の車両感知器として例えば超音波ドツ
プラ効果を利用した超音波レーダ装置が実用に供されて
いる。この超音波レーダ装置によって、交差点に侵入す
る２輪車以上の車両が検出されるが、万が一超音波レー
ダ装置が故障した場合、車両が到来しても信号が変わら
なくなり、事故に直結する可能性がある。したがってこ
れらの超音波レーダ装置には必ず装置の異常検知回路が
備えられており、万が一故障した場合には信号機は強制
的に超音波レーダ装置から切り離されて単独で制御され
るようになっている。

従来の超音波レーダ装置を示す第６図において、送信駆
動回路】は、アノードとカソードの向きが互いに逆にな
って並列に接続している送受分離ダイオードであるＤｌ
、Ｄ２を介して、送受ケーブル２の端子２ａに接続して
いる。超音波振動子３の両端は送受ケーブル２を通り、
端子２ａ、２ｂまで配線され、端子２ａは正極側、端子
２ｂは負極側になっている。そして受信アンプ４の入力
端はこの端子２ａに接続し、端子２ｂはアース、送受ケ
ーブル２のシールドに接続されている。比較器５は入力
端で受信アンプ４の出力端に接続し、受信アンプ４の出
力信号をスレショールド電圧Ｖｔｈと比較する。異常検
知回路に相当する残響時間判定回路６は入力端で比較器
５の出力端に接続し、比較器５の出力信号により、正常
、異常の判定をする。ＡＮＤ回路８は比較器５の出力信
号と、受信ゲート８を介して送信駆動回路１からの出力
信号を入力し、論理積を出力する。

次に動作を説明する。

送信駆動回路ｌは送受分離ダイオードＤ１を介して送信
信号を超音波振動子３に出力し、送信信号に基づいて超
音波振動子３は超音波を出力する。

車両があると超音波が反射され、再び超音波振動子３に
受信波として入力される。そしてこの受信波は送受ケー
ブル２を介して受信アンプ４に入力され、受信アンプ４
により増幅され、増幅された受信波は、比較器５によっ
てスレショールド電圧■いと比較される。第７図の（ｐ
）は受信アンプ４の出力信号であり、Ｔは送信周期、ｔ
、は送信信号が出力されている期間であり、通常Ｔは８
０秒、ｔ、は２秒程度である。

超音波振動子３はＬＣ回路と等価であり、送信駆動回路
１の送信信号により送信波が出力されている間超音波振
動子３にはエネルギが蓄積され、送信波の出力が終了す
ると、超音波振動子３に蓄積されたエネルギが放出され
る。このエネルギの放出は超音波振動子３の残響として
観測され、第７図においてｔ２は超音波振動子３の残響
値がスレショールド電圧■いまで減衰する残響時間であ
る。

第７図（ｑ）のように残響が受信波に重ならないように
残響監視時間として送信信号出力終了後、時間ｔ３を設
け、送信駆動回路１は時間ｔ３たってから、受信ゲート
７を介してＡＮＤ回路８に「１」の信号を時間ｔ４出力
する。そして時間ｔ４内に、車両等からの受信波を入力
すると、比較器５から信号が出力され、ＡＮＤ回路８は
車両検知信号である論理積ｒ１．を出力して車両を検知
する。

残響時間判定回路６は比較器５の出力、即ち残響時間値
によって装置の正常、異常を判定する。

例えば超音波振動子３が異常になると残響時間値は正常
の例えば５０％以丁に短くなる。超音波振動子３の残響
時間ｔ２は通常７〜８秒であるので、超音波振動子３を
選別して通常の残響時間値を有するものを使用し、残響
時間判定回路６は残響時間値が例えば３秒以下になった
場合は、異常であると判定し、異常判定信号を出力する
。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、従来の超音波レーダ装置の異常判定では異常
判定値が固定値であった。（７かし超音波振動子３は個
体間で残響時間値のばらつきが大きく、良品であっても
残響時間値が３秒以下の超音波振動子３もあり、このよ
うな超音波振動子３は不良であると判定していた。また
超音波振動子３が正常であり、残響時間値も通常の値の
ものであっても、例えば第８図のように送受ケーブル２
が断線している場合、負極の線と送受ケーブル２のシー
ルド間に浮遊容量Ｃｓが生じ、駆動電流は正極から超音
波振動子３、浮遊容ｉｃｓを通ってアースに流れる。こ
の場合、残響時間値は正常時の７０〜８０％になり、異
常判定値が正常時の残響時間値の５０％とすると残響時
間判定回路６は送受ケーブル２の断線を検出出来ず、ま
た異常判定値を正常時の残響時間値の７０〜８０％に設
定すると、例えば温度変動等の環境変化により残響時間
値が異常判定値まで変化した場合、正常にもかかわらず
異常の判定をしてしまうという誤動作の危険がある。

本発明ではこのような従来の課題に鑑みてなされたもの
で、部品の歩留りを向上出来、装置の異常を正確に検出
出来る超音波レーダ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〉 このため本発明は第１図のように、送信駆動手段により
、一定周期で駆動されて送信波を出力し、該送信波の反
射波を受けて受信波を発生させる振動子を備え、前記受
信波の出力レベルに応じて、物体を検知する超音波レー
ダ装置において、前記送信駆動手段の送信出力が停止し
てから振動子の残響出力が予め設定した閾値以下になる
までの残響時間値を測定する残響時間測定手段と、前記
残響時間測定手段で測定された残響時間値を所定の数だ
けサンプリングして平均値を計算する計算手段と、 該計算手段で計算された前記平均値を基準残響時間とし
て記憶する記憶手段と、 該計算手段に記憶されている基準残響時間に基づいて設
定された異常判定値と前記残響時間測定手段により測定
された残響時間値とを比較して残響時間値が異常判定値
以下であれば異常判定信号を出力する異常判定手段と、 前記残響時間測定手段で測定された残響時間値に基づい
て記憶されている基準残響時間を更新する更新手段と、
によって構成した。

〈作用〉 上記の構成によれば、計算手段は残響時間測定手段によ
って測定された残響時間値をサンプリングし、所定の数
のサンプリング値の平均値を計算し、計算した値を基準
残響時間として記憶手段に記憶させる。異常判定手段は
基準残響時間に基づいて設定された異常判定値と残響時
間値とを比較し、残響時間値が異常判定値以下であれば
異常判定信号を出力する。更新手段は測定手段で測定さ
れる残響時間値に基づいて記憶手段に記憶されている基
準残響時間を更新し、学習する。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。尚
、第５図と同一要素のものについては同一符号を付して
説明は省略する。

本実施例のブロック図である第２図において、異常検出
装置は、比較器５の出力端と、受信ゲート９を介して送
信駆動回路ｌの出力端と、に接続し、送信駆動回路１の
出力信号第５図（ｒ＞と、比較器５の出力信号（ｓ）と
の論理積をとり、コントロールユニット１１に残響時間
値ｔ２である信号（ｕ）を出力するＡＮＤ回路１０と、
ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を
含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、ＡＮＤ
回路１０から出力された残響時間値ｔ２に基づいて装置
の異常判定を行うコントロールユニット１１と、によっ
て構成される。

次に第３図、第４図のフローチャートに基づいて本実施
例のコントロールユニット１１の基準残響時間の学習と
、異常判定動作を説明する。

第３図は残響時間値、基準残響時間を更新し、学習する
学習ルーチンであり、まずステップ１で初期値を設定す
る。ここで設定されるＮは平均値を算出する為の所定の
サンプリング数であり、ｉは残響時間値ｔ２のサンプリ
ング数のカウント値であり、Ｔは安定した値をサンプリ
ングする為の、前回のサンプリング値と今回の測定され
た残響時間値ｔ２の差と、今回の測定された残響時間値
ｔ２との比の上限値である。ステップ２では送信駆動回
路１からの送信信号の出力が終了したかどうかを判定し
、終了していなければステップ２を繰り返す。送信信号
の出力が終了すると同時にステップ３に進み、残響時間
値であるｔ２を測定する。ステップ４では、残８時間値
ｔ２の測定中に受信波が入力すると正確な残響時間が測
定出来ないので、残響時間値ｔ２を残響監視時間ｔ３と
比較し、ｔ２≧（、であれば受信波が残響に重なってい
ると見做し、サンプリングしないのでステップ２に戻り
、１．＜１３であれば受信波は残響に重なっていないと
してステップ５に進み、ｔ２が初期値であるかどうかを
調べる。ｔ２が初期値であればステップ９に進み、初期
値でなければステップ６に進み、 ｔｚｉｔｚｌ／ｌｚをγと比較する。ここでｔｘｔ　は
前回のサンプリング値であり、ｔ２は今回の測定された
残響時間値である。またγは例えばγ−１％に設定する
。そしてｌ　ｔ２．−ｔｚ　ｊ　／１２＜　７であれば
、ここで測定された残響時間値Ｌ２をサンプリングし、
ステップ７に進む。ステップ７ではサンプリングされた
値が所定の数Ｎになったかどうかを調べる。サンプリン
グ数が所定の数に達していない（ｉ　＜Ｎ）と判定され
ると、ステップ８でサンプリング値がｔ２、としてＲＡ
Ｍに記憶され、ステップ９でｉに１を加算し、ステップ
２に戻る。

方、ステップ７でサンプリング数が所定の数になった（
ｉ≧Ｎ）と判定されるとステップ１０に進み、基準残響
時間である平均値ｔ２を計算し、ステップ１１でＲＡＭ
に記憶されているデータを移動し、ステップ１２におい
てサンプリング値ｔ２がＦｉ　としてＲＡＭに記憶され
、ステップ１３で基準残響時間ｎがＲＡＭに記憶され、
ステップ２に戻る。このようにして異常判定用の基準残
響時間の学習が行われる。そして学習された基準残響時
間ｎを使用して第４図の異常判定を行う。尚、ここで残
響時間測定手段はステップ２〜３、計算手段はステップ
４〜１０、更新手段はステップ１１〜１３に対応し、Ｒ
ＡＭが記憶手段である。

第４図は測定された残響時間値が異常であるがどうかを
判定する異常判定ルーチンであり、ステップ２１で基準
残響時間ｎに対する異常判定値の比であるβの初期値を
設定する。ステップ２２でウオームアツプ時間が経過し
たかどうかを判定する。

ウオームアツプ時間とは、第３図の学習ルーチンにおい
て装置の電源を投入後、Ｎ個の残響時間値ｔ２をサンプ
リングする為の時間であり、例えば送信周期Ｔが８０ｍ
５ｅｃで、サンプリング数Ｎ＝１００とすると、１００
個の残響時間（ｉｉ￥ｔ２をサンプリングするのに最低
必要な時間は８ｓｅｃであるが、超音波振動子３が温度
上昇して安定するまでの時間も考ｔして、ウオームアツ
プ時間を例えば２〜３分に設定しておく。ウオームアツ
プ時間が経過すると、ステップ２３において測定された
残響時間値ｔ２を入力し、ステップ２４において第３図
で学習されるＲＡＭに記憶されている基準残響時間ｔ２
を入力し、ステップ２５で異常判定を行う。この場合、
ｔ２Ｘβ（例えばβ＝０．９とする）を異常判定値とし
、ｔ、　＞　ｔ、　Ｘβであれば正常であると判定し、
ステップ２３に戻って次の残響時間値ｔ２の異常判定を
行い、ｔ２≦π×βであれば異常であると判定し、ステ
ップ２６で異常判定信号を出力し、このルーチンを終わ
る。この異常判定ルーチンが異常判定手段に対応する。

かかる構成によれば、測定された残響時間値ｔ２をＮ個
すンプリングし、Ｎ個のサンプリング値から平均値ｎを
計算して基準残響時間とし、基準残響時間−ＧがＲＡＭ
に記憶され、順次更新されて学習される。また基準残響
時間−Ｇから異常判定値を計算し、残響時間値ｔ２が測
定される毎にこの残響時間値ｔ２は異常判定値と比較さ
れ、異常であると判定されると異常判定信号を出力し、
正常であると判定されると次の残響時間値ｔ２の異常判
定が行われる。したがって異常判定に用いる基準残響時
間ｎは固定された値ではなく、残響時間値ｔ２が所定の
数サンプリングされた後異常判定値は逐次更新されてい
くので、超音波振動子の残響時間値のばらつきが個体間
にあっても超音波振動子３が良品であれば使用でき、歩
留りが向上する。また残響時間値ｔ２が正常時に対して
例えば７０〜８０％程度である送受ケーブルの断線の異
常が起きた場合でも、基準残響時間ｎは緩やかに変化す
る温度等の環境変化、径時変化に追従して変化するので
、異常判定値を基準残響時間百の例えば９０％に設定し
ても誤動作することなく異常を検出することが出来る。

尚、本実施例では所定数サンプリングした後はサンプリ
ングする毎に基準残響時間を更新し、学習していたが、
更新する方法はこれに限らず、所定数サンプリングする
毎に基準残響時間を更新し、学習しても構わない。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、所定の数の残響時
間値から平均値を計算して基準残響時間として記憶され
、記憶された基準残響時間は更新されていく。また基準
残響時間に基づいて設定された異常判定値と残響時間値
を比較して正常、異常の判定をする。したがって振動子
の残響時間値のばらつきが個体間にあってもすべての振
動子を使用することが出来るので歩留りが向上し、また
変化が緩やかな環境変化、経時変化による残響時間値の
変動に影古を受けることなく、どのような異常に対して
も異常判定を行うことが出来るので超音波レーダ装置の
性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の一実施例の
ブロック図、第３図〜第４図は異常判定動作を示すフロ
ーチャート、第５図は第２図の信号波形図、第６図は従
来のブロック図、第７図は第６図の信号波形図、第８図
は送受ケーブルが断線した場合の説明図である。 １・・・送信駆動回路　　２・・・送受ケーブル　　３
・・・超音波振動子　　８．１０・・・ＡＮＤ回路ント
ロールユニット １１・・・コ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　送信駆動手段により、一定周期で駆動されて送信波を
   出力し、該送信波の反射波を受けて受信波を発生させる
   振動子を備え、前記受信波の出力レベルに応じて、物体
   を検知する超音波レーダ装置において、 前記送信駆動手段の送信出力が停止してから振動子の残
   響出力が予め設定した閾値以下になるまでの残響時間値
   を測定する残響時間測定手段と、前記残響時間測定手段
   で測定された残響時間値を所定の数だけサンプリングし
   て平均値を計算する計算手段と、 該計算手段で計算された前記平均値を基準残響時間とし
   て記憶する記憶手段と、 該計算手段に記憶されている基準残響時間に基づいて設
   定された異常判定値と前記残響時間測定手段により測定
   された残響時間値とを比較して残響時間値が異常判定値
   以下であれば異常判定信号を出力する異常判定手段と、 前記残響時間測定手段で測定された残響時間値に基づい
   て記憶されている基準残響時間を更新する更新手段と、
   によって構成したことを特徴とする超音波レーダ装置の
   異常検出装置。