JPH0396890A - 走行体用の距離測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、例えば走行する自動車から超音波パルス信
号を発射し、検知物体からの反射信号を受信して、例え
ば自動車相互間若しくは自動車と他の物体との間の距離
を計測する走行体用の距離測定装置に関する。

［従来の技術コ 距離を測定する手段として、例えば特開昭６０２１８０
８７号公報に示されるように、超音波パルス信号を検知
物体に向けて発射すると共に、この検知物体に反射した
超音波パルス信号を受信し、この超音波パルス信号の送
受信の時間間隔を計測することによって、検知物体まで
の距離を算出する方法が知られている。

この様な距離測定手段を自動車に装備する場合には、自
動車の前方に超音波センサを取り付け、この超音波セン
サから自動車の進行方向に向けて超音波パルス信号を送
信発射するもので、この発射された超音波信号は、例え
ば前方を走行する他の車両の後部で反射され、再び超音
波センサで受信される。そして、超音波パルス信号の送
受信時間間隔から、自身の自動車と前方を走行する自動
車との車間間隔が算出されるようになる。

しかし、この様に超音波信号を用いた距離測定手段を、
自動車のような走行体に装備した場合に次のような問題
点が存在する。

その最大の問題点は、超音波信号の伝搬速度が、一般に
常温で３４０ｍ／秒と遅いことに起因する。

すなわち、送信パルスを発射してから検知物体に反射し
た受信パルスを受信するまでの時間ｔが大きくなる。例
えば検知物体までの距離をＸｍとすれば、送受信時間間
隔ｔは ｔ−Ｘ／（音速＝３４０ｍ／秒） となる。

この時間ｔは、ある１つの計測動作から次の計測動作を
行うまでの計測周期を決定する要因となる。

そのため、検知物体が測定を行う走行体に装備したセン
サに対して相対速度を有する場合、具体的にはセンサを
装備した自動車に対して、検知物体が例えばこの自動車
の方向に走行している場合、すなわち検知物体が対向す
る自動車であった場合、計測周期が長く設定されると、
検出距離の変位差が大きくなる。したがって、このセン
サからの測定距離出力に基づいて、車両の走行制御等を
行うようにした場合、センサを含めたシステム全体の応
答性が悪くなる。

特に、センサを装備した自動車と検知測定物体との相対
速度差が大きく、且つセンサと測定物体との距離が長い
場合には、距離測定中に変化する距離が大きくなる。こ
のことは、自動車に搭載する距離の計測装置としては、
致命的な問題点となる。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、自動
車のような走行体に対して超音波センサを取り付け、こ
のセンサによってこの走行体と相対速度を有する検知物
体との間の距離を確実に測定することができるようにす
るもので、例えばセンサと検知物体との相対速度差が大
きく、且つセンサと検知物体との距離が大きい状態でも
、その距離が正確に応答性良く測定することができ、例
えば走行する自動車等の走行制御を、センサによる距離
測定結果に基づいて応答性良く実行させることができる
ようにした走行体用の距離測定装置を提供しようとする
ものである。

［課題を解決するための手段コ この発明に係る走行体用の距離測定装置は、それぞれ異
なる周波数の超音波信号を取り扱うようにした複数個、
例えば２個の超音波センサを備えるもので、このそれぞ
れの超音波センサからはそれぞれ位相を異ならせて超音
波パルス信号を送信するようにしている。この超音波セ
ンサそれぞれでは、それぞれ自身から送信した超音波パ
ルス信号の検知物体からの反射パルス信号を受信し、そ
の受信時から特定時間の経過後に次の超音波バル５ ス信号が送信されるようにする。

［作用コ この様に構成される走行体用の距離測定装置にあっては
、例えば２個の超音波センサから、それぞれ周波数の異
なる超音波パルス出力が位相を異ならせて検知物体に向
けて送出される。そして、反射パルスが受信されない場
合には、設定される長い周期で超音波パルス信号が繰り
返し発信される。そして、検知物体からの反射パルスが
検知されたときは、この反射パルスの受信時から特定さ
れた時間の経過後に次の超音波パルスが送出され、した
がってこの超音波パルスの発生周期は、センサと検知物
体との距離に比例する状態に短縮される。しかもシステ
ム全体の計測周期は、設置される超音波センサの数に対
応して短縮されるもので、例えばセンサが２個設定され
た場合には、その測定周期はセンサと検知物体との距離
に対応した基本周期が設定されると共に、この周期で２
個のセンサそれぞれで超音波パルスの送出制御が行われ
６ るので、システム全体として計測周期がさらに１７２に
短縮され、応答性の良好な距離測定動作が実行されるよ
うになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

ここで説明する実施例は、自動車に搭載される距離測定
装置であり、２個の超音波センサ１．　ｌ　１および１
１２を備え、この超音波センサ１１１およびＩ−　１　
２は、例えば自動車用エンジン制御等にも用いられる電
子制御ユニット１２により制御され、この制御ユニット
｛２において、計測用の超音波信号の発信制御、さらに
反射超音波信号に基づく距離の測定演算制御等が行われ
る。

電子制御ユニット１２は、マイクロコンピュータ１３を
備え、このマイクロコンピュータｉ３において、超音波
センサｉｌｌおよびＨ２それぞれに対する発信超音波パ
ルス信号が発生される。ここで、超音波センサ１１１お
よび１１２のそれぞれ設定周波数は、それぞれ異なる周
波数ｆＡおよびｆＢに設定されるもので、このマイクロ
コンピュータｌ３で発生された周波数ｆＡおよびｆＢの
超音波発振信号は、それぞれ駆動電源・励振回路ｌ４お
よび１５に供給され、これら励振回路１４および１５に
よって超音波センサｔｉｔおよび１１２が駆動される。

また超音波センサ１１ｌおよび｛１２でそれぞれ受信さ
れた信号は、それぞれ増幅器１ＧおよびＩ７で増幅した
後、それぞれ通過周波数帯域がｆＡおよびｆＢに設定さ
れるバンドバスフィルタ１８および１９を通過し、それ
ぞれ整流検波回路２０および２１を介して、マイクロコ
ンピュータｔ３に入力されるようにする。そして、これ
ら受信信号に基づいて、各超音波センサ１１１および１
１２における送受信時間間隔から、対象検知物体との間
の距離を算出し、距離出力回路２２から計測距離情報が
出力されるようにする。

ここで、超音波センサ１１１および１１２は、第２図で
示すように走行体である自動車３０の前方に取り付け設
定されるもので、このセンサ１１１および１１２は、そ
れぞれ前方に指向性を有するように構威されるもので、
その検知エリアは重なった状態とされるようにする。そ
して、この自動車３０の前方を走行する検知車両である
自動車３１等の物体に当たった超音波パルスは、この自
動車３１で反射され、再び超音波センサｉｌｌおよび｛
１２に戻って受信されるようになる。この場合超音波セ
ンサ１１１および１１２で受信された信号は、バンドバ
スブイルタ１８および１９を通過させられるものである
ため、それぞれ自身で発信した信号の反射信号のみを受
信して、マイクロコンピュータｌ３に入力させるように
なる。

マイクロコンピュータ１３ては、前述したように超音波
センサ１１１および１１２それぞれにおける設定周波数
ｆＡおよびｆＢを励振する駆動パルスを出力すると共に
、励振後空中に放出された超音波が物体に当たり、再び
各センサ１１１　、１１２に戻ってくるまでの時間を計
測し、物体までの距離を算出する。そして、この算出さ
れた距離情報は、出力回路２２を介して、例えば電圧デ
ータとして出力されるようにしている。

９ 第３図および第４図は、超音波センサ１１１および１１
２から放出される超音波パルス信号の状態を説明するも
ので、第３図は前方に検知物体が存在せず、超音波セン
サ１１１および１２において受信パルスが存在しない場
合を示しており、（Ａ）図で示すように超音波センサ１
１１からは、設定される最大計測周期ｔ　ｍａｘ毎に、
送信パルスＰＬＩ、Ｐ１２、・・・が発生される。そし
て、他の超音波センサ１１２からは、同図の（Ｂ）に示
すように、超音波センサ１１１からの送信パルスの計測
周期に、１／２だけ位相を異ならせた送信パルスＰ２１
、Ｐ２２、・・・が発生されるようにする。この超音波
センサ１１ｌ１１１２それぞれの検知物体は、前方に位
置する車両であり、同一の物体とされる。したがって、
前方に検知物体が存在する場合は、超音波センサ１１ｌ
１１１２それぞれから送信された超音波パルス信号が、
それぞれ検知物体に反射して、超音波センサ１１１およ
び１１２それぞれで受信されるまでの時間は、同一とさ
れる。

ここで、計測周期が長いと検出距離の変位差が１０ 大きくなり、例えばこれらセンサによる距離出力に基づ
いて車両の制御を行うような場合には、センサを含むシ
ステム全体の応答性が悪くなる。このため、この応答性
を良くするために、計測周期を短縮するもので、例えば
実施例のように２個の超音波センサｌ　ｌ．　］および
１１２を設定し、計測周期の位相を１／２ずらずように
設定し、且つそれぞれ異なる周波数とすることによって
、個々のセンサ１１１および｛１２の計ｆｆｉ１周期は
短縮できないが、センサシステム全体では、計測周期が
１／２に短縮できるようにしている。

この様に受信パルスが存在しない状態では、個々のセン
サ１１１　、１１２の計測周期は、最大の周期ｔ　ｍａ
ｘに設定されるが、計測周期中に受信パルスが確認され
た場合には、計測周期が短縮される方向に可変して計測
を行う。すなわち、検知物体までの距離が近い状態では
、短い計測周期で距離計測を行い、計測と計測との間の
検知物体の変位量が少なくされる状態で計測が行われる
。

すなわち、第４図の（Ａ）で示すように、超音１１ 波センサ１１１において送信パルスＰｌｌに対する受信
パルスＲｌｌがあった場合、それまでの最大周期ｔ　Ｉ
Ｉｌａｘの計測をその時点で終了させ、この受信パルス
Ｒｌｌが確認されてから所定の時間Ｗだけ待った後に再
度計測動作のための送信パルスＰＬ２が送出されるよう
にする。この待ち時間Ｗは、ロングパス計測を避けるた
めである。

この場合、他方の超音波センサ１１２の計測動作も、受
信パルスＲ２１が確認されてから時間Ｗの経過後に次の
送信パルスＰ２２が発生されるようにするものであるが
、基本的には超音波センサ１１１および１１２のそれぞ
れの計測周期は、１／２だけマイクロコンピュータ１３
によってずらすように制御すればよい 第５図はマイクロコンピュータ１３における制御処理動
作の流れを示しているもので、特に計測処理の流れ示し
ている。尚、この処理の流れにおいては、説明の便宜上
超音波センサ１ＨをセンサＡとし、超音波センサ１１２
をセンサＢとして示している。この計ａｐｊ動作に際し
ては、センザＡとセン１２ サＢの計測周期に位相差を持たせて計測を行うものであ
るが、センサＡもしくはセンサＢのいずれか一方に計測
周期の基準を設定する。ここで示した例では、センサＡ
に基準を持たせている。

計測動作が開始されると、まずステップ２００において
センサＡから超音波パルス信号が送信される。そして、
次のステップ２０１でセンサＡに対応するフラグＡをリ
セットし、さらにタイマーＡをスタートさせる。

ステップ２０２ではフラグＡがセットされているか否か
を判定する。ステップ２０１でフラグＡがリセットされ
ているのでステップ２０３に進み、センサＡで送信した
パルスＡが受信されたか否かを判定する。今だ検知物体
からの反射超音波が受信されていない状態ではステップ
２０４に進み、フラグＢがセットされているか否かを判
定し、フラグＢがリセット状態であることが確認された
ならば、ステップ２０５に進み、センサＢからの信号パ
ルスＢが受信されたか否かを判定する。そして、パルス
Ｂが受信されていないことが確認されたならば、１３ あるいはステップ２０４でフラグＢがセットされている
と判定されたときは、ステップ２０６に進んでタイマー
Ａの計数値がＦ（設定された計測周期の１／２）となっ
たか否かを判定し、タイマーＡがＦとなったと判定され
たときは、ステップ２０７に進んでセンサＢを送信する
。そしてステップ２０８でフラグＢをリセットし、タイ
マーＢをスタートさせる。

またステップ２０６でタイマーＡがＦではないと判定さ
れたとき、またステップ２０８でフラグＢがリセットさ
れ且つタイマーＢがスタートされたならば、ステップ２
０９に進んでタイマーＡが設定された最大周期ｔ　ｍａ
ｘになったか否かを判定する。

そして、ステップ２０９でタイマーＡがｔ　ｍａｘでな
いと判定されたときは、ステップ２１０に進んでタイマ
ーＢがｔ　ｍａｘであるか否かを判定する。このステッ
プ２１０でタイマーＢがｔ　ｍａｘではないと判定され
たときは、ステップ２０２に戻る。

検知物体が存在し、この検知物体からの反射パルスが受
信される状態では、ステップ２０３でパル１　４ スＡの受信が確認され、ステップ２１１に進むようにな
る。このステップ２１１てはパルスＡの受信確認と共に
フラグＡをセットする。そして、ステップ２１２におい
てセンサＡからの送信時刻とセンサＡに置ける受信時刻
との差、すなわち送受信時間差に基づいて、検知物体と
の間の距離を計算する。

さらにステップ２｛３ではその距離計算値との関係から
位相差Ｆを計算し、ステップ２１４て距離情報を出力す
る。その後ステップ２１５で待ちルーチンに入り、受信
パルスが確認されてから時間Ｗの経過を待ってステップ
２００に進み、センサＡの送信が行われるようにする。

ここで位相差Ｆは、待ち時間Ｗの経過後に再びセンサＡ
から送信パルスが送出されるようになる計測周期の１／
２の値に設定される。

また、ステップ２０５でパルスＢの受信が確認されたな
らば、ステップ２１Ｂに進む。このステップ２１Ｂでは
フラグＢをセットし、次のステップ２１７で距離計算を
行い、ステップ２１Ｂで距離情報の出力を行う。そして
、ステップ２０２に戻る。

１５ すなわち、センサＡおよびＢからの送信パルスに対応す
る受信パルスが、センサＡおよびＢで確認された状態で
は、センサＡの受信パルスが到来してから時間Ｗ後に再
びセンサＡから送信パルスが発生されるようになり、そ
の計測周期は受信パルスの到来時刻によって決定される
。すなわち、第４図で示したように、センサＡと検知物
体との距離に対応して計測周期が決定されるようになり
、この計測周期に対応してステップ２１３で位相差Ｆが
計算され、設定されるようになる。そして、この位相差
Ｆに対応してセンサＢの超音波パルスの送信動作が制御
され、実質的に第４図の（Ａ）および（Ｂ）で示したよ
うな超音波パルス信号による計測動作が実行されるよう
になる。

そして、検知物体が存在せず、受信パルスが確認できな
い状態のときは、ステップ２０９でタイマーＡがｔ　ｍ
ａｘを計数したときにステップ２１２に進み、ステップ
２１３〜２１５を経過してステップ２０２に戻り、計測
周期ｔ　ｍａｘでセンサＡの送信が繰り返される。この
場合、ステップ２１３では最大計測１６ 周期ｔ　ｍａｘに対応して位相差Ｆが計算され、この位
相差Ｆがステップ２０６で用いられて、第３図で示した
ような周期の計測動作が継続される。

ここで、センサＢの送信は、ステップ２０６でタイマー
Ａが位相差Ｆの経過を確認した後行われるもので、もし
タイマーＡの値が位相差Ｆより小さい状態でバルスＡの
受信されると、距離計算および位相差Ｆの計算後に距離
出力し、待ちルーチンの後センサＡの送信処理を行うス
テップ２００に戻る。したがって、この様な状態ではセ
ンサＡのみの計測となる。

第６図はマイクロコンピュータｌ３が割込み機能を持つ
場合の処理の流れを示すもので、ステップ３００で初期
設定し、ステップ３０１てまずセンサＡから超音波パル
ス信号を送出する送信処理が行われる。

ステップ３０２では待ち時間を計測するタイマＷの値が
、待ち時間ｔｗとなったか否かを判定し、時間ｔｗの経
過が確認されたならばステップ３０３に進んでタイマー
Ｗを“Ｏ”に設定する。その後１７ ステップ３０４てセンサＡからの送信処理を行い、ステ
ップ３０５でタイマーＡをスタートさせる。

この様にしてタイマーＡがスタートされたならば、ある
いはステップ３０２で”Ｎｏ”と判定されたならば、ス
テップ３０６に進んで、タイマーＡの値が設定された位
相差Ｆに達したか否かを判定する。

そして、位相差Ｆの経過が確認されたならば、ステップ
３０７に進んでセンサＢの送信処理を行い、さらにステ
ップ３０８でタイマーＢをスタートさせる。

この様にしてタイマーＢがスタートされたならば、ある
いはステップ３０６でタイマーＡがＦではないと判定さ
れたならば、ステップ３０９に進み、タイマーＡの値が
ｔ　ｍａｘに達したが否かを判定し、その“ＮＯ”の判
定でステップ３１０に進んで、タイマーＢがｔ　ｍａｘ
に達したか否かを判定する。そして、このステップ３１
０て“Ｎｏ”と判定されたならばステップ３０２に戻る
。

ステップ３０９で″ＹＥＳ”と判定されたならば、ステ
ップ３１１に進んでタイマーＡをスｌ・ツプさせ、１８ ステップ３１２で距離を計算出力し、さらにステップ３
１３でタイマーＡを“０”に設定すると共に、ステップ
３１４でタイマーＷをスタート処理し、ステップ３０２
に戻る。また、ステップ３１０て“ＹＥＳ”と判定され
たときは、ステップ３１５に進んでタイマーＢをストッ
プさせ、ステップ３１６で距離を計算出力すると共に、
ステップ３１７でタイマーＢを“０“に設定してステッ
プ３０２に戻る。

この様にして特定される計測周期で、センサＡおよびＢ
それぞれから、計測パルスの送信処理か行われる通常処
理ルーチンが実行される。そして、センサＡもしくはＢ
に受信パルスがあったときには、それぞれ第７図の（Ａ
）および（Ｂ）で示す割込み処理が実行される。

まず、センサＡに受信パルスが確認されたならば、第７
図（Ａ）の割込みが実行されるもので、ステップ４０１
でタイマーＡがストップ処理される。

その後、ステップ４０２で送受信間隔から、検知物体ま
での距離を計算すると共に、位相差Ｆを計算し、この位
相差Ｆは適宜記憶設定される。そして、１９ ステップ４０３で距離情報を出力し、ステップ４０４で
タイマーＡを“０″に設定すると共に、ステップ４０５
でタイマーＦをスタートさせてリターンさせるようにす
る。

また、センサＢで受信パルスが確認されたならば、第７
図の（Ｂ）に示す割込み処理が実行させる。すなわち、
センサＢの受信に対応してステップ５０１でタイマーＢ
のストップ処理が実行され、ステップ５０２で距離の計
算が行われる。そして、ステップ５０３で距離情報が出
力され、次のステップ５０４てタイマーＢを“０”とし
てこの割込み処理が終了される。

すなわち、センサＡおよびＢそれぞれにおける受信パル
スの確認によって、それぞれ検知物体までの距離が計算
出力されると共に、センサＡで受信パルスが確認されて
から、待ち時間ｔｗの経過後にセンサＡから送信パルス
が送出される。そして、ステップ４０２において検知物
体との距離に対応した位相差Ｆが計算され、この計算さ
れた位相差Ｆに基づいて、センサＢの計測周期か決定さ
れ、２０ 検知物体との距離に対応した計測周期か設定されるよう
になる。

この様なメインルーチンの処理において、センサＡおよ
びＢの送信処理が行われるものであるが、その送信タイ
ミングは、センサＡを例にすれば、受信パルスの無い状
態では最大計測周期ｔ　ｍａｘと待ち時間ｔｗて決定さ
れる。受信パルスがあった場合は、割込み処理が実行さ
れるようになり、その割込み処理で位相差Ｆが決定され
、割込み処理の終了後にタイマーＷがスタートされ、時
間ｔｗの経過後にセンサＡからの送信が行われる。

尚、実施例においては、超音波センサを２個使用する例
を示したが、このセンサの数は任意複数粉設定できるも
のであり、その数に対応して各センサの計測周期が設定
される。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明に係る走行体用の距離測定装置に
よれば、特に検知物体が存在し、この物体に反射した受
信パルスが確認される状態で、計２１ 測周期が短縮されるように可変制御され、特に距離の小
さい検知物体に対しては、短い計測周期で距離計測が行
われる。したがって、計測と計測との間の検知物体の変
位量が少ない状態で距離計測が実行され、例えば走行す
る自動車に設置して、対向車もしくは固定障害物等との
距離測定を高精度に実行できるようになって、自動車の
走行制御システム等に効果的に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る走行体用の距離測定
装置を説明する構成図、第２図はこの装置を自動車に適
用した状態を説明する図、第３図および第４図は上記装
置における送信パルスを送出する計測周期を説明する図
、第５図は距離測定動作の流れを説明するフローチャー
ト、第６図は上記装置のマイクロコンピュータにおける
処理計測動作の例を説明するフローチャート、第７図は
同じく受信パルスに対応する割込み処理の流れを説明す
る図である。 ２　２ １１２・・・超音波センサ、Ｌ２・・・電子制御ユニッ
ト、１３・・・マイクロコンピュータ、１４、１５・・
・駆動電源・励振回路、１８、１９・・・バンドパスフ
ィルタ、２２・・・距離出力回路、３０、３１・・・自
動車。 １　Ｊ．　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 走行体の走行方向に向けて設定され、それぞれ超音波パ
   ルス信号を発信し、反射超音波パルス信号を受信する、
   それぞれ周波数が異なるように設定された複数個の超音
   波センサと、 特定される周期で、それぞれ位相が異ならせて前記複数
   の超音波センサから前記超音波パルス信号を発射制御す
   る送信制御手段とを具備し、この送信制御手段では、前
   記送信超音波パルスが検知物体で反射された前記超音波
   パルス信号の受信時から特定される時間の経過後に、次
   の超音波パルス信号が送信されるように、前記特定され
   る周期を、検知物体との距離に対応して変化設定させる
   ことを特徴とする走行体用の距離測定装置。