JPH05249125A - 移動体速度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の速度を可及的に連続して高精度で計
測することのできる移動体速度計測装置の提供を目的と
する。 【構成】 計測の対象となる移動体１２の移動空間にお
ける移動ライン１４に平行に延設された基準パターン１
６と，前記移動体１２の一定場所に搭載されていると共
に，前記基準パターン１６を連続的に読み取るパターン
読取装置１８と，該パターン読取装置１８と前記移動体
１２との間に介在させたジャイロスタビライザ２０とを
具備するよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動体の各瞬間速度を連
続的に高精度で計測する移動体速度計測装置に関する。
従って，自動車の加速性能を評価する時間対速度の曲線
を高精度で得る装置に利用可能である。

【０００２】

【従来の技術】移動体の例としての自動車の加速性能を
評価する方法として，スタートしてから所定の速度に達
するまでに要する時間の大小による評価や，また，所定
の時間で達成される速度の大小による評価がある。しか
しこれらは何れも所定の時間内における平均的な加速性
能であり，各瞬間の速度や速度の変化（加速度）を表す
ものではない。

【０００３】これに対し，各瞬間の速度を計測する方法
として，自動車の車軸に取りつけたタコメータによって
直接に速度を計測する第１の方法，自動車に搭載してい
るレーザー発射装置からレーザー光を路面に照射し，そ
の反射光を同じく自動車に搭載している受光装置によっ
て受光し，その受光による発生電流の変化をパワースペ
クトル分析し，このパワースペクトルから自動車の速度
を計算する第２の方法，およびドップラー効果を利用し
たレーダースピードメータによる第３の方法等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら，上記第１
の方法は，タイヤの変形までは考慮しておらず，このた
め自動車が実際に走行した距離と異なる距離を走行した
ものとして速度を計測することとなり，計測精度に問題
がある。

【０００５】第２の方法は，パワースペクトルと速度の
関係をモデル化した関係式を用いるが，このモデル化に
おいて既に所定の誤差を含んでいる。またパワースペク
トル分析するためには，受光装置によって所定時間内に
反射したレーザー光を受光する必要があり，このため，
その時間内の平均速度が計測される。この計測精度を向
上させるには，上記所定時間をあまり短くできず，各瞬
間の速度が計測され得ないという問題がある。

【０００６】また，第３の方法はノイズ除去のためにフ
ィルターを使用するが，そのフィルターの効果を高め，
速度計測の精度を上げるためにはフィルターの時定数を
大きくする必要があり，上記第２の方法と同様に微小な
時間内では速度が精度良く計測できず，各瞬間の速度が
計測され得ないという問題がある。

【０００７】依って本発明は，移動体の速度を可及的に
連続して高精度で計測することのできる移動体速度計測
装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑みて本発明
は，第１に，計測の対象となる移動体の移動空間におけ
る移動ラインに平行に延設された基準パターンと，前記
移動体の一定場所に搭載されていると共に，前記基準パ
ターンを連続的に読み取るパターン読取装置と，該パタ
ーン読取装置と前記移動体との間に介在させたジャイロ
スタビライザとを具備することを特徴とする移動体速度
計測装置を提供する。

【０００９】また，第２に，計測の対象となる移動体の
移動空間における移動ライン上に延設された基準パター
ンと，前記移動体の一定場所に搭載されていると共に，
前記基準パターンを連続的に読み取るパターン読取装置
と，を具備することを特徴とする移動体速度計測装置を
提供する。

【００１０】さらに，第３に，計測の対象となる移動体
の一定場所に搭載されている標的と，前記移動体の移動
空間の一定の場所に設けられており，前記標的の画像を
一定の倍率によって捉え，その捉えた標的の画像の面積
を連続的に計測するカメラ装置とを具備することを特徴
とする移動体速度計測装置を提供する。

【００１１】さらにまた，第４に，計測の対象となる移
動体の一定場所に搭載されている光源と，前記移動体の
移動空間の一定の場所に設けられており，前記光源の投
射する光を連続的に検知し，検知した光量を連続的に計
測する光量装置とを具備することを特徴とする移動体速
度計測装置を提供する。

【００１２】

【作用】第１の手段によれば，移動体が移動ラインに対
して回転した場合は，移動ラインに対して平行に延設さ
れている基準パターンに対するパターン読取装置の方向
が変化するが，ジャイロスタビライザの存在によってそ
の補正がなされる。従って，このジャイロスタビライザ
に搭載されているパターン読取装置は，上記基準パター
ンに対して常に一定の向きで対面し，基準パターンを正
確に読み取ることができ，基準パターンを連続的に読み
取れば任意の時間における移動体の位置や速度が判る。
即ち，基準パターンの製作精度と，パターン読取装置の
読み取り精度に応じて，移動体の速度が計測される。

【００１３】第２の手段によれば，移動体が移動ライン
に対して回転しても，基準パターンを移動体の移動ライ
ン上に設けているため，基準パターンに対するパターン
読取装置の方向の変化は計測の精度に殆ど影響しない。
この点以外は第１の手段の場合と同様である。

【００１４】第３の手段によれば，移動体上の標的をカ
メラ装置によって連続的に一定の倍率で捉え，その画像
の面積（２次元）の変化を計測するため，長さ（１次
元）の分解能に対してその２乗の分解能となり，カメラ
の分解能を充分に生かすことができる。このため画像処
理の精度に応じた精度で移動体の速度を計測することが
できる。

【００１５】第４の手段によれば，移動体の光源の投射
する光を光量装置によって連続的に検知し，その検知し
ている光の微小時間の光量を次々と連続的に計測するた
め，その光量の変化から各瞬間における移動体の位置が
判り，従って，その速度が判る。即ち，検知している光
から光量を計測するための分割時間の長さに応じた精度
で移動体の速度計測が可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
き，更に詳細に説明する。まず，移動体の１例としての
自動車１２の加速性能を計測するための本発明に係る移
動体速度計測装置の第１の実施例を示す図１を参照す
る。試験走行路面１０の上に描いた自動車案内用の移動
ライン１４（直線）と平行に，基準パターン１６がその
表面に形成されている基準パターン部材１５が延設され
ている。この移動ライン１４に沿って自動車１２を走行
させるのである。また，移動ライン１４と基準パターン
部材１５との間隔Ｌは，例えば，３メートルに設定す
る。

【００１７】自動車１２の所定の場所，例えば，屋根の
上やトランクフードの上であって自動車の中央ライン上
に，図３に示すレーザー照射用のレーザー光源２２等を
収納したパターン読取装置１８を取りつけておく。後述
する理由によって，このパターン読取装置１８はジャイ
ロスタビライザ２０を介して自動車１２の屋根に取りつ
けられている。また，屋根は補強されており，自動車１
２の走行中に自動車１２のフレーム本体に対して揺れな
いようにされている。

【００１８】上記基準パターン１６は一定のピッチＰの
縦縞が描かれて形成されており，自動車１２は走行しな
がら，上記パターン読取装置１８に収容されたレーザー
光源２２からレーザー光を発射して，この基準パターン
１６を照射しつつ，その縦縞のピッチＰと自動車１２の
速度に応じたパルス状の反射光を図３に示すフォトダイ
オード２６等の光電変換器によって受光する。その受光
パルスの処理は図３を参照しながら後述する。また，路
面の多少の凹凸とタイヤの変形等に起因する自動車の走
行中における上下動を考慮し，基準パターン１６へのレ
ーザー光の照射を確実に行うために基準パターン部材１
５の高さを２０センチメートル程度に設定することが望
ましい。

【００１９】図２は図１の自動車１２の走行状態の平面
図であり，自動車１２が移動ライン１４に沿って理想的
に走行している場合はパターン読取装置１８内のレーザ
ー光源２２から，照射ラインＤ１の方向にレーザー光を
発射している。

【００２０】しかしながら，自動車の走行中は若干の不
安定性が有り，図２の２点鎖線１２Ａで示す様に，微小
角度θだけ回転することもある。図２ではこの角度は強
調して描いている。この場合，レーザー光の照射方向は
２点鎖線Ｄ２に示す方向となり，その結果，基準パター
ン１６の照射位置がΔＬ（＝Ｌ・θ）だけずれ，その分
だけ自動車１２の速度計測上の誤差を生ずることとな
る。

【００２１】この様な自動車１２の回転によるパターン
読取装置１８の回転を補正し，たとえ自動車が上記の様
な回転を生じても，レーザー光の照射方向を常にＤ１の
方向に保持するため，パターン読取装置１８を上述のジ
ャイロスタビライザ２０を介して自動車１２に取り付け
ているのである。

【００２２】上述の様に，自動車１２の回転動作による
レーザー光の照射方向の変化に起因した基準パターン１
６の照射位置の変化ΔＬは，この基準パターン１６と移
動ライン１４との距離Ｌに比例するため，基準パターン
１６を上向けて自動車１２の移動ライン１４上に設ける
ならば，上記距離Ｌは理論的には零となり，ジャイロス
タビライザ２０は不要となる。この場合，パターン読取
装置１８は自動車１２の底面部であって，先端部の位置
１８Ｆに取りつけることが計測を容易にする。また，そ
のパターン読取装置１８は，自動車１２の路面走行中の
上下動を考慮して，路面１０から２０センチメートル程
度の高さ位置に取りつけることが望ましい。

【００２３】上述のジャイロスタビライザ１８は最も理
想的には３軸のものが望ましいが，本第１実施例におい
ては図２に示す回転角θを補正することができれば充分
であるため，低コストの１軸用のものでよい。こうした
自動車の加速性能の試験計測では，その装置に高いコス
トをかけることは現実的ではないため，可級的に低コス
トな装置が望まれる。ジャイロスタビライザは，その慣
性力の大きな，即ち，高価なものを用いれば速度計測装
置全体の測定精度が向上するが，そのジャイロドリフト
が１０度／時間程度の廉価なものであっても，ここでの
速度計測精度への影響は無視できる程小さいことを説明
する。

【００２４】例えば，上記図１または図２に示す実施例
のように，移動ライン１４と基準パターン１６との距離
Ｌが３メートル（３００センチメートル）の場合に，自
動車１２が停止状態から加速し，１５秒を要して計測走
行距離の５０メートルを走行したとする。この場合のジ
ャイロドリフトによるレーザー光の照射方向の変化によ
る照射位置の誤差は次式のごとくなる。 ３００・（１０／３６００）・１５・（π／１８０） ＝０．２（センチメートル）

【００２５】即ち，最も大きな誤差の生ずる５０メート
ルの最終位置においても，０．２センチメートルしかジ
ャイロドリフトによる誤差が生じない。従って，速度計
測精度への影響は非常に小さく無視可能である。

【００２６】次に，図３を参照しながら，パターン読取
装置１８の構成について説明する。まず，レーザー光源
２２からレーザー光が基準パターン１６に対して照射さ
れ，そのパルス状の反射光を望遠鏡２４を介してフォト
ダイオード２６によって受光する。このフォトダイオー
ド２６によってパルス状の反射光は電気に変換されて，
エッジ検出回路２８に送信される。厳密にはこのパルス
状の反射光は矩形パルスの形状をしておらず，形状がく
ずれており，波形成形回路を通すことが必要である。

【００２７】このエッジ検出回路２８は，例えば，図４
の（ａ）に示す様な波形の成形された矩形パルス信号の
立上がりエッジ又は立下がりエッジを検出する回路であ
り，５４の（ｂ）には検出した立上がりエッジを示して
いる。

【００２８】一方，発振回路３０が装備されており，中
央演算装置（ＣＰＵ）３４の制御の下にクロック発生回
路３６を作動させて，上記発振回路３０の発振周波数を
基に所定の間隔のクロックを発生させる。このクロック
をカウンタ回路３２へ入力し，更に，上記エッジ検出回
路２８の検出したエッジもカウンタ回路３２へ入力す
る。図４に示す実施例では上記クロックは（ｃ）に示す
ように０．０１秒間隔で発生させている。カウンタ回路
３２はこの０．０１秒間におけるパルスのエッジ数を数
え，その結果であるカウント数７をＣＰＵ３４に入力
し，時刻ｔから時刻ｔ＋０．０１の間の微小間隔におけ
る平均速度をその時刻ｔにおける瞬間速度として出力す
る。

【００２９】キーボード等の入力装置３８によって予め
メモリー４０には，基準パターン１６のピッチＰの値
と，クロック発生回路３６を介して発振回路３０により
カウンタ回路３２へ入力するクロック間隔の値とを記憶
させている。上述した所定の間隔のクロックとはこのク
ロック間隔のことである。上記ＣＰＵ３４による自動車
１２の速度の算出には，メモリー４０から読み取った基
準パターン１６のピッチＰの値とクロック間隔の値とを
使用する。

【００３０】以上説明した図４に示す実施例では，基準
パターン１６のピッチＰは１センチメートルであり，既
述の如くクロック間隔は０．０１秒である。この場合の
自動車の速度Ｖは以下の如く算出される。 Ｖ＝１ｃｍ・７／０．０１ｓ＝７ｍ／ｓ＝２５．２ｋｍ
／ｈ

【００３１】次に，図５に示す他の実施例について説明
する。この実施例では基準パターン１６のピッチＰは１
０センチメートルであり，クロック間隔は０．０００５
秒である。図５の（ａ）はエッジ検出回路２８に入力さ
れる矩形パルス信号，（ｂ）はそのエッジ検出回路２８
の出力するエッジ信号，（ｃ）は発生クロックであり，
（ｂ）に示すエッジ信号間に２７個のクロック信号が存
在する。この場合はクロックの数をカウントすることに
よってパルス間の時間を計っているのである。この場合
の自動車の算出速度Ｖは以下の如く計算される。 Ｖ＝１０ｃｍ／（０．０００５ｓ・２７）＝７．４ｍ／
ｓ＝２６．７ｋｍ／ｈ この時刻Ｔから時刻Ｔ＋０．０００５ｘ２７の間の平均
速度Ｖを時刻Ｔにおける瞬間速度として出力する。

【００３２】図６から図８を参照して，本発明に係る他
の実施例について説明する。ルーフ上に標的としての球
４４を取り付けて試験走行路面１０上を走行する自動車
１２の速度を連続的に計測するために，路面１０の後方
所定位置にＣＣＤカメラ４２を設置し，自動車１２の走
行中は常時一定の倍率で標的の球４４を追尾する。標的
が球であるため，ＣＣＤカメラ４２から球４４までの距
離が同一であれば，ＣＣＤカメラがどの方向から標的を
捉えたとしても，その画像は同じ大きさの円形になる。
従って，標的が球であることは，仮にＣＣＤカメラ４２
の設置位置が自動車１２の移動ラインからずれていて
も，自動車１２の速度計測の精度に悪影響を与えないと
いう利点がある。参照番号４５はＣＣＤカメラ４２によ
って捉えた画像の処理装置である。

【００３３】図７は，自動車１２がスタート点にある場
合にＣＣＤカメラ４２に写っている球４４の円形をその
直径Ｄ０で表現しており，このスタート点から距離Ｌ０
だけ離れた終点にある場合にＣＣＤカメラに写っている
球４４の円形をその直径Ｄ１で表現した図である。その
任意の中間位置ｌにある場合は，球４４の円形像の直径
Ｄは図に示すｘが次式で示されることより下記のように
計算される。 ｘ＝（Ｄ０−Ｄ１）／Ｌ０・（Ｌ０−ｌ） Ｄ＝Ｄ１＋ｘ ＝Ｄ１＋（Ｄ０−Ｄ１）・（Ｌ０−ｌ）／Ｌ０

【００３４】従って，その円形像の面積Ｓは下記の式に
よってその自動車１２の位置ｌと関係づけられる。 Ｓ＝π・Ｄ・Ｄ／４ ＝ｆ（ｌ） この関数ｆは上記Ｄの計算式を２乗した値にπ／４を掛
けたものである。即ち，ｌの２乗の関数となり，この関
数ｆは球４４の円形像の面積Ｓからその球４４の位置，
即ち，自動車１２の位置ｌを算出するための図８に示す
変換回路５０において使用される。

【００３５】この実施例におけるＣＣＤカメラ４２によ
る球４４の円形画像から自動車１２の速度を算出する画
像の処理装置４５の回路構成を図８に示す。ＣＣＤカメ
ラ４２による画像を円の輪郭識別回路４６に送信し，そ
のＣＣＤカメラの画素の数に応じた分解能の精度で円の
輪郭を識別する。面積算出回路４８では，その円の輪郭
に応じて画像上での面積が計算される。この算出された
面積Ｓを変換回路５０に入力すると，上述の関数ｆを使
用して面積Ｓからその面積に対応した自動車１２の位置
ｌに変換する。各回路４６，４８，５０の処理時間だけ
の遅れでこの位置ｌを連続的に微分回路５６に送信す
る。

【００３６】一方，発振回路５４に対するクロック発生
回路５２の制御によって所定間隔のクロックを発生さ
せ，このクロックを上記微分回路５６に送信する。以上
の結果，微分回路５６では自動車の位置ｌと時刻との対
応がつき，位置ｌを時間で微分することにより速度が算
出される。

【００３７】この実施例では，標的の面積の変化を計測
するため，ＣＣＤカメラの分解能を充分に利用できる。
即ち，１次元である長さが６００分割による分解能であ
るとすれば，面積ではその２乗の３６００００分割の分
解能となり，その標的の面積変化の計測精度に応じて自
動車１２の位置が測定できる。このため高精度の速度計
測が可能となる。

【００３８】但し，カメラ４２から自動車１２が遠ざか
ると標的の球４４の画像面積の変化率が小さくなるた
め，自動車のスタートから測定の終点までの計測精度を
一定にするためには，カメラ４２を自動車１２の後方
（又は前方）のみならず前方（又は後方）にも設置し，
両カメラによって計測した結果を平均することにより速
度を高精度で計測することも可能である。

【００３９】図６から図８までを用いて面積変化による
速度計測装置につき説明したが，この面積の代わりに，
光量の変化を用いることもできる。即ち，標的の球４４
の代わりにヘリウム光源やネオン光源を用い，ＣＣＤカ
メラ４２の代わりに，他の光の影響を防止するための干
渉フィルターを装着した光量計を用いて，自動車１２の
走行に伴う光量計から自動車上の光源までの距離の変化
に応じた光量の変化を計測する。光量の測定から自動車
の速度の算出までの処理回路は，図８において，既述の
如くＣＣＤカメラ４２を光量計で置換し，円の輪郭識別
回路４６と面積算出回路４８とを光量計測回路で置換
し，更に，Ｓとｌの変換回路５０を光量と自動車１２の
位置ｌとの変換回路で置換し，他の回路は同様のもので
構成することができる。

【００４０】以上の各実施例では，自動車を移動体の例
として説明したが，本発明はこれに限らず，他の移動体
にも適用が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、移動体の速度を可及的に連続して高精度で計測
することのできる移動体速度計測装置の提供が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る移動体速度計測装置の１実
施例を示す斜視図である。

【図２】図２は図１の平面図であり，その作動説明の図
面である。

【図３】図３は図１に示すパターン読取装置の構成を示
すブロック図である。

【図４】図４は図３の作動説明図である。

【図５】図５は図３の他の作動説明図である。

【図６】図６は本発明に係る移動体速度計測装置の他の
実施例を示す側面図である。

【図７】図７は図６に示す装置における作動説明図であ
る。

【図８】図８は図６に示す画像の処理装置の構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１０ 走行路面 １２ 自動車 １４ 移動ライン １５ 基準パターン部材 １６ 基準パターン １８ パターン読取装置 ２０ ジャイロスタビライザ ４２ ＣＣＤカメラ ４４ 球 ４５ 画像処理装置 Ｄ０ スタート点においてＣＣＤカメラの捉えた標
的球の直径相当寸法 Ｄ１ 終点においてＣＣＤカメラの捉えた標的球の
直径相当寸法

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測の対象となる移動体の移動空間にお
   ける移動ラインに平行に延設された基準パターンと，前
   記移動体の一定場所に搭載されていると共に，前記基準
   パターンを連続的に読み取るパターン読取装置と，該パ
   ターン読取装置と前記移動体との間に介在させたジャイ
   ロスタビライザと，を具備することを特徴とする移動体
   速度計測装置。
2. 【請求項２】 前記基準パターンが等間隔の縞パターン
   を具備して成る請求項１記載の移動体速度計測装置。
3. 【請求項３】 計測の対象となる移動体の移動空間にお
   ける移動ライン上に延設された基準パターンと，前記移
   動体の一定場所に搭載されていると共に，前記基準パタ
   ーンを連続的に読み取るパターン読取装置と，を具備す
   ることを特徴とする移動体速度計測装置。
4. 【請求項４】 計測の対象となる移動体の一定の場所に
   搭載されている標的と，前記移動体の移動空間の一定の
   場所に設けられており，前記標的の画像を一定の倍率に
   よって捉え，その捉えた標的の画像の面積を連続的に計
   測するカメラ装置と，を具備することを特徴とする移動
   体速度計測装置。
5. 【請求項５】 計測の対象となる移動体の一定の場所に
   搭載されている光源と，前記移動体の移動空間の一定の
   場所に設けられており，前記光源の投射する光を連続的
   に検知し，検知した光量を連続的に計測する光量装置
   と，を具備することを特徴とする移動体速度計測装置。