JPH0390885A - 対地速度検出装置 - 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〕 本発明は走行中の車両等の移動体の路面に対する速度を
検出する対地速度検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

車両用の対地速度検出装置より検出される対地速度は、
加速制御、減速制御、或いはその他各種の車両運転制御
などに用いられる。従来この種の検出装置として、光学
式の空間フィルタを用いた装置や、電波やレーザ光、超
音波のドツプラ効果を利用した装置が提案されている。

このうち、超音波ドツプラ効果によるものは、比較的小
型、低コストで実現できる可能性がある。

第１１図は超音波ドツプラ効果を利用した装置を示し、
同図において、ｌは移動体である車両、１４．１５はそ
れぞれ車両ｌ内に設けられ超音波を送信及び受信する送
信器及び受信器、Ａは車両ｌが走行する路面である。車
両１は路面Ａに対して車速（対地速度）■で走行し、ま
た送信器１４より路面Ａに対して所定角度θを威す方向
から超音波が送信される。

以上の構成において、送信器１４より送信された超音波
は路面Ａにて反射され、反射波が受信器１５により受信
されて検出される。このとき送信器１４からの超音波の
送信周波数をｆ６、受信器１５において受信される反射
時の周波数をｆｌとすると、ドツプラ効果によるシフト
される周波数ｆ４は、 Ｃ：空気中の音速 となり、該周波数ｒ、を測定することにより、対地速度
Ｖを求めることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来の装置にあっては、対地速度Ｖが低いときに
はドツプラ周波数ｆ４が小さくなり、該周波数「４を正
確に測定することが難しくなって、式（１）より求まる
対地速度Ｖに誤差が生じる。

また、送信される超音波の角度θをθ−９０゜とすれば
、反射波の強度が最も大きくなるが、式（１）において
ｃｏｓθ＝０となってドツプラ周波数ｆ４が発生しなく
なる。そこで、θく９０°に設定してトラップ周波数ｆ
４を発生させるようにしているが、反射波の強度が低下
してしまい、Ｓ／Ｎが悪化するという問題を生じる。

よって本発明は、対地速度が低くても該対地速度を正確
に検出できると共に、Ｓ／Ｎの良好な対地速度検出装置
を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明により戒された装置は、
路面を走行する移動体の前記路面に対する対地速度を検
出する対地速度検出装置において、前記移動体に設けら
れ該移動体の移動方向に対して所定角度を成して路面に
対し超音波又はマイクロ波を送信する送信手段と、前記
移動体に設けられ前記超音波又はマイクロ波の前記路面
による点散乱体によって反射される反射波を受信する受
信手段と、該反射手段により受信した反射波から前記対
地速度を演算する演算手段とを備えることを特徴として
いる。

〔作　用〕

以上の構成において、送信手段より送信さ・・れた超音
波又はマイクロ波は路面による点敗乱体によって反射さ
れ、空間中に空間的に音圧振幅の異なる分布の反射波が
形成される。このとき移動体の移動に伴い点散乱体が移
動体に対して相対的に移動すると、前記反射波の分布も
同様の速度で移動する。そこで受信手段より前記反射波
を受信し、移動速度に応じた音圧振幅の変動数を検出し
、演算手段により前記変動数から移動速度を算出するこ
とによって対地速度を検出する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による検出装置の一実施例を示す図であ
り、同図において、２は車両ｌ内に設けられた超音波を
送信する送信器、３は車両ｌ内に設けられ、超音波の反
射波を受信する受信器である。送信器２からの超音波は
車両ｌの移動方向に対して垂直方向に路面Ａに対し送信
される。

以上の構成において、本発明の動作原理について説明す
る。

路面Ａの表面は、音波の反射から見ると多数の微小な点
散乱体が不規則かつ充分微細に分布している状況と考え
られる。

このような点散乱体に超音波が入射すると、その反射波
により空間中に異なる音圧振幅を有する音圧振幅分布を
形成する。この音圧振幅分布を検出することによって対
地速度を検出することができる。

すなわち、第２図の如く振幅と波長がそれぞれ一定の連
続した超音波は、平面波として点散乱体が分布した検出
対象面に入射する。該超音波の入射範囲は、反射波が受
信器３に到達する途中で、減衰により無視できる程度に
低下する距離の範囲内であり、充分広い範囲である。ま
た第２図の如く受信器３は該範囲内の中間に位置する。

ここで、第１図に示すように送信器２からの超音波の波
長λが均一なものであり、また直進性も良好なとき、該
超音波が点散乱体の分布した検出対象面に入射すると、
各点散乱体にて反射が生じる。このとき各点散乱体から
の反射波はその位置がランダムに干渉するため、この干
渉によって反射波が空間に形成する音圧は空間的に音圧
振幅の大きい部分と小さい部分がランダムに分布したも
のとなる。ここで、超音波の波長λに比べて点散乱体間
の平均ピッチが小さくなると、空間中における反射面で
ある点散乱体から等距離にある面において、音圧振幅の
大小の分布の平均ピッチ（例えば音圧振幅の大きい点か
ら、次の大きい点まで平均距離）は、飽和した値をとる
。このように反射音圧の振幅の大小が空間中にランダム
に分布した状態をスペック状態という。

ここで第３図において、路面Ａに対して送信された超音
波のビーム幅をＷとし、路面への中心と受信器３の距離
をＲとし、反射面である点散乱体が速度Ｖ（大文字■は
速度のベクトル表示である〉で移動したとすると、反射
波が受信器３近傍の空間中に形成する上記音圧振幅の分
布、つまりスペックル状態も同様に速度Ｖで移動する。

そこで、第１図に示す車両１に設けた受信器３により、
第４図（ａ）及び（ロ）に示すような音圧振幅分布の移
動が時間的な出力振幅変動として検出される。つまり、
この出力振幅変動により空間のスペックルが検出された
ことになる。この第４図（ａ）及び（ｂ）から、反射面
の移動速度（対地速度）■が速ければ単位時間当りの音
圧振幅数も多くなり、遅くなれば音圧振幅数も少なくな
る。

このとき超音波の入射範囲が第２図の如く充分に広い範
囲ばかりでなく、第３図の如くビーム幅Ｗで示されるよ
うな有限の範囲であってもスペックルは発生ずる。そこ
で第１図実施例では、ビーム幅Ｗの中心に対応する位置
に送信器２を設置し、これと隣接して受信器３を設置す
る。

第５図は上記受信器３により得られる反射波の音圧振幅
特性より車両１の対地速度Ｖを求める装置の一実施例を
示し、同図において、４はエンベロープ検波器、５は直
流阻止回路、６はゼロクロスカウンタ、７は演算回路で
ある。

この構成において、受信器３から出力される第６図（ａ
）の音圧振幅信号はエンベロープ検波器４により第６図
（ロ）に示すそのエンベロープ成分が検出され、受信音
圧振幅の強度Ｉ（＝ＩＰ＋”）が検出される０次に、こ
のエンベロープ成分を直流阻止回路５を通過させること
によりその直流成分が阻止され、第６図（Ｃ）に示す交
流成分のみ出力される。すなわち、強度Ｉの変動分ΔＩ
（＝１−＜１＞；＜１＞は■の平均値）が求める。そし
てこの変動分Δ■はゼロクロスカウンタ６に入力され、
単位時間当りのゼロクロスｎ１ｙｎ！・・・の数Ｎ０を
算出する。該ゼロクロス数Ｎ０は点散乱体の移動速度Ｖ
に対応した値となる。そこで検出されたゼロクロス数Ｎ
０は演算回路７に入力され、該演算回路７により移動速
度Ｖを算出する。ここでゼロクロス数Ｎ０と移動速度Ｖ
の関係は、となるから、演算回路７は式（２）により、
入力されたＮｏから対地速度■を算出する。

第７図は本発明の更に他の実施例を示し、本実施例では
、車両ｌ内に該車両１の移動方向に対して所定角度θ３
．θｚ（＜９０”）を成して送信器２及び受信器３を設
けている。この実施例においても上述の場合同様にスペ
ックルが発生するので、第５図の装置により対地速度Ｖ
を検出することができる。

第８図は対地速度Ｖを求める装置の他の実施例を示し、
同図において、２はパルス状に超音波を送信する送信器
、８はエンベロープ検波器、９はサンプリング回路、１
０はホールド回路、１１は直流阻止回路、１２はゼロク
ロスカウンタ、１３は演算回路である。

以上の構成において、送信器２は第９図（ａ）に示すよ
うに超音波をパルス状に断続的に送信し、このことによ
って受信器３が検出する反射波は第９図（ロ）に示すよ
うにパルス状となる。エンベロープ検波器８は受信器３
が受信した反射波をエンベロープ検波してその出力に第
９図（Ｃ）に示すエンベロープ信号を出力する。

次に、送信器２よりパルス状超音波が送信されてから、
所定時間Ｔ０経過後の第９図（Ｃ）に示すエンベロープ
信号をサンプリング回路９がサンプリングしてその出力
に第９図（ｄ）に示すサンプル信号を出力する。前記時
間Ｔ０は例えば第９図（ｂ）の受信パルスの振幅が最も
大きくなる付近がサンプリング時刻となるように設定す
る。その後ホールド回路ＩＯが該サンプル信号をホール
ドしてその出力に第９図（ｃ）に示すホールド信号を得
ることにより、反射波を検出することができる。

上記ホールド回路１０が出力するホールド信号を直流阻
止回路１１に通過させることにより、第９図（ｆ）に示
すサンプリング回路９によりＴ０毎に順次サンプリング
されたサンプリング値の軌跡の変動成分が検出される。

そしてゼロクロスカウンタ１２により変動成分の単位時
間当りのゼロクロス数Ｎ０を検出し、演算回路１３によ
り上式（２）に示す演算を行い対地速度Ｖを算出する。

なお、送信器２よりの超音波は、そのパルス幅が、該超
音波の数波長程度と短く設定され、第１Ｏ図に示すよう
に振幅が除々に増加した後減少するような波形である。

また第８図のパルスによる装置では、送信器２と受信器
３とを同一の素子で構成することもできる。

更に第７図の如く送信器、受信器を配置した構成におい
て、第８図の装置により対地速度■を検出してもよい。

上記各実施例では、超音波により対地速度を検出したが
、マイクロ数を用いてもよい。マイクロ波の波長λは数
肋〜数１００ｍｎ＋であり、特に数＋１１［１１〜数１
０閣の範囲では、超音波と同様なスペックルが発生する
ため、上述の動作より対地速度を検出することができる
。

また超音波を用いた時、伝播の媒質が空気のために、風
等の空気の圧力状態を示す要因が生じると反射後の出力
が変動することがあり、更に温度が変動すると、これに
応じて音波の波長も変動するため同様に出力が変動する
ことがある。これに対してマイクロ波ではかかる風や温
度による出力変動を生じることがない。

〔効　果〕

以上説明したように本発明によれば、移動体の移動速度
が低くとも、その対地速度を正確に検出することができ
、また路面に対して垂直に超音波、またはマイクロ波を
送信し、反射波を検出することが可能なためＳ／Ｎも良
好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による対地速度検出装置の一実施例を示
す図、 第２図は本発明に係る超音波の入射範囲と受信器との関
係を示す図、 第３図は第１図における送信器、受信器と路面の関係を
示す図、 第４図は第１図の受信器より検出れれる反射波特性を示
す図、 第５図は本発明により対地速度を算出する装置例を示す
図、 第６図は第３図の装置の各部波形図、 第７図は本発明の他の実施例を示す図、第８図は本発明
により対地速度を算出する他の装置例を示す図、 第９図は第８図の装置の各部波形図、 第１０図は第８図中の波形の一部の拡大図、第１１図は
従来の対地速度検出装置の一例を示す図である。 １・・・車両、２・・・送信器、３・・・受信器、４，
８・・・エンベロープ検波器、５，１１・・・直流阻止
回路、６．１２・・・ゼロクロスカウンタ、７，１３・
・・演算回路、９・・・サンプリング回路、１０・・・
ホールド回路、Ａ・・・路面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　路面を走行する移動体の前記路面に対する対地速度を
   検出する対地速度検出装置において、前記移動体に設け
   られ、その移動方向に対して所定角度を成して路面に対
   し超音波又はマイクロ波を送信する送信手段と、 前記移動体に設けられ、前記超音波又はマイクロ波の前
   記路面による点散乱体によって反射される反射波を受信
   する受信手段と、 該受信手段により受信した反射波から前記対地速度を演
   算する演算手段とを備える、 ことを特徴とする対地速度検出装置。