JPH05346466A - 移動体速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 間欠的なパルス入力であっても確実にロック
して精度の良いパルスカウントを達成し、正確な速度検
出を可能とする。 【構成】 入力パルス群が有り、検波回路２５からの出
力がスレッショルドレベルより大きい場合には第２コン
パレータ２９が信号を出力し、ない場合には信号は出力
されない。ＰＬＬ回路４０中のＬＰＦ４５の直前に接続
されているアナログスイッチ４３は、第２コンパレータ
２９の出力信号があるとオンし、ない場合にはオフする
ように構成されている。アナログスイッチ４３がオンす
るとＬＰＦ４５の出力は入力インピーダンスの高いＶＣ
Ｏ４７入力のみであるため、以前の電圧がそのまま保持
され、素早くロックに至る。一方、オフすると、ＰＬＬ
回路４０がＬＰＦ４５の直前で分断されＬＰＦ４５の出
力は保持されて、次のパルス群の入力まで同じ電位を保
つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発射した超音波の反射
波を受信し、ドップラ効果の生じたその受信波の周波数
を利用して車両等の移動体の速度を検出する移動体速度
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体外部に向けて超音波パルス
群を間欠的に発射して、ドップラ効果の生じた反射波を
受信し、その受信波の周波数に基づいて車両等の速度を
検出する速度検出装置が知られている。パルス状の超音
波を利用したものは微弱信号を受信できるため、連続波
形の超音波を利用したものに比べて有効な面がある。ま
た、パルス群を間欠的に送信し、その結果受信パルスも
間欠的に入力されるようにすることによって、以下に示
す利点がある。

【０００３】（１）送信パルスと受信パルスとが空間的
に混じり合わないため、受信波形の解析・信号処理が容
易になり、また、音波を電気信号に変換するためのトラ
ンスデューサも兼用可能である。 （２）受信パルスの有無を簡単に判別できるため、時間
にフィルタをかけることができ、ノイズに強くなる。

【０００４】（３）送信周期をランダムに変更できるた
め、多重反射等の影響による誤動作がない。 また、一般に反射波は一定の周波数を持続するものでは
なく、種々の外乱によって本来のドップラ成分以外の周
波数成分が混入することが多い。そのため、統計的手法
を用いた平均化処理等を施す必要がある。この処理とし
て有効な手段の一つに、位相比較器、低域通過フィルタ
（ローパスフィルタ、以下ＬＰＦともいう。）、電圧制
御発振回路（以下ＶＣＯという。）をループ状に接続
し、ＶＣＯの出力信号の位相と、入力信号の位相とを同
期させるよう作用する位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を
用いたものが知られている（特開昭５８−３９９７１号
公報等参照）。

【０００５】ＶＣＯ出力はＬＰＦの時定数によって決ま
る出力電圧により発振され、そのＶＣＯ出力と入力され
た超音波ドップラ信号とが位相比較される。そして、位
相差が無くなるように制御されてロックした後、パルス
カウンタ等に測定した値を基に速度を検出していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＰＬＬ回路を用いたものでは、入力される超音波パル
スが間欠的である場合、ロックしない等の不都合が生じ
ることがある。例えば、超音波パルスの入力が無い場合
には、ＶＣＯ出力はＬＰＦの出力に従って周波数が低く
なる。そのため、次のパルスが入力されてもすぐには周
波数が高くはならず、ロックしないか、ロックするまで
にかなりの時間を有するのである。

【０００７】従って、パルス状超音波を利用したものは
微弱信号を受信でき、その中でもパルス群を間欠的に送
信する方式のものは、上述したように種々のメリットが
あるにも拘らず、通常のＰＬＬ回路を用いた従来のもの
では、間欠的なパルス入力のためパルスカウントの精度
が悪くなり、正確な速度検出ができなくなってしまうの
である。

【０００８】そこで本発明は、間欠的なパルス入力であ
っても確実にロックして精度の良いパルスカウントを達
成し、正確な速度検出が可能な移動体速度検出装置を提
供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために本発明の移動体速度検出装置は、移動体外部
の所定方向に向けて超音波パルス群を間欠的に発射する
超音波発射手段と、該発射された超音波の反射波を受信
する超音波受信手段とを備え、該受信した反射波の周波
数に基づいて上記移動体の速度を検出する移動体速度検
出装置において、上記超音波受信手段は、受信波の検波
を行う検波手段と、該検波手段の出力に基づき、上記超
音波パルス群に対応する受信波の有無を判定する判定手
段と、位相比較器、低域通過フィルタ及び電圧制御発振
器がループ状に接続されたループ回路で、該ループ回路
への入力位相と上記電圧制御発振器の出力位相とを同期
させるよう制御する位相同期ループ回路とを備え、さら
に、上記判定手段の出力に基づいて上記超音波パルス群
に対応する受信波が有るときにのみオンするアナログス
イッチを、上記位相同期ループ回路中の、上記低域通過
フイルタの直前に介装したことを特徴とする。

【００１０】本発明の移動体速度検出装置によれば、超
音波発射手段が、移動体外部の所定方向に向けて超音波
パルス群を間欠的に発射し、超音波受信手段がその反射
波を受信する。この超音波受信手段においては、受信波
の検波を行う検波手段の出力に基づき、判定手段が超音
波パルス群に対応する受信波の有無を判定する。

【００１１】そして、アナログスイッチが、判定手段の
出力に基づいて、超音波パルス群に対応する受信波が有
るときにのみオンし、位相同期ループ回路が形成され
る。このとき位相同期ループ回路内における低域通過フ
ィルタの出力は入力インピーダンスの高い電圧制御発振
器入力のみであるため、以前の電圧がそのまま保持さ
れ、素早くロックに至る。

【００１２】一方、超音波パルス群に対応する受信波が
なくなるとアナログスイッチがオフし、位相同期ループ
回路が低域通過フイルタの直前で分断される。このとき
低域通過フィルタの出力は保持されて、次の受信信号群
の入力まで同じ電位を保つ。従って、電圧制御発振器入
力が一定となり、受信信号群がない場合でも安定な出力
をする。

【００１３】このように、電圧制御発振器は、超音波パ
ルス群がない場合にでも直前のパルス群に対してロック
した周波数で発振し続けるため、次回の超音波パルスが
入力された際にも素早く確実にロックすることが可能で
ある。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例の
移動体速度検出装置は、移動体としての車両（図示せ
ず）に載置されており、図１に示すように、超音波発射
手段及び受信手段の一部構成をなし、音波と電気信号を
相互に変換するための超音波トランスデューサ１１を備
えている。そして、電子制御回路５０からの送信信号に
よりパルス発生回路１３が超音波の周波数に相当する周
波数パルスを駆動回路１５に伝達し、駆動回路１５が、
超音波トランスデューサ１１を駆動して超音波を発射す
るようにされている。これらにより、超音波発射手段が
構成されている。

【００１５】発射した超音波は路面などで反射し、超音
波トランスデューサ１１で受信され、電気信号に変換さ
れる。入力された電気信号は、超音波トランスデューサ
１１に順次接続された第１アンプ１７、バンドパスフィ
ルタ（ＢＰＦ）１９、第２アンプ２１で必要周波数帯域
のみ増幅される。

【００１６】第２アンプ２１の出力側は２方に分岐し、
第１コンパレータ２３と検波回路２５に入力するよう構
成されている。第１コンパレータ２３は入力された反射
波をパルス化するものであり、他方の入力側には、パル
ス化のためのスレッショルドレベルを決定する電位発生
器２７が接続されている。

【００１７】一方、検波回路２５の出力側は第２コンパ
レータ２９の一方の入力側に接続されており、第２コン
パレータ２９の他方の入力側には、電子制御回路５０か
らの指令によりスレッショルドレベルを決定するための
ＤＡ変換器３１が接続されている。この第２コンパレー
タ２９は、検波回路２５からの出力が所定のスレッショ
ルドレベルより大きい場合に信号を出力する。

【００１８】上述した第１コンパレータ２３の出力側
は、ＰＬＬ回路４０中の位相比較器４１に接続されてい
る。本実施例のＰＬＬ回路４０は、上記位相比較器４
１、アナログスイッチ４３、ＬＰＦ４５、ＶＣＯ４７が
順次接続されており、ＶＣＯ４７の出力は、位相比較器
４１に入力すると共に、カウンタ回路４９に入力するよ
うに構成されている。カウンタ回路４９の出力は電子制
御回路５０に入力するよう構成されている。

【００１９】上記アナログスイッチ４３は、第２コンパ
レータ２９の出力信号によって高速に開閉されるように
構成されており、出力信号があるとオンし、ない場合に
はオフする。次に、本実施例の作動について説明する。
電子制御回路５０において、図３のイニシャルルーチン
が実行され、送信周期、送信時間、第２コンパレータ２
９におけるスレッショルドレベルが設定される（ステッ
プ１０）。そして、図４のメインルーチンに移行する。

【００２０】メインルーチンでは、ステップ１０で設定
された送信時間及び送信周期に従って、送信開始時間に
なったら送信信号をオンし（ステップ２１，２３）、送
信終了時間になったら送信信号をオフする（ステップ２
５，２７）。この送信信号の制御により、パルス発生回
路１３、駆動回路１５を介して超音波トランスデューサ
１１が駆動され、超音波パルス群が間欠的に発射され
る。

【００２１】発射された超音波は路面などで反射し、超
音波トランスデューサ１１で受信される。この受信信号
は車両の速度に相当するドップラ変調を受けているた
め、この受信信号の周波数に基づいて演算することによ
り、理論上は車両速度を求めることができるのである。

【００２２】超音波トランスデューサ１１で変換され、
ＢＰＦ１９等で必要周波数帯域のみ増幅された受信信号
は、第１コンパレータ２３でパルス化される。そして、
ＰＬＬ回路４０中の位相比較器４１に入力する。この入
力パルスの状態を図２（Ａ）に示す。

【００２３】次に、ＰＬＬ回路４０での作動を説明する
のであるが、本実施例の効果をより一層明確にするた
め、ここで、アナログスイッチ４３がない場合、すなわ
ち、従来用いられていた位相比較器４１、ＬＰＦ４５、
ＶＣＯ４７でループが形成される基本的なＰＬＬ回路の
場合の作動を比較例として説明しておく。

【００２４】入力パルス群が間欠的である場合、入力パ
ルス群がない期間ではＬＰＦ４５の出力の減少に伴っ
て、図２（Ｅ）に示すようにＶＣＯ４７の入力が漸減し
ていく。従って、図２（Ｆ）に示すように、ＶＣＯ４７
出力も入力パルスがない期間では漸減し、次のパルス群
が入力されてもすぐには周波数が高くはならず、ロック
しないか、ロックするまでにかなりの時間を有してしま
う可能性が高い。従って、パルスカウントの精度が悪く
なり、正確な速度検出ができなくなってしまうのであ
る。

【００２５】それに対し、本実施例の場合は、検波回路
２５からの出力と、上記ステップ１０で設定されたスレ
ッショルドレベルとが第２コンパレータ２９で比較さ
れ、検波回路２５からの出力がスレッショルドレベルよ
り大きい場合には信号を出力する。即ち、超音波パルス
群に対応する受信波の有無を判定する判定手段としての
役割を果たし、入力パルス群が有る場合には第２コンパ
レータ２９から信号が出力され、入力パルス群がない場
合には信号は出力されない。

【００２６】従って、アナログスイッチ４３は、図２
（Ｂ）に示すように、入力パルス群が存在するときはオ
ンしてＰＬＬ回路４０のループが形成される。このとき
ＰＬＬ回路４０内におけるＬＰＦ４５の出力は入力イン
ピーダンスの高いＶＣＯ４７入力のみであるため、以前
の電圧がそのまま保持され、素早くロックに至る（図２
（Ｃ），（Ｄ）参照。）。

【００２７】一方、入力パルス群がなくなるとアナログ
スイッチ４３がオフし、ＰＬＬ４０回路がＬＰＦ４５の
直前で分断される。このときＬＰＦ４５の出力は保持さ
れており、次のパルス群の入力まで同じ電位を保つ。従
って、ＶＣＯ４７入力が一定となり、受信信号群がない
場合でも安定な出力をする。

【００２８】ＶＣＯ４７の出力はカウンタ回路４９に入
力して分周され、電子制御回路５０に入力される。この
入力時に実行される受信パルス割込みルーチン（図５）
を説明する。この処理は、カウンタ回路４９からの入力
時に割込みが入ると同時にイベント時間をメモリする割
込み処理である。

【００２９】割込みが起こると、まずパルス群の周期Ｔ
を演算する（ステップ３１）。周期Ｔは、今回の割込み
タイミング時間Ｔn から前回の割込みタイミング時間Ｔ
n-1を減算して算出する。その後、周期−周波数変換
（ステップ３３）、周波数−速度変換（ステップ３５）
を行って、車両の速度を求める。

【００３０】このように、本実施例のＰＬＬ回路４０中
のＶＣＯ４７は、超音波パルス群の入力がない場合にで
も、直前の入力パルス群に対してロックした周波数で発
振し続けるため、次回の超音波パルスが入力された際に
素早く確実にロックすることができる。従って、間欠的
なパルス入力であっても確実にロックして精度の良いパ
ルスカウントを達成し、正確な速度検出が可能となる。

【００３１】上述したように、本実施例によれば、受信
信号がパルス群形態であるものを連続パルスに変換する
作用がある。この作用を利用した応用例を説明する。図
６に示す第１応用例は、図１に示した構成中、カウンタ
回路４９をミキサ６０に変更したものである。

【００３２】一般的に、間欠的なパルス群方式という短
い時間の周波数群ではミキサによって低い周波数に変換
できない。しかしながら、上記実施例でも説明したよう
に、本構成によれば、パルス群の周波数を反映した連続
パルスに変換されるため、ミキサ６０により受信信号を
ドップラ信号に変換可能である。通常、受信信号が数１
０ＫＨｚという高い周波数の場合、そのパルス幅をい測
定するために高速演算が可能なコンピュータが必要とな
るが、ドップラ信号に変換すれば、それが不要となる。
さらに、ハードウェアによってドップラ信号に変換され
るため、ソフトウェア側の負担が減る。

【００３３】図７に示す第２応用例は、送受信センサ別
体型ミキシング方式への応用例を示すものである。図６
に示す第１応用例の構成において送受信一体型となって
いた超音波トランスデューサ１１の代わりに、送信セン
サ１１ａを駆動回路１５に接続し、受信センサ１１ｂを
第１アンプ１７に接続してある。送信センサ１１ａより
超音波を連続で送信し、受信センサ１１ｂで連続で受信
し、かつ送信周波数と受信周波数をミキサ６０でミキシ
ングする方式である。

【００３４】この方式の装置においても、ＰＬＬ回路４
０を用いて周波数の時間的フィルタリングを行うことに
より、対ノイズ性あるいは精度の向上が期待できる。次
に、本第２応用例を用いた有効な２つの利用例を以下に
示す。まず、受信信号が弱い、または無い場合における
対処に関する利用例を説明する。車両に取り付けた場
合、路面状態によっては超音波の反射強度が弱く、受信
波が弱小、あるいは無い場合があり、第１コンパレータ
２３から受信パルスが出力されたとしてもノイズ成分が
多く、精度が著しく悪化してしまったり、受信パルスが
無い場合には速度が零になってしまう可能性がある。こ
の場合、本方式により受信信号の強度を検波し、ある強
度以上の信号のみを通過させることによって精度よい安
定した速度計測が可能となる。

【００３５】続いて、連続ミキシング方式でのセンサ高
さ測定に関する利用例を説明する。走行中は車両挙動の
ため、センサ１１ａ，１１ｂと地面との距離及び角度が
変化し、そのため速度計測の精度が悪化しがちである。
そのため、センサ１１ａ，１１ｂと地面との距離を計測
し、その距離を基に補正することで精度悪化を防止する
ことが考えられている。従って、連続ミキシング方式で
もセンサ１１ａ，１１ｂと地面との距離測定の必要があ
る。

【００３６】連続ミキシング方式において距離測定を行
うには、測定したタイミングで送信を瞬間的に止めるこ
とによって実現可能である。送信を止めた時間と、第１
コンパレータ２３の出力がオフからオンになった時間と
の差が、超音波の通る経路を超音波が出て再度戻ってく
るのに要した時間に相当する。この時間を基にしてセン
サ１１ａ，１１ｂの地面に対する高さを算出することが
できる。従って、間欠的な受信波を連続波としてミキシ
ングを行えるため、連続ミキシングの計測精度を保ちつ
つ、距離の測定を行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動体速
度検出装置によれば、超音波パルス群に対応する受信波
が有るときにのみアナログスイッチがオンし、受信波が
なくなるとアナログスイッチがオフして位相同期ループ
回路が低域通過フイルタの直前で分断され、低域通過フ
ィルタの出力は保持されて、次の受信信号群の入力まで
同じ電位を保つ。従って、電圧制御発振器入力が一定と
なり、受信信号群がない場合でも安定な出力をするた
め、間欠的なパルス入力であっても確実にロックして精
度の良いパルスカウントを達成し、正確な速度検出が可
能となるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の移動体速度検出装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】 実施例における作動を説明するためのタイム
チャートである。

【図３】 実施例のイニシャルルーチンを示すフローチ
ャートである。

【図４】 実施例のメインルーチンを示すフローチャー
トである。

【図５】 実施例の受信パルス割込みルーチンを示すフ
ローチャートである。

【図６】 第１応用例の構成を示すブロック図である。

【図７】 第２応用例の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１…超音波トランスデューサ、 １３…パルス発生
回路、２３…第１コンパレータ、 ２５…検波回路、
２７…電位発生器、２９…第２コンパレータ、
３１…ＤＡ変換器、 ４０…ＰＬＬ回路、４１…位
相比較器、 ４３…アナログスイッチ、 ４９…カ
ウンタ回路、５０…電子制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体外部の所定方向に向けて超音波パ
   ルス群を間欠的に発射する超音波発射手段と、該発射さ
   れた超音波の反射波を受信する超音波受信手段とを備
   え、該受信した反射波の周波数に基づいて上記移動体の
   速度を検出する移動体速度検出装置において、 上記超音波受信手段は、 受信波の検波を行う検波手段と、 該検波手段の出力に基づき、上記超音波パルス群に対応
   する受信波の有無を判定する判定手段と、 位相比較器、低域通過フィルタ及び電圧制御発振器がル
   ープ状に接続されたループ回路で、該ループ回路への入
   力位相と上記電圧制御発振器の出力位相とを同期させる
   よう制御する位相同期ループ回路とを備え、 さらに、上記判定手段の出力に基づいて上記超音波パル
   ス群に対応する受信波が有るときにのみオンするアナロ
   グスイッチを、上記位相同期ループ回路中の、上記低域
   通過フイルタの直前に介装したことを特徴とする移動体
   速度検出装置。