JPH03243413A - 超音波障害物センサ - 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、前方の路面状態を事前に感知して、例えば車
体のショックを確実に緩和できる自動車用サスペンショ
ン制御装置の入力情報として有効な障害物情報を出力す
る超音波障害物センサに関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、超音波を使った障害物センサとしては、車両
のまわりの障害物を検知するための装置として、例えば
特公平１−３０４３６号公報や実開昭５９−８５９７６
号公報に開示されている装置があり、また、前方の路面
状態を事前に感知して例えば車体のショックを緩和する
ためのサスペンション装置としては、特開昭６２−１３
１８１３号公報に開示されている装置がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、超音波で障害物を検知しようとする場合は、超音
波により回りの物体（障害物）との距離を算出する方式
が多く、短距離（数ｃｍ）から長距離（数ｍ）までの物
体を正確に測定するための工夫が種々提案されている。

ところが、この方式では所定の前方の路面からの反射波
も障害物として検知してしまうため、例えばホーンの指
向性を工夫するなどして、路面の信号を検知しないよう
に工夫しているのが一般的であり、逆に路面の信号のみ
を積極的に検出し、その信号の中から路上の障害物を有
効に検出するための信号処理について提案されているも
のは無いのが現状である。

そこで、本発明の目的とするところは、斜め前方の路面
を中心にして超音波をパルス的または連続的に発射し、
その反射波の中から路上の障害物のみを有効に区切りし
て判別し得る超音波障害物センサを提供することにある
。

また、本発明の目的とするところの２つ目は、障害物か
らの反射波の状況が、障害物の存在する付近の路面の表
面状態の変化（例えば、滑らかか粗いか、コンクリート
か粗い路面か）により変化してしまうと同時に、ハック
グランドとも言うべき路面からの反射波の強度も同様に
大きく変化してしまうという反射波の受信信号変化の中
から、障害物による信号の変化のみを有効に区別して判
別し得る超音波障害物センサを提供することにある。

さらに、本発明の目的とするところの３つ目は、本発明
が適用される超音波障害物センサは車載され、所望の車
速で走行中に主に使用されるが、同一路面上の同一障害
物であっても、車両の走行スピードによって上記路面ま
たは障害物からの反射の状況が変化するので、車両の走
行スピードにかかわらず障害物からの反射波を有効に検
知し、障害物の存在を判別し得る超音波障害物センサを
提供することにある。

上記目的を達成するために第７図に示すような装置が提
案された。同図において、１は超音波送信手段であり、
超音波信号を発生する超音波信号発生手段５からの超音
波信号■１に応答して超音波を送信する。ｌａ、ｌｂ、
ｌｃは超音波の経路、２は超音波送信手段１からの超音
波が斜め前方の路面または障害物により反射された反射
超音波を受信して受信信号ｖ２を生しる超音波受信手段
、３は障害物、４は路面、６は超音波信号発生手段５に
間欠的に超音波発生を指令する指令信号■。

を出力するタイミング指令手段、７はタイミング指令手
段６の出力に基づき所定の時間範囲の受信信号のみを抽
出し、その平均電圧レベルを演算する平均値演算手段、
８は平均値演算手段７の出力信号Ｖ３１に対応して判定
レベルを変更する判定信号演算手段、９は受信電圧レベ
ルまたは受信電圧の微分値を示す信号ｖ３゜を出力する
受信信号処理手段、１０は前記受信信号ｖ２から得られ
た受信電圧のレベルまたはその受信電圧のレベルの微分
値が判定信号演算手段８の出力する判定レベル（信号Ｖ
ｓ、Ｖ、で示すレベル）を越えた時に障害物の検知信号
ｖ７を出力する比較手段である。

このような構成の装置においては、超音波受信手段２に
より受信された受信信号の平均値を平均値演算手段７で
演算して路面との判定を有効に行なおうとする場合、受
信信号に障害物によって反射された信号が重畳されてい
ると、平均値が路面だけの場合よりも増加し、頻繁に障
害物があるような路面を検知する場合、平均値の増加に
伴い、判定信号演算手段８の出力つまり比較判定レベル
が増加するため、障害物の検知ミスが発生するおそれが
ある。従って、第７図の装置では前述の発明の目的を達
成できない。

〔課題を解決するための手段〕

このような課題を解決するために本発明は、超音波信号
を発生する超音波信号発生手段と、この超音波信号発生
手段からの超音波信号に応答して超音波を送信する超音
波送信手段と、この超音波送信手段からの超音波が斜め
前方の路面または障害物により反射された反射超音波を
受信して受信信号を生じる超音波受信手段と、受信信号
を所定のレベルにクリップする所定レベルクリップ手段
と、この所定レベルクリップ手段の出力信号の平均電圧
レベルを演算する平均値演算手段と、この平均値演算手
段の出力に対応して判定レベルを演算する判定信号演算
手段と、受信信号から得られた受信電圧のレベルまたは
受信電圧の微分値が判定信号演算手段の出力する判定レ
ベルを越えた時に障害物の検知信号を出力する比較手段
とを設けるようにしたものである。

〔作用〕

本発明による超音波障害物センサにおいては、路面から
の反射信号に障害物からの反射信号が重畳した場合でも
、所定レベルクリップ手段により平均値演算手段への信
号レベルが低くおさえられ、路面のみからの反射信号に
よる平均値との差が大きくでないため、路面からの反射
波レヘルの平均値を正確に演算することができる。よっ
て、障害物が頻繁にでてくるような路面を走行した場合
でも、障害物からの反射波の影響が大きくでることもな
く、反射波の平均値が安定し、その結果、判定信号演算
手段出力も安定となるため、確実な障害物検出が可能と
なる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は、本発明による超音波障害物センサの一実施例
を示す構成図である。同図において第７図と同一部分又
は相当部分には同一符号が付しである。

第１図において、タイミング指令手段６は所定の間隔毎
に所定の時間だけ超音波をパルス発信するための指令信
号ｖｏ（第４図（ａ）参照）を超音波信号発生手段５に
与える。超音波信号発生手段５は、指令信号ｖ０に従い
、所定の時間、所定の電圧、所定の周波数で超音波送信
手段１である超音波マイクロホンを信号ｖ＋（第４図（
ｂｌ参照）で駆動する。超音波送信手段１は車体のバン
バ付近に設置され、斜め前方で下方の経路４を照射し、
反射波を、パンパ付近に隣接して設置され、超音波受信
手段２であるマイクロホンで受信し、受信信号ｖ２とし
て出力する。受信信号■２は受信レベルを処理し易くす
るために受信波増幅手段９ａ（第５図参照）で増幅され
、ＡＭ検波され、必要により微分処理されて信号■３゜
として出力される。路面４が平坦であれば、信号■３゜
は路面だけの受信信号Ｖ、。（ａｌから成り、障害物３
が路上にあれば受信波には障害物に対応した■３゜（ｂ
）の収骨ち重畳されて、 Ｖ　ｚｏ　＃Ｖ　３０（ａ）　＋　ｖ　３ｏ（ｂｌの信
号が得られる。

タイミング指令手段６は、例えば第２図に示すマイクロ
コンピュータ７０（例えば日立社のＨＤ６３ＢＯＩＹ）
に内蔵されたプログラマブルタイマにより構成しても良
いし、市販のタイマ用ＩＣを使用しても容易に実現でき
る。

マイクロコンピュータ７０には、起動回路４０および水
晶発振器７１が接続されており、起動回路４０は、乗用
車等車両の運転席に配置した自己復帰式常開型起動スイ
ッチ４工と、この起動スイッチ４１に接続した整形回路
４２によって構成されている。起動スイッチ４１は、そ
の−時的な閉成によりローレベル信号を生じ、また整形
回路４２は起動スイッチ４１からのローレベル信号を反
転整形し、起動信号として発生する。マイクロコンピュ
ータ７０は、直流電源からの給電に応答して定電圧回路
（図示しない）から定電圧を受けて作動状態となるもの
で、水晶発振器７１の発振作用に基づき一連のクロック
信号を発生し、これら各クロック信号に応答してその内
部に予め記憶したコンピュータプログラムを実行し、指
令信号ｖ０を出力する。

超音波信号発生手段５は、第３図に示すように、超音波
発振回路５１から所定の高周波数にて生ずる一連の超音
波発振パルスを、マイクロコンピュータ７０から前述の
ように生ずる指令信号ｖ０の発生中においてＮＡＮＤゲ
ート５２を通してインバータ５３に付与するとともにイ
ンバータ５３から順次生ずる超音波パルスを増幅回路５
４より一連の発振パルスとして増幅し、昇圧トランス５
５により昇圧し、超音波マイクロホンｌに付与するよう
に構成されている。

第４図に、第１図中の各部の信号を図示する。

第４図１１）は指令信号ｖ。、（ｂｌは駆動信号ｖ１、
（Ｃ１は受信信号Ｖｇの波形の一例で、大きな障害物の
無い路面の表面からの反射波の例である。時間ｔ１の区
間は、直接波や回り込みによる不要な反射波の成分が存
在する区間である。時間ｔｂは、超音波の送信手段１と
受信手段２が隣接していて指同性も略同−の場合には、
第１図に示した検出最短経路１ｂの往復時間に相当する
。同様に、時間ｔａは中央の経路１ａ、時間ｔｃは最遠
の経路ＩＣに相当し、音速をＣとし、各経路長をｌａ、
１ｂ、Ｉｔｃとすると、 ｔ　ａ　＝　　（２ｘ　ｊｉ’　ａ　）　　／　ｃｔ　
ｂ＝　　（２Ｘｌ　ｂ）／ｃ ｔｃ＝　（２ｘｊ！ｃ）／ｃ となる。また、超音波送信手段１．受信手段２の指向特
性から、路面からの反射波の強度はｔａに相当する時点
で最大値をとり、ｔｂ、ｔｃに相当する時点で消失する
ことになる。その間の強度の変化は、超音波送受信手段
１，２の特性と幾何学的レイアウトにより定められると
ころの指向特性と路面の表面状態と表面の超音波の反射
の指向特性とにより決定されるが、ｔａでピークを示す
略山形の形になる。

第４図（ｄ）は、第４図（Ｃ１と同様の受信信号■２の
波形であるが、受信信号ｖ２と異なり、障害物３が路面
４上に存在している場合の観測波形を示したものである
。第４図ｆｃ）で示した路面だけの略山形の観測波形に
障害物による反射の分が重畳して観測され、この時間ｔ
２は超音波送受信手段１２と障害物３との最短経路の往
復時間に相当し、障害物３が路上４に静止し、超音波障
害物センサを搭載した車両が路上を走行して障害物に近
づき次に行き過ぎる場合を考えると、ｔｃＯ時点で障害
物３を補足し、ｔａＯ時点を経てｔｂＯ時点で補足した
のち、検知不能となって、その後、車両は障害物を乗り
越えて行き過ぎることになり、ｔ２はｔｃ−＋ｔａ−＊
ｔｂと変化していく。次に、障害物の反射波のピークは
各ｔ２に示す時刻に応した路面からの反射強度に所定の
倍率を乗じた値にほぼ相当するので、障害物のピークを
ｔ２に応してなぞっていくと、路面だけの反射波の強度
の場合と同様に波形Ｓｌで示すように山形となることが
分かる。

第４図（ｅｌはＡＭ検波した信号ｖ３゜を示したもので
、本実施例ではＡＭ検波と同時に不要信号区間ｔ２の信
号はマスクしているので、ｔｂ−ｔｃの必要な区間の信
号のみがＡＭ検波されて信号ｖｌＯを得ている。

ところで、第４図（Ｃ１，（ｄ）に示した受信波形は、
路面の表面が粗いアスファルト等の条件の場合なので、
路面がコンクリートのようにつるつるだと第４図（Ｃ）
および（ｄ）の受信波形はそれぞれ第４図（ｆ）および
（ｇ）の信号ｖ　’　（ａｌおよびｖ’（ｂｌのように
なる。

これは、同しアスファルトを走行していても、第４図（
Ｃ）、　＋ｄｉが低速で移動中に観測される波形を示す
とすれば・、第４図（ｆ）、　（ｇｌは高速で移動中に
観測される波形を示すのと同様である。第４図（ｅ）お
よびｆｈｌの信号をこのまま同一の判定レベルでｖ３゜
ｆａ）とｖ３゜（ｂ）を区別して弁別することは困難で
ある。

第１図に戻り、タイミング指令手段６は指令信号■。を
トリガとして次のサイクルまでの間に前記ｔａ、ｔｂ、
ｔｃに相当する時刻を演算するか、あるいはタイミング
パルス信号ｖ　４（ａ）、　　ｖ　４（ｂｌ　（第４図
（ｊ）、　Ｕ））を作成して判定信号発生手段８を作動
させる。同様に受信区間ｔｂ−ｔｃに相当する抽出区間
を定めるためのタイミングパルス信号ｖ４（Ｃ）（第４
図（ｋ））を作成して平均値演算手段７を作動させる。

タイミング指令手段６は、マイクロコンビエータ７０の
プログラマブルタイマで指令信号ｖ０と同等に作成して
も良いし、■。によりトリガされて所定の時間幅のパル
ス信号を出力するタイマＩＣにより単安定マルチバイブ
レータ回路を構成しても良い。

このようにして得られたタイミングパルス信号は第４図
１ｉｄ、　（ｊ）および（ｋ）に示したパルス信号ｖ４
（ａ）、　　ｖ、（ｂ）およびＶ４（Ｃ）で、Ｖ４ｆａ
）の時間幅はｔｂに相当し、ｖ４（ｂ）の時間幅はｔａ
−ｔｂに相当し、Ｖ、（Ｃ）の時間幅はｔｃ−ｔｂに相
当する。

所定レベルクリップ手段１１は、第４図０）に示すよう
に、クリップ電圧ＶＣ以上のレベルをカットするための
回路で、受信信号処理手段９より抽出された区間の受信
信号■、。（第４図（１））はクリ・ノブ電圧ｖｃでカ
ントされて、第４図（ホ）の信号ｖ３□となり、次の平
均値演算手段７へ出力される。

平均値演算手段７は抽出された区間の受信信号のレベル
の時間的な平均値をサンプル＆ホールド回路により作成
して、平均レベル信号■、（第４図（ｎ））を判定信号
発生手段８に送る。そして判定信号発生手段８が平均レ
ベル信号Ｖｆｆｌに略比例した係数で判定電圧■Ｓ＋　
■６　（第４図（０））に増減することにより、比較手
段１０は相対比率の安定した受信レベルの受信信号ｖ３
゜と判定電圧■Ｓ＋ｖ６とを比較するので、安定した障
害物検知出力信号Ｖ７（第４図（ｐ））を得るように作
用することができる。

第５図は、受信波増幅手段９ａ、ＡＭ検波９ｂ、微分手
段９ｃ、所定レヘルクリソブ手段１１および平均値演算
手段７の一実施例の回路図である。

受信波増幅手段９ａは、受信手段２の受信信号ｖ２を増
幅し、ＡＭ検波して信号ｖ３を得た後、微分回路９Ｃで
微分信号に変換されて、所定の信号処理がされた後の信
号ｖ３゜を得て比較手段１０へ出力される。なお、微分
回路９ｃでの処理は必要に応して行なう。一方、信号ｖ
３は所定レベルクリップ手段１１を経て平均値演算手段
７に人力され、タイミング指令手段６で作成された受信
波抽出用のタイミングパルスＶ、（Ｃ１により制御され
るアナログスイッチ７ａにより所定の区間の受信信号の
みをサンプリングし、平均回路と平均値のホールド回路
を構成する抵抗７ｂ、コンデンサ７Ｃにより所定の区間
の受信信号のレベルの平均化とホールドを行ない、平均
値信号Ｖ３１を出力し、第６図の増幅度可変増幅器８ｄ
、８ｅ、８ｆへ入力する。

増幅器８ｄは平均値信号ＶｆｆｌによりＦＥＴ８ｆのゲ
ート電圧を制御することで増幅率が制御される。

第６図は、タイミング指令手段６、判別信号発生手段８
および比較手段１０の一実施例を示す回路図である。同
図において、６ａ、６ｂ、６ｃは出力パルス時間幅の制
御可能な単安定マルチパルス発生回路で、それぞれｖ　
４（ａｌ、　　ｖ　４（ｂ）、　　Ｖ　４（Ｃ）のパル
ス信号を出力する。判定信号発生手段８は、ｖ　ａ　（
ｂ）のレベルｒＬＪからｒＨＪへの変化に対応して充電
回路８ａとコンデンサ８Ｃにより第１の所定の時間まで
単調増加する第１の判定信号発生回路８ａを構成し、信
号■、を出力し、信号Ｖ、は時刻ｔａで最大値を示した
後、Ｖ　４　（ｂ）がレベル「ＨＪからｒＬＪに切り替
わると、放電回路８ｂとコンデンサ８Ｃが時刻ｔｃで出
力が最小となるように放電波形を発生することにより第
２の判別信号発生回路８ｂを構成する。

平均値演算手段７の出力信号ｖ、１が第４図（ｎ）の波
形Ｓ２に示すように高い場合、ＦＥＴ８ｆのインピーダ
ンスは低く、増幅器８ｄのゲインが高いので、その出力
レベルは第４図（０）の信号Ｖ、に示すように高い。逆
に信号Ｙｅｌ＋のレベルが第４図（ｎｌの波形Ｓ３に示
すように低いと、判定電圧は第４図（０）の信号■６に
示すように低くなり、比較回路１０は、第４図ｔｅｌま
たは（ｈ）と第４図（０）のＶ、またはｖ６とを比較し
て、第４図（Ｐ）に示す信号Ｖ７を得て出力する。

このようにして、路面からの反射波のレベルの周期的な
変化ならびに路面や移動速度の変化に伴う非周期的変動
に全く影響を受けること無く、路上の障害物の有無を正
確でかつ高速に有効に検知し得る路上障害物センサが得
られる。

なお、上記実施例は、タイミング指令手段６をマイクロ
コンピュータ７０あるいは個別ＩＣで構成し、判定信号
発生手段８を個別回路で構成したが、これらのすべての
回路をマイクロコンピュータで構成しても良いし、逆に
すべての回路を個別回路で構成しても良い。

第１．第２の信号発生手段にアナログのＣＲの充放電回
路を用いたので、山形の単調増加、単調減少の比較電圧
を示して説明したが、デジタル回路またはマイクロコン
ピュータにより段階的に上昇したのちに下降する信号で
あっても良い。

また、上記実施例はパルス発信で説明したが、連続発信
であれば、ｖｏを常にｒＨＪレベルにするとともに、増
幅器８ｄの非反転入力端子に所定の一定電圧を印加すれ
ば良く、平均値の演算は、連続発信の場合、連続で平均
しても任意のサンプリングで平均化しても結果は同じな
ので、動作は上記実施例と同しであり、パルス発信と同
等の効果が得られることは言うまでもない。また、微分
回路９ｃの出力レベルは微分の入力信号ｖ３のしヘルに
正比例するので、微分回路の要、不要による回路の有無
にかかわらず、比較手段の動作を安定化させる機能は同
等に効果を発揮することは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、障害物が存在する路面か
らの反射信号の平均値と路面のみからの反射信号による
平均値との差が大きくでないようにしたことにより、路
面からの反射波レベルの平均値を正確に演算することが
できるので、障害物が頻繁にでてくるような路面を走行
した場合でも、障害物からの反射波の影響が大きくでる
こともなく、反射波の平均値が安定し、その結果、判定
信号演算手段出力も安定となるため、確実な障害物検出
が可能となる効果がある。

また、比較手段の基準電圧となる判定電圧が受信信号レ
ベルに応して変化するようにしたことにより、路面から
の反射波のレベルの周期的な変化ならびに路面や移動速
度の変化に伴う非周期的変動に全く影響を受けること無
くなるので、路上の障害物の有無を正確、高速、有効に
検知し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波障害物センサの一実施例を
示す構成図、第２図はタイミング指令手段の一例を示す
回路図、第３図は超音波信号発生手段の一例を示す回路
図、第４図は第１図の装置の動作を説明するためのフロ
ーチャート、第５図は受信信号処理手段と所定レベルク
リップ手段と平均値演算手段の一例を示す回路図、第６
図はタイミング指令手段と判定信号発生手段と比較手段
の一例を示す回路図、第７図は従来の超音波障害物セン
サを示す構成図である。 ｌ・・・超音波送信手段、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ・・・経路
、２・・・超音波受信手段、３・・・障害物、４・・・
路面、５・・・超音波信号発生手段、６・・・タイミン
グ指令手段、７・・・平均値演算手段、８・・・判定信
号演算手段、９・・・受信信号処理手段、１０・・・比
較手段、１１・・・所定レヘルクリソブ手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波信号を発生する超音波信号発生手段と、この超音
   波信号発生手段からの超音波信号に応答して超音波を送
   信する超音波送信手段と、この超音波送信手段からの超
   音波が斜め前方の路面または障害物により反射された反
   射超音波を受信して受信信号を生じる超音波受信手段と
   、前記受信信号を所定のレベルにクリップする所定レベ
   ルクリップ手段と、この所定レベルクリップ手段の出力
   信号の平均電圧レベルを演算する平均値演算手段と、こ
   の平均値演算手段の出力に対応して判定レベルを演算す
   る判定信号演算手段と、前記受信信号から得られた受信
   電圧のレベルまたは受信電圧の微分値が前記判定信号演
   算手段の出力する判定レベルを越えた時に障害物の検知
   信号を出力する比較手段とを備えた超音波障害物センサ
   。