JPH06230121A - 車載用超音波計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波を使用して廉価に車速等の車輌の動き
が測定できること。 【構成】 所定の角度だけ俯角傾度を持って超音波を送
波し、また、前記路面からの反射波を受波する超音波送
受波器ＴＲと前記超音波送受波器ＲＴと超音波を送波す
る路面との直線上において前記超音波送受波器ＴＲから
離れて設定した超音波受波器Ｒとを具備し、低速走行時
の速度を前記超音波送受波器ＴＲで反射波を受波した信
号を基に算出し、また、高速走行時の速度を前記超音波
受波器Ｒで反射波を受波した信号を基に算出するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に積載されて、
ナビゲーションシステム、速度検出装置、横滑り防止装
置、ＡＢＳ装置、サスペンション装置等の各種速度情報
を使用する計測装置に関するもので、特に、車輌に積載
した超音波を利用する車載用超音波計測装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波を使用した速度計測装置
としては、実開昭５７−６８５７４号公報に掲載の技術
がある。この公報に掲載の技術は、別体となった送波器
から連続的に超音波を送波し、反射体から反射して得ら
れる受波を連続受信し、送波と受波の差分でドプラー周
波数を検出するものであり、現在では周知の技術となっ
ている。

【０００３】また、この種の超音波を使用した速度計測
装置としては、特開昭５９−２０３９７３号公報に掲載
の技術がある。この公報に掲載の技術は、前記公報の技
術と同様、別体となった送波器と受波器とを有し、特
に、受波器を２台とし、車体の上下振動、ノーズアッ
プ、ノーズダウンによる誤差を軽減するものである。

【０００４】そして、この種の超音波を使用した速度計
測装置としては、特開昭５８−３９９７１号公報に掲載
の技術がある。この公報に掲載の技術は、超音波をパル
ス状に送波し、反射して受波される時点でパルス幅に対
応した受信ゲートを開き、受信波の所定波長分の時間を
計測することで、ドプラーシフト量を求め、速度を計測
するものである。

【０００５】更に、この種の車載用超音波計測装置とし
ては、特開平３−２６９３８８号公報に掲載の技術があ
る。

【０００６】この技術は、送受波器から車輌の前方向或
いは前後方向の路面に所定の俯角度で超音波が放射さ
れ、放射された超音波と路面の突起の反射波の受信信号
から突起までの時間を計測し、また、路面の突起の反射
波の信号レベルと所定の閾値とを比較し、車輌前方の路
面の突起等の有無及びその大きさを検出している。そし
て、反射波が路面から帰来する時間における直線距離と
超音波の放射角度とから車高を検出し、また、得られた
ドプラー周波数をもとに車速を検出している。

【０００７】更に、車体の前後方向に等しい放射角度を
有して超音波が放射され、それぞれの反射波の受信信号
のドプラー周波数を検出し、その差のドプラー周波数を
求めて、車体の垂直速度成分が打消された車速を検出し
ている。

【０００８】このようにして、超音波を用いて車輌の走
行時の前方路面の突起等が検出され、かつ、車高、車速
を検出できるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報に
掲載の技術は、反射波が路面から帰来する時間における
直線距離と超音波の放射角度とから車高を検出し、得ら
れたドプラー周波数をもとに車速を検出するか、また
は、車体の前後方向に等しい放射角度を有して超音波が
放射され、それぞれの反射波の受信信号のドプラー周波
数を検出し、その差のドプラー周波数を求めて、車体の
垂直速度成分が打ち消された車速を検出するものであ
る。

【００１０】しかし、図９の車載用超音波計測装置の１
個の超音波送受波器ＴＲで送波及び受波する場合の動作
原理図に示すように、超音波を放射して路面に到達する
までの距離をＬ［ｍ］、その高さをＨ［ｍ］、その放射
角度をφ度とすれば、 Ｌ＝Ｈ／ｓｉｎφ ・・・・・・（１） となる。

【００１１】このときの伝搬距離に起因する損失Ｌoos
は、 Ｌoos ＝（拡散損）＋（伝搬損） ＝２０・ｌｏｇ（２・Ｌ）＋２・Ｌ・α ［dB］・・・・（２） 但し、α：減衰定数 例えば、α100KHz＝２．１［dB/m］ α200KHz＝８．５［dB/m］ で求められる。

【００１２】一方、超音波ビーム幅θ度は狭くした場合
には、送波はエネルギーが集中するため信号成分Ｓが増
加する。また、受波では等方向性雑音に対するＳ／Ｎが
向上する。

【００１３】送受波総合の利得Ｇは、 Ｇ＝（送波利得）×（受波利得） ＝｛１０・ｌｏｇ（γ／θ² ）｝×２ ・・・・・・（３） 但し、γは、ビームが回転対称の場合、γ＝３．４×１
０⁴ である。

【００１４】なお、図９の車載用超音波計測装置の動作
原理図で、間歇的に周波数ｆ［Hz］の超音波を路面に放
射して、受波した周波数ｆo ＝ｆ− dｆ［Hz］からその
ドプラー周波数 dｆ［Hz］を算出すると、 dｆ＝２ｆ（Ｖ／３．６）ｃｏｓφ／Ｃ ［Hz］・・・・・・（４） 但し、Ｖ：車速 ［Km/h］ Ｃ：音速 ［m/s ］ となる。

【００１５】ところが、音速Ｃ［m/s ］は車速Ｖ［Km/
h］に対して無視できる程度に速くないため、送受波総
合の利得Ｇを上げようとして、超音波ビーム幅θ度を狭
くした場合には、送波時のビームと受波時のビームにず
れが生じて、検出感度の低下となる。

【００１６】しかし、１台の超音波送受波器ＴＲで路面
の反射波のドプラー周波数により車速を計測する場合、
放射する超音波の正反射は検出されず、乱反射の成分の
みを用いることになる。したがって、車載用超音波計測
装置の信頼性を維持するには、送波及び受波ともに−３
［ｄＢ］程度以上のビーム幅で送受波を行なわないと、
その信頼性が低下することになる。例えば、最大車速を
１５０［Km/h］とするとき、超音波ビーム中心の放射角
度をφ＝４５度で、しかも、超音波ビーム幅θ＝１０度
以上にする必要があり、実用的でない。

【００１７】したがって、車載用超音波計測装置で車速
Ｖ［Km/h］を検出するには、車体の前または後方向に等
しい俯角の放射角度を有して超音波を放射し、それぞれ
の反射波の受信信号のドプラー周波数を検出して、その
差のドプラー周波数を求めて、車体の垂直速度成分を打
ち消して、水平成分で車速Ｖ［Km/h］を算出する必要が
あった。

【００１８】ところが、車体の前後方向に等しい俯角の
放射角度を有して超音波を放射し、それぞれの反射波の
受信信号のドプラー周波数を検出するには、少なくとも
２個以上の送受波器が必要となり、また、検出したドプ
ラー周波数の差を求めて、車体の水平成分で車速を算出
するには、演算回路に複雑な回路が必要となり、装置全
体が高価となる。

【００１９】そこで、本発明は、超音波を使用して廉価
に車速等の車輌の動きが測定できる車載用超音波計測装
置の提供を課題とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる車載用
超音波計測装置は、路面に対し、所定の車輌の進行方向
に対して俯角傾度を持って超音波を送波し、また、前記
路面からの反射波を受波する超音波送受波器と、前記超
音波送受波器と超音波を送波する路面との直線上におい
て前記超音波送受波器から離れて設定した超音波受波器
とを具備し、低速走行時の速度を前記超音波送受波器で
反射波を受波した信号を基に算出し、また、高速走行時
の速度を前記超音波受波器で反射波を受波した信号を基
に算出する。

【００２１】

【作用】この発明においては、所定の角度だけ傾度を持
って路面に対して超音波を送波し、また、路面からの反
射波を受波する超音波送受波器によって、低速走行時の
速度を検出する。車輌が高速走行状態にあるときには、
前記超音波送受波器から離れて設定した超音波受波器に
よって、前記超音波送受波器から送波して路面から反射
した反射波を受波し、それによって高速走行時の速度を
検出する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例の車載用超音波計測装
置について説明する。

【００２３】〈基本原理〉図１は本発明の実施例の車載
用超音波計測装置の動作原理図である。なお、図中、従
来例と同一符号及び記号は従来例の構成部分と同一また
は相当する構成部分を示すものである。

【００２４】図１において、超音波送受波器ＴＲは超音
波を送波及び受波する機能を持ち、超音波受波器Ｒは超
音波を受波する機能を有するものである。超音波送受波
器ＴＲ及び超音波受波器Ｒの放射または受波する超音波
ビーム中心を、進行方向に対して俯角を４５度に設定し
ている。即ち、超音波送受波器ＴＲは、路面に対し、所
定の俯角傾度を持って超音波を送波し、かつ、前記路面
からの反射波を受波するもので、超音波受波器Ｒは超音
波送受波器ＴＲと超音波を送波する路面との直線上にお
いて前記超音波送受波器ＴＲから離れて設定したもので
ある。

【００２５】低速走行における計測原理は、超音波送受
波器ＴＲから超音波を送波し、反射波を受波するもの
で、従来例と相違するものではない。

【００２６】高速になり、車速Ｖ［Km/h］で走行してい
るとき、超音波送受波器ＴＲは超音波を送波し、その反
射波を超音波受波器Ｒで受波する。超音波を路面のＥ点
に照射し、その反射波を検出したときについて説明す
る。

【００２７】超音波送受波器ＴＲは周波数ｆの超音波を
路面に対して俯角４５度の角度で送波すると、この超音
波は空気中を伝搬して路面に到達する。アスファルト等
の路面は入射した超音波を乱反射し、路面のＥ点で乱反
射された反射波は周波数ｆoとなって超音波受波器Ｒで
検出される。実際には、超音波送受波器ＴＲからＥ点へ
の放射角度はα1 度で、超音波受波器Ｒへの入射角度は
α2 度であり、ここにドプラーシフトの理論を適用する
と、次式のようになる。但し、Ｅ点での反射波は周波数
ｆe とする。

【００２８】Ｅ点での反射波の周波数ｆe は ｆe ＝ｆ・Ｃ／（Ｃ−Ｖ・cos α1 ） ＝ｆ・１／（１−Ｖ・cos α1 ／Ｃ） ・・・・・・（５） 超音波受波器Ｒでの受波の周波数ｆo は ｆo ＝ｆe ・（Ｃ＋Ｖ・cos α2 ）／Ｃ したがって、 ｆo ＝（Ｃ−Ｖ・cos α1 ）^-1・（Ｃ＋Ｖ・cos α2 ）・ｆ ・・・・・・（６） よって、 dｆ＝Ｖ・ｆ（cos α1 ＋cos α2 ）／（Ｃ−Ｖ・cos α1 ） ・・・・・・（７） ここで、α1 とα2 は略αに等しく、またＣはＶよりも
非常に大であるとして近似すると、ドプラー周波数 dｆ
＝ｆo −ｆは dｆ＝２ｆＶ・cos α／Ｃ ・・・・・・（８） となる。したがって、受波によって得られる信号のドプ
ラーシフト量を計測することで車速Ｖが Ｖ＝Ｃ・ dｆ／２ｆ・cos α ・・・・・・・（９） で求まる。

【００２９】〈実施例の回路構成〉図２は本発明の実施
例の車載用超音波計測装置の回路構成図である。

【００３０】図２において、内部に８ｃｈのＡ／Ｄコン
バータを有するマイクロコンピュータ１は、内部に演算
制御に必要なＲＡＭ及びＲＯＭ及び演算部等を有してい
る公知のものであり、その内部機能説明は後述する。超
音波送受波器ＴＲは２００［KHz ］の超音波振動を所定
の超音波ビーム幅で送波及び受波するものである。ま
た、送受切替回路３は超音波送受波器ＴＲから超音波振
動で出力したり、受波したりする際の切替を行なうもの
である。また、送受切替回路３はツェナーダイオードＺ
Ｄ1 がオンしたとき、コンデンサＣ1 を介してツェナー
ダイオードＺＤ2がオンし、超音波送受波器ＴＲから信
号が出力され、ツェナーダイオードＺＤ1がオフのと
き、信号が小さくなるからツェナーダイオードＺＤ2 が
オフし、コンデンサＣ1 とコイルＬ1 の直列共振回路を
介して信号がプリアンプ４に出力される。

【００３１】送受切替回路３のツェナーダイオードＺＤ
1 はトランス５の二次側に直列接続されており、そのト
ランス５の一次側はスイッチングトランジスタ６によっ
て、電源を供給するように接続されている。スイッチン
グトランジスタ６は１０［MHz ］の外部発振周波数出力
を入力する分周回路７の出力による矩形波の１００［KH
z ］を入力し、間歇的に１００［KHz ］の信号でスイッ
チングトランジスタ６を開閉している。

【００３２】したがって、マイクロコンピュータ１が間
歇的に出力Ｐ1 を“１”とすると、分周回路７の出力は
スイッチングトランジスタ６をオン・オフし、トランス
５の二次側には高電圧の２００［KHz ］が発生し、それ
によって、超音波送受波器ＴＲは超音波を発生する。

【００３３】送受切替回路３を介して検出された超音波
送受波器ＴＲからの信号は、プリアンプ４で増幅され、
車速Ｖ［Km/h］の変化に対応するバンドパスフィルタ８
を介して放射した超音波の反射のみを検出し、それを更
にアンプ９で増幅してコンパレータ１０に入力して２値
化する。このコンパレータ１０の入力の一部は、受信レ
ベル検出回路１１に入力され、それをマイクロコンピュ
ータ１のＡ／Ｄコンバータに入力している。

【００３４】コンパレータ１０の出力信号は周波数検出
用ＰＬＬ回路１２に入力し、その出力信号としてコンパ
レータ１０の出力に比例した繰返しパルス数を出力す
る。

【００３５】詳しくは、コンパレータ１０の出力は非常
に低く、数１０［KHz ］程度の周波数であるから、これ
を車速Ｖ［Km/h］として使用でき、短時間で得られる分
解能とするために、周波数を逓倍する回路として使用し
ている。また、コンパレータ１０の出力は受信ゲートが
開いている時間だけ意味を持つものであるから、その間
の時間信号でもって周波数をサンプリングホールドする
ものである。受信ゲートが閉じており、有効でないとき
にはＰＬＬ回路としての機能を停止させ、サンプリング
ホールドした電圧を保持する。

【００３６】具体的には、出力を８分の１に分周したパ
ルスとコンパレータ１０の出力を位相差検出回路ＰＤで
比較し、その位相差をローパスフィルターＬＰＦを介し
てアナログスイッチング回路ＡＳに導き、その出力をサ
ンプリングホールド用の抵抗Ｒ及びコンデンサＣに入力
し、また、電圧制御発振回路ＶＣＯを介してマイクロコ
ンピュータ１に入力している。電圧制御発振回路ＶＣＯ
の出力は８分の１に分周する分周回路ＤＥＭを介して位
相差検出回路ＰＤに入力している。結果的に、電圧制御
発振回路ＶＣＯからは８倍したパルス繰返し周波数がマ
イクロコンピュータ１に入力される。

【００３７】外気温度はサーミスタ１５により検出さ
れ、マイクロコンピュータ１の内蔵するＡ／Ｄコンバー
タの端子に入力されている。

【００３８】この種の超音波送受波器ＴＲ、送受切替回
路３、トランス５、スイッチングトランジスタ６、分周
回路７からなり超音波を送波する送信回路系と、超音波
送受波器ＴＲ、送受切替回路３、プリアンプ４、バンド
パスフィルタ８、アンプ９、コンパレータ１０、受信レ
ベル検出回路１１、周波数検出用ＰＬＬ回路１２からな
り超音波を受波する受信回路系とからなり、超音波送受
信回路２０ＴＲを構成している。

【００３９】また、この種の超音波受波器Ｒ、プリアン
プ２４、バンドパスフィルタ２８、アンプ２９、コンパ
レータ３０、受信レベル検出回路３１、周波数検出用Ｐ
ＬＬ回路３２からなり超音波を受波する受信回路系から
なり、超音波受信回路３０Ｒを構成している。

【００４０】図３は本発明の実施例の車載用超音波計測
装置の回路構成で使用したマイクロコンピュータ１の機
能構成図である。

【００４１】図３において、クロック発振器１０５によ
って駆動されている主演算制御回路（ＭＣＵ）１０１
は、このマイクロコンピュータ１を駆動制御するプログ
ラムを格納したＰＲＯＭ１０２、及び主演算制御回路１
０１の演算制御に必要なデータを格納するＳＲＡＭ１０
３、タイマ及びカウンタとして計数機能を有するタイマ
・カウンタ１０４、外部アナログ入力となる８ｃｈのＡ
／Ｄコンバータ１０６、外部ディジタル入力となるパラ
レルポート１０７、割込み制御を行なう割込みコントロ
ーラ１０８、車速演算結果をシリアルに出力するシリア
ルコミュニケーションインターフェース１０９等を有し
ており、これらはデータ・アドレス・コントロールバス
１１０でバス結合されている。

【００４２】〈回路構成の全体基本的動作〉超音波送受
信回路２０ＴＲは次のように動作する。

【００４３】超音波送受波器ＴＲからは周波数２００
［KHz ］、継続時間１［msec］のバースト波を１０［ms
ec］毎に送信するマイクロコンピュータ１のパラレルポ
ート１０７の端子Ｐ1 よりバースト波出力のためのゲー
ト信号を出力する。分周回路７の出力によりスイッチン
グトランジスタ６をオン・オフ制御し、昇圧させた２０
０［KHz ］の出力によって超音波送受波器ＴＲから超音
波を発生させる。このとき、送受切替回路３は送信動作
中に受信側のプリアンプ４の入力に過大信号が加わらな
いようにしている。

【００４４】また、超音波送受波器ＴＲが路面からの反
射波を受波すると、プリアンプ４で８０［dB］程度に増
幅した後、バンドパスフィルタ８により略２００±５０
［KHz ］の信号のみを取出し、更に、増幅した後、コン
パレータ１０によって２値化し、周波数検出用ＰＬＬ回
路１２に入力して、その路面からの反射波の周波数を検
出する。コンパレータ１０の出力は周波数検出用ＰＬＬ
回路１２によって、路面からの特定の反射波を検出する
時間だけサンプリングホールドし、その電圧を保持する
ことによって、路面からの反射波の特定の検出周波数を
保持する。電圧制御発振回路ＶＣＯの出力は８分の１に
分周してフィードバックさせて位相差検出回路ＰＤに入
力しており、これによって超音波送受波器ＴＲに入力さ
れる反射周波数の８倍の周波数にロックされるようにな
っている。したがって、マイクロコンピュータ１で電圧
制御発振回路ＶＣＯの出力をカウントすれば、放射した
超音波周波数及び反射してきた超音波周波数を基にドプ
ラー周波数を検出する。

【００４５】超音波受信回路３０Ｒは次のように動作す
る。

【００４６】常に超音波受波器Ｒが路面からの反射波を
受波すると、前者同様に、プリアンプ２４で増幅した
後、バンドパスフィルタ２８により略２００±５０［KH
z ］の信号のみを取出し、更に、増幅した後、コンパレ
ータ３０によって２値化し、周波数検出用ＰＬＬ回路３
２によって、路面からの特定の反射波を検出する時間だ
けサンプリングホールドすることによって、路面からの
反射波の特定の検出周波数を保持し、放射した超音波周
波数及び反射してきた超音波周波数を基にドプラー周波
数を検出する。

【００４７】なお、本実施例においては、車速換算で約
０．５［Km/h］以上の分解能が得られた。

【００４８】〈マイクロコンピュータによるメイン制御
動作〉図４及び図５は本発明の実施例の車載用超音波計
測装置のマイクロコンピュータ１が実行するメインプロ
グラムのフローチャートである。また、図６は本発明の
実施例の車載用超音波計測装置のマイクロコンピュータ
１が実行する割込みルーチンのフローチャート、図７は
本発明の実施例の車載用超音波計測装置のマイクロコン
ピュータ１が実行するゲート位置演算制御のフローチャ
ートである。

【００４９】また、図８は本発明の実施例の車載用超音
波計測装置の制御のタイミングチャートである。

【００５０】図示しない電源の投入によって、パワーオ
ンリセット回路の働きによって主演算制御回路１０１に
リセットパルスが入力され、このリセットによってＰＲ
ＯＭ１０２に格納されている図４及び図５のメインプロ
グラムの処理を開始する。

【００５１】ステップＳ１で各種メモリ及びカウンタ、
タイマをクリア或いは所定の値に設定し、各出力ポート
等を初期設定するイニシャライズ処理を行なう。特に、
受信ゲートスタート時間ＴG 及びサンプリングスタート
時間Ｔs を設定する。この受信ゲートスタート時間ＴG
は、既定値として標準状態での車輌の取付け高さに対応
する超音波信号の受信時間を設定する。例えば、取付高
さを２８０［mm］とし、超音波の放射角度を４５度、音
速Ｃ＝３４５［m/s ］とした場合、 ＴG ＝２×０．２８／ｓｉｎ４５×１／３４５＋０．３×１０^-3 ＝２．６［msec］ として設定される。ここで、０．３［msec］が加算され
ているのは、送波パルス幅１［msec］に対して受信ゲー
ト幅０．５［msec］の位置を受波のほぼ中央に設定する
ためである。

【００５２】ステップＳ２で１０［msec］のシーケンス
の終了を判断する１０msecシーケンス終了フラグＦ10及
びサンプリング許可フラグＦs 、メインタイマＴをクリ
アする。ステップＳ３で１００［μsec ］毎に割込みを
行なう１００μsec タイマ割込みを許可し、ステップＳ
４で１０msecシーケンス終了フラグＦ10が降りているか
判断し、１０msecシーケンス終了フラグＦ10が降りるま
で待機する。１０msecシーケンス終了フラグＦ10が降り
ると、ステップＳ５でスイッチングトランジスタ６をオ
ンとして送信ゲートを開き、ステップＳ６でメインタイ
マＴで１msecの経過を判断し、ステップＳ７で送信ゲー
トを閉じる。これにより、１［msec］の超音波のバース
ト信号を出力することになる。即ち、図８に示すよう
に、ステップＳ４からステップＳ７は、送信ゲートの開
をマイクロコンピュータ１の出力端子Ｐ1 の１０［mse
c］毎に１［msec］間の“１”によって行ない、その
間、分周回路２の出力ｅ1 に示すバースト信号となり、
超音波送受波器ＴＲの送波入力は出力ｅ2 のようにな
る。また、その反射波は超音波送受波器ＴＲ及び超音波
受波器Ｒを介して出力ｅ3 のようになる。

【００５３】ステップＳ８で反射波の受波信号を入力す
る予測されたサンプリングスタート時間Ｔs を判断し、
サンプリングスタート時間Ｔs が到来したときステップ
Ｓ９でサンプリング許可フラグＦs を立て、初期設定し
た値またはゲート位置演算処理ルーチンで得た受信ゲー
トスタート時間ＴG の到来をステップＳ１０で待つ。受
信ゲートスタート時間ＴG が到来したとき、ステップＳ
１１で初期設定した値またはゲート位置演算処理ルーチ
ンで得た受信ゲートスタート時間ＴG の大きさを問い、
超音波送受信回路２０ＴＲまたは超音波受信回路３０Ｒ
の何れで受信するかを判断する。因に、受信ゲートスタ
ート時間ＴG が超音波受信回路３０Ｒで受信する必要が
ある受信ゲートスタート時間ＴGH以下でないときには、
ステップＳ１２で超音波送受信回路２０ＴＲの受信ゲー
ト（第１受信ゲート）を開とし、ステップＳ１３で０．
５［msec］だけ受信ゲートをオンとした後、ステップＳ
１４で受信ゲートをオフとし、ステップＳ１８の処理に
入る。また、受信ゲートスタート時間ＴG が超音波受信
回路３０Ｒで受信する必要がある受信ゲートスタート時
間ＴGH以下のときには、ステップＳ１５で超音波受信回
路３０Ｒの受信ゲート（第２受信ゲート）を開とし、ス
テップＳ１６で０．５［msec］だけ受信ゲートをオンと
した後、ステップＳ１７で受信ゲートをオフとし、ステ
ップＳ１８の処理に入る。

【００５４】即ち、ステップＳ８からステップＳ１７で
は、受信ゲートスタート時間ＴG の到来、受信ゲートス
タート時間ＴG が超音波受信回路３０Ｒで受信する必要
がある受信ゲートスタート時間ＴGH以下であるか否かを
判断し、受信ゲートスタート時間ＴG が速くなると超音
波送受信回路２０ＴＲによる受信から超音波受信回路３
０Ｒによる受信に切替え、車速Ｖ［Km/h］に対応して超
音波送受信回路２０ＴＲと超音波受信回路３０Ｒとの選
択を行なうものである。

【００５５】そして、ステップＳ１８で主演算制御回路
１０１が内蔵するカウンタのゲートを開とし、ステップ
Ｓ１９でサンプリングスタート時間Ｔs から３［msec］
の経過を判断する。即ち、サンプリングスタート時間Ｔ
s は受信ゲートのオン時間の中心から±１．５［msec］
だけ、マイクロコンピュータ１の内蔵するＡ／Ｄコンバ
ータの端子Ａoin またはＡ／Ｄコンバータの端子Ａ1in
に入力し、到来する信号のサンプリングを行なう。サン
プリングスタート時間Ｔs から３［msec］経過したと
き、ステップＳ２０でサンプリング許可フラグＦs を降
ろす。ステップＳ２１でメインタイマＴでカウンタのゲ
ートの開の時間が受信ゲートスタート時間ＴG から２．
５msecの経過を判断して、カウンタの計数値をステップ
Ｓ２２で読込み及びカウンタのゲートを閉じ、ステップ
Ｓ２３で車速演算を行なう。

【００５６】車速Ｖ［Km/h］の演算は Ｖ＝Ｋ（ｃｏｕｎｔＸ−ｃｏｕｎｔ０） 但し、ｃｏｕｎｔＸ：カウンタの係数値 ｃｏｕｎｔ０：車速ゼロの係数値 Ｋ：大気温度によって決定される係数 また、ステップＳ２４でゲート位置演算処理ルーチンを
コールする。そして、ステップＳ２５でサンプリングス
タート時間Ｔs に受信ゲートスタート時間ＴGから１．
２［msec］だけ先にサンプリング時刻を設定する。即
ち、ゲート位置演算処理ルーチンは次回の受信ゲートス
タート時間ＴG を決定する。そして、ステップＳ２６で
１０msecシーケンス終了フラグＦ10を立て、ステップＳ
２７で大気温度を読込み、次の車速演算に使用する比例
定数のＫの値を決定し、ステップＳ４以降のルーチンを
繰返し、実行する。

【００５７】〈マイクロコンピュータのタイマ割込み動
作〉ステップＳ３１でメインタイマＴに「＋１」インク
リメントし、ステップＳ３２でメインタイマＴによって
１００［μsec ］毎の割込みのタイミングであるか判断
し、ステップＳ３２で割込みのタイミングであると判断
されたとき、ステップＳ３３及びステップＳ３４で１０
［msec］のシーケンスの終了を判断する１０msecシーケ
ンス終了フラグＦ10を降ろし、メインタイマＴをクリア
する。割込みのタイミングでないと判断されたとき、ス
テップＳ３３及びステップＳ３４の処理を回避する。

【００５８】また、ステップＳ３５でサンプリング許可
フラグＦs が立っているか判断し、サンプリング許可フ
ラグＦs が立っているとき、ステップＳ３６で受信レベ
ル検出回路１１の出力によりＡ／Ｄ変換をスタートし、
ステップＳ３７でそれをバッファに書込み、このルーチ
ンを脱する。また、ステップＳ３５でサンプリング許可
フラグＦs が立っていないと判断されたとき、このルー
チンを脱する。

【００５９】即ち、このルーチンでは、メインタイマＴ
によって０．１［msec］毎に信号レベル検出回路１１を
介して信号レベルをサンプリングし、その信号レベルを
主演算制御回路１０１が内蔵するバッファに格納するも
のである。

【００６０】〈マイクロコンピュータによるゲート位置
制御動作〉０．１［msec］毎の割込みによるサンプリン
グによってサンプルされた受信レベルデータは、中央の
サンプルデータの前後に１５サンプル、即ち、計３１個
のサンプルデータが存在する。まず、ステップＳ５１に
おいて全レベルデータの単純平均により平均値Ｘを算出
し、ステップＳ５２で受信レベルデータは中央のサンプ
ルデータのレベル値をサンプル中心データ格納メモリＸ
c に格納する。ステップＳ５３でこれが前後に１５サン
プルのレベル値よりも平均値Ｘに所定量ｎだけ加算した
値より大きいか判断し、中央のサンプルデータのレベル
値と前後に１５サンプルのレベル値が所定の平均値Ｘに
所定量ｎだけ加算した値より大きいとき、目的とする反
射波が整然と反射されているデータを意味することか
ら、これを採用すべくステップＳ５４の処理に入る。し
かし、中央のサンプルデータのレベル値と前後に１５サ
ンプルのレベル値が所定の平均値Ｘに所定量ｎだけ加算
した値より大きくないとき、受信波形がランダムな干渉
によって歪んでしまったデータを意味することから、こ
のデータの採用を防止する。ステップＳ５４で前記全レ
ベルデータの平均値Ｘに所定量ｎだけ加算した値を上回
るデータ期間を前後に探してその前時間Ｔ1 と後時間Ｔ
2 を求める。ステップＳ５５でＴ2 −Ｔ1 の幅が１［ms
ec］で、受信レベルデータを得るタイミングを十分にカ
バーできているか否か判断する。この判断も受信波形が
ランダムな干渉によって歪んでしまったデータを採用す
るのを防止するものである。そして、ステップＳ５６で
（Ｔ2＋Ｔ1 ）／２を受信ゲートスタート時間ＴG とし
て設定する。ステップＳ５３で中央のサンプルレベル値
よりも平均値に所定量ｎだけ加算した値より大きくない
とき、また、ステップＳ５５でＴ2 −Ｔ1 の幅が１［ms
ec］以上でなくて、受信レベルデータを得るタイミング
を十分にカバーできていないとき、このルーチンを脱す
る。

【００６１】このように、本実施例の車載用超音波計測
装置は、進行方向に対して俯角を４５度に設定し、そこ
から超音波を送波し、また、路面からの反射波を受波す
る超音波送受波器ＴＲと超音波送受波器ＴＲと超音波を
送波する路面との直線上において超音波送受波器ＴＲか
ら離れて、所定の俯角傾度に設定した超音波受波器Ｒと
を具備し、受信ゲートスタート時間ＴG が超音波受信回
路３０Ｒで受信する必要がある受信ゲートスタート時間
ＴGH以下でないときには、ステップＳ１２で超音波送受
信回路２０ＴＲの受信ゲート（第１受信ゲート）を開と
し、また、受信ゲートスタート時間ＴG が超音波受信回
路３０Ｒで受信する必要がある受信ゲートスタート時間
ＴGH以下のときには、ステップＳ１５で超音波受信回路
３０Ｒの受信ゲート（第２受信ゲート）を開とするよう
に、超音波送受波器ＴＲと超音波受波器Ｒとの切替え、
結果的に、超音波送受信回路２０ＴＲと超音波受信回路
３０Ｒとの切替えを行なうものであり、受信ゲートスタ
ート時間ＴG の大きさによって超音波送受信回路２０Ｔ
Ｒと超音波受信回路３０Ｒとの切替ができる。特に、受
信ゲートスタート時間ＴG の大きさは車速Ｖによって決
定されるから、低速走行時の速度Ｖは超音波送受波器Ｔ
Ｒで反射波を受波した信号を基に算出し、また、高速走
行時の速度は超音波受波器Ｒで反射波を受波した信号を
基に算出することになる。

【００６２】したがって、従来のように、複数個の超音
波送受信回路を用いて超音波を放射し、それぞれの反射
波の受信信号のドプラー周波数を検出し、その差のドプ
ラー周波数を求め、車体の垂直速度成分を打ち消して、
水平成分で車速Ｖ［Km/h］を算出する必要がなくなり、
演算回路に複雑な回路が必要とならないから、装置全体
が廉価となる。しかも、車速Ｖ［Km/h］に応じて超音波
送受信回路２０ＴＲと超音波受信回路３０Ｒとの切替が
できるので、広い範囲の車速を正確に測定することがで
きる。

【００６３】ところで、上記実施例の低速走行時の速度
Ｖ［Km/h］の測定用に超音波送受波器ＴＲ、また、高速
走行時の速度Ｖ［Km/h］の測定用に超音波受波器Ｒで反
射波を受波するものであるが、本発明を実施する場合に
は、２個の超音波送受波器を使用して、そのうちの１個
のみを超音波受波専用としてもよい。

【００６４】また、本発明の実施例では、ステップＳ１
１で初期設定した値またはゲート位置演算処理ルーチン
で得た受信ゲートスタート時間ＴG の大きさを問い、超
音波送受信回路２０ＴＲと超音波受信回路３０Ｒの何れ
で受信するかを判断しているが、本発明を実施する場合
には、車速Ｖを利用して超音波送受信回路２０ＴＲと超
音波受信回路３０Ｒの何れで受信するかを判断してもよ
い。

【００６５】そして、本実施例においては、超音波送受
信回路２０ＴＲと超音波受信回路３０Ｒを車輌の進行方
向を検出するように車輌の前方方向に向けて設定する事
例で説明したが、本発明を実施する場合には、超音波送
受信回路２０ＴＲと超音波受信回路３０Ｒを車輌の進行
方向の反対側または垂直方向または１２０度偏向した方
向とすることができる。

【００６６】なお、上記発明の実施例では、車速の測定
について説明したが、本発明の車載用超音波計測装置
は、速度成分を使用することにより、ナビゲーションシ
ステム、速度検出装置、横滑り防止装置、ＡＢＳ装置、
サスペンション装置等の各種速度情報を使用する計測装
置に使用できる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、この発明の車載用超音波
計測装置は、所定の角度だけ俯角傾度を持って超音波を
送波し、また、前記路面からの反射波を受波する超音波
送受波器と前記超音波送受波器と超音波を送波する路面
との直線上において前記超音波送受波器から離れて設定
した超音波受波器とを具備し、低速走行時の速度を前記
超音波送受波器で反射波を受波した信号を基に算出し、
また、高速走行時の速度を前記超音波受波器で反射波を
受波した信号を基に算出するものである。

【００６８】したがって、従来のように、複数個の超音
波送受信回路を用いて超音波を放射し、それぞれの反射
波の受信信号のドプラー周波数を検出し、その差のドプ
ラー周波数を求め、車体の垂直速度成分を打ち消して、
水平成分で車速を算出する必要がなくなり、演算回路に
複雑な回路が必要とならないから、装置全体が廉価とな
る。しかも、車速に応じて超音波送受信回路と超音波受
信回路との切替ができるので、広い範囲の車速を正確に
測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の動作原理図である。

【図２】図２は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の回路構成図である。

【図３】図３は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の回路構成で使用したマイクロコンピュータの機能構成
図である。

【図４】図４は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行するメインプログラムの
一部のフローチャートである。

【図５】図５は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行するメインプログラムの
他の一部のフローチャートである。

【図６】図６は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行する割込みルーチンのフ
ローチャートである。

【図７】図７は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
のマイクロコンピュータが実行するゲート位置演算制御
のフローチャートである。

【図８】図８は本発明の実施例の車載用超音波計測装置
の制御のタイミングチャートである。

【図９】図９は車載用超音波計測装置の１個の超音波送
受波器で送波及び受波する場合の動作原理図である。

【符号の説明】

ＴＲ 超音波送受波器 Ｒ 超音波受波器 １１，３１ 受信レベル検出回路 １２，３２ 周波数検出用ＰＬＬ回路 ２０ＴＲ 超音波送受信回路 ３０Ｒ 超音波受信回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 路面に対し、所定の俯角傾度を持って超
   音波を送波し、その反射波を受波する超音波送受波器
   と、前記超音波送受波器と超音波を送波する方向との直
   線上において前記超音波送受波器から離れて設定した超
   音波受波器とを具備し、 低速走行時の速度を前記超音波送受波器で反射波を受波
   した信号を基に演算し、また、高速走行時の速度を前記
   超音波受波器で反射波を受波した信号を基に演算するこ
   とを特徴とする車載用超音波計測装置。